JPH05312549A - パターン検出方法及びその装置 - Google Patents

パターン検出方法及びその装置

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JPH05312549A
JPH05312549A JP234093A JP234093A JPH05312549A JP H05312549 A JPH05312549 A JP H05312549A JP 234093 A JP234093 A JP 234093A JP 234093 A JP234093 A JP 234093A JP H05312549 A JPH05312549 A JP H05312549A
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JP234093A
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Takashi Hiroi
高志 広井
Hitoshi Kubota
仁志 窪田
Shunji Maeda
俊二 前田
Hiroshi Makihira
坦 牧平
Kenji Oka
健次 岡
Yoshitada Oshida
良忠 押田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95607—Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】対象物の微小な欠陥等の微小なパターン情報を
光学干渉を用いて光学像として高速に検出できるように
したパターン検出方法及びその装置を提供する。 【構成】プリント配線板のパターンや、セラミック基板
のパターンや、それらを製造する工程で用いるマスクや
レチクルなどのパターンである検出対象物1に、コヒー
レント光またはパーシャルコヒーレント光で照明する照
明光学系2と、照明または照明による反射検出光(光学
像)を分割し、これら分割された光学像を相対的に位相
を変えて合成(干渉)させてセルピッチだけはなれたパ
ターンの差を取る干渉光学系(分割・位相変え・合成光
学系)3と、そのパターン差をセンサ(光電変換手段)
4で検出し、差異に基づく微小な欠陥等の微小なパター
ンの情報を検出するパターン差抽出部5とを備える構成
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、着目パターンと該着目
パターンと同一であるはずのパターンとを有する一次元
または2次元の繰り返しパターン等を持った例えばLS
IウェハやTFT、レチクル等のマスク、多層配線基板
などの対象物の欠陥等のパターンの情報を光学像として
検出できるようにしたパターン検出方法及びその装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】第1の従来技術は、特公昭62−398
11号公報に記載されているように、あるチップにおけ
るパターンからの光像を光電変換手段で受光し、該光電
変換手段から検出されるデジタル画像信号を図1(a)に
示す記憶パターンとしてメモリに記憶させ、次に隣のチ
ップにおけるパターンからの光像を光電変換手段で受光
し、該光電変換手段から検出されるデジタル画像信号
(図1(b)に検出パターンとして示す。)と上記メモリ
に記憶されたデジタル画像信号とを比較して不一致(図
1(c)にパターン差として示す。)によりパターンの欠
陥を検出していた。即ち、従来技術は、あるパターンを
光電変換手段で撮像してから検出されるデジタル画像信
号と基準のデジタル画像信号とを比較処理することによ
って欠陥等を検出していた。
【0003】第2の従来技術は、特開平2−24539
号、及び特開平4−111336号等に記載されている
ようにレーザ光などの光源301よりの光をハーフミラ
ー302などで2つに分割し、それぞれ2カ所の対象物
303,304に照射し、その透過光または反射光30
5,306を同一のハーフミラー302で合成し、セン
サ307で検出する。このとき、光源301よりセンサ
307までに到る光学距離をλ/2またはλ×(n+1
/2),(n=0,1,2,3,・・・)だけ変える事
により光学干渉を生じせしめ、2カ所のパターンの差分
検出をし、2カ所の対象物が同一のパターンである場合
に差分検出信号が0となり、パターンが違うとき即ち欠
陥部で検出信号を発生するようにしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】第1の従来技術におい
て、微小欠陥を検出する場合、光電変換手段で検出され
るデジタル画像信号の画素寸法も微細化することが必要
となるが、逆に検出速度は画素寸法の2乗に比例して低
下するという特性を有するものである。即ち、検出速度
は1画素当たりの検出面積×センサの1画素当たりのク
ロック周波数×並列数で処理できる数で決まる。この式
より、画素寸法が小さくなると画素の面積は2乗に比例
して小さくなり、検出速度も2乗に比例して遅くなる。
つまり、デジタル画像を検出して、検出した画像を基に
欠陥判定する従来方式では、微小欠陥等のパターン情報
を検出速度を低下することなく、微小欠陥等のパターン
情報を検出しようとする課題については考慮されていな
かった。
【0005】また、第2の従来技術において、2カ所の
対象物を通過する光学距離は正確にλ/2またはλ×
(n+1/2)である必要がある。仮に波長λを633
nm、反射検出の光学系で、2カ所の対象物の距離の安
定度を30nmとすると光学距離にはλ/10の誤差が
あり、これによる検出光量が欠陥部のそれと誤検出され
る恐れがある。また、ステージや対象物の振動、空気の
揺らぎ、等を考慮すると別ステージ上の対象物、または
光路を完全に分離した光学系で30nm以下の安定性を
得る事は極めて困難と考えられる。
【0006】これについて説明する。対象物から検出さ
れる2本の光u1,u2を u1=A1expi(ω×t+δ1) u2=A2expi(ω×t+δ2) ここで、A1,A2は光の振幅、tは時間、ωは光の周波
数、δ1,δ2は位相差である。
【0007】十分な干渉性があり、対処物の反射率が等
しく同一のパターンである場合の干渉強度は I=2A2{1+cos(δ1−δ2)} ここで、A=A1=A2である。
【0008】いま、2つのステージまでの光学距離の誤
差がλ/10(λ=500nmの場合、誤差は50nm)あ
れば光路長としては往復するため2倍となり、(δ1−
δ2)はπ±π/5となり、I=0.19A2でIの最大
値4A2の4.7%の検出光量となり、これを欠陥と誤
検出する恐れがある。このように、第2の従来技術では
実用化の際の安定度に関する課題については十分考慮さ
れていなかった。
【0009】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、光学的手法、即ち光学干渉(光学的分割・位
相変え・合成)によりパターン差を示す画像信号として
直接欠陥等のパターンの情報を検出できるようにして検
出速度を低下することなく、微小欠陥等の微小パターン
の情報をも検出できるようにし、しかも安定にパターン
差を検出できるパターン検出方法及びその装置を提供す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、着目パターンの光学像と該着目パターン
と同一であるはずのパターンの光学像とから、相対的に
位相を変えて合成した光学像を光電変換手段で信号とし
て検出し、該信号から欠陥等のパターンの情報を検出ま
たは観測することを特徴とするパターン検出方法であ
る。また本発明は、繰り返し性を有するパターンの光学
像を複数に分割し、これら分割された光学像から、繰り
返し性に応じて相対的に位相を変えて合成した光学像を
