JP4001653B2 - 試料からの多重チャネル応答を用いた試料の光学的検査 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はサンプル（例として半導体ウェーハがある）の自動光学検査に関するものである。特に、サンプルの上、或るいはサンプル内部の欠陥の存在を決定する為に、検査に当っては１回の探索を行いそれに依って少なくとも２つの独立な検査応答（例えば、明視野と暗視野に於けるサンプルからの反射）を発生させる。この検査応答について、まとめて統一的にデータ処理を施し、欠陥の存在を決定する事が出来る。
【０００２】
【従来の技術】
従来ウェーハを光学的に検査するのに３つの技術があったとされる。一般的には明視野照明法、暗視野照明法、そして空間的フィルタを使う３つの方法である。
【０００３】
ウェーハ上のパターン欠陥を検査する上でその効果が既に証明された技術は、広帯域照明を使用した明視野照明法である。この方法は、コントラストの変動と狭帯域に特有なコヒーレント雑音を最小にする事が出来る。その最も成功した例がＫＬＡインスツルメンツ社が販売するＫＬＡモデル２１３０である。この装置は、ダイツーダイ比較モード（ダイとダイの比較）あるいは繰返すセルのセルツーセル比較モード（セルとセルの比較）のどちらも行なう事が出来る。しかし、明視野照明法では小さいゴミ粒子に対し、十分な感度を提供できない場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記明視野観察に於ける画像処理では、集光の為の開口部に集中するべき光ビームを、小さなゴミ粒子が拡散して反射光のエネルギーを減少させる事象があって、それがゴミ粒子を検知する原理となる。この原理では各レンズに固有な、ポイントスプレッド（光学的点拡散-point spread function）関数値、或いは、デジタル化の為のピクセルのサイズと較べて、ゴミが小さい場合は、発生するエネルギー損失が小さくゴミの存在が観察結果に影響を与えない。従って明視野観察では、ゴミの検知を難しくする。発生するエネルギー損失が小さいと周辺の明るい領域の反射率の場所依存性が雑音的に作用してゴミに依るエネルギー損失情報を隠してしまう。当然、周辺の反射率の場所依存性が雑音的に作用すれば、これは真性でなく虚偽欠陥(nuisance defect) といわざるを得ない。明視野観察ではゴミは虚偽欠陥に隠されてしまう場合が多い。
【０００５】
更に小さなゴミ粒子の周辺に反射率の低い領域がある場合も、ウェーハでしばしば見られるし、レチクル、マスク及び液晶パネルでは、本質的にゴミ周辺の反射率が低い。ただでさえ反射エネルギーが小さいのにゴミで更に低下すればその検知は更に困難を極める。ウェーハ、レチクル、マスク及び液晶パネル等々及び他のサンプルでは、小さなゴミ粒子の検出の為に現在商用の検査計測機に於ては、従って暗視野照明法を採用している。暗視野照明では平坦な鏡面は検出器に対して非常に少しの信号を返すに過ぎず、従って散光画像は暗く、それ故に暗視野という言葉が使用される。一方、表面で突出する如何なる異物でも周辺より大量の光エネルギーを検出器に対して返す事が出来る。暗視野では突出するゴミ粒子、或るいは凹凸を有する回路パターンの領域を除き、画像は通常暗く見える事は以上で理解される。
【０００６】
暗視野で使うゴミ粒子検出器は、ゴミ粒子が回路パターンよりも多くの光を散乱するという単純な仮説に基づいて設計製造された。この装置はブランクと呼ぶパターンが無いサンプルではうまく働く一方、回路パターンが背景にある場合は、パターンの上に高く突き出している大きなゴミ粒子だけしか検出する事が出来ない。その結果、当然検出感度は低く留まり、最先端の高度ＶＬＳＩ集積回路製造現場では満足の行くものではない。
【０００７】
暗視野に関連して、幾つか特長ある局面に特化して取組む計測機はある。Ａ社のある計測機はゴミ粒子が散乱する反射光の偏光特性に注目して、回路パターンと区別するという原理に基づいている。即ち、ゴミ粒子に入射光がが衝突するとその反射光は、偏光状態を呈するという原理である。但し、パターンサイズが入射光の波長に対し小さくなるとパターンサイズもゴミと同じように偏光状態を、その反射光に対して付与してしまう。これでは、虚偽欠陥が増加するばかりである。従って、この手法はパターンサイズが大きい場合にしか使えない。
【０００８】
他に、Ａ社とＢ社等々入射光の角度を調整する機構を取入れて、パターンからの散乱光で０，４５及び９０度の成分が最小になる様な工夫を導入したものがある。これは、一般的には改善された暗視野計測機といえるが、しかしパターンの角の部分からの散乱光は依然として強く、大きなノイズ成分を与えてしまう。その上この「パターンの角の効果」を弱めて虚偽欠陥を防ぐ為には、高密度の回路パターンのある領域の検出感度を故意に減らす必要がある。
【０００９】
ゴミ粒子の検出感度を強化する為に、現在行なわれている他の方法は、空間フィルタを使用する方法である。平面波照明ではレンズの背面焦点面での光強度分布は、そこに置かれた物体のフーリエ変換で表現する事が出来る。そして、繰返しパターンの場合は、このフーリエ変換は光の点の配列になる。この光の点の配列を遮る為にレンズの背面焦点面にフィルタを設置すると、繰返しパターンに適正な空間フィルタ効果が与えられ繰返し成分は消える。従って、非繰返し成分のみ、即ちゴミや欠陥の像がだけが通過する。Ｃ社、Ｄ社及びＥ社はそれ故に、主に空間フィルタ技術を行使している。
【００１０】
一方、空間的フィルタ技術に立脚する計測装置は、前述した様にブランクか、或いは繰返しパターンのある領域しか検査出来ないという大きな問題がある。それは、この技術の基本的な限界である。
【００１１】
Ａ社のあるモデルが採用する暗視野空間フィルタ技術は、ウェーハ検査にダイーツーダイ画像の比較減算法を使っている。この技術で、ウェーハ上の繰り返しのないパターン領域がダイーツーダイ比較に依り検査できる。しかし、たとえダイツーダイ比較法でも、高感度を得るためには依然として、繰返しパターン領域で、空間フィルタを使う必要がある。高密度のメモリーセルにおいては、この様な場合に通常の内部回路パターンからの信号は、周辺回路と較べて相当に強力であって、検出センサーの適正なダイナミック応答限度を越える。これは、センサーに於てその飽和現象を招き、結果として小さいゴミ粒子は検出されない。さもなくば、周辺回路で、小さいゴミ粒子からの信号が弱すぎる結果を生む。問題はいずれの場合も、小さいゴミ粒子が検出されないことである。
【００１２】
又、Ａ社の暗視野型空間フィルタ式ダイツーダイ欠陥検査装置には２つの大きな欠点がある。第１は、この装置はゴミ粒子のみを検出し、パターン欠陥は一切検出できないことである。第２は、空間フィルタを経由した画像は通常の場合、回路パターン無しの状態では、画面が暗いので、正確なダイツーダイの為の位置の合せこみが出来ないことである。勿論、比較減算アルゴリズムを行使するには、正確な位置の合せこみは必須事項である。Ａ社はこの問題を高価な高精度ステージ機構を導入して解決を試みた。しかし、そのような高価な高精度ステージ機構を導入しても、満足が行く解決にはなっていない。そのポイントは、ステッパー投影操作の時の機械的誤差の為、ウェーハ上のパターンの位置合わせ変動が皆無でないのと、ステージの残留誤差の相乗効果で原因であると云える。故に、結果は十分でなく、Ａ社のこの方法では、小さいゴミ粒子の検出は覚束ない状況でそのサイズは約０. ５ミクロンを下まわる事は出来ていない。検査時に正確なダイツーダイの為の位置の合せこみが出来ない為に、このような限界が生じている。
【００１３】
Ａ社以外に若干の特許出願があってそれらは、米国特許第５, ２７６, ４９８号、米国特許第４, ８０６, ７７４号及び米国特許第５, １７７, ５５９号である。しかし列挙したこれ等の先願を除くと、前記技術の利点に対する理解を欠くために、明視野及び暗視野技術の組み合わせに興味を示している先例はない。
【００１４】
明視野及び暗視野の両方の観察を可能としている検査装置の中で、市場に出ている全ての機種は明暗、両視野に共通の単一の光源を使用している。その上、明暗、両視野からの検査応答信号を統合して欠陥を決定する技術的手法は全く見られない。市場で見る明視野照明と暗視野照明の両方を持つ顕微鏡には、両方の照明を同時に供給する単一光源があるだけなので、明視野と暗視野の観察結果の信号をそれぞれ分離する事は不可能である。市販されているツアイス社の顕微鏡の中では、唯一少なくとも明視野と暗視野光源を同時に分離する事が出来るが、しかしながら、単一の検出器しかなく、明視野と暗視野の照明を分離する方法も発想もない。全天を照らす事が出来るドーム型照明が一つあるだけである。
【００１５】
明視野と暗視野の２つの照明装置をそれぞれ個別に持たせる事は、相当に有益である。両方の利点が検査装置の強化改良に直接結びつく。従って、この発明は以下に論議する検査の為の方法とその装置を提供することを目的とする。この発明は明視野と暗視野からの情報を別々に検出し、相互関連させて使用するが、これが公知例からは全く予期出来ない良い結果を生む。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、サンプル上の第１パターンの検査点に存在する欠陥を探索する為に、同じデザインの第２パターンの少なくとも１つの既知の検査応答を参照する事を特徴とした欠陥検査方法とその装置の詳細を述べている。検査に当っては、少なくとも１回の探索を行いそれに依って少なくとも２つの検査応答を発生させる。サンプル上の第１及び第２パターン上では互いに同等の観察点を用いる事が重要である。その２つの応答（暗視野と明視野からの応答信号が代表的である）は、光電的手法で別々に検出し、別々に比較して、個別に差分信号（第１と第２パターン間の）を形成する。
【００１７】
即ち、第１パターンに於ける第１と第２応答を検出しその結果を各々対応する第２パターンのそれぞれの同じ検査点からの２つの応答との間でそれぞれ比較処理を実施し、その結果として応答の第１と第２の差分信号を形成する。個別に作られた差分信号は、一元的に第１パターン欠陥のリストを決定する為にデータ処理をする。具体的には、この第１及び第２の差分信号をまとめてにデータ処理を施し、一元的な第１パターンの欠陥リストを決定する事が出来る。
【００１８】
第１パターン欠陥リストにはその後データ処理を実行する。そして、既知で無害なサンプル表面に見られる虚偽欠陥を抽出してそれを排除する。一方、その様な既知の無害な虚偽欠陥は参考としてユーザーに提供する。更に、多様な検査探索を追加して、検査応答を増やして、サンプルから２つ以上の光学応答を得て処理する様にする。これにより検査精度は更に向上する。その上、透過性サンプルに於ては、光電検出器をその後方に設置して透過光に依る検査応答を収集し前記のパターン欠陥リストの精度をもっと向上させる様にする事が出来てサンプル内部に埋もれた欠陥を探索する様にする事も可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
歴史的事実に依れば、欠陥検査装置の大多数に於てその照明手段は、明視野か或るいは暗視野の何れか一方のみを使っており、両方の照明手段を使う例はかって無かったといえる。この様な欠陥検査装置の歴史的背景で見た典型的な先行例では、図１の如く観察時には明視野か或るいは暗視野の一方の照明系のみが使われる。先行技術である図１ではウェーハ１４は、適当な明視野１０或るいは暗視野光源１２を有する照明系で照らされている。
【００２０】
ここで、ＰＬＬＡＤ(Phase Locked Loop Analog to Digital) について定義する。これは、Phase Locked Loop 方式にてアナログデータをデジタルデータにＡ／Ｄ変換する知られた方法であってこれを以下ＰＬＬＡＤと称する。又、ＴＤＩ(time delay integration)は信号を遅延させて集積する方式を示す。動作中はＴＤＩとＰＬＬＡＤを図１の様に組合わせたセンサー１６でもってウェーハ１４の画像を捕獲し、その画像を搬送する信号を入力バッファ１８（例えばＲＡＭ）に入力する。入力バッファ１８を経由してデータは、欠陥検出器２２へ転送される。
【００２１】
欠陥検出器２２でサンプルウェーハのダイから得た検査データが同様な別のダイの同種データと比較される。或るいは比較の相手は同様な別のダイの同種のデータであれば別の参考ウェーハのものであってもかまわない。この比較操作は遅延回路２０が制御する。遅延回路２０が正しい遅延タイミングを提供する事に依って、ダイツーダイ（ダイとダイ）或るいはセルツーセル（セルとセル）の比較操作が可能になる。欠陥検出器２２が出力するデータは、後処理プロセッサ２４に入力される。ここでは、欠陥のサイズと位置を決定する作業が実行される。こうして、しきい値を伴った欠陥リストを出力する事を可能にする（例えば、ＫＬＡの製品モデル２１１１、２１３１は共に、明視野光を使って前記の原理で動作する様に設計されている）。
【００２２】
図１の装置を変更して明視野と暗視野の観察結果を各々独立して、別々に得られる様にする事を考える。これは全く新しい手法であって、他に先行技術として行なわれた事が無く、従ってこの様なシステムそのものを或るいはその情報を他から入手する事は出来ない。最も簡単で明白なやり方は、前記の様な機能を実現するに際して順次、直列的にしかも互いに干渉しないやり方で前記の様な検査を実行する事である。検査１では、光源１０でもって明視野になるようにする。別の検査では光源１２に切替えて暗視野になるようにする。
【００２３】
公知技術で、最初の検査を明視野型の照明でもって実行し次の検査ではウェーハ１４を暗視野型光源１２にて暗視野下で検査を実行するとセンサ１６はウェーハ１４の暗視野像を感知しそのデータはバッファ１８と遅滞回路２０を経て、欠陥検出器２２及び後処理プロセッサ２４に達する。明視野像の場合と同じく、この様にして暗視野像に関してもしきい値を伴った欠陥リスト２８を出力する事が可能である。この時、後処理プロセッサ２４は暗視野にて見出された欠陥のしきい値を独立に出力する。即ち、ここでの結論は、しきい値を伴った欠陥リストを出力する事が暗視野でも可能であるということである。
【００２４】
ウェーハ１４上のある検査点、即ち、画像発生点を考える。この画像発生点が明視野欠陥リスト２６の欠陥の発生点と一致している場合は、当然そのデータ値は明視野欠陥となるしきい値を越えている。この時ウェーハ１４上の先の画像発生点は欠陥を含有すると言える。前記とは別に全く同一操作を暗視野に関して実行すると、ウェーハ１４上のある画像発生点が、暗視野欠陥リストの欠陥の発生点と一致している場合は、当然そのデータ値は暗視野欠陥となるしきい値を越えている。この時ウェーハ１４上の先の画像発生点は欠陥を含有する。従って、ウェーハ１４上の画像発生点が明視野型欠陥と暗視野型欠陥のどちらか一方のみを有する事もあるし、又両方の型の欠陥を共に有する事も全く可能であって、前者も後者も両方とも起こり得る事である。よって、後処理プロセッサ２４は２つの独立で、且つ相関性が無い欠陥リストを出力する事を可能にする。その１つは明視野光源１０に依る画像に基づいており、他は暗視野光源１２に依る画像に基づいたものである。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ）は、共に公知であり、検査データが欠陥であるかどうかを決定する処理を示す例である。すなわち、同図における決定の境界線（３４及び４０）を、各々明視野並びに暗視野に於て確立する事が必要である。境界線以下では、参照符号３２と３８に見る如くウェーハ１４にて欠陥とはならない領域を示す。一方境界線以上では、参照符号３０とか３６に見る様に欠陥となる領域を示す。この発明の議論を以下に展開するに際して、欠陥か否かの境界線は実際は線分では表せないにもかかわらず公知技術では線分として取扱ったことに問題があると言う事を指摘しておく。そこで図３を参照するがこの図は、明視野でのデータ段階差数を横軸に、又暗視野でのデータ段階差数を縦軸にグラフを形成している。ここで言うデータ段階差数とは、先ず信号強度を弱い方から順に、２５６段階に表現するようにする。次に、上に述べた様に、信号強弱の比較操作を実施しそれ等データの信号強度の段階にどんな差分が存在するかを数値で示したものである。各軸に沿って明視野及び暗視野のしきい値線が引いてある。
