欠陥検査装置およびその方法
【課題】空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査装置を実現する。
【解決手段】可変視野絞り８１を絞り、観察カメラ８８を用いて空間フィルタ面の画像を取得し、回折光の輝点の輝度レベルによって複数のグループに分類する。輝度レベルの最も高いグループを遮光するように空間フィルタを設定し、観察画像を取得する。取得した画像に繰り返しパターンが残っているかを判定し、残っていると判定した場合には、空間フィルタ４５の設定を変更する。先に遮光したグループに加え、次に輝度レベルの高いグループも遮光できるように空間フィルタを設定し、繰り返しパターンが残っていないと判断されるまで同じ手順を繰り返し、空間フィルタ４５の設定を終了する。
【解決手段】可変視野絞り８１を絞り、観察カメラ８８を用いて空間フィルタ面の画像を取得し、回折光の輝点の輝度レベルによって複数のグループに分類する。輝度レベルの最も高いグループを遮光するように空間フィルタを設定し、観察画像を取得する。取得した画像に繰り返しパターンが残っているかを判定し、残っていると判定した場合には、空間フィルタ４５の設定を変更する。先に遮光したグループに加え、次に輝度レベルの高いグループも遮光できるように空間フィルタを設定し、繰り返しパターンが残っていないと判断されるまで同じ手順を繰り返し、空間フィルタ４５の設定を終了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、プリント基板など、基板上にパターンを形成する製品の製造工程において、異物やパターンの変形等の欠陥を検出する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、半導体素子上のパターンの微細化につれて、半導体基板中に微細な異物が存在した場合に、この異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因となっている。
【０００３】
同様に、液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、パターンの形状に何らかの欠陥が生じたりすると、表示素子として使えないものになってしまう。
【０００４】
また、プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００５】
この種の基板上の異物を検出する技術の一例が、特許文献１に記載されている。つまり、特許文献１に記載の技術によれば、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に付着している異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較する。検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にしている。
【０００６】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が知られている。
【０００７】
また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して、この回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を検出光学系の対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献２に記載されている。
【０００８】
さらに、ウエハ上のエリア毎に最適な空間フィルタを設定し検査することで、検査感度を向上させる技術が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、半導体素子の高機能化に伴い、一つの半導体素子に形成されるパターンは複雑化し、複数の繰り返し周期を持ったパターンが混在することが多くなってきている。
【００１１】
この様な半導体素子の検査では、空間フィルタの条件設定が難しく、条件設定に長時間が必要であるだけでなく、最適化が困難となっている。
【００１２】
また、メモリ等の比較的構造のシンプルな半導体素子であっても、空間フィルタの条件設定には人の介在が必要であり、空間フィルタ設定の効率向上化が困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
【００１５】
本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法は、検査対象物を照明し、検査対象物を移動させながら検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させて撮像し、上記検出レンズの結像面に対応する上記空間フィルタ面を同時に撮像素子を用いて撮像し、撮像した検査対象物の表面に形成されたパターンの画像と、上記空間フィルタ面の画像とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、設定した条件で再度検査対象物を移動させながら検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した欠陥検査装置における観察光学系の構成例を示す図である。
【図３】本発明により観察される検査対象基板の一例説明図である。
【図４】本発明の実施例１における空間フィルタ設定画面の例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における空間フィルタ設定画面の例を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の手順の例を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の自動化手順の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の自動化手順の説明図である。
