JP2002277404A

JP2002277404A - 欠陥検査方法及びその装置

Info

Publication number: JP2002277404A
Application number: JP2001386253A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Shibata; 行広芝田; Shunji Maeda; 俊二前田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP3784711B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体の製造工程に代表されるようにパターン
の微細化が進んでいる。微細パターン部においては光学
像のモジュレーションが小さいため、従来の光学系では
微細パターン部の欠陥検査感度が不足している。このた
めには、微細パターン部のモジュレーション向上が必要
である。【解決手段】同軸落射明視野照明光学系を用いて、試料
を正反射した０次光の透過率を変更して試料の光学像を
形成し、イメージセンサで撮像することにより、疎・密
パターン部共にモジュレーションの高い試料の画像を得
る。さらに、０次光の透過率を変更した条件で試料の光
学像を複数回検出し、検出した画像の画質を評価し、欠
陥検出感度が最大となる０次光検出率を求めることによ
り、光学条件出しの自動化による短時間設定を可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程や
フラットパネルディスプレイの製造工程に代表される微
細パターン欠陥及び異物等の検査や観察に用いる高解像
度光学系とこれを用いた欠陥検査方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として、特開平８−３２７５
５４号公報には、観察対象の物体の光学特性に応じて、
照明の入射角を変更して、物体のコントラストを向上さ
せる技術が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
物体の表面にある微細な凹凸を顧在化するために、照明
の入射角を変更して、凹凸のコントラストが高くなるよ
うに照明入射角を決定している。このような方式では、
光学系として、斜方照明・斜方検出の方式を採用してお
り、斜方照明の入射角を変更することにより、明視野照
明から暗視野照明まで連続的に物体の見え方を変更する
ようにしている。しかし、例えば、暗視野頗明の場合、
物体上に薄膜残りの様な欠陥が存在する時には、検出が
困難になる。また、検査対象が半導体デバイスの場合、
メタル配線工程において形成されるメタル配線の表面に
は、微小な凹凸（グレイン）が発生する。しかし、この
グレインは半導体デバイスとしては致命性がないため、
欠陥として検出すべきではないが、従来の技術では、こ
のグレインを他の欠陥と確実に識別して信頼度の高い欠
陥検出を行うことがむづかしかった。

【０００４】本発明の目的は、上記した従来技術では達
成が困難であった信頼度の高い欠陥検出を実現すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、同軸落射明視野照明光学系を用いて、試
料を正反射した０次回折光の透過率を変更して試料の光
学像を形成し、イメージセンサで撮像することにより、
解像度の高い試料の画像を得る。

【０００６】また、本発明では、光学系を介して試料を
撮像することにより試料の画像信号を得、この画像信号
における試料の複数位置（例えば周辺回路領域部、ロジ
ック回路領域部、およびメモリ領域部等の複数の回路領
域）に対応する個所（局所領域或いはセグメント）での
明るさ(コントラスト)或いはパターンのモジュレーショ
ン(コントラスト)の差が小さくなるように光学系の光学
条件を調整し、光学条件を調整した状態でこの光学系を
介して試料を撮像することにより光学条件を調整した試
料の画像信号を得、そして、この画像信号を処理して試
料の欠陥（パターン欠陥や異物等の欠陥）を検出する。

【０００７】また、本発明は、試料を落射照射してこの
試料を撮像することにより試料の画像信号を得、この画
像信号における試料の複数位置（例えば周辺回路領域
部、ロジック回路領域部、およびメモリ領域部等の複数
の回路領域）に対応する個所（局所領域或いはセグメン
ト）での明るさ(コントラスト)或いはパターンのモジュ
レーション(コントラスト)の差が小さくなるように照明
による試料からの反射光のうちの０次回折光（正反射
光）の検出率（透過率）を調整し、この０次回折光の検
出率（透過率）を調整した状態で試料を撮像することに
より０次回折光の検出率を調整した前記試料の画像信号
を得、そして、この画像信号を処理して試料の欠陥（パ
ターン欠陥や異物等の欠陥）を検出する。

【０００８】また、本発明では、試料を落射照明し、照
明による試料からの反射光のうち０次回折光の透過率を
変えて試料を撮像することにより０次回折光の透過率が
異なる複数の画像を得、この複数の画像を用いて欠陥検
出感度が高くなる０次回折光の透過率条件を求め、試料
からの反射光のうち０次回折光の透過率を求めた透過率
条件に設定し、この求めた透過率条件に設定した状態で
試料を撮像して画像を得、そして、透過率条件に設定し
た状態で撮像して得た画像を用いて試料の欠陥を検出す
る。

【０００９】さらに、本発明では、試料を偏光光で落射
照明し、照明された試料を撮像して試料の画像を得、こ
の試料の画像のコントラストの情報に基づいて照明によ
る試料からの反射光の偏光状態を調整し、この反射光の
偏光状態を調整した試料を撮像して試料の画像を得、そ
して、この画像を用いて試料の欠陥を検出する。

【００１０】また、本発明では、ウェハ上に配列された
チップ内に区分けされた複数の回路領域に対して落射照
明し、前記複数の回路領域の各々からの反射光像を互い
に０次回折光の透過率を変えて撮像して画像信号を得、
該得られた各々の画像信号を処理して欠陥を検出するこ
とを特徴とする欠陥検査方法である。

