JP2004061371A

JP2004061371A - Defect inspection device and defect inspection method

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Publication number: JP2004061371A
Application number: JP2002221766A
Authority: JP
Inventors: Takeo Omori; 大森　健雄
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行える簡易な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】繰り返しパターンが形成された被検物体１１に照明光を照射する照明手段１３と、照明光の光路上または繰り返しパターンから発生する回折光の光路上に配置され、複数の異なるピーク波長を選択する選択手段２２と、複数のピーク波長を持つ回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２を集光して、被検物体の像を形成する集光手段２４，２５，１７と、集光手段により形成される像に基づいて、被検物体の欠陥を検出する検出手段１６，２６とを備える。
【選択図】　　　図１Provided is a simple defect inspection apparatus and a simple defect inspection method capable of inspecting a substrate for defects by using diffracted light generated from a repetitive pattern having a finer pitch without shortening the wavelength of illumination light.
An illuminating means for irradiating a test object having a repetitive pattern with illumination light, and a plurality of different peak wavelengths arranged on an optical path of the illumination light or an optical path of diffracted light generated from the repetitive pattern. Selecting means 22 for selecting the diffraction light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction at the shortest peak wavelength among the diffraction lights having a plurality of peak wavelengths. Light collecting means 24, 25, and 17 for forming an image of the object, and detecting means 16 and 26 for detecting a defect of the test object based on the image formed by the light collecting means.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所では回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、画像の明暗により欠陥箇所を特定できる。
【０００３】
また、従来の欠陥検査装置では、回折の条件として良く知られた次の式（１）にしたがって装置条件が設定され、この状態で、基板上の繰り返しパターンからの回折光に基づく画像が取り込まれる。式（１）は、基板に対する照明光の波長λおよび入射角θｉと、基板から発生する回折光の回折角θｄおよび回折次数ｍ（＝０，±１，…）と、基板上の繰り返しパターンのピッチｐとの関係を表した式である。
【０００４】
ｓｉｎθｄ　−　ｓｉｎθｉ　＝　ｍλ／ｐ　　……（１）
なお、入射角θｉは、図９に示すように、基板の法線から入射側をプラス方向とし、回折角θｄは、基板の法線から反射側をプラス方向としている。また、回折次数ｍは、０次回折光の発生方向（図に点線で示す方向）から入射側をマイナス方向としている。０次回折光は正反射光に相当する。このため、０次回折光の回折角θｄ_０は、入射角θｉに等しい。
【０００５】
式（１）にしたがう装置条件の設定とは、通常、繰り返しパターンのピッチｐと回折次数ｍと照明光の波長λに応じて他のパラメータ（θｄ，θｉ）を決定した後、入射角θｉにしたがって照明系と基板との角度条件を調整すると共に、回折角θｄにしたがって受光系と基板との角度条件を調整することを意味している。
このため、基板上の繰り返しパターンのピッチｐが変わった場合には、照明系と受光系と基板との角度条件（θｄ，θｉ）を式（１）にしたがって調整することにより、基板上の繰り返しパターンからの回折光（例えば１次回折光）を受光系に導くことができ、回折光を利用した基板の欠陥検査を行うことができる。
【０００６】
ところで、上記の式（１）から分かるように、左辺の大きさに相当する｜ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ｜には上限があり、その上限値は「２」である。このため、検査可能な繰り返しパターンのピッチｐには下限があり、その下限値は「ｍλ／２」となる。ピッチｐが下限値より小さくなると、繰り返しパターンから回折光が発生せず、欠陥検査を行うことはできない。
【０００７】
このように、繰り返しパターンからの回折光を利用した基板の欠陥検査は、原理的に、ｐ≧ｍλ／２　を満足する範囲内であれば実行することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、繰り返しパターンのピッチｐが下限値（ｍλ／２）の近傍である場合に、回折光（例えば１次回折光）による基板の欠陥検査を実行しようとすると、装置の照明系と受光系とを非常に近づけて配置しなければならず、実現するのは困難であった。すなわち、機械的な配置の制約から、回折光による欠陥検査を実現可能なピッチｐの範囲は、上記の原理的な下限値（ｍλ／２）より大きくならざるを得ない。
【０００９】
なお、ピッチｐの微細化に対応するためには、照明光の波長λを短くすることも考えられるが、光源の種類が限定され、高価で大がかりな光源となってしまうため、好ましくない。
本発明の目的は、照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行える簡易な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の欠陥検査装置は、繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上に配置され、複数の異なるピーク波長を選択する選択手段と、前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光手段と、前記集光手段により形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記選択手段により選択される前記複数のピーク波長が、互いに整数倍以外の関係にあるものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記集光手段は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系、および、該光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定部を有し、前記設定部は、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定するものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、繰り返しパターンが形成された被検物体に照明光を照射する照明工程と、前記照明光の光路上または前記繰り返しパターンから発生する回折光の光路上において、複数の異なるピーク波長を選択する選択工程と、前記複数のピーク波長を持つ前記回折光のうち、０次回折方向と最も短いピーク波長における１次回折方向との間に発生する回折光を集光して、前記被検物体の像を形成する集光工程と、前記集光工程で形成される前記像に基づいて、前記被検物体の欠陥を検出する検出工程とを備えたものである。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検査方法において、前記選択工程で選択される前記複数のピーク波長が、互いに整数倍以外の関係にあるものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の欠陥検査方法において、前記集光工程は、前記複数のピーク波長を持つ回折光のうち任意の一部を集光可能な光学系の光軸方向と前記一部の回折光の発生方向とに関わる装置条件を設定する設定工程を有し、前記設定工程では、前記０次回折方向と前記１次回折方向との間に発生する回折光のうち、強度が極大になる回折光の発生方向と、前記光学系の光軸方向とが一致するように、前記装置条件を設定するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項１〜請求項６に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置１０は、図１（ａ）に示すように、被検物体である基板１１を保持するステージ１２と、ステージ１２上の基板１１に照明光Ｌ１を照射する照明系１３と、照明光Ｌ１が照射された基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２（後で詳細に説明する）を受光する受光系１４と、表示装置１５と、画像処理装置１６と、制御装置１７とで構成されている。
【００１６】
本実施形態の欠陥検査装置１０は、半導体回路素子などの製造工程において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板１１は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【００１７】
欠陥検査装置１０のステージ１２には、不図示のチルト機構が設けられている。このため、ステージ１２は、基板１１の表面に平行な軸Ａｘのまわりに所定の角度範囲内でチルト可能である。なお、ステージ１２は、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板１１を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
ここで、ステージ１２（基板１１）の軸Ａｘに平行な方向を「Ｘ方向」とする。また、ステージ１２（基板１１）が水平に保たれた状態での法線（基準法線）に平行な方向を「Ｚ方向」とする。さらに、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向を「Ｙ方向」とする。
【００１８】
照明系１３は、光源２１と、波長選択部２２と、レンズ２３とで構成されている。この照明系１３は、請求項の「照明手段」に対応する。また、波長選択部２２は、レンズ３１，３２と、ハーフミラー３３，３４と、反射鏡３５，３６と、フィルタ３７，３８とで構成されている。この波長選択部２２は、請求項の「選択手段」に対応する。
【００１９】
光源２１は、安価で小型なランプ（例えば、メタルハライドランプや水銀ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプなど）であり、レンズ２３の前側焦点面に共役な面と一致するように配置されている。
波長選択部２２は、光源２１から射出される照明光の光路上に配置され、その照明光の波長域のうち、２つの異なるピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ）参照）を選択する。そして、２つのピーク波長λ１，λ２を持つ照明光Ｌ０をレンズ２３側に向けて射出する。図１（ｂ）の横軸は波長を表し、縦軸は照明光Ｌ０の光強度を表している。
【００２０】
波長選択部２２において、具体的には、光源２１からの照明光をレンズ３１でコリメートし、ハーフミラー３３で２つの方向（Ａ１），（Ａ２）に分割し、反射鏡３５，３６で方向変換して、フィルタ３７，３８の各々でピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ））を選択し、ハーフミラー３４で合成した後、最後にレンズ３２で集光する。集光点は、レンズ２３の前側焦点面に一致している。
【００２１】
ここで、フィルタ３７，３８は、例えば干渉フィルタやダイクロイックミラー、バンドパスフィルタなどの光学素子であり、反射鏡３５，３６とハーフミラー３４との間に交換可能に配置されている。フィルタ３７，３８の各々は、１つの透過帯域（ピーク波長λ１，λ２）を有している。このため、波長選択部２２から後段のレンズ２３には、２つのピーク波長λ１，λ２を持つ照明光Ｌ０が射出される。
【００２２】
本実施形態の欠陥検査装置１０では、２つのピーク波長λ１，λ２の相違が、ごく僅かであるとする。つまり、ピーク波長λ１，λ２が、ほぼ同じであるとする。また、照明光Ｌ０のうちピーク波長λ１を含む波長域とピーク波長λ２を含む波長域とが、ほぼ完全に独立しているとする。
次に、上記した波長選択部２２の後段において、レンズ２３は、ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、レンズ２３の中心とステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ１）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度だけ傾けられ、固定されている。
【００２３】
