JP3978528B2

JP3978528B2 - パターン欠陥検査装置及びレーザ顕微鏡

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Publication number: JP3978528B2
Application number: JP10619198A
Authority: JP
Inventors: 治彦楠瀬; 米澤　　良
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 1998-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-04-16
Also published as: JPH11304715A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク、液晶パネル、カラーフィルタのような複数のパターンが透明基板に形成されている試料の欠陥を検査するのに好適な透過型欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＬＳＩの製造においては、透明ガラス基板上に金属クロムの遮光パターンが形成されたフォトマスクを用い、投影光学系によりフォトマスクの像がウエハ上に縮小投影されている。従って、ＬＳＩの製造の歩留りを改善するためフォトマスクの欠陥を正確に検出できる欠陥検査装置の開発が強く要請されている。従来のフォトマスクの欠陥検査装置おいては、透過型顕微鏡の原理を用い、検査すべき試料の下側から集光レンズを介して試料に照明光を投射し、試料からの透過光を対物レンズを経てＣＣＤカメラのような画像検出器により撮像し、画像の振幅情報を利用して欠陥が検出されていた。
【０００３】
一方、ＬＳＩの線幅の微細化に伴い、その製造に用いられるフォトマスクとしてハーフトーン型の位相シフトマスクのような、振幅だけでなく振幅と位相の両方によりパターンを規定するフォトマスクが実用化されており、これらフォトマスクについても一層正確に欠陥検査できる検査装置の開発が強く要請されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＳＩの線幅の微細化に伴い、フォトマスクのパターンも一層微細化しており、パターンサイズの微細化に応じてより微細な欠陥を正確に検出できることが要請されている。この課題を達成するためには欠陥検査装置の横方向の分解能を一層高くする必要がある。しかしながら、従来の透過型欠陥検査装置では、一層良好な性能の光学素子を用いても分解能を高くするには限界がある。
【０００５】
また、フォトマスクの欠陥として、例えばレジストの滓のような透明異物や半透明異物の付着による欠陥も多く存在する。しかしながら、従来の透過型欠陥検査装置はこのような透明欠陥に対する感度が低いため、本来検出されるべき欠陥を検出できない不具合も指摘されている。
【０００６】
また、ハーフトーン型位相シフトマスクの遮光パターンの透過率は、実際にパターンをウエハ上に投影する際の投影波長において約１０％程度に設定されているが、欠陥検査を行う際の検査波長における透過率は約５０％である。従って、遮光パターンが形成されている部分と形成されていない部分との間の透過光量比が小さいため検出される画像のコントラストが低く、検査精度に関して難点があった。
【０００７】
さらに、パターンの微細化に伴い、チイップサイズが増大する傾向にあり、欠陥検査すべき領域が一層拡大している。従って、検査速度すなわちスループットを一層高くすることも重要な課題になっている。
【０００８】
本発明の目的は、一層高い横方向分解能を達成できると共に透明欠陥も正確に検出でき、しかも検出感度が一層改善された透過型欠陥検査装置を提供することにある。
【０００９】
さらに、本発明の目的は、一層高い横方向分解能を達成できると共に一層高いスループットを達成できる透過型欠陥検査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】
本発明によるパターン欠陥検査装置は、透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、光ビームを放出する光源装置と、光源装置からの光ビームを第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、偏向された光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料を透過した光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの光ビームを再び集束して試料に投射する第２の対物レンズと、前記試料を２回透過した透過光を受光する光検出器と、この光検出器からの出力信号を処理して欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路と、前記試料ステージを少なくとも前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置とを具え、
前記第２の対物レンズから出射し試料を２回透過した透過光を前記第１の対物レンズ及びビーム偏向装置を介して光検出器に入射させることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、検査すべき試料を透過した透過光をミラーにより反射して再度試料に向けて投射し、試料を２回透過した光を光検出器に入射させるダブルパス方式を採用する。検査ビームが試料の同一の部分を２回透過するので、コントラストが一層増大し、ハーフトーン型の位相シフトマスクのような検査波長域における透過率が比較的高い遮光パターンが用いられている試料でも正確に欠陥検査することができる。さらに、例えばレジスト膜の滓の付着のような透明欠陥についても、検査ビームは透明欠陥を２回通過するので、透明欠陥により回折し又は散乱する光が増大する。このような光は光路外に出射して光学系の瞳に入らないため、最終的に光検出器に入射せず、この結果透明欠陥が存在する部分は周囲よりも暗く検出されることになる。従って、従来の欠陥検査装置では検出できなかった透明欠陥も明瞭に検出することができる。
