(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広波長帯域を有する光を出射する光源と、
該光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に照射する照明光学系と、
該照明光学系により前記光が照射された前記試料の検査対象領域から反射された反射光を複数の波長帯域の反射光に分離する波長分離素子及び該波長分離素子により分離された各波長帯域の反射光学像を受光して画像信号を出力する複数のイメージセンサを有する検出光学系と、
該検出光学系の複数のイメージセンサで検出したそれぞれの信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを備え、
前記照明光学系は、前記光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択する波長選択フィルタ部と、該波長選択フィルタ部で選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御するポラライザと、該ポラライザを透過して直線偏光の状態になった光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に回転させることが可能なように取付けられた１/２波長板と、該振動方向の方位が調整された直線偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換する偏光の楕円率が調整可能に取付けられた１/４波長板とを有し、
前記画像処理部は、前記照明光学系の１/２波長板により欠陥のコントラストが向上する方位に回転させられて前記１/４波長板により検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率に調整された偏光光が照射された前記試料の検査対象領域からの反射光を前記検出光学系の複数のイメージセンサで検出した前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項２】
前記照明光学系及び前記検出光学系には、共通して使用するための、前記広波長帯域の
中の複数の波長帯域の各々に収差補正された複数の対物レンズを切り替え可能に設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の光学式検査装置。
【請求項３】
前記光源において、出射する広波長帯域を有する光が可視光を含むことを特徴とする請
求項１記載の光学式検査装置。
【請求項４】
前記照明光学系において、更に、互に異なる特定波長帯域を遮光する複数枚のバンドカ
ットフィルタの組み合せにより可視光の波長帯域から任意の複数の波長帯域の光を選択で
きるように構成されたバンドカットフィルタ群を設けたことを特徴とする請求項３記載の光学式検査装置。
【請求項５】
前記光源において、出射する広波長帯域を有する光が可視光及びＵＶ光を含むことを特
徴とする請求項１記載の光学式検査装置。
【請求項６】
前記照明光学系において、更に、互に異なる特定波長帯域を遮光する複数枚のバンドカ
ットフィルタの組み合せにより可視光及びＵＶ光の波長帯域から任意の複数の波長帯域の
光を選択できるように構成されたバンドカットフィルタ群を設けたことを特徴とする請求
項５記載の光学式検査装置。
【請求項７】
前記検出光学系において、前記波長分離素子の代わりに偏光ビームスプリッタを切り替
え可能に設けたことを特徴とする請求項１記載の光学式検査装置。
【請求項８】
広波長帯域を有する光を出射する第１の光源と、
該第１の光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に対物レンズを介して上方から照射する第１の照明光学系と、
第２の光源と、
該第２の光源から発射された光を前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射する第２の照明光学系と
前記第１の照明光学系により前記対物レンズを介して上方からの光と前記第２の照明光学系により前記対物レンズの外側の斜方からの光とが照射された前記試料の検査対象領域から反射された反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ検出する複数のイメージセンサを有する検出光学系と、
該検出光学系の複数のイメージセンサで検出したそれぞれの信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを備え、
前記第１の照明光学系は、前記光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択する波長選択フィルタ部と、該波長選択フィルタ部で選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御するポラライザと、該ポラライザを透過して直線偏光の状態になった光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に回転させることが可能なように取付けられた１/２波長板と、該振動方向の方位が調整された直線偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換する偏光の楕円率が調整可能に取付けられた１/４波長板とを有し、
前記検出光学系は、前記試料の検査対象領域からの反射光の偏光の振動方向の方位を調整可能な１/２波長板と前記反射光の楕円率を調整可能な１/４波長板とを有し、
前記画像処理部は、前記検出光学系の１/２波長板と１/４波長板で変更の状態が制御された前記試料の検査対象領域からの反射光を前記検出光学系の複数のイメージセンサで検出した前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする光学式検査装置。
【請求項９】
前記第１の光源は、可視光を含む広波長帯域の光を出射することを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１０】
前記第１の照明光学系は、互に異なる特定波長帯域の光を遮光する複数枚のバンドカットフィルタの組み合せにより可視光の波長帯域から任意の複数の波長帯域の光を選択できるように構成されたバンドカットフィルタ群を設けたことを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１１】
前記第１の光源は、可視光およびＵＶ光を含む広波長帯域の光を出射することを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１２】
前記第１の照明光学系は、互に異なる特定波長帯域を遮光する複数枚のバンドカットフィルタの組み合せにより可視光及びＵＶ光の波長帯域から任意の複数の波長帯域の光を選択できるように構成されたバンドカットフィルタ群を設けたことを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１３】
前記検出光学系は、ダイクロイックミラーを備え、前記対物レンズを透過した反射光の光路を該ダイクロイックミラーで波長に応じて複数に分岐することを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１４】
前記検出光学系は、偏光ビームスプリッタを備え、前記対物レンズを透過した反射光の光路を該変更ビームスプリッタで偏光の状態に応じて複数に分岐することを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１５】
前記照明光学系及び前記検出光学系には共通して使用するための対物レンズを設け、前
記検出光学系には前記対物レンズの瞳と共役な位置に、制御可能な又は切り替え可能な空
間フィルタを設けたことを特徴とする請求項８記載の光学式検査装置。
【請求項１６】
広波長帯域を有する光を出射する光源により出射された広波長帯域を有する光を照明光
学系により表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に照射する照明過程と、
該照明過程により前記光が照射された前記試料の検査対象領域から反射された反射光を波長分離素子により複数の波長帯域の反射光に分離し、該分離された各波長帯域の反射光学像を複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力する検出過程と、
前記複数のイメージセンサで検出したそれぞれの信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理過程とを有し、
前記照明過程は、前記光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択し、該選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御し、該偏光の状態が制御された光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に調整し、該振動方向の方位が調整された偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換し、該楕円偏光に変換した光を前記試料の検査対象領域に照射し、
前記画像処理過程は、前記欠陥のコントラストが向上する方位に調整されて前記検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率に調整された偏光光が照射された前記試料の検査対象領域からの反射光を前記複数のイメージセンサで検出した前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項１７】
前記照明過程において、前記光源として、出射する広波長帯域を有する光が可視光を含
むことを特徴とする請求項１６記載の光学式検査方法。
【請求項１８】
前記照明過程において、前記照明光学系として、更に、互に異なる特定波長帯域を遮光
する複数枚のバンドカットフィルタの組み合せにより可視光の波長帯域から任意の複数の
波長帯域の光を選択できるように構成されたバンドカットフィルタ群を用いることを特徴
とする請求項１７記載の光学式検査方法。
【請求項１９】
前記照明過程において照明光学系として照射光の偏光状態を制御可能な偏光制御光学系
を用い、前記検出過程において前記波長分離素子と各イメージセンサとの間に制御可能な
アナライザを用いることを特徴とする請求項１６記載の光学式検査方法。
【請求項２０】
第１の光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に対物レンズを介して上方から照射する第１の照明過程と、
第２の光源から発射された光を、前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射する第２の照明過程と