また、レンズ２３は、光軸Ｏ１がステージ１２の軸Ａｘ（Ｘ方向）に対して直交すると共に、後側焦点面が基板１１と略一致するように配置されている。欠陥検査装置１０の照明系１３は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系である。
上記構成の照明系１３において、光源２１から射出された光は、波長選択部２２を介して２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ照明光Ｌ０となり、レンズ２３を介してほぼ平行な光（照明光Ｌ１）となり、ステージ１２上の基板１１の表面に全体的に照射される。なお、照明光Ｌ１の波長域は、照明光Ｌ０の波長域（ピーク波長λ１，λ２）と同じである。
【００２４】
このようにして照明光Ｌ１が照射されると、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図１（ａ）に示した回折光Ｌ２は、基板１１上の繰り返しパターンから様々な方向に発生する回折光のうち、受光系１４の光軸Ｏ２の方向に発生する一部の回折光である。
繰り返しパターンから発生する回折光（回折光Ｌ２も含む）の波長域は、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長λ１，λ２）と同じである。つまり、照明光Ｌ１の照射によって繰り返しパターンから発生する回折光は、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ。なお、回折光の強度分布（後述するＩ（θ）　）は、回折光の波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに僅かに異なっている。
【００２５】
詳細は後述するが、波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに強度分布の異なる回折光を繰り返しパターンから発生させる理由は、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合でも、基板１１の欠陥検査を行えるようにするためである。
ここで、ピーク波長λ１の照明光のみを基板１１に照射する場合を想定し、基板１１の繰り返しパターンから様々な方向に発生する回折光（ピーク波長λ１）の強度分布Ｉ（θ）　について説明する。この強度分布Ｉ（θ）は、次の式（２）で表すことができる。
【００２６】
Ｉ（θ）　＝　Ｉ_０（ｓｉｎＮα／ｓｉｎα）^２（ｓｉｎβ／β）^２　　……（２）
角度θは、回折光の発生方向に対応する。角度θの基準（θ＝０）は、０次回折光の発生方向（図９に点線で示す方向）である。角度θのプラス方向は、基準（θ＝０）から反射側とする。
なお、式（２）の角度θと図９の回折角θｄの関係は、照明光Ｌ１の入射角θｉを用いると、θ＝θｄ−θｉ　のように表すことができる。以下の説明では、回折光の発生方向として、角度θを用いる場合と、回折角θｄを用いる場合とがあり得る。何れの場合でも基準が異なるだけであり、回折光の発生方向を意味する。
【００２７】
また、式（２）において、Ｉ_０は０次回折光の強度に対応する。Ｎは、繰り返しパターンを構成する線パターンの数に対応する。α，βは、照明光Ｌ１のピーク波長と、角度θと、繰り返しパターンのピッチｐおよび線幅に関連した関数である。
この強度分布Ｉ（θ）の特徴を説明するために、上記の式（２）を図示すると、例えば図２に示すような形状になる。なお、図２では特徴を分かり易く示すため、パラメータＮとして実際より少ない値を用いた。実際のＮは、数１００個〜数１０００個である。
【００２８】
図２から分かるように、強度分布Ｉ（θ）には、特定の角度θ＝０，θ_Ａ，θ_Ｂ…のところに主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…が各々存在している。このうち、角度θ＝０の主極大Ｐ_０は０次回折光に相当する。また、この主極大Ｐ_０の両隣に位置する角度θ＝θ_Ａ，θ_Ｂの主極大Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂは共に１次回折光に相当する。つまり、強度分布Ｉ（θ）の主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…は、各々、上述した式（１）の回折次数ｍ＝０，±１，±２…の回折光に相当する。
【００２９】
なお、本明細書では、０次回折光の発生方向に相当する主極大Ｐ_０の角度θ＝０を「０次回折方向」という。同様に、１次回折光の発生方向に相当する主極大Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂの角度θ＝θ_Ａ，θ_Ｂを「１次回折方向」という。
１次回折方向（例えば角度θ＝θ_Ａ）は、繰り返しパターンのピッチｐが小さくなるほど、０次回折方向（角度θ＝０）から離れ、照明光Ｌ１の入射方向（図９，式（１）の角度θｉ）に接近する傾向にある。そして、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなると、１次回折方向（図２，角度θ_Ａ）は照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致してしまう。
【００３０】
この場合、欠陥検査装置１０において、照明系１３と受光系１４とを非常に近づけて配置できれば、１次回折光を受光系１４に導くことができ、１次回折光を利用した欠陥検査が可能となる。しかし、このような配置は現実的ではない。したがって、繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合、１次回折光を利用して欠陥検査を行うことはできない。
【００３１】
ところで、図２の強度分布Ｉ（θ）には、主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…どうしの間に、強度の小さい副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…が存在している。ここでは、各々の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…が５つの副極大からなる例を示したが、上記式（２）のパラメータＮの値を大きくすると、各々の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を構成する副極大の数は増加する。
【００３２】
このような副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の存在から分かるように、ある１つのピーク波長λ１の照明光のみを基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ１）は、０次回折光や１次回折光など（上記式（１）の回折次数ｍ＝０，±１，±２…の回折光）だけでなく、隣り合うｍ次回折光どうしの間（例えば０次回折光と１次回折光との間）にも存在する。
【００３３】
ただし、副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の強度は、主極大Ｐ_０，Ｐ_Ａ，Ｐ_Ｂ…の強度よりも小さく、上記式（２）のパラメータＮの値を大きくすると、さらに小さくなってしまう。このため、ピーク波長λ１の照明光のみを用いたときに発生する回折光（ピーク波長λ１）のうち、副極大群（Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…の何れか１つ）の回折光を後述の受光系１４に導いても、良好な欠陥検査を行うことは難しい。
【００３４】
そこで、本実施形態の欠陥検査装置１０では、既に説明したように、僅かに異なる２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を持つ照明光Ｌ１を基板１１に照射して、波長域（ピーク波長λ１，λ２）ごとに強度分布の異なる回折光を繰り返しパターンから発生させることで、基板１１の欠陥検査を行う。
また、照明光Ｌ１の一方の波長域（ピーク波長λ１）によって繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ１）と、照明光Ｌ１の他方の波長域（ピーク波長λ２）によって繰り返しパターンから発生する回折光（ピーク波長λ２）と、を混在させた状態で受光系１４に導き、基板１１の欠陥検査を行う。
【００３５】
さらに、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する一部の回折光を利用し、この一部の回折光を図１の回折光Ｌ２として受光系１４の光軸Ｏ２の方向に導くことにより、基板１１の欠陥検査を行う。
その結果、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなった場合でも、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００３６】
さて、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長λ１，λ２）が僅かに異なる場合、回折光（λ１またはλ２）の強度分布Ｉ（θ）を表す上記式（２）において、パラメータα，βの値が変わるため、図２に示す強度分布Ｉ（θ）の形状も、角度θの方向に僅かに変化する。
例えば、ピーク波長λ１，λ２の大小関係が「λ１＜λ２」の場合、ピーク波長λ１の回折光の方がピーク波長λ２の回折光よりも、０次回折方向（図２の角度θ＝０）と１次回折方向（例えば角度θ＝θ_Ａ）との間隔が狭くなる。
【００３７】
そして、強度分布Ｉ（θ）が僅かに異なる回折光（λ１），（λ２）を混在させる場合、混在後の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）は、僅かに異なる図２の強度分布Ｉ（θ）の重ね合わせとなり、例えば図３に示す形状となる。
すなわち、強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）には、図２の強度分布Ｉ（θ）と同様の主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…が存在する他、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…どうしの間に、１つずつ、明確な副極大Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…が現れることになる。この明確な副極大Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…は、図２の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を角度方向に僅かにずらして重ね合わせたときに生じるうねり（ビート）の波形である。
【００３８】
本実施形態の欠陥検査装置１０では、繰り返しパターンのピッチｐが上述した原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、１次回折方向（角度θ_Ａ）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合でも、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を利用することで、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００３９】
次に、基板１１の繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を受光する受光系１４について説明する。
受光系１４は、図１に示すように、集光レンズ２４，２５と、ＣＣＤ撮像素子２６とで構成されている。集光レンズ２４，２５は、請求項の「集光手段」の「光学系」に対応する。
【００４０】
集光レンズ２４は、ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、集光レンズ２４の中心とステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ２）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度だけ傾けられ、固定されている。
また、集光レンズ２４は、光軸Ｏ２がステージ１２の軸Ａｘ（Ｘ方向）に対して直交すると共に、前側焦点面が基板１１と略一致するように配置されている。欠陥検査装置１０の受光系１４は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系である。
【００４１】
集光レンズ２５は、集光レンズ２４の後側焦点面と一致するように、受光系１４の瞳近傍に配置されている。ＣＣＤ撮像素子２６は、複数の画素が２次元的に配列されたイメージセンサであり、その撮像面が集光レンズ２５の後側焦点面と一致するように配置されている。
【００４２】
上記の受光系１４において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから混在状態で発生した回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）は、集光レンズ２４，２５を介して集光され、ＣＣＤ撮像素子２６の撮像面上に到達する。
ＣＣＤ撮像素子２６の撮像面上には、回折光Ｌ２による基板１１の像が形成される。ＣＣＤ撮像素子２６は、撮像面に形成された基板１１の像を撮像して、画像信号を表示装置１５と画像処理装置１６に出力する。
【００４３】
表示装置１５は、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイなどであり、ＣＣＤ撮像素子２６からの画像信号に基づいて、基板１１の表面の傷やゴミなどの欠陥の画像を表示する。
画像処理装置１６は、ＣＣＤ撮像素子２６からの画像信号に基づいて基板１１の画像を取り込み、この画像と予め記憶させておいた良品基板の画像とを比較することでパターンマッチングを行ったり、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が存在するか否かの画像処理を行う。例えば、デフォーカスによるムラなどの欠陥がある場合には、その部分の明暗差または特徴の相違などの情報に基づいて、欠陥部分を認識して出力する。
【００４４】