【００１１】以上説明したように、本発明によれば、例
えば、パターン幅が微細であり、パターン密度が高いメ
モリ領域部において、高解像度の画像を得ることができ
る。また、高コントラスト光学条件出しを短時間で自動
的に設定することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図５に示
す。４５は、本発明に係る欠陥検査装置である。試料
（ウェハ）１はローダー４１に収納されているが、ウェ
ハ搬送ロボット４０により、Ｚステージ１０、θ（回
転）ステージ１１、Ｘステージ１２、Ｙステージ１３か
ら構成されるステージ上に搬送される。ステージ上に搬
送されたウェハ１は、ステージの移動と共にチップ全域
の画像を検出するための低倍率の検出光学系で構成され
たチップ全域検出光学系２０の視野に移動される。次
に、チップ全域検出光学系２０の視野に入ったチップ全
域の画像がカメラ２１で撮像される。この画像は、画像
処理部３０に転送され、データサーバ３１に保存され
る。そして、このデータサーバ３１に保存された画像
は、検査装置のオペレーティングコンピュータ３５のデ
ィスプレイに表示され、図６にステップＳ６４で示すよ
うに、０次回折光の検出率（透過率）を条件出しするた
めの領域画像を外観検査用光学系１５のイメージセンサ
１５４で取得するための、チップ内の回路領域を選択す
ることが可能となる。このように、チップ全域検出光学
系２０は、一つのチップ全域を撮像できるように低倍率
で構成され、外観検査用光学系１５のイメージセンサ１
５４で取得するチップ内の回路領域（例えば、周辺回路
領域部２ａ１、ロジック回路領域部２ａ２、メモリ領域
部２ａ３等）を選択するための補助光学系である。な
お、チップ全域検出光学系２０も、検出する画像のモジ
ュレーション（画像の明るさの振幅：コントラスト）を
調整するための手段として、試料を照明する照明光及び
試料からの反射光の偏光の状態を調整する偏光状態調整
部２０１を備えている。これにより、チップ全域検出光
学系２０でも、チップ全域について比較的高コントラス
トの画像が得られ、外観検査装置１５に対する領域部の
選択が正確に行うことが可能となる。

【００１３】次に、実際の検査は、高倍率の外観検査用
光学系１５で行われることになる。そこで、上記ステー
ジを移動させることによって、ウェハ１の表面を外観検
査用光学系１５の視野に入れて、イメージセンサ１５２
で画像を検出することができることになる。そして、こ
の検出された画像データも、画像処理部３０に転送さ
れ、領域毎に０次回折光の透過率を調整したあと、再
び、ウェハ１の表面を外観検査用光学系１５の視野に入
れて、イメージセンサ１５２で高コントラストの画像を
検出し、画像処理部３０に転送させ、図９に示す画像処
理部３０によって隣接チップの画像が位置合わせされて
比較検査して欠陥候補を求めることになる。そして、こ
の検査結果は、データサーバ３１に保存され、レビュー
時に検査結果が読み出されることになる。

【００１４】なお、ステージや回転駆動源１５６等の機
械動作部は、メカニカルコントローラ３２によって制御
される。

【００１５】次に、実際の検査に用いられる高倍率の外
観検査用光学系１５について説明する。外観検査用光学
系１５は、同軸落射明視野光学系で構成される。この光
学系１５は、対物レンズ１５１、（１／２）λ（波長）
板若しくは（１／４）λ（波長）板１５２、該波長板１
５２を微回転調整する回転駆動源（駆動モータ）１５
６、該回転駆動源１５６の回転出力を上記波長板１５２
の微回転に伝達するベルト等の回転伝達手段１５７、Ｐ
ＢＳ（Polarizing Beam Splitter：偏光ビームスプリッ
タ）１５３、各領域の画像を撮像するイメージセンサ１
５４および光源１５５によって構成される。光源１５５
としては、半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−Ｓ
ＨＧレーザ、エキシマレーザなどのレーザ光源、キセノ
ンランプや水銀灯などの放電管、またはハロゲンランプ
等のフィラメント光源で構成できる。光源１５５として
は、ＵＶ光、若しくはＤＵＶ光の方が波長が短くて有利
である。イメージセンサ１５４としては、ＴＤＩイメー
ジセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等で構成される。偏光
ビームスプリッタ１５３は、光源１５５から出射された
光を反射させることによって、直線偏光光に変換するも
のである。さらに、波長板１５２は、偏光ビームスプリ
ッタ１５３から入射する直線偏光光を楕円偏光光に変換
するものである。従って、楕円偏光光が対物レンズ１５
１によって集光されてウェハ１上のチップ内の領域に照
射されることになる。

