JPH1090192A - 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
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Info
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- JPH1090192A JPH1090192A JP22903696A JP22903696A JPH1090192A JP H1090192 A JPH1090192 A JP H1090192A JP 22903696 A JP22903696 A JP 22903696A JP 22903696 A JP22903696 A JP 22903696A JP H1090192 A JPH1090192 A JP H1090192A
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Abstract
理を施し、欠陥の存在を決定して効果的な欠陥検査を実
行する。 【解決手段】 検査装置は、第1パターンの同一点を照
射する暗視野照明系及び明視野照明系10,12と、暗
視野に於ける第1パターンの反射像を検出する暗視野像
検出器16′と、明視野に於ける第1パターンの反射像
を検出する明視野像検出器16と、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22と、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
22と、その暗明、両差分信号をデータプロセスして一
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24とにより有機的に構成される。
Description
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。
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。
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。
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(nui
sance 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
nalog 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PL
LAD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TD
I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。
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2
2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)。
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。
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1
8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。
発生点を考える。この画像発生点が明視野欠陥リスト2
6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。
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。
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 Har
a, Satoru Fushimi, Yoshimasa Ooshima and Hitooshi
Kubota, "Automating Inspection of Aluminum Circuit
Pattern of LSI Wafers", Electronics and Communic
ations in Japan, Part 2, Vol. 70, No.3, 1987 であ
る。
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。
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2
4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。
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。
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。
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。
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。
つ汎用性の有るMotorola 68040 CPUに基づくVME(Virtua
l 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。
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。
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。
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4
0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。
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、5
0、52、54と58及び56、それ等全てを避ける事
が出来る。
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7
2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。
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。
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。
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。
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。
態の原理図である。この実施の形態では単一のレーザ7
6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。
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。
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。
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。
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。
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1
0′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6
4′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6
8′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。
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。
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70
T を通り暗視野光センサー16T ′に入射する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
陥検出器を詳しく示した図。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (30)
- 【請求項1】 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
を具備することを特徴とする自動的欠陥検査方法。 - 【請求項2】 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。 - 【請求項3】 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。 - 【請求項4】 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。 - 【請求項5】 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。 - 【請求項6】 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。 - 【請求項7】 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。 - 【請求項8】 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。 - 【請求項9】 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。 - 【請求項10】 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。 - 【請求項11】 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。 - 【請求項12】 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。 - 【請求項13】 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プロセスして一元的に第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
備することを特徴とする自動的欠陥検査装置。 - 【請求項14】 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。 - 【請求項15】 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。 - 【請求項16】 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。 - 【請求項17】 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。 - 【請求項18】 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
差分信号をデータプロセスして一元的に第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。 - 【請求項19】 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。 - 【請求項20】 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。 - 【請求項21】 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。 - 【請求項22】 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。 - 【請求項23】 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。 - 【請求項24】 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。 - 【請求項25】 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。 - 【請求項26】 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。 - 【請求項27】 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。 - 【請求項28】 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。 - 【請求項29】 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のパターン欠陥
リストを決定するステップとを具備することを特徴とす
る自動的欠陥検査方法。 - 【請求項30】 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することを特徴とする自
動的欠陥検査装置。
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