画像処理装置１６における画像処理の結果、検出された欠陥の情報は、表示装置１５に出力されて表示される。上記したＣＣＤ撮像素子２６と画像処理装置１６とは、請求項の「検出手段」に対応する。
なお、欠陥検査装置１０の照明系１３と受光系１４とは、共に、基板１１側がテレセントリックに構成されている。このため、基板１１の表面全体において、照明光Ｌ１の入射角θｉを一様にでき、かつ、回折光Ｌ２の回折角θｄ（発生方向，角度θ）も一様にできる。このため、基板１１上の位置に拘わらず、同じ欠陥であれば、回折光Ｌ２の強度が同じになり、欠陥の検出や特定を精度良く行うことができる。
【００４５】
次に、欠陥検査装置１０の制御装置１７について説明する。制御装置１７は、基板１１に形成された繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（図３の副極大Ｐ_ＭＤ，角度θ_ＭＤ）を受光系１４に導くために、装置条件の設定を行う。制御装置１７は、請求項の「集光手段」の「設定部」に対応する。
【００４６】
ここで、装置条件とは、受光系１４の光軸Ｏ２の方向と回折光Ｌ２の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_ＭＤ）とに関わる角度条件である。本実施形態では、概略、装置条件の設定を次の手順で行う。つまり、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせることで、照明光Ｌ１の入射角θｉを変更し、これにより回折光Ｌ２の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_ＭＤ）を変更し、最終的に回折光Ｌ２の発生方向を受光系１４の光軸Ｏ２の方向に一致させる。
【００４７】
制御装置１７による装置条件（チルト角条件）の設定について、図４のフローチャートを用いて説明する。ここでは、検査対象の基板１１に形成されている繰り返しパターンのピッチｐを既知とする。
制御装置１７は、ステップＳ１〜Ｓ４で装置条件の探索範囲を決定し、ステップＳ５〜Ｓ７で装置条件の探索処理を実行し、この探索処理の結果に基づいて装置条件を設定する（ステップＳ８）。そして最後のステップＳ９において、基板１１の検査を行う。
【００４８】
なお、装置条件の探索とは、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせる毎に、基板１１の画像の明るさ情報（図３の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）になる条件（角度θ_ＭＤ）を探索する処理である。
制御装置１７は、まずステップＳ１において、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐと、照明光Ｌ１の波長域のうち最も短いピーク波長λ１とを用い、上述した回折の条件の式（１）に基づいて、１次回折光の発生方向（回折角θｄ）（角度θ_Ａ）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_１，θｄ_１）を求める。この角度条件（θｉ_１，θｄ_１）は、繰り返しパターンから発生する回折光のうち、最も短波の回折光（ピーク波長λ１）に関わる条件である。
【００４９】
そして次に、最も短波に関わる角度条件（θｉ_１，θｄ_１）が、欠陥検査装置１０において設定可能か否かを判定する（ステップＳ２）。この判定の結果、設定可能であれば、１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）を探索の終点とする（ステップＳ３）。逆に、設定不可能であれば、欠陥検査装置１０において設定可能な限界の角度条件（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）を探索の終点とする（ステップＳ４）。
【００５０】
次いで、制御装置１７は、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせて、０次回折光の発生方向（回折角θｄ）（θ＝０）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_０，θｄ_０）に設定する（ステップＳ５）。そして、装置条件の探索処理を開始する（ステップＳ６）。
この装置条件の探索処理（ステップＳ７）は、０次回折光の角度条件（θｉ_０，θｄ_０）から、ステップＳ３またはＳ４で設定された終点の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）または（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）に向けて、ステージ１２を軸Ａｘのまわりにチルトさせながら行われる。
【００５１】
制御装置１７は、ステージ１２をチルトさせる毎に、基板１１の画像の明るさ情報（図３の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）になったか否かを判定する。画像の明るさとは、例えば平均輝度や最大輝度である。
ステップＳ７の探索処理において、基板１１の画像の明るさが極大になる角度条件（ステージ１２のチルト角）が存在した場合、制御装置１７は、次のステップＳ８に進んで、画像の明るさが極大になる角度条件にステージ１２を設定する。ここで設定された条件は、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（図３の副極大Ｐ_ＭＤ）の発生方向（角度θ_ＭＤ）が、受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_Ｂ，θｄ_Ｂ）である。
【００５２】
制御装置１７は、ステップＳ８における装置条件の設定後、画像処理装置１６に指令を出し、基板１１の欠陥検出を実行させる。なお、ステップＳ７の処理で、画像の明るさが極大になる角度条件を見つけることができなかった場合には、その後のステップＳ８，Ｓ９の処理を省略する。
なお、図４のステップＳ８で設定した装置条件（チルト角条件）は、制御装置１７内のメモリに記憶させておくことが好ましい。これにより、同一種類の繰り返しパターンが形成された別の基板を検査対象とする際、メモリ内の装置条件を読み出すだけで、簡単に、回折光Ｌ２の発生方向（角度θ_ＭＤ）が受光系１４の光軸Ｏ２の方向と一致するような角度条件（θｉ_Ｂ，θｄ_Ｂ）に設定できる。
【００５３】
上記したように、本実施形態の欠陥検査装置１０によれば、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、１次回折方向（角度θ_Ａ）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合、つまり、１次回折光を利用した欠陥検査が実質不可能な場合でも、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ）を利用することで、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００５４】
つまり、本実施形態の欠陥検査装置１０によれば、従来装置では機械的な配置（照明系や受光系の配置）の制約から欠陥検査を実行できなかった微細なピッチの繰り返しパターンでも、良好に欠陥検査を行うことができる。また、ピッチの微細化に対応するために照明光Ｌ１の波長λを短くする必要がないため、欠陥検査装置１０を簡易に構成できる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、照明光Ｌ１，回折光Ｌ２の２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）がほぼ完全に独立しているので、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）において、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢどうしの間に、明確な副極大Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥを得ることができる。
【００５６】
このため、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２の強度が極大（例えば副極大Ｐ_ＭＤ）となる条件で検査を実施することができる。その結果、受光系１４に回折光Ｌ２を効率良く取り込むことができ、欠陥検査の精度が向上する。
さらに、本実施形態によれば、基板１１上の繰り返しパターンのピッチｐが比較的大きく、１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）が欠陥検査装置１０において設定可能な場合でも、上記と同様に、繰り返しパターンから混在状態で０次回折方向と１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図３の副極大Ｐ_ＭＤ）を利用することで、高品質な画像（潰れていない画像）を取り込むことができ、基板１１の欠陥検査を精度よく行うことができる。
【００５７】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、照明光Ｌ１の２つのピーク波長λ１，λ２（図１（ｂ）参照）がほぼ同じである例を説明したが、本発明はこれに限定されない。２つのピーク波長λ１，λ２の相違が比較的大きくても、同様の効果を得ることができる。この場合、回折光の強度分布Ｉ（θ）の形状は、図５（ａ）に示すピーク波長λ１に対応する形状と、図５（ｂ）に示すピーク波長λ２に対応する形状と（λ１＜λ２）で、角度θの方向に大きく変化している。
【００５８】
そして、図５（ａ），（ｂ）のように強度分布Ｉ（θ）が大きく異なる回折光（λ１），（λ２）を混在させた場合、混在後の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）は、図５（ａ），（ｂ）の強度分布Ｉ（θ）の重ね合わせとなり、例えば図６に示す形状となる。
すなわち、図６の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）には、図５（ａ）の強度分布Ｉ（θ）と同様の主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…が存在する他、主極大Ｐ_Ｍ０，Ｐ_ＭＡ，Ｐ_ＭＢ…どうしの間に、副極大群Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…が現れることになる。この副極大群Ｐ_ＭＣ，Ｐ_ＭＤ，Ｐ_ＭＥ，Ｐ_ＭＦ…は、図５（ａ），（ｂ）の副極大群Ｐ_Ｃ，Ｐ_Ｄ，Ｐ_Ｅ，Ｐ_Ｆ…を重ね合わせたときに生じるうねり（ビート）の波形であり、各々、主に２つの副極大からなる。
【００５９】
この例では、基板１１の欠陥検査時に、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光（λ１＋λ２）のうち、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２（例えば図６の角度θ_ＭＤ）を利用すればよい。その結果、繰り返しパターンのピッチｐが原理的な下限値（ｍλ／２）の近傍まで小さくなり、最も短波の１次回折方向（角度θ_Ａ１）が照明光Ｌ１の入射方向（角度θｉ）とほぼ一致するような場合でも、基板１１の欠陥検査を良好に行うことができる。
【００６０】
ただし、照明光Ｌ１の２つのピーク波長λ１，λ２は、互いに整数倍以外の関係にすることが好ましい。これにより、欠陥検査装置１０の光学系の分解能に拘わらず、図４のステップＳ５〜Ｓ７の探索処理において、基板１１の画像の明るさが副極大になる条件（例えば図６の角度θ_ＭＤ）を見つけることができる。その結果、０次回折方向と最も短波の１次回折方向との間に発生する回折光Ｌ２の強度が副極大となる条件で検査を実施することができ、欠陥検査の精度が向上する。
【００６１】
また、上記した実施形態では、照明系１３のレンズ２３と受光系１４の集光レンズ２４を屈折光学系で構成したが、図７に示すように、レンズ２３，集光レンズ２４を反射光学素子４３，４４（例えば球面反射鏡）に置き換えることもできる。これにより、欠陥検査装置の小型化を図ることができる。
さらに、波長選択部２２のフィルタ３７，３８は、反射鏡３５，３６とハーフミラー３３の間に配置してもよい。ハーフミラー３３，３４は、ダイクロイックミラーに置き換えてもよい。
【００６２】
また、上記した実施形態では、波長選択部２２の中に、１つの透過帯域を有するフィルタ３７，３８を配置したが、２枚のフィルタ３７，３８に代えて、２つの透過帯域を有する１枚のフィルタを配置してもよい。この場合、ハーフミラー３３，３４と反射鏡３５，３６を省略できる。さらにレンズ３１，３２も省略し、光源２１をレンズ２３の前側焦点面に配置して、光源２１とレンズ２３との間に１枚のフィルタを配置することもできる。
【００６３】
さらに、１枚のフィルタを配置する場合、透過帯域は１つでも構わない。この場合、例えば水銀ランプのように輝線スペクトルが主体的な光源を用い、隣り合う２つの輝線スペクトル（例えば３１３ｎｍと３６５ｎｍ）を含むように１つの透過帯域を設定することが好ましい。これにより、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）が独立した照明光Ｌ１を基板１１に照射することができる。
【００６４】
また、上記した実施形態では、照明光Ｌ１の２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）をほぼ完全に独立させる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。照明光Ｌ１の２つの波長域は、低強度の裾部分であれば多少は連続しても構わない。この場合、裾部分とピーク波長λ１，λ２との相対的な強度比は、ある程度確保するのが好ましい。
【００６５】
これは、光源２１として例えば図８に示す波長特性（複数の輝線スペクトルと低強度の連続スペクトルとからなる波長特性）のメタルハライドランプを用い、波長選択部２２の中に、２つの輝線スペクトルＫ１，Ｋ２を含むような１つの透過帯域Δλを有する１枚のフィルタを設けた場合に対応する。
さらに、上記した実施形態では、２つの波長域（ピーク波長λ１，λ２）を有する照明光Ｌ１によって基板１１の欠陥検査を行ったが、照明光Ｌ１の波長域（ピーク波長）の数は、３つ以上でもよい。