【００２６】
実施された記録は無いが、公知技術を組合わせた設定で、明視野と暗視野を共に使う事が出来て、これを使えば欠陥を決定する上でその精度が向上する。この時データが、共に明、暗各々の視野のしきい値を越える領域（図３の参照符号３８で示した領域）にデータがプロットされて初めて、これを欠陥と決定して認定する事が出来る。明、暗両視野を共に同時に使える装置の例は図２（ｃ）の如く全天からの照明即ちドーム型のものが、存在する。これを紹介した文献は、Yasuhiko Hara, Satoru Fushimi, Yoshimasa Ooshima and Hitooshi Kubota, "Automating Inspection of Aluminum Circuit Pattern of LSI Wafers", Electronics and Communications in Japan, Part 2, Vol. 70, No.3, 1987 である。
【００２７】
図１を使ってドーム型の照明システムを考える。ここでは、図１の参照符号１０と１２、即ち、それぞれ明暗、各視野照明系を使って、ウェーハ１４に対し同時に両方の照明を行なうものとする。１６はセンサであって単一のセンサを明暗、両視野で共有する。明暗、両視野で共有するのはセンサに留まらずプロセス機器群１８から２４（プロセッサチャネル）に至る迄も、全て同様である。これにより、単一の出力が実現するので、その結果を図２（ｃ）に示す。ここで注意すべきは、図２（ｃ）は、分離された検査を明視野と暗視野で２度行ったのでは無いと言う事である。ここで、もう一度指摘するが、問題は、しきい値は直線的に決められていて現実とは異なる事である。
【００２８】
図４は公知であって、ドーム型照明を第１の変形例とすれば、これは欠陥探索装置の第２の変形例である。ここでは、明視野と暗視野にて欠陥探索を同時に実行する事が出来る。図４では、参照符号１８から２４に至るプロセッサチャネルを２セット具備していて、その１は明視野専用であって、その２は暗視野専用である。さて、この場合の光源について考えよう。光源は単一の場合もあるし、そうでなく対になった場合も有りうる。対になっている光源とは、明暗、各視野それぞれに１光源を、計２光源を設定する場合を言う。対の光源でも順次に使う場合とドーム型照明として、２光源の同時使用もある。いずれの場合もウェーハ１４に明視野と暗視野照明光を与える。
【００２９】
図４と図１の違いは、プロセッサチャネルを１つだけ保有するか２つ保有するかである。これでもって順次か或いは同時かの違いがあっても、明、暗視野の検査を実行する事が出来る。保有するプロセッサチャネルの数は本質的な相違では無い。よって、同時検査でも、或いは別々の検査でも、明視野欠陥リスト２６と暗視野欠陥リスト２８が互いに独立に得られる。各プロセッサのチャネルがそれぞれ同期をとって動作する様にすれば、最も遅いチャネルの速度に合うので、サンプル上の画像捕獲の為の 掃引を一度だけ同期速度で行えば良い。これで明暗、両視野の欠陥リストのデータが一度に得られる。
【００３０】
故に、図４で示したシステムは、図１のものより高速性（１度だけの掃引で済む為に）があって有効である。以下に明暗、両視野の欠陥リストのデータを別名マップと呼ぶ事にする。ここでデータ処理は、サンプルの位置合わせ作業と同時に平行して行う事が出来て大変好都合である。しかしながら図１の公知システムも図４の公知システムも、欠陥のしきい値（リスト２６と２８）の決定に際して、それぞれ独立に決めている上、先に述べた単純な線分法を採り入れている為に現実と異なっている。これは不具合といわざるを得ない。即ち、前記の単純な線分法の問題点に関する議論は、図２（ａ），（ｂ），図３の各々に全てあてはまる。
【００３１】
そこで以下に、この発明の内容に関して図５でもって詳述する。これはこの発明のブロック図である。センサ１６と１６′が設けられ、ウェーハ１４の像の明暗、各視野データが各々別々に捕獲される事を除けば、図５のダイアグラムでその左側については公知である図４の対応する左側の部分と同一である。ここで、当然センサ１６と１６′では明視野と暗視野の各信号を別々に検出してから、それ等信号をバッファ１８と１８′に別々に入力し、更に別々の遅延回路を経て信号を先に送る。この発明と図４の公知例の類似性は、ここ迄である。
【００３２】
バッファ１８と１８′に別々に入力され別々の遅延回路を経て先に送られる明暗、両視野の両信号を、より詳細な図６の２２で示した単一の欠陥検出器が受信する。この欠陥検出器２２は、ウェーハ１４上の欠陥の位置を知る上で必要な作業をする。この欠陥検出器２２は、包括的に明暗、両視野を組み合わせた一貫性の高い欠陥リストを出力する。このデータを後処理プロセッサ４２が受信して、捕獲した欠陥がパターン欠陥４４かゴミ粒子４６かを決定する。
【００３３】
図６で後処理プロセッサ４２は、高性能且つ汎用性の有るMotorola 68040 CPUに基づくVME(Virtual Machine Environment)のバスプロセス基板を用いる事が出来る。或いは又、ＫＬＡ社のModel 2131の高性能後処理プロセッサ基板として知られる例を使っても良い。良く知られた事実だが、半導体ウェーハはその表面の模様がそのコントラスト的に見て場所に依って変化を示す場合がある。グレインと呼ばれる穀粒的な性質の模様を有する場合もある。又、グレインが塊って生成する場合がある。その上に、製造プロセスが変動することも頻繁に起こる。化学的な原因に依る不規則形状の紋様（マーク）も付着する。これ等は殆ど、歩留まりや信頼性の問題にならないので、ここでは欠陥として認知する必要が無いものとする。各々前記の表面の変動と関連する模様は、検査時に観察すると明視野及び暗視野に於ける画像が典型的な範囲の信号値を発する。その他に、雑音に関しても考察する必要がある。信号値が小さいと雑音が信号、特に明暗、各視野で、その段階差数の値に妨害を与えて悪い影響となる。かくして、典型的な例について明暗、各視野に於けるその段階差数とシステム雑音との関係をプロットした。これが図７である。
【００３４】
図７では、システム雑音５４、表面コントラスト変動５６、且つグレイン５８は、全て原点に近く、明視野、暗視野ともその値は小さい。一方、プロセス変動では、明視野で７５％にもおよび、暗視野では中点の５０％位である。又、グレインが塊って生成する場合は、明暗、両視野とも大きい値になっている。理想を言えば、最良のシステムとは、これ等の予測が可能で無害な変動を欠陥として認知せずに排除する事が出来て、図７の４８で示した信号のみを欠陥として認知する様なものを言う。
【００３５】
図６は、図５で示した回路の部分的なブロックダイアグラムである。ここでは、欠陥検出器２２を詳細に示している。この欠陥検出器２２は、図６では簡潔に表現しているが、入力信号を受信する際、信号は入力バッファ１８と１８′及び遅延回路２０と２０′を通過する。又、欠陥検出器は、フィルタ群、９０と９２それに９０′と９２′を備える。フィルタ群９０と９２と、それに９０′と９２′は、画像データを処理する。この時、３×３或るいは、５×５のピクセルをデジタル的にフィルタ処理をする。これも、ＫＬＡInstruments 社の製品Model 2131を適用した例がある。画像信号はフィルタ群、９０と９２それに９０′と９２′で前処理された後に、減算器９４と９４′に入力される。ここで、それぞれ対応する遅延データと比較する為に、画像ピクセル毎の比較演算（減算）を行う。典型例ではダイとダイの比較（ダイツーダイ）の場合は遅延の時間差は、１ダイの幅に相当する。セルとセルの比較の場合、遅延の時間差は、１セルの幅に相当し、明暗、各視野で同一の遅延量を適用する。従って、減算器９４と９４′からの出力は、当然であるが各々ウェーハ１４に関する明暗、両視野での欠陥情報そのものである。その情報を、次に交互に２次元ヒストグラム回路９６と後処理プロセッサ４２に与える事が出来る。一方、この後処理プロセッサ４２に直接入力する信号成分には、図７におけるデータの座標値が与えられる。それから、２次元ヒストグラム回路９６は、欠陥の２次元ヒストグラム図を、明暗の両視野に於て別々に形成する。このような処理によって得られた２次元ヒストグラム信号は、欠陥かどうかを決定する為に決定アルゴリズム９８に供給される。そして、既知であって頻発する無害なウェーハの表面や他の変動に依る信号（これ等は先に述べたシステム雑音、グレイン、コントラスト変動、プロセス変動、グレインの塊等々を既知であって頻発するが問題にならない、従って欠陥ではないものを指す。以下これ等をまとめて「虚偽欠陥」と称する）との境界を形成する。
【００３６】
公知例の先行技術の方法で得られる予知できて無害な虚偽欠陥を真の欠陥と混同しないようにするべきである。その為には、どうすれば良いかを図８は示している。即ち図８に於て、先に述べた様に３４とか４０で示した直線で決めるしきい値は、現実の欠陥に当てはまらないにもかかわらず、公知例では他に方法が無い為にこれを採用せざるを得ない。以上で良く分かる様に領域３８は、明暗の両視野のデータを総合的にまとめた欠陥領域としての提案であるが、相当小さい上に的外れなものになっている。これでは現実の使用に適さない。再び図７を参照する。この発明では独立にしかも同時に明暗、両視野のデータを採取し且つ処理する故に、欠陥検出器２２は種々のプログラムが可能である。依って、複雑な非線形のしきい値関数を、明暗、両視野の両方のデータのその段階差数に適用する事が出来て虚偽欠陥を排除し、図７の白い領域を除いた黒い部分のみを欠陥の信号として分離する事が出来る。
【００３７】
この様にして、虚偽欠陥は無事排除される。表現を変えると、この発明では全ての０から２５５の段階差数に於て明暗、両視野の信号の取扱いが共に可能であって、しかも図７の白ぬきで示した虚偽欠陥、５０、５２、５４と５８及び５６、それ等全てを避ける事が出来る。
【００３８】
次に、この発明の１つの物理光学的実施の形態を図９で示す。ウェーハ１４は、暗視野光源１２（例えば、レーザ）及び明視野光源１０（例えば、水銀のアーク原理に基づくランプ）で直接照明されている。この時光線は２つのレンズ６０と６２を、そして更にビーム分割器（ビームスプリッタ）６６を通過するようにする。こうして統合される明視野と暗視野に依るウェーハ１４の画像信号を搬送する光線はコンデンサ（圧縮）レンズ６０を通過して上方に向かい、ビーム分割器６４とビーム分割器６６を通過する。ビーム分割器６６を通過し、明視野光は更に上方に進んでコンデンサレンズ７２を通過して明視野センサ１６に入射する。一方、暗視野光はビーム分割器６６上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）にて反射される。これは、暗明の各視野に於ける光源の間でその波長が互いに異る為にそうなる様に設計する事が出来る為である。暗視野光は、空間フィルタ(spatial filter)６８を通過してリレーレンズ７０に入射して後、暗視野光用センサー１６′に達する。
【００３９】
本明細書では、暗視野照明はレーザ及び空間フィルタ６８との組合わせに依って構成する。従って、この系ではウェーハ１４の画像のフーリェ変換平面を形成する事が出来る。空間フィルタ６８が使われる目的は欠陥の無い正常パターンを選り分けて外す為である。これに依って欠陥の探索精度は更に上がる事を指摘する。上述の如くこの発明は、明視野ではビームスプリッタ６４を通過する水銀アーク光源、及び暗視野では空間フィルタ操作を可能とするレーザ光源と２つの別々の光源を使う。
【００４０】
ここでレーザ光源は高輝度高出力であるので、たとえ明視野と暗視野の情報を互いに分離して取扱ってもその光損失は小さく、それは数パーセントに過ぎない。暗視野照明の為には、狭帯域レーザ光源で十分な事を考えると、６３３ナノメータの波長のヘリウム・ネオンレーザが使える。或るいは、レーザダイオードで波長が６３０から８３０ナノメータのものが使える。そうすると、先に述べたビーム分割器６６上の２色性の塗布材（ダイクロイックフイルム）にて暗視野光のみを上手く反射する事が出来る。或いは、レーザ光干渉フィルタでオリエル社の型番５２７２０を使えば暗視野光は容易に分離出来る。狭帯域スペクトルフィルタを後者と組合わせると、明視野光には水銀線専用フィルタでオリエル社の型番５６４６０が使える。他に、オリエル社はレーザ用途に、狭帯域ノッチフィルタのカスタム設計をしているのでそれを使う事も出来る。その結果、空間フィルタ操作は暗視野光路にのみ使用される。こうして、明視野光路は影響されずにその画像の質は高品質に保たれる。狭帯域光源を使う場合（上に、暗視野照明の為に狭帯域レーザ光源を使う例を述べた）空間フィルタ操作が必要になる。レーザ光に特有の狭帯域特性は、これを使って明視野と暗視野の各信号を互いに分離するのは、フィルタでもビーム分割器 でも、一般に容易である。空間フィルタ６８は、写真用のネガフィルムの一断片を図９に示す様に挿入して露光させる。露光後このフィルムを取出して現像を行う事で、空間フィルタはこれを製作する事が出来る。勿論現像後はフィルムはそのものがフィルタになるので、図で６８と示した正しい場所に設置する。この他に空間フィルタ６８は、ヒューズ社の電界効果フィルタＳＬＭ(Spatial Light Modulator) 即ち、液晶ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)を用いて実現できる。
【００４１】
全体の画像信号光線から暗視野信号分のみをうまく分離する場合にその好ましい実施の形態は、前記種々の選択肢がある事を述べた。ただ、ビーム分割器６６上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）に依る反射効果を空間フィルタ６８と組み合わせて使うのが、総合的には最も効果的である事をこの発明で指摘する。その訳は、制御性とダイナミックレンジの広さを考慮すると良く分かる。尚、暗視野信号は明視野信号と同時処理をするので、この制御性とダイナミックレンジの広さの考慮が特に重要である。
【００４２】
以上、ビーム分割器６６上のダイクロイックフイルムに依る反射効果を使う方法を提示した。しかし、現在の光学技術の発展をもってすれば、或いはもっと進んだ技術でまだ未知の手法がある事は十分考えられる。
【００４３】
図１０はこの発明に於ける第２の実施の形態の原理図である。この実施の形態では単一のレーザ７６があってウェーハ１４に対して明視野と暗視野の両方の照明を供給する。ここで、ビーム分割器８０は下方に光を反射し光ビームはコンデンサレンズ ７８を経てウェーハ１４に入射する。本実施の形態では、明暗、各視野に於てその画像処理は、これを同時に実施する。暗視野検出器７４はウェーハ１４に対して小さい仰角で設置し、一方で明視野センサ８２はウェーハ１４の真上に設置する。この時光ビームはコンデンサレンズ７８とビーム分割器８０を通過する。この実施の形態で欠陥探索の効率を最適化する為には、明視野検出器８２の出力と暗視野検出器７４の出力を目的の欠陥に関して同時に処理するのが良い。広帯域に設定した明視野の画像と空間フィルタを用いて形成した暗視野の画像をダイとダイの比較（ダイツーダイ）に使うやり方は正当な方法であって、先行の検査装置の全ての限界を克服する。明視野画像が存在するので、それを使えば高精度でもって比較に使う２つのダイとダイ間の位置合わせを都合良く可能にする。暗明、各視野のセンサどうしを前もって位置合わせ（プリアライン）を行っておけば、正確に同一領域を観察検査する事が出来る。そうすると明視野チャネルでもって２つの比較するダイ間の位置合わせのずれを測定すれば良く、これで自動的に暗視野チャネルでも位置合わせが実行される。
【００４４】
