专利名称：缺陷检查装置、缺陷检查方法和孔图形的检查方法
技术领域：
本发明涉及一种例如在半导体元件等的制造过程中，检查基板表面的不均匀、损伤等缺陷的缺陷检查装置、缺陷检查方法，以及接触孔(contact hole)等孔图形的检查方法。
背景技术：
在半导体器件和液晶基板的制造中，反复进行形成各种不同的电路图形，并将它们重叠成数层的作业。形成各电路图形的工序的概要是，将光致抗蚀剂涂覆在基板表面上，利用曝光装置在光致抗蚀剂上烧出分度线和掩模上的电路图形，通过显影形成光致抗蚀剂构成的电路图形之后，通过蚀刻等形成元件的各部分。在形成光致抗蚀剂构成的图形之后，检查图形上是否有异常。
图7是表示为了该目的而使用的现有的检查装置的概要图。向放置在载物台3上的半导体晶片2照射照明光L1，将从在半导体晶片2上形成的折返图形(未图示)产生的衍射光L2形成的基板图像取入摄像元件5中。然后，利用图像处理装置6进行图像处理，通过与正常的基板图像比较，检查基板表面的缺陷。衍射光从半导体晶片2上射出的方向随折返图形的间距而不同，所以使载物台3相应地进行适当的倾斜。
其中，作为检查对象的是形成在半导体晶片2最上层(最表层)上的光致抗蚀剂图形，但对基板进行照明的光的一部分通过最上层的光致抗蚀剂层，而对形成在基底上的图形进行照明。由此，从整个基板产生的衍射光不仅受最上层的光致抗蚀剂图形的影响，而且受基底图形的影响。因此，在基底图形的影响较大的情况下，将形成噪声，使本来应检查的最上层的图形信息相对减少，从而存在S/N比恶化的问题。特别是，由于使不同层的电路图形彼此结合的接触孔等的孔图形非常细微、图形密度小，并且其信号强度微弱，所以容易受基底的影响，从而在现有技术中不能充分地检查缺陷。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能以高S/N比进行最上层图形的检查的缺陷检查装置、缺陷检查方法以及孔图形的检查方法。
发明内容
用于解决上述问题的第一方案的缺陷检查装置，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，具有对上述基板进行照明的照明光学系统以及接收来自于上述基板的衍射光的受光光学系统，其特征在于，在上述照明光学系统或上述受光光学系统中的任意一方设置偏光元件(权利要求1)。
在基板表面没有形成图形的情况下，如果比较照明光中的P偏振光和S偏振光，则S偏振光在基板表面上的反射率高。因此，尽量使用包含S偏振光成分多的光进行检查，可以使被基板表面反射的光的光量比入射到基板中并被下层的界面反射的光的光量多，从而能相应地提高S/N比。在基板图形上没有形成图形的情况下，虽然有时情况不同，但均成为在基板表面上的反射率高的偏光状态。
在该方案中，由于在照明光学系统或上述受光光学系统中的任意一方设置偏光元件，所以通过调整该偏光元件，可以使入射到基板表面上的照明光和被反射的衍射光中所占的反射率高的偏光成分变多，从而可以相应地在S/N比良好的状态下进行检查。
用于解决上述问题的第二方案的缺陷检查装置，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，具有对上述基板进行照明的照明光学系统以及接收来自于上述基板的衍射光的受光光学系统，其特征在于，在上述照明光学系统中设置第一偏光元件，在上述受光光学系统中设置第二偏光元件(权利要求2)。
在本方案中，由于在照明光学系统中设置第一偏光元件，在受光光学系统中设置第二偏光元件，所以在例如第一偏光元件和第二偏光元件之间，通过使直交偏光的条件成立，可以从照明光中仅接收被基板表面反射的、偏光状态发生了变化的衍射光。因此，可以减小作为背景的光的光量，在S/N比良好的状态下进行检查。
另外，在基板由2层以上的层形成的情况下，被基板表面反射的光和被基板中的界面反射的光的偏光状态是不同的。在该情况下，通过调整2个偏光板，使直交偏光的条件对被基板中的界面反射的光成立，从而能减小被基板中的界面反射的光的受光量，在S/N比良好的状态下检查被表面反射的衍射光。
用于解决上述问题的第三方案的特征在于，在上述第二方案中，在上述基板和上述第一偏光元件之间，或在上述基板和上述第二偏光元件之间，设置1/4波长板(权利要求3)。