【００６６】
また、上記した実施形態では、波長選択部２２を照明系１３に組み込む例で説明したが、本発明はこれに限定されない。同様の波長選択部を受光系１４に組み込んでも構わない。つまり、照明光の光路上ではなく回折光の光路上に波長選択部を配置してもよい。
さらに、上記した実施形態では、装置条件の探索処理（図４）においてステージ１２をチルトさせたが、本発明はこれに限定されない。ステージ１２をチルトさせる代わりに、照明系１３または受光系１４を軸Ａｘのまわりに回転させてもよい。ステージ１２と照明系１３と受光系１４を独立に回転させてもよい。
【００６７】
また、装置条件の探索処理（図４）において、探索の始点を０次回折光の角度条件（θｉ_０，θｄ_０）とし、終点を１次回折光の角度条件（θｉ_１，θｄ_１）または限界の角度条件（θｉ_Ｌ，θｄ_Ｌ）としたが、始点と終点の角度条件は逆でもよい。
さらに、上記した実施形態では、基板１１の画像の明るさ情報（図３，図６の強度分布Ｉ_ＭＩＸ（θ）に関わる情報）を画像処理装置１６から取り込み、基板１１の画像の明るさが極大になる条件（角度θ_ＭＤ）を検査条件として探索する例を説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、表示装置１５に映し出された基板１１の画像をオペレータが観察し、画像のパターン領域が明るくなったところを検査条件として決定してもよい。
【００６８】
また、基板１１の画像の明るさが極大になる条件（角度θ_ＭＤ）から外れた条件を検査条件として決定してもよい。さらに、照明系１３，受光系１４の基板１１側をテレセントリックに構成したが、テレセットリックでない構成にも本発明を適用できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、照明光の波長を短くしなくても、さらに微細なピッチの繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の欠陥検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ある１つのピーク波長の照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図３】僅かに異なる２つのピーク波長を持つ照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図４】欠陥検査装置１０における装置条件の設定手順を示すフローチャートである。
【図５】ある１つのピーク波長の照明光を基板１１に照射したとき、繰り返しパターンから発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図６】図５のように２つのピーク波長が大きく異なる場合に、繰り返しパターンから混在状態で発生する回折光の強度分布を示す図である。
【図７】変形例の欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【図８】メタルハライドランプの波長特性を示す図である。
【図９】基板への入射光と回折光の角度θｉ，θｄを説明する図である。
【符号の説明】
１０　欠陥検査装置
１１　基板
１２　ステージ
１３　照明系
１４　受光系
１５　表示装置
１６　画像処理装置
１７　制御装置
２１　光源
２２　波長選択部
２３，３１，３２　レンズ
２４，２５　集光レンズ
２６　ＣＣＤ撮像素子
３３，３４　ハーフミラー
３５，３６　反射鏡
３７，３８　フィルタ
４３，４４　反射光学素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a defect inspection apparatus and a defect inspection method for inspecting a defect on a substrate surface in a manufacturing process of a semiconductor circuit element or a liquid crystal display element.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been an apparatus that automatically inspects a substrate surface for defects such as unevenness and scratches by using diffracted light generated from a repetitive pattern formed on the surface of a semiconductor wafer or a liquid crystal substrate (generally referred to as a “substrate”). Proposed. Since the diffraction efficiency is different between the defective portion and the normal portion on the surface, a difference in brightness appears in the image based on the diffracted light from the repetitive pattern, and the defective portion can be specified by the brightness of the image.
[0003]
Further, in the conventional defect inspection apparatus, the apparatus conditions are set according to the following equation (1) which is well known as a diffraction condition, and in this state, an image based on the diffracted light from the repetitive pattern on the substrate is captured. . Equation (1) shows the wavelength λ and the incident angle θi of the illumination light with respect to the substrate, the diffraction angle θd and the diffraction order m (= 0, ± 1,...) Of the diffracted light generated from the substrate, It is an expression showing the relationship with the pitch p.
[0004]
sinθd−sinθi = mλ / p (1)
As shown in FIG. 9, the incident angle θi has a positive direction on the incident side from the normal line of the substrate, and the diffraction angle θd has a positive direction on the reflection side from the normal line of the substrate. The diffraction order m is defined such that the incidence side is a minus direction from the generation direction of the 0th-order diffracted light (the direction indicated by the dotted line in the figure). The zero-order diffracted light corresponds to specularly reflected light. Therefore, the diffraction angle θd of the 0th-order diffracted light ₀ Is equal to the incident angle θi.
[0005]
The setting of the apparatus conditions according to the equation (1) is usually performed by determining other parameters (θd, θi) in accordance with the pitch p of the repetitive pattern, the diffraction order m, and the wavelength λ of the illumination light, and then setting the incident angle θi. This means that the angle condition between the illumination system and the substrate is adjusted, and the angle condition between the light receiving system and the substrate is adjusted according to the diffraction angle θd.
For this reason, when the pitch p of the repetitive pattern on the substrate changes, the angle condition (θd, θi) between the illumination system, the light receiving system and the substrate is adjusted according to the equation (1), so that the repetition pattern on the substrate is obtained. Diffracted light (for example, first-order diffracted light) from the pattern can be guided to the light receiving system, and a defect inspection of the substrate using the diffracted light can be performed.
[0006]
By the way, as can be seen from the above equation (1), there is an upper limit for | sin θd−sin θi | corresponding to the size of the left side, and the upper limit is “2”. Therefore, there is a lower limit on the pitch p of the repetitive pattern that can be inspected, and the lower limit is “mλ / 2”. When the pitch p is smaller than the lower limit, no diffracted light is generated from the repetitive pattern, and the defect inspection cannot be performed.
[0007]
As described above, the defect inspection of the substrate using the diffracted light from the repetitive pattern can be performed in principle within a range satisfying p ≧ mλ / 2.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the pitch p of the repetitive pattern is in the vicinity of the lower limit (mλ / 2), when the defect inspection of the substrate is performed by the diffracted light (for example, the first-order diffracted light), the illumination system and the light receiving system of the apparatus are required. It had to be placed very close and difficult to achieve. That is, the range of the pitch p at which the defect inspection using the diffracted light can be realized is inevitably larger than the above-described theoretical lower limit (mλ / 2) due to restrictions on mechanical arrangement.
[0009]
In order to cope with the miniaturization of the pitch p, it is conceivable to shorten the wavelength λ of the illuminating light. However, it is not preferable because the type of the light source is limited and the light source becomes expensive and large.
