(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査時において照明光学系及び検出光学系を有する検査用光学系を用いて撮像する検査用光学条件を設定する検査用光学条件設定ステップと、
前記検査光学系により該検査用光学条件設定ステップで設定した検査用光学条件で前記検査光学系を用いてウェハ上の画像を撮像し、該撮像された検査画像信号とチップ比較若しくはセル比較用の参照画像信号とを比較してそれらの差画像信号に基づいて前記ウェハ上に存在する欠陥を検出する欠陥検査ステップと
を有する欠陥検査方法であって、
前記検査用光学条件設定ステップにおいて、
ウェハ上の条件出し領域について前記検査用光学系を用いて複数の光学条件でテスト検査を行い、該テスト検査の結果前記光学条件毎に検出される欠陥を実欠陥と擬似欠陥とに分類し、該光学条件毎に分類された実欠陥及び擬似欠陥の画像を検出してチップ比較若しくはセル比較による実欠陥及び擬似欠陥の差画像を算出し、該光学条件毎に算出された擬似欠陥の差画像を基に擬似欠陥部の最大濃淡差を求め、該光学条件毎に算出された実欠陥の差画像に対して前記求められた擬似欠陥部の最大濃淡差に応じた検査しきい値で判定して擬似欠陥が排除された実欠陥の数を算出し、該光学条件毎に算出された実欠陥の数が前記複数の光学条件の内最も多く検出できる光学条件を選んで前記検査用光学条件として設定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
ウェハ上の条件出し領域について照明光学系及び検出光学系を有する検査用光学系を用いて複数の光学条件でテスト検査を行い、該テスト検査の結果前記光学条件毎に検出される欠陥を実欠陥と擬似欠陥とに分類し、該光学条件毎に分類された実欠陥及び擬似欠陥の画像を検出してチップ比較若しくはセル比較による実欠陥及び擬似欠陥の差画像を算出し、該光学条件毎に算出された擬似欠陥の差画像を基に擬似欠陥部の最大濃淡差を求め、該光学条件毎に算出された実欠陥の差画像に対して前記求められた擬似欠陥部の最大濃淡差に応じた検査しきい値で判定して擬似欠陥が排除された実欠陥の数を算出し、該光学条件毎に算出された実欠陥の数が前記複数の光学条件の内最も多く検出できる光学条件を選んで検査時において前記検査用光学系を用いて撮像する検査用光学条件として設定する検査用光学条件設定ステップと、
前記検査用光学条件条件設定ステップで設定した検査用光学条件で前記検査用光学系を用いてウェハ上の画像を撮像し、該撮像された検査画像信号とチップ比較若しくはセル比較用の参照画像信号とを比較してそれらの差画像信号に基づいて前記ウェハ上に存在する欠陥を検出する欠陥検査ステップとを有することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
前記検査用光学条件設定ステップにおいて、更に、ウェハ上の条件出し領域の画像を、前記検査用光学系を用いて複数の初期光学条件で撮像して取得し、該複数の初期光学条件で取得された画像のモジュレーションを評価して該評価値が高い複数の光学条件に前記テスト検査における複数の光学条件を絞り込む画像評価ステップを有することを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記検査用光学条件設定ステップにおいて、前記複数の光学条件は、前記条件出し領域の画像のモジュレーションを変化させる光学条件であることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記検査用光学系の照明光学系は、同軸落射明視野照明光学系を有することを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記検査用光学系の照明光学系における照明光がＵＶ光またはＤＵＶ光であることを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
ウェハ上を照明する照明光学系及び該照明光学系で照明された前記ウェハ上の画像を撮像する検出光学系を有する検査用光学系と、
該検査用光学系の検出光学系で撮像して得た検査画像信号とチップ比較若しくはセル比較用の参照画像信号とを比較してそれらの差画像信号に基づいてウェハ上に存在する欠陥を検出する画像処理部とを備えた欠陥検査装置であって、
検査時における前記検査用光学系の検査用光学条件を設定する検査用光学条件設定手段を備え、該検査用光学条件設定手段は、ウェハ上の条件出し領域について前記検査用光学系を用いて複数の光学条件でテスト検査を行い、該テスト検査の結果前記光学条件毎に検出される欠陥を実欠陥と擬似欠陥とに分類し、該光学条件毎に分類された実欠陥及び擬似欠陥の画像を検出してチップ比較若しくはセル比較による実欠陥及び擬似欠陥の差画像を算出し、該光学条件毎に算出された擬似欠陥の差画像を基に擬似欠陥部の最大濃淡差を求め、該光学条件毎に算出された実欠陥の差画像に対して前記求められた擬似欠陥部の最大濃淡差に応じた検査しきい値で判定して擬似欠陥が排除された実欠陥の数を算出し、該光学条件毎に算出された実欠陥の数が前記複数の光学条件の内最も多く検出できる光学条件を選んで前記検査用光学条件として設定するように構成し、