在本方案中，由于在上述基板和上述第一偏光元件之间，或在上述基板和上述第二偏光元件之间设置1/4波长板，所以可以将照射光或衍射光变换为向特定方向的直线偏振光。因此，通过调整该1/4波长板，可以使照射光或衍射光成为直线偏振光，通过使直交偏光的条件对成为直线偏振光的光成立，从而能提高上述第二方案的效果。
用于解决上述问题的第四方案的特征在于，在上述第一方案至第三方案任意一项中，具有摄像单元，对由上述受光光学系统接收的上述衍射光形成的上述基板的像进行拍摄；以及图像处理装置，根据来自于上述摄像单元的输出，对图像进行处理，检查上述基板的缺陷(权利要求4)。
在本方案中，由于具有摄像单元，对由上述受光光学系统接收的上述衍射光形成的上述基板的像进行拍摄；以及图像处理装置，根据来自于上述摄像单元的输出，对图像进行处理，检查上述基板的缺陷，所以能自动地进行检查。
用于解决上述问题的第五方案的缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，对由来自于上述基板的衍射光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷(权利要求5)。
在本方案中，由于用直线偏振光的照明光对基板进行照明，所以如果选择基板的表面反射率良好的直线偏振光使用，则能在S/N比良好的状态下进行检查。
用于解决上述问题的第六方案的缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用照明光对上述基板进行照明，对由包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷(权利要求6)。
在本方案中，由于对由包含在来自于基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的基板的像进行拍摄，所以如果选择表面反射率良好的直线偏振光使用，则能在S/N比良好的状态下进行检查。
用于解决上述问题的第七方案的特征在于，在上述第五方案或第六方案中，上述直线偏振光的照明光和上述衍射光的直线偏振光是S偏振光(权利要求7)。
由于S偏振光在表面上的反射率高，所以通过使直线偏振光的照明光和衍射光的直线偏振光成为S偏振光，可以在S/N比良好的状态下进行检查。
用于解决上述问题的第八方案的缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，对由包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷(权利要求8)。
在本方案中，利用直线偏振光的照明光对基板进行照明，对由包含在来自于基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的基板的像进行拍摄。因此，例如可以仅使照明光中的被基板表面反射而改变了偏光状态的衍射光成为直线偏振光，从而用于拍摄。因此，可以减小作为背景的光的光量，从而在S/N比良好的状态下进行检查。
另外，作为另一个例子，在基板在基板由2层以上的层形成的情况下，被基板表面反射的光和被基板中的界面反射的光的偏光状态是不同的。在该情况下，将被基板表面反射的光变换为直线偏振光，仅将该直线偏振光用于拍摄，从而能在S/N比良好的状态下检查被表面反射的衍射光。
用于解决上述问题的第九方案的缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，利用除去包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光后剩下的光，对上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷(权利要求9)。
在本方案中，利用直线偏振光的照明光对基板进行照明，利用除去包含在来自于基板的衍射光中的任意直线偏振光后剩下的光，对基板的像进行拍摄。因此，可以将照明光中的被基板中的界面反射时偏光状态没有变化的衍射光作为直线偏振光除去，将剩下的光用于拍摄。因此，可以减小作为背景的光的光量，从而在S/N比良好的状态下进行检查。作为将衍射光作为直线偏振光而除去的方法的例子，有配置偏光板，使得直交偏光的条件对该光成立的方法。
另外，在基板由2层以上的层形成的情况下，被基板表面反射的光和被基板中的界面反射的光的偏光状态是不同的。在该情况下，例如将被基板中的界面反射的光变换为直线偏振光，使直交偏光的条件对该直线偏振光成立，从而能减小被基板中的界面反射的光的受光量，在S/N比良好的状态下检查被表面反射的衍射光。