【００１６】そして、上記領域のパターンのエッジから
生じる高次回折光（２次以上の回折光）は、対物レンズ
１５１で集光され、波長板１５２によって楕円偏光光に
変換される。その結果、高次回折光は、偏光ビームスプ
リッタ１５３を透過し、イメージセンサ１５４で画像と
して検出されることになる。他方、領域のパターンから
発生する０次回折光（正反射光）は、対物レンズ１５１
によって集光され、波長板１５２によって直線偏光に近
い偏光光に変換される。偏光ビームスプリッタ１５３
は、この０次回折光を透過光と反射光に分離する。それ
故、偏光ビームスプリッタ１５３を透過する０次回折光
の透過率（Ｉｂ／Ｉａ）は、波長板１５２の回転角を調
整することに従って、偏光状態を変化させることによっ
て調整することが可能である。

【００１７】Ｉｂは、偏光ビームスプリッタ１５３を透
過する０次回折光の強度を示す。

【００１８】Ｉａは、偏光ビームスプリッタ１５３に入
力される０次回折光の強度を示す。

【００１９】他の実施の形態は、光学系１５において、
偏光ビームスプリッタの代わりにハーフミラーで構成
し、ウェハ１の表面のフーリエ変換面若しくはその近傍
に空間フィルタ（図示せず）を備えて構成する。該空間
フィルタは、０次回折光を遮光し、高次回折光（２次回
折光以上）を通過させる。そこで、遮光部分の寸法を変
えた複数の種類の空間フィルタを用意し、ある空間フィ
ルタを異なる他の空間フィルタに交換することによっ
て、０次回折光の透過率（Ｉｂ／Ｉａ）を調整すること
が可能となる。

【００２０】以上説明したように、波長板１５２の微小
回転調整または空間フルターの交換は、複数の領域（例
えば、チップ内の周辺回路領域部２ａ１、ロジック領域
部２ａ２、メモリ領域部２ａ３等）に応じた個所（局部
領域：セグメント）の間のイメージセンサ１５４（２
５）で検出される画像信号のコントラスト（強度の振幅
Ｍ）の差若しくはパターンのコントラストの差が減少す
るように、光学系１５の光学条件として０次回折光の透
過率（Ｉｂ／Ｉａ）（以降０次光検出率と称する）を調
整することが可能となる。

【００２１】光学系１５は、イメージセンサ１５４で検
出する検出画像のモジュレーション（画像の明るさ（強
度）の振幅）を調整するために、試料を照明する照明光
及び試料からの反射光の偏光の状態を調整する偏光状態
調整部１５２、１５３を備えている。

【００２２】図１に０次光検出率（Ｉｂ／Ｉａ）と検出
した画像のパターンコントラストの関係を示す。０次光
検出率１００％が通常の明視野検出方式で検出される画
像と同じ画像である。偏光状態調整部１５２、１５３で
偏光の状態を調整して０次回折光の透過率を低くしてい
くと、高次回折光と０次回折光の振幅が同程度となり、
コントラストが向上していく。さらに０次光検出率を低
くしていくと、コントラストが低下する。これは、０次
回折光に対して高次回折光の振幅が大きくなりすぎたた
め、０次回折光と高次回折光の干渉によるモジュレーシ
ョン（コントラスト）が小さくなったためである。

【００２３】図２に検査対象となるウェハの外観を示
す。ウェハ１にはダイ２毎に同様のパターンが形成され
ている。例えば、メモリとロジック回路を混載した半導
体製品では、ダイ（チップ）の領域毎に周辺回路領域部
２ａｌ，ロジック回路領域部２ａ２，メモリ領域部２ａ
３等に区分けされる。それぞれの領域に形成されている
パターンの幅や密度は、一般に異なる。ここでは、各領
域のパターン幅とパターン密度を以下のように仮定す
る。（ｉ）周辺回路領域部２ａｌは、パターン幅が太
く、パターンの密度も低い。（ｉｉ）ロジック回路領域
部２ａ２はパターン幅は微細であるが、パターン密度が
比較的低い。（ｉｉｉ）メモリ領域部２ａ３は、パター
ン幅が微細であり、パターン密度も高い。

【００２４】これらの領域を通常の明視野検出で取得し
た画像の例を図３に示す。検出画像のＡ−Ａ部における
検出光量分布では、パターン幅が太くて密度の低い周辺
回路領域部２ａｌにおいてパターンのモジュレーション
（コントラスト）Ｍｌが大きい。パターン幅が微細で密
度の高いメモリ領域部２ａ３では、全般的に暗く検出さ
れ、モジュレーション（コントラスト）Ｍ３も小さい。
メモリ領域部２ａ３において、全体的に暗く検出される
のは、対物レンズに補足される０次回折光と高次回折光
の割合が低下するためである。欠陥検査は、隣接するダ
イ（チップ）若しくはセルの差画像を求め、しきい値以
上となる位置を欠陥と判定している。このため、検出し
た画像においてモジュレーションが小さい領域では感度
が低下する。従って、ダイ（チップ）内全域において、
欠陥検出感度を均一にするためには、パターン幅やパタ
ーン密度に影響されることなく、モジュレーションを同
等にすることが望ましい。

