(57)【要約】【課題】  被検査物の検査により得られたパターン信号の飽和による欠陥の見逃しを防ぎ、早期に欠陥発生の原因究明ができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。【解決手段】  パターンが形成された被検査物にレーザ光を照射し、該被検査物からの信号を検出して欠陥を検出する欠陥検査において、被検査物に関するレイアウトデータに含まれるパターン情報を入力し、該入力されたパターン情報から被検査物の複数の被検査領域毎に、配置，繰り返し性，粗密のうちの少なくともいずれかひとつを判定し、該判定結果に基づいて検出した信号の飽和レベルを予測し、該信号が飽和しないような透過率条件を決定する。【選択図】図３
2009168476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された被検査物にレーザ光を照射し、該被検査物からの信号を検出して欠陥を検出する欠陥検査方法において、
前記被検査物に関するレイアウトデータに含まれるパターン情報を入力し、該入力されたパターン情報から前記被検査物の複数の被検査領域毎に、配置，繰り返し性，粗密のうちの少なくともいずれかひとつを判定し、該判定結果に基づいて前記検出した信号の飽和レベルを予測し、該信号が飽和しないような透過率条件を決定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記欠陥を検出する検査条件が複数であり、前記透過率条件から欠陥検出数が最も大きい検査条件における透過率条件が選定されることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記検査条件は、前記被検査物に関する情報，前記レーザ光のパワー，空間フィルタ，透過率可変フィルタの透過率のうちの少なくともひとつであることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
パターンが形成された被検査物にレーザ光を照射し、該被検査物からの信号を検出して欠陥を検出する欠陥検査システムにおいて、
前記被検査物に関するレイアウトデータに含まれるパターン情報を記憶する記憶部と、該記憶されたパターン情報から前記被検査物の複数の被検査領域毎に、配置，繰り返し性，粗密のうちの少なくともいずれかひとつを判定し、該判定結果に基づいて前記検出した信号の飽和レベルを予測し、該信号が飽和しないような透過率条件を決定するマイクロプロセッサとを備えたことを特徴とする欠陥検査システム。
【請求項５】
請求項４の記載において、前記欠陥を検出する検査条件が複数であり、前記透過率条件から欠陥検出数が最も大きい検査条件における透過率条件が選定されることを特徴とする欠陥検査システム。
【請求項６】
請求項５の記載において、前記検査条件は、前記被検査物に関する情報，前記レーザ光のパワー，空間フィルタ，透過率可変フィルタの透過率のうちの少なくともひとつであることを特徴とする欠陥検査システム。
【請求項７】
パターンが形成された被検査物にレーザ光を照射し、該被検査物からの信号を検出して欠陥を検出する欠陥検査システムにおいて、
前記信号を検出する検出器に設けられ、該信号の透過率を可変にする透過率可変フィルタと、前記検出器で検出する信号が飽和レベル以下で検出可能なように、被検査物のレイアウトに基づいて前記透過率可変フィルタにより前記透過率を選定するマイクロプロセッサとを備えたことを特徴とする欠陥検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ，フォトマスク，磁気ディスク，液晶基板等の異物やパターン欠陥を検出する欠陥検査方法、及び欠陥検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程における異物や回路パターンの欠陥等の発生は、製品不良の原因となる。磁気ディスクや液晶基板においても同様である。また、半導体ウエハや液晶基板にパターンを形成するためのフォトマスクにおいても、欠陥の存在は、半導体ウエハや液晶基板に誤ったパターンが形成されるため、同様に製品不良の原因となる。以下、半導体ウエハにおける欠陥を代表例として説明する。