光電変換手段で信号として検出し、該信号から欠陥等の
パターンの情報を検出または観測することを特徴とする
パターン検出方法である。
【0011】また本発明は、繰り返し性を有する第1の
パターンの光学像を複数に分割し、これら分割された光
学像から繰返し性に応じて相対的に位相を変えて合成し
た光学像を光電変換手段で信号として検出する第1の検
出工程と、繰り返し性を有し、上記第1のパターンと異
なる間隔を有する第2のパターンの光学像を複数に分割
し、これら分割された光学像から繰り返し性に応じて相
対的に位相を変えて合成した光学像を光電変換手段で信
号として検出する第2の検出工程と、上記第1の検出工
程及び上記第2の検出工程の各々により検出された信号
に応じてパターンの情報を検出する第3の検出工程とを
有することを特徴とするパターン検出方法である。
【0012】また本発明は、着目パターンと該着目パタ
ーンと同一であるはずのパターンとにコヒーレント光ま
たはパーシャルコヒーレント光を照明する照明光学系
と、該照明光学系で照明された着目パターンの光学像と
該着目パターンと同一であるはずのパターンの光学像か
ら相対的に位相を変えて合成した光学像を得る合成光学
系と該合成光学系で得られた光学像を受光して信号に変
換する光電変換手段とを備えた検出光学手段とを設け、
該検出光学手段の光電変換手段から得られる信号からパ
ターンの情報を検出できるように構成したことを特徴と
するパターン検出装置である。
【0013】または本発明は、繰り返し性を有するパタ
ーンにコヒーレント光またはパーシャルコヒーレント光
を照明する照明光学系の照明光を複数に分割し、該照明
光学系で照明された繰り返し性を有するパターンの光学
像のうち該複数の照明光による光学像を分離し分離され
た光学像から相対的に位相を変えて合成した光学像を得
る合成光学系と該合成光学系で得られた光学像を受光し
て信号に変換する光電変換手段とを備えた検出光学手段
とを設け、該検出光学手段の光電変換手段から得られる
信号からパターンの情報を検出できるように構成したこ
とを特徴とするパターン検出装置である。
【0014】即ち本発明は、1次元または2次元または
3次元または放射状繰り返しまたは角度繰り返し性また
は左右対象性または点対象性などの倍率、角度、位置を
変えて重ね合わせることを特徴とする。
【0015】また、本発明は、光の角度差、または位置
の差、または放射状広がり差、または偏光の差を用いて
合成することを特徴とする。この分割・位相変え・合成
光学系としては、複屈折素子、ハーフミラー、複数のピ
ンホール、複数のスリット、回折格子、複数のフレネル
ゾーンプレート、平面ミラー、レンズ、凹凸ミラー、プ
リズム、ホログラムを1個または複数個組み合わて得る
ことを特徴とする。
【0016】
【作用】本発明における検出対象としては、図1に示す
ようなメモリー用LSIなどの半導体ウエハのパターン
や、TFT(Thin Film Transister)のパターンや、プ
リント配線板のパターンや、セラミック基板のパターン
や、それらを製造する工程で用いるマスクやレチクルな
どのパターンである。ここでは一例として半導体ウエハ
のパターンについて説明するが、他のパターンに対して
も同じことが成り立つ。半導体ウエハのパターンは図2
(a)に示すように最終的に切り離されて個別製品となる
チップが数十個一枚のウエハに載っていて、それらは互
いに同じパターンを持っているチップ内はメモリセル部
分22(図2(b)はA部拡大図であり、メモリセル部を
拡大して示す。)などのように一定の周期で繰り返し性
を持った部分と周辺部(周辺回路部)21などのように
周期性の乏しい部分がある。
【0017】このようなパターンの欠陥を検出する本発
明の原理について、図1を用いて説明する。即ち、各チ
ップが全く同一のパターンを持っている、または各セル
が一定の周期で繰り返し性を持っている。いずれのパタ
ーンにも欠陥が存在しない場合にはパターンの差はほと
んど生じないが、いずれかのパターンに欠陥が存在する
場合には欠陥部分でパターンに差を生じるため、パター
ンの光学像を分割し、位相を例えばπ変えてこれらを合
成することによって差に基づく光学像として微小な欠陥
等の微小なパターンの情報を検出することができる。
【0018】図4により本発明の原理について説明す
る。対象物はセルピッチdの繰り返し形状になってお
り、例えば図4に示す断面形状となっている。平面波を
入射すると断面形状に応じ、振幅及び位相の異なった波
面の反射光となり、欠陥等のパターンの情報を含んでい
る。図では説明の簡単のため反射率は一定と仮定し、位
相情報のみが変化する場合を示している。波面の表現
は、反射光の位相が進んでいる場所は光の進行方向の前
に記し、位相が遅れている場所は後に記している。
【0019】この反射光を干渉光学系3に入れる。干渉
光学系(分割・位相変え・合成光学系)3では、光を分
割し、一方の光をもう1つの光に対して位相を、例えば
π変え、波面の位置αをセルピッチdだけずらし(以
下、このずらし量のことをシェア量、ずらし方向をシェ
ア方向、ずらすことをシェアと呼ぶ)、2つの光を合成
する。この合成により、隣接するセルと形状が同じ場所
よりの反射光は互いに打ち消し合ってゼロになり、欠陥
のある場所よりの反射光は欠陥の形状差分だけの光が残
る。この光をセンサで検出すると振動振幅の絶対値の2
乗の光を検出することになる。
【0020】このようにセンサでは欠陥信号のみを検出
することができ、検出画素寸法を大きくしても正常部で
は検出信号ゼロ、欠陥部では信号を検出でき、画素寸法
を欠陥の寸法より大きくしても信号がある事はわかり、
一方正常部は信号がないので、画素寸法を大きくしても
ゼロはゼロである。これらより、パターン差抽出部5で
容易にパターン差から欠陥を抽出できる。従って、画素
寸法を欠陥寸法より大きくすることができ、検査速度を
向上できる。
【0021】なお、説明では簡単のため、平面波を対象
物に照射するように説明したが、センサにいたるまでの
光路長が等しければ平面波である必要はない。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0023】更に本発明の概略構成について図3に基づ
いて説明する。本発明は、図1に示すようなメモリー用
LSIなどの半導体ウエハのパターンや、TFT(Thin
Film Transister)のパターンや、プリント配線板のパ
ターンや、セラミック基板のパターンや、それらを製造
する工程で用いるマスクやレチクルなどのパターンであ
る検出対象物1に、コヒーレント光またはパーシャルコ
ヒーレント光で照明する照明光学系2と、照明または照
明による反射検出光(光学像)を分割し、これら分割さ
れた光学像を相対的に位相を変えて合成(干渉)させて
セルピッチだけはなれたパターンの差を取る干渉光学系
(分割・位相変え・合成光学系)3と、そのパターン差
をセンサ(光電変換手段)4で検出し、差異に基づく微
小な欠陥等の微小なパターンの情報を検出するパターン
差抽出部5とを備える構成である。
【0024】次に、本発明の第1の実施例を図5に基づ
いて説明する。本実施例ではLSIウエハのパターンを
例に説明するが、TFTなどのパターンにも適用できる
ことは言うまでもない。図5はLSIウエハの繰り返し
パターン等の検査装置(以下の説明では検査装置と略
す)の全体構成図である。
【0025】検査装置は、ウエハ(検査対象物)1を位
置決めするステージ6と、ウエハ1を照明し反射光を検
出する照明光学系2と、反射光を分離するハーフミラー
51と、分離した光の一方を干渉させてパターン差を抽
出する干渉光学系A3aと、パターン差を検出するTV
カメラなどの2次元センサA4aと、ハーフミラー51
で分離した光のもう一方を回転させる像回転手段52、
