(57)【要約】【課題】  高感度の欠陥検出が可能となるように最適な撮像条件と閾値を簡単に決定することができる欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供する。【解決手段】  先ず、複数の撮像条件に基づいて、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成し、次に、複数の撮像条件毎に両者の差分信号を計算し、最後に、複数の撮像条件毎に差分信号を表示装置に表示する。予想される複数の致命欠陥について、シミュレーション画像の差分信号を計算し、欠陥毎に差分信号を表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出画像と参照画像との差分信号を閾値と比較して欠陥を検出する欠陥検査方法において、
複数の撮像条件に基づいて欠陥を含むパターンのシミュレーション画像を生成することと、
上記複数の撮像条件に基づいて欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成することと、
上記複数の撮像条件毎に上記欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と上記欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を計算することと、
上記複数の撮像条件毎に上記差分信号を表示することと、
を含む欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査方法において、
ユーザからの撮像条件を入力することと、
上記入力した撮像条件に従って、複数の欠陥の各々に対して、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像を生成することと、
上記入力した撮像条件に従って、欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成することと、
上記複数の欠陥を含むパターンのシミュレーション画像の各々と上記欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を計算することと、
上記複数の欠陥毎に上記差分信号をグラフによって表示することと、
を含む欠陥検査方法。
【請求項３】
検出画像と参照画像との差分信号を閾値と比較して欠陥を検出する欠陥検査装置において、
複数の撮像条件に基づいて欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成する画像シミュレーション部と、上記複数の撮像条件毎に上記欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と上記欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を計算する演算部と、上記複数の撮像条件毎に上記差分信号を表示する表示部と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項３記載の欠陥検査装置において、上記画像シミュレーション部は、上記入力した撮像条件に従って、複数の欠陥の各々に対して、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像を生成し、上記入力した撮像条件に従って、欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成し、上記演算部は、上記複数の欠陥を含むパターンのシミュレーション画像の各々と上記欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を計算し、上記表示部は、上記複数の欠陥毎に上記差分信号をグラフによって表示することを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造におけるウェハやマスクなどのパターンの欠陥検査に利用して好適な欠陥検査方法及び装置に関し、特に、検出画像と参照画像を比較して欠陥を検査する欠陥検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの主要な製造工程は、基板工程と配線工程とに大別される。基板工程では、アイソレーション形成、ウェル形成、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成、ソース／ドレイン形成、キャパシタ構造形成、層間絶縁膜形成、及び平坦化を行う。配線工程では、多層配線のためにコンタクトプラグ形成、層間絶縁膜形成、平坦化、メタル電極配線形成を反復し、最後にパッシベーション膜形成を行う。製造工程の要所には、検査工程が設けられ、処理途中のウェハを抜き取り、パターン欠陥を検査する。ここで、パターン欠陥とは、パターン形状の異常（ショート、断線等）、表面の異物、エッチング残り、スクラッチなどの総称である。パターン欠陥検査の目的は、第一に製造工程の異常を早期に探知すること、第二に不良発生工程とその原因を特定することにあり、デバイスの微細化に伴い高い検出感度が要求されている。
【０００３】
さて、１枚のウェハには同一のパターンを有する数百個のデバイス（チップとも呼ぶ）が作製される。また、デバイスのメモリ部には、繰り返しパターンを有する多数のセルが形成される。そこで、パターン欠陥検査では、隣接するチップ間または隣接するセル間でパターン画像を比較する方式が用いられている。
【０００４】
パターン欠陥検査として、ウェハのパターンを光学的に撮像する光学的検査が用いられる。光学的検査は、スループットが比較的高く、量産ラインで主流となっている。
【０００５】
光学的検査では、波長帯域、偏光状態、照明光源の形状とコヒーレンス、空間周波数フィルタの特性といった複数の撮像条件が存在する。これらの撮像条件は、画像のコントラストや明るさに大きく影響するので、高い検出感度を得るには、最適な条件を設定する必要がある。例えば、複数の撮像条件を自動的に変えながらテスト検査を行い、一連の画像を蓄積する。そして、各条件について、欠陥の検出情報（画像、コントラスト等）を一覧表示する。このテスト検査結果を基に、ユーザは最適条件を選択することができる。このような方法の例は、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００６】
