JPH0989794A - 外観検査方法および装置ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップ比較とセル比較を併用する半導体ウェ
ハの外観検査装置においてセル部の判定を準備作業無し
で検査中に自動的に行う。 【解決手段】 照明系１１の照明光９１にて照明される
Ｘステージ３１上のウェハ２０から発生し、対物レンズ
１３によって捕捉された反射光９２の一部を、パターン
像検出用のセンサ４１の手前でビームスプリッタ１４に
より分岐し、分岐側の光路上に瞳結像レンズ１５と視野
絞り１６および瞳光強度分布検出用のセンサ４２を配置
して対物レンズ瞳１３１の画像を検出してセル部判定回
路５５へ送り、正反射光９２０のピークと、当該正反射
光９２０のピーク位置と１次回折光９２１のピーク位置
の間の信号レベルのと比が閾値よりも小さい時にセル部
と判定して判定結果を比較方式選択回路５３へ出力し、
セル比較処理回路５２、チップ比較処理回路５１の欠陥
の検査結果のいずれかを選択し、コンソール５４へ出力
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、外観検査技術およ
び半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置の製
造プロセスにおいて、チップ同士を比較するチップ比較
方式とセル部同士を比較するセル比較方式を併用する外
観検査技術に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体製造工程におけるウェ
ハプロセスで発生する異物、ショート、断線等の欠陥は
従来より画像処理を応用した外観検査装置により自動的
に検査されている。このような外観検査技術としては、
たとえば、ウェハ上に格子状に配列されるように反復形
成された複数の素子形成領域（チップ）のうちの隣接す
る二つの素子形成領域の対応する画像の差分を求めて異
物の有無を判定する方法が知られている。二つの素子形
成領域の差分画像から欠陥を検出するこの方法はチップ
比較と呼ばれ、後述するセル比較と異なり、回路パター
ンに依存しないで欠陥を検出することができるが、反
面、比較する画像が１チップ分離れているので、露光装
置のアライメント誤差によるチップ間の形状差異、ある
いは中間膜厚の差異による微妙な濃淡差等、欠陥とはな
らないチップ間の差異を欠陥として検出してしまう（以
下これを虚報と呼ぶ）。このため、濃淡しきい値をこれ
らの差異を検出しない値まで上げなければならず、結果
として形状または濃淡差異と同等の微細な欠陥を検出す
ることはできない。

【０００３】一方、個々の素子形成領域毎に当該素子形
成領域内に規則的に形成された複数の繰り返しパターン
を相互に比較して欠陥の有無を判定するものがセル比較
である。すなわち、ＤＲＡＭ等の半導体ＩＣチップは、
通常、繰り返しパターンからなるセル部とそれ以外の周
辺回路部からなる。ここでは、セル部の間にあるセンス
アンプの領域もセルピッチとは異なる繰り返しピッチで
あるので周辺回路と呼ぶことにする。セル比較では同一
チップ内のセル部の画像を比較し、差分画像を求めるこ
とにより欠陥検出を行う。セル部のパターンは、通常、
同一パターンの繰り返しによって構成されているので、
セルパターン画像とセルピッチまたはセルピッチの整数
倍離れた他のセルパターン画像の差分を取ることによっ
て差画像を得、前述のチップ比較と同様に適当なしきい
値により欠陥の有無を判定する。

【０００４】このセル比較では比較する画像間の距離が
小さいのでパターン形状の類似性が高く、チップ比較で
述べたような微妙な差異も無いため、虚報を恐れること
なくしきい値を低く設定できる。この結果チップ比較に
対してより微細な欠陥を検出することができる。しか
し、このセル比較は繰り返しパターンの存在する領域で
しか使えない。

【０００５】このため、たとえば、特開平３−２３２２
５０号公報に開示された技術では、チップ比較を実行す
る信号処理系と、セル比較を実行する信号処理系を並列
に動作させ、周辺回路部では比較的パターンが粗いので
チップ比較を、パターンの細かいセル部ではセル比較
を、というように領域に応じてチップ比較とセル比較を
使い分けようとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
に、チップ比較とセル比較を使い分けようとする場合、
検査中の領域がセル領域なのか、それ以外の領域なのか
を判定する必要があり、前述の従来技術では、このため
にセル部／周辺回路部境界の座標データの入力を制御系
の計算機を介して個別にマニュアルで入力する必要があ
る。

【０００７】しかし、セル領域はチップ内で多数に分断
されているため、座標データの入力作業は時間がかか
り、場合によっては１時間以上要する場合もあり、検査
工程の所要時間が必要以上に長くなり、ひいては半導体
装置の製造プロセスのスループット低下の一因となる、
という問題がある。