【００２５】図４に０次光検出率（透過率）を４０％程
度に設定した場合の検出画像を示す。メモリ領域部２ａ
３でモジュレーションが小さくなるのは高次回折光を対
物レンズ１５１で細くできる割合が低下するためである
ため、偏光状態調整部１５２、１５３等を調整して０次
回折光を減衰させることにより、０次回折光と高次回折
光の振幅を同等程度に検出し、干渉によるモジュレーシ
ョンＭ３１を向上させることができる。また、パターン
幅の太い周辺回路領域部２ａｌにおいても０次回折光が
減衰するため、０次光減衰前に比べて明レベルが低下す
る。従って、偏光状態調整部１５２、１５３等を調整し
て０次回折光を減衰させると検出される光量が低下する
ため、照明光量を多くする必要があるが、パターン幅の
微細な領域のモジュレーションを向上することが可能と
なる。このため、微細パターン部での検査感度を向上で
きる。

【００２６】また、検査対象がメモリ搭載ウェハである
場合は、メモリ部をセル比較し、それ以外の領域をダイ
比較する。方式として、両者を２回に分けて検査する方
式と両者を１回で行う混合検査方式がある。混合検査は
短時間で検査できるたゆ、性能上有利である。さらに、
本技術の０次回折光減衰によるセル部のモジュレーショ
ン拡大により、検査感度も向上することが可能となる。

【００２７】検査対象となるウェハ毎にパターン幅やパ
ターン密度は異なるため、欠陥検査に用いる０次光検出
率を何パーセントに設定するかを事前に条件出しする必
要がある。図６に検査フローを示す。

【００２８】まず、検査対象となるウェハ１を検査装置
内のローダー４１にローデイングし（Ｓ６１）、このロ
ーデイングされたウェハ１の種類に応じてウェハ内のダ
イ配列情報をＣＡＤシステム（図示せず）から入力手段
を用いてオペレーテイングコントローラ３５に入力して
例えばデータサーバー３１に登録する（Ｓ６２）。次に
ダイ内の検査エリアの座標を同様にオペレーテイングコ
ントローラ３５に入力して例えばデータサーバー３１に
登録する（Ｓ６３）。次に、ウェハ搬送ロボット４０
は、ウェハ１をローダー４１からステージ上に搭載す
る。そして、ステージを移動させてウェハ１の所定のチ
ップを、例えば、チップ全域検出光学系２０の視野内に
入れてカメラでそのチップ全域の画像を撮像し、画像処
理部３０に転送してデータサーバー３１に保存され、更
にデイスプレイ上に表示される。この表示された画面上
で、外観検査用光学系１５で０次光検出率（Ｉｂ／Ｉ
ａ）を条件出しするために画像を取得する領域が選択さ
れてオペレーテイングコントローラ３５に入力される
（Ｓ６４）。

【００２９】以降、外観検査用光学系１５、画像処理部
３０、データサーバー３１およびオペレーテイングコン
トローラ３５等を用いて行う。

【００３０】次いで、外観検査用光学系１５についての
初期光学条件（例えば、偏光状態調整部１５２、１５３
での初期偏光の状態や、光源１５の初期照度など）を設
定し（Ｓ６５）、ステージを移動させてウェハ１上の上
記選択された領域を外観検査用光学系１５の視野に入れ
て、イメージセンサ１５４により条件出し領域の画像を
撮像して取得する（Ｓ６６）。次に、画像処理部３０に
おいて、取得した画像のモジュレーション（コントラス
ト）を評価する（Ｓ６７）。次に、オペレーテイングコ
ントローラ３５からの指令に基づいて、メカニカルコン
トローラ３２を介して回転駆動源１５６を駆動して波長
板１５２を微小回転させて０次回折光検出率を変更し、
再度画像取得と画像評価を行う（Ｓ６６、Ｓ６７）。画
像処理部３０は、画像を評価し終えた時点で、０次光検
出率毎に求めた図１１に示す画像評価値をデーダサーバ
ー３１に記憶し、デイスプレイの画面に一覧表示する
（Ｓ６８）。

【００３１】オペレーテイングコントローラ３５は、画
面上において、上記評価値が高くなる０次光検出率を複
数条件に絞り込む（Ｓ６９）。次に、外観検査用光学系
１５および画像処理部３０を用いて再度疑似欠陥を含む
感度でテスト検査を行い（Ｓ７０）、実欠陥か疑似欠陥
かを分類する（Ｓ７１）。この分類された実欠陥及び疑
似欠陥部の画像を、再度外観検査用光学系１５を用いて
絞り込んだ０次光検出率毎に検出し、画像処理部３０に
おいてそれぞれの差画像を演算する（Ｓ７２）。次に、
画像処理部３０は、各０次光検出率毎に疑似欠陥部の最
大濃淡差Ｎｍａｘを求める（Ｓ７３）。次に、画像処理
部３０は、それぞれの０次回折光検出率について、Ｎｍ
ａｘに一定の値αを検査しきい値とした場合に、検出可
能な実欠陥数を算出する（Ｓ７４）。このように、それ
ぞれの０次回折光検出率について、テスト検査によって
得られる差画像に対して（Ｎｍａｘ＋α）の検査しきい
値で判定するので、擬似欠陥が排除された実欠陥数が算
出されることになる。そして、オペレーテイングコント
ローラ３５は、それぞれの０次光検出率の中で、最も多
く実欠陥を検出できる０次光検出率（透過率）を上記外
観検査用光学系１５における実際の検査用の条件として
設定する（Ｓ７５）。次に、外観検査用光学系１５およ
び画像処理部３０を用いて、検査しきい値を［Ｎｍａｘ
＋α］として、特定の領域をテスト検査し（Ｓ７６）、
予定の感度を満足していれば（Ｓ７７）、条件出しは終
了である（Ｓ７８）。次に、外観検査用光学系１５およ
び画像処理部３０を用いた本検査は、ダイ（チップ）内
の各領域毎に先に条件出しした感度で行う。