前記第１の照明過程により前記対物レンズを介して上方から照射された光と前記第２の照明過程により前記対物レンズの外側の斜方から照射された光とにより前記試料の検査対象領域から反射された反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力する検出過程と、
該複数のイメージセンサで検出したそれぞれの画像信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理過程とを有し、
前記第１の照明過程は、前記第１の光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択し、該選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御し、該偏光の状態が制御された光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に調整し、該振動方向の方位が調整された偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換し、該楕円偏光に変換した光を前記試料の検査対象領域に照射し、
前記検出過程は、前記試料の検査対象領域から反射されて前記対物レンズを透過した反射光の偏光の振動方向の方位と楕円率を調整し、該偏光の振動方向の方位と楕円率を調整した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力し、
前記画像処理過程は、前記複数のイメージセンサから出力された前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする光学式検査方法。
【請求項２１】
前記第２の照明過程において、前記第２の光源から発射された光のうち波長を選択した光を前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射することを特徴とする請求項２０記載の光学式検査方法。
【請求項２２】
前記検出過程において、偏光ビームスプリッタを用いて前記反射光の光路を分岐することを特徴とする請求項２０記載の光学式検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの光学式検査装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光学式欠陥検査装置としては特開平８−１６２５１１号公報（特許文献１）が知られている。この特許文献１には、Ｈｇ−Ｘｅランプを用いた短波長幅での高輝度照明とＸｅランプを用いた白色光照明とを切り替えて照明することができ、且つ波長選択フィルタによって例えば６００ｎｍ以下を選択でき、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を更に偏光変換光学素子（偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板）により偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する明視野照明光学系と、前記被検査対象物上のパターンに対して７８０〜８００ｎｍの波長の半導体レーザ光を集光して暗視野照明を施す暗視野照明光学系と、前記明視野照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む回折光を集光してダイクロイックミラーで波長分離してパターンの画像を明視野イメージセンサで受光してパターンの画像信号に変換する第１の検出光学系と、前記暗視野照明系で照明されたパターン上から反射して前記対物レンズの瞳内に入射する散乱光を集光してダイクロイックミラーで波長分離してパターン上の異物からの光を暗視野イメージセンサで受光して異物を示す信号に変換する第２の検出光学系とを備え、パターンの欠陥情報と異物の情報を検出することが記載されている。即ち、特許文献１には、暗視野照明光の波長として７８０〜８００ｎｍの半導体レーザ光を用い、明視野照明光の波長としてＸｅランプを用いた白色光である６００ｎｍ以下を用い、焦点合せ用の照明光の波長として６００〜７００ｎｍを用いることが記載されている。また、第１の検出光学系に、対物レンズの瞳と共役な位置に減衰フィルタまたは位相板を設けることも記載されている。
【０００３】
また、特開２００４−８７８２０号公報（特許文献２）には、過去の類似品種の検査条件のデータを検索し参照して新たな検査条件を設定する方法及びそのシステムが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６２５１１号公報
【特許文献２】特開２００４−８７８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１には、半導体ウェハ上の様々な検査対象に対して、歩留りに影響しない擬似欠陥の捕捉率を抑制して、歩留まりに影響し、プロセスモニタリング上検出が必要な微小な検出欠陥を高感度で検出する光学条件を選択できる点については十分考慮されていなかった。
【０００６】
また、上記特許文献２には、光学条件として検査対象に応じて波長帯域を変えることについては考慮されていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、半導体ウェハ上に存在する多種多様な検査対象において、半導体素子の歩留りに影響しない擬似欠陥の検出を抑制し、しかも半導体素子の歩留りに影響し、且つプロセスモニタリング上検出が必要な微小な検出欠陥を高コントラストで検出できるようにして、高感度で、且つ高速の微小な欠陥検査を実現した光学式検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、光学式検査装置及びその方法において、広帯域の発光波長を有した光源からの光で試料を照明することが可能な照明光学系を用いて、過去に検査した試料と同じ配線材料の光学条件出し結果を参照して、擬似欠陥の検出を抑制して検出欠陥の濃淡差が大きく得られる適切な照明波長帯を選択するようにした。
【０００９】
すなわち、本発明では、光学式検査装置を、広波長帯域を有する光を出射する光源と、  該光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に照射する照明光学系と、該照明光学系により前記光が照射された前記試料の検査対象領域から反射された反射光を複数の波長帯域の反射光に分離する波長分離素子及び該波長分離素子により分離された各波長帯域の反射光学像を受光して画像信号を出力する複数のイメージセンサを有する検出光学系と、該検出光学系の複数のイメージセンサで検出したそれぞれの信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを備えて構成し、前記照明光学系は、前記光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択する波長選択フィルタ部と、該波長選択フィルタ部で選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御するポラライザと、該ポラライザを透過して直線偏光の状態になった光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に回転させることが可能なように取付けられた１/２波長板と、該振動方向の方位が調整された直線偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換する偏光の楕円率が調整可能に取付けられた１/４波長板とを有し、前記画像処理部は、前記照明光学系の１/２波長板により欠陥のコントラストが向上する方位に回転させられて前記１/４波長板により検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率に調整された偏光光が照射された前記試料の検査対象領域からの反射光を前記検出光学系の複数のイメージセンサで検出した前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
【００１０】
また、本発明では、光学式検査装置を、広波長帯域を有する光を出射する第１の光源と、  該第１の光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に対物レンズを介して上方から照射する第１の照明光学系と、第２の光源と、該第２の光源から発射された光を前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射する第２の照明光学系と前記第１の照明光学系により前記対物レンズを介して上方からの光と前記第２の照明光学系により前記対物レンズの外側の斜方からの光とが照射された前記試料の検査対象領域から反射された反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ検出する複数のイメージセンサを有する検出光学系と、該検出光学系の複数のイメージセンサで検出したそれぞれの信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを備えて構成し、前記第１の照明光学系は、前記光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択する波長選択フィルタ部と、該波長選択フィルタ部で選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御するポラライザと、該ポラライザを透過して直線偏光の状態になった光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に回転させることが可能なように取付けられた１/２波長板と、該振動方向の方位が調整された直線偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換する偏光の楕円率が調整可能に取付けられた１/４波長板とを有し、前記検出光学系は、前記試料の検査対象領域からの反射光の偏光の振動方向の方位を調整可能な１/２波長板と前記反射光の楕円率を調整可能な１/４波長板とを有し、前記画像処理部は、前記検出光学系の１/２波長板と１/４波長板で変更の状態が制御された前記試料の検査対象領域からの反射光を前記検出光学系の複数のイメージセンサで検出した前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明では、第１の光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に対物レンズを介して上方から照射する第１の照明過程と、第２の光源から発射された光を、前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射する第２の照明過程と前記第１の照明過程により前記対物レンズを介して上方から照射された光と前記第２の照明過程により前記対物レンズの外側の斜方から照射された光とにより前記試料の検査対象領域から反射された反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力する検出過程と、該複数のイメージセンサで検出したそれぞれの画像信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理過程とを有する光学式検査方法において、前記第１の照明過程は、前記第１の光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択し、該選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御し、該偏光の状態が制御された光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に調整し、該振動方向の方位が調整された偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換し、該楕円偏光に変換した光を前記試料の検査対象領域に照射し、