製造時点で調整とキャリブレーションを行い位置合わせのずれ（オフセット）に関しては前記でも自明な様に、その値は明暗、各視野間では固定されている。オフセット量は不動であり装置に固有でありそしてそれは既知の値でもある。かくして、オフセットの為の測定用の高速エレクトロニクスシステムは、明視野専用に１セット備えれば良く、それで暗視野チャネルに於ては不要になる。明視野画像から得られる位置合わせ情報を使えば暗視野チャネルに於ても、前記理由で相当に正確なダイツーダイの位置合わせが行なわれる故に、位置合わせの残留誤差は十分小さくサンプル上の小さなゴミ粒子等の探索に支障を来す事はない。
【００４５】
上で述べた事に依って、空間フィルタを使った暗視野にて得られた情報のデータ処理に於ては、現状ではダイ上の大部分の繰返しパターンと直線の多い領域をフィルタで除外する手法を採る事が望ましい。こうする事に依ってダイナミックレンジ（動作範囲）が均一になるので、小さなゴミ粒子等はパターンが高密度状態であろうと或いは過疎状態であろうと１度の探索で全て捕獲出来る。加えるに、暗視野画像と明視野画像を同時に処理する手法では欠陥に関する更に多くの情報が得られる。例を述べると、明視野画像はパターン欠陥と小さなゴミ粒子等の欠陥を同時に両方捕獲する事を可能にしているが、一方対照的に暗視野画像からは小さなゴミ粒子等の欠陥のみの検出が可能となっている。従ってこれ等２つの結果の差分をとると答えはパターン欠陥のみとなる。ここで述べた小さなゴミ粒子等の欠陥をパターン欠陥から自動的に実時間でもって分離する能力は、この発明の技術に於ける大変特徴的な能力であるといえる。これがウェーハ検査に発揮する価値の大きさは、はかり知れない程のものである。この特別な応用に於て小さなゴミ粒子等の欠陥に関しては、明視野画像と比べて暗視野画像では格段に高い検出感度が実現される。それ故に暗視野画像で検出感度を減らす事で明視野画像の場合とマッチング（一致）がとれる。この結果、明暗両チャネルから共に得られる欠陥は小さなゴミ粒子等の欠陥であって、また明視野画像のみから得られるのはパターン欠陥であるとする事が出来る。
【００４６】
他の例を述べる。それは半導体ウェーハに於て金属配線の層（レイヤー）での検査例である。暗明、両視野の画像にて得られる結果を組合わせて、金属配線のグレイン（表面の穀粒状模様）が作り出す虚偽欠陥を真の欠陥からうまく分離する事が出来る。この必要性は大きく、従って重要性は高い。明暗、両視野の画像とそれ等に対応する遅延画像を共に受信し別々に保管して置く。その後図５に示した様に、ダイツーダイの位置合わせをして保管データを取出し欠陥検出器２２に入力する。検出作業をこのように実行する為には、ギガバイト級のダイナミックメモリ（ＤＲＡＭ）を必要とする。ダイナミックメモリは検出されたデータを記憶し、又そのデータは図５で述べた様にタイミングを考慮しつつ必要に応じてメモリから読出して使う事になる。この様にしてシステムは動作するが、図５のシステムは少々時代を先取りした感がある。今日の技術をもってすれば、ウェーハ検査に於ては明暗、両視野の画像を実時間でもって検査した方が結果が早く得られて好ましいばかりでなくそのコストも安くなる。どちらの方式を行っても良いが、当然の事ながらウェーハ１４上の全く同一の観察点について、明暗、両視野の画像を得てそれ等をそれぞれ別々の検出器に入力する事が肝要である。検査が、ウェーハ１４上の全く同一の観察点について行なわれている事実を認識する事は大変重要であって、この認識に立脚して明暗、両視野画像の間の関係が明らかになる。（例えば、暗視野像は大変明るいにも関らず、明視野像が相当暗い場合、これは何を意味するかを理解する。）
上述の明暗、両視野に於ける２つの画像信号を単に先に加えてから１つの検出器に入力した場合はこの発明と同じ結果にはならない。以下にその理由を説明する。この発明の優れた結果を無視して後者を採った場合、明暗、両視野に於ける２つの画像信号間の差異は互いにキャンセルされてしまい、欠陥検出に際しての重要な情報と能力を単に失うだけに終わる。ここにこそこの発明の真価が存在する。明暗、各視野像は照明光を互いに全く違った光源に設定する事が出来る。その上、光源からの光線の入射角度をそれぞれ互いに相当に変えて供給している。得られた画像はそれぞれ別々の検出器に入力する為に、ウェーハ１４上の実際の状況を全て余すところなく描出する事が出来る。この操作を実施する為には２つの検出センサは互いに連関させてその光軸の位置合わせを正しく行っておく必要がある。但し、このような検出センサを互いに連関させ且つ光軸を位置合わせすると、欠陥探索装置の値段を安くする上で、又複雑さを増すと言う点で逆の結果を招く。一方、上述のこの発明のメリットもある訳で、公知例が存在しない為に発明の利点は理解し難い面がある。
【００４７】
更に、ここ迄の議論に於ては、欠陥検出に当って光源に関し単一振動数（単一波長）の光を明視野の或いは、暗視野の光源に使うという想定であった。しかしこの発明の技術にはそれに留まらなくてはならない理由は一切存在しない。更なる拡張を考えるのが正しく、そうする事に依って情報のチャネルをもっと増加させる事が出来る。即ち、明視野に或いは暗視野に複数の振動数の光源を用いて、多（マルチ）チャネルを構築する事が出来る。この拡張の鍵となるのは前記で述べた２チャネルの技術であって、勿論それが基礎となる。もう一度要点を繰返すと、ウェーハ１４の同一観測点を用いる事が先ず挙げられる。次は、明暗、各視野で個別の検出器で光電データ処理を施す事である。そして、次に検出結果を図７（ここでは２チャネルの場合を論じていたが、多チャネルでも同様である）の様に整理する事になる。２チャネル以上の多チャネルの場合は、図７は２次元では無く当然多次元になる。紙上では３次元以上を適切に表現するのは、ほぼ不可能である。けれども、多次元の場合コンピュータに依る数値的手法が役立つ事が知られていてそれが使える。
【００４８】
図１１は図９を発展させたシステムである。多チャネルの明視野と多チャネルの暗視野を用いた例であるが、具体的にはそれぞれ２チャネルで合計４チャネルとしている。従って、図１１は図９が基礎となるが図９について繰り返し述べる事はここでは避ける。但し、記されている全ての要素は図９に於て全てそのまま機能するものが図１１に使われる。第２の暗視野チャネルに於て、レーザ１２′はレーザ１２とは別の振動数で発振しているのであるが、サンプルウェーハ１４上の同じ場所を照明する為に加えて導入する。このサンプルウェーハ１４を観察する詳細の説明を続ける。図１１では更に、第２の明視野照明を加えるが、具体的には光源１０′である。これは当然光源１０とは別の振動数の光を発する様に設定する。レンズ６２′とビーム分割器６４′は明視野照明をサンプルウェーハ１４上の同じ場所に導く際に必要になる。反射モードの場合でも、図９のものと動作内容に大差はない。２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）を用いたビーム分割器６６′を更に加えて、第２のレーザ１２′からの光を反射させる様に設定する。この反射光は空間フィルタ６８′レンズ７０′を経て検出器１６″に入射する。加えて、２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）を有するビーム分割器７３は、明視野照明光源の１０或いは１０′の内のいずれか一つを選んで反射する様に設定して、検出器１６′″にその反射光が入射する様にする。この時にビーム分割器７３を素通りする明視野照明光ビームは、前記の反射光とその振動数が異る。ビーム分割器７３を素通りする明視野照明光ビームはビーム分割器６６、６６′及び７３′を通過する時に分離する様に設定する事が出来る。
【００４９】
図１１の実施の形態は図９に示した実施の形態の単なる一変形例に過ぎない。この発明では更に広い範囲の例を提供する事が出来る。特別な欠陥を他の欠陥から区別して検出する場合、種々の要素を組合わせる事が必要になる。その様にして種々の要素を組合わせた実施の形態はここで述べたものと異るが、その概念は同じものと考えて良い。多重チャネルでの各情報を使って、得られた信号が「欠陥である」と決定を下す時、この発明では暗明、両視野からの信号情報を同時に使用するところに、その特徴がある。公知例は全てこれとは異なり、情報チャネルは単一のものに限られていた。一方、多重チャネルの場合、先に述べた様に明、暗両視野に於て、複数の波長を設定してそれに対応する光源を用いる事が出来る。その上、ここでウェーハの欠陥探索に使う技術は、更に拡張する事が可能であって例えば透明材料上で欠陥を探す事が出来る。そのような応用では、透過光に依る明視野光、暗視野光を検出器に入射せしめ、一方反射する光もあるので反射光に依る明視野光、暗視野光の各電気信号を統合して種々欠陥を探索して、更にその位置を認定する事も出来る。図１２は以上を実行する際に用いられる実施の形態であるが、実際の様子を単純化して示した。
【００５０】
図１２と図９は、ほぼ同じであって異なる点は後者の光信号検出器部分をサンプル１４′の下部に再現させて図１２の実施の形態が構築されている点である。結合された明、暗各視野の透過光の画像情報を搬送する光ビームは、サンプル１４′の底面から更に下に向かって進み圧縮レンズ６０T を経てビーム分割器６６T に到達する。ビーム分割器６６T の所で明視野の画像信号光ビームは更に下方に進んで圧縮レンズ７２T に達し、それに依って透過光専用の明視野光センサー１６T 上に投影されるように設定する。一方、透過光の内、特に暗視野光の像だけはビーム分割器６６T 上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）にて反射される様に設定出来る。その訳は、明暗、各視野の照明光源の波長が一般に異なる為である。そして、残りの暗視野光は空間フィルタ６８T を経てリレーレンズ７０T を通り暗視野光センサー１６T ′に入射する。
【００５１】
前記でこの発明の概念について、明視野と暗視野の各照明源の特定な場合を述べた。即ち、それはサンプルを照射する光は各々独立な明、暗各視野に於ける照明光源を用いておりその結果得られる信号とその検出はそれぞれ独立に行うと云うものであった。一般論を述べると、この発明は以下のａ）、ｂ）及びｃ）の全ての要素を含んで構成する事が出来る。ａ）少なくとも１つの画像探索機構（プローブ）があって、そのプローブは検査するべきサンプルの同一のダイの同一の場所を探索するに当たって、少なくとも２つの独立な光学的応答系を有する様に配備する。もし１つ以上のプローブを使う時は、全てのプローブが検査するべきサンプルの同一のダイの同一の場所を探索する様に配備する。ｂ）各々の光学的応答系を通じて探索作業を行う為に、上述の様に他のダイの同等な位置の画像データと互いに比較する操作を行うが、その為に比較操作を実行して差分信号を発生させる。ｃ）更にに他の光学的応答系についても同じ事を実行して多重（マルチプル）操作を行って同じ原理の基に、パターン欠陥の第１リストを作成する。明暗、各視野を使う方法に関して上で述べ、それを一般化したプロセスに拡張する事をも論じた。さて、得られたパターン欠陥の第１リストに関して以下の様に後処理（ポストプロセッシング）を実施する事が出来る。即ち、表面の既知の虚偽欠陥にこの後処理を実行するべきである。虚偽欠陥は前にも述べた様に「真の」欠陥ではない。従って、最終パターン欠陥リストから除外するべきである。この後処理がそれを可能にする。
【００５２】
前記で引用した図面について行った議論に於て、プローブ数を１つ或いは複数設けて光学的応答の１組或いは多数組を発生させる事が出来る。図１０に於てプローブは単一としている。レーザ７６はサンプルの明暗の両視野像を発生する照明源として使用している。ウェーハ１４を導入し、その他に２つの互いに独立な検出器、１つは暗視野専用の検出器７４、もう１つは明視野専用の検出器８２をもって構成し情報信号系は２チャネルとなるようにしている。図９では、プローブが２つになっている。レーザ１２が２つの互いに別な暗視野系の共通の照明光源になっておりサンプルウェー１４を照射する。別にランプ１０は明視野系の光源になっている。そして２つの互いに独立な検出器１６と１６′があって、明暗の両視野に於けるサンプルからの反射光を受け入れて２チャネルを構成している。図１１は、図９のシステムを拡張して得られたものである。ここではそれぞれ第２の暗視野及び明視野の光源を加えている。結果は４つのプローブとなっている。そして検出器についても明、暗各視野に各１を加えて情報系を計４チャネルとした。
【００５３】
一方、図１２は図９と同様であるが、プローブ数は２つであって明、暗各視野にてそれぞれに照明系を提供している。その他に明視野について透過光の検出器、暗視野については輻射光（反射光）の検出器を備え、合計４チャネルとしている。即ち、明視野で透過光と反射光の２チャネル且つ、暗視野で透過光と反射光の２チャネルである。前記の各々の実例では、光信号の振動数及び位相のずれ（シフト）は発生しない。即ち、プローブから発信する光と検出器に入射する光の間には振動数と位相の差異は無い。起こっている事象は、光信号ビームの分離が全てである。
【００５４】
蛍光は光反応の１つであって、或種の材料では広く知られている現象であり材料が一定の波長帯の光で照射されて起こるものである。材料が（２次的光である）螢光を発している時、その光の振動数（波長）は、１次光、即ちプローブ光に比べて小さくなる（長波長になる）。或種の材料では、欠陥探索に於て、蛍光発生に伴う振動数のシフト（ずれ）を観察する事が有効になる場合がある。発光に於ける螢光の振動数は物質に固有であり良く研究されている。この発明でビーム分割器に使う塗布された２色性フィルム膜（ダイクロイックフイルム）は入射光の振動数に敏感な材料を選択する事が出来るし、検出器もそうする事が可能である。他の有効な手法と共に入射光の振動数に敏感なビーム分割器と検出器をこの発明のシステムに導入する事が出来る。
【００５５】
同じく、プローブからサンプル上の別の検査領域（シリコンウェーハ表面に段差があったりウェーハ上の離れた領域で光の屈折率が異なったりする場合がある）への光路が異る場合反射する照明光は光源との間に位相ズレ（位相差）を生ずる。或種の欠陥に於ては位相差の情報が役立つので１つのチャネルに位相差検出器を導入すると効果的である。干渉計を用いると位相差検出が容易である。又、干渉計はサンプル上のコントラストの差異も検出する事が出来る。干渉計は多種存在する。Mach-Zehnder と Mirau 及び Jamin-Lebedeff 、他に光ビームのひねり原理を利用したもの等々あって全てこの発明に使える。加えるに、前記で位相変化の勾配値を考慮して観察する事が出来る。これには差分法即ち、デファレンシャル(differential)或いは、ノマルスキ(Nomarski)型コントラスト顕微鏡が使える。サンプルの状況に依っては、観察光の位相変化に伴って特にその偏光の状態に変化が表れる事がある。これも欠陥探索上の情報源になる。
【００５６】
例を挙げると、サンプルが２重屈折性を有し、それが観察領域の位置依存性を持つ時に透過光は、その情報を搬送している。同様にサンプルが偏光に敏感な反射特性、或いは散乱特性を有する場合がある。これ等の時、反射するプローブ光はその特性を有している。前記で述べたプローブ光に於ける偏光状態の変動（シフト）は、それをありきたりの機器で検出する事が可能であって、サンプルの検査プロセスに於て新たな情報チャネルを容易に提供してくれる。サンプルに対する照射光を上から或いは下から与えるかに関しては、入射角をも考慮した設計要素から決める事が出来る。焦点共有型（コンフォーカル）照明をプローブ光として使う事が出来る。この時サンプル上のトポグラフィ（表面形状）情報を観察する事が出来て、新たな情報のチャネルを形成する事が出来る。
【００５７】