【０００８】特に、ＡＳＩＣ等のように、品種毎にセル
部のレイアウトが異なるような製品の検査を行う場合、
各チップ毎に座標データの入力を行う必要があり、検査
前の準備作業は一層煩雑かつ長時間を必要とするように
なる。

【０００９】なお、前記座標データとして設計データ等
を用いることも考えられるが、前述のチップ比較のとこ
ろでも説明したように、実際のパターンの位置関係は、
ホトリソグラフィ等における重ね合わせ誤差等の累積に
よって必ずしも、設計データには一致せず、たとえばセ
ル部／周辺回路部境界等において虚報が多発することが
懸念され、実用的ではない。

【００１０】本発明の目的は、煩雑な準備作業を必要と
することなく、チップ比較方式とセル比較方式を併用す
る外観検査を迅速に行うことが可能な外観検査技術を提
供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、被検査パターンの実
測寸法に基づいて、より正確な外観検査を行うことが可
能な外観検査技術を提供することにある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、半導体装置の
製造プロセスにおけるスループットを向上させることが
可能な半導体装置の製造技術を提供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１５】すなわち、本発明の外観検査方法は、一主
面に複数の素子形成領域が規則的に配列され、個々の素
子形成領域内の少なくとも一部には繰り返しパターンが
形成された半導体ウェハの外観検査方法において、観察
光学系のフーリエ変換面で検出される光強度分布に基づ
いて繰り返しパターンが存在する第１の領域とそれ以外
の第２の領域とを実時間で弁別し、第１の領域では同一
の素子形成領域内の繰り返しパターン同士を比較する第
１の検査方法を実行し、第２の領域では、異なる素子形
成領域同士を比較する第２の検査方法を実行するもので
ある。

【００１６】また、フーリエ変換面における光強度分布
内の正反射光ピーク位置と１次回折光ピーク位置の中間
位置における検出レベルと正反射光ピークレベルの比が
予め設定されたしきい値より小さい場合、あるいは、フ
ーリエ変換面における光強度分布内の正反射光ピークレ
ベルと１次回折光ピークレベルの比が予め設定されたし
きい値より大きい場合、に繰り返しパターンが存在する
第１の領域と判定するものである。

【００１７】また、フーリエ変換面上の光強度分布にお
ける正反射光ピークと１次回折光ピークの距離から繰り
返しパターンのピッチを測定し、第１の検査方法の実行
時には、測定されたピッチを用いて繰り返しパターン同
士を比較するものである。

【００１８】また、本発明の外観検査装置は、一主面に
複数の素子形成領域が規則的に配列され、個々の素子形
成領域内の少なくとも一部には繰り返しパターンが形成
された半導体ウェハの外観検査装置において、半導体ウ
ェハの被検査パターンを照明する第１の照明手段と、第
１の照明手段によって照明された被検査パターンから発
生する検査光を取り込む対物レンズと、検査光を用い、
同一の素子形成領域内の繰り返しパターン同士を比較す
ることによって欠陥の有無を検査する第１の検査手段
と、検査光を用い、異なる素子形成領域同士を比較する
ことによって欠陥の有無を検査する第２の検査手段と、
検査光を分岐する検査光分岐手段と、分岐された検査光
の光路上に配置され、対物レンズの瞳を結像する瞳結像
手段と、瞳上の光強度分布を検出する瞳上光強度分布検
出手段と、瞳上の光強度分布から被検査パターンが繰り
返しパターンを含むか否かを判定する判定手段と、判定
手段によって被検査パターンが繰り返しパターンを含む
と判定された場合には第１の検査手段を選択し、被検査
パターンが繰り返しパターンを含まないと判定された場
合には第２の検査手段を選択する選択手段とを含む構成
としたものである。

【００１９】また、前述の判定手段は、瞳上における光
強度分布内の正反射光ピーク位置と１次回折光ピーク位
置の中間位置における検出レベルと正反射光ピークレベ
ルの比が予め設定されたしきい値より小さいとき、ある
いはフーリエ変換面における光強度分布内の正反射光ピ
ークレベルと１次回折光ピークレベルの比が予め設定さ
れたしきい値より大きいときに、被検査パターンに繰り
返しパターンが存在すると判定することができる。

【００２０】また、検査光分岐手段と瞳上光強度分布検
出手段の間における被検査パターンとの共役位置に、当
該被検査パターンからの反射光の通過を制限する視野絞
りを備えたものである。また、第１の照明手段による第
１の照明光とは波長が異なる第２の照明光によって被検
査パターンを照明する第２の照明手段を備え、検査光分
岐手段は、第１の照明光を透過させ、第２の照明光を選
択的に反射する波長分離ミラーからなる構成とすること
ができる。また、第２の照明手段は、第２の照明光によ
って被検査パターンを斜め方向から直接的に照明する構
成とすることができる。