前記検出過程は、前記試料の検査対象領域から反射されて前記対物レンズを透過した反射光の偏光の振動方向の方位と楕円率を調整し、該偏光の振動方向の方位と楕円率を調整した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力し、前記画像処理過程は、前記複数のイメージセンサから出力された前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
【００１２】
また、本発明では、第１の光源により出射された広波長帯域を有する光を表面にパターンが形成された試料の検査対象領域に対物レンズを介して上方から照射する第１の照明過程と、第２の光源から発射された光を、前記対物レンズの外側から前記試料の検査対象領域に斜方から照射する第２の照明過程と前記第１の照明過程により前記対物レンズを介して上方から照射された光と前記第２の照明過程により前記対物レンズの外側の斜方から照射された光とにより前記試料の検査対象領域から反射された反射光のうち前記対物レンズを透過した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力する検出過程と、該複数のイメージセンサで検出したそれぞれの画像信号を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理過程とを有する光学式検査方法において、前記第１の照明過程は、前記第１の光源により出射された広波長帯域を有する光のうち所望の波長の光を選択し、該選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御し、該偏光の状態が制御された光の振動方向の方位を前記試料の検査対象領域に形成されたパターンの向きに応じて欠陥のコントラストが向上する方位に調整し、該振動方向の方位が調整された偏光を検出したい欠陥種の捕捉率が向上するような楕円率を有する楕円偏光に変換し、該楕円偏光に変換した光を前記試料の検査対象領域に照射し、前記検出過程は、前記試料の検査対象領域から反射されて前記対物レンズを透過した反射光の偏光の振動方向の方位と楕円率を調整し、該偏光の振動方向の方位と楕円率を調整した反射光の光路を複数に分岐して該分岐した複数の反射光をそれぞれ複数のイメージセンサの各々で受光して画像信号を出力し、前記画像処理過程は、前記複数のイメージセンサから出力された前記試料上の欠陥のコントラストを向上させた画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出するようにした。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体ウェハ上の様々な検査対象に応じて、検出欠陥（（ＤＯＩ）（Defects of Interest：検出したい欠陥）のコントラストを向上し、且つ擬似欠陥の擬似率を基準以下に低減させる光学条件を短時間で選択可能となり、高感度で、且つ高速検査が実現できる。
【００１９】
また、本発明によれば、半導体ウェハ上の様々な検査対象に応じて、所望のＤＯＩ（検出したい欠陥）の捕捉率を最大化する複数の光学条件も短時間で見出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る欠陥検査方法及びその装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
即ち、本発明に係る欠陥検査方法及びその装置は、半導体ウェハ上の様々な検査対象（ゲート、ビットライン（Ａｌ等）、メタル配線（ＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮやＣｕ等）、素子分離部（トレンチ分離部）（Ｓｉ及びＳｉＯ２）など）において、検出したくない擬似欠陥の擬似率を基準以下に低減させて、検出したい検出欠陥（歩留まりに影響する検出欠陥（ＤＯＩ）やプロセスモニタリング上検出が必要な検出欠陥）を高コントラストで検出できるようにして、高感度で、且つ高速の欠陥検査を実現することにある。検出したくない擬似欠陥としては、絶縁膜の膜厚の違いに応じた検出画像の明るさの違いやグレインなどが、狭帯域波長の光を照射し、設計上同じパターンが形成されている例えばダイの画像を比較した際、大きな差画像（濃淡差）として現れる。しかしながら、この擬似欠陥は、通常、半導体デバイスの電気特性に悪影響がないため、検出して欲しくないものである。従って、半導体ウェハ上の様々検査対象において、擬似欠陥の擬似率を基準以下に低減して検出したい検出欠陥（ＤＯＩ等）を高感度で検出することが必要となる。
【００２２】
［第１の実施の形態］
本発明に係る光学式欠陥検査装置の第１の実施の形態について説明する。
まず、本発明に係る全体システムについて図９を用いて説明する。検査情報統合システム（上位システム）１０００は、ネットワークを通して本発明に係る光学式欠陥検査装置１、レビュー装置（ＳＥＭ式、光学式）３５０、解析装置（ＦＩＢ加工装置、断面ＳＥＭ観察装置など）４００、および電気特性検査装置５００が接続される。本発明に係る光学式欠陥検査装置１は、ステージ系（２１０〜２１４）を含む光学系１０ａと、オペレーション部３２０ａ及びＧＵＩ部３２０ｂを構成する操作部３２０と、ステージ系を含めて光学系１０内の機構全てを制御する機構制御部３０８と、機能的に、感度評価部３０３ａを含み検査対象に応じて最適な光学条件及び判定処理パラメータ等の高感度検査条件を選択する高感度検査条件選択部３０３、光学系１０ａ等により取得された画像を基に欠陥判定及び欠陥分類を行う欠陥判定・欠陥分類部３０２、該欠陥判定・欠陥分類された画像等を記憶する画像記憶部３０４及び処理結果出力部３０５を備えた画像処理部３００とを設けて構成される。
【００２３】
次に、本発明に係る光学式欠陥検査装置１の基本構成について図１を用いて説明する。即ち、ウェハ５はフープ２００に格納されており、ウェハローダ２０１にてθアライメント部２０２に搬入される。θアライメント部２０２でθプリアライメントされ、該プリアライメントされたウェハ５は、Ｘステージ２１０、Ｙステージ２１１、Ｚステージ２１２、θステージ２１３上に搭載されているウェハチャック２１４に吸着される。ウェハ５上には、ウェハ表面の画像を検出する光学系１０ａが配置されている（この図では、落射照明による明視野照明光学系の構成を示す）。
【００２４】
明視野照明光学系は、光源２０、レンズ２２、波長選択フィルタ２５、ポラライザ（偏光子）３０、１／２波長板３５、１／４波長板４０、レンズ４５、開口絞り５０、レンズ６０、ビームスプリッタ６５及び対物レンズ７０ａ、７０ｂによって構成される。
【００２５】
検出光学系は、対物レンズ７０ａ、７０ｂ、ビームスプリッタ６５、アナライザ（検光子）８０、結像レンズ９５、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａ及びイメージセンサ９８ａ〜９８ｃによって構成される。
【００２６】
合焦点検出系は、照明系に配置した縞状のストライプパターン１１０、レンズ１１２、ビームスプリッタ１１３及び焦点検出用イメージセンサ１１４ａ、１１４ｂによって構成される。
【００２７】
光源２０は、広帯域な波長（ＵＶ光から可視光の範囲の例えば約３５０ｎｍ〜約７００ｎｍ程度）を発光する光源であり、例えばＸｅランプ、超高圧ＨｇランプやＨｇ−Ｘｅランプあるいはハロゲンランプなどである。ランプ２０からの光は、レンズ２２を介して、波長選択フィルタ２５、ポラライザ（偏光子）３０を透過する。波長選択フィルタ２５は、例えば干渉フィルタや特定の波長で吸収帯のある色ガラスなどで形成される。波長選択フィルタ２５を構成する透過波長の異なる特性を持つ複数種類のフィルタは、機構制御部３０８によって制御される、モータ等を含む波長選択フィルタ切替機構２７に配置されており、照明波長の切替えが可能となっている。即ち、波長選択フィルタ２５は、少なくともＵＶ光（約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ（紫帯域も含む））と可視光（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）とが選択される。ＵＶ光については、約４５０ｎｍ以上の光を遮光する可視光カットフィルタを使用することによって選択することができ、可視光については、約３５０ｎｍ〜約４００ｎｍの光を遮光するＵＶ光カットフィルタを使用することによって選択することが可能である。
【００２８】
勿論、検査対象上のパターンなどから得られる可視光の反射、回折、又は散乱した光を検出する場合において、光源２０として、可視光（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）のみを出射する光源であれば、波長選択フィルタは必ずしも必要としない。その理由は、後述するように、検出系の波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａで波長分離して検出することができるからである。
【００２９】
また、偏光照明による欠陥コントラスト向上を図るため、ポラライザ３０が配置されている。このポラライザ３０を透過した光は、直線偏光となり、その振動方向の方位を回転させる１／２波長板３５を透過して、配線パターンの向き（方向）に応じて欠陥のコントラストを向上する振動方向に制御する。この１／２波長板３５は、透過した光の振動方向を任意の方向に回転するための１／２波長板回転機構３７に搭載されている。また、様々な欠陥種の捕捉率を向上させる場合には、楕円偏光照明（楕円率１の円偏光も含む）が有効な場合もあるため、楕円偏光照明させるための１／４波長板４０も配置する。この１／４波長板４０は、透過した光の楕円形状を任意の形状にするための１／４波長板回転機構４２に搭載されている。尚、偏光照明しなくても十分な感度が得られる場合は、ポラライザ３０は不必要である。このため、ポラライザ３０による照明光量の損失を防ぐため、ポラライザを照明光路から外すポラライザ出し入れ機構３２に取り付けている。１／２波長板３５及び１／４波長板４０は、ランダム偏光照明を行う場合は不要であるが、例えば水晶やフッ化マグネシウム等が材料である場合は、透過率９０％以上は確保できるため、そのまま配置しておいても光量損失は問題にならないレベルである。このため、１／２波長板３５及び１／４波長板４０は、ランダム照明時においても光路に配置していても良いし、光路から外しても良い。なお、ポラライザ出し入れ機構３２、１／２波長板回転機構３７及び１／４波長板回転機構４２は、機構制御部３０８の制御指令に基づいて制御される。