像回転手段52で回転した像を干渉させてパターン差を
抽出する干渉光学系B3bと、干渉光学系B3bよりの
パターン差を検出するTVカメラなどの2次元センサB
4bと、センサA4a、センサB4bの信号を基に欠陥
パターンを検出する欠陥検出部7と、該欠陥検出部7で
検出した欠陥パターンを記憶する記憶部8と、記憶して
おいた1チップ前の欠陥パターンと検出した欠陥パター
ンを比較することにより真の欠陥パターンを検出し、欠
陥を抽出する欠陥抽出部9と、ステージ6、照明光学系
2、像回転手段52、干渉光学系B3b等の全体を制御
をする全体制御部10とより構成される。
【0026】装置の各部は以下のように動作して微小な
パターン欠陥を検出するものである。まず、初期動作と
してウエハ1の座標系のx,y軸を干渉光学系のシェア
方向に一致させ、x,y方向のシェア量dx,dyを
x,y方向のセルピッチに一致させる。これにより、基
準点11とx方向比較位置12、およびy方向比較位置
13と比較する。まず、シェア量dx,dyを設計値を
基に粗設定し、図2に示すようにメモリセル部22にス
テージ6を移動させる。
【0027】ウエハの座標系のx,y軸を干渉光学系3
のシェア方向に一致させる方法を図6に基づいて説明す
る。全体制御部10内にある回転制御部63からの指令
で回転調整手段62を介してステージ6が制御され、ウ
エハ1の座標系のx,y軸を干渉光学系3に対するステ
ージ回転角θを変えて、光源41、ハーフミラー42及
び対物レンズ43によって構成された照明光学系2によ
って照明され、ウエハ1から反射してくる光像を照明光
学系2を介して受光して得られるセンサ4(センサA4
a)の平均光量を光量検出手段61により検出し、検出
光量が最低になる角度θに合わせる。次に、像回転手段
52で像を回転させて、センサ4(センサB4b)の平
均光量を光量検出手段61により検出し、検出光量が最
低になるように全体制御部10内にある回転制御部63
は像回転角を設定する。
【0028】次に、x,y方向のシェア量dx,dyを
x,y方向のセルピッチに一致させる方法を図7で説明
する。全体制御部10内にあるシェア量制御部73より
の制御でd調整手段72により干渉光学系3(3a)を
調整してシェア量dxを変えてセンサ4(センサA4
a)の平均光量を光量検出手段71(61と共通でも良
い。)で検出し、検出光量が最低になるシェア量dx に
合わせる。次に、全体制御部10内にあるシェア量制御
部73よりの制御でd調整手段72により干渉光学系3
(3b)を調整してシェア量dyを変えてセンサ4(セ
ンサB4b)の平均光量を検出し、検出光量が最低にな
るシェア量dyに合わせる。
【0029】次に、図5に示すように、ステージ6を位
置決めし、センサA4a及びセンサB4bでパターン差
を検出し、欠陥検出部7では2つのパターン差信号の小
さい方の値を欠陥パターンとすることにより欠陥を検出
し、記憶部8に記憶する。次に1つ隣のチップの同じと
ころで欠陥パターンを検出し、欠陥抽出部9では記憶し
ておいた欠陥パターンと比較し、記憶部8に記憶してお
いた欠陥パターンではゼロで検出した欠陥パターンでゼ
ロでない場所を真の欠陥として抽出する。欠陥判定終了
後、検出欠陥パターンを記憶部8に移し、次のチップで
同様の動作をする。対象とするチップの欠陥判定終了後
次の場所にステージ6を位置決めして欠陥判定を繰り返
す。
【0030】ここで、欠陥判定方法を図8に基づいて説
明する。図8においては、同図(a)は通常光での検出パ
ターンを示し、同図(b)はx方向にシェアして干渉させ
た検出パターンを示し、同図(c)はy方向にシェアして
干渉させた検出パターンを示す。図8に示すように干渉
(分割・位相変え・合成)させて検出したパターンは、
欠陥1個に対してそれぞれ2個ある。これは欠陥部はも
ちろん正常部とパターンが違うため差を生じ、これと同
時に、正常部でも欠陥に隣接する場所では欠陥部と比較
され、差を生ずるためである。センサAとセンサBでは
互いに直交する方向のパターンと比較しているため、欠
陥部は共通に差を生ずるが、正常部は違う場所で差を生
ずる。このため、正常部は小さい方の値を取ればゼロに
なるが、欠陥部はゼロにはならない。
【0031】ここで注意しなくてはならないのは検出さ
れた欠陥はx,yいずれの方向でもシェア量だけ離れた
場所とパターンの異なる場所で、欠陥部以外に図9に示
すように例外的な正常部を含んでいるということであ
る。同図(a)は例外パターンである角パターンと孤立パ
ターンとを示し、同図(b)は例外パターンである繰返し
パターンの周辺を示し、同図(c)は例外パターンである
斜めパターンを示す。このような場所では別のチップで
も同じように差を生じ、一方真の欠陥では別のチップで
は差を生じない特徴がある。このため、欠陥として検出
され、しかも記憶している1つ前のチップの欠陥パター
ンは欠陥として検出されていない場所を真の欠陥と判定
する。
【0032】次に本実施例の干渉光学系(分割・位相変
え・合成光学系)の構成例を図10により説明する。図
10において、照明光学系2により、光源41よりの光
がレンズ44で集光され、ハーフミラー42と対物レン
ズ43を介してウエハ1をケイラ照明で照明する。この
照明によりウエハ1は複数方向よりの干渉性のある平面
波で照明されることになり、パーシャルコヒーレント照
明となる。パーシャルコヒーレント光の場合、方向の異
なった光や波長の違う光は互いに干渉性が無いため、1
つの波長の1つの方向の平面波のみを検討し、そのほか
の波長と方向でも同等であれば干渉(分割・位相変え・
合成)によりパターン差を抽出できる。反射光は対物レ
ンズ43、リレーレンズ101を介して干渉光学系3に
入射する。干渉光学系3は偏光板A105と平行複屈折
素子板170とλ/2板171とλ/2板172と平行
複屈折素子板173と偏光板104より構成される。
【0033】この干渉光学系3の動作を図11で説明す
る。図11は干渉光学系3を上から見た図で、対象物
(ウエハ1)上で距離dだけずれた光が干渉光学系3に
入射した場合の1本の光のもう1本に対する相対的な平
行ずらし(以下シェアと称する。)をベクトルとして表
示したものである。対象物(ウエハ1)上で距離dだけ
ずれた2本の光が干渉光学系3に入射すると、平行複屈
折素子板170で目標シェア方向と角度α傾いたシェア
ベクトル180だけシェア(1本の光をもう1本に対し
て相対的に平行にずらすこと)し、平行複屈折素子板1
73でシェアベクトル181だけシェアし、総合で、シ
ェアベクトル182だけシェアすることになり、該シェ
アベクトル182が対象物(ウエハ1)上での距離dの
距離と方向と等しければ、同一の光線となり、互いに干
渉(合成)させることができる。
【0034】更に詳細に上記動作を説明するための各素
子の働きを図12に基づいて説明する。図12は干渉光
学系(分割・位相変え・合成光学系)主要部の詳細説明
図であり、y−z面内の光路図、及び主要部分の光線位
置及び偏光方向をベクトルで示している。ベクトルの図
は右、左にそれぞれ右、左の光線のものを示している。
まず、簡単のためシェアベクトル180,181,18
2の方向が全て等しいときについて説明する。偏光板1
05で入射した2本の光線を平行複屈折素子板170の
光軸に平行な方向の直線偏光190に変換する。直線偏
光190は2つの方向の直線偏光のベクトル和と考える
ことができ、平行複屈折素子板170の常光の方向19
1と異常光の方向192の方向の成分の和と考える。1
本の光線に対しては常光の方向の成分の光線193、も
う1本の光線に対しては異常光の成分の光線194に注
目する。平行複屈折素子板170で常光成分193は直
進するが異常光成分194は光軸方向にシェアベクトル
180だけシェアして出力する。
【0035】これらの光線をシェアベクトル182の方