【００３２】図７に０次光検出率の条件出しを行うため
に取得する画像領域５０の模式図を示す。ダイ内でパタ
ーン幅やパターン密度を複数個にセグメントできる場合
は、それぞれの領域を含むように領域５０を設定するこ
とが望ましい。但し、予めセグメントするための情報が
ない場合は、ダイの中央フィールドをデフォルトで設定
する等が考えられる。また、図５に示す低倍率のチップ
全域検出光学系２０で取得した画像を用いて、画像取得
領域を決定することも可能である。

【００３３】図８にそれぞれの０次光検出率で取得した
画像を微分し、その総和を求めた結果の例を示す。この
計算結果では、０次光検出率４０％程度が最も微分値の
総和が高く、欠陥検査上、有利であると見られる。この
徹分値の総和から、０次光検出率４０％と６０％の２つ
の条件に絞り込み、図６で示した実欠陥部と疑似欠陥部
の画像を取得して本検査に用いる０次光検出率条件を決
定する。

【００３４】図９に画像処理部３０のブロック図を示
す。ウェハ１の像を対物レンズ１５１でイメージセンサ
１５４上に拡大投影する。イメージセンサ１５４の出力
信号をＡＤ変換部６０でデジタル信号に変換する。一方
のデジタル信号は画像評価部６１に送られて画質を評価
し、更に検出画像を出力する。他方のデジタル信号は遅
延メモリ６２に一旦格納されて、チップ比較若しくはセ
ル比較の参照画像が出力される。それぞれの信号は画像
位置合わせ部６３で、検出画像と参照画像との位置合わ
せを行う。次に差画像算出部６４で検出画像と差画像を
算出し、差の特徴量を欠陥判定部６５に送る。この欠陥
判定部６５で、検査しきい値以上となる特徴量の座標を
求める。この位置が欠陥候補となり、欠陥候補の座標や
特徴量などは、欠陥記憶部６６に格納される。この欠陥
記憶部６６のデータは、データサーバ７０に送られてハ
ードディスク等に保存される。

【００３５】図１０に０次光検出率を条件出しするため
の評価値（図６に示すステップＳ６７で画像評価部６１
において実行される画質の評価値）の一つである２次微
分値（２次元方向の微分値：ラプラシアンフィルター）
の演算内容を示す。例えば、２次微分値（２次元方向の
微分値）を求める画素の光量をＩ（ｘ，ｙ）とする。こ
のＩ（ｘ，ｙ）と隣接する８画素の差をそれぞれについ
て求め、８つの差分値の絶対値の和をＩ（ｘ，ｙ）の２
次微分値とする。これを、検出した画像の各画素につい
て行い、各画素で求めた２次微分値の総和を画質の評価
値とするものである。

【００３６】図１１に０次光検出率を絞り込む評価値の
一覧（図６に示すステップ６８で表示する。）を示す。
微分値は各０次光検出率で検出した画像を２次微分し、
微分値の総和を演算するものである。演算は図１０で説
明した内容である。

【００３７】次に、局所領域の最大濃淡差について説明
する。検出した画像を一定の領域に区分けし、区分けし
た領域内で濃淡値の最小値と最大値を求め、これらの差
を最大濃淡差とする。この最大濃淡差を区分けした領域
全てで求め、これらの絶対値の総和を求める。領域を区
分けする一例として、例えば画像のＸ，Ｙ方向の画素数
を３画素×３画素を１セグメントとする。この１セグメ
ントには９画素分の明るさ情報が含まれているため、こ
の９画素の最大値と最小値を求めて差を求めることによ
り、１セグメント分の濃淡差が求まる。この１セグメン
トの濃淡差は、セグメント内におけるパターン像のモジ
ュレーション（コントラスト）を求めており、この最大
濃淡差が大きいほど欠陥検出上有利である。従って、最
大濃淡差の総和も大きい方が、欠陥検出上有利であるた
め、この総和値の高い０次光検出率条件を本検査用条件
の候補として絞り込むことが考えられる。尚、ここで示
す最大濃淡差には、画像のサンプリング誤差や局所的な
照明分布のばらつきなどのウェハのパターン情報以外の
ばらつきを含んでいない。

【００３８】次に、濃淡分散値について説明する。画像
を一定の領域に区分けし、区分けした領域内で濃淡値の
分散を求める。この分散値を区分けした全ての領域で求
め、これらの総和を求める。区分け領域の一例として、
３×３画素を１セグメントに設定する。尚、この分散値
は、局所領域内における濃淡のばらつきを示しており、
この分散値が大きいほどパターン情報が高くなる。従っ
て、分散値の大きい方が欠陥検出上有利である。尚、こ
こで示す濃淡のばらつきには、画像のサンプリング誤差
や局所的な照明分布のばらつきなどのウェハのパターン
情報以外のばらつきを含んでいない。