【００２１】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体ウェハの一主面に複数の素子形成領域を規則的に
配列し、個々の素子形成領域内に所望の構造の半導体装
置を形成する半導体装置の製造方法において、個々の素
子形成領域における欠陥の有無を、上述の外観検査方法
または外観検査装置を用いて実行するものである。

【００２２】すなわち、半導体ウェハの素子形成領域に
おいて、セル部は繰り返しパターンで構成されており、
光学的には回折格子と同様な性質をもつ。このため、セ
ル部に平行光を照射した場合、その反射光は特定方向に
強い分布をもつ回折光を発生する。この回折光の有無を
検知すれば、セル部と周辺部の区別を瞬時に行うことが
できる。本発明では、たとえば、照明される半導体ウェ
ハから発生する検査光の一部を取り出して、対物レンズ
の瞳面の画像を検出し、この画像における光強度分布内
の正反射光ピーク位置と１次回折光ピーク位置の中間位
置における検出レベルと正反射光ピークレベルの比が予
め設定されたしきい値より小さいとき、あるいはフーリ
エ変換面における光強度分布内の正反射光ピークレベル
と１次回折光ピークレベルの比が予め設定されたしきい
値より大きいときに、被検査パターンに繰り返しパター
ンが存在すると判定し、この判定結果に応じて、セル比
較方式とチップ比較方式を自動的に切り換える。

【００２３】これにより、セル領域を予め登録する等の
煩雑で長時間を必要とする準備作業なしに、どのような
構成の半導体装置を検査する時にもセル比較方式とチッ
プ比較方式の切り換えを瞬時に行うことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。

【００２５】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態である外観検査方法が実施される外観検査装置の
構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態
における外観検査装置の構成の一例を示す斜視図、図３
は、その作用の一例を示す線図、図４は、その作用の一
例を示す概念図、図５は、その一部の構成の一例を示す
概念図、図６は、その作用の一例を示す概念図、図７
は、その作用の一例を示す線図、図８は、その作用の一
例を示すフローチャートである。

【００２６】まず、図１および図２を用いて本実施の形
態の外観検査装置の構成を説明する。ウェハ２０が載置
されるＸステージ３１には、Ｘステージ駆動部３２が設
けられ、図１の左右方向にＸステージ３１を移動させる
動作を行う。Ｘステージ３１の側面には測長スケール３
３が設けられており、Ｘステージ３１や、当該Ｘステー
ジ３１に載置されたウェハ２０の座標位置が精密に測定
され、コンソール５４に入力され、たとえば、Ｘステー
ジ３１の移動動作の制御や、ウェハ２０における欠陥の
位置座標の記録等に用いられる。

【００２７】なお、図１および図２には図示してないが
Ｘステージ３１の下にチップの比較方向（Ｘ方向）と垂
直方向に移動するＹステージおよびＹ方向の測長スケー
ルが存在し、セル部のＹ方向の境界座標によるセル／周
辺回路の切り換えも可能となっている。

【００２８】一方、照明系１１内にはたとえば、Ｘｅま
たはＸｅ−Ｈｇランプが実装されており、照明系１１よ
り出射した照明光９１はハーフミラー１２を介し、対物
レンズ１３の対物レンズ瞳１３１上に集光され、Ｘステ
ージ３１に載置されたウェハ２０を平行光で照明する。
ウェハ２０の反射光９２は対物レンズ１３を介し、ハー
フミラー１２、ビームスプリッタ１４を透過し、センサ
４１上に結像される。センサ４１には、チップ比較処理
回路５１とセル比較処理回路５２が接続されている。

【００２９】チップ比較処理回路５１では、チップ比較
により欠陥の有無の検査を行う。セル比較処理回路５２
では、個々のチップ内のセル部間の比較により欠陥の有
無の検査を行う。

【００３０】図１２により、本実施の形態における欠陥
検出方法であるチップ比較（第２の検査方法）とセル比
較（第１の検査方法）について説明する。ウェハ２０上
の隣接するチップ２１およびチップ２２はＸステージ３
１を走査することにより、センサ４１により、画像５１
１および画像５１２として撮像され、チップ比較処理回
路５１に記憶される。チップ比較処理回路５１は画像５
１１および画像５１２の相対的な位置合わせを行った
後、画像５１１から画像５１２を引く減算を行い、差画
像５１３を得、これに適当な濃淡しきい値を適用して欠
陥の有無を判別する。隣接するチップ２１およびチップ
２２の対応する画像から欠陥を検出するこの方法は回路
パターンに依存しないで欠陥を検出することができる
が、反面、比較する画像が１チップ分離れているので、
露光装置のアライメント誤差によるチップ間の形状差
異、あるいは中間膜厚の差異による微妙な濃淡差等、欠
陥とはならないチップ間の差異を欠陥として検出してし
まうため、濃淡しきい値をこれらの差異を検出しない値
まで上げなければならず、結果として形状または濃淡差
異と同等の微細な欠陥を検出することはできない。