異物や回路パターン欠陥等を半導体ウエハの外観不良として検査するときに、これらを定量化し、製造装置や製造環境に問題がないかどうか常時監視する必要がある。さらに、外観不良の形状を観察して、その外観不良が製品に致命的な影響を与えるものかどうかを確認することで、外観不良の影響度を判断することができる。外観不良の画像について、人間の目視により致命的かどうかを判断するかわりに、自動的に分類する自動欠陥分類（ＡＤＣ：Automatic Defect Classification）の技術が導入され始めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
外観不良の検査装置としては、暗視野光学式顕微鏡を応用した光学式パターン検査装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。半導体ウエハを被検査物とする欠陥の検査機構の概略は、以下のようである。１枚の半導体ウエハに複数個の半導体デバイスとなるチップが形成されるが、一般的に、被検査チップはメモリ領域，周辺回路領域，論理領域などの機能に基づいた複数のパターン群で構成されている。この被検査物にレーザ光を照射すると入射光はパターンに回折され、一方、欠陥にあたった入射光は欠陥により散乱される。この回折光，散乱光は検査装置の対物レンズを通り、透過率可変フィルタで適切な光量に調整された後、例えばメモリ領域のパターンのような繰り返し性の高いパターンからの回折光は、空間フィルタによって除去される。しかし繰り返し性の低いパターン、例えば周辺回路領域や論理回路領域のパターンからの回折光、及び欠陥からの散乱光は、空間フィルタに除去されずに信号検出器に入り、検査装置のメモリに信号が記憶される。これらの回折光信号，散乱光信号は、予めメモリに記憶された参照チップの信号と差分回路で差が取られ、この差信号は比較回路で所定の閾値と比較され、閾値より大きい信号が欠陥として検出される。
【０００４】
上記のように被検査物にレーザを照射したときに発生する回折光は、パターンの繰り返し性，粗密に強く依存する。繰り返し性の高いパターン信号は、空間フィルタにより効率よく除去されるが、論理パターン，周辺回路パターンのように繰り返し性の低いパターンの信号は、空間フィルタでは除去しきれずそのまま検出器に入り、検出信号が飽和してしまうという問題がある。検出信号が飽和してしまうと、欠陥信号がその中に埋もれてしまい、欠陥があっても検出できない。この問題を解決するために、飽和レベルの異なる複数個の検出器を用いるという方法が考えられるが、コスト面での問題がある。また、領域毎に空間フィルタ，レーザパワー，信号透過率などの光学条件を変えて複数回検査し、検査結果をマージする方法が考えられるが、これはスループットの低下を招く上に、複数の条件最適化には大変な手間と時間が掛かり、その操作方法を容易に習熟することが困難になってきた。さらに、検査装置の高感度化によって画像データ量が膨大になっており、検出された欠陥を確認するための整理の時間も膨大になり、大きな問題になってきている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６９４８９号公報
【特許文献２】特開平５−４５８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被検査物の検査により得られたパターン信号の飽和による欠陥の見逃しを防ぎ、早期に欠陥発生の原因究明ができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施態様は、上記課題を解決するために、パターンが形成された被検査物にレーザ光を照射し、該被検査物からの信号を検出して欠陥を検出する欠陥検査において、被検査物に関するレイアウトデータに含まれるパターン情報を入力し、該入力されたパターン情報から被検査物の複数の被検査領域毎に、配置，繰り返し性，粗密のうちの少なくともいずれかひとつを判定し、該判定結果に基づいて検出した信号の飽和レベルを予測し、該信号が飽和しないような透過率条件を決定する構成としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検査物の検査により得られたパターン信号の飽和による欠陥の見逃しを防ぐことにより、早期に欠陥発生の原因究明ができる欠陥検査装置および欠陥検査方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、被検査チップ内のパターン配置の一例を示す平面図である。一般的に被検査チップ１はメモリ部２，論理部３など機能毎の領域から成り、各領域間は配線で接続される。多くの場合、メモリパターン４は繰り返し性の高い、密なパターン形状をしており、論理パターン５は繰り返し性の少ないパターン形状をしている。