検査時において、前記検査用光学条件設定手段で設定された検査用光学条件になるように前記検査用光学系を調整することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
前記検査用光学条件設定手段は、更に、ウェハ上の条件出し領域の画像を、前記検査用光学系を用いて複数の初期光学条件で撮像して取得し、該複数の初期光学条件で取得された画像のモジュレーションを評価して該評価値が高い複数の光学条件に前記テスト検査における複数の光学条件を絞り込む画像評価手段を有することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記検査用光学条件設定手段において、前記複数の光学条件は、前記条件出し領域の画像のモジュレーションを変化させる光学条件であることを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記照明光学系は、同軸落射明視野照明光学系を有することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
前記照明光学系は、ＵＶ光またはＤＵＶ光を発射する光源部を有することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記照明光学系は、光源を有し、該光源から発射された光の偏光の状態を制御してウェハ上に照射するように構成したことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程やフラットパネルディスプレイの製造工程に代表される微細パターン欠陥及び異物等の検査や観察に用いる高解像度光学系とこれを用いた欠陥検査方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、特開平８−３２７５５４号公報には、観察対象の物体の光学特性に応じて、照明の入射角を変更して、物体のコントラストを向上させる技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、物体の表面にある微細な凹凸を顧在化するために、照明の入射角を変更して、凹凸のコントラストが高くなるように照明入射角を決定している。このような方式では、光学系として、斜方照明・斜方検出の方式を採用しており、斜方照明の入射角を変更することにより、明視野照明から暗視野照明まで連続的に物体の見え方を変更するようにしている。しかし、例えば、暗視野頗明の場合、物体上に薄膜残りの様な欠陥が存在する時には、検出が困難になる。また、検査対象が半導体デバイスの場合、メタル配線工程において形成されるメタル配線の表面には、微小な凹凸（グレイン）が発生する。しかし、このグレインは半導体デバイスとしては致命性がないため、欠陥として検出すべきではないが、従来の技術では、このグレインを他の欠陥と確実に識別して信頼度の高い欠陥検出を行うことがむづかしかった。
【０００４】
本発明の目的は、上記した従来技術では達成が困難であった信頼度の高い欠陥検出を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、同軸落射明視野照明光学系を用いて、試料を正反射した０次回折光の透過率を変更して試料の光学像を形成し、イメージセンサで撮像することにより、解像度の高い試料の画像を得る。
【０００６】
また、本発明では、光学系を介して試料を撮像することにより試料の画像信号を得、この画像信号における試料の複数位置（例えば周辺回路領域部、ロジック回路領域部、およびメモリ領域部等の複数の回路領域）に対応する個所（局所領域或いはセグメント）での明るさ(コントラスト)或いはパターンのモジュレーション(コントラスト)の差が小さくなるように光学系の光学条件を調整し、光学条件を調整した状態でこの光学系を介して試料を撮像することにより光学条件を調整した試料の画像信号を得、そして、この画像信号を処理して試料の欠陥（パターン欠陥や異物等の欠陥）を検出する。
【０００７】
また、本発明は、試料を落射照射してこの試料を撮像することにより試料の画像信号を得、この画像信号における試料の複数位置（例えば周辺回路領域部、ロジック回路領域部、およびメモリ領域部等の複数の回路領域）に対応する個所（局所領域或いはセグメント）での明るさ(コントラスト)或いはパターンのモジュレーション(コントラスト)の差が小さくなるように照明による試料からの反射光のうちの０次回折光（正反射光）の検出率（透過率）を調整し、この０次回折光の検出率（透過率）を調整した状態で試料を撮像することにより０次回折光の検出率を調整した前記試料の画像信号を得、そして、この画像信号を処理して試料の欠陥（パターン欠陥や異物等の欠陥）を検出する。