用于解决上述问题的第十方案的检查方法，其特征在于，使用上述第五方案至第九方案任意一项，检查在基板表面上形成的孔图形的缺陷。
一般，由于接触孔等孔图形的尺寸微小，所以不能用现有的检查方法进行正确的检查。根据本方案，由于能降低背景噪声，所以能在S/N良好的状态下进行孔图形的检查。特别是，根据上述第九方案，可以将孔图形与布线图形区别开来，进行孔图形的检查，从而能进行极正确地检查。
图1是表示本发明第一实施方式的缺陷检查装置概要的图。
图2是表示来自于基板表面和基底的P偏振光和S偏振光的反射状态的图。
图3是表示本发明第二实施方式的缺陷检查装置概要的图。
图4是表示孔图形的例子的图。
图5是表示分别利用本发明的缺陷检查装置和现有的缺陷检查装置，对孔图形进行拍摄的例子的示意图。
图6是表示本发明第三实施方式的缺陷检查装置概要的图。
图7是表示现有的检查装置的概要的图。
具体实施例方式
以下利用附图，对本发明的实施方式的实施例进行说明。图1是本发明第一实施方式的缺陷检查装置概要的图。从光源LS(lamphouse)射出的照明光L1通过构成照明光学系统1的透镜11而被变换为大致平行的光，对放置在载物台3上的晶片2进行照明。在光源LS的内部，内置有未图示的卤素灯或金属卤化物灯等光源和波长选择滤光器，仅一部分波长的光作为照明光L1而被利用。
在光源LS的射出部附近配置于偏光板7，使从光源LS射出的照明光L1成为直线偏振光。偏光板7能以照明光学系统1的光轴为中心进行旋转，任意改变对晶片2进行照明的直线偏振光的偏光方向。另外，利用未图示的机构，可以进行插拔。在载物台3上设有未图示的倾斜机构，它以与纸面垂直的轴AX为中心，使载物台3倾斜。
借助于照明光L1的照明，从作为基板的晶片2上产生衍射光L2。衍射光L2的衍射角随折返图形的间距和照明光L1的波长而变化。载物台3与衍射角相应地进行适当倾斜，所产生的衍射光L2被导入由透镜41、透镜42构成的受光光学系统4中而被汇聚，使由衍射光L2形成的晶片2的像在作为本发明的摄像单元的摄像元件5上成像。作为使载物台3倾斜的代替，也可以使从光源LS到照明光学系统1的整体或者从受光光学系统4到摄像元件5的整体，以轴AX为中心进行旋转，或者将这些元件组合起来，分别进行适当倾斜。
图像处理装置6对由摄像元件5取入的图像进行图像处理。如果有曝光装置的散焦或所形成的图形的膜厚不均匀等异常，则由于正常部分与缺陷部分的衍射效率的不同，会使所得到的图像产生亮度的差异。该差异在图像处理中作为缺陷被检查来。另外，可以将正常图形的像存储在图像处理装置6中，通过获得它与所测定的图形的差异，来检查异常。
衍射光L2是由晶片2表面的光致抗蚀剂图形(上层图形)衍射的衍射光和通过表面的光致抗蚀剂图形而到达基底图形(下层图形)、由基底图形衍射的衍射光合成的。
其中，偏光板7绕光轴进行旋转调整，使得照明光L1用S偏振光对晶片2进行照明。这里所说的S偏振光是振动面垂直于纸面的直线偏振光。一般，当光从空气到达薄膜时，在薄膜表面上的光的反射率依赖于薄膜的折射率和入射角度，而分为P偏振光和S偏振光。在0°～90°的范围内，S偏振光的表面反射率高。
在考虑存在多个图形层的晶片的情况下，由于S偏振光的表面反射率高，从而到达基底的光量相应变少。因此，衍射光的光量也受其影响，如果比较被上层的光致抗蚀剂图形衍射的光量和被基底图形衍射的光量，则S偏振光被上层的光致抗蚀剂图形衍射的光量多。
以下利用图2，对该现象进行说明。图2是非偏振光、S偏振光、P偏振光分别从表层入射到作为基底的表面上，然后被反射的情况。在非偏振光的情况下，用a表示被表层反射的光量，用b表示被表层与基底的界面反射的光量，在S偏振光的情况下，用aS表示被表层反射的光量，用bS表示被表层与基底的界面反射的光量，在P偏振光的情况下，用aP表示被表层反射的光量，用bP表示被表层与基底的界面反射的光量，则aP＜a＜aSbP＞b＞bS因此，利用S偏振光，可以使被表层表面反射的光量相对变大，从而能在不受基底的影响的情况下进行表面检查。
即使将偏光板7插入受光光学系统，而不插入照明光学系统，并从受光的衍射光中抽取出S偏振光成分，也能获得与将偏光板插入照明光学系统时同样的效果。
