JP2007147376A

JP2007147376A - 検査装置

Info

Publication number: JP2007147376A
Application number: JP2005340405A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fujimori; 義彦藤森; Hirokazu Ishii; 裕和石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2005-11-25
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出可能な検査装置を提供する。
【解決手段】被検物体１０Ａから発生した光から、検査用の画像を取り込む取込手段１５,１７と、検査用画像から被検物体の各部の欠陥を異なる感度で検出する処理手段１７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検物体の欠陥検査を行う検査装置に関する。

被検物体からの光（例えば回折光など）に基づいて検査用の画像を取り込み、この画像を利用して被検物体の最上層の欠陥検査を行う装置が知られている。この検査装置では、画像から欠陥を検出する際に、検査対象領域の各部を全面均一な感度で処理することが一般的である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００１−２３６４９３号公報

しかし、検査用の画像には、被検物体の最上層に関わる情報の他、下地層に関わる情報も含まれている。さらに、最上層（または下地層）の情報が含まれる割合は、画像の場所ごとに異なっている。最上層の欠陥検査においては、下地層の情報はノイズとして働くため、最上層の情報が含まれる割合が小さい場所では、感度を下げないと誤検出の恐れがある。このため、上記のように全面均一な感度で画像処理を行うと、最上層の情報が含まれる割合が小さい場所に合わせて感度を低く設定しなければならず、最上層の情報が含まれる割合が高い場所でも高い感度で検査ができなかった。

本発明の目的は、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出可能な検査装置を提供することにある。

本発明の検査装置は、被検物体から発生した光から検査用の画像を取り込む取込手段と、前記画像から前記被検物体の各部の欠陥を異なる感度で検出する処理手段とを備えたものである。
また、前記処理手段は、前記画像に基づいて前記被検物体の最上層の欠陥を検出することが好ましい。

また、前記処理手段は、前記被検物体の各部の欠陥を、前記被検物体から発生した光のうち前記最上層からの光の割合に応じた感度でそれぞれ検出することが好ましい。
また、前記処理手段は、前記被検物体の各部の欠陥を、前記被検物体の最上層のパターン情報に応じた感度でそれぞれ検出することが好ましい。
また、前記パターンの情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの粗密に関わる情報であることが好ましい。

また、前記粗密に関わる情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの総面積に関わる情報であることが好ましい。
また、前記粗密に関わる情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの総エッジ長さに関わる情報であることが好ましい。
また、前記パターンの情報は、前記画像の各画素に対応する前記被検物体の各微小領域ごとの情報であり、前記設定手段は、前記パターンの情報に基づいて、前記画像の各画素ごとに前記感度を設定することが好ましい。

また、前記最上層のパターンの露光に関わるレチクルの情報に基づいて、前記パターンの情報を生成する生成手段をさらに備えることが好ましい。
また、前記検査用の画像よりも解像度の高い前記被検物体の画像に基づいて、前記パターンの情報を生成する生成手段をさらに備えることが好ましい。

本発明の検査装置によれば、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の検査装置１０は、図１に示す通り、被検物体１０Ａを支持するステージ１１と、照明部(１２,１３)と、撮像部(１４,１５)と、解析部１６と、画像処理部１７と、制御部１８と、表示部１９とで構成される。制御部１８は、検査装置１０の各部をシーケンス制御して被検物体１０Ａの欠陥検査を行い、検出した欠陥の表示・印刷・外部への送信などを制御する。

被検物体１０Ａは、半導体ウエハや液晶ガラス基板などであり、その最上層に繰り返しパターン（配線パターンなどのライン・アンド・スペース状のパターン）がレジストで形成されている。
被検物体１０Ａの一例を図２(ａ)に示す。また、被検物体１０Ａの各ショット領域２０を拡大して図２(ｂ)に示す。図２の例では、各ショット領域２０の中の一部の領域２１,２２に最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａが形成され、残りの領域２３は最上層の無い（つまり下地層が露出した）領域となっている。なお、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの領域２１,２２でも最上層の下方には下地層が形成され、各ライン部の間（つまりスペース部）に下地層が露出している。

検査装置１０において、照明部(１２,１３)は、光源１２と球面鏡１３とで構成される。制御部１８によって光源１２が点灯されると、照明部(１２,１３)は、所定波長の照明光によって斜め方向から被検物体１０Ａを照明する。このとき、被検物体１０Ａの最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａから所定の方向に正反射光や回折光や散乱光など（以下「信号光」）が発生する。さらに、照明光の一部は最上層を透過して（または透過せずに）下地層に到達するため、下地層からの光（以下「ノイズ光｝）も上記の信号光に混じって発生する。