【図９】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の自動化手順の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２における空間フィルタ設定画面の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の説明図である。
【図１２】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明が適用される欠陥検査装置の全体構成図であり、図２は、図１に示した欠陥検査装置の検査光学系の構成図である。また、図３は、欠陥検査装置で検査される検査対象物一例を示す図である。
【００２０】
まず、図３を参照して、検査対象物の一例を説明する。
【００２１】
図３の（ａ）において、検査対象物は、ロジックＬＳＩあるいはメモリＬＳＩのチップ２００を所定の間隔で２次元的に配列した、円盤状の半導体ウエハ１０である。半導体ウエハ１０の表面に照明光２０が照射される。
【００２２】
図３の（ｂ）に示すように、チップ２００上には、メモリセル領域２００ａ、２００ｂと、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域２００ｃ、２００ｄと、その他の領域とが主に形成されている。
【００２３】
メモリセル領域２００ａ、２００ｂは、最小線幅が例えば０．０３〜０．１マイクロメートル程度のメモリセルパターンが２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成されている。また、周辺回路領域２００ｃ、２００ｄには、例えば最小線幅０．１〜０．４マイクロメートル程度の非繰り返しパターンが形成されている。
【００２４】
また、その他の領域は、例えば、ボンディングエリア領域（最小線幅は、例えば１０マイクロメートルオーダ程度であり、パターンなしに近い）がある。
【００２５】
次に、図１を参照して、欠陥検査装置について説明する。
【００２６】
図１において、検査対象物１０（半導体ウエハや、表示素子、プリント基板など）は、ステージ１１０に搭載されている。ステージ１１０は、例えばＸＹステージ、Ｚステージ、シータステージなどの組み合わせで構成される。
【００２７】
ステージ１１０の上方に設置された検査光学系１００によって検査対象物１０の全面が検査できるように、検査対象物１０をＸＹ面内で走査できるものが用いられる。検査対象物１０は、照明光学系３０（光源を含む）から射出される照明光２０によって照明される。
【００２８】
検査対象物１０上のパターンや異物等の欠陥からの散乱反射光のうち、検出レンズ４０に入射したものは、検出レンズ４０の像面直前に配置されたビームスプリッタ５０を経てセンサ７０に導かれると共に、ビームスプリッタ５０により反射され、観察光学系８０に導かれる。
【００２９】
検出レンズ４０は、内部の空間周波数面に空間フィルタ４５を備えている。検査対象物１０上の繰り返しパターンからの回折光を空間フィルタ４５で遮蔽することにより、高感度な検査が可能となる。ビームスプリッタ５０としては、大判のものの実現が容易な平板ビームスプリッタを用いる。
【００３０】
センサ７０に入射した光は、光電変換され、画像信号が画像処理部１４０に送られる。検出レンズ４０としては、検光子を備えたものを用いることもある。センサ７０としては、リニアＣＣＤセンサやＴＤＩセンサなどが用いられる。画像処理部１４０では、隣接する同じパターンからの画像が比較され、得られた差分から欠陥が検出される。
【００３１】
観察光学系８０は、検出レンズ４０の像面を観察可能な像面観察系と空間フィルタ４５面を観察可能な空間フィルタ観察系を備え、空間フィルタ４５の条件設定に使用される。
【００３２】
次に、図２において、検出光学系１００は、検査対象物１０からセンサ７０および観察光学系８０までの構成を有している。
【００３３】
検出レンズ４０は、対物レンズ４０ａと結像レンズ４０ｂとを備え、空間フィルタ４５は、レンズ４０ａ、４０ｂ両者の間の空間周波数面に配置される。空間フィルタ４５としては、棒状の遮光物を縦横に配置し、それらの互いの間隔を調整可能にしたものや、２次元アレイ上に遮光可能な画素が配置されたもの（液晶などを用いた空間光変調器）などが用いられる。
【００３４】
ビームスプリッタ５０は、検出レンズ４０の像面直前に配置され、光路に対して抜き差し可能な構成とする。つまり、ビームスプリッタ５０は、移動可能になっており、光路中及び光路外に配置することができる。空間フィルタ４５の条件設定の際には、ビームスプリッタ５０を検出レンズ４０の光路中に入れ、観察光学系８０で結像面および空間フィルタ面の画像を観察しながら設定を行う。そして、検査の際には、ビームスプリッタ５０を検出レンズ４０の光路から外し、センサ７０を用いた撮像に影響が出ないようにすることができる。
【００３５】
観察光学系８０は検出レンズ４０の像面に配置され視野を制限する可変視野絞り８１と、ビームスプリッタ８２と、空間フィルタ面観察レンズ８４と、空間フィルタ面観察カメラ８８と、像面観察レンズ８６と、像面観察カメラ８９とを備えている。
【００３６】
空間フィルタ面観察カメラ８８及び像面観察カメラ８９の出力画像は、図１に示す制御部１２０に送られ、制御部１２０は、送られた画像に基いて空間フィルタ４５の条件設定を行う。可変視野絞り８１は、検出レンズ４０の像面観察の視野を規定するとともに、同時に空間フィルタ面観察の際の検査対象物１０上のフーリエ変換対象領域を規定する。こうすることにより、検査対象物１０上の領域とそのフーリエ変換像の１対１対応をとることが可能となる。
【００３７】
像面観察カメラ８９では、可変視野絞り８１の像と、その開口を通して観察される検査対象物１０上の領域の像が観察される。
【００３８】
一方、このとき、空間フィルタ面観察カメラ８８で観察される空間フィルタ面の画像は、ちょうど像面観察カメラ８９で可変視野絞り８１の開口内に観察される検査対象物１０上の領域のフーリエ変換像となる。