An object of the present invention is to provide a simple defect inspection device and a simple defect inspection method capable of performing a defect inspection of a substrate by using diffracted light generated from a repetitive pattern with a finer pitch without shortening the wavelength of illumination light. To provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
2. The defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising: an illuminating unit configured to irradiate the inspection object on which the repetitive pattern is formed with illumination light, and disposed on an optical path of the illumination light or an optical path of diffracted light generated from the repetitive pattern. Selecting means for selecting a plurality of different peak wavelengths, and diffracted light generated between the zero-order diffraction direction and the first-order diffraction direction at the shortest peak wavelength among the diffracted lights having the plurality of peak wavelengths. A light condensing unit that condenses light and forms an image of the test object; and a detection unit that detects a defect of the test object based on the image formed by the light condensing unit. is there.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to the first aspect, the plurality of peak wavelengths selected by the selection means have a relationship other than an integral multiple of each other.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the defect inspection apparatus according to the first or second aspect, the condensing means can condense any part of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths. An optical system, and a setting unit for setting device conditions related to an optical axis direction of the optical system and a generation direction of the partial diffracted light, wherein the setting unit is configured to set the zero-order diffraction direction and the first-order diffraction direction. The apparatus conditions are set so that, among the diffracted light generated between the folding direction and the light, the direction in which the intensity of the diffracted light having the maximum intensity is generated coincides with the direction of the optical axis of the optical system.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an illumination step of irradiating the test object on which the repetitive pattern is formed with illumination light, and a plurality of light sources on the optical path of the illumination light or on the optical path of diffracted light generated from the repetitive pattern. A selecting step of selecting different peak wavelengths, and focusing the diffracted light generated between the 0th-order diffraction direction and the first-order diffraction direction at the shortest peak wavelength among the diffracted lights having the plurality of peak wavelengths. A light condensing step of forming an image of the test object, and a detecting step of detecting a defect of the test object based on the image formed in the light condensing step.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the defect inspection method according to the fourth aspect, the plurality of peak wavelengths selected in the selecting step have a relationship other than an integral multiple of each other.
According to a sixth aspect of the present invention, in the defect inspection method according to the fourth or fifth aspect, the condensing step can condense any part of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths. A setting step of setting device conditions relating to an optical axis direction of the optical system and a direction in which the part of the diffracted light is generated, wherein in the setting step, the 0th order diffraction direction and the 1st order diffraction direction are set. The apparatus conditions are set so that, among the generated diffracted lights, the direction of generation of the diffracted light having the maximum intensity coincides with the optical axis direction of the optical system.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
An embodiment of the present invention corresponds to claims 1 to 6.
As shown in FIG. 1A, a defect inspection apparatus 10 according to the present embodiment includes a stage 12 that holds a substrate 11 that is a test object, and an illumination system 13 that irradiates the substrate 11 on the stage 12 with illumination light L1. A light receiving system 14 for receiving diffracted light L2 (described in detail later) generated from a repetitive pattern of the substrate 11 irradiated with the illumination light L1, a display device 15, an image processing device 16, and a control device 17 It is composed of
[0016]
The defect inspection apparatus 10 of the present embodiment is an apparatus for automatically performing a defect inspection of a repetitive pattern formed on the surface of a substrate 11 in a manufacturing process of a semiconductor circuit element or the like. The repetition pattern is a line-shaped circuit pattern that is periodically repeated. The substrate 11 is a semiconductor wafer, a liquid crystal display panel, or the like.
[0017]
The stage 12 of the defect inspection apparatus 10 is provided with a tilt mechanism (not shown). For this reason, the stage 12 can be tilted within a predetermined angle range around the axis Ax parallel to the surface of the substrate 11. The stage 12 places the substrate 11 transferred by a transfer device (not shown) on the upper surface, and holds the substrate 11 by vacuum suction.
Here, a direction parallel to the axis Ax of the stage 12 (substrate 11) is defined as an "X direction". A direction parallel to a normal line (reference normal line) in a state where the stage 12 (substrate 11) is kept horizontal is referred to as a “Z direction”. Further, a direction orthogonal to the X direction and the Z direction is referred to as a “Y direction”.
[0018]
The illumination system 13 includes a light source 21, a wavelength selection unit 22, and a lens 23. This illumination system 13 corresponds to “illumination means” in the claims. The wavelength selector 22 includes lenses 31 and 32, half mirrors 33 and 34, reflecting mirrors 35 and 36, and filters 37 and 38. The wavelength selector 22 corresponds to a “selection unit” in the claims.
[0019]
The light source 21 is an inexpensive and small lamp (for example, a metal halide lamp, a mercury lamp, a xenon lamp, a halogen lamp, or the like), and is arranged so as to coincide with a surface conjugate to the front focal plane of the lens 23.
The wavelength selector 22 is disposed on the optical path of the illumination light emitted from the light source 21 and selects two different peak wavelengths λ1 and λ2 (see FIG. 1B) from the wavelength range of the illumination light. Then, the illumination light L0 having two peak wavelengths λ1 and λ2 is emitted toward the lens 23 side. The horizontal axis of FIG. 1B represents the wavelength, and the vertical axis represents the light intensity of the illumination light L0.
[0020]
Specifically, in the wavelength selection unit 22, the illumination light from the light source 21 is collimated by the lens 31, divided into two directions (A 1) and (A 2) by the half mirror 33, and changed in direction by the reflection mirrors 35 and 36. Then, the peak wavelengths λ1 and λ2 (FIG. 1B) are selected by each of the filters 37 and 38, synthesized by the half mirror 34, and finally condensed by the lens 32. The focal point coincides with the front focal plane of the lens 23.
[0021]
Here, the filters 37 and 38 are, for example, optical elements such as an interference filter, a dichroic mirror, and a band-pass filter, and are exchangeably disposed between the reflecting mirrors 35 and 36 and the half mirror 34. Each of the filters 37 and 38 has one transmission band (peak wavelengths λ1 and λ2). Therefore, the illumination light L0 having the two peak wavelengths λ1 and λ2 is emitted from the wavelength selection unit 22 to the subsequent lens 23.
[0022]
In the defect inspection apparatus 10 of the present embodiment, it is assumed that the difference between the two peak wavelengths λ1 and λ2 is very small. That is, it is assumed that the peak wavelengths λ1 and λ2 are almost the same. Further, it is assumed that the wavelength range including the peak wavelength λ1 and the wavelength range including the peak wavelength λ2 of the illumination light L0 are almost completely independent.
Next, the lens 23 is disposed obliquely above the stage 12 at a stage subsequent to the wavelength selecting unit 22 described above. That is, the axis (optical axis O1) passing through the center of the lens 23 and the center of the stage 12 is inclined and fixed at a predetermined angle with respect to the reference normal line (Z direction).
[0023]
The lens 23 is arranged such that the optical axis O1 is orthogonal to the axis Ax (X direction) of the stage 12 and the rear focal plane is substantially coincident with the substrate 11. The illumination system 13 of the defect inspection device 10 is an optical system that is telecentric with respect to the substrate 11 side.
In the illumination system 13 having the above configuration, the light emitted from the light source 21 becomes illumination light L0 having two wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2) via the wavelength selection unit 22 and is substantially parallel via the lens 23. Light (illumination light L <b> 1) is emitted to the entire surface of the substrate 11 on the stage 12. The wavelength range of the illumination light L1 is the same as the wavelength range of the illumination light L0 (peak wavelengths λ1, λ2).
[0024]
When the illumination light L1 is irradiated in this manner, diffracted light is generated in various directions from the repetitive pattern formed on the surface of the substrate 11. The diffracted light L2 shown in FIG. 1A is a part of the diffracted light generated in various directions from the repetitive pattern on the substrate 11 and generated in the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14. .
The wavelength range of the diffracted light (including the diffracted light L2) generated from the repetitive pattern is the same as the wavelength range of the illumination light L1 (peak wavelengths λ1, λ2). That is, the diffracted light generated from the repetitive pattern by the irradiation of the illumination light L1 has two wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2). Note that the intensity distribution of the diffracted light (I (θ) described later) is slightly different for each wavelength region (peak wavelengths λ1, λ2) of the diffracted light.
[0025]
Although the details will be described later, the reason that diffracted light having a different intensity distribution is generated from the repetitive pattern for each wavelength range (peak wavelengths λ1, λ2) is that the pitch p of the repetitive pattern is the above-described theoretical lower limit (mλ / 2) This is so that a defect inspection of the substrate 11 can be performed even when the size of the substrate 11 becomes small.
Here, assuming that the substrate 11 is illuminated only with the illumination light having the peak wavelength λ1, the intensity distribution I (θ) of diffracted light (peak wavelength λ1) generated in various directions from the repetitive pattern of the substrate 11 will be described. . This intensity distribution I (θ) can be expressed by the following equation (2).
[0026]
I (θ) = I ₀ (SinNα / sinα) ² (Sinβ / β) ² …… (2)
The angle θ corresponds to the direction in which the diffracted light is generated. The reference of the angle θ (θ = 0) is the generation direction of the zero-order diffracted light (the direction indicated by the dotted line in FIG. 9). The plus direction of the angle θ is the reflection side from the reference (θ = 0).