【００３１】次にセル比較について説明する。ＤＲＡＭ
等の半導体ＩＣ等が形成されるチップ２１（チップ２
２）は繰り返しパターンからなるセル部とそれ以外の周
辺回路部からなる。ここでは、セル部の間にあるセンス
アンプの領域もセルピッチとは異なる繰り返しピッチで
あるので周辺回路と呼ぶことにする。セル比較では同一
チップ内のセル部の画像を比較することにより欠陥検出
を行う。セル部のパターン５２０は同一パターンの繰り
返しによって構成される。セル比較処理回路５２は、画
像５２１とセルピッチまたはセルピッチの整数倍離れた
画像５２２を差分を取ることによって差画像５２３を
得、チップ比較と同様に適当なしきい値により欠陥の有
無を判定する。セル比較では比較する画像間の距離が小
さいのでパターン形状の類似性が高く、チップ比較で述
べたような微妙な差異も無いため、虚報を恐れることな
くしきい値を低く設定できる。この結果チップ比較に対
してより微細な欠陥を検出することができる。しかし、
このセル比較は繰り返しパターンの存在する領域でしか
使えず、セル部以外の周辺回路等ではチップ比較が必要
となる。

【００３２】チップ比較処理回路５１とセル比較処理回
路５２は同時並行で、それぞれチップ比較、セル比較に
よって欠陥の有無を検査する処理を行う。これらの出力
データの選択は本実施の形態の場合、後述のようなセル
部判定回路５５によって選択動作が制御される比較方式
選択回路５３によって自動的に行われる。比較方式選択
回路５３には、コンソール５４が接続されており、チッ
プ比較処理回路５１およびセル比較処理回路５２から出
力される測定データはモニタ５４０に随時表示され必要
に応じてコンソール５４に付属した持久的な記憶媒体に
格納される。

【００３３】この実施の形態の場合、反射光９２の一部
はビームスプリッタ１４で反射され、瞳結像レンズ１５
により、対物レンズ１３の対物レンズ瞳１３１がセンサ
４２上に結像される。対物レンズ瞳１３１はウェハ２０
のフーリエ変換位置であり、セル部からの回折光が正反
射光に対して最も分離度良く検出できる位置である。セ
ル部が照明される場合、１次回折光９２１が発生する。
対物レンズ瞳１３１上での１次回折光９２１の正反射光
９２０に対する距離Ｘｄはセル部のパターンピッチの設
計値をｐ、照明光の波長をλ、対物レンズ１３の焦点距
離をｆとすると、

【００３４】

【数１】

【００３５】で与えられる。また、センサ４２上では、
図３に示すような光強度分布が得られるが、正反射光ピ
ーク４２０に対する１次回折光ピーク４２１の距離Ｘ
ｄ’は瞳結像レンズ１５の倍率をｍとすると次式で与え
られる。

【００３６】

【数２】

【００３７】最大光強度を与える正反射光ピーク４２０
の高さをＡ、正反射光ピーク４２０からＸｄ’／２だけ
離れた位置の光強度高さ、すなわち、正反射光ピーク４
２０と１次回折光ピーク４２１の中点の高さをＢとし、
これらの比Ｒ＝Ｂ／Ａを定義する。

【００３８】１次回折光ピーク４２１を顕在化させるた
め図４に示すように、対物レンズ瞳１３１上での照明光
源の像９１０の径ＤはＸｄより小さくなるように、照明
系１１内の開口絞り（図示せず）の大きさを決める。

【００３９】図１の視野絞り１６は対物レンズ１３、瞳
結像レンズ１５によるウェハ２０と共役な位置に配置さ
れており、図５に示すような矩形状の開口部を有し、セ
ンサ４２で取り込むウェハ２０上の視野範囲を制限す
る。図６に視野絞り１６で制限された視野２１０内の繰
り返しパターン２１１〜２１４とセンサ４２で検出され
る光強度分布４０１〜４０４の関係を示す。センサ４１
で検出されるウェハ２０上の視野２００は視野絞り１６
で制限された視野２１０の中心付近の一部である。セン
サ４１の視野２００は繰り返しパターン一つ分より小さ
いので、視野絞り１６を同様に小さくするとパターンの
繰り返し性に伴う回折光の発生が小さく図３の高さＢが
十分小さくならない。このため、視野絞り１６の大きさ
はたとえば少なくとも３個程度の繰り返しパターンが含
まれるような大きさとする。図６に示すように視野２１
０内での同一ピッチの繰り返しパターンの面積比率が大
きくなるほど図３の高さＢが小さくなる。逆に視野２１
０内でのパターンに繰り返し性が無くなると、センサ４
２内での光強度分布には図６の光強度分布４０４のよう
に、パターンピッチに対応する特定位置での回折光の発
生が無くなり、ガウス分布に近い形になる。