【０００８】
また、本発明では、試料を落射照明し、照明による試料からの反射光のうち０次回折光の透過率を変えて試料を撮像することにより０次回折光の透過率が異なる複数の画像を得、この複数の画像を用いて欠陥検出感度が高くなる０次回折光の透過率条件を求め、試料からの反射光のうち０次回折光の透過率を求めた透過率条件に設定し、この求めた透過率条件に設定した状態で試料を撮像して画像を得、そして、透過率条件に設定した状態で撮像して得た画像を用いて試料の欠陥を検出する。
【０００９】
さらに、本発明では、試料を偏光光で落射照明し、照明された試料を撮像して試料の画像を得、この試料の画像のコントラストの情報に基づいて照明による試料からの反射光の偏光状態を調整し、この反射光の偏光状態を調整した試料を撮像して試料の画像を得、そして、この画像を用いて試料の欠陥を検出する。
【００１０】
また、本発明では、ウェハ上に配列されたチップ内に区分けされた複数の回路領域に対して落射照明し、前記複数の回路領域の各々からの反射光像を互いに０次回折光の透過率を変えて撮像して画像信号を得、該得られた各々の画像信号を処理して欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法である。
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、例えば、パターン幅が微細であり、パターン密度が高いメモリ領域部において、高解像度の画像を得ることができる。また、高コントラスト光学条件出しを短時間で自動的に設定することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図５に示す。４５は、本発明に係る欠陥検査装置である。
試料（ウェハ）１はローダー４１に収納されているが、ウェハ搬送ロボット４０により、Ｚステージ１０、θ（回転）ステージ１１、Ｘステージ１２、Ｙステージ１３から構成されるステージ上に搬送される。ステージ上に搬送されたウェハ１は、ステージの移動と共にチップ全域の画像を検出するための低倍率の検出光学系で構成されたチップ全域検出光学系２０の視野に移動される。次に、チップ全域検出光学系２０の視野に入ったチップ全域の画像がカメラ２１で撮像される。この画像は、画像処理部３０に転送され、データサーバ３１に保存される。そして、このデータサーバ３１に保存された画像は、検査装置のオペレーティングコンピュータ３５のディスプレイに表示され、図６にステップＳ６４で示すように、０次回折光の検出率（透過率）を条件出しするための領域画像を外観検査用光学系１５のイメージセンサ１５４で取得するための、チップ内の回路領域を選択することが可能となる。このように、チップ全域検出光学系２０は、一つのチップ全域を撮像できるように低倍率で構成され、外観検査用光学系１５のイメージセンサ１５４で取得するチップ内の回路領域（例えば、周辺回路領域部２ａ１、ロジック回路領域部２ａ２、メモリ領域部２ａ３等）を選択するための補助光学系である。なお、チップ全域検出光学系２０も、検出する画像のモジュレーション（画像の明るさの振幅：コントラスト）を調整するための手段として、試料を照明する照明光及び試料からの反射光の偏光の状態を調整する偏光状態調整部２０１を備えている。これにより、チップ全域検出光学系２０でも、チップ全域について比較的高コントラストの画像が得られ、外観検査装置１５に対する領域部の選択が正確に行うことが可能となる。
【００１３】
次に、実際の検査は、高倍率の外観検査用光学系１５で行われることになる。そこで、上記ステージを移動させることによって、ウェハ１の表面を外観検査用光学系１５の視野に入れて、イメージセンサ１５２で画像を検出することができることになる。そして、この検出された画像データも、画像処理部３０に転送され、領域毎に０次回折光の透過率を調整したあと、再び、ウェハ１の表面を外観検査用光学系１５の視野に入れて、イメージセンサ１５２で高コントラストの画像を検出し、画像処理部３０に転送させ、図９に示す画像処理部３０によって隣接チップの画像が位置合わせされて比較検査して欠陥候補を求めることになる。そして、この検査結果は、データサーバ３１に保存され、レビュー時に検査結果が読み出されることになる。
【００１４】
なお、ステージや回転駆動源１５６等の機械動作部は、メカニカルコントローラ３２によって制御される。
【００１５】