Note that the relationship between the angle θ in Expression (2) and the diffraction angle θd in FIG. 9 can be expressed as θ = θd−θi using the incident angle θi of the illumination light L1. In the following description, there are a case where the angle θ is used and a case where the diffraction angle θd is used as the generation direction of the diffracted light. In each case, the only difference is the reference, which means the direction in which the diffracted light is generated.
[0027]
In the equation (2), I ₀ Corresponds to the intensity of the zero-order diffracted light. N corresponds to the number of line patterns constituting the repeating pattern. α and β are functions related to the peak wavelength of the illumination light L1, the angle θ, the pitch p of the repetitive pattern, and the line width.
In order to explain the features of the intensity distribution I (θ), when the above equation (2) is illustrated, for example, a shape as shown in FIG. 2 is obtained. In FIG. 2, a value smaller than the actual value is used as the parameter N in order to clearly show the features. Actual N is several hundred to several thousand.
[0028]
As can be seen from FIG. 2, the intensity distribution I (θ) has specific angles θ = 0, θ _A , Θ _B ... the main maximum P ₀ , P _A , P _B ... are each present. Among them, the main maximum P at an angle θ = 0 ₀ Corresponds to the zero-order diffracted light. In addition, this main maximum P ₀ Angle θ = θ located on both sides of _A , Θ _B Main maxima P _A , P _B Both correspond to first-order diffracted light. That is, the main maximum P of the intensity distribution I (θ) ₀ , P _A , P _B .. Correspond to the diffracted lights of the diffraction order m = 0, ± 1, ± 2,.
[0029]
In this specification, the main local maximum P corresponding to the generation direction of the 0th-order diffracted light is used. ₀ Is referred to as the “zero-order diffraction direction”. Similarly, the main local maximum P corresponding to the direction in which the first-order diffracted light is generated _A , P _B Angle θ = θ _A , Θ _B Is referred to as a “first-order diffraction direction”.
First order diffraction direction (for example, angle θ = θ _A ) Tends to move away from the zero-order diffraction direction (angle θ = 0) and approach the incident direction of the illumination light L1 (angle θi in FIG. 9, equation (1)) as the pitch p of the repetitive pattern decreases. When the pitch p of the repetitive pattern is reduced to the vicinity of the above-described theoretical lower limit (mλ / 2), the first-order diffraction direction (FIG. 2, angle θ) _A ) Substantially coincides with the incident direction (angle θi) of the illumination light L1.
[0030]
In this case, in the defect inspection apparatus 10, if the illumination system 13 and the light receiving system 14 can be arranged very close to each other, the first-order diffracted light can be guided to the light receiving system 14, and the defect inspection using the first-order diffracted light can be performed. . However, such an arrangement is not practical. Therefore, when the pitch p of the repetitive pattern is reduced to near the theoretical lower limit (mλ / 2), the defect inspection cannot be performed using the first-order diffracted light.
[0031]
By the way, the intensity distribution I (θ) in FIG. ₀ , P _A , P _B … A submaximal group P with small strength between each other _C , P _D , P _E , P _F … Exists. Here, each submaximal group P _C , P _D , P _E , P _F .. Have five sub-local maxima, but when the value of the parameter N in the above equation (2) is increased, each sub-maximal group P _C , P _D , P _E , P _F The number of sub-maxima constituting ... increases.
[0032]
Such a submaximal group P _C , P _D , P _E , P _F As can be understood from the existence of ..., when the substrate 11 is irradiated with only one illumination light having a certain peak wavelength λ1, the diffracted light (peak wavelength λ1) generated from the repetitive pattern is a 0th-order diffracted light, a 1st-order diffracted light, etc. (1), but also between adjacent m-order diffracted lights (eg, between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light). .
[0033]
However, the submaximal group P _C , P _D , P _E , P _F The strength of the main maximum P ₀ , P _A , P _B ..., and if the value of the parameter N in the above equation (2) is increased, it will be further reduced. Therefore, among the diffracted light (peak wavelength λ1) generated when only the illumination light having the peak wavelength λ1 is used, the sub-maximal group (P _C , P _D , P _E , P _F .. Is guided to the light receiving system 14 described below, it is difficult to perform a good defect inspection.
[0034]
Thus, in the defect inspection apparatus 10 of the present embodiment, as described above, the substrate 11 is irradiated with the illumination light L1 having two slightly different wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2), and the wavelength range (peak wavelength A defect inspection of the substrate 11 is performed by repeatedly generating a diffracted light having a different intensity distribution from each of the patterns (λ1, λ2).
Also, diffraction light (peak wavelength λ1) generated from the repetitive pattern by one wavelength region (peak wavelength λ1) of the illumination light L1 and diffraction light generated from the repetitive pattern by the other wavelength region (peak wavelength λ2) of the illumination light L1. The light (peak wavelength λ2) is guided to the light receiving system 14 in a mixed state, and the substrate 11 is inspected for defects.
[0035]
Further, of the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern, a part of the diffracted light generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction is used, and this part of the diffracted light is plotted. The defect inspection of the substrate 11 is performed by guiding the one diffracted light L2 in the direction of the optical axis O2 of the light receiving system.
As a result, even when the pitch p of the repetitive pattern on the substrate 11 is reduced to near the above-described theoretical lower limit (mλ / 2), the defect inspection of the substrate 11 can be performed satisfactorily.
[0036]
When the wavelength range (peak wavelengths λ1, λ2) of the illumination light L1 is slightly different, the values of the parameters α, β in the above equation (2) representing the intensity distribution I (θ) of the diffracted light (λ1 or λ2) Is changed, the shape of the intensity distribution I (θ) shown in FIG. 2 also slightly changes in the direction of the angle θ.
For example, when the magnitude relationship between the peak wavelengths λ1 and λ2 is “λ1 <λ2”, the diffracted light with the peak wavelength λ1 is more in the 0th-order diffraction direction (the angle θ = 0 in FIG. 2) than the diffracted light with the peak wavelength λ2. And the first-order diffraction direction (for example, angle θ = θ _A ) And the distance between them becomes narrower.
[0037]
When diffracted lights (λ1) and (λ2) having slightly different intensity distributions I (θ) are mixed, the intensity distribution I after mixing is obtained. _MIX (Θ) is a superposition of the intensity distributions I (θ) of FIG. 2 which are slightly different from each other, and has a shape shown in FIG. 3, for example.
That is, the intensity distribution I _MIX (Θ) includes a main local maximum P similar to the intensity distribution I (θ) in FIG. _M0 , P _MA , P _MB … Exists and the main maximum P _M0 , P _MA , P _MB … A clear submaximum P between each other _MC , P _MD , P _ME , P _MF ... will appear. This clear submaximum P _MC , P _MD , P _ME , P _MF … Is the submaximal group P in FIG. _C , P _D , P _E , P _F Are slightly undulated in the angle direction and are superposed on each other.
[0038]
In the defect inspection apparatus 10 of the present embodiment, the pitch p of the repetitive pattern is reduced to the vicinity of the above-described theoretical lower limit (mλ / 2), and the first-order diffraction direction (angle θ) _A ) Substantially coincides with the incident direction (angle θi) of the illumination light L1, of the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern, between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction. The generated diffracted light L2 (for example, the sub-maximum P in FIG. 3) _MD , Angle θ _MD By using the method (1), the defect inspection of the substrate 11 can be favorably performed.
[0039]
Next, of the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern of the substrate 11, the diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction (for example, the sub-maximum P in FIG. 3). _MD , Angle θ _MD ) Will be described.
As shown in FIG. 1, the light receiving system 14 includes condenser lenses 24 and 25 and a CCD image sensor 26. The condenser lenses 24 and 25 correspond to the “optical system” of the “condenser” in the claims.
[0040]
The condenser lens 24 is disposed obliquely above the stage 12. That is, the axis (optical axis O2) passing through the center of the condenser lens 24 and the center of the stage 12 is inclined and fixed at a predetermined angle with respect to the reference normal line (Z direction).
The condenser lens 24 is arranged so that the optical axis O2 is orthogonal to the axis Ax (X direction) of the stage 12 and the front focal plane is substantially coincident with the substrate 11. The light receiving system 14 of the defect inspection apparatus 10 is an optical system that is telecentric with respect to the substrate 11 side.
[0041]
The condenser lens 25 is disposed near the pupil of the light receiving system 14 so as to coincide with the rear focal plane of the condenser lens 24. The CCD image sensor 26 is an image sensor in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and is arranged such that its image plane coincides with the rear focal plane of the condenser lens 25.
[0042]
In the light receiving system 14 described above, of the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern formed on the surface of the substrate 11, the diffracted light L2 ( For example, the sub-maximum P in FIG. _MD , Angle θ _MD ) Are condensed via the condensing lenses 24 and 25 and reach the imaging surface of the CCD imaging device 26.
On the imaging surface of the CCD imaging device 26, an image of the substrate 11 is formed by the diffracted light L2. The CCD imaging device 26 captures an image of the substrate 11 formed on the imaging surface and outputs an image signal to the display device 15 and the image processing device 16.
[0043]
The display device 15 is a CRT monitor, a liquid crystal display, or the like, and displays an image of a defect such as a scratch or dust on the surface of the substrate 11 based on an image signal from the CCD image sensor 26.