【００３９】
したがって、空間フィルタ４５を最適化したい領域が像面観察カメラ８９の視野中心に来るように検査対象物１０を移動させ、その他の領域が視野に入らず、かつ最大の開口が取れるように可変視野絞り８１の開口サイズを操作部１３０を介して調整する。これによって、遮光すべき回折光成分を正確に知ることが可能となる。
【００４０】
さらに、空間フィルタ面観察カメラ８８の画像を見ながら、回折光が遮光されるように空間フィルタ４５を操作部１３０及び制御部１２０により設定することによって、検査対象物１０上のその領域に対しての最適な空間フィルタ４５の条件設定が可能となる。操作部１３０及び制御部１２０により遮光条件設定手段が構成される。
【００４１】
なお、結像レンズ４０ｂをズームレンズとすることにより、検査の際に複数の結像倍率を選択することが可能となるが、この様な場合には、空間フィルタ面観察レンズ８４及び像面観察レンズ８６も倍率可変とすることが望ましい。結像レンズ４０ｂの焦点距離にあわせて、空間フィルタ面観察レンズ８４及び像面観察レンズ８６の倍率を設定することで、空間フィルタ面観察カメラ８８及び像面観察カメラ８９の撮像面全体を有効に使って、空間フィルタ面および像面の観察をすることが可能となる。
【００４２】
次に、図４、図５、図６を参照して、空間フィルタ４５の条件設定の手順を具体的に説明する。
【００４３】
空間フィルタ４５の最適設定条件は、検査対象物１０上の繰り返しパターンの形状に依存するため、理想的にはパターンの異なる領域ごとに設定する必要がある。本発明の実施例１では、特定の領域（チップ２００上の領域２００ａ）に最適な空間フィルタ４５を設定する方法の例を示す。
【００４４】
まず、検査対象物１０をステージ１１０に載せ、チップ２００上の繰り返しパターン部２００ａが像面観察カメラ８９で観察できるようにする（手順９１０）。このとき、例えば、図４に示すように、操作部１３０（図１に示す）の操作画面３００には像面観察カメラ８９の画像３１０と空間フィルタ面観察カメラ８８の画像３２０が表示されるようにする。画面上のエリア３３０には、例えば、像面観察レンズ８６や像面観察カメラ８９の設定情報、可変視野絞り８１の設定情報、及びそれらの操作画面を表示するとよい。
【００４５】
また、画面上のエリア３４０には、例えば、空間フィルタ面観察レンズ８４や空間フィルタ面観察カメラ８８の設定情報、空間フィルタ４５の棒状遮光物３２７、３２８の設定情報、及びそれらの操作画面を表示するとよい。
【００４６】
図４に示した状態では、可変視野絞り８１は大きく開かれており、像面観察カメラ８９の視野はカメラ８９の撮像素子の大きさで制限されているため、画面いっぱいに検査対象物１０上の複数のパターンが観察されている。
【００４７】
一方、空間フィルタ面観察カメラ８８には複数のパターン領域からの回折光３２５が重なって観察されている。この状態では、どの回折光３２５を遮光すれば目的とする領域２００a（図３にて示す）のパターンを消すことができるのか知ることは容易ではない。このため、従来技術においては、複数回の試行錯誤を繰り返すことが必要となっており、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８の設定に時間がかかり最適化も困難であった。
【００４８】
本発明の実施例１では、像面観察画像上で空間フィルタ４５の調節の目的とする繰り返しパターン２００ａのみが視野内に見えるように可変視野絞り８１を調節し（手順９２０）、これと一対一に対応する空間フィルタ面画像３２０を観察できるようにすることで、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８の最適設定を容易とする。空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８は、操作部（遮光条件設定部）１３０、制御部（遮光条件設定部）１２０を介して操作者が手動で設定可能となっている。なお、後述するように、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８は、最適状態に自動的に設定可能でもある。
【００４９】
図５に示すように、可変視野絞り８１を絞ることで繰り返しパターン２００ａのみが、絞り８１によって制限された視野３１５内に見えるようにすることが可能となる。このとき、空間フィルタ面で観察されるフーリエ変換像３２０は、視野絞り８１内に見えるパターン２００ａのみのフーリエ像となる。
【００５０】
従って、この画像３２０上の回折光３２５を遮光するように空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を設定（手順９３０）すれば目的とするパターン２００ａを消すことが可能となる。
【００５１】
像面観察カメラ８８の画像を操作部１３０の操作画面３００上に表示しておけば、空間フィルタ４５を調節し、空間フィルタ面画像３２０で回折光の輝点が遮光できたかを確認すると同時に像面観察画像３１０で繰り返しパターン２００ａが消えたかを確認（手順９４０）することが可能である。これによって、空間フィルタ４５の設定が正しいこととその効果を即時に確認することができる。
【００５２】
なお、ここでは視野絞り８１の開口として円形の開口の例を示したが、円形に限らず、任意の形状でよい。パターンの存在領域は一般的には矩形であることから、矩形開口を用いれば像面で広い開口領域を確保でき、空間フィルタ面画像の明るさを確保しやすいというメリットがある。
【００５３】
次に、図６を用いて説明した空間フィルタ４５の設定手順を自動化する際のより詳細な手順を図７に示す。なお、図７に示した例は、処理の自動化のため、画像を取得し、それを処理して空間フィルタ４５の遮光物を設定する部分を詳細に示している。自動化のための処理は、主に制御部１２０で行われる。
【００５４】