【００３０】
これらの光学素子を透過した光は、レンズ４５を通して開口絞り５０の位置に光源の像を形成し、この開口絞り５０及びレンズ６０を透過してビームスプリッタ６５を反射した光が、対物レンズ７０ａ、７０ｂを介してウェハ５を落射照明する。ここで、異なる開口形状や絞り径を有した複数種類の開口絞り５０は、機構制御部３０８によって制御される、モータ等を含む開口絞り切替機構５２に配置して構成される。この開口絞り５０の形状としては、光軸を中心にした円形や該光軸外にてリング状の開口を有した輪帯開口や該光軸外に開口を持つ２極開口、４極開口などがある。そして、開口絞り切替機構５２を作動させて、複数種類配置した開口絞りの中から、欠陥コントラストの向上と擬似欠陥コントラストの低減に有効な開口絞り形状（照明σの条件）を光路上に選択する。この開口絞り５０の像を対物レンズ７０ａ、７０ｂの瞳に投影することにより、ケーラー照明となる。
【００３１】
照明光学系の波長選択フィルタ２５によって可視光（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）を選択して可視光が可視光用対物レンズ７０ａによってケーラー照明された場合、ウェハ５上のパターンなどで反射、回折、又は散乱した光のうち、対物レンズ７０ａのＮＡ（Numerical Aperture）内を進む光は再び対物レンズ７０ａに捕捉され、ビームスプリッタ６５を透過した光は、特定の電場ベクトルの振動成分のみを透過するアナライザ（検光子）８０を透過し、結像レンズ９５により結像され、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａにより例えば３つの波長帯域（例えば約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの緑色帯域、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍの赤色帯域、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの青色帯域）に分離され、該分離された例えば３つの波長帯域のウェハ５のパターンの像の各々をイメージセンサ（例えばＴＤＩセンサ）９８ａ〜９８ｃの各々上に形成して受光することになる。即ち、照明系の波長選択フィルタ２５によって可視光（約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）が選択されているため、検出系の波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａで、例えば、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍの赤色帯域の光を反射させ、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの緑色帯域の光を反射させ、残りの約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの青色帯域の光を透過させて３つの波長帯域に分離することが可能になり、上記反射して分離した赤色帯域の光をイメージセンサ９８ｂで受光し、上記反射して分離した緑色帯域の光をイメージセンサ９８ｃで受光し、上記透過して分離した青色帯域の光をイメージセンサ９８ａで受光して各々の波長帯域の画像信号を出力することになる。
【００３２】
勿論、検出系の波長分離フィルタ９６ａにおいて、約６００ｎｍ〜約７００ｎｍの赤色帯域の光を反射させ、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの青色帯域の光を反射させ、残りの約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの緑色帯域の光を透過させて３つの波長帯域に分離することも可能である。この場合、各イメージセンサ９８ａ〜９８ｃで受光する波長帯域が上記と異なることになる。
【００３３】
従って、検査対象がゲートの場合は、約４００〜約４５０ｎｍの波長帯域だと欠陥が明るくみえるため、イメージセンサ９８ａから得られる画像信号により欠陥を顕在化して検出できることになる。また、Ａｌ配線の場合は表面にＴｉＮを積層されている場合があり、このＴｉＮは波長４５０〜５００ｎｍにかけて反射率が高くなる特性をもっている。このため、パターンの反射率と背景（下地）の反射率の関係に応じて、検出欠陥を高コントラストに検出できる波長が、４５０ｎｍ以下であったり、５００ｎｍ以上であったり変化する。また、検査対象がメタル配線等でＣｕの場合は、約５５０〜約７００ｎｍの波長帯域だと欠陥が明るくみえるため、イメージセンサ９８ｂから得られる画像信号により欠陥を顕在化して検出できることになる。また、検査対象が素子分離部の場合、Ｓｉ及びＳｉＯ２によって形成されているため、波長の依存性はなく、イメージセンサ９８ａ〜９８ｃの何れから得られる画像信号でも同様に欠陥を顕在化することが可能である。このように、半導体に使われる材料の分光光学定数を考慮して、光学定数（ｎ，ｋ）が変化する波長よりも短い側と長い側の両方を照明可能としておくことが、様々な工程・構造のウェハを幅広く高感度検査するのに有効である。即ち、ＵＶ光、可視光の青色帯域、可視光の緑色帯域、可視光の赤色帯域という４帯域に分けられると、半導体に使用される材料の分光定数、分光反射率の変化点の短波長側及び長波長側をほぼカバーすることが可能であり、有効である。
【００３４】
従って、後述するように、高感度検査条件選択部３０３は、定常検査（本検査）において、検査対象に応じて、検出したい検出欠陥について高コントラストの画像信号が得られる波長帯域の光を受光するイメージセンサ９８ａ〜９８ｃの何れから得られる画像信号を画像処理部３００が欠陥判定に使用するのかの選択（条件出し）が可能となる。なお、検査対象によっては、例えばイメージセンサ９８ｂ及び９８ｃの各々から得られる画像信号をＡ／Ｄ変換後、合成することによって例えば約５００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長帯域の画像信号として欠陥判定に用いることも可能である。
【００３５】
また、照明系の照明系の波長選択フィルタ２５によってＵＶ光（約３５０ｎｍ〜約４５０ｎｍ（紫色も含む））を選択してＵＶ光が、機構制御部３０８の制御に基づいて切り替えられたＵＶ光用対物レンズ７０ｂによってケーラー照明された場合、ウェハ５上のパターンなどで反射、回折、散乱した光のうち、対物レンズ７０ｂのＮＡ（Numerical Aperture）内を進む光は再び対物レンズ７０ｂに捕捉され、ビームスプリッタ６５を透過した光は、特定の電場ベクトルの振動成分のみを透過するアナライザ（検光子）８０を透過し、結像レンズ９５により結像され、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａを透過してウェハ５のパターンのＵＶ光像をイメージセンサ（例えばＴＤＩセンサ）９８ａ上に形成して受光することになる。従って、イメージセンサ９８ａは、ＵＶ光に対して感度を有することが必要である。
【００３６】
なお、アナライザ（検光子）８０は、照明系と同様に使用しない場合があるため、入退機構８１によって光路に対して出し入れできるように構成される。
【００３７】
また、波長分離フィルタ９６ａの代わりに例えばＰ偏光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタ９９に、機構制御部３０８の制御に基づいて切替機構１００によって切替できるように構成される。即ち、波長分離フィルタ９６ａと偏光ビームスプリッタ９９とは、切替機構１００によって切り替えできるように構成する。特に、可視光（白色光）において、検査対象が波長にあまり依存性がなく、検査対象のパターンに方向性を有する場合には、波長分離フィルタ９６ａから偏光ビームスプリッタ９９に切り替えることによって、例えば分離されたウェハ５のパターンの各偏光成分の像の各々をイメージセンサ（例えばＴＤＩセンサ）９８ａ、９８ｂの各々上に形成して何れかで欠陥を顕在化した画像を受光することが可能となる。さらに、検出光路には、図２に示すように、複数種類の位相差フィルタから構成される空間フィルタ１２５を切り替え可能に対物レンズ７０ａ、７０ｂの瞳と共役な位置に設置してもよい。当然、対物レンズ７０ａの瞳の位置と対物レンズ７０ｂの瞳の位置は変わるので、空間フィルタ１２５を設置する共役な位置も変わることになる。空間フィルタを設置する場合、コリメータレンズ１２３、１２４が必要となる。また、空間フィルタ１２５として切り替え可能な複数種類の透過率フィルタで構成してもよい。
【００３８】
また、対物レンズとしては、照射光の波長に応じてＮＡや結像倍率を変える必要があるため、例えば可視光で収差補正された可視光用対物レンズ７０ａとＵＶ光（可視光の短波長帯域を含んでもよい。）で収差補正されたＵＶ光用対物レンズ７０ｂとを有し、機構制御部３０８の制御に基づいてレボルバ（切替機構）７１によって切替できるように構成される。このように照明光の波長や検査速度や欠陥のコントラストに応じて、対物レンズ７０を交換することによって、ＮＡや結像倍率を変えることができ、検査レシピに合った検査が可能となる。いずれにしても、例えば、ＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光又はＵＶ光〜可視光までの収差補正を実現する光学系は硝材が限定されるため、設計・製作が困難である。特に、対物レンズ７０の難易度が高く、広帯域波長、高ＮＡ（Numerical Aperture）、広視野の３条件を満たすのは難しい。そこで、対物レンズを複数で構成し、波長帯域に応じて切り替えるように構成した。
【００３９】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、検査対象に適するように、波長帯域としては、例えば４つの波長帯域（約６００ｎｍ〜約７００ｎｍの赤色帯域、約４００ｎｍ〜約５００ｎｍの青色帯域、約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの緑色帯域、及びＵＶ帯域）を選択可能であり、しかも偏光の制御に基く偏光方位及び空間フィルタによる例えば位相差を選択可能である。
【００４０】