被検物体１０Ａの各部から発生した光のうち、最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａからの信号光の割合（または下地層からのノイズ光の割合）は、被検物体１０Ａの場所ごとに異なる。例えば、領域２１のように繰り返しパターン１Ａが密に形成されている場所では、領域２２のように繰り返しパターン２Ａが疎に形成されている場所と比較して、信号光の割合が高い（ノイズ光の割合が低い）。また、領域２３のように最上層の無い（下地層が露出した）場所では、信号光が発生せず、ノイズ光のみとなる。

撮像部(１４,１５)は、球面鏡１４とＣＣＤカメラなどの撮像装置１５とで構成される。被検物体１０Ａが照明されたとき、球面鏡１４は、被検物体１０Ａの各部から発生した光（上記の信号光およびノイズ光）を集光して、不図示のレンズにより撮像装置の上に物体像を形成する。また、撮像装置１５は、その物体像を制御部１８のタイミング制御にしたがって撮像した後、画像処理部１７に撮像信号を出力する。

画像処理部１７は、撮像装置１５からの撮像信号に基づいて、被検物体１０Ａの画像を検査用の画像として取り込む。検査用の画像は、被検物体１０Ａの比較的広い領域（全領域または一部領域）の画像であり、マクロ画像とも呼ばれる。なお、この画像は、必要に応じて、画像処理部１７から制御部１８を介して表示部１９に表示される。表示部１９は例えばＣＲＴや液晶ディスプレイなどである。

画像処理部１７は、検査用の画像を取り込むと、この画像に基づいて被検物体１０Ａの欠陥を検出する。例えば、検査用の画像の各部において、隣接するショットとの明暗差（コントラスト差）を求め、この明暗差が予め定めた閾値よりも大きければ「欠陥」と判定し、閾値よりも小さければ「正常」と判定する。また、正常なウエハの画像との比較から欠陥を求めても構わない。予め正常なウエハからの画像を取り込んでおき、正常なウエハの画像の輝度と、検査用の画像の輝度を比較し、所定の値以上、輝度に差がある領域を「欠陥」と判定し、輝度の差が所定値よりも小さければ「正常」と判断する。最上層の欠陥とは、最上層の膜厚ムラや、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの露光時のデフォーカスに起因するパターン欠陥や塵などに起因する欠陥などである。

ところで、上記した通り、撮像装置１５には、被検物体１０Ａの最上層からの信号光に混じって下地層からのノイズ光も入射する。このため、画像処理部１７が取り込んだ検査用の画像には、被検物体１０Ａの最上層に関わる情報の他、下地層に関わる情報も含まれる。また、被検物体１０Ａからの光に含まれる信号光の割合（またはノイズ光の割合）は、被検物体１０Ａの場所ごとに異なる。このため、検査用の画像において、最上層（または下地層）の情報が含まれる割合は、画像の場所ごとに異なる。

例えば、被検物体１０Ａのショット領域２０（図２(ａ),(ｂ)）に対応する画像３０（図２(ｃ)）には、ショット領域２０内の領域２１〜２３の各々に対応して領域３１〜３３が現れ、領域３１〜３３ごとに最上層（または下地層）の情報が含まれる割合は異なる。最上層の情報の割合は、領域２１（繰り返しパターン１Ａが密な場所）に対応する領域３１で最も高く、領域２２（繰り返しパターン２Ａが疎な場所）に対応する領域３２では少し低下する。また、領域２３（最上層の無い場所）に対応する領域３３では、最上層の情報を全く含まず、下地層の情報がそのまま画像となる。

このような場合でも、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出するために、本実施形態の検査装置１０では、画像処理部１７における上記の画像処理（明暗差の算出や閾値との比較など）の際、検査用の画像において最上層（または下地層）の情報が含まれる割合に応じた異なる感度で、その画像の各部を処理する。
画像処理（明暗差の算出や閾値との比較など）の際に用いる感度の一例を定性的に説明すると、最上層の情報の割合が最も高い（下地層の情報の割合が最も低い）領域３１では、その各部の処理を最も高い感度（例えば感度＝１）で行う。つまり、領域３１の各部の明暗差と比較して欠陥／正常を判定する際の閾値を最も小さくする。