【００１２】
本発明による透過型欠陥検査装置の好適例は、前記第２の対物レンズとミラーとの間に１／４波長板を配置し、光源装置とビーム偏向装置との間に偏光ビームスプリッタを配置し、光源装置から放出された検査ビームが偏光ビームスプリッタを透過し試料を２回透過した光は偏光ビームスプリッタにより反射するように構成したことを特徴とする。試料を２回透過した光の強度と遮光パターンで反射した光の強度が接近している場合、遮光パターンの形成部分と形成されていない部分との識別が困難になるおそれがある。このため、本例では、偏光を利用して試料からの透過光だけを光検出器に入射させる。本例では、試料を透過した光は位相板である１／４波長板を２回透過するので、その偏光面が９０°回転して試料から出射するので、偏光ビームスプリッタにより反射する。これに対して、試料表面で反射した光は１／４波長板を通過しないので、光源から出射した検査ビームと同一の偏光状態を維持し、偏光ビームスプリッタを透過する。この結果、検査すべき試料を２回透過した光だけを光検出器に入射させることができる。このように構成すれば、試料からの反射光による情報は全て除去され、試料からの透過光による情報だけを検出することができる。この結果、例えば遮光パターンの膜厚が不均一な場合、特に膜厚が規定の厚さよりも薄い場合欠陥として検出することができる。
【００１３】
本発明によるパターン欠陥検査装置の別の実施例は、前記光検出器が、共焦点光学系を構成するピンホール開口を有することを特徴とする。欠陥検査装置の光学系が共焦点光学系を構成すれば、光検出器にフレアが入射するのを一層有効に防止することができるので、欠陥により回折され又は散乱した光が光検出器に入射するのを一層有効に防止され、欠陥の存在を一層明瞭に検出することができる。
【００１４】
本発明による別のパターン欠陥検査装置は、透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、第１の方向に沿って整列した複数の光ビームを放出する光源装置と、これら複数の光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料ステージを前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置と、前記試料を透過した複数の光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの複数の光ビームを再び集束して試料に向けて投射する第２の対物レンズと、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の光検出素子を有し、各光検出素子が前記試料を２回透過した透過ビームをそれぞれ受光する光検出素子アレイと、前記光検出素子アレイからの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具えることを特徴とする。このように構成すれば、検査すべき試料は同時に複数の光ビームで走査されることになり、検査速度が一層速くなり、スループットを大幅に高くすることができる。尚、光源装置と試料との間の光路中にズームレンズを配置することにより、光ビーム間のピッチを調整することができるので、検査すべき試料のパターンが周期性を有する場合、検査ビーム間のピッチをパターンの周期に一致させることができる。
【００１５】
本発明によるパターン欠陥検査装置は、透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、第１の方向に沿って整列した複数の光ビームを放出する光源装置と、これら複数の光ビームを第１の方向と直交する第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、前記複数の光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料を透過した複数の光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの複数の光ビームを再び集束して試料に向けて投射する第２の対物レンズと、前記光源装置とビーム偏向装置との間の光路中に配置したビームスプリッタと、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の光検出素子を有し、各光検出素子が前記試料を２回透過した透過ビームをそれぞれ受光する光検出素子アレイと、前記光検出素子アレイからの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具え、前記第２の対物レンズから出射し試料を２回透過した複数の透過ビームを前記第１の対物レンズ、ビーム偏向装置及びビームスプリッタを介して光検出素子アレイに入射させることを特徴とする。本例では、複数の光ビームをその配列方向と直交する方向にスキャンすることにより、試料を２次元的に走査する。尚、ビーム偏向装置を介して光検出素子アレイに入射させることにより試料からの透過光はビーム偏向装置によりデスキャンされるので、光検出素子アレイ上では静止した状態に維持されることになる。従って、偏光ビームスプリッタと光検出素子アレイとの間にズームレンズを配置することにより、試料からの透過ビームを各光検出素子にそれぞれ入射させることができる。