向に光軸を設定したλ/2板171に入射し、異常光成
分194は常光成分193に対して位相がπだけ進む。
更に、光軸を常光成分193と異常光成分194の2等
分の角度に設定したλ/2板172に入射し、偏光方向
を逆にして常光成分193を異常光成分195に、異常
光成分194を常光成分196に変換する。これら変換
された光線195,196をシェアベクトル181に対
して光軸を180度回転させた平行複屈折素子板173
に入射し、シェアベクトル181だけシェア加算(合
成)して総合でシェアベクトル182のシェアを持った
光線を出力する。これら光線を異常光成分195に、異
常光成分194を常光成分196の2等分角の方向の偏
光を透過しない偏光板104に入射し、偏光成分を同一
にして2本の光線を干渉(合成)させ、しかも2本の光
線の振動振幅が同一のとき検出光量が0(ゼロ)になる
ような光線197,198を出力するように動作する。
【0036】また、シェアベクトル180,181,1
82の方向が異なる場合は、λ/2板171でシェアベ
クトル180からシェアベクトル181に変換して同様
な機能を実現する。パーシャルコヒーレント光の問題は
以上説明した機能が波長、入射角に対して光路長の差が
λ/10程度以下であり、平行複屈折素子板170,1
73のシェア量の違いが小さければ前述のパターン差を
抽出できる条件を満足する。この詳細は本特許の主要部
でないため省略するが、波長依存性の小さい素子を用い
る、または狭帯域の波長を用いることで実現できる。
【0037】本実施例によると以下の効果がある。
【0038】(1)ウエハ1のパターンを2セル比較した
結果を2チップ比較しているため、設計情報などを用い
ること無しに2セル比較できるところは2セル比較して
欠陥を抽出し、2セル比較できないところはできないこ
とがわかる。
【0039】(2)干渉光学系(分離・位相変え・合成光
学系)3に於いて干渉(分離・位相変え・合成)させる
べき2つの光の通過経路が同一なため安定している。
【0040】(3)初期化の時にシェア量、シェア方向な
どの補正をしているため、セルピッチの異なる対象物に
対して容易に対応できる。
【0041】(4)x,y方向の2セル比較結果の小さい
方を取ることにより、2セル比較できるところでは真の
欠陥を抽出できる。
【0042】(5)干渉光学系(分離・位相変え・合成光
学系)3に偏光板105,104を挿入しているため、
反射光が楕円偏光であったとしても直線偏光に変換でき
るため、楕円偏光によるP,S偏光の違いの影響を受け
ない。
【0043】これらによりウエハ1のパターンのうち2
セル比較できるところの欠陥のみを自動で検査できる効
果がある。
【0044】次に本実施例の干渉光学系(分離・位相変
え・合成光学系)3の第1の変形を説明する。2枚のλ
/2板171,172を1枚とする。これにより、シェ
ア量を変えるときの回転角度の設定が複雑になるが、よ
り簡単な構成となる。
【0045】次に、本実施例の干渉光学系(分離・位相
変え・合成光学系)3の第2の変形を説明する。2枚の
λ/2板171,172を例えば液晶、カー素子などの
旋光素子とし、印加電圧などの変化により2つの平行複
屈折素子板170,173の偏光法を調整する。本変形
によれば稼動部が少なくて信頼性が高くなる。
【0046】次に本実施例の第3の変形を説明する。像
回転手段52は2つの干渉光学系3a,3bを回転させ
る手段とする。この変形によると対象物(ウエハ)1を
回転させることなく、シェア方向を調整できる特徴があ
る。
【0047】次に本実施例の第4の変形を説明する。図
13に干渉光学系(分離・位相変え・合成光学系)3の
構成例を示す。対物レンズ43の中間像面で光を2つに
分割するミラー112と、それぞれ重ね合わせるミラー
類107,108,110,111とハーフミラー10
9よりなる。光を別の光路を通すことでシェア量dだけ
ずらして再合成する。また、シェア量は任意の1枚また
は複数枚のミラーを移動することにより行う。更にこの
変形は図14、図15に示すように分割ミラーをハーフ
ミラー113:123で光を分割し、それぞれ重ね合わ
せるミラー類114,115:124,126とハーフ
ミラー116:127とにより構成される。なお、図1
3においてはこれらミラー類113,114,115,
116は照明光学系も兼ね備えるものである。119は
光源、117は照明レンズである。また、図15におい
てはリレーレンズ122を備え、更に図14との違い
は、ミラーの移動の変わりに平行回転プリズムA12
5,B128でシェア量の調整をする点である。いずれ
の変形によっても偏光を用いていないため対象物の偏光
特性を考慮する必要がない特徴がある。
【0048】次に本実施例の第5の変形を説明する。図
16(a)に干渉光学系(分離・位相変え・合成光学
系)3の構成例を示す。偏光板A105と対物レンズの
中間像面ので光を2つに分割して合成するために図16
(b)に示す2つの間隔を変えることのできるフレネル
ゾーンプレート130と偏光板B104を用いる。偏光
板A105はフレネルゾーンプレートのずらし方向に対
して45度の角度をもち、P,S偏光の成分を同一に
し、この2つのフレネルゾーンプレート130a,13
0bは偏光板で構成し、P,またはS偏光成分にだけ作
用し、中間像面のa,b点の光のうちそれぞれP,S偏
光成分のみをc点に結像させる働きし、偏光板B104
に入射し、偏光板B104はフレネルゾーンプレートの
ずらし方向に対して45度の角度をもち、偏光方向の異
なった光の偏光方向を一致させて、干渉を起こさせる働
きをする。また、フレネルゾーンプレート130a,1
30bの間隔を調整することによりシェア量dを調整で
きる。
【0049】次に本実施例の第6の変形を説明する。図
17に干渉光学系(分離・位相変え・合成光学系)3の
構成例を示す。対物レンズ144を2個用いてこの2つ
の光像をミラー143およびハーフミラー142を介し
てセンサ4上で干渉(合成)させることにより光学的に
比較することができる。シェア量は対物レンズ144の
間隔を変えることで行う。本変形によると間隔の離れた
場所の比較が容易にでき、ウエハパターンの場合は2チ
ップ比較、プリント板の場合は2枚のプリント板の比較
を光学的に行なうことができる。
【0050】次に本実施例の第7の変形を説明する。干
渉光学系(分離・位相変え・合成光学系)3の前にズー
ムリレーレンズを挿入し、倍率を変化させることでシェ
ア量を可変する。本変形により、干渉光学系3が簡単に
なる。
【0051】次に本実施例の第8の変形を説明する。照
明光源にレーザを用いる。本変形により干渉距離を長く
でき、干渉光学系の光路長が異なっていても干渉させる
ことができ、調整が容易である特徴がある。
【0052】次に本実施例の第9の変形を説明する。パ
ターン差を検出するセンサ4としては、リニアイメージ
センサ、フォトマルなどの一次元、ポイント形センサ等
を用いることができる。本変形により、ステージ6をス
テップ&リピートではなく、連続走査でき、広い面積の
検査では高速に検査をすることができる。
【0053】次に本実施例の第9の変形を説明する。干
渉光学系3によるパターン差のみでなくパターンそのも
のの光学像による画像信号も検出しておき、図9に示す
ような例外的なパターンではパターンそのものの光学像
による画像信号を用いてパターンを検査することもでき
る。本変形により、全面を検査できる特徴がある。
【0054】次に本実施例の第10の変形を説明する。
図9に示すような例外的なパターンでは、パターン差の
程度を2つのチップで比較して、違いが大きければ欠陥
とし、小さければ正常部とする。本変形により、全面を
検査できる特徴がある。
【0055】次に、本発明の第2の実施例を図18に基
づいて説明する。図18はウエハパターンの2セル等の