次に、実際の検査に用いられる高倍率の外観検査用光学系１５について説明する。外観検査用光学系１５は、同軸落射明視野光学系で構成される。この光学系１５は、対物レンズ１５１、（１／２）λ（波長）板若しくは（１／４）λ（波長）板１５２、該波長板１５２を微回転調整する回転駆動源（駆動モータ）１５６、該回転駆動源１５６の回転出力を上記波長板１５２の微回転に伝達するベルト等の回転伝達手段１５７、ＰＢＳ（Polarizing Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）１５３、各領域の画像を撮像するイメージセンサ１５４および光源１５５によって構成される。光源１５５としては、半導体レーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧ−ＳＨＧレーザ、エキシマレーザなどのレーザ光源、キセノンランプや水銀灯などの放電管、またはハロゲンランプ等のフィラメント光源で構成できる。光源１５５としては、ＵＶ光、若しくはＤＵＶ光の方が波長が短くて有利である。イメージセンサ１５４としては、ＴＤＩイメージセンサ、ＣＣＤイメージセンサ等で構成される。偏光ビームスプリッタ１５３は、光源１５５から出射された光を反射させることによって、直線偏光光に変換するものである。さらに、波長板１５２は、偏光ビームスプリッタ１５３から入射する直線偏光光を楕円偏光光に変換するものである。従って、楕円偏光光が対物レンズ１５１によって集光されてウェハ１上のチップ内の領域に照射されることになる。
【００１６】
そして、上記領域のパターンのエッジから生じる高次回折光（２次以上の回折光）は、対物レンズ１５１で集光され、波長板１５２によって楕円偏光光に変換される。その結果、高次回折光は、偏光ビームスプリッタ１５３を透過し、イメージセンサ１５４で画像として検出されることになる。他方、領域のパターンから発生する０次回折光（正反射光）は、対物レンズ１５１によって集光され、波長板１５２によって直線偏光に近い偏光光に変換される。偏光ビームスプリッタ１５３は、この０次回折光を透過光と反射光に分離する。それ故、偏光ビームスプリッタ１５３を透過する０次回折光の透過率（Ｉｂ／Ｉａ）は、波長板１５２の回転角を調整することに従って、偏光状態を変化させることによって調整することが可能である。
【００１７】
Ｉｂは、偏光ビームスプリッタ１５３を透過する０次回折光の強度を示す。
【００１８】
Ｉａは、偏光ビームスプリッタ１５３に入力される０次回折光の強度を示す。
【００１９】
他の実施の形態は、光学系１５において、偏光ビームスプリッタの代わりにハーフミラーで構成し、ウェハ１の表面のフーリエ変換面若しくはその近傍に空間フィルタ（図示せず）を備えて構成する。該空間フィルタは、０次回折光を遮光し、高次回折光（２次回折光以上）を通過させる。そこで、遮光部分の寸法を変えた複数の種類の空間フィルタを用意し、ある空間フィルタを異なる他の空間フィルタに交換することによって、０次回折光の透過率（Ｉｂ／Ｉａ）を調整することが可能となる。
【００２０】
以上説明したように、波長板１５２の微小回転調整または空間フルターの交換は、複数の領域（例えば、チップ内の周辺回路領域部２ａ１、ロジック領域部２ａ２、メモリ領域部２ａ３等）に応じた個所（局部領域：セグメント）の間のイメージセンサ１５４（２５）で検出される画像信号のコントラスト（強度の振幅Ｍ）の差若しくはパターンのコントラストの差が減少するように、光学系１５の光学条件として０次回折光の透過率（Ｉｂ／Ｉａ）（以降０次光検出率と称する）を調整することが可能となる。
【００２１】
光学系１５は、イメージセンサ１５４で検出する検出画像のモジュレーション（画像の明るさ（強度）の振幅）を調整するために、試料を照明する照明光及び試料からの反射光の偏光の状態を調整する偏光状態調整部１５２、１５３を備えている。
【００２２】
図１に０次光検出率（Ｉｂ／Ｉａ）と検出した画像のパターンコントラストの関係を示す。０次光検出率１００％が通常の明視野検出方式で検出される画像と同じ画像である。偏光状態調整部１５２、１５３で偏光の状態を調整して０次回折光の透過率を低くしていくと、高次回折光と０次回折光の振幅が同程度となり、コントラストが向上していく。さらに０次光検出率を低くしていくと、コントラストが低下する。これは、０次回折光に対して高次回折光の振幅が大きくなりすぎたため、０次回折光と高次回折光の干渉によるモジュレーション（コントラスト）が小さくなったためである。
【００２３】
図２に検査対象となるウェハの外観を示す。ウェハ１にはダイ２毎に同様のパターンが形成されている。例えば、メモリとロジック回路を混載した半導体製品では、ダイ（チップ）の領域毎に周辺回路領域部２ａｌ，ロジック回路領域部２ａ２，メモリ領域部２ａ３等に区分けされる。それぞれの領域に形成されているパターンの幅や密度は、一般に異なる。ここでは、各領域のパターン幅とパターン密度を以下のように仮定する。（ｉ）周辺回路領域部２ａｌは、パターン幅が太く、パターンの密度も低い。（ｉｉ）ロジック回路領域部２ａ２はパターン幅は微細であるが、パターン密度が比較的低い。（ｉｉｉ）メモリ領域部２ａ３は、パターン幅が微細であり、パターン密度も高い。