一方、パターン撮像後の欠陥判定においては、検出画像と参照画像との差分信号を、予め設定した閾値と比較する。差分信号が閾値より大きい場合には、致命欠陥であると判定し、差分信号が閾値より小さい場合には、擬似欠陥又は非致命欠陥と判定する。
【０００７】
そこで、致命欠陥の検出率は高く、擬似欠陥や非致命欠陥の検出率は低いように、閾値を設定する必要がある。ここで、致命欠陥とはデバイスの不良をもたらす欠陥、非致命欠陥はデバイスとして許容できる欠陥、擬似欠陥は様々な原因によるノイズである。例えば、テスト検査を行い、差分信号のレベルに対する検出個数の頻度分布を作成する。次に、頻度分布の近似曲線を求め、頻度の近似値が０となる差分信号のレベルを最適閾値とする。これにより、正常なパターンは検出されず、欠陥のみを検出することができる。このような方法の例は、例えば、特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００２−３０３５８６号公報
【特許文献２】特開平５−４７８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術では、テスト検査の結果に基づいて、撮像条件と閾値を決定する。しかしながら、実際には致命欠陥は、テスト検査で検出された欠陥とは種類、形状、サイズが異なる可能性がある。そのため、特許文献１の技術では、ユーザが決定した撮像条件が、致命欠陥を検出するのに最適とは限らないという問題がある。また、特許文献２の技術では、欠陥の致命性について何ら考慮していない。そのため、非致命欠陥の誤検出が多く、検査データの解析や欠陥レビュー・分類に支障をきたすことがあった。
【０００９】
本発明の目的は、高感度の欠陥検出が可能となるように最適な撮像条件と閾値を簡単に決定することができる欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、先ず、複数の撮像条件に基づいて、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成し、次に、複数の撮像条件毎に両者の差分信号を計算し、最後に、複数の撮像条件毎に差分信号を表示装置に表示する。
【００１１】
本発明によると、入力した撮像条件に従って、複数の欠陥の各々に対して、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像を生成し、次に、欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成する。複数の欠陥を含むパターンのシミュレーション画像の各々と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を計算し、複数の欠陥毎に差分信号をグラフによって表示する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高感度の欠陥検出が可能となるように最適な撮像条件と閾値を簡単に決定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一実施形態として、半導体ウェハのパターンを対象とする光学式検査装置について説明する。図１は、本発明による光学式検査装置の概略構成を示す。本例の光学式検査装置は、ウェハ１を搭載するステージ２、光学系３、イメージセンサ４、ＡＤ変換器５、画像記憶部６、画像処理部７、制御部８、ユーザインターフェース部９、及び画像シミュレーション部１０を有する。光学系３は、光源３０、波長選択フィルタ３１、コンデンサレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、偏光制御部３４及び対物レンズ３５を有する。
【００１４】
ユーザインターフェース部９は、キーボード、マウス等の入力手段とディスプレイ装置等の表示手段を有する。
【００１５】
光源３０からの光は、波長選択フィルタ３１を透過し、コンデンサレンズ３２で集光される。波長選択フィルタ３１を適宜選択することにより、ウェハ１を構成する材料の反射率を考慮して、所望の波長帯域を得ることができる。また、コンデンサレンズ３２の開口絞り面には、アパーチャ（図示しない）が設けられており、アパーチャを適宜選択することにより、照明光源の形状を円形や輪帯等に設定し、又は、照明のコヒーレンスを制御することができる。
【００１６】
コンデンサレンズ３２からの光は、次に偏光ビームスプリッタ３３で反射され、直線偏光となり、偏光制御部３４を透過して楕円偏光になる。特開２０００−１５５０９９号公報に記載されているように、この偏光制御部３４は１／２波長板と１／4波長板とを有し、各波長板の方向を調整することにより、楕円の長軸方向と楕円率を制御することができる。さらに、偏光制御部３４からの光は、対物レンズ３５を介して、ウェハ１に入射する。ウェハ１で反射し回折された光は、再び対物レンズ３５と偏光制御部３４を透過し、偏光ビームスプリッタ３３を透過して、イメージセンサ４に向かう。対物レンズ３５の射出瞳面には、空間周波数フィルタ（図示しない）が挿入可能であり、回折像の強度分布を制御することができる。
【００１７】
イメージセンサ４による検出画像は、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換され、画像記憶部６に記録される。一方、画像記憶部６には、検出画像の領域と隣接し、且つ、同一パターンを有する領域で得られた参照画像が記録されている。検出画像と参照画像は画像処理部７に送信され、必要な補正を行った後、両者の差分信号が算出される。この差分信号を予めユーザが設定した閾値と比較し、欠陥を検出する。例えば、閾値より小さい欠陥を非致命欠陥又は擬似欠陥であると判定し、閾値より大きい欠陥を致命欠陥であると判定する。閾値を求める方法は以下に説明する。また、画像シミュレーション部１０における処理は、以下に詳細に説明する。
【００１８】
次に、図２を参照して欠陥が致命欠陥であるか否かを正確に判定するための最適な撮像条件の決定方法を説明する。先ず、ステップＳ１にて、ユーザは、ユーザインターフェース部９を介して、ウェハの情報（材料、膜厚、パターン形状等）、予想される致命欠陥の情報（位置、種類、形状、サイズ等）、複数の撮像条件を入力する。ここで、撮像条件は、波長帯域、照明光源の形状とコヒーレンス、偏光制御部の特性、空間周波数フィルタの特性などである。