さらに、領域３１と比較して最上層の情報の割合が低い（下地層の情報の割合が高い）領域３２では、その各部の処理を領域３１より低い感度（例えば０＜感度＜１）で行う。つまり、領域３２の各部の明暗差と比較して欠陥／正常を判定する際の閾値を領域３１より大きくする。
また、最上層の情報を全く含まない（下地層の情報からなる）領域３３では、その各部の処理を最も低い感度（例えば感度＝０）で行う。つまり、領域３３の各部の明暗差と比較して欠陥／正常を判定する際の閾値を最も大きくする。

そして、検査用の画像の領域３１〜３３ごとに、最上層（または下地層）の情報が含まれる割合に応じた感度（閾値）で各部の処理を行って、その閾値より明暗差が大きい場合には「欠陥」と判定し、閾値より明暗差が小さい場合には「正常」と判定する。
このため、最上層の情報の割合が最も高い（下地層の情報の割合が最も低い）領域３１では、明暗差の微小な欠陥から明暗差の比較的大きな欠陥まで検出可能となる。

また、最上層の情報の割合が低い（下地層の情報の割合が高い）領域３２では、下地層からの信号（ノイズ）と同程度の明暗差の微小な欠陥（画像ムラ）を無視して、明暗差が中程度の欠陥から比較的大きな欠陥まで検出可能となる。
さらに、最上層の情報を全く含まない（下地層の情報からなる）領域３３では、様々な大きさの明暗差（画像ムラ）が存在しても、これらは下地層のムラに起因するため、その全てを無視する。

このように、本実施形態の検査装置１０では、検査用の画像の領域３１〜３３ごとに最上層（または下地層）の情報が含まれる割合が異なっても、その割合に応じた感度で画像処理を行うため、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を領域ごとに可能な最も高い感度で検出することができる。つまり、下地層のムラを最上層の欠陥として誤検出することを回避でき、最上層の欠陥を検出し損ねることも回避できる。

また、本実施形態の検査装置１０では、被検物体１０Ａの各部（例えば図２(ａ),(ｂ)の領域２１〜２３）における最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａの情報が、予め解析部１６に保存されており、解析部１６から画像処理部１７に入力される。そして、画像処理部１７は、解析部１６から入力した情報に基づいて、検査用の画像の各部（例えば図２(ｃ)の領域３１〜３３）における画像処理の感度を設定する。したがって、下地層の膜厚ムラなどによるノイズ光があっても、その影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。

なお、以上の説明では、「繰り返しパターン」という表現を用いたが、明確な繰り返しのないランダムなパターンであっても、パターン密度に応じた信号が出るので、本発明の検査は可能である。
（パターンの有無に関わる情報）
最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａの情報は、例えば、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの有無に関わる情報である。このような情報が解析部１６から画像処理部１７に入力された場合、画像処理部１７では、繰り返しパターン１Ａ,２Ａのある領域２１,２２に対応する画像上での領域３１,３２において感度を高く設定し（例えば感度＝１）、また、繰り返しパターンのない領域２３に対応する画像上での領域３３において感度を低く設定する（例えば感度＝０）。したがって、許容範囲の製造バラツキにより下地層の状態が変わっても、その影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。

（パターンの粗密に関わる情報）
さらに、最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａの情報は、例えば、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの粗密に関わる情報としてもよい。このような情報が解析部１６から画像処理部１７に入力された場合、画像処理部１７では、繰り返しパターン１Ａが密な領域２１に対応する画像上での領域３１において感度を高く設定し（例えば感度＝１）、また、繰り返しパターン２Ａが疎な領域２２に対応する画像上での領域３２において感度を少し低く設定し（例えば０＜感度＜１）、また、繰り返しパターンのない領域２３に対応する画像上での領域３３において感度を最低のレベルに設定する（例えば感度＝０）。したがって、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。また、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの粗密に関わる情報を用いる方が、有無に関わる情報を用いるより、検査品質が向上する。

（パターンの総面積に関わる情報）
繰り返しパターン１Ａ,２Ａの粗密に関わる情報としては、例えば、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの総面積に関わる情報を用いることができる。ここで、繰り返しパターン１Ａの総面積とは、領域２１における繰り返しパターン１Ａのライン部の面積の総和である。また、繰り返しパターン２Ａの総面積とは、領域２２における繰り返しパターン２Ａのパターン部の面積の総和である。