プローブ光にて欠陥の探索をする際の更に前記とは別の技術について述べよう。その別の技術には未だ発見されていない手法もあるだろう。その１つはパルス型の照射光（プローブ光のパルス形状を選択する、即ちそのオン--オフ操作にてパルスのパターンを作る）を使って時間的に変動する情報を観察するテクニックである。上述の時間変動するダイナミック信号は、検出情報の整理編集、或いはマルチプレックス（多重）情報の整理編集に使って、欠陥情報の検出プロセスをより簡単にする事が出来よう。その様なダイナミック信号に見られる時間的ずれ（時間的遅れ）を観察してサンプル表面のトポグラフィー特性を検出する事が出来る。商品化されたカメラの中には同一筐体内に収められた複数のセンサーを備えたものがある。ＲＧＢ（赤緑青）の各カラー要素を備えたカメラは１例であって３つの独立なＣＣＤ（電荷結合デバイス）を１カメラ筐体内に備えている。そのようなカメラを使うと３つの独立なＣＣＤセンサーの光軸の位置合わせを、一回の調整で自動的に行う事が出来る。各センサーはこのようなカメラに於ては個別センサーであって個別の信号処理機構を有している。この発明の各実施の形態に於て複数のプローブ機構は各々サンプルの同一点を狙う様に位置合わせをする事が絶対に必要である。当然、検出機構に於ても同様な位置合わせをする事が絶対に必要であって、画像捕獲に際しての画像サイズも各々同じでなければならない。
【００５８】
以上この発明の種々の操作モードに関して記述してきた。その内容は検査の継続作業をするに当たっての模範例に依る代表的な設定と技術の実例とその詳細である。専門家が本明細書を図面を参照して精読した場合、この発明を応用した変形例がすぐに思い付くと思われる。それ故に、本明細書に記述されている請求範囲はその修正、応用及び変形例を全て含むと考えなくてはならない。要はこの発明に基づく技術の真の精神と展望を踏まえて請求範囲を適正に広く解釈するべきである。
【００５９】
【発明の効果】
以上、この発明によれば、第１パターンに於ける第１と第２応答を検出しその結果を各々対応する第２パターンのそれぞれの同じ検査点からの２つの応答との間でそれぞれ比較処理を実施し、その結果として応答の第１と第２の差分信号が形成される。これら個別に作られた差分信号は、まとめてデータ処理が施され、一元的な第１パターンの欠陥リストが生成される。第１パターン欠陥リストにはその後データ処理を実行する。そして、既知で無害なサンプル表面に見られる虚偽欠陥を抽出してそれが排除される。更に、多様な検査探索を追加して、検査応答を増やして、サンプルから２つ以上の光学応答を得て処理する様にすることができる。これにより検査精度は更に向上する。その上、透過性サンプルに於ては、光電検出器をその後方に設置して透過光に依る検査応答を収集し前記のパターン欠陥リストの精度をもっと向上させる様にする事が出来てサンプル内部に埋もれた欠陥を探索する様にする事も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行検査技術に於ける単一チャネル応答方式に依る光学検査システムであり、順次に明視野と暗視野にて、ウェーハの欠陥検査をする光学検査システムのブロック図。
【図２】図２（ａ）は、先行検査技術に於ける明視野を用いた検査の結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフで、図２（ｂ）は、先行検査技術に於ける明視野を用いた検査の結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフで、図２（ｃ）は、先行技術に於けるドーム照明系を用いた検査の結果を示し、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフ。
【図３】先行検査技術に於けるウェーハ検査で、明視野での信号データの段階差数を横軸に、又暗視野での信号データの段階差数を縦軸に結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフ。
【図４】先行検査技術に於ける光学検査システムであって、互いに独立な２つの信号処理系（プロセッサチャネル）でもって明視野と暗視野に於て、ウェーハの欠陥検査をするシステムのブロック図。
【図５】この発明に於ける自動光学検査システムであり、明視野と暗視野を統合する為に同一プロセッサチャネルにそれぞれ入力し、ウェーハの欠陥検査をするシステムのブロック図。
【図６】図５で示した自動光学検査システムに於ける欠陥検出器を詳しく示した図。
【図７】明視野に於ける段階差数を横軸に、暗視野の段階差数を縦軸に真性欠陥、虚偽欠陥並びに雑音の関係をプロットしたグラフ。
【図８】図３と図７を組合わせてプロットする事に依り先行技術に於ては、その明視野及び暗視野のしきい値を示す各線分がどのように実際とかけ離れているかを示すグラフ。
【図９】この発明に於ける第１の実施の形態であり、明視野と暗視野に於て別々の照明系を使用する原理を単純かして示す模式図。
【図１０】この発明に於ける第２の実施の形態をであり、明視野と暗視野に於て単一の同じ照明系を使用する原理を単純かして示す模式図。
【図１１】この発明に於ける第３の実施の形態であり、図９と一部が類似しており、明視野に於て２つの照明系と２つの検出器サブシステムと、同じく暗視野に於て２つの照明系と２つの検出器サブシステムとを保有するシステムの模式図。
【図１２】この発明に於ける第４の実施の形態であり、透明なサンプルで光が透過する場合であって、明視野と暗視野に於て別々の照明系を使用するシステムの模式図。
【符号の説明】
１０…明視野照明器
１２…暗視野照明器
１４…サンプルウェーハ
１６…センサー
１８…入力バッファ
２０…遅延回路
２２…欠陥検出器
２４…後処理プロセッサ
２６…明視野欠陥リスト
２８…暗視野欠陥リスト
３０…信号の取り得る値
３２…信号の取り得る値
３４…しきい値を示す線分
３６…信号の取り得る値
３８…信号の取り得る値
４０…しきい値を示す線分
４２…後処理プロセッサ
４４…パターン欠陥
４６…ゴミ粒子欠陥
４８…欠陥
５０…グレインの塊
５２…プロセス変動に依る虚偽欠陥
５４…システム雑音
５６…表面コントラスト変動に依る虚偽欠陥
６０…レンズ
６２…レンズ
６４…ビーム分割器
６６…ビーム分割器
６８…空間フィルタ
７０…リレーレンズ
７２…コンデンサレンズ
７３…ビーム分割器
７４…暗視野像検出器
７６…レーザ
７８…コンデンサレンズ
８０…ビーム分割器
８２…明視野像検出器
９０…フィルタ
９２…フィルタ
９４…減算器
９６…ヒストグラム回路
９８…欠陥決定アルゴリズム
【発明の属する技術分野】
この発明はサンプル（例として半導体ウェーハがある）の自動光学検査に関するものである。特に、サンプルの上、或るいはサンプル内部の欠陥の存在を決定する為に、検査に当っては１回の探索を行いそれに依って少なくとも２つの独立な検査応答（例えば、明視野と暗視野に於けるサンプルからの反射）を発生させる。この検査応答について、まとめて統一的にデータ処理を施し、欠陥の存在を決定する事が出来る。
【０００２】
【従来の技術】
従来ウェーハを光学的に検査するのに３つの技術があったとされる。一般的には明視野照明法、暗視野照明法、そして空間的フィルタを使う３つの方法である。
【０００３】
ウェーハ上のパターン欠陥を検査する上でその効果が既に証明された技術は、広帯域照明を使用した明視野照明法である。この方法は、コントラストの変動と狭帯域に特有なコヒーレント雑音を最小にする事が出来る。その最も成功した例がＫＬＡインスツルメンツ社が販売するＫＬＡモデル２１３０である。この装置は、ダイツーダイ比較モード（ダイとダイの比較）あるいは繰返すセルのセルツーセル比較モード（セルとセルの比較）のどちらも行なう事が出来る。しかし、明視野照明法では小さいゴミ粒子に対し、十分な感度を提供できない場合がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記明視野観察に於ける画像処理では、集光の為の開口部に集中するべき光ビームを、小さなゴミ粒子が拡散して反射光のエネルギーを減少させる事象があって、それがゴミ粒子を検知する原理となる。この原理では各レンズに固有な、ポイントスプレッド（光学的点拡散-point spread function）関数値、或いは、デジタル化の為のピクセルのサイズと較べて、ゴミが小さい場合は、発生するエネルギー損失が小さくゴミの存在が観察結果に影響を与えない。従って明視野観察では、ゴミの検知を難しくする。発生するエネルギー損失が小さいと周辺の明るい領域の反射率の場所依存性が雑音的に作用してゴミに依るエネルギー損失情報を隠してしまう。当然、周辺の反射率の場所依存性が雑音的に作用すれば、これは真性でなく虚偽欠陥(nuisance defect) といわざるを得ない。明視野観察ではゴミは虚偽欠陥に隠されてしまう場合が多い。
【０００５】
更に小さなゴミ粒子の周辺に反射率の低い領域がある場合も、ウェーハでしばしば見られるし、レチクル、マスク及び液晶パネルでは、本質的にゴミ周辺の反射率が低い。ただでさえ反射エネルギーが小さいのにゴミで更に低下すればその検知は更に困難を極める。ウェーハ、レチクル、マスク及び液晶パネル等々及び他のサンプルでは、小さなゴミ粒子の検出の為に現在商用の検査計測機に於ては、従って暗視野照明法を採用している。暗視野照明では平坦な鏡面は検出器に対して非常に少しの信号を返すに過ぎず、従って散光画像は暗く、それ故に暗視野という言葉が使用される。一方、表面で突出する如何なる異物でも周辺より大量の光エネルギーを検出器に対して返す事が出来る。暗視野では突出するゴミ粒子、或るいは凹凸を有する回路パターンの領域を除き、画像は通常暗く見える事は以上で理解される。
【０００６】
暗視野で使うゴミ粒子検出器は、ゴミ粒子が回路パターンよりも多くの光を散乱するという単純な仮説に基づいて設計製造された。この装置はブランクと呼ぶパターンが無いサンプルではうまく働く一方、回路パターンが背景にある場合は、パターンの上に高く突き出している大きなゴミ粒子だけしか検出する事が出来ない。その結果、当然検出感度は低く留まり、最先端の高度ＶＬＳＩ集積回路製造現場では満足の行くものではない。
【０００７】
暗視野に関連して、幾つか特長ある局面に特化して取組む計測機はある。Ａ社のある計測機はゴミ粒子が散乱する反射光の偏光特性に注目して、回路パターンと区別するという原理に基づいている。即ち、ゴミ粒子に入射光がが衝突するとその反射光は、偏光状態を呈するという原理である。但し、パターンサイズが入射光の波長に対し小さくなるとパターンサイズもゴミと同じように偏光状態を、その反射光に対して付与してしまう。これでは、虚偽欠陥が増加するばかりである。従って、この手法はパターンサイズが大きい場合にしか使えない。
【０００８】
他に、Ａ社とＢ社等々入射光の角度を調整する機構を取入れて、パターンからの散乱光で０，４５及び９０度の成分が最小になる様な工夫を導入したものがある。これは、一般的には改善された暗視野計測機といえるが、しかしパターンの角の部分からの散乱光は依然として強く、大きなノイズ成分を与えてしまう。その上この「パターンの角の効果」を弱めて虚偽欠陥を防ぐ為には、高密度の回路パターンのある領域の検出感度を故意に減らす必要がある。
【０００９】
ゴミ粒子の検出感度を強化する為に、現在行なわれている他の方法は、空間フィルタを使用する方法である。平面波照明ではレンズの背面焦点面での光強度分布は、そこに置かれた物体のフーリエ変換で表現する事が出来る。そして、繰返しパターンの場合は、このフーリエ変換は光の点の配列になる。この光の点の配列を遮る為にレンズの背面焦点面にフィルタを設置すると、繰返しパターンに適正な空間フィルタ効果が与えられ繰返し成分は消える。従って、非繰返し成分のみ、即ちゴミや欠陥の像がだけが通過する。Ｃ社、Ｄ社及びＥ社はそれ故に、主に空間フィルタ技術を行使している。
【００１０】
一方、空間的フィルタ技術に立脚する計測装置は、前述した様にブランクか、或いは繰返しパターンのある領域しか検査出来ないという大きな問題がある。それは、この技術の基本的な限界である。
【００１１】
Ａ社のあるモデルが採用する暗視野空間フィルタ技術は、ウェーハ検査にダイーツーダイ画像の比較減算法を使っている。この技術で、ウェーハ上の繰り返しのないパターン領域がダイーツーダイ比較に依り検査できる。しかし、たとえダイツーダイ比較法でも、高感度を得るためには依然として、繰返しパターン領域で、空間フィルタを使う必要がある。高密度のメモリーセルにおいては、この様な場合に通常の内部回路パターンからの信号は、周辺回路と較べて相当に強力であって、検出センサーの適正なダイナミック応答限度を越える。これは、センサーに於てその飽和現象を招き、結果として小さいゴミ粒子は検出されない。さもなくば、周辺回路で、小さいゴミ粒子からの信号が弱すぎる結果を生む。問題はいずれの場合も、小さいゴミ粒子が検出されないことである。
【００１２】
又、Ａ社の暗視野型空間フィルタ式ダイツーダイ欠陥検査装置には２つの大きな欠点がある。第１は、この装置はゴミ粒子のみを検出し、パターン欠陥は一切検出できないことである。第２は、空間フィルタを経由した画像は通常の場合、回路パターン無しの状態では、画面が暗いので、正確なダイツーダイの為の位置の合せこみが出来ないことである。勿論、比較減算アルゴリズムを行使するには、正確な位置の合せこみは必須事項である。Ａ社はこの問題を高価な高精度ステージ機構を導入して解決を試みた。しかし、そのような高価な高精度ステージ機構を導入しても、満足が行く解決にはなっていない。そのポイントは、ステッパー投影操作の時の機械的誤差の為、ウェーハ上のパターンの位置合わせ変動が皆無でないのと、ステージの残留誤差の相乗効果で原因であると云える。故に、結果は十分でなく、Ａ社のこの方法では、小さいゴミ粒子の検出は覚束ない状況でそのサイズは約０. ５ミクロンを下まわる事は出来ていない。検査時に正確なダイツーダイの為の位置の合せこみが出来ない為に、このような限界が生じている。
【００１３】
Ａ社以外に若干の特許出願があってそれらは、米国特許第５, ２７６, ４９８号、米国特許第４, ８０６, ７７４号及び米国特許第５, １７７, ５５９号である。しかし列挙したこれ等の先願を除くと、前記技術の利点に対する理解を欠くために、明視野及び暗視野技術の組み合わせに興味を示している先例はない。
【００１４】
明視野及び暗視野の両方の観察を可能としている検査装置の中で、市場に出ている全ての機種は明暗、両視野に共通の単一の光源を使用している。その上、明暗、両視野からの検査応答信号を統合して欠陥を決定する技術的手法は全く見られない。市場で見る明視野照明と暗視野照明の両方を持つ顕微鏡には、両方の照明を同時に供給する単一光源があるだけなので、明視野と暗視野の観察結果の信号をそれぞれ分離する事は不可能である。市販されているツアイス社の顕微鏡の中では、唯一少なくとも明視野と暗視野光源を同時に分離する事が出来るが、しかしながら、単一の検出器しかなく、明視野と暗視野の照明を分離する方法も発想もない。全天を照らす事が出来るドーム型照明が一つあるだけである。
【００１５】
明視野と暗視野の２つの照明装置をそれぞれ個別に持たせる事は、相当に有益である。両方の利点が検査装置の強化改良に直接結びつく。従って、この発明は以下に論議する検査の為の方法とその装置を提供することを目的とする。この発明は明視野と暗視野からの情報を別々に検出し、相互関連させて使用するが、これが公知例からは全く予期出来ない良い結果を生む。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、サンプル上の第１パターンの検査点に存在する欠陥を探索する為に、同じデザインの第２パターンの少なくとも１つの既知の検査応答を参照する事を特徴とした欠陥検査方法とその装置の詳細を述べている。検査に当っては、少なくとも１回の探索を行いそれに依って少なくとも２つの検査応答を発生させる。サンプル上の第１及び第２パターン上では互いに同等の観察点を用いる事が重要である。その２つの応答（暗視野と明視野からの応答信号が代表的である）は、光電的手法で別々に検出し、別々に比較して、個別に差分信号（第１と第２パターン間の）を形成する。
【００１７】