【００１９】
ステップＳ２にて、画像シミュレーション部１０は、入力データを用いて、数値計算を行い、撮像条件毎にシミュレーション画像を生成する。具体的な計算方法は、次のとおりである。まず、欠陥を含むウェハの構造及び屈折率、照明光の波長、入射角、偏光状態等を入力データとし、マクスウェル方程式を例えば時間領域差分法で解き、ウェハ表面付近の近接電場を求める。次に、この近接電場を入力データとし、対物レンズの開口数と倍率、偏光制御部の特性、空間周波数フィルタの特性などを考慮した結像計算を行い、イメージセンサ上の光強度を求める。そして、この光強度をイメージセンサの画素毎に積分し、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像（検出画像）を生成し、出力する。同様にして、欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像（参照画像）も生成し、出力する。入力データを用いてシミュレーション画像を生成する方法は既知であり、ここでは、これ以上詳細には説明しない。
【００２０】
ステップＳ３にて、制御部８は、撮像条件毎に、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像（検出画像）と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像（参照画像）の差分信号を計算する。
【００２１】
ステップＳ４にて、ユーザインターフェース部９は、撮像条件と欠陥の差分信号を一覧表示する。ステップＳ５にて、ユーザは、表示された撮像条件とシミュレーション画像の差信号分の関係を見ながら、予想される致命欠陥に対して、最適な撮像条件を選択することができる。
【００２２】
次に、図３、図４及び図５を参照して最適な撮像条件及び閾値を決定する方法の例を説明する。ここでは、ウェハに形成されたパターンがラインアンドスペースパターンであると仮定する。図３は、３種類の撮像条件Ａ、Ｂ、Ｃに基づいて計算された欠陥を含むパターンのシミュレーション画像（検出画像）を示す。縦軸は画素信号の強度、横軸は画素の座標である。ここで、３種類の撮像条件Ａ、Ｂ、Ｃは、楕円偏光の長軸方向に対応する。欠陥は、中央のライン（横軸の座標値が略１５０の位置）に配置してある。中央のラインの強度が最も減少するのは、撮像条件Ｂである。
【００２３】
図４は、３種類の撮像条件Ａ、Ｂ、Ｃに基づいて計算された欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像（参照画像）である。縦軸は画素信号の強度、横軸は画素の座標である。撮像条件がＣ、Ａ、Ｂの順に、コントラストが高くなる。
【００２４】
図５は、３種類の撮像条件Ａ、Ｂ、Ｃに対して、図３の欠陥を含むパターンのシミュレーション画像と図４の欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を示す。尚、ここでは、シミュレーション画像の差分信号は、参照画像の強度の最大値によって正規化されている。図５の縦軸は、正規化された差分信号の強度、横軸は画素の座標である。ユーザは、３つシミュレーション画像の差分信号を比較し、差分信号が最も大きい撮像条件Ｂを選択すればよい。それにより、高感度の欠陥検出が可能となる。
【００２５】
図６は、所定の撮像条件に基づいて得られた欠陥と差分信号との関係を示す。ここでは、ユーザが、図５の表示結果から、撮像条件Ｂを選択し、それに基づいて、５つの致命欠陥ａｂｃｄｅについて差分信号を求めた場合を示す。先ず、撮像条件Ｂに従って、５つの欠陥の各々に対して、欠陥を含むパターンのシミュレーション画像を生成し、次に、撮像条件Ｂに従って、欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像を生成する。５つの欠陥を含むパターンのシミュレーション画像の各々と欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の差分信号を求め、それを正規化する。欠陥毎に差分信号を棒グラフで表すと、図６のグラフができる。
【００２６】
ユーザは、図６のグラフから、差分信号が最小となる致命欠陥はｃであることが判る。従って、欠陥ｃの差分信号の値、又は、それより僅かに小さい値を、閾値Ｘとして設定すればよい。こうして設定した閾値Ｘを用いて、実際に光学式検査装置によって検出した欠陥を弁別する。こうして本例では、致命欠陥を確実に検出すると共に、非致命欠陥の誤検出を低減することができる。
【００２７】
なお、ここでは、半導体ウェハを対象として、光によるパターン検査について説明したが、本発明は電子ビームを用いるパターン検査にも適用できる。また、本発明は半導体リソグラフィ工程のマスクや液晶デバイス等のパターン検査にも適用できる。
【００２８】
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による光学式パターン検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明による光学的パターン検査方法における撮像条件の決定方法のフローを示す図である。
【図３】欠陥を含むパターンのシミュレーション画像の例を示す図である。
【図４】欠陥を含まないパターンのシミュレーション画像の例を示す図である。
【図５】シミュレーション画像の差分信号の例を示す図である。
【図６】欠陥と差分信号との関係の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ウェハ、２…ステージ、３…光学系、４…イメージセンサ、５…Ａ／Ｄ変換器、６…画像記憶部、７…画像処理部、８…制御部、９…ユーザインターフェース部、１０…画像シミュレーション部、３０…光源、３１…波長選択フィルタ、３２…コンデンサレンズ、３３…偏光ビームスプリッタ、３４…偏光制御部、３５…対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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