图3是表示本发明第二实施方式的缺陷检查装置概要的图。在以下的图中，用相同的标号表示与前面的图所示的构成要素相同的构成要素，并省略其说明。第二实施方式将偏光板8追加在图1所示的第一实施方式的受光光学系统4中。偏光板8能以受光光学系统4的光轴为旋转轴心进行旋转，并能从来自于晶片2的衍射光L2中抽取出任意偏光方向的直线偏振光。另外，借助于未图示的机构，可以进行插拔。
根据发明人已经确认的事实，在该第二实施方式的缺陷检查装置中，使照明光L1成为直线偏振光(如上所述，优选成为在基板表面上的反射率高的偏光状态)，对晶片2进行照明，并分别调整偏光板7、8，以抽取出来自于晶片2的衍射光L2中在与照明光L1正交的方向上振动的直线偏振光，在该状态下，即在所谓的直交偏光(crossedNichol prism)的状态下进行检查，这对孔图形的检查特别有效。
通常，在直交偏光的状态下，图像变为暗视野，但可以拍摄形成有孔图形的区域作为图像。对此可以进行如下说明。如果入射直线偏振光，当被试样表面反射衍射时，偏光状态变化，成为椭圆偏振光(在与入射的直线偏振光的振动方向正交的方向上振动的成分出现)。因此，通过成为直交偏光状态，可以仅抽取出偏光状态在入射到试样的前后发生变化的成分。
其中，被上层的孔图形衍射时发生的偏光状态的变化量远远大于被基底图形衍射时发生的变化量。因此，即使在被基底图形衍射的光量比被上层图形衍射的光量多的情况下，通过研究偏光状态的变化，也能高效地检查上层图形的信息。
图4示出了孔图形的例子。(a)是表示将布线图形21作为下层，在其上形成的孔图形22的状态的图，(b)是表示将绝缘层25作为下层，在其上形成的孔图形22的状态的图。两图的上侧均为俯视图，下侧为A-A剖视图。但是，为了易于理解，在(a)的俯视图中将光致抗蚀剂23表示为透明的层。
在(a)中，在基板24上形成布线图形21，在其上以规定的孔图形形成接触孔22。没有形成布线图形21的部分被光致抗蚀剂23覆盖，在布线图形上，没有形成接触孔22的部分也被光致抗蚀剂23覆盖。
在(b)中，在基板24上形成布线图形21，没有形成布线图形21的部分以及布线图形21的上部被绝缘层25覆盖。并且，以规定的图形形成贯通绝缘层25的接触孔22。
在没有缺陷的折返图形上，以最佳焦距、最佳曝光量下的摄像条件为中心，一边改变焦距、曝光量，一边进行曝光，从而在晶片上形成孔图形。即，虽然在最佳焦距、最佳曝光量的曝光状态下，形成完全的孔图形，但随着远离该焦距状态、曝光量，将在孔图形中产生缺陷。
利用图7所示的现有检查装置，对这样制造的晶片上的各种孔图形进行拍摄。
图5(b)示出了所拍摄的图像的示意图。其中，示出了在1枚晶片上形成曝光条件不同的9个孔图形，以及各个孔图形的拍摄亮度。在图中，中心的孔图形是在最佳焦距、最佳曝光量条件下进行曝光的孔图形，右侧的孔图形是焦距向光轴正方向偏移的孔图形，左侧的孔图形是焦距向光轴负方向偏移的孔图形。另外，下侧的孔图形是曝光量向正侧偏移的孔图形，上侧的孔图形是曝光量向负侧偏移的孔图形。
如图所示，在该状态下，受来自于基底的折返图形的衍射光的影响，没能通过拍摄区域的亮度差异捕捉到孔图形的变化。因此，拍摄到的任何一个孔图形的亮度都相同。
利用图3所示的检查装置，在直交偏光条件对来自于孔图形的基底的衍射光成立的状态下，对同一晶片进行测定。图5(a)是所拍摄的图像的示意图。如图所示，来自于基底的折返图形的衍射光被除去，曝光装置的焦距和曝光量的变化作为每个孔图形区域的亮度差异被捕捉到。
孔直径随着焦距和曝光量的变化而变化，但它表现为衍射效率的差异，即图像的亮度的差异。亮度的差异通过图像处理能充分识别出来，从而能判别出曝光装置的焦距和曝光量的缺陷造成的孔图形的不良。
图6是表示本发明第三实施方式的缺陷检查装置的概要的图。该实施方式与第二实施方式的不同点仅在于，在第二实施方式的受光光学系统4的偏光板8和晶片2之间配置1/4波长板9。1/4波长板9能以受光光学系统4的光轴为旋转轴心进行旋转。另外，借助于未图示的机构，可以进行插拔。众所周知，1/4波长板具有根据旋转方向，将入射光的偏光状态变换为直线偏振光或椭圆偏振光、圆偏振光的功能。
如上所述，衍射光L2是被上层图形衍射的衍射光和被基地图形衍射的衍射光的合成，偏光状态分别是不同的。因此，对1/4波长板9进行旋转调整，使得来自于基底的衍射光成为直线偏振光，并且对偏光板8进行旋转调整，以抽取出在与被变换的直线偏振光的振动方向正交的方向上振动的光，即成为直交偏光的状态。由此，来自于基底的衍射光被除去。其中，来自于上层的衍射光通过1/4波长板9之后，其偏光状态发生变化，但不是直线偏振光，所以能通过偏光板8。这样，当衍射光L2通过偏光板8之后，来自基底的衍射光被除去，仅留下来自于上层的衍射光，所以不受基底的影响，能在S/N良好的状态下进行检查。