即ち、第１パターンに於ける第１と第２応答を検出しその結果を各々対応する第２パターンのそれぞれの同じ検査点からの２つの応答との間でそれぞれ比較処理を実施し、その結果として応答の第１と第２の差分信号を形成する。個別に作られた差分信号は、一元的に第１パターン欠陥のリストを決定する為にデータ処理をする。具体的には、この第１及び第２の差分信号をまとめてにデータ処理を施し、一元的な第１パターンの欠陥リストを決定する事が出来る。
【００１８】
第１パターン欠陥リストにはその後データ処理を実行する。そして、既知で無害なサンプル表面に見られる虚偽欠陥を抽出してそれを排除する。一方、その様な既知の無害な虚偽欠陥は参考としてユーザーに提供する。更に、多様な検査探索を追加して、検査応答を増やして、サンプルから２つ以上の光学応答を得て処理する様にする。これにより検査精度は更に向上する。その上、透過性サンプルに於ては、光電検出器をその後方に設置して透過光に依る検査応答を収集し前記のパターン欠陥リストの精度をもっと向上させる様にする事が出来てサンプル内部に埋もれた欠陥を探索する様にする事も可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
歴史的事実に依れば、欠陥検査装置の大多数に於てその照明手段は、明視野か或るいは暗視野の何れか一方のみを使っており、両方の照明手段を使う例はかって無かったといえる。この様な欠陥検査装置の歴史的背景で見た典型的な先行例では、図１の如く観察時には明視野か或るいは暗視野の一方の照明系のみが使われる。先行技術である図１ではウェーハ１４は、適当な明視野１０或るいは暗視野光源１２を有する照明系で照らされている。
【００２０】
ここで、ＰＬＬＡＤ(Phase Locked Loop Analog to Digital) について定義する。これは、Phase Locked Loop 方式にてアナログデータをデジタルデータにＡ／Ｄ変換する知られた方法であってこれを以下ＰＬＬＡＤと称する。又、ＴＤＩ(time delay integration)は信号を遅延させて集積する方式を示す。動作中はＴＤＩとＰＬＬＡＤを図１の様に組合わせたセンサー１６でもってウェーハ１４の画像を捕獲し、その画像を搬送する信号を入力バッファ１８（例えばＲＡＭ）に入力する。入力バッファ１８を経由してデータは、欠陥検出器２２へ転送される。
【００２１】
欠陥検出器２２でサンプルウェーハのダイから得た検査データが同様な別のダイの同種データと比較される。或るいは比較の相手は同様な別のダイの同種のデータであれば別の参考ウェーハのものであってもかまわない。この比較操作は遅延回路２０が制御する。遅延回路２０が正しい遅延タイミングを提供する事に依って、ダイツーダイ（ダイとダイ）或るいはセルツーセル（セルとセル）の比較操作が可能になる。欠陥検出器２２が出力するデータは、後処理プロセッサ２４に入力される。ここでは、欠陥のサイズと位置を決定する作業が実行される。こうして、しきい値を伴った欠陥リストを出力する事を可能にする（例えば、ＫＬＡの製品モデル２１１１、２１３１は共に、明視野光を使って前記の原理で動作する様に設計されている）。
【００２２】
図１の装置を変更して明視野と暗視野の観察結果を各々独立して、別々に得られる様にする事を考える。これは全く新しい手法であって、他に先行技術として行なわれた事が無く、従ってこの様なシステムそのものを或るいはその情報を他から入手する事は出来ない。最も簡単で明白なやり方は、前記の様な機能を実現するに際して順次、直列的にしかも互いに干渉しないやり方で前記の様な検査を実行する事である。検査１では、光源１０でもって明視野になるようにする。別の検査では光源１２に切替えて暗視野になるようにする。
【００２３】
公知技術で、最初の検査を明視野型の照明でもって実行し次の検査ではウェーハ１４を暗視野型光源１２にて暗視野下で検査を実行するとセンサ１６はウェーハ１４の暗視野像を感知しそのデータはバッファ１８と遅滞回路２０を経て、欠陥検出器２２及び後処理プロセッサ２４に達する。明視野像の場合と同じく、この様にして暗視野像に関してもしきい値を伴った欠陥リスト２８を出力する事が可能である。この時、後処理プロセッサ２４は暗視野にて見出された欠陥のしきい値を独立に出力する。即ち、ここでの結論は、しきい値を伴った欠陥リストを出力する事が暗視野でも可能であるということである。
【００２４】
ウェーハ１４上のある検査点、即ち、画像発生点を考える。この画像発生点が明視野欠陥リスト２６の欠陥の発生点と一致している場合は、当然そのデータ値は明視野欠陥となるしきい値を越えている。この時ウェーハ１４上の先の画像発生点は欠陥を含有すると言える。前記とは別に全く同一操作を暗視野に関して実行すると、ウェーハ１４上のある画像発生点が、暗視野欠陥リストの欠陥の発生点と一致している場合は、当然そのデータ値は暗視野欠陥となるしきい値を越えている。この時ウェーハ１４上の先の画像発生点は欠陥を含有する。従って、ウェーハ１４上の画像発生点が明視野型欠陥と暗視野型欠陥のどちらか一方のみを有する事もあるし、又両方の型の欠陥を共に有する事も全く可能であって、前者も後者も両方とも起こり得る事である。よって、後処理プロセッサ２４は２つの独立で、且つ相関性が無い欠陥リストを出力する事を可能にする。その１つは明視野光源１０に依る画像に基づいており、他は暗視野光源１２に依る画像に基づいたものである。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ）は、共に公知であり、検査データが欠陥であるかどうかを決定する処理を示す例である。すなわち、同図における決定の境界線（３４及び４０）を、各々明視野並びに暗視野に於て確立する事が必要である。境界線以下では、参照符号３２と３８に見る如くウェーハ１４にて欠陥とはならない領域を示す。一方境界線以上では、参照符号３０とか３６に見る様に欠陥となる領域を示す。この発明の議論を以下に展開するに際して、欠陥か否かの境界線は実際は線分では表せないにもかかわらず公知技術では線分として取扱ったことに問題があると言う事を指摘しておく。そこで図３を参照するがこの図は、明視野でのデータ段階差数を横軸に、又暗視野でのデータ段階差数を縦軸にグラフを形成している。ここで言うデータ段階差数とは、先ず信号強度を弱い方から順に、２５６段階に表現するようにする。次に、上に述べた様に、信号強弱の比較操作を実施しそれ等データの信号強度の段階にどんな差分が存在するかを数値で示したものである。各軸に沿って明視野及び暗視野のしきい値線が引いてある。
【００２６】
実施された記録は無いが、公知技術を組合わせた設定で、明視野と暗視野を共に使う事が出来て、これを使えば欠陥を決定する上でその精度が向上する。この時データが、共に明、暗各々の視野のしきい値を越える領域（図３の参照符号３８で示した領域）にデータがプロットされて初めて、これを欠陥と決定して認定する事が出来る。明、暗両視野を共に同時に使える装置の例は図２（ｃ）の如く全天からの照明即ちドーム型のものが、存在する。これを紹介した文献は、Yasuhiko Hara, Satoru Fushimi, Yoshimasa Ooshima and Hitooshi Kubota, "Automating Inspection of Aluminum Circuit Pattern of LSI Wafers", Electronics and Communications in Japan, Part 2, Vol. 70, No.3, 1987 である。
【００２７】
図１を使ってドーム型の照明システムを考える。ここでは、図１の参照符号１０と１２、即ち、それぞれ明暗、各視野照明系を使って、ウェーハ１４に対し同時に両方の照明を行なうものとする。１６はセンサであって単一のセンサを明暗、両視野で共有する。明暗、両視野で共有するのはセンサに留まらずプロセス機器群１８から２４（プロセッサチャネル）に至る迄も、全て同様である。これにより、単一の出力が実現するので、その結果を図２（ｃ）に示す。ここで注意すべきは、図２（ｃ）は、分離された検査を明視野と暗視野で２度行ったのでは無いと言う事である。ここで、もう一度指摘するが、問題は、しきい値は直線的に決められていて現実とは異なる事である。
【００２８】
図４は公知であって、ドーム型照明を第１の変形例とすれば、これは欠陥探索装置の第２の変形例である。ここでは、明視野と暗視野にて欠陥探索を同時に実行する事が出来る。図４では、参照符号１８から２４に至るプロセッサチャネルを２セット具備していて、その１は明視野専用であって、その２は暗視野専用である。さて、この場合の光源について考えよう。光源は単一の場合もあるし、そうでなく対になった場合も有りうる。対になっている光源とは、明暗、各視野それぞれに１光源を、計２光源を設定する場合を言う。対の光源でも順次に使う場合とドーム型照明として、２光源の同時使用もある。いずれの場合もウェーハ１４に明視野と暗視野照明光を与える。
【００２９】
図４と図１の違いは、プロセッサチャネルを１つだけ保有するか２つ保有するかである。これでもって順次か或いは同時かの違いがあっても、明、暗視野の検査を実行する事が出来る。保有するプロセッサチャネルの数は本質的な相違では無い。よって、同時検査でも、或いは別々の検査でも、明視野欠陥リスト２６と暗視野欠陥リスト２８が互いに独立に得られる。各プロセッサのチャネルがそれぞれ同期をとって動作する様にすれば、最も遅いチャネルの速度に合うので、サンプル上の画像捕獲の為の 掃引を一度だけ同期速度で行えば良い。これで明暗、両視野の欠陥リストのデータが一度に得られる。
【００３０】
故に、図４で示したシステムは、図１のものより高速性（１度だけの掃引で済む為に）があって有効である。以下に明暗、両視野の欠陥リストのデータを別名マップと呼ぶ事にする。ここでデータ処理は、サンプルの位置合わせ作業と同時に平行して行う事が出来て大変好都合である。しかしながら図１の公知システムも図４の公知システムも、欠陥のしきい値（リスト２６と２８）の決定に際して、それぞれ独立に決めている上、先に述べた単純な線分法を採り入れている為に現実と異なっている。これは不具合といわざるを得ない。即ち、前記の単純な線分法の問題点に関する議論は、図２（ａ），（ｂ），図３の各々に全てあてはまる。
【００３１】
そこで以下に、この発明の内容に関して図５でもって詳述する。これはこの発明のブロック図である。センサ１６と１６′が設けられ、ウェーハ１４の像の明暗、各視野データが各々別々に捕獲される事を除けば、図５のダイアグラムでその左側については公知である図４の対応する左側の部分と同一である。ここで、当然センサ１６と１６′では明視野と暗視野の各信号を別々に検出してから、それ等信号をバッファ１８と１８′に別々に入力し、更に別々の遅延回路を経て信号を先に送る。この発明と図４の公知例の類似性は、ここ迄である。
【００３２】
バッファ１８と１８′に別々に入力され別々の遅延回路を経て先に送られる明暗、両視野の両信号を、より詳細な図６の２２で示した単一の欠陥検出器が受信する。この欠陥検出器２２は、ウェーハ１４上の欠陥の位置を知る上で必要な作業をする。この欠陥検出器２２は、包括的に明暗、両視野を組み合わせた一貫性の高い欠陥リストを出力する。このデータを後処理プロセッサ４２が受信して、捕獲した欠陥がパターン欠陥４４かゴミ粒子４６かを決定する。
【００３３】
図６で後処理プロセッサ４２は、高性能且つ汎用性の有るMotorola 68040 CPUに基づくVME(Virtual Machine Environment)のバスプロセス基板を用いる事が出来る。或いは又、ＫＬＡ社のModel 2131の高性能後処理プロセッサ基板として知られる例を使っても良い。良く知られた事実だが、半導体ウェーハはその表面の模様がそのコントラスト的に見て場所に依って変化を示す場合がある。グレインと呼ばれる穀粒的な性質の模様を有する場合もある。又、グレインが塊って生成する場合がある。その上に、製造プロセスが変動することも頻繁に起こる。化学的な原因に依る不規則形状の紋様（マーク）も付着する。これ等は殆ど、歩留まりや信頼性の問題にならないので、ここでは欠陥として認知する必要が無いものとする。各々前記の表面の変動と関連する模様は、検査時に観察すると明視野及び暗視野に於ける画像が典型的な範囲の信号値を発する。その他に、雑音に関しても考察する必要がある。信号値が小さいと雑音が信号、特に明暗、各視野で、その段階差数の値に妨害を与えて悪い影響となる。かくして、典型的な例について明暗、各視野に於けるその段階差数とシステム雑音との関係をプロットした。これが図７である。
【００３４】
図７では、システム雑音５４、表面コントラスト変動５６、且つグレイン５８は、全て原点に近く、明視野、暗視野ともその値は小さい。一方、プロセス変動では、明視野で７５％にもおよび、暗視野では中点の５０％位である。又、グレインが塊って生成する場合は、明暗、両視野とも大きい値になっている。理想を言えば、最良のシステムとは、これ等の予測が可能で無害な変動を欠陥として認知せずに排除する事が出来て、図７の４８で示した信号のみを欠陥として認知する様なものを言う。
【００３５】
図６は、図５で示した回路の部分的なブロックダイアグラムである。ここでは、欠陥検出器２２を詳細に示している。この欠陥検出器２２は、図６では簡潔に表現しているが、入力信号を受信する際、信号は入力バッファ１８と１８′及び遅延回路２０と２０′を通過する。又、欠陥検出器は、フィルタ群、９０と９２それに９０′と９２′を備える。フィルタ群９０と９２と、それに９０′と９２′は、画像データを処理する。この時、３×３或るいは、５×５のピクセルをデジタル的にフィルタ処理をする。これも、ＫＬＡInstruments 社の製品Model 2131を適用した例がある。画像信号はフィルタ群、９０と９２それに９０′と９２′で前処理された後に、減算器９４と９４′に入力される。ここで、それぞれ対応する遅延データと比較する為に、画像ピクセル毎の比較演算（減算）を行う。典型例ではダイとダイの比較（ダイツーダイ）の場合は遅延の時間差は、１ダイの幅に相当する。セルとセルの比較の場合、遅延の時間差は、１セルの幅に相当し、明暗、各視野で同一の遅延量を適用する。従って、減算器９４と９４′からの出力は、当然であるが各々ウェーハ１４に関する明暗、両視野での欠陥情報そのものである。その情報を、次に交互に２次元ヒストグラム回路９６と後処理プロセッサ４２に与える事が出来る。一方、この後処理プロセッサ４２に直接入力する信号成分には、図７におけるデータの座標値が与えられる。それから、２次元ヒストグラム回路９６は、欠陥の２次元ヒストグラム図を、明暗の両視野に於て別々に形成する。このような処理によって得られた２次元ヒストグラム信号は、欠陥かどうかを決定する為に決定アルゴリズム９８に供給される。そして、既知であって頻発する無害なウェーハの表面や他の変動に依る信号（これ等は先に述べたシステム雑音、グレイン、コントラスト変動、プロセス変動、グレインの塊等々を既知であって頻発するが問題にならない、従って欠陥ではないものを指す。以下これ等をまとめて「虚偽欠陥」と称する）との境界を形成する。
【００３６】
公知例の先行技術の方法で得られる予知できて無害な虚偽欠陥を真の欠陥と混同しないようにするべきである。その為には、どうすれば良いかを図８は示している。即ち図８に於て、先に述べた様に３４とか４０で示した直線で決めるしきい値は、現実の欠陥に当てはまらないにもかかわらず、公知例では他に方法が無い為にこれを採用せざるを得ない。以上で良く分かる様に領域３８は、明暗の両視野のデータを総合的にまとめた欠陥領域としての提案であるが、相当小さい上に的外れなものになっている。これでは現実の使用に適さない。再び図７を参照する。この発明では独立にしかも同時に明暗、両視野のデータを採取し且つ処理する故に、欠陥検出器２２は種々のプログラムが可能である。依って、複雑な非線形のしきい値関数を、明暗、両視野の両方のデータのその段階差数に適用する事が出来て虚偽欠陥を排除し、図７の白い領域を除いた黒い部分のみを欠陥の信号として分離する事が出来る。
【００３７】