図７において、手順９１０は図６に示した手順と同様である。手順９２０は、画像取得（手順９２２）と、画像処理による領域抽出（手順９２４）と、視野絞り径の算出と設定（手順９２６）とに分けられる。
【００５５】
まず、可変視野絞り８１を開いた状態で像面観察カメラ８９を用いて検査対象物１０の画像を取得する（手順９２２）。図４に示した画像３１０のように、カメラの視野全体にわたってパターンの特徴の異なる複数の領域が写った画像が得られる。この画像から、制御部１２０の内部記憶部に記憶されたパターン配置情報に基づき、画像中心付近の繰り返しパターン部を抽出する（手順９２４）。それ以外の領域を遮光するために必要な可変開口絞り８１の開口径を算出し、絞り８１を動かして開口径を算出した値にあわせる（手順９２６）。絞り８１は、制御部１２０の指令信号により設定された開口径となるように制御される。
【００５６】
手順９３０は、空間フィルタ面画像取得（手順９３２）と、画素の輝度レベル分け（手順９３４）と、空間フィルタ設定（手順９３６）とに分けられる。
【００５７】
まず、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を入れずに空間フィルタ面観察カメラ８８を用いて空間フィルタ面の画像を取得する（手順９３２）。図８の（ａ）に示すように、回折光３２５の輝点あるいは線のある画像が得られる。ヒストグラムに表すと例えば図８の（ｂ）に示すようになる。この画像の画素を輝度レベル（画素値）によって複数のグループに分類する。
【００５８】
例えば、各画素２５６階調のカメラで撮像した場合には、輝度レベルは０から２５５階調となる。ヒストグラム上で輝度レベル５０未満をグループ１、輝度レベル５０以上１００未満をグループ２、輝度レベル１００以上１５０未満をグループ３、輝度レベル１５０以上２００未満をグループ４、輝度レベル２００以上をグループ５とグループ分けする（手順９３４、図８の（ｂ））。
【００５９】
画像上では、図８の（ａ）に示すように背景は暗いのでグループ１に属し、回折成分の輝点や輝線は、それぞれの強度レベルに応じてグループ２〜５に属することになる。空間フィルタ４５の設定に当たっては、まず、輝度レベルの最も高いグループ５を遮光できるように空間フィルタの遮光物３２７、３２８を設定する（手順９３６）。遮光物３２７、３２８の設定は、例えば、まず、遮光物３２７を移動して、輝度レベルが最も高かった位置に遮光物３２７を設定し、その後に、遮光物３２８を移動して、輝度レベルが最も高かった位置に遮光物３２８を設定することで、空間フィルタ４５の設定を行なうことができる。遮光物３２７、３２８の移動制御は、制御部１２０により行われる。
【００６０】
次に、手順９４０は、像面観察画像の取得（手順９４２）と、繰り返しパターンの有無の確認（手順９４４）とに分けられる。手順９３０で空間フィルタ４５を設定した上で、像面観察カメラ８９を用いて検査対象物１０の画像を取得する（手順９４２）。
【００６１】
次に、取得した画像に繰り返しパターンが残っているかを確認する（手順９４４）。繰り返しパターンの有無の確認は、例えば、空間フィルタ４５を入れる前の画像（例えば手順９２６の後に取得しておく）との相関値を計算し、その値に対して閾値処理を行えばよい。
【００６２】
また、画像の一部を切り出し、それと画像全体との相関演算を行って、相関値分布を作成し、それを閾値処理して判定しても良い。あるいは、画像をフーリエ変換し空間周波数成分に変換した上で、閾値処理を行っても良い。
【００６３】
繰り返しパターンが残っていると判定した場合には、手順９３６に戻り、更に空間フィルタ４５の設定を変更する。
【００６４】
先に遮光したグループ５に加え、次に輝度レベルの高いグループ４も遮光できるように空間フィルタ４５を設定し、繰り返しパターンが残っていないと判断されるまで同じ手順を繰り返す。そして、繰り返しパターンが残っていないと判断されれば、空間フィルタ４５の設定は終了である。
【００６５】
なお、空間フィルタ４５の設定に当たって、単純に輝度の高い画素グループから遮光する例を示したが、回折光成分の分布形状（点あるいは線）を判別し、分布形状によって優先順位を変えても良い。輝度レベルは低くても輝点を遮光することを優先したり、あるいは逆に輝線を消すことを優先するなど、分布形状によって優先順位を変えることによって、検査感度を確保したい領域に対して優先的に空間フィルタ４５を働かせることが可能となる。
【００６６】
以上のように本発明の実施例１によれば、可変視野絞り８１の開口径を絞り、特定の領域のパターンからの空間フィルタ画面を画面表示（操作部１３０の操作画面に表示）し、回折光の輝点を遮光するように空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を設定する構成としたので、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現するができる。
【実施例２】
【００６７】
次に、図９及び図１０に本発明の実施例２である欠陥検査装置における空間フィルタ設定を説明する。
【００６８】
図９は本発明の実施例２における空間フィルタ設定の手順を示し、図１０は、本発明の実施例２における空間フィルタ設定画面３００を示している。欠陥検査装置の全体構成は、図１に示した例と同一である。
【００６９】
この実施例２では、検査対象物１０上のチップ２００を１ライン走査し、センサ７０で取得した画像３１０（図１０）と、走査中連続して積算し撮像した空間フィルタ面の画像３２０とを用いて空間フィルタ４５の設定を行う。画像３１０のサイズは、スキャン方向に直交する方向（図１０の上下方向）は、センサ７０の視野幅に対応し、スキャン方向は、少なくとも検査対象物１０のチップ２００の１チップ分とする。
【００７０】
これらの画像取得に際しては、ビームスプリッタ５０をセンサ７０と検出レンズ４０との間の光路に入れた状態で、観察光学系８０の可変視野絞り８１を最大に設定し（手順１０１０）、センサ７０と空間フィルタ面観察カメラ８８で撮像を行う（手順１０２０）。
【００７１】