【００２４】
これらの領域を通常の明視野検出で取得した画像の例を図３に示す。検出画像のＡ−Ａ部における検出光量分布では、パターン幅が太くて密度の低い周辺回路領域部２ａｌにおいてパターンのモジュレーション（コントラスト）Ｍｌが大きい。パターン幅が微細で密度の高いメモリ領域部２ａ３では、全般的に暗く検出され、モジュレーション（コントラスト）Ｍ３も小さい。メモリ領域部２ａ３において、全体的に暗く検出されるのは、対物レンズに補足される０次回折光と高次回折光の割合が低下するためである。欠陥検査は、隣接するダイ（チップ）若しくはセルの差画像を求め、しきい値以上となる位置を欠陥と判定している。このため、検出した画像においてモジュレーションが小さい領域では感度が低下する。従って、ダイ（チップ）内全域において、欠陥検出感度を均一にするためには、パターン幅やパターン密度に影響されることなく、モジュレーションを同等にすることが望ましい。
【００２５】
図４に０次光検出率（透過率）を４０％程度に設定した場合の検出画像を示す。メモリ領域部２ａ３でモジュレーションが小さくなるのは高次回折光を対物レンズ１５１で細くできる割合が低下するためであるため、偏光状態調整部１５２、１５３等を調整して０次回折光を減衰させることにより、０次回折光と高次回折光の振幅を同等程度に検出し、干渉によるモジュレーションＭ３１を向上させることができる。また、パターン幅の太い周辺回路領域部２ａｌにおいても０次回折光が減衰するため、０次光減衰前に比べて明レベルが低下する。従って、偏光状態調整部１５２、１５３等を調整して０次回折光を減衰させると検出される光量が低下するため、照明光量を多くする必要があるが、パターン幅の微細な領域のモジュレーションを向上することが可能となる。このため、微細パターン部での検査感度を向上できる。
【００２６】
また、検査対象がメモリ搭載ウェハである場合は、メモリ部をセル比較し、それ以外の領域をダイ比較する。方式として、両者を２回に分けて検査する方式と両者を１回で行う混合検査方式がある。混合検査は短時間で検査できるたゆ、性能上有利である。さらに、本技術の０次回折光減衰によるセル部のモジュレーション拡大により、検査感度も向上することが可能となる。
【００２７】
検査対象となるウェハ毎にパターン幅やパターン密度は異なるため、欠陥検査に用いる０次光検出率を何パーセントに設定するかを事前に条件出しする必要がある。図６に検査フローを示す。
【００２８】
まず、検査対象となるウェハ１を検査装置内のローダー４１にローデイングし（Ｓ６１）、このローデイングされたウェハ１の種類に応じてウェハ内のダイ配列情報をＣＡＤシステム（図示せず）から入力手段を用いてオペレーテイングコントローラ３５に入力して例えばデータサーバー３１に登録する（Ｓ６２）。次にダイ内の検査エリアの座標を同様にオペレーテイングコントローラ３５に入力して例えばデータサーバー３１に登録する（Ｓ６３）。次に、ウェハ搬送ロボット４０は、ウェハ１をローダー４１からステージ上に搭載する。そして、ステージを移動させてウェハ１の所定のチップを、例えば、チップ全域検出光学系２０の視野内に入れてカメラでそのチップ全域の画像を撮像し、画像処理部３０に転送してデータサーバー３１に保存され、更にデイスプレイ上に表示される。この表示された画面上で、外観検査用光学系１５で０次光検出率（Ｉｂ／Ｉａ）を条件出しするために画像を取得する領域が選択されてオペレーテイングコントローラ３５に入力される（Ｓ６４）。
【００２９】
以降、外観検査用光学系１５、画像処理部３０、データサーバー３１およびオペレーテイングコントローラ３５等を用いて行う。
【００３０】
次いで、外観検査用光学系１５についての初期光学条件（例えば、偏光状態調整部１５２、１５３での初期偏光の状態や、光源１５の初期照度など）を設定し（Ｓ６５）、ステージを移動させてウェハ１上の上記選択された領域を外観検査用光学系１５の視野に入れて、イメージセンサ１５４により条件出し領域の画像を撮像して取得する（Ｓ６６）。次に、画像処理部３０において、取得した画像のモジュレーション（コントラスト）を評価する（Ｓ６７）。次に、オペレーテイングコントローラ３５からの指令に基づいて、メカニカルコントローラ３２を介して回転駆動源１５６を駆動して波長板１５２を微小回転させて０次回折光検出率を変更し、再度画像取得と画像評価を行う（Ｓ６６、Ｓ６７）。画像処理部３０は、画像を評価し終えた時点で、０次光検出率毎に求めた図１１に示す画像評価値をデーダサーバー３１に記憶し、デイスプレイの画面に一覧表示する（Ｓ６８）。
【００３１】