比較をする比較顕微鏡の全体構成図である。比較顕微鏡
は照明光学系2と、該照明光学系2よりの光を検出する
センサC151と、センサA4a,B4bから得られる
信号に基づいてシェア方向,シェア量制御部A152,
B153により制御できるx,y方向用の干渉光学系A
3a,B3bと、干渉光学系A3a,B3bよりのパタ
ーン差を検出するセンサA4a,B4bと、該2つのパ
ターン差を検出するセンサA4a,B4bの信号の小さ
い方の信号の値である欠陥パターンを抽出する最小値検
出回路154と、上記センサA4a,B4bで検出され
たパターン差、センサC151で検出されたパターン画
像、および最小値検出回路154の出力を切替・合成回
路155を介してモニタするモニタ156と、干渉光学
系3のシェア方向とシェア量の調整を制御するシェア方
向、シェア量制御スイッチ157とにより構成される。
【0056】次にこの比較顕微鏡の動作をウエハパター
ン等における2セル比較に適用する場合について説明す
る。ステージ6にウエハ1を載せ、ウエハパターンが図
19(a)に示すようなx方向の線のみの場所に、モニタ
156をセンサC151の出力に切替てそのモニタ像を
見ながら手動で、または全体制御部10に予め記憶され
たプログラムに従って位置決めし、スイッチ157を押
すことによってセンサA4aの信号をもとにシェア方
向、シェア量制御部A152でx方向の干渉光学系A3
aのシェア方向を第1の実施例で説明した方式で調整す
る。
【0057】次にウエハパターンが図19(b)に示すよ
うなy方向の線のみの場所に、モニタ156をセンサC
151の出力に切替てそのモニタ像を見ながら手動で、
または全体制御部10に予め記憶されたプログラムに従
って位置決めし、同様にスイッチ157を押すことによ
りセンサB4bの信号をもとにシェア方向、シェア量制
御部B153でy方向の干渉光学系B3bのシェア方向
を第1の実施例で説明した方式で調整する。次にモニタ
156を見ながら手動、または全体制御部10に予め記
憶されたプログラムに従ってステージ6を予め決めた位
置に位置決めしてセル部を視野に入れる。次にスイッチ
157を押すことにより、x,y方向のシェア量を第1
の実施例と同様な方法で調整する。
【0058】以上で初期化が終了し、任意の場所でパタ
ーンを観察し、切替合成回路155を切替ることによ
り、センサA4aおよびセンサB4bからの画像信号に
よりx,y方向のパターン差、最小値検出回路154か
ら検出される信号により欠陥パターン、センサC151
から検出される信号によりパターンを表示でき、更にこ
れらを組み合わせることによりこれらの合成画像をも表
示できる。例えば、最小値検出回路154から検出され
る欠陥パターンを赤、センサC151から検出されるパ
ターンを濃淡で表示すればウエハのパターン上に赤で欠
陥を表示したディスプレイパターンを得ることができ
る。
【0059】本実施例によると第1実施例と同様に以下
の効果がある。
【0060】(1)初期化の時にシェア量などの補正をし
ているため、セルピッチの異なる対象物に対して容易に
対応でき、しかも予備的なセルピッチの情報無しに補正
が出来るため、走査が容易である。
【0061】(2)x,y方向の2セル比較結果の小さい
方を取ることにより、2セル比較できるところでは真の
欠陥を抽出できる。
【0062】(3)干渉光学系に偏光板を挿入しているた
め、反射光が楕円偏光であったとしても直線偏光に変換
できるため、楕円偏光によるP,S偏光の違いの影響を
受けない。
【0063】(4)電気回路は極めて小さく、コンパクト
に2セル比較が出来る。
【0064】これらによりウエハのパターンのうち2セ
ル比較できるところでは欠陥のみ容易に観察できる効果
がある。
【0065】次に、本発明の第3の実施例を図20で説
明する。図20はウエハパターンのセルピッチ等のピッ
チ測定装置の全体構成図である。ピッチ測定装置は、照
明光学系2と、シェア方向とシェア量を調整できる干渉
光学系3と、該干渉光学系3よりのパターン差をモニタ
するパターン差検出センサ4と、該パターン差検出セン
サ4よりの信号を基に平均検出光量を測定する検出光量
検出部61と、該検出光量検出61により測定して平均
光量が最低になるように干渉光学系のシェア方向を制御
するシェア方向制御部153bと、上記検出光量検出6
1により測定して平均光量が最低になるように干渉光学
系のシェア量を制御し、シェア量を表示するモニタを有
するシェア量制御部153aと、干渉光学系3のシェア
方向とシェア量の制御を切替るスイッチ(図示省略)と
により構成される。
【0066】次にこのピッチ測定装置の動作をウエハパ
ターンのセルピッチを測定する場合について説明する。
ステージ6にウエハ1を載せ、図19に示すようなx方
向の線のみの場所に全体制御部10の指令で位置決め
し、スイッチ(図示省略)をシェア方向制御に切替るこ
とにより検出光量検出部61の出力信号をもとにシェア
方向制御部153bによるシェア方向制御でx方向の干
渉光学系3のシェア方向を調整する。つぎに全体制御部
10の指令でセル部に位置決めし、スイッチ(図示省
略)をシェア量制御に切替ることにより、シェア量を変
更して平均検出光量が最低になるように検出光量検出部
61の出力信号をもとにシェア量制御部153aにより
干渉光学系3のシェア量を制御する。このときのシェア
量の表示を測定値とする。なお測定に先立ってピッチの
わかっている物を基準にシェア量のキャリブレーション
を行うことでより正確な測定ができる。
【0067】本実施例によると以下の効果がある。即
ち、シェア方向をあらかじめ求めてあるので、シェア方
向に沿ったピッチの測定ができる。
【0068】以下、本発明の第4の実施例を図21によ
り説明する。図21はロータリエンコーダ等のパターン
検査装置の全体構成図である。なお、ロータリーエンコ
ーダ1aのパターンは図22に示すように円柱状の軸の
周囲に一定間隔で直線パターンを設けた物である。検査
装置はロータリエンコーダ1aを位置決めするステージ
(図示省略)と、ロータリエンコーダ1aを照明し反射
光を検出する照明光学系2と、反射光を干渉させてパタ
ーン差を抽出する干渉光学系3と、パターン差を検出す
るセンサ4と、センサ4の信号を基に欠陥パターンを検
出する欠陥検出部7と、全体の制御をする全体制御部1
0と、センサ4の出力をもとに干渉光学系3のシェア量
を調整するシェア量制御手段153aとにより構成され
る。
【0069】装置の各部は以下のように動作してパター
ン欠陥を検出するものである。まず、初期動作として全
体制御部10の指令でセンサ4の出力信号をもとにシェ
ア量制御部153aで干渉光学系3のシェア量dをエン
コーダピッチに一致させる。次に、ステージ(図示省
略)でロータリーエンコーダ1aを回転させながらセン
サ4でパターン差を検出する。これにより、繰り返し性
の無いパターン差のみを欠陥検出部7で抽出できる。全
体制御部10ではパターン差を生じた点に対して比較し
た2つの座標を登録し、座標が1つしか登録されなかっ
た座標は除去することで真の欠陥を抽出する。
【0070】ここで、1次元のパターンが2次元パター
ンの時と異なるのはシェア方向が繰り返しパターンの方
向とずれている場合でもその方向に計ったパターン間隔
にシェア量を一致させれば検査ができ、1方向のシェア
量のみの調整をすれば十分である点である。
【0071】本実施例によると簡単な構成でロータリエ
ンコーダ等ののパターン欠陥を検査できる効果がある。
【0072】次に本実施例の第1の変形を説明する。ロ
ータリエンコーダ1a等の対象物を図21と直交する向
きに配置すれば、干渉によりパターンを比較するシェア
方向をパターンが並んでいる方向と直角方向に設定する
ことができる。この場合、図21と同様な検査装置の構
成でシェア量制御部153aをシェア方向制御部に変更