この様にして、虚偽欠陥は無事排除される。表現を変えると、この発明では全ての０から２５５の段階差数に於て明暗、両視野の信号の取扱いが共に可能であって、しかも図７の白ぬきで示した虚偽欠陥、５０、５２、５４と５８及び５６、それ等全てを避ける事が出来る。
【００３８】
次に、この発明の１つの物理光学的実施の形態を図９で示す。ウェーハ１４は、暗視野光源１２（例えば、レーザ）及び明視野光源１０（例えば、水銀のアーク原理に基づくランプ）で直接照明されている。この時光線は２つのレンズ６０と６２を、そして更にビーム分割器（ビームスプリッタ）６６を通過するようにする。こうして統合される明視野と暗視野に依るウェーハ１４の画像信号を搬送する光線はコンデンサ（圧縮）レンズ６０を通過して上方に向かい、ビーム分割器６４とビーム分割器６６を通過する。ビーム分割器６６を通過し、明視野光は更に上方に進んでコンデンサレンズ７２を通過して明視野センサ１６に入射する。一方、暗視野光はビーム分割器６６上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）にて反射される。これは、暗明の各視野に於ける光源の間でその波長が互いに異る為にそうなる様に設計する事が出来る為である。暗視野光は、空間フィルタ(spatial filter)６８を通過してリレーレンズ７０に入射して後、暗視野光用センサー１６′に達する。
【００３９】
本明細書では、暗視野照明はレーザ及び空間フィルタ６８との組合わせに依って構成する。従って、この系ではウェーハ１４の画像のフーリェ変換平面を形成する事が出来る。空間フィルタ６８が使われる目的は欠陥の無い正常パターンを選り分けて外す為である。これに依って欠陥の探索精度は更に上がる事を指摘する。上述の如くこの発明は、明視野ではビームスプリッタ６４を通過する水銀アーク光源、及び暗視野では空間フィルタ操作を可能とするレーザ光源と２つの別々の光源を使う。
【００４０】
ここでレーザ光源は高輝度高出力であるので、たとえ明視野と暗視野の情報を互いに分離して取扱ってもその光損失は小さく、それは数パーセントに過ぎない。暗視野照明の為には、狭帯域レーザ光源で十分な事を考えると、６３３ナノメータの波長のヘリウム・ネオンレーザが使える。或るいは、レーザダイオードで波長が６３０から８３０ナノメータのものが使える。そうすると、先に述べたビーム分割器６６上の２色性の塗布材（ダイクロイックフイルム）にて暗視野光のみを上手く反射する事が出来る。或いは、レーザ光干渉フィルタでオリエル社の型番５２７２０を使えば暗視野光は容易に分離出来る。狭帯域スペクトルフィルタを後者と組合わせると、明視野光には水銀線専用フィルタでオリエル社の型番５６４６０が使える。他に、オリエル社はレーザ用途に、狭帯域ノッチフィルタのカスタム設計をしているのでそれを使う事も出来る。その結果、空間フィルタ操作は暗視野光路にのみ使用される。こうして、明視野光路は影響されずにその画像の質は高品質に保たれる。狭帯域光源を使う場合（上に、暗視野照明の為に狭帯域レーザ光源を使う例を述べた）空間フィルタ操作が必要になる。レーザ光に特有の狭帯域特性は、これを使って明視野と暗視野の各信号を互いに分離するのは、フィルタでもビーム分割器 でも、一般に容易である。空間フィルタ６８は、写真用のネガフィルムの一断片を図９に示す様に挿入して露光させる。露光後このフィルムを取出して現像を行う事で、空間フィルタはこれを製作する事が出来る。勿論現像後はフィルムはそのものがフィルタになるので、図で６８と示した正しい場所に設置する。この他に空間フィルタ６８は、ヒューズ社の電界効果フィルタＳＬＭ(Spatial Light Modulator) 即ち、液晶ＬＣＤ(Liquid Crystal Display)を用いて実現できる。
【００４１】
全体の画像信号光線から暗視野信号分のみをうまく分離する場合にその好ましい実施の形態は、前記種々の選択肢がある事を述べた。ただ、ビーム分割器６６上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）に依る反射効果を空間フィルタ６８と組み合わせて使うのが、総合的には最も効果的である事をこの発明で指摘する。その訳は、制御性とダイナミックレンジの広さを考慮すると良く分かる。尚、暗視野信号は明視野信号と同時処理をするので、この制御性とダイナミックレンジの広さの考慮が特に重要である。
【００４２】
以上、ビーム分割器６６上のダイクロイックフイルムに依る反射効果を使う方法を提示した。しかし、現在の光学技術の発展をもってすれば、或いはもっと進んだ技術でまだ未知の手法がある事は十分考えられる。
【００４３】
図１０はこの発明に於ける第２の実施の形態の原理図である。この実施の形態では単一のレーザ７６があってウェーハ１４に対して明視野と暗視野の両方の照明を供給する。ここで、ビーム分割器８０は下方に光を反射し光ビームはコンデンサレンズ ７８を経てウェーハ１４に入射する。本実施の形態では、明暗、各視野に於てその画像処理は、これを同時に実施する。暗視野検出器７４はウェーハ１４に対して小さい仰角で設置し、一方で明視野センサ８２はウェーハ１４の真上に設置する。この時光ビームはコンデンサレンズ７８とビーム分割器８０を通過する。この実施の形態で欠陥探索の効率を最適化する為には、明視野検出器８２の出力と暗視野検出器７４の出力を目的の欠陥に関して同時に処理するのが良い。広帯域に設定した明視野の画像と空間フィルタを用いて形成した暗視野の画像をダイとダイの比較（ダイツーダイ）に使うやり方は正当な方法であって、先行の検査装置の全ての限界を克服する。明視野画像が存在するので、それを使えば高精度でもって比較に使う２つのダイとダイ間の位置合わせを都合良く可能にする。暗明、各視野のセンサどうしを前もって位置合わせ（プリアライン）を行っておけば、正確に同一領域を観察検査する事が出来る。そうすると明視野チャネルでもって２つの比較するダイ間の位置合わせのずれを測定すれば良く、これで自動的に暗視野チャネルでも位置合わせが実行される。
【００４４】
製造時点で調整とキャリブレーションを行い位置合わせのずれ（オフセット）に関しては前記でも自明な様に、その値は明暗、各視野間では固定されている。オフセット量は不動であり装置に固有でありそしてそれは既知の値でもある。かくして、オフセットの為の測定用の高速エレクトロニクスシステムは、明視野専用に１セット備えれば良く、それで暗視野チャネルに於ては不要になる。明視野画像から得られる位置合わせ情報を使えば暗視野チャネルに於ても、前記理由で相当に正確なダイツーダイの位置合わせが行なわれる故に、位置合わせの残留誤差は十分小さくサンプル上の小さなゴミ粒子等の探索に支障を来す事はない。
【００４５】
上で述べた事に依って、空間フィルタを使った暗視野にて得られた情報のデータ処理に於ては、現状ではダイ上の大部分の繰返しパターンと直線の多い領域をフィルタで除外する手法を採る事が望ましい。こうする事に依ってダイナミックレンジ（動作範囲）が均一になるので、小さなゴミ粒子等はパターンが高密度状態であろうと或いは過疎状態であろうと１度の探索で全て捕獲出来る。加えるに、暗視野画像と明視野画像を同時に処理する手法では欠陥に関する更に多くの情報が得られる。例を述べると、明視野画像はパターン欠陥と小さなゴミ粒子等の欠陥を同時に両方捕獲する事を可能にしているが、一方対照的に暗視野画像からは小さなゴミ粒子等の欠陥のみの検出が可能となっている。従ってこれ等２つの結果の差分をとると答えはパターン欠陥のみとなる。ここで述べた小さなゴミ粒子等の欠陥をパターン欠陥から自動的に実時間でもって分離する能力は、この発明の技術に於ける大変特徴的な能力であるといえる。これがウェーハ検査に発揮する価値の大きさは、はかり知れない程のものである。この特別な応用に於て小さなゴミ粒子等の欠陥に関しては、明視野画像と比べて暗視野画像では格段に高い検出感度が実現される。それ故に暗視野画像で検出感度を減らす事で明視野画像の場合とマッチング（一致）がとれる。この結果、明暗両チャネルから共に得られる欠陥は小さなゴミ粒子等の欠陥であって、また明視野画像のみから得られるのはパターン欠陥であるとする事が出来る。
【００４６】
他の例を述べる。それは半導体ウェーハに於て金属配線の層（レイヤー）での検査例である。暗明、両視野の画像にて得られる結果を組合わせて、金属配線のグレイン（表面の穀粒状模様）が作り出す虚偽欠陥を真の欠陥からうまく分離する事が出来る。この必要性は大きく、従って重要性は高い。明暗、両視野の画像とそれ等に対応する遅延画像を共に受信し別々に保管して置く。その後図５に示した様に、ダイツーダイの位置合わせをして保管データを取出し欠陥検出器２２に入力する。検出作業をこのように実行する為には、ギガバイト級のダイナミックメモリ（ＤＲＡＭ）を必要とする。ダイナミックメモリは検出されたデータを記憶し、又そのデータは図５で述べた様にタイミングを考慮しつつ必要に応じてメモリから読出して使う事になる。この様にしてシステムは動作するが、図５のシステムは少々時代を先取りした感がある。今日の技術をもってすれば、ウェーハ検査に於ては明暗、両視野の画像を実時間でもって検査した方が結果が早く得られて好ましいばかりでなくそのコストも安くなる。どちらの方式を行っても良いが、当然の事ながらウェーハ１４上の全く同一の観察点について、明暗、両視野の画像を得てそれ等をそれぞれ別々の検出器に入力する事が肝要である。検査が、ウェーハ１４上の全く同一の観察点について行なわれている事実を認識する事は大変重要であって、この認識に立脚して明暗、両視野画像の間の関係が明らかになる。（例えば、暗視野像は大変明るいにも関らず、明視野像が相当暗い場合、これは何を意味するかを理解する。）
上述の明暗、両視野に於ける２つの画像信号を単に先に加えてから１つの検出器に入力した場合はこの発明と同じ結果にはならない。以下にその理由を説明する。この発明の優れた結果を無視して後者を採った場合、明暗、両視野に於ける２つの画像信号間の差異は互いにキャンセルされてしまい、欠陥検出に際しての重要な情報と能力を単に失うだけに終わる。ここにこそこの発明の真価が存在する。明暗、各視野像は照明光を互いに全く違った光源に設定する事が出来る。その上、光源からの光線の入射角度をそれぞれ互いに相当に変えて供給している。得られた画像はそれぞれ別々の検出器に入力する為に、ウェーハ１４上の実際の状況を全て余すところなく描出する事が出来る。この操作を実施する為には２つの検出センサは互いに連関させてその光軸の位置合わせを正しく行っておく必要がある。但し、このような検出センサを互いに連関させ且つ光軸を位置合わせすると、欠陥探索装置の値段を安くする上で、又複雑さを増すと言う点で逆の結果を招く。一方、上述のこの発明のメリットもある訳で、公知例が存在しない為に発明の利点は理解し難い面がある。
【００４７】
更に、ここ迄の議論に於ては、欠陥検出に当って光源に関し単一振動数（単一波長）の光を明視野の或いは、暗視野の光源に使うという想定であった。しかしこの発明の技術にはそれに留まらなくてはならない理由は一切存在しない。更なる拡張を考えるのが正しく、そうする事に依って情報のチャネルをもっと増加させる事が出来る。即ち、明視野に或いは暗視野に複数の振動数の光源を用いて、多（マルチ）チャネルを構築する事が出来る。この拡張の鍵となるのは前記で述べた２チャネルの技術であって、勿論それが基礎となる。もう一度要点を繰返すと、ウェーハ１４の同一観測点を用いる事が先ず挙げられる。次は、明暗、各視野で個別の検出器で光電データ処理を施す事である。そして、次に検出結果を図７（ここでは２チャネルの場合を論じていたが、多チャネルでも同様である）の様に整理する事になる。２チャネル以上の多チャネルの場合は、図７は２次元では無く当然多次元になる。紙上では３次元以上を適切に表現するのは、ほぼ不可能である。けれども、多次元の場合コンピュータに依る数値的手法が役立つ事が知られていてそれが使える。
【００４８】
図１１は図９を発展させたシステムである。多チャネルの明視野と多チャネルの暗視野を用いた例であるが、具体的にはそれぞれ２チャネルで合計４チャネルとしている。従って、図１１は図９が基礎となるが図９について繰り返し述べる事はここでは避ける。但し、記されている全ての要素は図９に於て全てそのまま機能するものが図１１に使われる。第２の暗視野チャネルに於て、レーザ１２′はレーザ１２とは別の振動数で発振しているのであるが、サンプルウェーハ１４上の同じ場所を照明する為に加えて導入する。このサンプルウェーハ１４を観察する詳細の説明を続ける。図１１では更に、第２の明視野照明を加えるが、具体的には光源１０′である。これは当然光源１０とは別の振動数の光を発する様に設定する。レンズ６２′とビーム分割器６４′は明視野照明をサンプルウェーハ１４上の同じ場所に導く際に必要になる。反射モードの場合でも、図９のものと動作内容に大差はない。２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）を用いたビーム分割器６６′を更に加えて、第２のレーザ１２′からの光を反射させる様に設定する。この反射光は空間フィルタ６８′レンズ７０′を経て検出器１６″に入射する。加えて、２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）を有するビーム分割器７３は、明視野照明光源の１０或いは１０′の内のいずれか一つを選んで反射する様に設定して、検出器１６′″にその反射光が入射する様にする。この時にビーム分割器７３を素通りする明視野照明光ビームは、前記の反射光とその振動数が異る。ビーム分割器７３を素通りする明視野照明光ビームはビーム分割器６６、６６′及び７３′を通過する時に分離する様に設定する事が出来る。
【００４９】
図１１の実施の形態は図９に示した実施の形態の単なる一変形例に過ぎない。この発明では更に広い範囲の例を提供する事が出来る。特別な欠陥を他の欠陥から区別して検出する場合、種々の要素を組合わせる事が必要になる。その様にして種々の要素を組合わせた実施の形態はここで述べたものと異るが、その概念は同じものと考えて良い。多重チャネルでの各情報を使って、得られた信号が「欠陥である」と決定を下す時、この発明では暗明、両視野からの信号情報を同時に使用するところに、その特徴がある。公知例は全てこれとは異なり、情報チャネルは単一のものに限られていた。一方、多重チャネルの場合、先に述べた様に明、暗両視野に於て、複数の波長を設定してそれに対応する光源を用いる事が出来る。その上、ここでウェーハの欠陥探索に使う技術は、更に拡張する事が可能であって例えば透明材料上で欠陥を探す事が出来る。そのような応用では、透過光に依る明視野光、暗視野光を検出器に入射せしめ、一方反射する光もあるので反射光に依る明視野光、暗視野光の各電気信号を統合して種々欠陥を探索して、更にその位置を認定する事も出来る。図１２は以上を実行する際に用いられる実施の形態であるが、実際の様子を単純化して示した。
【００５０】
図１２と図９は、ほぼ同じであって異なる点は後者の光信号検出器部分をサンプル１４′の下部に再現させて図１２の実施の形態が構築されている点である。結合された明、暗各視野の透過光の画像情報を搬送する光ビームは、サンプル１４′の底面から更に下に向かって進み圧縮レンズ６０T を経てビーム分割器６６T に到達する。ビーム分割器６６T の所で明視野の画像信号光ビームは更に下方に進んで圧縮レンズ７２T に達し、それに依って透過光専用の明視野光センサー１６T 上に投影されるように設定する。一方、透過光の内、特に暗視野光の像だけはビーム分割器６６T 上の２色性フィルムを塗布した膜（ダイクロイックフイルム）にて反射される様に設定出来る。その訳は、明暗、各視野の照明光源の波長が一般に異なる為である。そして、残りの暗視野光は空間フィルタ６８T を経てリレーレンズ７０T を通り暗視野光センサー１６T ′に入射する。
【００５１】