可変視野絞り８１を最大に開いておくことで、センサ７０の撮像範囲をできるだけ広く観察光学系８０で取り込むことができる。こうすることで、画像３１０に表示される多くの領域からの回折光を含む空間フィルタ面画像を１枚の画像３２０に納めることが可能となる。
【００７２】
画像３１０で検査したい領域がカバーできているかを確認し、画像３２０を見ながら輝度の高い回折光を遮光するように空間フィルタ４５を設定することで、複数の領域に対応した空間フィルタ４５の設定が可能となる。空間フィルタで遮光する輝点を選択するに当たっては、実施例１と同様に空間フィルタ面画像の各画素を輝度レベルでグループ分け（手順１０３０）し、輝度の高いグループを優先して遮光する（手順１０４０）。これにより、広い面積にわたる繰り返しパターンを優先的に消す空間フィルタ設定が可能となる。
【００７３】
空間フィルタ４５の設定を決めた後、再度同じ位置をラインスキャンし、検査画像を取得して、繰り返しパターンを消すことが出来ているかを確認する（手順１０５０）と良い。
【００７４】
繰り返しパターンの消し残りがあった場合には、先に遮光した画素グループの次に輝度が高い画素グループも遮光するように空間フィルタ４５を設定しなおし、検査画像の確認を行うとよい。これを繰り返すことによって、空間フィルタ４５の最適設定が可能となる。この方法を用いれば、ライン走査する領域を指定するだけで、その領域に対応した空間フィルタ４５の自動設定も可能となる。
【００７５】
なお、画像３２０の取得に際して、上記では１ライン走査中の連続蓄積撮像する例を示したが、１ライン走査時間を短い時間に分割して多数の画像を撮像し、それらをピークホールド処理や加算処理、平均化処理など処理して最終的な１ライン走査に対応する空間フィルタ面画像を取得しても良い。
【００７６】
また、空間フィルタ４５の自動設定を行う場合には、検査対象物上のパターンの設計データと検査装置の照明光学系および検出光学系のパラメータ（照明のＮＡ、方位、入射角、検出レンズのＮＡなど）を用いてパターンからの散乱回折光の空間フィルタ面での分布を計算し、空間フィルタ面観察カメラで撮影した画像と照合して検証し、空間フィルタ設定を決定してもよい。
【００７７】
検査対象物１０上のチップ２００の全体に対して最適な空間フィルタ設定をする場合には、図１１に示すように、チップ２００全体をカバーするように走査（２１０ａ〜２１０ｃ）し、そのライン走査画像４１０ａ〜４１０ｃおよびそれらに対応する空間フィルタ面画像４２０ａ〜４２０ｃを取得するとよい。
【００７８】
そうして得られた画像を図１２に示すように、設定画面に表示して空間フィルタ４５を設定すればよい。これらの画像を用いて前述の手順でスキャンライン毎に空間フィルタ４５を設定することで、チップ２００全体を効率的に検査する空間フィルタ設定を行うことが可能となる。
【００７９】
また、高スループット化などの目的で、スキャンライン毎に空間フィルタ設定を変えないことが望ましい場合には、空間フィルタ面画像４２０ａ〜４２０ｃを１つの画像として各画素を輝度レベルでグループ分けし、輝度の高いグループを優先して遮光するように空間フィルタを設定すると良い。
【００８０】
そうすることにより、複数のスキャンラインに平均的な効果をもつ空間フィルタ４５の設定が可能となる。
【００８１】
本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０・・・被検査物（試料、基板、ウエハ）、 ２０・・・照明光、 ３０・・・照明光学系（光源含）、 ４０・・・検出レンズ、 ４５・・・空間フィルタ、 ５０・・・ビームスプリッタ、 ７０・・・センサ、 ８０・・・観察光学系、 ８１・・・観察光学系視野絞り、 ８８・・・空間フィルタ面観察カメラ、 ８９・・・像面観察カメラ、 １００・・・検出光学系、 １１０・・・ステージ、 １２０・・・制御部、 １３０・・・操作部、 １４０・・・画像処理部、 ３００・・・操作画面、 ３１０・・・像面観察カメラの画像、 ３２０・・・空間フィルタ観察カメラの画像、 ３２５・・・回折光、 ３２７、３２８・・・空間フィルタの遮光物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、プリント基板など、基板上にパターンを形成する製品の製造工程において、異物やパターンの変形等の欠陥を検出する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、半導体素子上のパターンの微細化につれて、半導体基板中に微細な異物が存在した場合に、この異物がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因となっている。
【０００３】
同様に、液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、パターンの形状に何らかの欠陥が生じたりすると、表示素子として使えないものになってしまう。
【０００４】
また、プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物の混入はパターンの短絡、不良接続の原因に成る。
【０００５】
この種の基板上の異物を検出する技術の一例が、特許文献１に記載されている。つまり、特許文献１に記載の技術によれば、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に付着している異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較する。検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にしている。
【０００６】
また、上記異物を検査する技術として、ウエハにコヒーレント光を照射してウエハ上の繰り返しパターンから射出する光を空間フィルタで除去し繰り返し性を持たない異物や欠陥を強調して検出する方法が知られている。
【０００７】