【００１０】
次に図２，図３，図４を用いて欠陥検出方法について述べる。図２は、被検査チップ１のパターン及び欠陥の模式図である。今、メモリパターン４上に欠陥６が、論理パターン５上に欠陥７があるとする。図３は、欠陥検査装置のシステム構成図である。欠陥検査装置９は、装置制御部１０，装置駆動部１１，信号検出部１２，信号処理部１３，ステージ２７が主要な構成である。ステージ２７上の被検査ウエハ１４にレーザ１５を照射すると、入射光はパターン１６に回折され、一方、欠陥１７にあたった入射光は散乱される。この回折光，散乱光は対物レンズ１８を通り、透過率可変フィルタ１９で任意の光量に調整された後、繰り返し性の高いパターン、例えば、メモリ領域のパターンからの回折光は空間フィルタ２０によって除去される。しかし、繰り返し性の低いパターン、例えば、周辺回路領域や論理回路領域のパターンからの回折光、及び欠陥からの散乱光は除去されずに信号検出器２１に入り、信号処理部１３の第１メモリ２２に記憶される。これらの回折光信号，散乱光信号は、予め第２メモリ２３に記憶されていた参照チップの信号と差分回路２４で差が演算され、この差信号は比較回路２５で所定の閾値と比較され、閾値より大きい信号は欠陥として検出され、装置制御部１０のインターフェイス２６に表示される。このレーザスキャンは、ステージ２７を装置駆動部１１で駆動することにより、検査領域全面に対して行われる。
【００１１】
図４は、図２のＡスキャン断面８での信号レベルを示したグラフであり、横軸は位置、縦軸は信号の大きさである。メモリパターン４のような繰り返し性のあるパターンに対しては、信号が空間フィルタ２０により効果的に除去される。一方、論理パターン５のような繰り返し性の低いパターンには、空間フィルタ２０が効かず、パターン信号が十分除去されずに検出器２１が飽和してしまう。そのため、メモリ部２にある欠陥６は検出できるが論理部３にある欠陥７は検出できない。
【００１２】
図４（ａ）は、縦軸に被検査チップ信号をとったもので、図２のメモリ部２のメモリパターン４の検出信号は飽和レベルに達していないので、欠陥６の信号が現れている。一方、図２の論理部３の論理パターン５の信号は飽和レベルを超えており、欠陥７が現れていない。図４（ｂ）は、縦軸に参照チップ信号をとったもので、図２のメモリ部２のメモリパターン４の検出信号は図４（ａ）と同じく飽和レベルに達していないが、図２の論理部３の論理パターン５の信号は飽和レベルを超えている。図４（ｃ）は、縦軸に差信号、すなわち、図４（ａ）の被検査チップ信号と図４（ｂ）の参照チップ信号との差をとったものである。図４（ｃ）に示すように、図２のメモリ部２のメモリパターン４の信号が差により消えて図４（ａ）に示す欠陥６の信号だけが残り、この信号が閾値レベルを超えていれば欠陥６を検出することができる。しかし、論理部３の論理パターン５の信号は飽和していて欠陥７の信号が現れていないので、差をとっても欠陥７は検出できない。
【００１３】
図５は、本発明で採用する透過率が可変である検出器の概略構成図である。図３に示した検出器２１として、検出器３１と検出器３２を設ける。検出器３１はＣＣＤ（Charge Coupled Devices）センサ、検出器３２はＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサである。センサ面の半分を低透過率部２９に、もう半分を高透過率部３０にするために、透過率可変フィルタ２８を設ける。
【００１４】