オペレーテイングコントローラ３５は、画面上において、上記評価値が高くなる０次光検出率を複数条件に絞り込む（Ｓ６９）。次に、外観検査用光学系１５および画像処理部３０を用いて再度疑似欠陥を含む感度でテスト検査を行い（Ｓ７０）、実欠陥か疑似欠陥かを分類する（Ｓ７１）。この分類された実欠陥及び疑似欠陥部の画像を、再度外観検査用光学系１５を用いて絞り込んだ０次光検出率毎に検出し、画像処理部３０においてそれぞれの差画像を演算する（Ｓ７２）。次に、画像処理部３０は、各０次光検出率毎に疑似欠陥部の最大濃淡差Ｎｍａｘを求める（Ｓ７３）。次に、画像処理部３０は、それぞれの０次回折光検出率について、Ｎｍａｘに一定の値αを検査しきい値とした場合に、検出可能な実欠陥数を算出する（Ｓ７４）。このように、それぞれの０次回折光検出率について、テスト検査によって得られる差画像に対して（Ｎｍａｘ＋α）の検査しきい値で判定するので、擬似欠陥が排除された実欠陥数が算出されることになる。そして、オペレーテイングコントローラ３５は、それぞれの０次光検出率の中で、最も多く実欠陥を検出できる０次光検出率（透過率）を上記外観検査用光学系１５における実際の検査用の条件として設定する（Ｓ７５）。次に、外観検査用光学系１５および画像処理部３０を用いて、検査しきい値を［Ｎｍａｘ＋α］として、特定の領域をテスト検査し（Ｓ７６）、予定の感度を満足していれば（Ｓ７７）、条件出しは終了である（Ｓ７８）。次に、外観検査用光学系１５および画像処理部３０を用いた本検査は、ダイ（チップ）内の各領域毎に先に条件出しした感度で行う。
【００３２】
図７に０次光検出率の条件出しを行うために取得する画像領域５０の模式図を示す。ダイ内でパターン幅やパターン密度を複数個にセグメントできる場合は、それぞれの領域を含むように領域５０を設定することが望ましい。但し、予めセグメントするための情報がない場合は、ダイの中央フィールドをデフォルトで設定する等が考えられる。また、図５に示す低倍率のチップ全域検出光学系２０で取得した画像を用いて、画像取得領域を決定することも可能である。
【００３３】
図８にそれぞれの０次光検出率で取得した画像を微分し、その総和を求めた結果の例を示す。この計算結果では、０次光検出率４０％程度が最も微分値の総和が高く、欠陥検査上、有利であると見られる。この徹分値の総和から、０次光検出率４０％と６０％の２つの条件に絞り込み、図６で示した実欠陥部と疑似欠陥部の画像を取得して本検査に用いる０次光検出率条件を決定する。
【００３４】
図９に画像処理部３０のブロック図を示す。ウェハ１の像を対物レンズ１５１でイメージセンサ１５４上に拡大投影する。イメージセンサ１５４の出力信号をＡＤ変換部６０でデジタル信号に変換する。一方のデジタル信号は画像評価部６１に送られて画質を評価し、更に検出画像を出力する。他方のデジタル信号は遅延メモリ６２に一旦格納されて、チップ比較若しくはセル比較の参照画像が出力される。それぞれの信号は画像位置合わせ部６３で、検出画像と参照画像との位置合わせを行う。次に差画像算出部６４で検出画像と差画像を算出し、差の特徴量を欠陥判定部６５に送る。この欠陥判定部６５で、検査しきい値以上となる特徴量の座標を求める。この位置が欠陥候補となり、欠陥候補の座標や特徴量などは、欠陥記憶部６６に格納される。この欠陥記憶部６６のデータは、データサーバ７０に送られてハードディスク等に保存される。
【００３５】
図１０に０次光検出率を条件出しするための評価値（図６に示すステップＳ６７で画像評価部６１において実行される画質の評価値）の一つである２次微分値（２次元方向の微分値：ラプラシアンフィルター）の演算内容を示す。例えば、２次微分値（２次元方向の微分値）を求める画素の光量をＩ（ｘ，ｙ）とする。このＩ（ｘ，ｙ）と隣接する８画素の差をそれぞれについて求め、８つの差分値の絶対値の和をＩ（ｘ，ｙ）の２次微分値とする。これを、検出した画像の各画素について行い、各画素で求めた２次微分値の総和を画質の評価値とするものである。
【００３６】
図１１に０次光検出率を絞り込む評価値の一覧（図６に示すステップ６８で表示する。）を示す。
微分値は各０次光検出率で検出した画像を２次微分し、微分値の総和を演算するものである。演算は図１０で説明した内容である。
【００３７】
次に、局所領域の最大濃淡差について説明する。検出した画像を一定の領域に区分けし、区分けした領域内で濃淡値の最小値と最大値を求め、これらの差を最大濃淡差とする。この最大濃淡差を区分けした領域全てで求め、これらの絶対値の総和を求める。領域を区分けする一例として、例えば画像のＸ，Ｙ方向の画素数を３画素×３画素を１セグメントとする。この１セグメントには９画素分の明るさ情報が含まれているため、この９画素の最大値と最小値を求めて差を求めることにより、１セグメント分の濃淡差が求まる。この１セグメントの濃淡差は、セグメント内におけるパターン像のモジュレーション（コントラスト）を求めており、この最大濃淡差が大きいほど欠陥検出上有利である。従って、最大濃淡差の総和も大きい方が、欠陥検出上有利であるため、この総和値の高い０次光検出率条件を本検査用条件の候補として絞り込むことが考えられる。尚、ここで示す最大濃淡差には、画像のサンプリング誤差や局所的な照明分布のばらつきなどのウェハのパターン情報以外のばらつきを含んでいない。