さらに、この光路の途中にはビームスプリッタ１１１が配置されており、該ビームスプリッタ１１１で反射した光は、対物レンズ７０ａ、７０ｂの焦点位置とウェハ５の表面とのずれ量を検出する焦点位置検出光となる。焦点検出原理としては、例えば、照明系に配置した縞状のストライプパターン１１０をウェハ５上の検出視野の周辺に投影し、その像を焦点検出系１１２〜１１４に導く。ウェハ５の表面が合焦点位置にある場合のストライプパターンの結像位置（設計上の像面）に対して、ウェハ側及び反対側にデフォーカスさせた位置に焦点検出用イメージセンサ１１４ａ、１１４ｂを２個配置する。なお、１１３は、ウェハ５の表面から得られるストライプパターンの光像を分岐するビームスプリッタ（ハーフミラー）である。そして、機構制御部３０８は、これらのイメージセンサ１１４ａ、１１４ｂで検出したストライプパターンの光像のコントラストを比較してウェハ５の表面と合焦位置との位置関係を検知する。ウェハ５の表面が合焦位置に対してずれている場合には、機構制御部３０８はＺステージ２１２にずれ量に対応した駆動を指示し、ウェハ５の表面を合焦位置に合せる制御を行う。勿論、図１１のレシピ内容確認Ｓ１１２において、（２）で示すように、焦点合わせする層が、検査対象である下地層の場合（パターンが形成されている層が表面からずれている場合）には、フォーカスオフセット値を算出して焦点合わせをする必要がある。
【００４１】
また、イメージセンサ９８ａ〜９８ｃは、例えばリニアイメージセンサ（ＴＤＩ（Time Delay Integration）型を含む）であり、Ｘステージ２１０を等速移動させながら連続的にウェハ５の像を検出する。イメージセンサ９８ａ〜９８ｃからの画像惰報は、Ａ／Ｄ変換器１０１ａ〜１０１ｃでデジタル信号の画像として画像処理部３００の各画像前処理部３０１ａ〜３０１ｃに入力される。
【００４２】
画像処理部３００において、各画像前処理部３０１ａ〜３０１ｃでは、視野内の照度分布やセンサ感度のユニフォミティに応じた画像の不均一性について補正が行なわれる。該補正には画像のγ補正などの非線形な画像の明るさ変換も含んでいる。欠陥判定・欠陥分類部３０２ではまず各画像前処理部３０１ａ〜３０１ｃから得られる設計上同じパターンが形成されている画像同士を比較して、欠陥候補を判定する。比較する画像としては、隣接するダイの画像同士を比較するダイ比較と隣接するメモリセル部の画像同士を比較するセル比較方式とが代表例であるが、設計パターンデータとイメージセンサ９８で検出した画像との比較や、複数ダイの画像から生成した基準画像とイメージセンサ９８で検出した画像との比較による欠陥候補を判定する手法がある。欠陥判定・欠陥分類部３０２において、欠陥判定された欠陥部（欠陥候補も含む）の情報としては、欠陥部の検出画像、該検出画像の比較対象となった画像（参照画像）、及び／又は比較した検出画像と参照画像との差画像（濃淡差）、欠陥部の位置座標情報、並びに欠陥判定用に算出した欠陥部の画像特徴量（濃淡差や面積や長さ（投影長）など）などがあり、データサーバ３３０内の図１０に示す検査情報ＤＢ３３０１に格納される。即ち、検査情報ＤＢ３３０１内の検査対象ＤＢには、ウェハ情報（工程、品種、ロット番号等）と、欠陥部（欠陥候補も含む）として判定した画像（欠陥候補又は欠陥部の検出画像、比較対象となった参照画像及び／又は比較した検出画像と参照画像との差画像（濃淡差））と、欠陥部の位置座標情報、欠陥部の画像特徴量情報とが格納される。これらの情報は操作部３２０によって表示可能である。検査装置全体の操作部３２０のオイペレーティング部３２０ａは、ウェハ５のローディングやウェハのθアライメント、高感度検査条件選択（複数の光学条件の設定や条件出し用のテスト検査（図１２に示す、予備テスト検査（Ｓ１２２）、検査条件選択（Ｓ１２６）、及びテスト検査（Ｓ１２７）など））、並びに定常検査などの実施を指示する。なお、既に検査レシピが作成されているウェハ１の検査は、検査装置１と通信可能な上位システム１０００からの指示により、自動検査を開始するなどの外部からの制御が可能である。また、検査結果の情報についても上位システム１０００からの検索・抽出・表示が可能であり、検査装置１の本体からオペレータが指示しなくても、外部（例えば、クリーンルームの外）から検査結果の確認が可能なシステムを備えている。
【００４３】
さらに、上位システム１０００からは、欠陥部（欠陥候補も含む）についてのウェハ上での位置座標等の位置情報や欠陥部についての画像等がレビューＳＥＭ装置３５０やプローブ検査装置５００等に提供されることになる。従って、図１０に示すように、レビューＳＥＭ装置３５０は、欠陥候補の情報に基づいてレビューして、歩留りに影響する検出欠陥（ＤＯＩ（Defects of Interest：検出したい欠陥））と歩留りに影響しない擬似欠陥（Nuisance）とに分類し、該分類された検出欠陥及び擬似欠陥のＳＥＭ画像がＡＤＲ（Automatic Defect Review）画像として取得されて３５１０によりレビュー結果ＤＢ３５０１に格納されることになる。その結果、上記レビュー結果が、レビューＳＥＭ装置３５０のレビュー結果ＤＢ３５０１から３３２０により検査装置１の検査情報ＤＢ３３０１の光学条件ＤＢに提供されることになる。
【００４４】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、半導体ウェハ上の検査対象に応じて、検出したい検出欠陥を高コントラストで検出できる検査条件出しをすることができるので、検出したくない擬似欠陥について擬似率を基準に低減して、検出したい検出欠陥を高感度で検出することが可能となる。
【００４５】
また、定常検査時には、欠陥判定・欠陥分類部３０２は、検査対象に応じて選択された検査条件（光学条件（波長帯域、偏光の方位、位相差等）及び判定処理条件（擬似率を基準にした濃淡差に対する判定しきい値））を基に算出された欠陥候補（欠陥部）の画像特徴量に基づいてパターン欠陥なのか、異物なのか、スクラッチ欠陥なのか等、欠陥分類される。そして、これら定常検査結果の情報は、データサーバ３３０に格納される。これらの情報は操作部３２０のＧＵＩ部３２０ｂに表示して出力することが可能であると共に検査情報統合システム（上位システム）１０００などに提供することも可能である。
【００４６】
［第２の実施の形態］
本発明に係る第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、図２に示すように、光学系１０ｂにある。該光学系１０ｂにおいて、第１の実施の形態と相違する点は、検出光路において、回転可能な機構８１に取付けられたアナライザ（検光子）８０とビームスプリッタ６５との間に、ウェハ５から得られる反射光の偏光方位を制御する１／２波長板１１７及び１／４波長板１１８を設け、結像レンズ９５と波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａとの間に、コリメータレンズ１２３、１２４と対物レンズ７０ａの瞳と共役な位置に例えば位相差フィルタから構成される空間フィルタ１２５とを配置し、さらに照明方式として暗視野照明ができるように、広帯域な波長の光を発光する例えばＨｇ−Ｘｅランプ等から構成されるランプ光源１３０１、該ランプ光源１３０１から出射される広帯域の光から例えばＵＶ光と可視光とを選択する波長選択フィルタ１３０２、該波長選択フィルタ１３０２で選択された光を例えば可視光用対物レンズ７０ａの周囲に導く光ファイバ１３０３、及び該対物レンズの上端周囲において反射して下降する光を反射して斜め方向からウェハ５上に照射する放物面鏡１３０４から構成される暗視野照明光学系（斜方照明光学系）１３０を設ける点である。なお、ＵＶ光用対物レンズ７０ｂは図示省略。
【００４７】
このように構成することによって、明視野照明と同様に、暗視野照明（斜方照明）においても、ビームスプリッタ６５を透過した光は、特定の電場ベクトルの振動成分のみを透過するアナライザ（検光子）８０を透過し、結像レンズ９５により結像され、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａによって例えば３つの波長帯域（例えば、約５００ｎｍ程度〜約６００ｎｍ程度の緑色帯域、約６００ｎｍ程度〜約７００ｎｍ程度の赤色帯域、約４００ｎｍ程度〜約５００ｎｍ程度の青色帯域）に分離され、該分離された例えば３つの波長帯域のウェハ５のパターンの像の各々をイメージセンサ（例えばＴＤＩセンサ）９８ａ〜９８ｃの各々上に形成して受光することが可能となる。同時に、１／２波長板回転機構１１９及び１／４波長板回転機構１２０を回転制御することにより、偏光方位（電場ベクトルの振動方向）を検査対象上に形成されたパターンに適合させて各イメージセンサ９８ａ〜９８ｃによって受光することが可能となる。また、波長分離フィルタ９６ａの代わりに偏光ビームスプリッタ９９に切り替えた場合も同様となる。このように、明視野照明と同様に、暗視野照明においても、偏光方位を制御することにより、パターンから得られる偏光成分を消去して検出したい検出欠陥を高コントラスト（濃淡差）で検出することが可能となる。
【００４８】
また、検査対象上に微小な凹凸が生じているので、これに対応した位相差フィルタからなる空間フィルタ１２５を切り替えることにより干渉強度を強めたり、弱めたりすることが可能となり、検出したい検出欠陥を下地や周囲の影響を少なくして更に高コントラスト（濃淡差）で検出することが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、段差の低い薄膜残りや微小なショート欠陥及びパターンの形状不良などを検出しやすい第１の実施の形態の明視野照明方式に加えて、異物やスクラッチなど段差、凹凸のある欠陥の検出に有利である暗視野照明方式を選択することが可能となる。
【００５０】
また、第２の実施の形態によれば、明視野と暗視野の複合照明が可能となり、金属配線パターン（例えば、アルミ配線）の表面に発生するグレイン部のコントラストを低滅することが可能となり、欠陥判定しきい値の低減による、検査感度の向上に有効である。
【００５１】
［第３の実施の形態］
本発明に係る第３の実施の形態において、第２の実施の形態と相違する点は、図３に示すように、光学系１０ｃにある。該光学系１０ｃにおいて、第２の実施の形態と相違する点は、１／２波長板１１７及び１／２波長板回転機構１１９並びに１／４波長板１１８及び１／４波長板回転機構１２０を無くし、その代わりに、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａと各イメージセンサ９８ａ〜９８ｃとの間にアナライザ（検光子）１２８ａ〜１２８ｃを配置した点にある。その結果、明視野照明と同様に、暗視野照明においても、分離された例えば３つの波長帯域の各々において、個別に、回転調整機構１２９ａ〜１２９ｃによりアナライザ（検光子）１２８ａ〜１２８ｃの偏光方位（電場ベクトルの振動方向）を検査対象上のパターンに対応するように調整することにより、パターンから得られる偏光成分を消去して検出したい検出欠陥を高コントラスト（濃淡差）で検出することが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態で得られる作用効果に加えて、明視野照明において、分離された例えば３つの波長帯域の各々に適合するように偏光方位を調整することが可能である。
【００５３】
［第４の実施の形態］