し、初期化としてシェア量の制御の変わりに、シェア方
向の調整を行い検査することで欠陥を検査することがで
きる。本変形によるとシェア量の調整がいらず、より簡
単な干渉光学系で実現できるで効果がある。
【0073】次に本実施例の第2の変形を説明する。検
査対象を特定方向に整列したパターン以外の同心円状パ
ターン、一定角度毎のパターン、多層パターン、3次元
パターン等に対して干渉光学系3を放射状変位、角度変
位、焦点位置(深さ方向)変位、焦点変位と横方向変位
の組み合わせを与えることに光学的に比較することが出
来る。これにより、各種干渉光学系3で干渉させること
のできる対象に対しては光学的に比較することができる
効果がある。
【0074】次に、本発明の第5の実施例を図23、図
24に基づいて説明する。図23は検査装置の全体構成
図、図24は差分検出する光学系の構成図である。
【0075】検査装置は、ウエハ(検査対象物)1を位
置決めするステージ6と、ウエハ1上の11と12を差
分検出する光学系A201aとセンサA4aとウェーハ
1上の11と13を差分検出する光学系B201bとセ
ンサB4bとセンサA4a、センサB4bの信号を基に
欠陥パターンを検出する欠陥検出部7と、該欠陥検出部
7で検出した欠陥パターンを記憶する記憶部8と、記憶
しておいた1チップ前の欠陥パターンと検出した欠陥パ
ターンを比較することにより真の欠陥パターンを検出
し、欠陥を抽出する欠陥抽出部9と、ステージ6、照明
光学系2、像回転手段52、干渉光学系B3b等の全体
を制御をする全体制御部10とより構成される。
【0076】また、差分検出する光学系201A,20
1Bはウエハ1を照明する十分波長帯域の狭い照明光源
202とコンデンサレンズ203と照明光の一部を制限
するストライプパターン204と光源スキャン部205
と照明系結像レンズ206よりなる光源部207と、照
明光を光路1:208−1と光路2:208−2に分割
するキューブプリズム209と分割され光路1:208
−1を通る照明光を反射するミラ−210と光路2:2
08−2を通る照明光を反射する可動ミラー211と光
路1と光路2の光路長差をπに保つ光路長調整用組合わ
せ楔212と分割された照明光を合成するキューブプリ
ズム213よりなる干渉光学系214と、チューブレン
ズ215と対物レンズ216よりなる対物レンズ光学系
217と、対物レンズ光学系217よりの反射光をセン
サB4bとセンサA4aで検出するため再度干渉光学系
214を通し結像させる結像レンズ218とストライプ
パターン219よりなる。
【0077】装置の各部は以下のように動作して微小な
パターン欠陥を検出するものである。まず、初期動作と
してウエハ1の座標系のx,y方向のシェア量dx,d
yを後述の手段でx,y方向のセルピッチに一致させ
る。次に、図5に示すように、ステージ6を位置決め
し、センサA4a及びセンサB4bでパターン差を検出
し、欠陥検出部7では2つのパターン差信号の小さい方
の値を欠陥パターンとすることにより欠陥を検出し、記
憶部8に記憶する。次に1つ隣のチップの同じところで
欠陥パターンを検出し、欠陥抽出部9では記憶しておい
た欠陥パターンと比較し、記憶部8に記憶しておいた欠
陥パターンではゼロで検出した欠陥パターンでゼロでな
い場所を真の欠陥として抽出する。欠陥判定終了後、検
出欠陥パターンを記憶部8に移し、次のチップで同様の
動作をする。対象とするチップの欠陥判定終了後次の場
所にステージ6を位置決めして欠陥判定を繰り返す。
【0078】次に、差分検出する光学系の動作について
説明する。まず初期動作として干渉光学系214は2つ
の光路の光路長差がπで、しかもウエハ1上換算でのシ
ェアが所望のセルピッチになるよう可動ミラー211と
光路長調整用組合わせ楔212を用いて調整する方法を
説明する。可動ミラー211は平行移動することでシェ
ア量を調整し光路長調整用組合わせ楔212は楔を出し
入れする事で光路長を調整する。可動ミラー211と光
路長調整用組合わせ楔212を設計値に合わせ、パター
ンなし部とメモリセル部が視野にはいる場所に移動す
る。まず、パターンなし部に対して楔212を調整して
センサA4a(差分検出光学系201Bの調整の時はセ
ンサB4b)の出力が最低になるように調整し、メモリ
セル部に対するセンサA4aの出力を記録する。次に、
可動ミラーを平行移動させてパターンなし部に対して同
様に楔212を調整してセンサA4aの出力を最低にす
るよう調整後メモリセル部に対するセンサA4aの出力
を記録する。この動作を繰り返しメモリセル部に対する
センサA4aの出力が最低になるよう調整する。
【0079】次にストライプパターン204とストライ
プパターン219の機能を図25を用いて説明する。照
明光源202よりの光はストライプパターン204で制
限されて図25(a)の220−1と220−2の場所
だけが照射される。ストライプパターンの開口部の幅を
ウェハ1上換算でシェア量以下にしておけばウェハ1上
は図25(b)のように照明される。領域221−1は
照明光220−1が光路208−1を通過して照明され
る領域、領域221−2は照明光220−1が光路20
8−2を通過して照明される領域、領域221−3は照
明光220−2が光路208−1を通過して照明される
領域、領域221−4は照明光220−2が光路208
−2を通過して照明される領域を示している。これらが
センサ上で検出されるときには図25(c)の様にな
り、221−1から221−4が光路208−1と20
8−2を通過する。センサ上で222−1と222−3
の場所だけ(即ち照明のストライプパターン204と同
じ位置)光を透過させれば同一の光源からの光を合成す
る事になり、干渉を起こす事ができる。
【0080】また、光源スキャン部205で照明光源の
像をセンサA4a、センサB4bの蓄積時間よりも短い
周期でスキャンする事で光学系の視野全体で均一に差分
検出する事ができる。
【0081】本実施例によると以下の効果がある。
【0082】(1)ウエハ1のパターンを2セル比較した
結果を2チップ比較しているため、設計情報などを用い
ること無しに2セル比較できるところは2セル比較して
欠陥を抽出し、2セル比較できないところはできないこ
とがわかる。
【0083】(2)干渉光学系(分離・位相変え・合成光
学系)に於いて偏光を用いていないため対象物の偏光に
よる影響を受けない。
【0084】(3)初期化の時にシェア量などの補正をし
ているため、セルピッチの異なる対象物に対して容易に
対応できる。
【0085】(4)x,y方向の2セル比較結果の小さい
方を取ることにより、2セル比較できるところでは真の
欠陥を抽出できる。
【0086】これらによりウエハ1のパターンのうち2
セル比較できるところの欠陥のみを自動で検査できる効
果がある。
【0087】次に本実施例の第1の変形を説明する。チ
ューブレンズ215にズームレンズを用い、光路長調整
用組合わせ楔212は固定にするまたはキューブプリズ
ム209またはキューブプリズム213と合わせる。こ
れにより、シェア量はズーム倍率で調整し、光路長合わ
せは可動ミラー211にて行う。また、初期化動作時に
光路長を合わせればシェア量を変えても光路長は変化し
ないため再度光路長合わせが不要となりより簡便な動作
ができる特徴がある。
【0088】次に本実施例の第2の変形を説明する。光
源スキャニング部205を用いない。この場合、光量む
らは大きいがあらかじめ光量むらを求めて置きソフトウ
ェアまたは電気回路で補正を行う。これによりより簡便
な方法で実施できる特徴がある。
【0089】次に本発明の第3の変形を説明する。スト
ライプパターン204とストライプパターン219はス
リット、スポット、スポット列等を用いる事ができる。
【0090】次に本実施例の第3の変形を説明する。光