【００１６】
本発明による透過型欠陥検査装置の好適実施例は、前記光検出素子アレイを複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイで構成し、各フォトダイオードからの出力信号を並列に出力させ、各出力信号同士を比較することにより欠陥を検出することを特徴とする。この場合、リアルタイムで欠陥検査を行うことができ、スループットが大幅に向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明によるパターン欠陥検査装置の一例の構成を示す線図である。レーザ光源１から検査ビームを放出する。この検査ビームは偏光ビームスプリッタ２を透過してビーム偏向装置であるポリゴンスキャナ３に入射する。ビーム偏向装置として、振動ミラー、ガルバノミラー等の種々のビーム偏向装置を用いることができる。ポリゴンスキャナ３は検査ビームを第１の方向（紙面内）に所定の周波数で周期的に偏向する。検査ビームは、さらにリレーレンズ４、高速ポジショナ５、リレーレンズ６、及びダイクロイックミラー７を経て第１の対物レンズ系８に入射する。この第１の対物レンズ系８は検査ビームを集束して検査すべき試料９に投射する。試料９は、Ｘ−Ｙ駆動機構を有する試料ステージ１０上に載置し、欠陥検査中第１の方向と直交する第２の方向に周期的に移動させる。従って、試料９は集束した検査ビームにより２次元的に走査されることになる。
【００１８】
本例において、検査すべき試料は透明なガラス基板上に金属クロムの遮光パターンが形成されているフォトマスクとする。フォトマスクに入射した光のうち遮光パターンが形成されている部分に入射した光は試料表面で反射し、パターンが形成されていない部分に入射した光は透過する。フォトマスクを透過した光は、板厚補正素子１１、第２の対物レンズ１２、１／４波長板１３、及びリレーレンズ１４を経て全反射ミラー１５に垂直に入射する。ミラー１５に入射した透過光は同一の光路を逆行し、再びリレーレンズ１４、１／４波長板１３、第２の対物レンズ系１２、及び板厚補正素子１１を経て試料９に入射する。第２の対物レンズ系１２は第１の対物レンズ系８とほぼ同一の焦点位置を有し、ミラー１５で反射した光を集束して試料９に投射する。尚、検査すべき試料の透明基板の厚さが異なる場合あるため、板厚補正素子１１を配置して第１の対物レンズ系と第２の対物レンズ系の焦点位置をほぼ一致させる。尚、例えば、０．１ｍｍ程度の透明基板の厚さのバラツキは、対物レンズ系のレンズ素子間の距離を調整して収差を低減することができる。
【００１９】
このように、検査ビームが試料を２回透過するダブルパス方式を利用することにより検査ビームが試料の同一部分を２回透過するので、コントラストが増大し、ハーフトーン型位相シフトマスクのような遮光パターンの透過率が大きな試料であって特に投影光の波長における透過率と検査ビームの波長における透過率とが相違するような試料でもパターンの欠陥を正確に検査することができる。
【００２０】
第２の対物レンズ系１２を出射し、再び試料９を透過した光は第１の対物レンズ系８により集光される。この透過ビームは１／４波長板１３を２回通過しているので、その偏光面は試料に入射する検査ビームの偏光面に対して９０°回転している。一方、試料９の遮光パターンにより反射し第１の対物レンズ８により集光される反射ビームは１／４波長板を通過していないので、その偏光面は試料に入射する検査ビームと同一である。
【００２１】
これら試料からの透過光及び反射光は第１の対物レンズにより集光され、ダイクロイックミラー７に入射し、その一部は反射して自動焦点光学装置１６に入射し、オートフォーカス用の信号が取り出される。この自動焦点光学装置１６は、対物レンズ非点収差素子を有する所謂ダブルフォーカルト法のような既知の自動焦点光学装置を用いることができ、その詳細な説明は省略する。この自動焦点光学装置１６からの出力信号に基づいて形成された駆動信号により、試料ステージ１０を対物レンズに光軸方向に沿って移動制御して検査中常時検査ビームを試料表面に合焦させることができる。
【００２２】
ダイクロイックミラー７を透過した光は高速ポジショナ５に入射する。この高速ポジショナ５は、２個の平行平面板を有し、これらの平行平面板をを回動させることにより光ビームを試料のＸ及びＹ方向に変位させることができ、従って例えば検査すべきフォトマスクのダイがＸ又はＹ方向に変位している場合、光ビームを高速で変位させることができる。
【００２３】
高速ポジショナ５を出射した光ビームはリレーレンズ４を経てポリゴンスキャナ３に入射してデスキャンされる。ポリゴンスキャナからの出射ビームは偏光ビームスプリッタ２に入射する。この偏光ビームスプリッタ２に入射する光のうち、フォトマスクの表面からの反射光はレーザ光源からの光ビームと同一の偏光面を有しているから透過し、フォトマスクからの透過光は偏光面が９０°回転しているので反射する。従って、フォトマスクからの反射と透過光は、この偏光ビームスプリッタ２により分離され、透過光を検査光学系に入射させることができる。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ２により分離された試料からの透過光は、リレーレンズ１７を通過し、光検出器１８の前面に配置したピンホール１９を経て光検出器１８に入射する。この光検出器１８は、例えばフォトダイオードで構成することができる。光検出器に入射する光ビームはポリゴンスキャナ３によりデスキャンされているので、光検出器上では常時静止した状態で入射することになる。このように、光検出器１８の前面にピンホールを配置することにより、共焦点光学系が構成され、フレヤが除去され、解像度を一層高くすることができる。
【００２５】