繰り返しパターン１Ａの総面積に関わる情報は、領域２１の面積Ｓ₂₁に対する繰り返しパターン１Ａの総面積Ｓ_1Aの比（面積比Ｓ_1A/Ｓ₂₁）とすればよい。または、領域２１における繰り返しパターン１Ａのスペース部（つまり下地層の露出部分）の面積の総和Ｓ_1A'を求め、この総和Ｓ_1A'対する上記の総面積Ｓ_1Aの比（面積比Ｓ_1A'/Ｓ₂₁）としてもよい。繰り返しパターン２Ａの総面積に関わる情報も同様である。また、繰り返しパターンのない領域２３では、面積比＝０となる。

そして、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの総面積に関わる情報（例えば面積比Ｓ_1A/Ｓ₂₁）が、解析部１６から画像処理部１７に入力された場合、画像処理部１７では、例えば面積比Ｓ_1A/Ｓ₂₁≧０.５の領域に対応する画像上での領域において感度を高く設定し（例えば感度＝１）、面積比Ｓ_1A/Ｓ₂₁＜０.５の領域に対応する画像上での領域において感度を低く設定する（例えば感度＝０）。したがって、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。パターンの総面積に関わる情報は、最上層の膜厚ムラの検出に好適である。このとき、被検物体１０Ａからの正反射光を取り込むことが好ましい。

（パターンの総エッジ長さに関わる情報）
その他、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの粗密に関わる情報としては、例えば、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの総エッジ長さに関わる情報を用いてもよい。ここで、繰り返しパターン１Ａの総エッジ長さとは、領域２１における繰り返しパターン１Ａのライン部のエッジ長さの総和である。また、繰り返しパターン２Ａの総エッジ長さとは、領域２２における繰り返しパターン２Ａのライン部のエッジ長さの総和である。

繰り返しパターン１Ａの総エッジ長さに関わる情報は、予め定めた基準のエッジ長さに対する繰り返しパターン１Ａの総エッジ長さの比とすればよい。または、繰り返しパターン１Ａの総エッジ長さ自体を、総エッジ長さに関わる情報としてもよい。繰り返しパターン２Ａの総エッジ長さに関わる情報も同様である。また、繰り返しパターンのない領域２３では、総エッジ長さに関わる情報＝０となる。

そして、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの総エッジ長さに関わる情報が、解析部１６から画像処理部１７に入力された場合、画像処理部１７では、例えば総エッジ長さが所定値以上の領域に対応する画像上での領域において感度を高く設定し（例えば感度＝１）、総エッジ長さが所定値より小さい領域に対応する画像上での領域において感度を低く設定する（例えば感度＝０）。したがって、下地層の影響を受けずに最上層の欠陥を適切に検出することができる。パターンの総エッジ長さに関わる情報は、露光時のデフォーカスに起因するパターン欠陥の検出に好適である。このとき、被検物体１０Ａからの回折光を取り込むことが好ましいが、回折光はパターンエッジが多いほど強く出る傾向がある。

（パターンの情報の他の例）
繰り返しパターン１Ａ,２Ａの粗密に関わる情報としては、上記の総面積や総エッジ長さに関わる情報の他、パターン数に関わる情報を用いてもよい。
また、繰り返しパターン１Ａ,２Ａの情報は、被検物体１０Ａの領域２１〜２３ごとの情報としてもよいが、被検物体１０Ａを複数の微小領域に分解して考えたときの各微小領域ごとの局所的な情報としてもよい。

各微小領域は、例えば一辺が１ｍｍ程度の領域とすればよく、さらに細かくすることが好ましい。さらに細かくする場合、検査用の画像の各画素（すなわち撮像装置１５の各画素）に対応するサイズ（例えば一辺が５００μｍ程度の領域）とすれば、装置性能を最大にすることができる。
繰り返しパターン１Ａ,２Ａの情報が被検物体１０Ａの各微小領域ごとの情報である場合、このような情報が解析部１６から画像処理部１７に入力されると、画像処理部１７では、被検物体１０Ａの各微小領域に対応する画像上での各微小領域ごとに感度の設定を行う。例えば、被検物体１０Ａの各微小領域の一辺が１ｍｍ程度の場合、画像上での３×３画素を含む各微小領域ごとに感度の設定が行われる。さらに、被検物体１０Ａの各微小領域の一辺が３３０μｍ程度の場合、画像の各画素ごとに感度の設定が行われる。したがって、検査品質が向上する。