学系の構成図を図26とする。これはウエハ1を照明す
る照明光源202とコンデンサレンズ203と光源スキ
ャン部205と照明系結像レンズ206と照明光のP偏
光成分を光路1:208−1とS偏光成分を光路2:2
08−2に分割するPBS223と分割され光路1:2
08−1を通る照明光を反射するミラー210と光路2
08−2を通る照明光を反射するミラー225と光路1
と光路2の光路長差をπに保つ光路長調整用組合わせ楔
226と分割された照明光を合成するハーフミラー22
4とλ/4板227とズームチューブレンズ215と対
物レンズ216と反射光をセンサB4bとセンサA4a
で検出するため結像させる結像レンズ218と偏光板2
28よりなる。
【0091】この差分を検出する光学系の動作について
説明する。照明光はPBS223で透過して光路1:2
08−1を通過するP偏光成分と反射して光路2:20
8−2を通過するS偏光成分に分割される。ハーフミラ
ー224で合成された後λ/4板227でそれぞれ右回
りと左回りの円偏光となる。対象物ウエハ1よりの反射
光は再度λ/4板227を通過して光路1を通った成分
はS偏光、光路2を通った成分はP偏光となり、PBS
223を通過してセンサA4aに入射する光は光路1か
らはS偏光、光路2からはP偏光であるので光路1から
照明されて反射した光は光路1、光路2から照明されて
反射した光は光路2を通過する事になり、センサ上で検
出される光は光源上の1点から出た光であり、偏光板2
28で偏光面を揃えて干渉させる。
【0092】本変形によるとマスクが不要となるため検
出視野全面を利用できる特徴がある。
【0093】
【発明の効果】本発明によれば、繰り返しパターンの微
小欠陥の判定や微小繰り返しピッチ等を光学干渉(光学
的分離・位相変え・合成)により測定でき、特にウエハ
パターン検査等の繰り返しパターン検査に適用した場合
には、検出画素寸法を微小欠陥寸法より大きくして微小
欠陥検出が可能な高精細状態で、速度を低下させること
なく高速度で検出できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】対象パターンの説明図で、(a)は記憶パター
ン、(b)は検出パターン、(c)はパターン差を示す
図である。
【図2】ウエハのパターンを示す図で、(a)はウエハ
パターンを示す図、(b)はA部拡大図である。
【図3】本発明の原理構成を示す原理構成図である。
【図4】本発明の原理を説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施例を示す全体構成図であ
る。
【図6】(a)は図5に示す実施例においてシェア方向
調整を行なうための構成を示す図で、(b)は回転角と
検出光量との関係を示す図である。
【図7】(a)は図5に示す実施例においてシェア量調
整を行なうための構成を示す図で、(b)はシェア量と
検出光量との関係を示す図である。
【図8】欠陥検出方法を説明するための図で、(a)は
通常光検出パターンを示し、(b)はX方向シェア検出
パターンを示し、(c)はy方向検出パターンを示す図
である。
【図9】例外パターンを示す図で、(a)は角パター
ン、孤立パターンを示し、(b)は繰返しパターンの周
辺を示し、(c)は斜めパターンを示す図である。
【図10】本発明に係る干渉光学系の一実施例を示す構
成図である。
【図11】図10に示す干渉光学系におけるシェアベク
トルを示す図である。
【図12】図10に示す干渉光学系の干渉原理を説明す
るための図である。
【図13】干渉光学系の図10と異なる第1の変形例を
示す構成図である。
【図14】干渉光学系の図10と異なる第2の変形例を
示す構成図である。
【図15】干渉光学系の図10と異なる第3の変形例を
示す構成図である。
【図16】(a)は干渉光学系の図10と異なる第4の
変形例を示す構成図で、(b)はフレネルゾーンプレー
トの構造を示す図である。
【図17】干渉光学系の図10と異なる第5の変形例を
示す構成図である。
【図18】本発明の第2の実施例を示す全体構成図であ
る。
【図19】シェア方向調整用パターンを示す図で、
(a)はx方向のみのパターンを示し、(b)はy方向
のみのパターンを示す図である。
【図20】本発明の第3の実施例を示す全体構成図であ
る。
【図21】本発明の第4の実施例を示す全体構成図であ
る。
【図22】図21に示す第4の実施例の対象であるロー
タリーエンコーダのパターンを示す図である。
【図23】本発明の第5の実施例を示す全体構成図であ
る。
【図24】本発明の第5の実施例を示す干渉光学系構成
図である。
【図25】図23に示す第5の実施例の照明状態図であ
る。(a)は照明部の状態であり、(b)はウエハ上で
の状態、(c)は検出部(センサA,センサB)の状態
を示している。
【図26】本発明の第5の実施例の第3の変形を示す干
渉光学系構成図である。
【符号の説明】
1…ウエハ、 2…照明光学系、 3…干渉光学系、 3a…干渉光学系A、 3b…干渉光学系B、 4…センサ、 4a…センサA、 4b…センサB、 5…パターン差抽出部、 6…ステージ、 7…欠陥検出部、 8…記憶部、 9…欠陥抽出部、 10…全体制御部、 41…光源、 42…ハーフミラー、 43…対物レンズ、 61,71…光量検出手段、 62…回転調整手段、 63…回転制御部、 72…d調整手段、 73…シェア量制御部、 101…リレーレンズ、 104,105…偏光板、 107,173…平行複屈折素子板、 171,172…λ/2板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06K 9/64 J 9289−5L H01L 21/027 (72)発明者 牧平 坦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 岡 健次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 押田 良忠 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】着目パターンの光学像と該着目パターンと
    同一であるはずのパターンの光学像とから、相対的に位
    相を変えて合成した光学像を得、該光学像からパターン
    の情報を検出または観測することを特徴とするパターン
    検出方法。
  2. 【請求項2】繰り返し性を有するパターンの光学像を複
    数に分割し、これら分割された光学像から、繰返し性に
    応じて相対的に位相を変えて合成した光学像を得、該光
    学像からパターンの情報を検出または観測することを特
    徴とする請求項1記載のパターン検出方法。
  3. 【請求項3】繰り返し性を有するパターンを検出する照
    明光学系及び検出光学系の双方の光学系を複数に分割
    し、これら分割された光学系により得られた複数の光学
    像から、繰返し性に応じて相対的に位相を変えて合成し
    た光学像を得、該光学像からパターンの情報を検出また
    は観測することを特徴とする請求項1記載のパターン検
    出方法。
  4. 【請求項4】上記パターンの情報として欠陥であること
    を特徴とする請求項1または2または3記載のパターン
    検出方法。
  5. 【請求項5】着目パターンの光学像と該着目パターンと
    同一であるはずのパターンの光学像とを相対的に位相を
    変えて合成した光学像を光電変換手段で信号として検出
    し、該信号からパターンの情報を検出することを特徴と
    するパターン検出方法。
  6. 【請求項6】繰り返し性を有するパターンの光学像を複
    数に分割し、これら分割された光学像から、繰り返し性
    に応じて相対的に位相を変えて合成した光学像を光電変