また、ウエハ上に形成された回路パターンに対して、この回路パターンの主要な直線群に対して４５度傾けた方向から照射して主要な直線群からの０次回折光を検出光学系の対物レンズの開口内に入射させないようにした異物検査装置が、特許文献２に記載されている。
【０００８】
さらに、ウエハ上のエリア毎に最適な空間フィルタを設定し検査することで、検査感度を向上させる技術が特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開平１−１１７０２４号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、半導体素子の高機能化に伴い、一つの半導体素子に形成されるパターンは複雑化し、複数の繰り返し周期を持ったパターンが混在することが多くなってきている。
【００１１】
この様な半導体素子の検査では、空間フィルタの条件設定が難しく、条件設定に長時間が必要であるだけでなく、最適化が困難となっている。
【００１２】
また、メモリ等の比較的構造のシンプルな半導体素子であっても、空間フィルタの条件設定には人の介在が必要であり、空間フィルタ設定の効率向上化が困難であった。
【００１３】
本発明の目的は、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、以下のように構成される。
【００１５】
本発明の欠陥検査装置及び欠陥検査方法は、検査対象物を照明し、検査対象物を移動させながら検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させて撮像し、上記検出レンズの結像面に対応する上記空間フィルタ面を同時に撮像素子を用いて撮像し、撮像した検査対象物の表面に形成されたパターンの画像と、上記空間フィルタ面の画像とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、設定した条件で再度検査対象物を移動させながら検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用される欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した欠陥検査装置における観察光学系の構成例を示す図である。
【図３】本発明により観察される検査対象基板の一例説明図である。
【図４】本発明の実施例１における空間フィルタ設定画面の例を示す図である。
【図５】本発明の実施例１における空間フィルタ設定画面の例を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の手順の例を示す図である。
【図７】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の自動化手順の例を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における空間フィルタ設定の自動化手順の説明図である。
【図９】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の自動化手順の説明図である。
【図１０】本発明の実施例２における空間フィルタ設定画面の説明図である。
【図１１】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の説明図である。
【図１２】本発明の実施例２における空間フィルタ設定の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明が適用される欠陥検査装置の全体構成図であり、図２は、図１に示した欠陥検査装置の検査光学系の構成図である。また、図３は、欠陥検査装置で検査される検査対象物一例を示す図である。
【００２０】
まず、図３を参照して、検査対象物の一例を説明する。
【００２１】
図３の（ａ）において、検査対象物は、ロジックＬＳＩあるいはメモリＬＳＩのチップ２００を所定の間隔で２次元的に配列した、円盤状の半導体ウエハ１０である。半導体ウエハ１０の表面に照明光２０が照射される。
【００２２】
図３の（ｂ）に示すように、チップ２００上には、メモリセル領域２００ａ、２００ｂと、デコーダやコントロール回路等からなる周辺回路領域２００ｃ、２００ｄと、その他の領域とが主に形成されている。
【００２３】
メモリセル領域２００ａ、２００ｂは、最小線幅が例えば０．０３〜０．１マイクロメートル程度のメモリセルパターンが２次元に規則的に配列して（繰り返して）形成されている。また、周辺回路領域２００ｃ、２００ｄには、例えば最小線幅０．１〜０．４マイクロメートル程度の非繰り返しパターンが形成されている。
【００２４】
また、その他の領域は、例えば、ボンディングエリア領域（最小線幅は、例えば１０マイクロメートルオーダ程度であり、パターンなしに近い）がある。
【００２５】
次に、図１を参照して、欠陥検査装置について説明する。
【００２６】
図１において、検査対象物１０（半導体ウエハや、表示素子、プリント基板など）は、ステージ１１０に搭載されている。ステージ１１０は、例えばＸＹステージ、Ｚステージ、シータステージなどの組み合わせで構成される。
【００２７】
ステージ１１０の上方に設置された検査光学系１００によって検査対象物１０の全面が検査できるように、検査対象物１０をＸＹ面内で走査できるものが用いられる。検査対象物１０は、照明光学系３０（光源を含む）から射出される照明光２０によって照明される。
【００２８】
検査対象物１０上のパターンや異物等の欠陥からの散乱反射光のうち、検出レンズ４０に入射したものは、検出レンズ４０の像面直前に配置されたビームスプリッタ５０を経てセンサ７０に導かれると共に、ビームスプリッタ５０により反射され、観察光学系８０に導かれる。
【００２９】
検出レンズ４０は、内部の空間周波数面に空間フィルタ４５を備えている。検査対象物１０上の繰り返しパターンからの回折光を空間フィルタ４５で遮蔽することにより、高感度な検査が可能となる。ビームスプリッタ５０としては、大判のものの実現が容易な平板ビームスプリッタを用いる。