光検出器１８からの出力信号は欠陥検出回路２０に供給する。図２は欠陥検出回路２０の一例の構成を示す回路図である。光検出器であるフォトダイオード１８からの出力信号をＡ／Ｄ変換器２１に供給してディジタル信号に変換してからメモリ２２に供給し、予め定めた時間経過してから順次出力する。そして、Ｄ／Ａ変換器に供給してアナログ信号に変換して差動増幅器２４の一方の入力端子に供給する。また、フォトダイオード１８の出力信号も差動増幅器２４の他方の端子に直接供給する。Ａ／Ｄ変換器２１、メモリ２２及びＤ／Ａ変換器２３は遅延回路を構成するものとし、その遅延時間は例えば検査すべきパターンの周期性を考慮して設定することができ、本例ではポリゴンスキャナ３の１ライン周期とする。従って、本例では互いに隣接する走査ライン毎に比較されることになる。差動増幅器２４の出力信号は比較回路２５の一方の入力端子に供給し、その他方の入力端子には基準電圧発生器２６からの所定の基準電圧を供給し、差動増幅器２４からの出力が基準電圧を超えるか否かを比較する。そして、基準電圧を超える場合欠陥検出信号を発生し、欠陥が存在していると判定する。尚、この欠陥検出回路は種々の型式のものを用いることができ、例えば検査すべきフォトマスク全体についての基準値をメモリに記憶しておき、光検出器の出力信号をメモリに記憶した基準値と直接比較することができる。また、検査すべき１個のダイ又はチイップのデータをメモリに記憶しておき、このデータと比較して欠陥検出信号を発生させることもできる。
【００２６】
図３はミラー１５の変形例を示す。上述した実施例では、ミラー１５として全面が反射性のミラーを用いたが、本例では反射面が全面ではなく、ポリゴンスキャナ３のビーム走査方向に延在する線状の反射面１５ａが形成されているミラーを用いる。この場合、試料９を透過した形成ビームは、線状のミラー面１５ａ上に沿って周期的に移動し、線状のミラー面に入射した光だけがミラー１５により反射され再び試料９に入射することになる。このように構成すれば、フレヤが一層大幅に除去され、コンフォーカリティを一層増強することができる。
【００２７】
さらに、本例では、ダイクロイックミラー７と第１の対物レンズ８との間の光路中に１／４波長板を挿脱自在に配置することができる。この場合、この１／４波長板が光路から除去されている場合試料９を２回透過した透過光だけが光検出器１８に入射する。一方、１／４波長板が光路中に配置されると、試料からの透過光は偏光ビームスプリッタ２を透過し光検出器１８に入射せず、試料９の表面で反射した反射光だけが偏光ビームスプリッタ２で反射し光検出器１８に入射する。このように構成すれば、１／４波長板を挿脱するだけで反射モード検査と透過モード検査とを切り換えることができる。
【００２８】
図１に示す欠陥検査装置は、光検出器１８から出力信号をクロック信号により一定の周波数でサンプリングして映像信号を発生させ、ポリゴンスキャナ３による走査を主走査と、ステージ１０をスキャン方向と直交する方向に移動させることによりレーザ顕微鏡を構成することができる。従って、前述した１／４波長板を挿脱自在に光路中に配置することにより試料の透過像及び反射像を選択的に撮像することができる。
【００２９】
図４は本発明による透過型欠陥検査装置の構成を示す。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、マルチビーム照明方式を利用してスループットを大幅に改善する。レーザ光源１から発生したレーザビームを回折格子３０に入射させ、第１の方向すなわち紙面と直交する方向に整列した複数の光ビームに変換する。これら複数の光ビームは第１及び第２のリレーレンズ３１及び３２を経て偏光ビームスプリッタ２に入射し、この偏光ビームスプリッタ２を透過してポリゴンスキャナ３に入射する。ポリゴンスキャナ３は、入射した複数の光ビームを第１の方向と直交する第２の方向（紙面内方向）に所定の周波数で周期的に偏向する。ポリゴンスキャナ３で反射した複数の光ビームは第３のリレーレンズ４、高速ポジショナ５、第４のリレーレンズ６及びイクロイックミラー７を経て第１の対物レンズ８に入射する。第１の対物レンズ８は、入射した複数の光ビームを微小スポット状に集束して欠陥検査すべき試料９に投射する。従って、試料９上には複数の微小な光スポットが第１の方向と対応する方向に沿ってライン状に形成される。
【００３０】
試料９を透過した透過光は、板厚補正素子１１、第２の対物レンズ１２、１／４波長板１３及びリレーレンズ１４を経てミラー１５に垂直に入射する。ミラーに入射した複数の透過ビームは、光路を逆行し、再びリレーレンズ１４及び１／４波長板１４を経て第２の対物レンズ１３に入射し、再び微小スポット状に集束され、板厚補正素子１１を透過して試料９に入射する。
【００３１】
試料９を２回透過した光及び試料の表面で反射した光は第１の対物レンズにより集光され、光路を逆光してポリゴンスキャナ３に入射する。そして、ポリゴンスキャナ３によりデスキャンされて偏光ビームスプリッタ２に入射する。ここで、試料９の表面で反射した反射光は、１／４波長板を通過していないので、レーザ光源から出射した光と同一の偏光状態にあり、一方試料を２回透過した光は１／４波長板を２回通過しているので、その偏光面は光源からの出射ビームの偏光面に対して９０°回転している。この結果、試料からの反射光は偏光ビームスプリッタ２を透過し、試料からの透過光は偏光ビームスプリッタで反射し、試料からの反射光と透過光とが互いに分離される。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ２で反射した試料からの複数の透過ビームはリレーレンズ１７を経て光検出器３３に入射する。ここで、光検出器３３に入射する光ビームは、ポリゴンスキャナによりデスキャンされているので、光検出器３３に対して静止した状態で入射する。