    換手段で信号として検出し、該信号からパターンの情報
    を検出することを特徴とするパターン検出方法。
  7. 【請求項7】繰り返し性を有するパターンを検出する照
    明光学系及び検出光学系を複数に分割し、これら分割さ
    れた光学系により得られた複数の光学像から、繰返し性
    に応じて相対的に位相を変えて合成した光学像を得、該
    光学像を光電変換手段で信号として検出し、該信号から
    パターンの情報を検出または観測することを特徴とする
    パターン検出方法。
  8. 【請求項8】上記パターンの情報として欠陥であること
    を特徴とする請求項5または6または7記載のパターン
    検出方法。
  9. 【請求項9】xy双方に繰り返し性を有するパターンの
    光学像をx方向に複数に分割し、これら分割された光学
    像から繰返し性に応じて相対的に位相を変えて合成した
    光学像を光電変換手段で信号として検出する第1の検出
    工程と、パターンの光学像をy方向に複数に分割し、こ
    れら分割された光学像から繰返し性に応じて相対的に位
    相を変えて合成した光学像を光電変換手段で信号として
    検出する第2の検出工程と、上記第1の検出工程及び上
    記第2の検出工程の各々により検出された信号に応じて
    パターンの情報を検出する第3の検出工程とを有するこ
    とを特徴とするパターン検出方法。
  10. 【請求項10】繰り返し性を有する第1のパターンの光
    学像を複数に分割し、これら分割された光学像から繰返
    し性に応じて相対的に位相を変えて合成した光学像を光
    電変換手段で信号として検出する第1の検出工程と、繰
    り返し性を有し、上記第1のパターンと異なる間隔を有
    する第2のパターンの光学像を複数に分割し、これら分
    割された光学像から繰り返し性に応じて相対的に位相を
    変えて合成した光学像を光電変換手段で信号として検出
    する第2の検出工程と、上記第1の検出工程及び上記第
    2の検出工程の各々により検出された信号に応じてパタ
    ーンの情報を検出する第3の検出工程とを有することを
    特徴とするパターン検出方法。
  11. 【請求項11】上記パターンの情報として欠陥であるこ
    とを特徴とする請求項9または請求項10記載のパター
    ン検出方法。
  12. 【請求項12】着目パターンと該着目パターンと同一で
    あるはずのパターンとにコヒーレント光またはパーシャ
    ルコヒーレント光を照明する照明光学系と、該照明光学
    系で照明された着目パターンの光学像と該着目パターン
    と同一であるはずのパターンの光学像から相対的に位相
    を変えて合成した光学像を得る合成光学系を備えた検出
    光学手段とを設け、該検出光学手段から得られる光像か
    らパターンの情報を検出または観測できるように構成し
    たことを特徴とするパターン検出装置。
  13. 【請求項13】着目パターンと該着目パターンと同一で
    あるはずのパターンとにコヒーレント光またはパーシャ
    ルコヒーレント光を照明する照明光学系と、該照明光学
    系で照明された着目パターンの光学像を検出する検出光
    学系において照明光学系及び検出光学系を複数に分割
    し、分割された光学系でそれぞれ着目パターンと該着目
    パターンと同一であるはずのパターンを検出し、これら
    光学像から相対的に位相を変えて合成した光学像を得る
    合成手段を設け、該検出光学手段から得られる光像から
    パターンの情報を検出または観測できるように構成した
    ことを特徴とするパターン検出装置。
  14. 【請求項14】繰り返し性を有するパターンにコヒーレ
    ント光またはパーシャルコヒーレント光を照明する照明
    光学系と、該照明光学系で照明された繰り返し性を有す
    るパターンの光学像を複数の光学像に分割する分割光学
    系と該分割光学系で分割された光学像から相対的に位相
    を変えて合成した光学像を得る合成光学系とを備えた検
    出光学手段とを設け、該検出光学手段から得られる光像
    からパターンの情報を検出または観察できるように構成
    したことを特徴とするパターン検出装置。
  15. 【請求項15】着目パターンと該着目パターンと同一で
    あるはずのパターンとにコヒーレント光またはパーシャ
    ルコヒーレント光を照明する照明光学系と、該照明光学
    系で照明された着目パターンの光学像と該着目パターン
    と同一であるはずのパターンの光学像から相対的に位相
    を変えて合成した光学像を得る合成光学系と該合成光学
    系で得られた光学像を受光して信号に変換する光電変換
    手段とを備えた検出光学手段とを設け、該検出光学手段
    の光電変換手段から得られる信号からパターンの情報を
    検出できるように構成したことを特徴とするパターン検
    出装置。
  16. 【請求項16】繰り返し性を有するパターンにコヒーレ
    ント光またはパーシャルコヒーレント光を照明する照明
    光学系と、該照明光学系で照明された繰り返し性を有す
    るパターンの光学像を複数の光学像に分割する分割光学
    系と該分割光学系で分割された光学像から相対的に位相
    を変えて合成した光学像を得る合成光学系と該合成光学
    系で得られた光学像を受光して信号に変換する光電変換
    手段とを備えた検出光学手段とを設け、該検出光学手段
    の光電変換手段から得られる信号からパターンの情報を
    検出できるように構成したことを特徴とするパターン検
    出装置。
  17. 【請求項17】請求項12において合成光学系で合成す
    るパターンの相対的位置ずれ量(シェア量)は繰り返し
    性のピッチまたはピッチの整数倍であってこれらを可変
    できる事を特徴とするパターン検出装置。
  18. 【請求項18】請求項17においてシェア量はズームリ
    レーレンズの倍率または光学系中の複屈折素子またはハ
    ーフミラーまたはミラーまたはプリズムまたはレンズま
    たは回折格子またはフレネルゾーンプレートの位置を変
    える事により可変できる事を特徴とするパターン検出装
    置。
  19. 【請求項19】請求項12において照明光学系は対象物
    上で平面波または平面波からのずれを波長のオーダーよ
    り小さくする事を特徴とするパターン検出装置。
  20. 【請求項20】請求項13において干渉光学系を照明と
    検出の双方に通過させる事により照明光源の1点と対象
    物上の複数の点を結像させ、該対象物上の複数の点と検
    出系のパターンの情報を検出または観測する点を結像さ
    せる事により光源から検出または観測する点までの光路
    長を完全に同一とする事を特徴とするパターン検出装
    置。
  21. 【請求項21】単一波長でない光源寸法の大きい照明光
    源を用いた干渉光学系に於いて検出または観測する位置
    と対象物と照明光源をそれぞれ共役な位置関係に保ち干
    渉縞を検出または観測する光学系システムに於いて照明
    光源を対象物と共役な関係を保ったままスキャニングす
    ることにより均一な検出光量を得る事を特徴とするパタ
    ーン検出装置。
  22. 【請求項22】照明光源を直接または間接的に走査する
    事により検出または観測されるパターンの情報のむらを
    無くす事を特徴とする請求項22記載のパターン検出装
    置。
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