本発明に係る第４の実施の形態において、第３の実施の形態と相違する点は、図４に示すように、光学系１０ｄにある。該光学系１０ｄにおいて、第３の実施の形態と相違する点は、明視野照明系及び暗視野照明系から得られる可視光の波長帯域を例えば４００ｎｍ程度〜６００ｎｍ程度に狭くし、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ｂにより２つの波長帯域（例えば、約５００ｎｍ程度〜約６００ｎｍ程度の緑色帯域を反射し、約４００ｎｍ程度〜約５００ｎｍ程度の青色帯域を透過する）に分離し、各々の波長帯域に対応させてイメージセンサ９８ｃ、９８ａ及びアナライザ（検光子）１２８ｃ、１２８ａを設けた点にある。
【００５４】
このように、２つのイメージセンサ９８ｃ、９８ａの各々で、青色帯域、緑色帯域の光を受光できれば、通常の半導体素子に対応することが可能である。また、ＵＶ光に切り替えられた場合は、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ｂを透過してイメージセンサ９８ａが受光して画像信号を出力することになる。従って、ＵＶ光による検査も可能となる。
【００５５】
以上説明したように、第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００５６】
［第５の実施の形態］
本発明に係る第５の実施の形態において、第４の実施の形態と相違する点は、図５乃至図７に示すように、光学系１０ｅにある。図５は、多数のバンドカットフィルタ群と切り替え可能な光路長補償用ガラス群とを示す図である。図６は、多数のバンドカットフィルタ群の分光透過率特性を示す図である。上記光学系１０ｅにおいて、第４の実施の形態と相違する点は、明視野照明系において、波長選択フィルタ２５をなくし、広帯域な波長範囲（３５０ｎｍ程度〜７００ｎｍ程度）から波長帯域を４０ｎｍ程度〜６０ｎｍ程度のピッチ又はその倍のピッチ又は任意の複数の波長帯域で順次選択できるように、多数のバンドカットフィルタ群６００ａ〜６００ｇと光路長補償用ガラス群７００ａ〜７００ｇとを切り替え可能に構成した点である。勿論、バンドカットフィルタ（ＵＶ選択フィルタ）６００ａとバンドカットフィルタ６００ｂとの代わりに、波長選択フィルタ２５を用いても良い。
【００５７】
図６に示すように、バンドカットフィルタ（ＵＶ選択フィルタ）６００ａは約３６０ｎｍ以下及び約４４０ｎｍ以上の波長の光を遮光し、約３６０ｎｍ乃至約４４０ｎｍのＵＶ光及び紫色の波長を透過するフィルタで構成される。バンドカットフィルタ６００ｂは約４２０ｎｍ以下の波長及び約６５０ｎｍ以上の波長の光を遮光し、約４２０ｎｍ以上から約６５０ｎｍ以下の可視光の波長を透過するフィルタで構成される。バンドカットフィルタ６００ｃは約４００ｎｍ乃至約４５０ｎｍの紫色の波長の光を遮光し、それ以外の波長の光を透過するフィルタで構成させる。バンドカットフィルタ６００ｄは約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの青色の波長の光を遮光し、それ以外の波長の光を透過するフィルタで構成される。バンドカットフィルタ６００ｅは約５００ｎｍ乃至約５５０ｎｍの緑色の波長の光を遮光し、それ以外の波長の光を透過するフィルタで構成される。バンドカットフィルタ６００ｆは約５５０ｎｍ乃至約６００ｎｍの黄色の波長の光を遮光し、それ以外の波長の光を透過するフィルタで構成される。バンドカットフィルタ６００ｇは約６００ｎｍ乃至約６５０ｎｍの赤色の波長の光を遮光し、それ以外の波長の光を透過するフィルタで構成される。
【００５８】
従って、例えばバンドカットフィルタ６００ａと６００ｃを用いることによって約３６０ｎｍ乃至約４００ｎｍの波長帯域のＵＶ光が得られ、例えばバンドカットフィルタ６００ｂと６００ｄから６００ｇとを用いることによって約４２０ｎｍ乃至約４５０ｎｍの波長帯域の紫色の光が得られ、例えばバンドカットフィルタ６００ｂと６００ｃと６００ｅから６００ｇとを用いることによって約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの波長帯域の青色の光が得られ、例えばバンドカットフィルタ６００ｂと６００ｃと６００ｄと６００ｆと６００ｇとを用いることによって約５００ｎｍ乃至約５５０ｎｍの波長帯域の緑色の光が得られ、例えばバンドカットフィルタ６００ｂと６００ｃから６００ｅと６００ｇとを用いることによって約５５０ｎｍ乃至約６００ｎｍの波長帯域の黄色の光が得られ、例えばバンドカットフィルタ６００ｂと６００ｃから６００ｆとを用いることによって約６００ｎｍ乃至約６５０ｎｍの波長帯域の赤色の光が得られ、広帯域な波長範囲（３５０ｎｍ程度〜７００ｎｍ程度）から、４０ｎｍ程度〜６０ｎｍ程度のピッチの波長帯域、又は該ピッチの２倍の８０ｎｍ程度〜１２０ｎｍ程度のピッチの波長帯域、又は任意の複数の波長帯域を、各種の検査対象に対応させて検出欠陥を高感度にして擬似欠陥について擬似率を基準以下にするように、順次選択することが可能となる。
【００５９】
しかし、バンドカットフィルタ６００ａ〜６００ｇの各々を照明系の光路から退出させた場合、微妙に光路差が付くので、光路長補償用ガラス７００ａ〜７００ｇを挿入することによって光路長を補償することが可能となる。
【００６０】
なお、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ｃにより２つの波長帯域（例えば、約５００ｎｍ程度〜約６５０ｎｍ程度の緑色乃至赤色帯域を反射し、残りの約３５０ｎｍ程度〜約５００ｎｍ程度のＵＶ光乃至青色帯域を透過する）に分離し、各々の波長帯域に対応させてイメージセンサ９８ｃ、９８ａ及びアナライザ（検光子）１２８ｃ、１２８ａを設けて構成した。その結果、イメージセンサ９８ｃは、順次選択して照明された検査対象から得られる赤色の光、黄色の光、緑色の光の各々を受光でき、イメージセンサ９８ａは、順次選択して照明された検査対象から得られる青色の光、紫色の光、ＵＶ光の各々を受光できることになる。
【００６１】
また、図７には、図２に示す第２の実施の形態と同様に、回転可能な機構８１に取付けられた特定の電場ベクトルの振動成分のみを透過するアナライザ（検光子）８０と、１／２波長板回転機構１１９によって回転制御される１／２波長板１１７と、１／４波長板回転機構１２０によって回転制御される１／４波長板１１８とを設けて構成した。その結果、暗視野照明系１３０による暗視野照明においても、アナライザ（検光子）８０、１／２波長板１１７、１／４波長板１１８及び各アナライザ（検光子）１２８ｂ、１２８ａの制御により、偏光方位（電場ベクトルの振動方向）を検査対象上に形成されたパターンに適合させて各イメージセンサ９８ａ、９８ｂによって受光することが可能となる。
【００６２】
以上説明したように、第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態で得られる作用効果に加え、照明光の波長帯域を細かく（例えば４０ｎｍ程度〜６０ｎｍ程度のピッチで）選択することが可能となる。
【００６３】
［第６の実施の形態］
本発明に係る第６の実施の形態において、第５の実施の形態と相違する点は、図８に示すように、光学系１０ｆにある。該光学系１０ｆにおいて、第５の実施の形態と相違する点は、検出系において、波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ｃの代わりに偏光ビームスプリッタ９９を設け、各アナライザ（検光子）１２８ｂ、１２８ａを無くし、偏光ビームスプリッタ９９で分離したＳ偏光成分をイメージセンサ（ＴＤＩセンサも含む）９８ｄで受光し、Ｐ偏光成分をイメージセンサ（ＴＤＩセンサも含む）９８ｅで受光した点にある。従って、イメージセンサ９８ｄ、９８ｅの各々は、４０ｎｍ程度〜６０ｎｍ程度のピッチで順次選択して検査対象に照明された多数の波長帯域の光を受光して画像信号を出力することになる。また、イメージセンサ９８ｄ、９８ｅの各々は、広帯域に亘って感度を有する必要がある。
【００６４】
以上説明したように、第６の実施の形態によれば、第５の実施の形態で得られる作用効果に加え、暗視野照明による検出の際、第２の実施の形態と同様に偏光方位の制御も可能となる。
【００６５】
［第７の実施の形態］
本発明に係る第１乃至第６の実施の形態で説明した光学式欠陥検査装置における高感度検査条件選択（高感度検査条件出し）に関する第７の実施の形態について具体的に説明する。ところで、本発明に係る光学式欠陥検査装置における光学系の機能や構成について説明したが、機能及び条件が多くなるとウェハを定常検査（本検査）するための高感度検査条件の選択（光学条件出しや画像処理条件出し）が大変である。
【００６６】
そこで、本発明に係る光学式欠陥検査装置１における高感度検査条件の選択（光学条件出しや画像処理条件出し）の効率的フローについて図１０、図１１及び図１２を用いて説明する。図１０は条件だしウェハについての光学式欠陥検査装置１で得られる検査情報とレビューＳＥＭ装置で得られるレビュー結果情報との連携を示す図である。図１１は条件出しするための光学式欠陥検査装置におけるＧＵＩ部を示す図である。図１２は高感度検査条件を選択する効率的な処理フローを示す図である。
【００６７】
まず、条件出し用のウェハ１００１を１０１０で示すように欠陥検査装置１内に挿入し（インプットし）（Ｓ１２１）、図１１にステップＳ１１１で示すように、該対象となるウェハ１００１の情報を、操作部（ＧＵＩ部３２０２）３２０等を用いて入力する。該入力する各種対象となるウェハの情報としては、品種、工程（（１）工程名（例えばトレンチ分離（ＳＴＩ：Shallow Trench Isolation）、ゲート（Ｇａｔｅ）、金属（Ｍｅｔａｌ）配線等）、（２）配線材料（例えばＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮ、ＴｉＮ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ、Ｃｕ、ダマシン（Ｄａｍａｓｃｅｎｅ）等）、（３）プロセス処理（例えば、成膜、エッチング、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)等）、（４）配線方向（パターン方向）など）、ロット番号などである。次に、ウェハ５に形成されたダイの配列やダイ内のメモリセルエリアなど（デバイスマトリックス）をデータサーバ３３０から読み出して操作部（ＧＵＩ部３２０２）３２０等を用いて指定する。このデバイスマトリックスが既に、他の工程で作成されている場合は、既に作成されているデバイスマトリックスをコピーする。次に、ウェハ５と各光学系１０ａ〜１０ｆの視野及びＸＹステージ２１０、２１１とのθアライメントを行うための座標情報やアライメント用のターゲットマーク等のアライメント情報について、操作部３２０等を用いて入力する。
【００６８】
次に、各光学系１０ａ〜１０ｆの各機能及び条件のうち、予め決めておいた多種多様な欠陥を検出しやすい光学初期条件（例えば、波長帯域（光学系１０ａ〜１０ｃについては４条件；光学系１０ｄについては２条件；光学系１０ｅ〜１０ｆについては６条件）＋偏光方位２条件＋空間フィルタ２条件）にて、順次テスト領域１１０１について予備テスト検査を行う（Ｓ１２２）。該予備テスト検査では、条件出し後に行う定常検査（本検査）時の画素サイズ（ウェハ上におけるイメージセンサ１画素あたりのサイズ）よりも大きな画素サイズで検査する。これにより、例えば、ウェハの一定の面積（図１１のテスト検査Ｓ１１３で示されるウェハ上の局所領域であるテスト領域１１０１）について予備テスト検査をする場合においては、検査時間は（予備テスト時の画素サイズ／本検査の画素サイズ）２に短縮でき、予備テスト検査に必要な総合時間を短縮することが可能となる。