也可以将1/4波长板插入照明光学系统1的偏光板7和晶片2之间进行适当旋转，而不插入受光光学系统4中，由此可以将被晶片2衍射的衍射光中的来自基底的衍射光变为直线偏振光。因此，可以获得与将1/4波长板插入受光光学系统时同样的效果。
如上所述，根据本发明，可以提供一种能以高S/N比进行最上层图形的检查的缺陷检查装置、缺陷检查方法以及孔图形的检查方法。
权利要求
1.一种缺陷检查装置，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，具有对上述基板进行照明的照明光学系统以及接收来自于上述基板的衍射光的受光光学系统，其特征在于，在上述照明光学系统或上述受光光学系统中的任意一方设置偏光元件。
2.一种缺陷检查装置，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，具有对上述基板进行照明的照明光学系统以及接收来自于上述基板的衍射光的受光光学系统，其特征在于，在上述照明光学系统中设置第一偏光元件，在上述受光光学系统中设置第二偏光元件。
3.根据权利要求2所述的缺陷检查装置，其特征在于，在上述基板和上述第一偏光元件之间，或在上述基板和上述第二偏光元件之间，设置1/4波长板。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的缺陷检查装置，其特征在于，具有摄像单元，对由上述受光光学系统接收的上述衍射光形成的上述基板的像进行拍摄；以及图像处理装置，根据来自于上述摄像单元的输出，对图像进行处理，检查上述基板的缺陷。
5.一种缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，对由来自于上述基板的衍射光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷。
6.一种缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用照明光对上述基板进行照明，对由包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷。
7.根据权利要求5或6所述的缺陷检查方法，其特征在于，上述直线偏振光的照明光和上述衍射光的直线偏振光是S偏振光。
8.一种缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，对由包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光形成的上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷。
9.一种缺陷检查方法，检查作为被检查体的基板的表面缺陷，其特征在于，利用直线偏振光的照明光对上述基板进行照明，利用除去包含在来自于上述基板的衍射光中的任意直线偏振光后剩下的光，对上述基板的像进行拍摄，对所拍摄的图像进行处理，从而检查上述基板的缺陷。
10.一种孔图形的检查方法，其特征在于，使用权利要求5至9任意一项所述的缺陷检查方法，检查在基板表面上形成的孔图形的缺陷。
全文摘要
本发明提供一种能以高S/N比进行最上层图形的检查的缺陷检查装置。从被照明光L1照明的、作为基板的晶片2上产生衍射光L2，然后将其导入由透镜41、透镜42构成的受光光学系统4中而被汇聚，使由衍射光L2形成的晶片2的像在作为本发明的摄像单元的摄像元件5上成像。图像处理装置6对由摄像元件5取入的图像进行图像处理，检查缺陷。偏光板7被进行旋转调整，使得照明光L1用S偏振光对晶片2进行照明。S偏振光的表面反射率高，从而到达基底的光量变少。因此，利用S偏振光进行照明，由此可以使从表层反射的光量比被基底反射的光量多，从而能在S/N比良好的状态下检查表层的缺陷。
文档编号H01L21/66GK1532518SQ20031012300
公开日2004年9月29日 申请日期2003年12月23日 优先权日2003年3月26日
发明者杉原麻理, 大森健雄, 深泽和彦, 彦, 雄 申请人:株式会社尼康