The image processing device 16 captures an image of the substrate 11 based on an image signal from the CCD image pickup device 26, compares the image with a previously stored image of a non-defective substrate, performs pattern matching, Image processing is performed to determine whether or not there is a part different from the feature of the non-defective board that has been learned. For example, when there is a defect such as unevenness due to defocus, the defect is recognized and output based on information such as a difference in brightness or a difference in characteristics of the portion.
[0044]
Information on the defect detected as a result of the image processing in the image processing device 16 is output to the display device 15 and displayed. The above-described CCD imaging device 26 and image processing device 16 correspond to “detection means” in the claims.
Note that both the illumination system 13 and the light receiving system 14 of the defect inspection apparatus 10 are configured so that the substrate 11 side is telecentric. Therefore, the incident angle θi of the illumination light L1 can be made uniform over the entire surface of the substrate 11, and the diffraction angle θd (generation direction, angle θ) of the diffracted light L2 can be made uniform. Therefore, regardless of the position on the substrate 11, if the defect is the same, the intensity of the diffracted light L2 becomes the same, and the defect can be detected and specified with high accuracy.
[0045]
Next, the control device 17 of the defect inspection device 10 will be described. The control device 17 controls the diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction among the diffracted lights (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern formed on the substrate 11 (the sub-light in FIG. 3). Maximum P _MD , Angle θ _MD ) Is set to the light receiving system 14. The control device 17 corresponds to the “setting unit” of the “light collecting unit” in the claims.
[0046]
Here, the apparatus conditions include the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14 and the generation direction of the diffracted light L2 (diffraction angle θd) (angle θ _MD ). In the present embodiment, the setting of the apparatus conditions is roughly performed in the following procedure. That is, by tilting the stage 12 around the axis Ax, the incident angle θi of the illumination light L1 is changed, and thereby, the generation direction of the diffracted light L2 (diffraction angle θd) (angle θ _MD ) Is changed to finally match the direction of generation of the diffracted light L2 with the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14.
[0047]
The setting of the device condition (tilt angle condition) by the control device 17 will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, the pitch p of the repetitive pattern formed on the substrate 11 to be inspected is known.
The control device 17 determines a device condition search range in steps S1 to S4, executes a device condition search process in steps S5 to S7, and sets device conditions based on the result of the search process (step S8). . Then, in the last step S9, the inspection of the substrate 11 is performed.
[0048]
The search for the apparatus condition means that every time the stage 12 is tilted around the axis Ax, the brightness information of the image on the substrate 11 (the intensity distribution I in FIG. _MIX (Information related to (θ)) from the image processing apparatus 16 and the brightness of the image on the substrate 11 is maximized (the sub-maximum P in FIG. 3). _MD ) (Angle θ _MD ).
First, in step S1, the control device 17 uses the pitch p of the repetitive pattern on the substrate 11 and the shortest peak wavelength λ1 in the wavelength range of the illumination light L1 based on the above-described equation (1) of the diffraction condition. Direction of the first-order diffracted light (diffraction angle θd) (angle θ _A ) Coincides with the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14 (θi ₁ , Θd ₁ ). This angle condition (θi ₁ , Θd ₁ ) Is a condition relating to the shortest-wavelength diffracted light (peak wavelength λ1) among the diffracted lights generated from the repetitive pattern.
[0049]
Next, the angle condition (θi ₁ , Θd ₁ ) Is determined whether or not the setting can be made in the defect inspection apparatus 10 (step S2). As a result of this determination, if it can be set, the angle condition (θi ₁ , Θd ₁ ) Is set as the end point of the search (step S3). Conversely, if the setting is impossible, the limit angle condition (θi _L , Θd _L ) Is set as the end point of the search (step S4).
[0050]
Next, the controller 17 tilts the stage 12 around the axis Ax so that the direction of generation of the 0th-order diffracted light (diffraction angle θd) (θ = 0) matches the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14. Angle condition (θi ₀ , Θd ₀ ) (Step S5). Then, the apparatus condition search process is started (step S6).
The search for the apparatus conditions (step S7) is based on the angle condition (θi) of the 0th-order diffracted light. ₀ , Θd ₀ ), The angle condition of the end point set in step S3 or S4 (θi ₁ , Θd ₁ ) Or (θi _L , Θd _L ), While the stage 12 is tilted around the axis Ax.
[0051]
Each time the stage 12 is tilted, the control device 17 controls the brightness information of the image on the substrate 11 (the intensity distribution I in FIG. 3). _MIX (Information related to (θ)) from the image processing device 16 and the brightness of the image on the substrate 11 is maximized (the sub-maximum P in FIG. 3). _MD ) Is determined. The brightness of an image is, for example, an average luminance or a maximum luminance.
In the search processing in step S7, if there is an angle condition (tilt angle of the stage 12) at which the brightness of the image on the substrate 11 is maximized, the control device 17 proceeds to the next step S8, where the brightness of the image is reduced. The stage 12 is set to the maximum angle condition. The conditions set here are the diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the shortest-wave first-order diffraction direction (the sub-maximum P in FIG. 3). _MD ) Generation direction (angle θ) _MD ) Coincides with the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14 (θi _B , Θd _B ).
[0052]
After setting the device conditions in step S8, the control device 17 issues a command to the image processing device 16 to cause the substrate 11 to perform defect detection. If it is not possible to find an angle condition at which the brightness of the image is maximized in the processing of step S7, the subsequent processing of steps S8 and S9 is omitted.
The device conditions (tilt angle conditions) set in step S8 of FIG. 4 are preferably stored in a memory in the control device 17. Thus, when another substrate on which the same type of repetitive pattern is formed is to be inspected, the generation direction of the diffracted light L2 (the angle θ) can be easily obtained only by reading the device conditions in the memory. _MD ) Coincides with the direction of the optical axis O2 of the light receiving system 14 (θi _B , Θd _B ).
[0053]
As described above, according to the defect inspection apparatus 10 of the present embodiment, the pitch p of the repetitive pattern on the substrate 11 is reduced to near the theoretical lower limit (mλ / 2), and the primary diffraction direction (the angle θ) _A ) Substantially coincides with the incident direction (angle θi) of the illumination light L1, that is, even when the defect inspection using the first-order diffracted light is substantially impossible, the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern. ), The diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the shortest-wave first-order diffraction direction (for example, the sub-maximum P in FIG. 3). _MD By using the method (1), the defect inspection of the substrate 11 can be favorably performed.
[0054]
That is, according to the defect inspection apparatus 10 of the present embodiment, even in the case of a fine pattern repetition pattern in which the defect inspection cannot be performed due to the mechanical arrangement (the arrangement of the illumination system and the light receiving system) in the conventional apparatus, the defect inspection apparatus can be satisfactorily performed. Defect inspection can be performed. Further, since it is not necessary to shorten the wavelength λ of the illumination light L1 in order to cope with the finer pitch, the defect inspection apparatus 10 can be simply configured.
[0055]
Further, according to the present embodiment, since the two wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2) of the illumination light L1 and the diffracted light L2 are almost completely independent, the diffracted light (λ1 + λ2) generated from the repetitive pattern in a mixed state. ) Intensity distribution I _MIX In (θ), the main maximum P _M0 , P _MA , P _MB In between, a clear submaximum P _MD , P _ME Can be obtained.
[0056]
For this reason, the intensity of the diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the shortest-wave first-order diffraction direction is maximized (for example, the sub-maximum P). _MD Inspection can be carried out under the following conditions. As a result, the diffracted light L2 can be efficiently taken into the light receiving system 14, and the accuracy of the defect inspection is improved.
Furthermore, according to the present embodiment, the pitch p of the repetitive pattern on the substrate 11 is relatively large, and the angle condition (θi ₁ , Θd ₁ ) Can be set in the defect inspection apparatus 10, similarly to the above, the diffracted light L2 (for example, the sub-maximum P in FIG. 3) generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction in a mixed state from the repeated pattern. _MD ) Can capture a high-quality image (an image that is not crushed), and can accurately perform a defect inspection of the substrate 11.
[0057]
(Modification)
In the above-described embodiment, an example in which the two peak wavelengths λ1 and λ2 (see FIG. 1B) of the illumination light L1 are substantially the same has been described, but the present invention is not limited to this. The same effect can be obtained even if the difference between the two peak wavelengths λ1 and λ2 is relatively large. In this case, the shape of the intensity distribution I (θ) of the diffracted light includes a shape corresponding to the peak wavelength λ1 shown in FIG. 5A and a shape corresponding to the peak wavelength λ2 shown in FIG. λ2), it changes greatly in the direction of the angle θ.
[0058]
When diffracted lights (λ1) and (λ2) having greatly different intensity distributions I (θ) are mixed as shown in FIGS. 5A and 5B, the intensity distribution I after mixing is obtained. _MIX (Θ) is a superposition of the intensity distributions I (θ) of FIGS. 5A and 5B, and has a shape shown in FIG. 6, for example.
That is, the intensity distribution I of FIG. _MIX (Θ) includes a main local maximum P similar to the intensity distribution I (θ) in FIG. _M0 , P _MA , P _MB … Exists and the main maximum P _M0 , P _MA , P _MB … Between the submaximal groups P _MC , P _MD , P _ME , P _MF ... will appear. This submaximal group P _MC , P _MD , P _ME , P _MF ... are the submaximal groups P in FIGS. 5 (a) and 5 (b). _C , P _D , P _E , P _F .. Are superposed on each other, each of which mainly consists of two sub-local maxima.