【００３９】次に画像フーリエ密度に関する評価手法に
ついて説明する。画像のＸ，Ｙ方向に２次元フーリエ変
換を行い、特定の周波数以上のスペクトル密度の総和を
評価値とする。特定の周波数とは、パターンピッチやイ
メージセンサの１画素あたりの寸法をウェハ上の寸法に
換算した値などを基準に決定する。この特定の周波数以
上のスペクトル密度が高いといことは、特定の周波数に
対応するパターンピッチ寸法以下の微細パターンにおい
て、画像のモジュレーションが高いことを意味してい
る。従って、特定の周波数以上のスペクトル密度が高い
方が、欠陥検出上有利である。また、特定の周波数のみ
のスペクトル密度を評価値として用いる事が考えられ
る。

【００４０】上記した実施例においては、モジュレーシ
ョン（コントラスト）を調整する手段として、０次光検
出率（透過率）（Ｉｂ／Ｉａ）を調整する偏光状態調整
部１５２、１５３を用いた場合について説明したが、空
間フィルタを用いても０次光検出率（透過率）（Ｉｂ／
Ｉａ）を調整することが可能で、同様の効果を得ること
が出来る。この場合、０次光の透過率を変更するには、
空間フィルタをそれぞれの検出率に対応したものに切り
替えるか、又は、空間フィルタのパターンを可変の構造
としておいてそれぞれの検出率に対応したパターンを形
成するようにすれば良い。

【００４１】以上、複数種類の評価値について説明した
が、実際に用いる評価値は単独あるいは２種類以上の評
価値を用いて０次光低減率の絞り込みに用いても構わな
い。

【００４２】また、０次光低減率以外にも以下の光学パ
ラメータがある。

【００４３】（ｉ）照明ｃ（照明の入射角範囲の設定）（ii）照明波長域（iii）対物レンズの開口数これらの条件を絞り込む場合にも本評価値を有効に活用
できる。これにより、短時間に検査感度上有利な光学条
件に設定することが可能となる。

【００４４】さらに、本発明の特徴とする構成について
説明する。

【００４５】即ち、本発明は、落射照明による試料の光
学像を０次回折光の透過率を変更して撮像して画像を検
出し、該検出した試料の画像の画質を評価して、欠陥検
出感度が高くなる０次回折光検出率を求め、この０次回
折光検出率となる光学条件に設定するステップと、該設
定された光学条件で落射照明による試料の光学像を撮像
して画像を検出し、該検出した試料の画像に基づいて欠
陥を検出して検査する実検査ステップとを有することを
特徴とする。

【００４６】上記画質評価手法として、前記試料の各領
域において検出した画像の明るさの差を求め、この差が
小さくなる０次光検出率が最適であると判定することを
特徴とする。

【００４７】また、上記画質評価手法として、前記試料
の各領域において検出した画像を２次微分し、画像内の
２次微分値の総和を求め、この総和が大きくなる０次光
検出率が最適であると判定することを特徴とする。

【００４８】また、上記画質評価値の高い複数の０次回
折光検出率条件を選択し、予め実欠陥と疑似欠陥を分類
した欠陥の画像をそれぞれの０次光検出率条件で取得
し、欠陥部の濃淡差が大きく、疑似欠陥部の濃淡差が小
さい０次光検出率条件を選択して検査することを特徴と
する。

【００４９】また、本発明は、試料１を搭載するステー
ジと、前記試料で正反射した光の検出率を制御する光学
素子１５２、１５３と、該光学素子１５３を透過した光
をイメージセンサ１５４上に結像させる結像光学系（図
示せず）と、前記イメージセンサの出力信号をデジタル
画像に変換する変換器６０と、前記デジタル画像を用い
て前記試料の画質を評価する画質処理部３０と、前記評
価値の高い正反射光の検出率に設定する設定部３５、３
２、１５６、１５７を具備したことを特徴とする欠陥検
査装置である。

【００５０】また、上記画質処理部３０として、検出し
た画像の複数位置における明るさ或いはパターンのモジ
ュレーションを求める評価値処理部と、評価値から検査
感度が高い条件を選択する判定部と、判定した光学条件
で前記試料を検査する機能を具備したことを特徴とす
る。

【００５１】また、本発明は、試料１を偏光照明する照
明光学系１５５，１５３，１５２と、光学素子１５３を
透過した光をイメージセンサ１５４上に結像させる結像
光学系と、該結像光学系に特定の偏光をフィルタリング
するフィルタリング部１５３と、前記イメージセンサの
出力信号をデジタル画像に変換する変換部６０と、該変
換部で変換したデジタル画像を用いて前記試料の画質を
評価する画質処理部３０と、該画質処理部で前記試料の
画質を評価して評価値の高いデジタル画像の正反射光の
透過率に設定する設定部３５、３２、１５６、１５７を
具備したことを特徴とする。

【００５２】上記画質処理部として、前記試料の各領域
において検出した画像の明るさの差を演算する演算部
と、この差が小さくなる０次光検出率が最適であると判
定する判定部を具備したことを特徴とする。