【００３８】
次に、濃淡分散値について説明する。画像を一定の領域に区分けし、区分けした領域内で濃淡値の分散を求める。この分散値を区分けした全ての領域で求め、これらの総和を求める。区分け領域の一例として、３×３画素を１セグメントに設定する。尚、この分散値は、局所領域内における濃淡のばらつきを示しており、この分散値が大きいほどパターン情報が高くなる。従って、分散値の大きい方が欠陥検出上有利である。尚、ここで示す濃淡のばらつきには、画像のサンプリング誤差や局所的な照明分布のばらつきなどのウェハのパターン情報以外のばらつきを含んでいない。
【００３９】
次に画像フーリエ密度に関する評価手法について説明する。画像のＸ，Ｙ方向に２次元フーリエ変換を行い、特定の周波数以上のスペクトル密度の総和を評価値とする。特定の周波数とは、パターンピッチやイメージセンサの１画素あたりの寸法をウェハ上の寸法に換算した値などを基準に決定する。この特定の周波数以上のスペクトル密度が高いといことは、特定の周波数に対応するパターンピッチ寸法以下の微細パターンにおいて、画像のモジュレーションが高いことを意味している。従って、特定の周波数以上のスペクトル密度が高い方が、欠陥検出上有利である。また、特定の周波数のみのスペクトル密度を評価値として用いる事が考えられる。
【００４０】
上記した実施例においては、モジュレーション（コントラスト）を調整する手段として、０次光検出率（透過率）（Ｉｂ／Ｉａ）を調整する偏光状態調整部１５２、１５３を用いた場合について説明したが、空間フィルタを用いても０次光検出率（透過率）（Ｉｂ／Ｉａ）を調整することが可能で、同様の効果を得ることが出来る。この場合、０次光の透過率を変更するには、空間フィルタをそれぞれの検出率に対応したものに切り替えるか、又は、空間フィルタのパターンを可変の構造としておいてそれぞれの検出率に対応したパターンを形成するようにすれば良い。
【００４１】
以上、複数種類の評価値について説明したが、実際に用いる評価値は単独あるいは２種類以上の評価値を用いて０次光低減率の絞り込みに用いても構わない。
【００４２】
また、０次光低減率以外にも以下の光学パラメータがある。
【００４３】
（ｉ）照明ｃ（照明の入射角範囲の設定）
（ii）照明波長域
（iii）対物レンズの開口数
これらの条件を絞り込む場合にも本評価値を有効に活用できる。これにより、短時間に検査感度上有利な光学条件に設定することが可能となる。
【００４４】
さらに、本発明の特徴とする構成について説明する。
【００４５】
即ち、本発明は、落射照明による試料の光学像を０次回折光の透過率を変更して撮像して画像を検出し、該検出した試料の画像の画質を評価して、欠陥検出感度が高くなる０次回折光検出率を求め、この０次回折光検出率となる光学条件に設定するステップと、該設定された光学条件で落射照明による試料の光学像を撮像して画像を検出し、該検出した試料の画像に基づいて欠陥を検出して検査する実検査ステップとを有することを特徴とする。
【００４６】
上記画質評価手法として、前記試料の各領域において検出した画像の明るさの差を求め、この差が小さくなる０次光検出率が最適であると判定することを特徴とする。
【００４７】
また、上記画質評価手法として、前記試料の各領域において検出した画像を２次微分し、画像内の２次微分値の総和を求め、この総和が大きくなる０次光検出率が最適であると判定することを特徴とする。
【００４８】
また、上記画質評価値の高い複数の０次回折光検出率条件を選択し、予め実欠陥と疑似欠陥を分類した欠陥の画像をそれぞれの０次光検出率条件で取得し、欠陥部の濃淡差が大きく、疑似欠陥部の濃淡差が小さい０次光検出率条件を選択して検査することを特徴とする。
【００４９】
また、本発明は、試料１を搭載するステージと、前記試料で正反射した光の検出率を制御する光学素子１５２、１５３と、該光学素子１５３を透過した光をイメージセンサ１５４上に結像させる結像光学系（図示せず）と、前記イメージセンサの出力信号をデジタル画像に変換する変換器６０と、前記デジタル画像を用いて前記試料の画質を評価する画質処理部３０と、前記評価値の高い正反射光の検出率に設定する設定部３５、３２、１５６、１５７を具備したことを特徴とする欠陥検査装置である。
【００５０】
また、上記画質処理部３０として、検出した画像の複数位置における明るさ或いはパターンのモジュレーションを求める評価値処理部と、評価値から検査感度が高い条件を選択する判定部と、判定した光学条件で前記試料を検査する機能を具備したことを特徴とする。
【００５１】