【００３０】
センサ７０に入射した光は、光電変換され、画像信号が画像処理部１４０に送られる。検出レンズ４０としては、検光子を備えたものを用いることもある。センサ７０としては、リニアＣＣＤセンサやＴＤＩセンサなどが用いられる。画像処理部１４０では、隣接する同じパターンからの画像が比較され、得られた差分から欠陥が検出される。
【００３１】
観察光学系８０は、検出レンズ４０の像面を観察可能な像面観察系と空間フィルタ４５面を観察可能な空間フィルタ観察系を備え、空間フィルタ４５の条件設定に使用される。
【００３２】
次に、図２において、検出光学系１００は、検査対象物１０からセンサ７０および観察光学系８０までの構成を有している。
【００３３】
検出レンズ４０は、対物レンズ４０ａと結像レンズ４０ｂとを備え、空間フィルタ４５は、レンズ４０ａ、４０ｂ両者の間の空間周波数面に配置される。空間フィルタ４５としては、棒状の遮光物を縦横に配置し、それらの互いの間隔を調整可能にしたものや、２次元アレイ上に遮光可能な画素が配置されたもの（液晶などを用いた空間光変調器）などが用いられる。
【００３４】
ビームスプリッタ５０は、検出レンズ４０の像面直前に配置され、光路に対して抜き差し可能な構成とする。つまり、ビームスプリッタ５０は、移動可能になっており、光路中及び光路外に配置することができる。空間フィルタ４５の条件設定の際には、ビームスプリッタ５０を検出レンズ４０の光路中に入れ、観察光学系８０で結像面および空間フィルタ面の画像を観察しながら設定を行う。そして、検査の際には、ビームスプリッタ５０を検出レンズ４０の光路から外し、センサ７０を用いた撮像に影響が出ないようにすることができる。
【００３５】
観察光学系８０は検出レンズ４０の像面に配置され視野を制限する可変視野絞り８１と、ビームスプリッタ８２と、空間フィルタ面観察レンズ８４と、空間フィルタ面観察カメラ８８と、像面観察レンズ８６と、像面観察カメラ８９とを備えている。
【００３６】
空間フィルタ面観察カメラ８８及び像面観察カメラ８９の出力画像は、図１に示す制御部１２０に送られ、制御部１２０は、送られた画像に基いて空間フィルタ４５の条件設定を行う。可変視野絞り８１は、検出レンズ４０の像面観察の視野を規定するとともに、同時に空間フィルタ面観察の際の検査対象物１０上のフーリエ変換対象領域を規定する。こうすることにより、検査対象物１０上の領域とそのフーリエ変換像の１対１対応をとることが可能となる。
【００３７】
像面観察カメラ８９では、可変視野絞り８１の像と、その開口を通して観察される検査対象物１０上の領域の像が観察される。
【００３８】
一方、このとき、空間フィルタ面観察カメラ８８で観察される空間フィルタ面の画像は、ちょうど像面観察カメラ８９で可変視野絞り８１の開口内に観察される検査対象物１０上の領域のフーリエ変換像となる。
【００３９】
したがって、空間フィルタ４５を最適化したい領域が像面観察カメラ８９の視野中心に来るように検査対象物１０を移動させ、その他の領域が視野に入らず、かつ最大の開口が取れるように可変視野絞り８１の開口サイズを操作部１３０を介して調整する。これによって、遮光すべき回折光成分を正確に知ることが可能となる。
【００４０】
さらに、空間フィルタ面観察カメラ８８の画像を見ながら、回折光が遮光されるように空間フィルタ４５を操作部１３０及び制御部１２０により設定することによって、検査対象物１０上のその領域に対しての最適な空間フィルタ４５の条件設定が可能となる。操作部１３０及び制御部１２０により遮光条件設定手段が構成される。
【００４１】
なお、結像レンズ４０ｂをズームレンズとすることにより、検査の際に複数の結像倍率を選択することが可能となるが、この様な場合には、空間フィルタ面観察レンズ８４及び像面観察レンズ８６も倍率可変とすることが望ましい。結像レンズ４０ｂの焦点距離にあわせて、空間フィルタ面観察レンズ８４及び像面観察レンズ８６の倍率を設定することで、空間フィルタ面観察カメラ８８及び像面観察カメラ８９の撮像面全体を有効に使って、空間フィルタ面および像面の観察をすることが可能となる。
【００４２】
次に、図４、図５、図６を参照して、空間フィルタ４５の条件設定の手順を具体的に説明する。
【００４３】
空間フィルタ４５の最適設定条件は、検査対象物１０上の繰り返しパターンの形状に依存するため、理想的にはパターンの異なる領域ごとに設定する必要がある。本発明の実施例１では、特定の領域（チップ２００上の領域２００ａ）に最適な空間フィルタ４５を設定する方法の例を示す。
【００４４】
まず、検査対象物１０をステージ１１０に載せ、チップ２００上の繰り返しパターン部２００ａが像面観察カメラ８９で観察できるようにする（手順９１０）。このとき、例えば、図４に示すように、操作部１３０（図１に示す）の操作画面３００には像面観察カメラ８９の画像３１０と空間フィルタ面観察カメラ８８の画像３２０が表示されるようにする。画面上のエリア３３０には、例えば、像面観察レンズ８６や像面観察カメラ８９の設定情報、可変視野絞り８１の設定情報、及びそれらの操作画面を表示するとよい。
【００４５】
また、画面上のエリア３４０には、例えば、空間フィルタ面観察レンズ８４や空間フィルタ面観察カメラ８８の設定情報、空間フィルタ４５の棒状遮光物３２７、３２８の設定情報、及びそれらの操作画面を表示するとよい。
【００４６】
図４に示した状態では、可変視野絞り８１は大きく開かれており、像面観察カメラ８９の視野はカメラ８９の撮像素子の大きさで制限されているため、画面いっぱいに検査対象物１０上の複数のパターンが観察されている。
【００４７】
一方、空間フィルタ面観察カメラ８８には複数のパターン領域からの回折光３２５が重なって観察されている。この状態では、どの回折光３２５を遮光すれば目的とする領域２００a（図３にて示す）のパターンを消すことができるのか知ることは容易ではない。このため、従来技術においては、複数回の試行錯誤を繰り返すことが必要となっており、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８の設定に時間がかかり最適化も困難であった。