【００５３】また、上記画質処理部として、前記試料め
各領域において検出した画像を２次徹分する微分処理部
と、画像内の２次微分値の総和を求める加算処理部と、
この加算値が大きくなる０次光検出率が最適であると判
定する判定部を具備したことをを特徴とする。

【００５４】また、上記設定部として、上記画質処理部
の出力が高い複数の０次光検出率条件を選択する選択部
と、予め実欠陥と疑似欠陥を分類した欠陥の画像をそれ
ぞれの０次光検出率条件で取得する画像検出部と、欠陥
部及び疑似欠陥部の濃淡差を求める差画像検出部と、疑
似欠陥を検出しない検査官度で最も多く実欠陥を検出で
きる０次光検出率条件を選択する選択部と、前記選択部
で選ばれた条件で検査する機能を具備したことを特徴と
する。

【００５５】

【発明の効果】以上に説明したごとく、本発明によれ
ば、微細パターン部のモジュレーション（コントラス
ト）を向上することにより、微細パターン部における欠
陥検出感度を向上することが可能となる。微細パターン
部のモジュレーション向上用光学条件出しについても各
パラメータを短時間で設定することが可能となり、検査
レシピ作成時間も大幅に省略できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、０次光透過率（０次光検出率）と画像
コントラストの関係を示すグラフである。