[0059]
In this example, of the diffracted light (λ1 + λ2) generated in a mixed state from the repetitive pattern during the defect inspection of the substrate 11, the diffracted light L2 (for example, generated between the 0th-order diffraction direction and the shortest-wave first-order diffraction direction) Angle θ in FIG. _MD ) Can be used. As a result, the pitch p of the repetitive pattern is reduced to near the theoretical lower limit (mλ / 2), and the first-order diffraction direction (angle θ) of the shortest wave is obtained. _A1 ) Substantially coincides with the incident direction (angle θi) of the illumination light L1, the defect inspection of the substrate 11 can be performed satisfactorily.
[0060]
However, it is preferable that the two peak wavelengths λ1 and λ2 of the illumination light L1 have a relationship other than an integral multiple of each other. Thereby, regardless of the resolution of the optical system of the defect inspection apparatus 10, in the search processing in steps S5 to S7 in FIG. 4, the condition that the brightness of the image of the substrate 11 becomes the sub-maximum (for example, the angle θ in FIG. _MD ) Can be found. As a result, the inspection can be performed under the condition that the intensity of the diffracted light L2 generated between the 0th-order diffraction direction and the shortest-wave first-order diffraction direction becomes the sub-maximum, and the accuracy of the defect inspection is improved.
[0061]
Further, in the above-described embodiment, the lens 23 of the illumination system 13 and the condenser lens 24 of the light receiving system 14 are constituted by a refractive optical system. However, as shown in FIG. 43, 44 (for example, spherical reflecting mirrors). Thereby, the size of the defect inspection apparatus can be reduced.
Further, the filters 37 and 38 of the wavelength selector 22 may be arranged between the reflecting mirrors 35 and 36 and the half mirror 33. The half mirrors 33 and 34 may be replaced with dichroic mirrors.
[0062]
In the above-described embodiment, the filters 37 and 38 having one transmission band are arranged in the wavelength selection unit 22. However, instead of the two filters 37 and 38, one filter having two transmission bands is used. May be arranged. In this case, the half mirrors 33 and 34 and the reflecting mirrors 35 and 36 can be omitted. Further, the lenses 31 and 32 may be omitted, the light source 21 may be disposed on the front focal plane of the lens 23, and one filter may be disposed between the light source 21 and the lens 23.
[0063]
Further, when one filter is provided, one transmission band may be used. In this case, it is preferable to use a light source whose emission line spectrum is dominant, such as a mercury lamp, and set one transmission band so as to include two adjacent emission line spectra (for example, 313 nm and 365 nm). Thus, the substrate 11 can be irradiated with the illumination light L1 having two independent wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2).
[0064]
In the above-described embodiment, an example has been described in which the two wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2) of the illumination light L1 are almost completely independent, but the present invention is not limited to this. The two wavelength ranges of the illumination light L1 may be somewhat continuous as long as they have a low intensity skirt. In this case, it is preferable to secure a relative intensity ratio between the skirt portion and the peak wavelengths λ1 and λ2 to some extent.
[0065]
In this method, for example, a metal halide lamp having the wavelength characteristic shown in FIG. 8 (wavelength characteristic composed of a plurality of emission line spectra and a low-intensity continuous spectrum) shown in FIG. This corresponds to the case where one filter having one transmission band Δλ including K2 is provided.
Furthermore, in the above-described embodiment, the defect inspection of the substrate 11 was performed using the illumination light L1 having two wavelength ranges (peak wavelengths λ1 and λ2), but the number of wavelength ranges (peak wavelengths) of the illumination light L1 is three. More than one.
[0066]
Further, in the above-described embodiment, the example in which the wavelength selection unit 22 is incorporated in the illumination system 13 has been described, but the present invention is not limited to this. A similar wavelength selector may be incorporated in the light receiving system 14. That is, the wavelength selector may be arranged not on the optical path of the illumination light but on the optical path of the diffracted light.
Furthermore, in the above-described embodiment, the stage 12 is tilted in the apparatus condition search processing (FIG. 4), but the present invention is not limited to this. Instead of tilting the stage 12, the illumination system 13 or the light receiving system 14 may be rotated around the axis Ax. The stage 12, the illumination system 13, and the light receiving system 14 may be independently rotated.
[0067]
In the apparatus condition search processing (FIG. 4), the search start point is set to the 0-order diffracted light angle condition (θi ₀ , Θd ₀ ) And the end point is the angle condition (θi ₁ , Θd ₁ ) Or the critical angle condition (θi _L , Θd _L ), The angle conditions of the start point and the end point may be reversed.
Further, in the above-described embodiment, the brightness information of the image on the substrate 11 (the intensity distribution I in FIGS. _MIX (Information relating to (θ)) from the image processing device 16 and the condition (angle θ) at which the brightness of the image on the substrate 11 is maximized. _MD ) Has been described as an inspection condition, but the present invention is not limited to this configuration. For example, the operator may observe the image of the substrate 11 projected on the display device 15 and determine the brightening of the pattern area of the image as the inspection condition.
[0068]
Further, the condition (the angle θ) at which the brightness of the image on the substrate 11 is maximized. _MD ) May be determined as inspection conditions. Further, although the substrate 11 side of the illumination system 13 and the light receiving system 14 is configured to be telecentric, the present invention can be applied to a configuration that is not telesetrick.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a defect inspection of a substrate can be performed by using diffracted light generated from a repetitive pattern with a finer pitch without shortening the wavelength of illumination light.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a defect inspection apparatus 10 according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an intensity distribution of diffracted light generated from a repetitive pattern when illuminating light having a certain peak wavelength is applied to a substrate 11;
FIG. 3 is a diagram showing an intensity distribution of diffracted light generated in a mixed state from a repetitive pattern when illuminating light having two slightly different peak wavelengths is applied to a substrate 11;
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for setting apparatus conditions in the defect inspection apparatus 10.
FIG. 5 is a diagram showing an intensity distribution of diffracted light generated from a repetitive pattern when the substrate 11 is irradiated with illumination light having a certain peak wavelength.
FIG. 6 is a diagram illustrating an intensity distribution of diffracted light generated in a mixed state from a repeated pattern when two peak wavelengths are significantly different as in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram illustrating an overall configuration of a defect inspection apparatus according to a modified example.
FIG. 8 is a diagram showing wavelength characteristics of a metal halide lamp.
FIG. 9 is a diagram illustrating angles θi and θd between incident light on a substrate and diffracted light.
[Explanation of symbols]
10 Defect inspection equipment
11 Substrate
12 stages
13 Lighting system
14 Light receiving system
15 Display device
16 Image processing device
17 Control device
21 Light source
22 Wavelength selector
23, 31, 32 lenses
24, 25 condenser lens
26 CCD image sensor
33,34 Half mirror
35, 36 reflector
37, 38 filters
43,44 reflective optical element

Claims

Illuminating means for irradiating illumination light on the test object on which the repetitive pattern is formed,
A selection unit arranged on the optical path of the illumination light or on the optical path of diffracted light generated from the repetitive pattern, and selecting a plurality of different peak wavelengths,
Of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths, diffracted light generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction at the shortest peak wavelength is collected to form an image of the test object. Light collecting means;
A defect detecting device for detecting a defect of the inspection object based on the image formed by the light condensing device.

The defect inspection apparatus according to claim 1,
The defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the plurality of peak wavelengths selected by the selection unit have a relationship other than an integral multiple of each other.

The defect inspection apparatus according to claim 1 or 2,
The condensing means is an optical system capable of condensing an arbitrary part of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths, and an optical axis direction of the optical system and a direction in which the part of the diffracted light is generated. Having a setting unit for setting related device conditions,
The setting unit may be configured such that, among the diffracted lights generated between the zero-order diffraction direction and the first-order diffraction direction, a generation direction of the diffraction light having the maximum intensity coincides with an optical axis direction of the optical system. A defect inspection apparatus characterized in that the apparatus conditions are set as described above.

An illumination step of irradiating the test object with the repetitive pattern with illumination light,
On the optical path of the illumination light or on the optical path of the diffracted light generated from the repetitive pattern, a selecting step of selecting a plurality of different peak wavelengths,
Of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths, diffracted light generated between the 0th-order diffraction direction and the 1st-order diffraction direction at the shortest peak wavelength is collected to form an image of the test object. Light collection process,
A defect detecting step of detecting a defect of the inspection object based on the image formed in the light condensing step.

The defect inspection method according to claim 4,
The defect inspection method according to claim 1, wherein the plurality of peak wavelengths selected in the selecting step have a relationship other than an integral multiple of each other.

In the defect inspection method according to claim 4 or 5,
The condensing step sets an apparatus condition related to an optical axis direction of an optical system capable of condensing an arbitrary part of the diffracted light having the plurality of peak wavelengths and a generation direction of the part of the diffracted light. Having a setting step,
In the setting step, of the diffracted light generated between the zero-order diffraction direction and the first-order diffraction direction, the generation direction of the diffraction light having the maximum intensity coincides with the optical axis direction of the optical system. A defect inspection method characterized by setting the apparatus conditions as described above.