【００４０】図７にＲ（＝Ｂ／Ａ）と視野全体に対する
繰り返しパターンの面積比率の関係を示す。予め図６の
関係を求めておき、しきい値Ｒｔｈはセンサ４１の視野
２００内に常に繰り返しパターンが入るように十分小さ
な値に設定する。セル部判定回路５５には図７の関係と
しきい値Ｒｔｈが予め入力されており、センサ４２で検
出した光強度分布から図８に示す処理を行い、比較方式
選択回路５３を制御して、同時並行して動作しているチ
ップ比較処理回路５１およびセル比較処理回路５２の出
力のいずれを選択するかを検査中に実時間で切り換える
動作を行う。

【００４１】以下、本実施の形態における外観検査方法
および装置さらにはそれを用いた半導体装置の製造方法
の作用の一例を説明する。

【００４２】まず、前段のプロセスにおいて一主面の複
数のチップ２１，チップ２２に所望のパターンが形成さ
れたウェハ２０を所定の姿勢でＸステージ３１の上に載
置し、対物レンズ１３を所定の検査開始位置に位置決め
する。そして、照明系１１からの照明光９１をハーフミ
ラー１２、対物レンズ１３を介してウェハ２０の検査領
域に照射すると同時に、ウェハ２０を対物レンズ１３の
光軸に対して相対的にＸ方向に走査する。この時、ウェ
ハ２０から発生する反射光９２は、対物レンズ１３、ハ
ーフミラー１２、ビームスプリッタ１４を介してセンサ
４１に入射し、電気信号に変換されてチップ比較処理回
路５１およびセル比較処理回路５２に同時に入射され、
それぞれにおける処理が並行して実行される。

【００４３】この時、本実施の形態では、反射光９２の
一部を、ビームスプリッタ１４によって分岐し、分岐後
の光路上の瞳結像レンズ１５、視野絞り１６により、対
物レンズ瞳（絞り）１３１をセンサ４２上に結像させ、
電気信号に変換してセル部判定回路５５に入力する。対
物レンズ瞳１３１はウェハ２０のフーリエ変換位置であ
り、セル部からの回折光が正反射光に対して最も分離度
良く検出できる位置である。セル部を照明している場合
のセンサ４２の出力は、図３に示すように正反射光ピー
ク４２０の両隣に１次回折光ピーク４２１をもつ。セル
部判定回路５５は、セル部照明時のセンサ４２上での光
強度分布の変化を検出し、セル部とそれ以外の部分を判
別できる。具体的には、前述のように、正反射光ピーク
４２０の高さをＡ、正反射光ピーク４２０の位置と１次
回折光ピーク４２１の位置の中点での光強度の高さを
Ｂ、予め設定したしきい値をＲｔｈとすると、Ｂ／Ａ＜
Ｒｔｈの時にセル部であると判定する。セル部判定回路
５５は上述のような判定処理を実時間で行い、セル比較
とチップ比較の切換信号５５ａを比較方式選択回路５３
に出力して、チップ比較処理回路５１およびセル比較処
理回路５２の各々から出力される欠陥検査結果のいずれ
かを選択し、コンソール５４に出力し、媒体に記録した
り、モニタ５４０を介して欠陥検出情報を操作者に提示
する、等の動作を行う。

【００４４】なお、セル部判定回路５５におけるセル部
の判定のアルゴリズムとしては、上述の方式に限らず、
たとえば、図３における正反射光ピーク４２０の高さＡ
および１次回折光ピーク４２１の高さＣを測定し、両者
の比Ｒ１＝Ｃ／Ａが所定のしきい値Ｒｔｈ′よりも大き
い場合、すなわち、Ｒ１＝Ｃ／Ａ＞Ｒｔｈ′が成立する
場合にセル部であると判定するアルゴリズムを用いても
よい。

【００４５】このように、本実施の形態によれば、従来
のようにセル部の座標を予め学習させるための準備作業
を必要とすることなく、対物レンズ瞳１３１と共役位置
での光強度分布をモニタすることにより、視野内のパタ
ーンがセル部かそれ以外の部分であるかを実時間で判定
し、セル領域の時にはセル比較処理回路５２から出力さ
れる欠陥検出結果を選択し、セル領域以外の場合には、
チップ比較処理回路５１から出力される欠陥検出結果を
選択するので、虚報の発生を最小限に抑止して正確な欠
陥の検出を行うことができる。このため、特にＡＳＩＣ
等、セル部のレイアウトが異なる品種を検査する場合、
準備作業が不要な分、迅速に検査することができ、多数
の製品不良を発生させる前に確実に不良が検知できる。