本例では、光検出器３３は、複数の光ファイバと複数のフォトダイオードとの組合せにより構成する。複数の光ファイバの入射端をライン状に配列し、各光ファイバの出射端にはフォトダイオードをそれぞれ光学的に結合する。従って、この光検出器は、複数の受光素子がライン状に配列されたリニァイメージセンサと考えることができる。ライン状に配列された複数の光ファイバの入射端は第１の方向に対応する方向に配置する。従って、試料からの複数の透過ビームはそれぞれ対応する光ファイバに入射し、各フォトダイオードにそれぞれ入射し、電気信号に変換されて並列に出力される。このように構成することにより、共焦点光学系が構成されると共に、フォトダイオードアレイは任意の位置に配置できるので、光学系の設計の自由度が増大する。尚、試料９と光検出器３３との間の光路に配置したいずれかのリレーレンズをズームレンズで構成し、ズームレンズの倍率を調整することにより、試料からの複数の透過ビームのピッチを光ファイバアレイのピッチに整合させることができる。本例では、リレーレンズ１７をズームレンズで構成し、その倍率を調整して試料からの各透過ビームをそれぞれ対応する光ファイバに入射させる。
【００３３】
光検出器３３からの出力信号を並列に出力して電流−電圧変換増幅器アレイ３４にそれぞれ供給し、電圧信号に変換された各信号を比較回路３５に供給する。比較回路３５において、各光検出素子からの出力信号を比較し、例えば隣接する光検出素子間の出力信号同士を比較して欠陥検出信号を発生する。尚、欠陥検出は、隣接する素子からの出力信号を比較するだけでなく、１個おき又は２おき等の素子間の出力信号同士を比較することもできる。このように構成すれば、試料が同時に複数の光ビームで走査されると共に、光検出器からの出力信号を同時に並列に出力して欠陥検出を行うことができるので、欠陥検査時間が大幅に短縮し、スループットを大幅に改善することができる。
【００３４】
尚、本例では、ビーム偏向装置３と第１の対物レンズ８との間に第２の１／４波長板３６を光路に対して挿脱自在に配置して、試料からの透過光による欠陥検査と反射光による欠陥検査とを自由に切り換えられるように構成する。第２の１／４波長板３６が光路から除外されている場合、上述したように、試料からの透過光だけが光検出器に入射し、透過型の欠陥検査が行われる。一方、第２の１／４波長板３６を光路中に挿入すると、試料からの反射光はその偏光面がレーザ光源から出射した光に対して９０°回転し、偏光ビームスプリッタ２で反射する。これに対して、試料からの透過光は２個の１／４波長板をそれぞれ２回通過するので、その偏光面はレーザ光源から出射した光の偏光面と一致し、偏光ビームスプリッタ２を透過する。この結果、試料からの反射光だけが偏光ビームスプリッタ２により反射され光検出器に入射し、反射光による反射型の欠陥検査が行われることになる。このように、本例の欠陥検査装置は、第２の１／４波長板の光路への挿入を切り換えるだけで、透過型と反射型とを容易に切り換えることができ、欠陥検査装置の機能が大幅に増大する。尚、第２の１／４波長板は、偏光ビームスプリッタ２と試料９との間のいずれの位置にも配置することができる。
【００３５】
光源装置から発生する複数の光ビーム間のピッチは、用いる回折格子の条件により規定されるが、欠陥検査すべき試料の特性に応じて検査ビーム間のピッチを自在に設定することを希望する場合も多い。特に、試料に形成されている検査すべきパターンが周期性を有する場合、光源装置から発生する複数の検査ビームのピッチをパターンのピッチに整合させて欠陥検査することを望む場合がある。このような要求に適合させるため、光源装置と第１の対物レンズとの間にズームレンズ系を配置し、その倍率を調整することにより検査ビームのピッチを検査すべきパターンのピッチに整合させることができる。このように構成すれば、各検査ビームが各パターンの同一の部分を走査するので、光検出器からの出力信号を互いに比較するだけで欠陥の存在を見出すことができる。
【００３６】
さらに、本例では、ビーム偏向装置であるポリゴンスキャナ３と第１の対物レンズ８との間に、ノマルスキープリズム３７を光路に挿入可能に配置する。このノマルスキープリズムは第１の対物レンズと共に差分干渉光学系を構成する。従って、第２の１／４波長板３６を光路中に配置した反射型の検査モードにおいて、ノマルスキープリズム３７も光路中に配置すると、所定量だけ横ずらしされた像と横ずらしされていない像とが合成された差分干渉画像が形成される。この差分干渉画像を形成することにより、試料に存在する位相情報、例えば位相シフトマスクの位相シフタの形成の有無や表面の高さの差による干渉情報を電気信号として取り出すことができ、位相シフトマスクの検査に有用である。また、透過モードにおいて、ノルマルスキープリズムを光路中に配置することにより透過光の位相差による干渉情報を得ることができる。
【００３７】
図４に示す欠陥検査装置の光学系を利用して反射モードと透過モードとの間で切り換え可能なレーザ顕微鏡を構成することも可能である。レーザ顕微鏡として構成する場合、光検出器３３を各素子に蓄積された電荷を順次読み出して映像信号を発生するリニアイメージセンサで構成する。この場合、１／４波長板３６を光路に挿入又は取り出すだけで反射モードと透過モードとを切り換えることができる。従って、１個の光検出器を用いるだけで試料の透過像及び反射像の両方を撮像することができる。
【００３８】