【００６９】
また、図１０に示す欠陥検査装置１の検査情報ＤＢ３３０１に格納された同じ品種及び工程で過去に検査した光学条件と欠陥情報（濃淡差や欠陥画像特徴量及び欠陥画像など）、さらに、この欠陥を検出したときの条件出し時の情報（条件出し時の光学条件と検出欠陥及び擬似欠陥のコントラスト特性情報（例えば、波長帯域と検出欠陥及び擬似欠陥のコントラストの特性や、偏光フィルタリングと検出欠陥及び擬似欠陥のコントラストの特性情報など））を検索することによって、検出欠陥と擬似欠陥を高マージンで分別可能な光学条件を予測し、光学初期条件を少ない光学条件に絞り込むことは可能である。これら過去の検査情報及び過去の条件出し情報を有効活用し、微細化したデザインルールのウェハの条件出しを効率化する。これは、図１２に示すステップＳ１２２において、光学初期条件（光学デフォルト条件）を絞り込むのに有効であり、予備テスト検査時間を短縮できる効果がある。
【００７０】
次に、各光学系１０ａ〜１０ｆ及び画像処理部３００において、予め決めておいた全ての光学初期条件で検出した欠陥候補を１つの検査結果としてデータサーバ３３０の図１０に示す検査情報データベース（ＤＢ）３３０１にマージする（Ｓ１２３）。このとき、同じ欠陥を複数の光学条件で検出する欠陥候捕があるため、これについては欠陥候補の座標を突合せて、一つ欠陥候補であるとする。このとき、どの光学条件で検出できた欠陥候補であるかが分かるようにマージした検査結果に情報を残しておく。
【００７１】
特に、検査条件の条件出しを行う時には、予備テスト検査した結果が検出欠陥であるか、或いは擬似欠陥であるか判定するために、ＳＥＭレビュー装置３５０によるレビュー結果との突合せなどを行う必要がある。そのため、ＳＥＭレビュー結果が、光学式欠陥検査装置１のＧＵＩ部３２０ｂで表示、確認できると、光学式欠陥検査装置１の条件出しが効率的になる。
【００７２】
そこで、条件出しウェハ１００１は、欠陥検査装置１から１０１１で示すように取り出されて１０２０で示すようにレビューＳＥＭ装置３５０にインプットすると共に、上位システム（検査情報統合システム）１０００は、データサーバ３３０から上記マージ検査結果（品種、工程、ロット番号、欠陥候補の座標などの検査対象ＤＢ）３３１０をレビューＳＥＭ（Scanning Microscope）装置３５０に提供する。レビューＳＥＭ装置３５０は、上記マージ検査結果（特に欠陥候補の位置座標）を基に条件出しウェハの欠陥候補をレビューし（Ｓ１２４）、検出したい検出欠陥（ＤＯＩ等）であるか、或いは検出しなくても良い擬似欠陥（歩留りに影響しない欠陥：Nuisance）であるかを判別（分類）し、該分類されたレビュー結果（検出欠陥（ＤＯＩ等）と擬似欠陥（Nuisance）との分類結果、それらのＡＤＲ画像、及び検出欠陥についての発生要因等の対策情報）をレビュー結果（レビュー装置に内蔵されていても、されていなくても良い。）ＤＢ３５０１に格納する（Ｓ１２５）と共に、条件出しウェハ１００１を１０２１で示すようにレビューＳＥＭ３５０から取り出される。そして、上記レビュー結果を上位システム１０００に提供してデータサーバ３３０の検査情報ＤＢ３３０１の光学条件ＤＢに格納する。
【００７３】
該光学条件ＤＢに格納されたレビュー情報を、欠陥検査装置１上にてＧＵＩ部３２０ｂを用いてオペレータが確認し、例えば、歩留まりに影響する検出欠陥（ＤＯＩ）やプロセスモニタリング上検出が必要な検出欠陥を選定する。また、擬似欠陥についても、検査装置上にてＧＵＩ部３２０ｂを用いてオペレータがレビュー画像を確認し、検出したくない欠陥であることを指定する。これによって、欠陥検査装置１が各種条件出しウェハについて複数の初期光学条件で検出された欠陥候補について検出欠陥と擬似欠陥とに分類することが可能となる。
【００７４】
また、レビューの結果、検出感度や擬似欠陥率が悪い場合は、条件出し用ウェハ１００１をレビュー装置３５０から出して、欠陥検査装置１に再度インプットし、検査条件を調整する。検査条件を調整後、テスト検査した結果の良否については、既にレビューした欠陥の座標と突合せて、擬似欠陥率の良否を判断できる。なお、検査条件を調整後に新たに検出した欠陥については、レビュー結果がないため必要に応じて、レビューしていない欠陥候補のみをレビュー装置３５０にてレビューし、そのレビュー結果をレビュー結果ＤＢ３５０１に格納すると共に、上位システム１０００に提供してデータサーバ３３０の検査情報ＤＢ３３０１の光学条件ＤＢに格納する。
【００７５】
次に、欠陥検査装置１の高感度検査条件選択部３０３において実行する、図１２に示す光学条件の選択処理（Ｓ１２６）について説明する。即ち、画像処理部３００における高感度検査条件選択部（高Ｓ／Ｎ検査条件選択部）３０３は、データサーバ３３０の検査情報ＤＢに格納された光学初期条件（光学デフォルト条件）で予備テスト検査をした時に得られた光学条件ＤＢ（照明方式と検出欠陥の濃淡差で示されるコントラスト特性との関係、光学条件（波長帯域）と検出欠陥の濃淡差で示されるコントラスト特性との関係、光学条件（波長帯域）と擬似欠陥の濃淡差との関係、並びに光学条件（フィルタ条件）と全欠陥候補の濃淡差で示されるコントラスト特性との関係）に基づいて、検出欠陥を検出しやすく、且つ擬似欠陥を検出しにくい光学条件（（１）照明方式（明視野照明（ＢＦ）、暗視野照明（ＤＦ）、明暗視野混合照明（ＢＤ）等）、検出波長帯域（例えば明視野照明による検出波長帯域）、偏光方位、空間フィルタの位相差（０〜λ）若しくは透過率（０〜１００％）及び画素サイズ）を選択する（Ｓ１２６）。
【００７６】
検査感度に有利な光学条件を選択する第１ステップの例としては、検出欠陥の濃淡差が比較的大きくなる条件を抽出する。第２ステップの例としては、擬似欠陥の濃淡差が比較的小さくなる条件を抽出する。これらの条件のうち、重複する条件が検査マージン（＝欠陥濃淡差−擬似欠陥濃淡差）が大きくなる条件であるため、その条件を光学条件としてオペレータに推奨することにより、高感度となる検査条件を的確に判断できる。
【００７７】
照明方式の選択は、検査対象からどのような欠陥（例えばパターン欠陥か、異物欠陥か）を検出するかに応じて決めてもよい。また、高感度検査条件選択部３０３は、レビューの結果、検出欠陥と分類された欠陥候補についての欠陥部とその比較対象の部分との明視野画像、暗視野画像及び明暗視野画像を基に、欠陥候補の濃淡差を算出し、該算出された濃淡差の中から、検出欠陥を検出するのに有利な照明方式を選択する。なお、明視野画像、暗視野画像及び明暗視野画像を検出するための光学系の構成は、図２に示す第２の実施の形態において詳述した。また、明暗視野画像については、例えば明視野画像と暗視野画像とを検出して、それぞれの画像を足し合わせることにより予測することも可能である。
【００７８】
波長帯域１２０２の選択は、次に説明するように行われる。図１乃至図４に示す第１乃至第４の実施の形態で説明した光学系１０ａ〜１０ｄの場合には、各イメージセンサ９８ａ〜９８ｃが受光する波長帯域が波長分離フィルタ（ダイクロイックミラー）９６ａ〜９６ｂで分離される波長帯域で決まってしまうので、各種検査対象毎に、テスト領域１１０１において、特徴的な検出欠陥（例えば、ショート欠陥、欠け欠陥、残渣欠陥、ボイドなど）１２０２ａを複数選んで、これらの検出欠陥１２０２ａのコントラスト(濃淡差)が高く、同様に擬似欠陥１２０２ｂを複数選んで、これらの擬似欠陥１２０２ｂのコントラスト（濃淡差）が低い波長帯域の光を受光するイメージセンサから得られる画像信号を選択すればよい。
【００７９】
また、図７及び図８に示す第５及び第６の実施の形態の場合は、波長帯域を例えば約４０ｎｍ〜約６０ｎｍのピッチで順次変えられることができるので、各種検査対象毎に、テスト領域１１０１において、特徴的な検出欠陥（例えば、ショート欠陥、欠け欠陥、残渣欠陥、ボイドなど）１２０２ａを複数選んで、図１２及び図１３に示すように、これら検出欠陥１２０２ａ毎の濃淡差を該濃淡差の極性（正常部に対して欠陥が暗い（−）か、明るい（＋）かの識別）も分かるように、各ピッチの波長帯域毎に求め、検出欠陥を高コントラストで検出できる（検出欠陥の濃淡差が比較的大きくなる）広波長帯域条件（例えば４５０ｎｍ〜５００ｎｍと５５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を選択することが可能となる。
【００８０】
擬似欠陥１２０２ｂについても同様に複数選んで、図１２及び図１３に示すように、これら擬似欠陥１２０２ｂの濃淡差を該濃淡差の極性（−）、（＋）も分かるように、各ピッチの波長帯域毎に求める。擬似欠陥については例えば層間絶縁膜の微小な膜厚変動による薄膜干渉によって生じる明るさ変動に基づくため、照明波長帯域を細かく変えていったとき、膜厚変動との関係から擬似欠陥が（＋）の濃淡差と（−）の濃淡差とが現れ、打ち消し合う波長帯域が存在することになる。そのため、擬似欠陥の濃淡差が比較的小さくなる波長帯域条件として上記打ち消し合う広い波長帯域（例えば４５０ｎｍ〜５００ｎｍと５５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を選択することが可能となる。即ち、波長帯域幅が狭いと、膜厚変動による薄膜干渉によって擬似欠陥の濃淡差が大きくなり、どの狭い波長帯域でも検査マージンが無いことも考えられる。このように検査マージンが無い場合やマージンを拡大したい場合は、擬似欠陥の濃淡差の極性を調べ、極性が変わる（極性が打ち消し合う）広い波長帯域を抽出（選択）し、該抽出された広い波長帯域の光を照明することによって擬似欠陥から得られる明るさを平均化して擬似欠陥の濃淡差を小さくし、擬似欠陥を擬似率以下に検出しないように検査マージンを大きくすることが可能となる。
【００８１】
以上説明したように、単に、擬似欠陥部のみに着目するのではなく、複数の波長帯域を照明したときに検出欠陥部の濃淡差の下がり幅が、擬似欠陥の濃淡差の下がり幅よりも小さくならないことを確認する必要がある。これにより、複数の波長帯域からなる広波長帯域（例えば４５０ｎｍ〜５００ｎｍと５５０ｎｍ〜６００ｎｍ）を同時に照明することにより、欠陥マージンが拡大できる条件を選ぶことが可能となる。
【００８２】