【００４６】従って、ウェハ２０の正確な欠陥検査を迅
速に遂行することができ、半導体装置の製造プロセスに
おける外観検査工程のスループットを大幅に向上させる
ことができる。

【００４７】なお、図１ではセンサ４２をｘ方向、すな
わち、ステージの走査方向の繰り返しパターンの回折光
を検出するような配置とした。しかし、センサ４２を紙
面と直交する方向に配置し、ｙ方向（ステージ走査と直
交する方向）の繰り返しパターンの回折光を検出しｙ方
向でのセル比較へ切り換えることも可能である。また、
上記では１次回折光を用いる場合について述べたが、２
次より大きい次数の回折光を用いても同様な処理を行う
ことができる。

【００４８】（実施の形態２）図１３は、本発明の他の
実施の形態である外観検査方法の作用の一例を示すフロ
ーチャートである。上述の実施の形態１では、Ｘｄ’を
算出するため繰り返しパターンのピッチｐに設計値を与
えていたが、視野２００内に繰り返しパターンを入れ、
センサ４２で光強度分布を測定することによりピッチｐ
を予め実測することができる。そして、この実測された
ピッチｐを用いてセル比較処理回路５２におけるセル比
較による欠陥検査を実行する。

【００４９】以下に測定処理方法の一例を示す。

【００５０】（１）正反射光ピーク４２０の位置検出。

【００５１】（２）１次回折光ピーク４２１の位置検
出。

【００５２】（３）上記２つのピーク位置の差Ｘｄ’算
出。

【００５３】（４）ピッチｐを次式により算出。

【００５４】

【数３】

【００５５】実製品のウェハ２０からの回折光分布より
測定されたセル領域のピッチｐは、パターン形成のため
の実際の露光時の倍率変化等を反映しており、従来の設
計値のピッチを用いる場合よりも正確なセルピッチを得
ることができる。

【００５６】すなわち、本実施の形態によりセル比較を
行うパターン間の距離すなわちピッチｐを自動的に決定
することができる。これらの処理はセル部判定回路５５
にて成され、算出されたピッチｐの値は、ピッチ測定信
号５５ｂとしてセル比較処理回路５２に出力される。セ
ル比較処理回路５２は、設計値ではなく、このピッチ測
定信号５５ｂのピッチｐの値を用いて、セル領域におけ
る繰り返しパターンの比較判定処理を実行する。

【００５７】このように、本実施の形態２の場合には、
実製品のウェハ２０からの回折光分布よりセル領域の繰
り返しパターンのピッチｐを測定し、この測定されたピ
ッチｐを用いてセル領域における繰り返しパターンの比
較判定処理（セル比較）を行うので、実際のウェハ２０
上における繰り返しパターンの実態に適合したより正確
な欠陥検査を行うことができる、という利点がある。

【００５８】（実施の形態３）次に、図９を参照して本
発明のさらに他の実施の形態について説明する。この実
施の形態３の場合には、照明系１１とは別に、セル領域
を弁別するための専用の光源として半導体レーザ１７１
を用いるところが、前述の実施の形態１の場合と異なっ
ている。

【００５９】すなわち、半導体レーザ１７１より出射し
たレーザ光９３はレーザ照明レンズ１７２により、ダイ
クロイックミラー１７３、ハーフミラー１２を介して対
物レンズ瞳１３１上に集光される。ウェハ２０で反射さ
れたレーザ光９３は対物レンズ１３、ハーフミラー１２
を介して、ダイクロイックミラー１４１で反射され、瞳
結像レンズにより対物レンズ瞳１３１の像としてセンサ
４３上に結像される。ダイクロイックミラー１７３、１
４１は長波長の光を反射、短波長の光を透過する。レー
ザ光９３の波長をたとえば７８０ｎｍ、照明系１１より
出射される照明光９１の中心波長を５５０ｎｍとすれ
ば、それぞれの光がダイクロイックミラー１７３、１４
１で反射、透過する際に生じる光損失は殆ど０にするこ
とができる。

【００６０】本実施例では空間的コヒーレンスの高いレ
ーザ光９３を用いるので、Ｘｅランプのようなランプを
使う場合と比べて、視野内全てが繰り返しパターンであ
った場合に発生する回折光は鋭いピークをもつ。このた
め、図３の光強度Ｂの値はより小さくなり，しきい値Ｒ
ｔｈも低くできるため、ノイズに影響されない正確なセ
ル部の認識が可能となる。