図５は本発明による欠陥検査装置の光学系を利用したレーザ顕微鏡の構成を示す。本例では、図１に示す欠陥検査装置の光学系を利用して試料の反射像及び透過像を同時に撮像することができ、又は光路を切り換えることにより反射像又は透過像のいずれも撮像することができるレーザ顕微鏡について説明する。尚、図１で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。レーザ光源１から発生したレーザ光、例えばP偏光したレーザ光は、第１の偏光ビームスプリッタ４０を透過し、１／２波長板及びファラディローテータ４２を経て第２の偏光ビームスプリッタ４３に入射する。１／２波長板４１を透過したレーザ光はファラディローテータ４２により元の偏光状態の光すなわちP偏光した光に変換されるので、第２の偏光ビームスプリッタ４３を第１の偏光面に設定することにより、入射したレーザ光は第２の偏光ビームスプリッタを透過する。この透過光はポリゴンスキャナ３により周期的に１方向に偏向され、第１の対物レンズ８を経て試料９に入射する。そして、試料９の表面で一部のレーザ光が反射し、残りのレーザ光は試料を透過する。試料９を透過したレーザ光は１／４波長板１３を経てミラー１５で反射し、再び１／４波長板１３を透過して試料９に入射し、再び試料を透過する。試料９の表面で反射した反射光及び試料９を２回透過した透過光は同一の光路を逆行し、ポリゴンスキャナ３によりデスキャンされ、第２の偏向ビームスプリッタ４３に入射する。
【００３９】
試料９を２回透過した透過光は１／４波長板１３を２回透過しているから、試料への入射光に対して偏光面が９０°回転しており、従って偏光ビームスプリッタ４３で反射する。偏光ビームスプタッタ４３で反射した試料からの反射光はリレーレンズ１７及びピンホール１８を経て第１の光検出器４４に入射する。第１の光検出器４４は、蓄積された電荷を駆動回路（図示せず）からの駆動信号に基づいて順次読み出して映像信号を発生する。従って、試料９の反射像が形成されることになる。
【００４０】
一方、試料９の表面で反射した反射光は偏光面が回転していないので、偏光ビームスプタッタ４３を透過する。そして、ファラディローテータ４２及び１／２波長板４１を通過して第１の偏光ビームスプリッタ４０に入射する。ファラディローテータ４２及び１／２波長板４１を通過することにより、試料からの反射光は偏光面が９０°回転しているので、この反射光は第１の偏光ビームスプリッタ４０で反射する。そして、リレーレンズ４５及びピンホール４６を経て第２の光検出器４７に入射する。第２の光検出器４７は、蓄積された電荷を駆動回路（図示せず）からの駆動信号に基づいて順次読み出して映像信号を発生する。従って、試料９の透過像が形成されることになる。このように構成すれば、試料の反射像及び透過像の両方を同時に撮像することができる。
【００４１】
尚、上述した実施例では、第２のビームスプリッタ４０を偏光ビームスプリッタで構成したが、入射する光のうち一部の光を反射し残りの光を透過するニュートラル形のビームスプリッタで構成することもできる。この場合、偏光変換光学系として機能する１／２波長板４１及びファラディローテータ４２は不要である。
【００４２】
図５に示すレーザ顕微鏡は、試料からの反射像及び透過像を同時に撮像することができるので、これらの反射光及び透過光を利用して欠陥検査装置としても用いることができる。すなわち、第１及び第２の光検出器４４及び４７の出力信号を信号処理回路に供給し、例えばこれらの信号の極性を互いに反転しレベル調整を行ってから加算することにより試料に形成されたパターンの欠陥を検出することができる。例えば、試料の表面にレジストのかすが残存している場合、光検出器４４に入射する試料からの反射光の光量が低下するため、加算された出力信号のレベルが基準のレベルよりも低下し、欠陥の存在を検出することができる。また、遮光パターンの膜厚が基準値よりも薄い場合透過光のレベルが基準値よりも高くなり、この結果加算された出力信号のレベルが基準レベルよりも上昇し、同様に欠陥の存在を検出することができる。勿論、上述した欠陥検査に加えて、試料からの反射光だけによる欠陥検査及び透過光だけによる欠陥検査も併せて同時に行うことができる。従って、本例の場合３種類の欠陥検査を行うことができる。さらに、本例においても、図４に示す実施例と同様にノマルスキープリズムを光路中に配置して差分干渉像を形成し、表面の高さの差による欠陥情報や透過光の位相差による欠陥情報を得ることもできる。従って、本例の欠陥検査装置は１個の検査装置で多種多様な欠陥検査を行うことができる利点が達成される。
【００４３】
本発明は上述した実施例だけに限定されず、種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した図５に示したパターン欠陥検査装置及びレーザ顕微鏡は１本のレーザビームで試料を走査する構成としたが、勿論図４に示すように複数本のレーザビームを用いて試料を走査することもでき、この場合光検出器を複数の受光素子を有する光検出器で構成し、試料からの反射光又は透過光が対応する受光素子に入射するように構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による欠陥検査装置の一例の構成を示す線図である。
【図２】欠陥検査回路の一例の構成を示す回路図である。
【図３】ミラーの変形例を示す線図である。
【図４】本発明による欠陥検査装置の変形例を示す線図である。
【図５】本発明によるレーザ顕微鏡の一例を示す線図である。
【符号の説明】
１レーザ光源
２偏光ビームスプリッタ
３ビーム偏向装置
４４、６、１４、１７、３１、３２リレーレンズ
５高速ポジショナ
７ダイクロイックミラー
８第１の対物レンズ
９試料
１０試料ステージ
１１板厚補正素子
１２第２の対物レンズ
１３、３６１／４波長板
１５ミラー
１８光検出器
１９ピンホール
２０欠陥検出回路
３０回折格子

Claims