【図２】図２は、メモリ混載ロジック製品用ウェハの外
観を示す平面図である。

【図３】図３は、従来の明視野照明による検出画像の例
を示す平面図および光量分布図である。

【図４】図４は、０次光検出率を低減した場合の検出画
像の例を示す平面図および光量分布図である。

【図５】図５は、本発明に係る検査装置の概略構成を示
す正面図である。

【図６】図６は、０次光検出率の条件出しの手順を示す
フローチャートである。

【図７】図７は、条件出し用画像取得領域の一例を示す
画像の平面図である。

【図８】図８は、画像評価結果の一例を示す図である。

【図９】図９は、本発明に係る画像処理部の概略構成を
示すブロック図である。

【図１０】図１０は、２次微分の演算内容を示す図であ
る。

【図１１】図１１は、画質評価項目とその内容の関係の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１…ウェハ（試料）、２、２ａ…ダイ（チップ）、２ａ
１…周辺回路領域部、２ａ２…ロジック回路領域部、２
ａ３…メモリ領域部、１０…θステージ、１１…Ｚステ
ージ、１２…Ｘステージ、１３…Ｙステージ、１５…外
観検査用光学系、２０…チップ全域検出光学系、２１…
カメラ、３０…画像処理部、３１…データサーバー、３
２…メカコントローラー、３５…オペレーティングコン
トローラー、４５…欠陥検査装置、６０…ＡＤ変換部、
６１…画像評価部６１、６２…遅延メモリ、６３…画像
位置合わせ部、６４…差画像算出部、６５…欠陥判定
部、６６…欠陥記憶部、７０…データサーバ、１５１、
２０２…対物レンズ、１５２…１／２、１／４波長板
（偏光状態調整部）、１５３…偏光ビームスプリッタ、
１５４…イメージセンサ、１５５…光源、１５６…回転
駆動源、１５７…回転伝達手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA49 BB02 BB17 BB18 BB25 CC17 DD04 DD11 FF04 FF41 FF48 GG02 GG03 GG05 GG06 HH04 HH17 JJ03 JJ05 JJ26 LL31 LL35 LL36 LL37 NN05 NN17 PP12 PP13 QQ13 QQ16 QQ24 QQ25 QQ29 QQ31 2G051 AA51 AB07 BB11 CA04 CB01 CC11 DA07 EA08 EA12 EA14 EA16 ED07 ED14 ED21 4M106 AA01 BA06 CA39 CA41 DB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】欠陥を検査する方法であって、光学系を介して試料を撮像することにより試料の画像信
号を得る第１の撮像ステップと、該第１の撮像ステップによって得られる画像信号におけ
る前記試料の複数位置に対応する個所での明るさ或いは
パターンのモジュレーションの差が小さくなるように前
記光学系の光学条件を調整する調整ステップと、該調整ステップによって光学系の光学条件を調整した状
態で前記光学系を介して試料を撮像することにより光学
条件を調整した試料の画像信号を得る第２の撮像ステッ
プと、該第２の撮像ステップによって得られる光学条件を調整
した試料の画像信号を処理して試料の欠陥を検出する欠
陥検出ステップとを有することを特徴とする欠陥検査方
法。
【請求項２】欠陥を検査する方法であって、試料を照明して試料を撮像することにより試料の画像信
号を得る第１の撮像ステップと、該第１の撮像ステップによって得られる画像信号におけ
る前記試料の複数位置に対応する個所での明るさ或いは
パターンのモジュレーションの差が小さくなるように前
記照明による試料からの反射光のうち０次回折光の検出
率を調整する調整ステップと、該調整ステップによって０次回折光の検出率を調整した
状態で試料を撮像することにより０次回折光の検出率を
調整した試料の画像信号を得る第２の撮像ステップと、該第２の撮像ステップによって得られる０次回折光の検
出率を調整した試料の画像信号を処理して試料の欠陥を
検出する欠陥検出ステップとを有することを特徴とする
欠陥検査方法。
【請求項３】前記調整ステップにおいて、前記０次回折
光の検出率を調整することを、０次回折光と高次回折光
の偏光の違いを利用して行うことを特徴とする請求項２
記載の欠陥検査方法。
【請求項４】前記調整ステップにおいて、前記０次回折
光の検出率を調整することを、前記試料のフーリエ変換
面或いはその近傍に配置した０次回折光の透過率を低減
する空間フィルタを用いて行うことを特徴とする請求項
２記載の欠陥検査方法。
【請求項５】欠陥を検査する方法であって、試料を照明する照明ステップと、該照明ステップでの照明による前記試料からの反射光の
うち０次回折光の透過率を変えて前記試料を撮像するこ
とにより０次回折光の透過率が異なる複数の画像を得る
第１の撮像ステップと、該第１の撮像ステップによって得られる０次回折光の透
過率が異なる複数の画像を用いて欠陥検出感度が高くな
る０次回折光の透過率条件を求めるステップと、試料からの反射光のうち０次回折光の透過率を前記ステ
ップで求めた透過率条件に設定する設定ステップと、該設定ステップによって０次回折光の透過率を透過率条
件に設定した状態で前記照明ステップで照明された試料
を撮像して画像を得る第２の撮像ステップと、該第２の撮像ステップによって得られる画像を用いて試
料の欠陥を検出する欠陥検出ステップとを有することを
特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】前記第１の撮像ステップにおいて、前記０
次回折光の透過率を変えて試料を撮像することを試料の
複数の個所について行い、前記設定ステップにおいて、前記試料の複数の個所にお
ける各個所において検出した画像の明るさの差が小さく
なる０次回折光の透過率を前記欠陥検出感度が高くなる
０次回折光の透過率条件として設定することを特徴とす
る請求項５記載の欠陥検査方法。
【請求項７】前記第１の撮像ステップにおいて、前記０
次回折光の透過率を変えて試料を撮像することを試料の
複数の個所について行い、前記設定ステップにおいて、前記試料の複数の個所にお
ける各個所において検出した画像を２次方向に微分し、
画像内の２次元方向の微分値の総和を求め、この総和が
大きくなるときの０次回折光の透過率を０次回折光の透
過率条件として設定することを特徴とする請求項５記載
の欠陥検査方法。
【請求項８】欠陥を検査する方法であって、試料を偏光光で照明する照明ステップと、該照明ステップで照明された試料を撮像して試料の画像
を得る第１の撮像ステップと、該第１の撮像ステップで得られた試料の画像のコントラ
ストの情報に基づいて前記照明ステップでの照明による
試料からの反射光の偏光の状態を調整する調整ステップ
と、該調整ステップで調整した反射光の偏光の状態で前記照
明ステップで照明された試料を撮像して偏光の状態を調
整した試料の画像を得る第２の撮像ステップと、該第２の撮像ステップで得られる偏光の状態を調整した
試料の画像を用いて試料の欠陥を検出する欠陥検出ステ
ップとを有することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】前記調整ステップにおいて、前記試料から
の反射光の偏光の状態を調整することにより試料からの
反射光のうち０次回折光の透過率を変えて調整すること
を特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】前記調整ステップにおいて、前記試料か
らの反射光の偏光の状態を調整することにより前記第２
の撮像ステップで得る際の試料の画像のモジュレーショ
ンを調整することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査
方法。
【請求項１１】欠陥を検査する装置であって、試料を搭載するステージと、該ステージに搭載された試料を照明する照明手段と、試料で正反射した光の透過率を制御する光学素子と、前記照明手段により照明され、前記光学素子を通して得
られる試料の光学像を結像させる結像光学系と、該結像光学系により結像された光学像を検出してデジタ
ル画像を出力する画像検出手段と、該画像検出手段から出力されたデジタル画像を用いて試
料の欠陥を検出する欠陥検出部とを備えて構成したこと
を特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】更に、前記画像検出手段から出力される
デジタル画像を処理してデジタル画像のモジュレーショ
ンを求めるモジュレーション算出手段を備えることを特
徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】欠陥を検査する装置であって、試料を搭載するステージと、該ステージに搭載された試料を偏光光で照明する照明手
段と、試料で反射した光の偏光の状態を調整する偏光調整手段
と、前記照明手段により照明された試料を前記偏光調整手段
により調整された偏光の状態で撮像して画像を得る撮像
手段と、該撮像手段で撮像して得た画像を用いて試料の欠陥を検
出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする欠陥検
査装置。
【請求項１４】前記偏光調整手段は、試料からの反射光
のうちの０次回折光の透過率を変えるように構成するこ
とを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装置。
【請求項１５】前記偏光調整手段は、前記撮像手段が試
料を撮像して画像を得る際、試料の画像のモジュレーシ
ョンが調整されるように構成することを特徴とする請求
項１３記載の欠陥検査装置。
【請求項１６】ウェハ上に配列されたチップ内に区分け
された複数の回路領域に対して落射照明し、前記複数の
回路領域の各々からの反射光像を互いに０次回折光の透
過率を変えて撮像して画像信号を得、該得られた各々の
画像信号を処理して欠陥を検出することを特徴とする欠
陥検査方法。