【００６１】また、図１０に示すように半導体レーザ１
７１とレーザコリメートレンズ１７４によりレーザ光９
４が平行光としてウェハ２０に直接斜入射させても良
い。この時、センサ４２上での光強度分布は図１１に示
すように正反射光ピーク４２０に対して片側にしか１次
回折光ピーク４２１が発生しない。しかし、セル部の判
定は上記と同様の方法を用いて行うことができる。な
お、図１０の実施例では、ダイクロイックミラー１７３
が不要になり、入射時でのハーフミラー１２での損失が
無くなるため、半導体レーザ１７１の光の利用効率が向
上する。

【００６２】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６３】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である半導
体装置の製造プロセスに適用した場合について説明した
が、一般の微細な欠陥の検出技術に広く適用することが
できる。

【００６４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００６５】本発明の外観検査方法および装置によれ
ば、煩雑な準備作業を必要とすることなく、チップ比較
方式とセル比較方式を併用する外観検査を迅速に行うこ
とができる、という効果が得られる。

【００６６】また、本発明の外観検査方法および装置に
よれば、被検査パターンの実測寸法に基づいて、より正
確な外観検査を行うことができる、という効果が得られ
る。

【００６７】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、外観検査工程を含む半導体装置の製造プロセスに
おけるスループットを向上させることができる、という
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である外観検査方法が実
施される外観検査装置の構成の一例を示す概念図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
構成の一例を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
作用の一例を示す線図である。

【図４】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
作用の一例を示す概念図である。

【図５】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
一部の構成の一例を示す概念図である。

【図６】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
一部の構成の一例を示す概念図である。

【図７】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
作用の一例を示す線図である。

【図８】本発明の一実施の形態における外観検査装置の
作用の一例を示すフローチャートである。

【図９】本発明のさらに他の実施の形態である外観検査
装置の構成の一例を示す概念図である。

【図１０】本発明のさらに他の実施の形態である外観検
査装置の構成の一例を示す概念図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施の形態である外観検
査装置の作用の一例を示す線図である。