透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、光ビームを放出する光源装置と、光源装置からの光ビームを第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、偏向された光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料を透過した光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの光ビームを再び集束して試料に投射する第２の対物レンズと、前記試料を２回透過した透過光を受光する光検出器と、この光検出器からの出力信号を処理して欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路と、前記試料ステージを少なくとも前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置とを具え、
前記第２の対物レンズから出射し試料を２回透過した透過光を前記第１の対物レンズ及びビーム偏向装置を介して光検出器に入射させることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、
第１の偏光状態の光ビームを放出するレーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、偏向された光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料ステージを前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置と、前記試料を透過した光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの光ビームを再び集束して試料に向けて投射する第２の対物レンズと、前記ミラーと試料との間に配置され、２回通過した光の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換する１／４波長板と、試料を２回透過した透過光を受光する光検出器と、前記第１の対物レンズと光検出器との間に配置され、第１の偏光状態の光を透過させ、第２の偏光状態の光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記光検出器からの出力信号を処理して欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具え、前記第２の対物レンズから出射し試料を２回透過した透過光を前記第１の対物レンズ、ビーム偏向装置及び偏光ビームスプリッタを介して光検出器に入射させることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
前記光検出器が、共焦点光学系を構成するピンホール開口を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン欠陥検査装置。
前記偏光ビームスプリッタと試料との間に１／４波長板を挿脱自在に配置し、試料からの反射光又は透過光を選択的に光検出器に入射させるように構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のパターン欠陥検査装置。
前記第１の対物レンズと第２の対物レンズとの間に、検査すべき試料の透明基板の厚さを補正する光学素子を配置したことを特徴とする請求項４に記載のパターン欠陥検査装置。
前記ミラーが線状の反射面を有し、この線状反射面の方向を試料を透過した光ビームの走査方向に一致させたことを特徴とする請求項４に記載のパターン欠陥検査装置。
透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、第１の方向に沿って整列した複数の光ビームを放出する光源装置と、これら複数の光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料ステージを前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置と、前記試料を透過した複数の光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの複数の光ビームを再び集束して試料に向けて投射する第２の対物レンズと、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の光検出素子を有し、各光検出素子が前記試料を２回透過した透過ビームをそれぞれ受光する光検出素子アレイと、前記光検出素子アレイからの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具えることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
透明基板に形成されたパターンの欠陥を検査するパターン欠陥検査装置であって、第１の方向に沿って整列した複数の光ビームを放出する光源装置と、これら複数の光ビームを第１の方向と直交する第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、前記複数の光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料を透過した複数の光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの複数の光ビームを再び集束して試料に向けて投射する第２の対物レンズと、前記光源装置とビーム偏向装置との間の光路中に配置したビームスプリッタと、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の光検出素子を有し、各光検出素子が前記試料を２回透過した透過ビームをそれぞれ受光する光検出素子アレイと、前記光検出素子アレイからの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具え、前記第２の対物レンズから出射し試料を２回透過した複数の透過ビームを前記第１の対物レンズ、ビーム偏向装置及びビームスプリッタを介して光検出素子アレイに入射させることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