前記でこの発明の概念について、明視野と暗視野の各照明源の特定な場合を述べた。即ち、それはサンプルを照射する光は各々独立な明、暗各視野に於ける照明光源を用いておりその結果得られる信号とその検出はそれぞれ独立に行うと云うものであった。一般論を述べると、この発明は以下のａ）、ｂ）及びｃ）の全ての要素を含んで構成する事が出来る。ａ）少なくとも１つの画像探索機構（プローブ）があって、そのプローブは検査するべきサンプルの同一のダイの同一の場所を探索するに当たって、少なくとも２つの独立な光学的応答系を有する様に配備する。もし１つ以上のプローブを使う時は、全てのプローブが検査するべきサンプルの同一のダイの同一の場所を探索する様に配備する。ｂ）各々の光学的応答系を通じて探索作業を行う為に、上述の様に他のダイの同等な位置の画像データと互いに比較する操作を行うが、その為に比較操作を実行して差分信号を発生させる。ｃ）更にに他の光学的応答系についても同じ事を実行して多重（マルチプル）操作を行って同じ原理の基に、パターン欠陥の第１リストを作成する。明暗、各視野を使う方法に関して上で述べ、それを一般化したプロセスに拡張する事をも論じた。さて、得られたパターン欠陥の第１リストに関して以下の様に後処理（ポストプロセッシング）を実施する事が出来る。即ち、表面の既知の虚偽欠陥にこの後処理を実行するべきである。虚偽欠陥は前にも述べた様に「真の」欠陥ではない。従って、最終パターン欠陥リストから除外するべきである。この後処理がそれを可能にする。
【００５２】
前記で引用した図面について行った議論に於て、プローブ数を１つ或いは複数設けて光学的応答の１組或いは多数組を発生させる事が出来る。図１０に於てプローブは単一としている。レーザ７６はサンプルの明暗の両視野像を発生する照明源として使用している。ウェーハ１４を導入し、その他に２つの互いに独立な検出器、１つは暗視野専用の検出器７４、もう１つは明視野専用の検出器８２をもって構成し情報信号系は２チャネルとなるようにしている。図９では、プローブが２つになっている。レーザ１２が２つの互いに別な暗視野系の共通の照明光源になっておりサンプルウェー１４を照射する。別にランプ１０は明視野系の光源になっている。そして２つの互いに独立な検出器１６と１６′があって、明暗の両視野に於けるサンプルからの反射光を受け入れて２チャネルを構成している。図１１は、図９のシステムを拡張して得られたものである。ここではそれぞれ第２の暗視野及び明視野の光源を加えている。結果は４つのプローブとなっている。そして検出器についても明、暗各視野に各１を加えて情報系を計４チャネルとした。
【００５３】
一方、図１２は図９と同様であるが、プローブ数は２つであって明、暗各視野にてそれぞれに照明系を提供している。その他に明視野について透過光の検出器、暗視野については輻射光（反射光）の検出器を備え、合計４チャネルとしている。即ち、明視野で透過光と反射光の２チャネル且つ、暗視野で透過光と反射光の２チャネルである。前記の各々の実例では、光信号の振動数及び位相のずれ（シフト）は発生しない。即ち、プローブから発信する光と検出器に入射する光の間には振動数と位相の差異は無い。起こっている事象は、光信号ビームの分離が全てである。
【００５４】
蛍光は光反応の１つであって、或種の材料では広く知られている現象であり材料が一定の波長帯の光で照射されて起こるものである。材料が（２次的光である）螢光を発している時、その光の振動数（波長）は、１次光、即ちプローブ光に比べて小さくなる（長波長になる）。或種の材料では、欠陥探索に於て、蛍光発生に伴う振動数のシフト（ずれ）を観察する事が有効になる場合がある。発光に於ける螢光の振動数は物質に固有であり良く研究されている。この発明でビーム分割器に使う塗布された２色性フィルム膜（ダイクロイックフイルム）は入射光の振動数に敏感な材料を選択する事が出来るし、検出器もそうする事が可能である。他の有効な手法と共に入射光の振動数に敏感なビーム分割器と検出器をこの発明のシステムに導入する事が出来る。
【００５５】
同じく、プローブからサンプル上の別の検査領域（シリコンウェーハ表面に段差があったりウェーハ上の離れた領域で光の屈折率が異なったりする場合がある）への光路が異る場合反射する照明光は光源との間に位相ズレ（位相差）を生ずる。或種の欠陥に於ては位相差の情報が役立つので１つのチャネルに位相差検出器を導入すると効果的である。干渉計を用いると位相差検出が容易である。又、干渉計はサンプル上のコントラストの差異も検出する事が出来る。干渉計は多種存在する。Mach-Zehnder と Mirau 及び Jamin-Lebedeff 、他に光ビームのひねり原理を利用したもの等々あって全てこの発明に使える。加えるに、前記で位相変化の勾配値を考慮して観察する事が出来る。これには差分法即ち、デファレンシャル(differential)或いは、ノマルスキ(Nomarski)型コントラスト顕微鏡が使える。サンプルの状況に依っては、観察光の位相変化に伴って特にその偏光の状態に変化が表れる事がある。これも欠陥探索上の情報源になる。
【００５６】
例を挙げると、サンプルが２重屈折性を有し、それが観察領域の位置依存性を持つ時に透過光は、その情報を搬送している。同様にサンプルが偏光に敏感な反射特性、或いは散乱特性を有する場合がある。これ等の時、反射するプローブ光はその特性を有している。前記で述べたプローブ光に於ける偏光状態の変動（シフト）は、それをありきたりの機器で検出する事が可能であって、サンプルの検査プロセスに於て新たな情報チャネルを容易に提供してくれる。サンプルに対する照射光を上から或いは下から与えるかに関しては、入射角をも考慮した設計要素から決める事が出来る。焦点共有型（コンフォーカル）照明をプローブ光として使う事が出来る。この時サンプル上のトポグラフィ（表面形状）情報を観察する事が出来て、新たな情報のチャネルを形成する事が出来る。
【００５７】
プローブ光にて欠陥の探索をする際の更に前記とは別の技術について述べよう。その別の技術には未だ発見されていない手法もあるだろう。その１つはパルス型の照射光（プローブ光のパルス形状を選択する、即ちそのオン--オフ操作にてパルスのパターンを作る）を使って時間的に変動する情報を観察するテクニックである。上述の時間変動するダイナミック信号は、検出情報の整理編集、或いはマルチプレックス（多重）情報の整理編集に使って、欠陥情報の検出プロセスをより簡単にする事が出来よう。その様なダイナミック信号に見られる時間的ずれ（時間的遅れ）を観察してサンプル表面のトポグラフィー特性を検出する事が出来る。商品化されたカメラの中には同一筐体内に収められた複数のセンサーを備えたものがある。ＲＧＢ（赤緑青）の各カラー要素を備えたカメラは１例であって３つの独立なＣＣＤ（電荷結合デバイス）を１カメラ筐体内に備えている。そのようなカメラを使うと３つの独立なＣＣＤセンサーの光軸の位置合わせを、一回の調整で自動的に行う事が出来る。各センサーはこのようなカメラに於ては個別センサーであって個別の信号処理機構を有している。この発明の各実施の形態に於て複数のプローブ機構は各々サンプルの同一点を狙う様に位置合わせをする事が絶対に必要である。当然、検出機構に於ても同様な位置合わせをする事が絶対に必要であって、画像捕獲に際しての画像サイズも各々同じでなければならない。
【００５８】
以上この発明の種々の操作モードに関して記述してきた。その内容は検査の継続作業をするに当たっての模範例に依る代表的な設定と技術の実例とその詳細である。専門家が本明細書を図面を参照して精読した場合、この発明を応用した変形例がすぐに思い付くと思われる。それ故に、本明細書に記述されている請求範囲はその修正、応用及び変形例を全て含むと考えなくてはならない。要はこの発明に基づく技術の真の精神と展望を踏まえて請求範囲を適正に広く解釈するべきである。
【００５９】
【発明の効果】
以上、この発明によれば、第１パターンに於ける第１と第２応答を検出しその結果を各々対応する第２パターンのそれぞれの同じ検査点からの２つの応答との間でそれぞれ比較処理を実施し、その結果として応答の第１と第２の差分信号が形成される。これら個別に作られた差分信号は、まとめてデータ処理が施され、一元的な第１パターンの欠陥リストが生成される。第１パターン欠陥リストにはその後データ処理を実行する。そして、既知で無害なサンプル表面に見られる虚偽欠陥を抽出してそれが排除される。更に、多様な検査探索を追加して、検査応答を増やして、サンプルから２つ以上の光学応答を得て処理する様にすることができる。これにより検査精度は更に向上する。その上、透過性サンプルに於ては、光電検出器をその後方に設置して透過光に依る検査応答を収集し前記のパターン欠陥リストの精度をもっと向上させる様にする事が出来てサンプル内部に埋もれた欠陥を探索する様にする事も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】先行検査技術に於ける単一チャネル応答方式に依る光学検査システムであり、順次に明視野と暗視野にて、ウェーハの欠陥検査をする光学検査システムのブロック図。
【図２】図２（ａ）は、先行検査技術に於ける明視野を用いた検査の結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフで、図２（ｂ）は、先行検査技術に於ける明視野を用いた検査の結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフで、図２（ｃ）は、先行技術に於けるドーム照明系を用いた検査の結果を示し、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフ。
【図３】先行検査技術に於けるウェーハ検査で、明視野での信号データの段階差数を横軸に、又暗視野での信号データの段階差数を縦軸に結果であり、しきい値が決められ、その値を越える信号強度をもつものを欠陥と分類するグラフ。
【図４】先行検査技術に於ける光学検査システムであって、互いに独立な２つの信号処理系（プロセッサチャネル）でもって明視野と暗視野に於て、ウェーハの欠陥検査をするシステムのブロック図。
【図５】この発明に於ける自動光学検査システムであり、明視野と暗視野を統合する為に同一プロセッサチャネルにそれぞれ入力し、ウェーハの欠陥検査をするシステムのブロック図。
【図６】図５で示した自動光学検査システムに於ける欠陥検出器を詳しく示した図。
【図７】明視野に於ける段階差数を横軸に、暗視野の段階差数を縦軸に真性欠陥、虚偽欠陥並びに雑音の関係をプロットしたグラフ。
【図８】図３と図７を組合わせてプロットする事に依り先行技術に於ては、その明視野及び暗視野のしきい値を示す各線分がどのように実際とかけ離れているかを示すグラフ。
【図９】この発明に於ける第１の実施の形態であり、明視野と暗視野に於て別々の照明系を使用する原理を単純かして示す模式図。
【図１０】この発明に於ける第２の実施の形態をであり、明視野と暗視野に於て単一の同じ照明系を使用する原理を単純かして示す模式図。
【図１１】この発明に於ける第３の実施の形態であり、図９と一部が類似しており、明視野に於て２つの照明系と２つの検出器サブシステムと、同じく暗視野に於て２つの照明系と２つの検出器サブシステムとを保有するシステムの模式図。
【図１２】この発明に於ける第４の実施の形態であり、透明なサンプルで光が透過する場合であって、明視野と暗視野に於て別々の照明系を使用するシステムの模式図。
【符号の説明】
１０…明視野照明器
１２…暗視野照明器
１４…サンプルウェーハ
１６…センサー
１８…入力バッファ
２０…遅延回路
２２…欠陥検出器
２４…後処理プロセッサ
２６…明視野欠陥リスト
２８…暗視野欠陥リスト
３０…信号の取り得る値
３２…信号の取り得る値
３４…しきい値を示す線分
３６…信号の取り得る値
３８…信号の取り得る値
４０…しきい値を示す線分
４２…後処理プロセッサ
４４…パターン欠陥
４６…ゴミ粒子欠陥
４８…欠陥
５０…グレインの塊
５２…プロセス変動に依る虚偽欠陥
５４…システム雑音
５６…表面コントラスト変動に依る虚偽欠陥
６０…レンズ
６２…レンズ
６４…ビーム分割器
６６…ビーム分割器
６８…空間フィルタ
７０…リレーレンズ
７２…コンデンサレンズ
７３…ビーム分割器
７４…暗視野像検出器
７６…レーザ
７８…コンデンサレンズ
８０…ビーム分割器
８２…明視野像検出器
９０…フィルタ
９２…フィルタ
９４…減算器
９６…ヒストグラム回路
９８…欠陥決定アルゴリズム
Claims (34)
- サンプル上の第１パターンに存在する欠陥を同じサンプル上の同一デザインで作られた第２パターンの既知の暗明、両視野に於ける反射像を参照して探索する方法であって、
ａ）前記第１パターンの同一点を明視野光源と暗視野光源にてそれぞれ照明するステップと、
ｂ）前記第１パターンから反射して得られる暗視野反射像を検出するステップと、
ｃ）前記第１パターンから反射して得られる明視野反射像を検出するステップと、
ｄ）前記ステップ ｂ）で得た暗視野反射像を前記第２パターンの同一点に於てその暗視野反射像と比較して両画像の差分信号を生成するステップと、
ｅ）前記ステップ ｃ）で得た明視野反射像を前記第２パターンの明視野反射像と比較して両画像の差分信号を形成するステップと、
ｆ）前記ステップ ｄ）と ｅ）で得られた暗明の両視野に於ける反射像の差分信号をデータ処理して一元的に第１パターンの１つの欠陥リストを決定するステップとを具備し
前記暗明の両視野に於ける反射像の差分信号をデータ処理するステップは
１）前記暗明の両視野の差分信号に基づき２次元ヒストグラムを生成するステップと、
２）前記サンプルのプロセスまたは表面変動に関連する前記２次元ヒストグラム内の領域を特定するステップと、そして
３）かかる領域を２次元ヒストグラムを表すデータの組合わせから除外するステップと、そして
４）データの組合わせの残りからのデータに基づき、そして前記２次元ヒストグラムの除外された領域からのデータには基づかず、前記パターンの欠陥リストを決定するステップを含む
ことを特徴とする自動的欠陥検査方法。 - 前記自動的欠陥検査方法は、
ｇ）前記ステップ ｆ）で得た第１パターン欠陥リストのデータに後処理を追って加え、リスト中の無害な虚偽欠陥を見出し且つその虚偽欠陥データを排除するステップを具備することを特徴とする請求項１記載の自動的欠陥検査方法。 - 前記ステップａ）の照明光源が各々独立した暗視野照明光源と明視野照明光源でもって構成するようにして成ることを特徴とする請求項１記載の自動的欠陥検査方法。
- 独立して成る前記暗明、各視野の光源の光はその振動数が互いに異るように構成して成ることを特徴とする請求項３記載の自動的欠陥検査方法。
- 前記暗視野光源は、狭帯域光の照明を供与するように配置し且つ前記ステップｂ）は、
ｈ）前記暗視野像の光ビームが空間フィルタを経由する事に依って欠陥探索能力を強化するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の自動的欠陥検査方法。 - 前記サンプルは光学的に透明であり、前記第２パターンの既知の暗明、両視野に於ける透過像を参照し、
前記方法は、
ｉ）第１パターンの暗視野透過像を検出するステップと、
ｊ）第１パターンの明視野透過像を検出するステップと、
ｋ）前記ステップｉ）で得た暗視野透過像を前記第２パターンの同一点に於て暗視野透過像と比較して両画像の差分信号を形成するステップと、
ｌ）前記ステップｊ）で得た明視野透過像を前記第２パターンの同一点に於て明視野透過像と比較して両画像の差分信号を形成するステップと
を具備し、
前記ステップｆ）は、前記ステップｋ）とｌ）で得られた暗視野と明視野での両透過像に関する差分信号に加え、前記ステップｄ）とｅ）それぞれで得られた暗視野と明視野での両反射像に関する差分信号をデータ処理して、一元的に第１パターンの欠陥リストを決定するステップを含む
ことを特徴とする請求項１記載の自動的欠陥検査方法。 - 前記自動的欠陥検査方法は、ｍ）ステップｆ）で得られる前記第１パターンの欠陥リストのデータに後処理を施し、その性格が既知である表面の虚偽欠陥を探索するステップを具備することを特徴とする請求項６記載の自動的欠陥検査方法。