（パターンの情報の生成）
上記したような様々なパターンの情報は、解析部１６において、被検物体１０Ａの最上層の繰り返しパターン１Ａ,２Ａの露光に関わるレチクルの情報に基づいて生成することができる。レチクルの情報とは、被検物体１０Ａのショット領域２０に対応するパターンのＣＡＤ情報（設計情報）であり、ショット領域２０内の繰り返しパターン１Ａ,２Ａの領域の位置および寸法やパターン密度情報などの情報を含む。

レチクルの情報に基づいて被検物体１０Ａの各微小領域ごとにパターンの情報を生成するためには、レチクルのパターン領域を必要なサイズの微小領域に分割して、各微小領域ごとにパターンの面積比などを求め、パターンの情報を数値化すればよい。解析部１６にて生成されたパターンの情報は、欠陥検査の際、画像処理部１７に出力される。このように、レチクルの情報に基づいて最上層のパターンの情報を生成する場合、被検物体１０Ａの各微小領域の分割サイズを小さく（例えば画像の各画素に対応するサイズに）しても、正確にパターンの情報を生成することができる。

また、レチクルの情報に限らず、検査用の画像よりも解像度の高い被検物体１０Ａの他の画像（少なくとも１つのショット領域２０を含む画像）に基づいて、パターンの情報を生成してもよい。高解像度な画像としては、ショット領域２０内の繰り返しパターン１Ａ,２Ａのエッジが鮮明に現れるものを用いることが好ましい。例えば、検査装置１０の周囲に設けられる不図示のアライメント光学系や他の顕微鏡光学系などを利用し、少なくとも１つのショット領域２０の顕微鏡画像を取り込み、これを上記の高解像度な画像として用いることが考えられる。

高解像度な画像（顕微鏡画像など）に基づいて被検物体１０Ａの各微小領域ごとにパターンの情報を生成するためには、その画像のパターン領域を必要なサイズの微小領域に分割して、各微小領域ごとにパターンの面積比などを求め、パターンの情報を数値化すればよい。このように、高解像度な画像を用いることで、レチクルの情報が検査工程になくても、最上層のパターンの情報を生成することができる。

検査装置１０の全体構成を示す図である。被検物体１０Ａの一例を示す図(ａ)と、各ショット領域２０を拡大して示す図(ｂ)と、ショット領域２０に対応する画像３０を説明する図(ｃ)である。

符号の説明

１０検査装置 ; １０Ａ被検物体 ; １２光源 ; １３,１４球面鏡 ; １５撮像装置 ;
１６解析部 ; １７画像処理部 ; １８制御部 ; １Ａ,２Ａ繰り返しパターン ; ３０画像

Claims

被検物体から発生した光から検査用の画像を取り込む取込手段と、
前記画像から前記被検物体の各部の欠陥を異なる感度で検出する処理手段とを備えた
ことを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記処理手段は、前記画像に基づいて前記被検物体の最上層の欠陥を検出する
ことを特徴とする検査装置。
請求項２に記載の検査装置において、
前記処理手段は、前記被検物体の各部の欠陥を、前記被検物体から発生した光のうち前記最上層からの光の割合に応じた感度でそれぞれ検出する
ことを特徴とする検査装置。
請求項２に記載の検査装置において、
前記処理手段は、前記被検物体の各部の欠陥を、前記被検物体の最上層のパターン情報に応じた感度でそれぞれ検出する
ことを特徴とする検査装置。
請求項４に記載の検査装置において、
前記パターンの情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの粗密に関わる情報である
ことを特徴とする検査装置。
請求項５に記載の検査装置において、
前記粗密に関わる情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの総面積に関わる情報である
ことを特徴とする検査装置。
請求項５に記載の検査装置において、
前記粗密に関わる情報は、前記被検物体の各部における前記パターンの総エッジ長さに関わる情報である
ことを特徴とする検査装置。
請求項４ら請求項７の何れか１項に記載の検査装置において、
前記パターンの情報は、前記画像の各画素に対応する前記被検物体の各微小領域ごとの情報であり、
前記処理手段は、前記パターンの情報に基づいて、前記画像の各画素ごとに前記感度を設定する
ことを特徴とする検査装置。
請求項４から請求項８の何れか１項に記載の検査装置において、
前記最上層のパターンの露光に関わるレチクルのパターン情報に基づいて、前記パターンの情報を生成する生成手段をさらに備えた
ことを特徴とする検査装置。
請求項４から請求項８の何れか１項に記載の検査装置において、
前記検査用の画像よりも解像度の高い前記被検物体の画像に基づいて、前記パターンの情報を生成する生成手段をさらに備えた
ことを特徴とする検査装置。