図６は、本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図である。図３に示した欠陥検査装置９にレイアウトデータ格納システム３３を接続する。レイアウトデータ格納システム３３は、レイアウトデータベース３４，マイクロプロセッサを備えたモニタ３５より構成される。また欠陥検査装置９は、マイクロプロセッサを備えた装置制御部１０，装置駆動部１１，信号検出部１２，信号処理部１３から構成される。装置制御部１０は、被検査チップ１の情報，レーザパワー，空間フィルタ２０形状，透過率可変フィルタ１９の透過率などの検査条件情報を格納する。装置駆動部１１は、装置制御部１０に格納された情報に基づき、ステージ２７，透過率可変フィルタ１９，空間フィルタ２０のような駆動部を駆動する。信号検出部１２はレーザ１５，対物レンズ１８，透過率可変フィルタ１９，空間フィルタ２０，検出器２１などから構成され、パターン信号，欠陥信号を検出する。信号処理部１３は、画像処理基板などを備え、欠陥６，７とパターンとを判別する。被検査チップ内のパターン配置、そのパターン形状などのパターン情報３６は、レイアウトデータ格納システム３３から欠陥検査装置９の装置制御部１０に送られる。装置制御部１０は、パターン情報３６からパターンの繰り返し性・粗密情報を判定する。装置駆動部１１によりステージ２７を駆動し、被検査領域を検査する際、繰り返し性が高いと判定されたパターン領域は、空間フィルタ２０が有効であるため、図５に示した検出器３１，３２の高透過率部３０の信号を用いる。また、繰り返し性が低いと判定されたパターン領域は、検出器３１，３２の低透過率部２９の信号を用いる。これらの信号を信号処理部１３で閾値と比較し、欠陥６，７の有無を判定する。
【００１５】
図７は、本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図であり、図６に対してデータ処理システム４０を追加設置したシステムである。データ処理システム４０は、データ格納メモリ３８，マイクロプロセッサを備えたモニタ３９から構成される。被検査チップ内のパターン配置、そのパターン形状などのパターン情報３６は、レイアウトデータ格納システム３３から外部のデータ処理システム４０に送られる。データ処理システム４０は、パターン情報３６からパターンの繰り返し性・粗密情報３７を判定する。この情報は、欠陥検査装置９の装置制御部１０に送られる。装置駆動部１１によりステージ２７を駆動し被検査領域を検査する際、繰り返し性が高いと判定されたパターン領域は空間フィルタ２０が有効であるため、図５に示した検出器３１，３２の高透過率部３０の信号を用いる。また、繰り返し性が低いと判定されたパターン領域は、検出器３１，３２の低透過率部２９の信号を用いる。これらの信号を信号処理部１３で閾値と比較し、欠陥６，７の有無を判定する。
【００１６】
図８は、本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図であり、図６に対してデータ処理システム４０を追加設置したシステムであるが、装置構成の機能が図７と異なるものである。被検査チップ内のパターン配置、そのパターン形状などのパターン情報３６は、レイアウトデータ格納システム３３から欠陥検査装置９の装置制御部１０に送られる。装置制御部１０は、パターン情報３６からパターンの繰り返し性・粗密情報を判定する。装置駆動部１１によりステージ２７を駆動して被検査領域を検査する際、繰り返し性が高いと判定されたパターン領域は、空間フィルタ２０が有効であるため、図５に示した検出器３１，３２の高透過率部３０の信号を用いる。また、繰り返し性が低いと判定されたパターン領域は、検出器３１，３２の低透過率部２９の信号を用いる。これらの信号を信号処理部１３で閾値と比較し、欠陥６，７の有無を判定する。各検査領域に対して複数の透過率で検査し、欠陥候補の画像信号・座標情報４１を外部のデータ処理システム４０に送る。データ処理システム４０は、複数の透過率と欠陥候補数の組み合わせから、最適な透過率の条件を判定する。透過率の判定については、図１０で後述する。
【００１７】
図９は、データ処理システム４０のモニタ３９の画面に表示されるユーザーインターフェースの画面図であり、欠陥検査装置９から出力された欠陥特徴量，画像データなどの検査データの処理実行内容や表示手法を、以下に説明する。
【００１８】