- 前記ステップ a）は、各々独立した暗視野及び明視野照明光源を供与するようにして成ることを特徴とする請求項６記載の自動的欠陥検査方法。
- 前記各々独立した暗明、各視野の照明は互いに異る振動数の光源で構成するようにして成ることを特徴とする請求項８記載の自動的欠陥検査方法。
- 前記暗視野の照明光源は狭帯域光を発光するように配置され、
前記ステップｂ）は、
ｎ）暗視野反射像の光ビームが空間フィルタを経由する事に依って欠陥探索能力を強化するようにするステップと、
ｏ）暗視野透過像の光ビームが空間フィルタを経由する事に依って欠陥探索能力を強化するようにするステップとを含んで成ることを特徴とする請求項９記載の自動的欠陥検査方法。 - 前記サンプル上の第２パターンは、各々振動数の異なる複数の光を発光する暗視野光源に基づく既知の反射画像を参照画像として設定され、
前記ステップａ）は、互いに異る振動数の多重チャネルの光源に基づく暗視野の設定に依ってサンプルの同一観察点を照明し、
前記ステップｂ）は、前記多重チャネルの各々にて、その第１パターンの同じ観察点を照射して得られる反射像をそれぞれ別々に検出し、
前記ステップｄ）は、それ等のステップｂ）で得られる多重反射像を既知である第２パターンの参照画像と比較し、暗視野に於ける両反射画像の差分信号を生成することを特徴とする請求項１記載の自動的欠陥検査方法。 - 前記サンプル上の第２のパターンは、各々振動数の異なる複数の光を発光する明視野光源に基づく既知の反射画像を参照画像として設定され、
前記ステップａ）は、互いに異る振動数の多重チャネルの光源に基づく明視野の設定に依ってサンプルの同一観察点を照明し、
前記ステップｃ）は、前記多重チャネルの各々にて、その第１パターンの同じ観察点を照射して得られる反射像をそれぞれ別々に検出し、
前記ステップｅ）は、それ等の前記ステップｃ）で得られる多重反射像を前記で述べた既知の第２のパターンの参照画像と比較し, 明視野に於ける両反射画像の差分信号を生成することを特徴とする請求項１記載の自動的欠陥検査方法。 - サンプル上の第１パターンに存在する欠陥を同じサンプル上の同一デザインで作られた第２パターンの既知の暗明、両視野に於ける反射像を参照して探索する自動的欠陥検出装置であって、
前記第１パターンの同一点を照射する暗視野及び明視野照明系と、
暗視野に於ける第１パターンの反射像を検出する為の暗視野像検出器と、
明視野に於ける第１パターンの反射像を検出する為の明視野像検出器と、
前記暗視野像検出器と結合し第２パターンの暗視野に於ける反射像と比較して暗視野差分信号を形成する暗視野比較器と、
前記明視野像検出器と結合し第２パターンの明視野に於ける反射像と比較して明視野差分信号を形成する明視野比較器と、
前記の暗明、各視野のそれぞれの比較器と結合し、その暗明、両差分信号をデータ処理して一元的に第１パターンの欠陥リストを形成するデータプロセッサとを具備し
前記暗明、両差分信号をデータ処理することは、
１）前記暗明の両視野の差分信号に基づき２次元ヒストグラムを生成するステップと、
２）前記サンプルのプロセスまたは表面変動に関連する前記２次元ヒストグラム内の領域を特定するステップと、そして
３）かかる領域を２次元ヒストグラムを表すデータの組合わせから除外するステップと、そして
４）データの組合わせの残りからのデータに基づき、そして前記２次元ヒストグラムの除外された領域からのデータには基づかず、前記第１パターンの欠陥リストを決定するステップを含む、
ことを特徴とする自動的欠陥検査装置。 - 前記自動的欠陥検査装置は、前記データプロセッサと結合し、前記第１パターンの前記欠陥リストを後処理させる事に依り、その中の既知であって無害な虚偽欠陥のみを選別し且つ排除する後処理プロセッサを具備することを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野及び明視野照明系は、暗視野照明サブシステムと明視野照明サブシステムとを含むことを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野及び明視野照明サブシステムは、互いに異る振動数の光を発光することを特徴とする請求項１５記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野及び明視野照明サブシステムは狭帯域照明光を供与し、
前記暗視野像の検出器は空間フィルタを包含し且つ暗視野反射光を通過せしめて、欠陥検出能力を強化することを特徴とする請求項１６記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記サンプルは透明であって、前記第２パターンの暗明、各視野に於ける既知の透過像を参照し、
前記自動的欠陥検査装置は、
前記第１パターンから得られる暗視野透過像を検出する為の暗視野透過光検出器と、
明視野透過像を検出する為の明視野透過光検出器と、
前記暗視野透過光検出器に結合して、第１パターンと第２パターンの同じ観測点に関する暗視野透過光信号を互いに比較して差分信号を発生せしむる暗視野透過光信号比較器と、
前記明視野透過光検出器に結合して、第１パターンと第２パターンの同じ観測点に関する明視野透過光信号を互いに比較して差分信号を発生せしむる明視野透過光信号比較器とを有し
前記プロセッサは、前記の暗明、各視野のそれぞれの透過光信号比較器と結合し、その暗明、両差分信号をデータ処理して一元的に第１パターンの欠陥リストを形成することを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記自動的欠陥検査装置は、前記データプロセッサと結合され、第１欠陥リストを受けて既知の無害な虚偽欠陥のデータのみを選別して排除する後処理プロセッサを具備することを特徴とする請求項１８記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野及び明視野照明システムは、暗視野照明サブシステムと明視野照明サブシステムとを含むことを特徴とする請求項１８記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野及び明視野照明サブシステムは、互いに異る振動数の光を発光することを特徴とする請求項２０記載の自動的欠陥検査装置。
- 前記暗視野照明サブシステムは、 狭帯域照明光を供与し、
前記暗視野反射像検出器は第１の空間フィルタを有しており暗視野反射光を通過せしめて検出能力を強化し、
前記暗視野透過像検出器は第２の空間フィルタを有しており暗視野透過光を通過せしめて検出能力を強化することを特徴とする請求項２１記載の自動的欠陥検査装置。 - 互いに振動数が異る照明系でもって同一観察点に関して、前記第２パターンは既知の暗視野反射像を複数参照されるよう配備され、
前記暗視野及び明視野照明系は互いに振動数が異る照明系でもってサンプルの同一観察点を照射するように設定され、
前記暗視野像検出器は複数の別々の検出器で構成され、多重光源に基づく第１パターンの暗視野反射像をそれぞれ検出するように設定され、
前記暗視野比較器はその各暗視野像検出器と結合し、それ等複数の第１パターンの暗視野反射像と各々第２パターンの暗視野反射像を比較して、それ等の差分信号を形成することを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。 - 互いに振動数が異る照明系でもって同一観察点に関して、前記第２パターンは既知の明視野反射像を複数参照されるように配備され、
前記暗視野及び明視野照明系は互いに振動数が異る照明系でもってサンプルの同一観察点を照射するように設定され、
前記明視野像検出器は複数の別々の検出器で構成され、多重光源に基づく第１パターンの明視野反射像をそれぞれ検出するように配備され、
前記明視野比較器はその各明視野像検出器と結合し、得られたそれ等複数の明視野反射像と各々第２パターンの明視野反射像を比較して、それ等の差分信号を形成することを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記暗視野及び明視野照明系は、
単一のレーザ照明光源と、
前記レーザ光源から一方向に進行する照明光を受けて、それを反射するように設置したビーム分割器と、
その光線をサンプル上の観察点に導く為のコンデンサレンズと
を含み、
前記暗視野像検出器は、サンプルからの反射光を受けるべく低い仰角で設置され、
前記明視野光検出器は、サンプルから反射した後、前記コンデンサレンズとビーム分割器を経由して入射してくる明視野像を受けるべく観察点に対面して設置されることを特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記暗視野及び明視野照明系は、
一定振動数の狭帯域レーザでもって構成し暗視野照明系を供与する為にサンプルに対してこれを低い仰角に設置する狭帯域レーザ光源と、
水銀アークランプと、
前記水銀アークランプからの光線を通す第１コンデンサレンズと、
前記第１コンデンサレンズを経由する光線を一方向に反射するべく設置した第１ビーム分割器と、
サンプル上の暗視野照明と共通の観察点に第１ビーム分割器からの明視野光線を導く第２コンデンサレンズ
とを含み、
前記暗視野像検出器は、
サンプルからの反射光を第２コンデンサレンズと第１ビーム分割器経由で受けるように配備して第２ビーム分割器であって、特に選んで２色性ダイクロイックフイルムを塗布する事に依って、他の光は全て通過させるが但し前記レーザから発する暗視野照明光のみを反射するようにする為にその配置に関してはその設定角度を第２コンデンサレンズと第１ビーム分割器の位置関係と相互調整して設置された第２ビーム分割器と、
前記第２ビーム分割器から反射してくる暗視野像の光の焦点を合わせる機能を持たせる第３のレンズと、
前記暗視野反射像を検出する暗視野検出器と、
第２コンデンサレンズ、第１及び第２ビーム分割器と同一線上にしかも第２ビーム分割器の後方に設けられ、残った明視野反射像を搬送する光線、即ち第２ビーム分割器を通過して来る光線、を受けて絞り込むように配備された第４レンズと、
前記明視野反射像を受ける為にその第４レンズの後方に設置しそれと光学的に結合する明視野光検出器と
を含むこと特徴とする請求項１３記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記サンプルは透明であり、
前記自動的欠陥検査装置は、
前記サンプルに光を透過させる場合、サンプルからの暗視野透過像を受ける為にサンプル面に対して低い仰角で設置する暗視野透過光検出器と、
サンプルの後面に配置して明視野透過像を受ける為の明視野透過光検出器とを具備することを特徴とする請求項２５記載の自動的欠陥検査装置。 - 前記サンプルは透明であり、光が透過されるように配備され、
前記自動的欠陥検査装置は、
透過光を拡大させる為にそれをサンプル後方に配備された第５コンデンサレンズと、
暗視野透過光像検出器と、
明視野透過光像検出器と
を具備し、
前記暗視野透過光像検出器は、
第５コンデンサレンズの後方に設置された第３ビーム分割器であって、サンプルからの透過光を受けて、その反射面は２色性ダイクロイックフイルムで構成して暗視野透過光のみを選択的に反射するように設定し、一方他の光線は全て通過させるように配備し、前記第２のビーム分割器はこの暗視野透過光を第５コンデンサレンズが定義する光路とは別の向きに入射光を反射する様に設定された、前記第３ビーム分割器と、
第３ビーム分割器から反射する暗視野透過光を絞ってその焦点に集める様に設定された第６レンズと、
暗視野透過像を受光するように設けられた暗視野透過光検出器とを含み、
前記明視野透過像検出器は、
第７レンズであって、それを前記第３ビーム分割器の後方に設置し第５コンデンサレンズと一線上に並ぶ様にして、残りの全ての光線、即ち、第３ビーム分割器が受けた明視野透過光、を絞り込む様に配備された第７レンズと、
前記第７レンズのすぐ後方に設定され、サンプルからの明視野透過像を受光する明視野透過光検出器とを含むことを特徴とする請求項２６記載の自動的欠陥検査装置。 - サンプル上の第１パターンに存在する欠陥を探索するに際して、同一デザインで作られた同じサンプル上の第２のパターンとを比較する方法であって、前記第２のパターンは、少なくとも一回の探索で既知の第１及び第２の応答を有する自動的欠陥検査方法において、
ａ）サンプルの第１パターンの対応する少なくとも２つの同一点に関して検査探索を実施し少なくとも２つの応答を得るステップと、
ｂ）前記第１パターンのその第１応答を検出器にて処理するステップと、
ｃ）前記第１パターンのその第２応答を検出器にて処理するステップと、
ｄ）前記ステップｂ）の第１応答と第２パターンの同一点に於ける第１応答とを比較してそれ等の差分信号を生成するステップと、
ｅ）前記ステップｃ）の第２応答と第２パターンの同一点に於ける第２応答とを比較してそれ等の差分信号を生成するステップと
ｆ）前記第１応答に於ける差分信号と第２応答の差分信号の２つをデータ処理して一元的に第１のパターンの欠陥リストを決定するステップとを具備し、
なお、前記第１応答に於ける差分信号と第２応答の差分信号の２つをデータ処理するステップは
１）前記第１応答に於ける差分信号と第２応答の差分信号に基づき２次元ヒストグラムを生成するステップと、
２）前記サンプルのプロセスまたは表面変動に関連する前記２次元ヒストグラム内の領域を特定するステップと、そして
３）かかる領域を２次元ヒストグラムを表すデータの組合わせから除外するステップと、そして
４）データの組合わせの残りからのデータに基づき、そして前記２次元ヒストグラムの除外された領域からのデータには基づかず、前記第１のパターンの欠陥リストを決定す るステップを含む、
ことを特徴とする自動的欠陥検査方法。 - サンプル上の第１パターンに存在する欠陥を探索する目的で、同一デザインで作られた同じサンプル上の第２パターンの同一観測点を比較し、第２パターンは、少なくとも一回の探索で既知の第１及び第２の応答を発生するように配備された自動的欠陥検査装置において、
前記サンプル上の第１パターンの観測点を観測探索し少なくとも２つの応答を得る少なくとも１の画像探索機構と、
第１応答を検出する第１応答検出器と、
第２応答を検出する第２応答検出器と、
第１応答検出器と結合され、第１応答検出器の出力と第２パターンでの第１応答の出力を比較する事に依って応答の第１差分信号を生成する第１比較器と、
第２応答検出器と結合され、第２応答検出器の出力と第２パターンでの第２応答の出力を比較する事に依って応答の第２差分信号を生成する第２比較器と、
前記第１第２比較器と結合され、第１及び第２差分信号を処理して、第１パターンの１つの欠陥リストを一元的に決定するプロセッサとを具備し、
なお、前記第１及び第２差分信号を処理することは、
１）前記第１及び第２差分信号に基づき２次元ヒストグラムを生成するステップと、
２）前記サンプルのプロセスまたは表面変動に関連する前記２次元ヒストグラム内の領域を特定するステップと、そして
３）かかる領域を２次元ヒストグラムを表すデータの組合わせから除外するステップと、そして
４）データの組合わせの残りからのデータに基づき、そして前記２次元ヒストグラムの除外された領域からのデータには基づかず、前記パターンの欠陥リストを決定するステップを含む、
ことを特徴とする自動的欠陥検査装置。 - 前記２次元ヒストグラムは前記差分信号を最初にしきい値処理すること無しに実質的に生成される請求項１記載の方法。
- ２チャネルより大きいものから導かれるデータに基づき２次元より大きいヒストグラムを生成し、そして前記サンプルのプロセスまたは表面変動に関連する領域を除外するために前記ヒストグラムを処理することをさらに含む請求項１記載の方法。
- 前記除外された領域は前記暗視野および明視野双方の差分信号の複合関数を表す請求項１記載の方法。
- 前記明視野反射像は時間遅延集積（ＴＤＩ）センサを使用して検出される請求項１記載の方法。
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