また、本発明は、試料１を偏光照明する照明光学系１５５，１５３，１５２と、光学素子１５３を透過した光をイメージセンサ１５４上に結像させる結像光学系と、該結像光学系に特定の偏光をフィルタリングするフィルタリング部１５３と、前記イメージセンサの出力信号をデジタル画像に変換する変換部６０と、該変換部で変換したデジタル画像を用いて前記試料の画質を評価する画質処理部３０と、該画質処理部で前記試料の画質を評価して評価値の高いデジタル画像の正反射光の透過率に設定する設定部３５、３２、１５６、１５７を具備したことを特徴とする。
【００５２】
上記画質処理部として、前記試料の各領域において検出した画像の明るさの差を演算する演算部と、この差が小さくなる０次光検出率が最適であると判定する判定部を具備したことを特徴とする。
【００５３】
また、上記画質処理部として、前記試料め各領域において検出した画像を２次徹分する微分処理部と、画像内の２次微分値の総和を求める加算処理部と、この加算値が大きくなる０次光検出率が最適であると判定する判定部を具備したことをを特徴とする。
【００５４】
また、上記設定部として、上記画質処理部の出力が高い複数の０次光検出率条件を選択する選択部と、予め実欠陥と疑似欠陥を分類した欠陥の画像をそれぞれの０次光検出率条件で取得する画像検出部と、欠陥部及び疑似欠陥部の濃淡差を求める差画像検出部と、疑似欠陥を検出しない検査官度で最も多く実欠陥を検出できる０次光検出率条件を選択する選択部と、前記選択部で選ばれた条件で検査する機能を具備したことを特徴とする。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明したごとく、本発明によれば、微細パターン部のモジュレーション（コントラスト）を向上することにより、微細パターン部における欠陥検出感度を向上することが可能となる。微細パターン部のモジュレーション向上用光学条件出しについても各パラメータを短時間で設定することが可能となり、検査レシピ作成時間も大幅に省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、０次光透過率（０次光検出率）と画像コントラストの関係を示すグラフである。
【図２】図２は、メモリ混載ロジック製品用ウェハの外観を示す平面図である。
【図３】図３は、従来の明視野照明による検出画像の例を示す平面図および光量分布図である。
【図４】図４は、０次光検出率を低減した場合の検出画像の例を示す平面図および光量分布図である。
【図５】図５は、本発明に係る検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図６】図６は、０次光検出率の条件出しの手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は、条件出し用画像取得領域の一例を示す画像の平面図である。
【図８】図８は、画像評価結果の一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明に係る画像処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、２次微分の演算内容を示す図である。
【図１１】図１１は、画質評価項目とその内容の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…ウェハ（試料）、２、２ａ…ダイ（チップ）、２ａ１…周辺回路領域部、２ａ２…ロジック回路領域部、２ａ３…メモリ領域部、１０…θステージ、１１…Ｚステージ、１２…Ｘステージ、１３…Ｙステージ、１５…外観検査用光学系、２０…チップ全域検出光学系、２１…カメラ、３０…画像処理部、３１…データサーバー、３２…メカコントローラー、３５…オペレーティングコントローラー、４５…欠陥検査装置、６０…ＡＤ変換部、６１…画像評価部６１、６２…遅延メモリ、６３…画像位置合わせ部、６４…差画像算出部、６５…欠陥判定部、６６…欠陥記憶部、７０…データサーバ、１５１、２０２…対物レンズ、１５２…１／２、１／４波長板（偏光状態調整部）、１５３…偏光ビームスプリッタ、１５４…イメージセンサ、１５５…光源、１５６…回転駆動源、１５７…回転伝達手段。
【図１】
0003784711.tif 000002
【図２】
0003784711.tif 000003
【図３】
0003784711.tif 000004
【図４】
0003784711.tif 000005
【図５】
0003784711.tif 000006
【図６】
0003784711.tif 000007
【図７】
0003784711.tif 000008
【図８】
0003784711.tif 000009
【図９】
0003784711.tif 000010
【図１０】
0003784711.tif 000011
【図１１】
0003784711.tif 000012