前記ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタで構成し、さらに前記ミラーと試料との間に１／４波長板を配置し、前記試料を２回通過した透過光だけを光検出素子アレイに入射させることを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査装置。
前記偏光ビームスプリッタと第１の対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を挿脱自在に配置し、試料で反射した光又は試料を２回透過した光を前記光検出素子アレイに選択的に入射させるように構成したことを特徴とする請求項９に記載のパターン欠陥検査装置。
前記光検出素子アレイを複数のフォトダイオードアレイで構成し、各フォトダイオードからの出力信号を並列に出力させ、各出力信号同士を比較することにより欠陥を検出することを特徴とする請求項７から９までのいずれか１項に記載のパターン欠陥検査装置。
前記光検出素子アレイと第１の対物レンズとの間にリレーレンズを配置し、このリレーレンズをズームレンズで構成し、このズームレンズの倍率を調整することにより試料からの光ビームが対応する光検出素子に入射するように構成したことを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査装置。
前記ビーム偏向装置と第１の対物レンズとの間の光路中にノマルスキープリズムを挿脱自在に配置したことを特徴とする請求項８に記載のパターン欠陥検査装置。
第１の偏光状態の光ビームを放出するレーザ光源と、レーザ光源からの光ビームを第１の方向に偏向するビーム偏向装置と、偏向された光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料ステージを少なくとも前記第１の方向と直交する第２の方向に駆動するステージ駆動装置と、前記試料を透過した光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの光ビームを再び集束して試料に投射する第２の対物レンズと、前記ミラーと試料との間に配置され、２回透過した光の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換する１／４波長板と、前記レーザ光源とビーム偏向装置との間の光路中に配置され、前記第１の偏光状態の光を透過し第２の偏光状態の光を反射する第１の偏光ビームスプリッタと、第１の偏向ビームスプリッタで反射した試料からの透過光を受光する第１の光検出器と、前記レーザ光源とビーム偏向装置との間の光路中に配置したビームスプリッタと、当該ビームスプリッタで反射した試料からの反射光を受光する第２の光検出器と、前記第１及び第２の光検出器からの出力信号を処理して欠陥検出信号を発生する欠陥検出回路とを具えることを特徴とするパターン欠陥検査装置。
前記ビームスプリッタを、第１の偏光状態の光を透過し第２の偏光状態の光を反射する第２の偏光ビームスプリッタで構成し、この第２の偏光ビームスプリッタと前記ビーム偏向装置との間の光路中に前記試料からの反射光の偏光状態を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換する偏光変換光学系を配置し、前記試料からの反射光を偏光変換光学系及び第２の偏光ビームスプリッタを経て第２の光検出器に入射させることを特徴とする請求項１４に記載のパターン欠陥検査装置。
前記偏光変換光学系を、１／２波長板とファラディローテイタで構成したことを特徴とする請求項１５に記載のパターン欠陥検査装置。
前記ビームスプリッタを、入射光の一部を反射し残りの光を透過するニュートラル形のビームスプリッタで構成したことを特徴とする請求項１４に記載のパターン欠陥検査装置。
第１の方向に沿って整列した複数の光ビームを放出する光源装置と、これら複数の光ビームを第１の方向と直交する第２の方向に偏向するビーム偏向装置と、前記複数の光ビームを集束して検査すべき試料に投射する第１の対物レンズと、検査すべき試料を支持する試料ステージと、前記試料を透過した複数の光ビームを前記試料に向けて反射するミラーと、このミラーからの複数の光ビームを再び集束して試料に投射する第２の対物レンズと、前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の光検出素子を有し、各光検出素子が前記試料を２回透過した透過ビームをそれぞれ受光する光検出素子アレイと、この光検出素子アレイからの出力信号に基づいて映像信号を形成する信号処理回路と、前記光源装置とビーム偏向装置との間に配置され、光源装置からの光ビームと試料からの光ビームとを分離するビームスプリッタとを具え、前記第２対物レンズから出射し試料を２回透過した透過ビームを第１の対物レンズ、ビーム偏向装置及びビームスプリッタを介して光検出素子アレイに入射させることを特徴とするレーザ顕微鏡。
前記ミラーと第２の対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を配置し、前記ビームスプリッタを偏光ビームスプリッタとしたことを特徴とする請求項１８に記載のレーザ顕微鏡。
前記ビーム偏向装置と第１の対物レンズとの間の光路中に別の１／４波長板を挿脱自在に配置し、試料の透過像又は反射像を選択的に撮像できるように構成したことを特徴とする請求項１９に記載のレーザ顕微鏡。