データ処理システム４０のディスクトップのアイコンをダブルクリックしてデータ処理システムを起動し、図９に示す画面５０をモニタ３９に表示させる。この画面５０には、透過率を振りながら検査実施し、欠陥検査装置から送信された複数の画像５９や透過率パラメータ設定や欠陥部の明るさなどの特徴量データ５５，図示しないレビュー装置から送信された複数のＡＤＲの画像６０やＡＤＣ情報５３，レイアウトデータベース３４から送信されたレイアウトデータから任意の場所で切出されたＣＡＤデータの画像６１が、それらに対応する座標情報と付き合わせた結果として、並べて表示されている。座標情報の数に対応して、スクロールバー６２が表示され、任意の座標に対する情報を表示させることができる。各縦列は、表題部分５１，５２，５３，５４をクリックすることにより、各情報を昇順，降順で表示させることが出来る。
【００１９】
画面５０に表示された複数の検査データは欠陥ＩＤ５８を持つが、欠陥ＩＤ５８はデータ処理とは無関係に検査時に付与されたもので、画面５０のような解析時には意味をなさないため、欠陥ＩＤ５８の他に通し番号５７が自動で付与され、データ処理システムに取り込まれた全情報が、通し番号５７により管理される。また、画面５０には、検査条件の３条件，レビュー２回分の画像データ，ＣＡＤデータ，ＡＤＣの結果５５，６３がわかるように、表題に表示されている。欠陥選択部５６にレ点をつけ、レビューデータ出力ボタン６５を指定することにより、レビュー装置に送信されるレビューファイルに含まれる欠陥を任意に選択することが出来る。
【００２０】
図１０は、検査条件が５条件のときの、ＤＯＩに関する欠陥の検出個数を示すグラフである。図９では検査条件が３条件であるが、５条件にして画面５０を表示させ、ＤＯＩ検出率グラフボタン６４を指定することにより、図１０が表示される。ＤＯＩ（Defect Of Interest）とは、データ処理システムのオペレータが興味を有する欠陥のことであり、図１０の例では、条件５において最も多くのＤＯＩが検出されている。すなわち、条件５で使用された透過率設定が最適であるということになる。なお、条件５のＤＯＩと製品の歩留まり低下との関係は、図９に示した画面５０に表示された欠陥の画像と、ＡＤＣ結果から確認することができる。以上により選定された最適透過率パラメータ４２は、図８に示すように、データ処理システム４０から欠陥検査装置９の装置制御部１０へ送られる。
【００２１】
図１１は、本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図であり、図７に対して、データ処理システム４０と欠陥検査装置９との間の情報の授受の内容が異なる事例のシステムである。被検査チップ内のパターン配置，パターン形状などのパターン情報３６は、レイアウトデータ格納システム３３からデータ処理システム４０に送られる。データ処理システム４０は、送られたパターン情報３６からパターンの繰り返し性・粗密情報３７を判定する。この情報は、欠陥検査装置９の装置制御部１０に送られる。装置駆動部１１によりステージ２７を駆動して被検査領域を検査する際、繰り返し性が高いと判定されたパターン領域は空間フィルタ２０が有効であるため、図５に示した検出器３１，３２の高透過率部３０の信号を用いる。繰り返し性が低いと判定されたパターン領域は、検出器３１，３２の低透過率部２９の信号を用いる。これらの信号を信号処理部１３で閾値と比較し、欠陥６，７の有無を判定する。各検査領域に対して複数の透過率で検査し、欠陥候補の画像信号・座標情報４１をデータ処理システム４０に送る。データ処理システム４０は、透過率と欠陥候補数の組み合わせから、最適な透過率の条件を判定する。最適と判定された透過率パラメータ４２は、欠陥検査装置９の装置制御部１０に送られる。ここで、最適な透過率とは、図１０で説明したとおり、ＤＯＦが最も大きい条件における透過率である。
【００２２】