次に、フィルタの選択について説明する。フィルタの選択としては、偏光フィルタ（３５、４０、８０、１１７、１１８、１２８ａ〜１２８ｃ）の選択と、空間フィルタ１２５の選択がある。偏光フィルタ及び空間フィルタについても、同じように欠陥候補から得られる濃淡差が高い最もマージンの大きくなる条件を選択する。しかし、偏光フィルタにも多数の組合せがあり、さらに空間フィルタとの組み合わせもあり、多種に亘ることになる。一方、偏光フィルタにおける偏光方位及び空間フィルタにおける例えば位相差は配線パターンの向きに対して回転変化するため、欠陥候補から検出される濃淡差として周期性を有することになる。従って、図１２に示すフィルタ１２０１ａとして、フィルタ無しを基準に、◎で示す濃淡差が最大となるフィルタの向きを算出できれば、周期性を基に、例えば点線の○で示すフィルタ無しの濃淡差となるフィルタの向きと、例えば点線の◎で示す濃淡差が最小となるフィルタの向きも算出することが可能となる。即ち、フィルタ（偏光フィルタ及び位相差フィルタ）１２０１ａについては、多数の欠陥候補についての濃淡差が周期性を有して検出できるので、フィルタの向きを間引いて濃淡差を把握しても最適な偏光フィルタ（例えば検光子１２８ａ〜１２８ｃ）の向きや位相差フィルタの位相差を予測して条件出しすることが可能となる。しかしながら、空間フィルタの１つの種類である透過率フィルタについては欠陥候補から濃淡差に周期性を有して検出できないので、間引く方法としては決め打ちする方法しかない。
【００８３】
以上説明したように、間引いたフィルタ条件で、複数の特徴的な欠陥候補について濃淡差を算出して光学条件ＤＢに蓄積し、該蓄積された複数の欠陥候補についての濃淡差とその周期性とに基づいて複数の欠陥候補に亘って最も濃淡差が高くなるフィルタ条件を予測して選択することになる。
【００８４】
次に、高感度検査条件選択部３０３において、画素サイズは本検査で使用する条件に設定し、他の光学条件は自動算出あるいはユーザが選択した光学条件をベースとし、テスト検査を実行する（Ｓ１２７）。なお、本検査で使用する画素サイズでテスト検査した結果には、ＳＥＭレビューしていない欠陥も含まれる可能性が高い。このＳＥＭレビューしていない欠陥が、検出したい検出欠陥であるか、あるいは擬似欠陥であるかを確認したい場合は、ＳＥＭレビューを行い、確認することも考えられる。また、ＳＥＭレビューを効率的に行うためには、本発明に係る光学式欠陥検査装置１で自動分類した結果を用いて、正確に分類できている確立の高いカテゴリは、代表欠陥のみＳＥＭレビューすることも考えられる。
【００８５】
次に、図１１のステップＳ１１３で示すテスト検査をした結果を、既にＳＥＭレビューした検出欠陥１１１０及び擬似欠陥１１２０と座標突合せをし（Ｓ１３１）、突合った検出欠陥及び擬似欠陥部の画像と比較対象の画像及び検出した時の検出欠陥画像特徴量（例えば濃淡差など）などを用いて、最も検出欠陥と擬似欠陥が分別しやすい、即ち分布的に異常なし（例えば正常なパターンのエッジから虚報として検出されるストリーク状の分布なし）の画像処理パラメータ（例えば分別しきい値）を自動算出する（図１１のステップＳ１１４）。この自動算出した画像処理パラメータにて、検出欠陥として判定した欠陥候補の情報を操作部３２０に表示する。情報としては、ＳＥＭレビュー画像やレビューして判定した検出欠陥及び擬似欠陥などの情報などである。
【００８６】
高感度検査条件選択部３０３は、この情報を用いて、図１２に示すように、
（１）擬似率を基準にして擬似欠陥の割合が許容範囲か？
（２）ＧＵＩ部３２０ｂに表示され、検出されたＤＯＩ（ＳＥＭ画像（ＡＤＲ画像）と濃淡差）に基づいて十分な感度であるか？
などを判定する（Ｓ１２８）。
【００８７】
高感度検査条件選択部３０３は、該判定において、感度や擬似欠陥の割合が許せない範囲である場合は、テスト検査で変更した光学パラメータの中から、感度が高くなる光学条件や擬似欠陥の割合が低くなる光学条件を予備テスト検査から予測して変更する（Ｓ１２９）。光学系１０及び画像処理部３００は、該予測された光学条件で検出欠陥及び擬似欠陥の画像とその比較対象の画像（参照画像）とを本検査で使用する画素サイズで取得する（Ｓ１３０）。このとき、実際に検査するときのイメージセンサとは異なる２次元カメラ（図示せず）で撮像して欠陥及び擬似欠陥部の画像を取得してもよい。これは、実際に検査するイメージセンサ９８は、リニアセンサであるため、特定の座標の画像を取得する場合は、ステージが等速移動する必要があるため、２次元カメラでの画像取得に比べて、画像取得時間が長くなるためである。しかし、ユーザによっては、画像取得時間が問題にならない場合もあるため、リニアイメージセンサ９８で画像取得することも考えられる。特に、イメージセンサ９８と上記２次元カメラで分光感度や画素寸法が大きく異なる場合は、イメージセンサ９８で画像取得した方が良い。
【００８８】
次に、高感度検査条件選択部３０３は、取得した検出欠陥及び擬似欠陥の画像を用いて、最も望ましい感度、擬似欠陥率となる光学条件及び画像処理パラメータを算出する。次に、最適な光学条件及び画像処理パラメータでターゲット欠陥の検出感度及び擬似欠陥率が許容されるかどうかを自動計算し（Ｓ１３１）、許容範囲内である場合は、この最適条件を用いて、本検査で使用する画素サイズにてテスト検査を実施する（Ｓ１２７）。許容範囲外である場合には、ステップＳ１２９に戻り、再度光学条件を変更し、検出欠陥及び擬似欠陥の画像とその比較対象の画像とを取得し、光学条件と画像処理パラメータの改善を行う。
【００８９】
本検査で使用する画素サイズにて再度テスト検査を行った結果についても、既にＳＥＭレビューした結果と突合せ、必要に応じて画像処理パラメータの改善を図る。改善を図った場合は、検査感度及び擬似欠陥率の良否を判定し、問題ない場合には、条件出し終了とし、ＳＥＭレビューした欠陥の情報（例えば、欠陥サイズや分類結果及びその欠陥の発生要因など）をデータサーバ３３０の検査情報データベース３３０１に登録する（Ｓ１３２）。
【００９０】
このデータベースは、例えば、同じ品種、工程、あるいは同じ半導体材料を用いている半導体ウェハについて新たに条件出しを行う時に活用する。
【００９１】
以上説明したように、高感度検査条件選択部３０３は、データサーバ３３０に格納された光学初期条件（光学デフォルト条件）で予備テスト検査をした時に得られた検出欠陥（ＤＯＩ）と擬似欠陥（Nuisance）との画像や画像特徴量を用いて、図１１のステップＳ１１２において検査条件の内容（レシピ内容）（（１）光学パラメータ（画素サイズ、照明方式（明視野照明（ＢＦ）、暗視野照明（ＤＦ）、明暗視野混合照明（ＢＤ）等）、検出波長帯域（例えば明視野照明による検出波長帯域）、偏光方位、及び空間フィルタによる位相差、透過率、並びに照明σの条件（軸外し開口絞りの条件も含む））、（２）見たい回路パターン層にフォーカスを合せるためのオフセット量を算出するフォーカスオフセット算出等）と、検出欠陥と擬似欠陥とを分別しやすくなる画像処理パラメータ（例えば分別しきい値）との組合せを最適化する。最適化した画像処理パラメータを用いた場合の、検出欠陥（ＤＯＩ）と擬似欠陥（Nuisance）との分別性能を算出し、この結果より、最も検出欠陥を検出しやすく、且つ擬似欠陥の検出を抑制できる光学条件（光学パラメータ）と画像処理パラメータとの組合せを求める。或いは、この結果を図１１のレシピ内容確認Ｓ１１２で示すように操作部（ＧＵＩ部）３２０に表示して、装置ユーザが選択できるようにする。この場合、複数の光学条件（（１）光学パラメータ確認で示す。）と画像処理パラメータとの組合せを表示することになるため、レビューＳＥＭ装置から上位システム３４０を介して取得される各検査条件で検出される検出欠陥および欠陥候補のＳＥＭ画像も一緒に表示すると選択しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に係る光学式検査装置の第１の実施の形態である基本構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る光学式検査装置の第２の実施の形態である光学系の構成を示す正面図である。
【図３】本発明に係る光学式検査装置の第３の実施の形態である光学系の構成を示す正面図である。
【図４】本発明に係る光学式検査装置の第４の実施の形態である光学系の構成を示す正面図である。
【図５】本発明に係る光学式検査装置の第５の実施の形態である多数のバンドカットフィルタ群と切り替え可能な光路長補償用ガラス群とを示す図である。
【図６】本発明に係る光学式検査装置の第５の実施の形態である多数のバンドカットフィルタ群の分光透過率特性を示す図である。
【図７】本発明に係る光学式検査装置の第５の実施の形態である光学系の構成を示す正面図である。
【図８】本発明に係る光学式検査装置の第６の実施の形態である光学系の構成を示す正面図である。
【図９】本発明に係る全体システムの構成の一実施の形態を示す図である。
【図１０】本発明に係る条件出し試料を用いた予備テスト検査及びテスト検査において光学検査装置の検査情報データベース（ＤＢ）とレビュー装置のレビュー結果データベース（ＤＢ）との関係を示す図である。
【図１１】本発明に係る高感度選択部での検査条件選択のためのＧＵＩ画面の一実施例を示す図である。
【図１２】本発明に係る高感度選択部での検査条件選択のための処理フローと光学条件選択の処理内容及び感度のＯＫの判断内容とを示す図である。
【図１３】本発明に係る光学条件の一つである波長帯域の選択方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９３】
１…光学式欠陥検査装置、５…ウェハ、１０ａ〜１０ｆ…光学系、２２、４５、６０、１１２…レンズ、２０…光源、２５…波長選択フィルタ（波長選択素子）、２７…波長選択フィルタ切替機構、３０…ポラライザ（偏光子）、３２…ポラライザ出し入れ機構、３５、１１７…１／２波長板、３７、１１９…１／２波長板回転機構、４０、１１８…１／４波長板、４２、１２０…１／４波長板回転機構、５０…開口絞り、５２…開口絞り切替機構、６５…ビームスプリッタ、７０、７０ａ、７０ｂ…対物レンズ、７１…レボルバ（切替機構）、８０…アナライザ（検光子）、８１…入退機構、９５…結像レンズ、９６ａ〜９６ｃ…波長分離フィルタ（波長分離素子）、９８ａ〜９８ｅ…イメージセンサ、９９…偏光ビームスプリッタ、１０１ａ〜１０１ｃ…Ａ／Ｄ変換器、１００…切替機構、１１０…縞状スタライプパターン、１１１…ビームスプリッタ、１１３…ビームスプリッタ、１１４ａ、１１４ｂ…焦点検出用イメージセンサ、１２３、１２４…コリメータレンズ、１２５…空間フィルタ、２００…フープ、２１０…Ｘステージ、２１１…Ｙステージ、２１２…Ｚステージ、２１３…θステージ、２１４…ウェハチャック、３００…画像処理部、３０１ａ〜３０１ｃ…前処理部、３０２…欠陥判定・欠陥分類部、３０３…高感度検査条件選択部（条件出し部）、３０３ａ…感度評価部、３０４…画像記憶部、３０５…処理結果出力部、３０８…機構制御部、３２０…操作部、３２０ａ…オペレーション部、３２０ｂ…ＧＵＩ部、３３０…データサーバ、３５０…レビュー装置（レビューＳＥＭ装置）、４００…解析装置、５００…電気特性検査装置、６００…バンドカットフィルタ群、６００ａ〜６００ｇ…バンドカットフィルタ（ＵＶ選択フィルタ）、７００…光路長補償用ガラス群、７００ａ〜７００ｇ…光路長補償用ガラス、１０００…上位システム（検査情報統合システム）、１００１…条件出しウェハ、１１０１…テスト領域、１１１０、１２０２ａ…検出欠陥、１１２０、１２０２ｂ…擬似欠陥、１２０１ａ…フィルタ、３３０１…検査情報ＤＢ、３５０１…レビュー結果ＤＢ。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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