【図１２】本発明の各実施の形態における外観検査装置
の作用の一例を示す概念図である。

【図１３】本発明の他の実施の形態における外観検査装
置の作用の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 照明系（第１の照明手段） １２ ハーフミラー １３ 対物レンズ １４ ビームスプリッタ（検査光分岐手段） １５ 瞳結像レンズ（瞳結像手段） １６ 視野絞り ２０ ウェハ ２１ チップ（素子形成領域） ２２ チップ（素子形成領域） ３１ Ｘステージ ３２ Ｘステージ駆動部 ３３ 測長スケール ４１ センサ ４２ センサ（瞳上光強度分布検出手段） ４３ センサ（瞳上光強度分布検出手段） ５１ チップ比較処理回路（第２の検査手段） ５２ セル比較処理回路（第１の検査手段） ５３ 比較方式選択回路（選択手段） ５４ コンソール ５５ セル部判定回路 ５５ａ 切換信号 ５５ｂ ピッチ測定信号 ９１ 照明光（第１の照明光） ９２ 反射光 ９３ レーザ光（第２の照明光） ９４ レーザ光（第２の照明光） １３１ 対物レンズ瞳（フーリエ変換面） １４１ ダイクロイックミラー（波長分離ミラー） １７１ 半導体レーザ（第２の照明手段） １７２ レーザ照明レンズ １７３ ダイクロイックミラー １７４ レーザコリメートレンズ ２００ 視野 ２１０ 視野 ２１１〜２１４ 繰り返しパターン ４０１〜４０４ 光強度分布 ４２０ 正反射光ピーク ４２１ １次回折光ピーク ５１１ チップの画像 ５１２ チップの画像 ５１３ 差画像 ５２０ パターン ５２１ セルの画像 ５２２ セルの画像 ５２３ 差画像 ５４０ モニタ ９１０ 照明光源の像 ９２０ 正反射光 ９２１ １次回折光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永石 博 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一主面に複数の素子形成領域が規則的に
   配列され、個々の前記素子形成領域内の少なくとも一部
   には繰り返しパターンが形成された半導体ウェハの外観
   検査方法であって、 観察光学系のフーリエ変換面で検出される光強度分布に
   基づいて前記繰り返しパターンが存在する第１の領域と
   それ以外の第２の領域とを実時間で弁別し、 前記第１の領域では同一の前記素子形成領域内の前記繰
   り返しパターン同士を比較する第１の検査方法を実行
   し、 前記第２の領域では、異なる前記素子形成領域同士を比
   較する第２の検査方法を実行することを特徴とする外観
   検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の外観検査方法において、 前記フーリエ変換面における前記光強度分布内の正反射
   光ピーク位置と１次回折光ピーク位置の中間位置におけ
   る検出レベルと正反射光ピークレベルの比が予め設定さ
   れたしきい値より小さいときに前記繰り返しパターンが
   存在する前記第１の領域と判定する第１の操作、 前記フーリエ変換面における前記光強度分布内の正反射
   光ピークレベルと１次回折光ピークレベルの比が予め設
   定されたしきい値より大きいときに前記繰り返しパター
   ンが存在する前記第１の領域と判定する第２の操作、の
   少なくとも一方の操作によって第１および第２の領域を
   弁別することを特徴とする外観検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の外観検査方法において、
   前記フーリエ変換面上の光強度分布における正反射光ピ
   ークと１次回折光ピークの距離から前記繰り返しパター
   ンのピッチを測定し、前記第１の検査方法の実行時に
   は、測定された前記ピッチを用いて前記繰り返しパター
   ン同士を比較することを特徴とする外観検査方法。
4. 【請求項４】 一主面に複数の素子形成領域が規則的に
   配列され、個々の前記素子形成領域内の少なくとも一部
   には繰り返しパターンが形成された半導体ウェハの外観
   検査装置であって、 前記半導体ウェハの被検査パターンを照明する第１の照
   明手段と、 前記第１の照明手段によって照明された前記被検査パタ
   ーンから発生する検査光を取り込む対物レンズと、 前記検査光を用い、同一の前記素子形成領域内の前記繰
   り返しパターン同士を比較することによって欠陥の有無
   を検査する第１の検査手段と、 前記検査光を用い、異なる前記素子形成領域同士を比較
   することによって欠陥の有無を検査する第２の検査手段
   と、 前記検査光を分岐する検査光分岐手段と、 分岐された前記検査光の光路上に配置され、前記対物レ
   ンズの瞳を結像する瞳結像手段と、 前記瞳上の光強度分布を検出する瞳上光強度分布検出手
   段と、 前記瞳上の前記光強度分布から前記被検査パターンが前
   記繰り返しパターンを含むか否かを判定する判定手段
   と、 前記判定手段によって前記被検査パターンが前記繰り返
   しパターンを含むと判定された場合には前記第１の検査
   手段を選択し、前記被検査パターンが前記繰り返しパタ
   ーンを含まないと判定された場合には前記第２の検査手
   段を選択する選択手段と、を含むことを特徴とする外観
   検査装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の外観検査装置において、
   前記判定手段は、前記瞳上における前記光強度分布内の
   正反射光ピーク位置と１次回折光ピーク位置の中間位置
   における検出レベルと正反射光ピークレベルの比が予め
   設定されたしきい値より小さいとき、または、前記瞳上
   における前記光強度分布内の正反射光ピークレベルと１
   次回折光ピークレベルの比が予め設定されたしきい値よ
   り大きいときに、前記被検査パターンに前記繰り返しパ
   ターンが存在すると判定することを特徴とする外観検査
   装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の外観検査装置において、
   前記検査光分岐手段と瞳上光強度分布検出手段の間にお
   ける前記被検査パターンとの共役位置に、当該被検査パ
   ターンからの反射光の通過を制限する視野絞りを備えた
   ことを特徴とする外観検査装置。
7. 【請求項７】 請求項４記載の外観検査装置において、
   前記第１の照明手段による第１の照明光とは波長が異な
   る第２の照明光によって前記被検査パターンを照明する
   第２の照明手段を備え、前記検査光分岐手段は、前記第
   １の照明光を透過させ、前記第２の照明光を選択的に反
   射する波長分離ミラーからなることを特徴とする外観検
   査装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の外観検査装置において、
   前記第２の照明手段は、前記第２の照明光によって前記
   被検査パターンを斜め方向から直接的に照明することを
   特徴とする外観検査装置。
9. 【請求項９】 請求項４記載の外観検査装置において、
   前記判定手段は、前記瞳上における前記光強度分布内の
   正反射光ピーク位置と１次回折光ピーク位置の距離から
   前記繰り返しパターンのピッチを測定し、前記第１の検
   査手段は、測定された前記ピッチを用いて前記繰り返し
   パターン同士を比較することにより前記欠陥の有無を検
   査することを特徴とする外観検査装置。
10. 【請求項１０】 半導体ウェハの一主面に複数の素子形
    成領域を規則的に配列し、個々の前記素子形成領域内に
    所望の構造の半導体装置を形成する半導体装置の製造方
    法であって、個々の前記素子形成領域における欠陥の有
    無を、請求項１，２または３記載の外観検査方法、また
    は請求項４，５，６，７，８または９記載の外観検査装
    置を用いて実行することを特徴とする半導体装置の製造
    方法。