図１２は、図２のＡスキャン断面８での信号レベルを示したグラフであり、横軸は位置、縦軸は信号の大きさである。パターンによって透過率を最適化することにより、信号の飽和を防ぐことができるため、従来は検出できなかった図２に示す論理部の欠陥７も検出できるようになる。図１２（ａ）は、縦軸に被検査チップ信号をとり、図２のＡスキャン断面８の信号の大きさを示している。図４（ａ）に示した従来技術では、図２の論理部の論理パターン５の信号が飽和レベルを超え、欠陥７が検出できないが、最適な透過率の条件で信号を検出することにより、図１２（ａ）に示したように、図２の論理部の論理パターン５の信号が飽和レベルに達しないので、欠陥７の信号が現れている。図１２（ｂ）は縦軸に参照チップ信号をとったもので、図４（ｂ）に示した従来技術では、図２の論理部の論理パターン５の信号が飽和レベルを超えているが、最適な透過率の条件で信号を検出することにより、図１２（ｂ）に示したように、図２の論理部の論理パターン５の信号は飽和レベルに達しない。図１２（ｃ）は縦軸に差信号、すなわち、図１２（ａ）の被検査チップ信号と図１２（ｂ）の参照チップ信号との差をとったものである。図４（ｃ）に示した従来技術では、図２のメモリ部２の欠陥６が検出できるが、論理部の欠陥７は検出できない。これに対して、図１２（ｃ）では、最適透過率の条件で信号を検出して、論理部の論理パターン５の信号が飽和レベルに達しないようにしたので、図１２（ａ）の信号と図１２（ｂ）の信号の差をとると欠陥７の信号が現れ、図１２（ｃ）に示すようにこの信号が閾値を超えていれば、欠陥７を検出することができる。
【００２３】
以上述べたように、本発明の実施態様によれば、半導体パターンの設計レイアウトデータに対応して、検出信号が飽和しないようなレベルで信号を検出することができるので、論理パターン内の欠陥も見逃さずに検出できるようになる。その結果、論理パターン内の欠陥の発生原因の究明に早期に着手できるので、製品の歩留り向上に貢献することができる。また、検査対象が同じでも欠陥検査装置の個々の特性によって欠陥の検出感度が異なっても、それを調整して同一のレベルで欠陥を検出することができるようになるので、欠陥検査装置を複数台使用した欠陥検査において検査レベルをそろえることができる。また、検査条件の設定にあたっても、信号の最適な透過率に相当する条件を容易に判定できるので、検査条件の設定にかかわる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】被検査チップ内のパターン配置の一例を示す平面図。
【図２】被検査チップのパターン及び欠陥の模式図。
【図３】従来における欠陥検査装置のシステム構成図。
【図４】図２のＡスキャン断面での信号レベルを示したグラフ。
【図５】本発明で採用した透過率が可変である検出器の概略構成図。
【図６】本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図。
【図７】本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図。
【図８】本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図。
【図９】データ処理システムのモニタの画面に表示されるユーザーインターフェースの画面図。
【図１０】検査条件が５条件のときの、ＤＯＩに関する欠陥の検出個数を示すグラフ。
【図１１】本発明に係る欠陥検査システムの概略構成図。
【図１２】図２のＡスキャン断面での信号レベルを示したグラフ。
【符号の説明】
【００２５】
１  被検査チップ
２  メモリ部
３  論理部
４  メモリパターン
５  論理パターン
６，７  欠陥
９  欠陥検査装置
１０  装置制御部
１３  信号処理部
１４  被検査ウエハ
１９，２８  透過率可変フィルタ
２０  空間フィルタ
２１，３１，３２  検出器
２６  インターフェイス
２９  低透過率部
３０  高透過率部
３３  レイアウトデータ格納システム
３４  レイアウトデータベース
３５，３９  モニタ
３８  データ格納メモリ
４０  データ処理システム
【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】
2009168476.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2009168476.tif 000013
【図１２】
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