【００４８】
本発明の実施例１では、像面観察画像上で空間フィルタ４５の調節の目的とする繰り返しパターン２００ａのみが視野内に見えるように可変視野絞り８１を調節し（手順９２０）、これと一対一に対応する空間フィルタ面画像３２０を観察できるようにすることで、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８の最適設定を容易とする。空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８は、操作部（遮光条件設定部）１３０、制御部（遮光条件設定部）１２０を介して操作者が手動で設定可能となっている。なお、後述するように、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８は、最適状態に自動的に設定可能でもある。
【００４９】
図５に示すように、可変視野絞り８１を絞ることで繰り返しパターン２００ａのみが、絞り８１によって制限された視野３１５内に見えるようにすることが可能となる。このとき、空間フィルタ面で観察されるフーリエ変換像３２０は、視野絞り８１内に見えるパターン２００ａのみのフーリエ像となる。
【００５０】
従って、この画像３２０上の回折光３２５を遮光するように空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を設定（手順９３０）すれば目的とするパターン２００ａを消すことが可能となる。
【００５１】
像面観察カメラ８８の画像を操作部１３０の操作画面３００上に表示しておけば、空間フィルタ４５を調節し、空間フィルタ面画像３２０で回折光の輝点が遮光できたかを確認すると同時に像面観察画像３１０で繰り返しパターン２００ａが消えたかを確認（手順９４０）することが可能である。これによって、空間フィルタ４５の設定が正しいこととその効果を即時に確認することができる。
【００５２】
なお、ここでは視野絞り８１の開口として円形の開口の例を示したが、円形に限らず、任意の形状でよい。パターンの存在領域は一般的には矩形であることから、矩形開口を用いれば像面で広い開口領域を確保でき、空間フィルタ面画像の明るさを確保しやすいというメリットがある。
【００５３】
次に、図６を用いて説明した空間フィルタ４５の設定手順を自動化する際のより詳細な手順を図７に示す。なお、図７に示した例は、処理の自動化のため、画像を取得し、それを処理して空間フィルタ４５の遮光物を設定する部分を詳細に示している。自動化のための処理は、主に制御部１２０で行われる。
【００５４】
図７において、手順９１０は図６に示した手順と同様である。手順９２０は、画像取得（手順９２２）と、画像処理による領域抽出（手順９２４）と、視野絞り径の算出と設定（手順９２６）とに分けられる。
【００５５】
まず、可変視野絞り８１を開いた状態で像面観察カメラ８９を用いて検査対象物１０の画像を取得する（手順９２２）。図４に示した画像３１０のように、カメラの視野全体にわたってパターンの特徴の異なる複数の領域が写った画像が得られる。この画像から、制御部１２０の内部記憶部に記憶されたパターン配置情報に基づき、画像中心付近の繰り返しパターン部を抽出する（手順９２４）。それ以外の領域を遮光するために必要な可変開口絞り８１の開口径を算出し、絞り８１を動かして開口径を算出した値にあわせる（手順９２６）。絞り８１は、制御部１２０の指令信号により設定された開口径となるように制御される。
【００５６】
手順９３０は、空間フィルタ面画像取得（手順９３２）と、画素の輝度レベル分け（手順９３４）と、空間フィルタ設定（手順９３６）とに分けられる。
【００５７】
まず、空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を入れずに空間フィルタ面観察カメラ８８を用いて空間フィルタ面の画像を取得する（手順９３２）。図８の（ａ）に示すように、回折光３２５の輝点あるいは線のある画像が得られる。ヒストグラムに表すと例えば図８の（ｂ）に示すようになる。この画像の画素を輝度レベル（画素値）によって複数のグループに分類する。
【００５８】
例えば、各画素２５６階調のカメラで撮像した場合には、輝度レベルは０から２５５階調となる。ヒストグラム上で輝度レベル５０未満をグループ１、輝度レベル５０以上１００未満をグループ２、輝度レベル１００以上１５０未満をグループ３、輝度レベル１５０以上２００未満をグループ４、輝度レベル２００以上をグループ５とグループ分けする（手順９３４、図８の（ｂ））。
【００５９】
画像上では、図８の（ａ）に示すように背景は暗いのでグループ１に属し、回折成分の輝点や輝線は、それぞれの強度レベルに応じてグループ２〜５に属することになる。空間フィルタ４５の設定に当たっては、まず、輝度レベルの最も高いグループ５を遮光できるように空間フィルタの遮光物３２７、３２８を設定する（手順９３６）。遮光物３２７、３２８の設定は、例えば、まず、遮光物３２７を移動して、輝度レベルが最も高かった位置に遮光物３２７を設定し、その後に、遮光物３２８を移動して、輝度レベルが最も高かった位置に遮光物３２８を設定することで、空間フィルタ４５の設定を行なうことができる。遮光物３２７、３２８の移動制御は、制御部１２０により行われる。
【００６０】
次に、手順９４０は、像面観察画像の取得（手順９４２）と、繰り返しパターンの有無の確認（手順９４４）とに分けられる。手順９３０で空間フィルタ４５を設定した上で、像面観察カメラ８９を用いて検査対象物１０の画像を取得する（手順９４２）。
【００６１】
次に、取得した画像に繰り返しパターンが残っているかを確認する（手順９４４）。繰り返しパターンの有無の確認は、例えば、空間フィルタ４５を入れる前の画像（例えば手順９２６の後に取得しておく）との相関値を計算し、その値に対して閾値処理を行えばよい。
【００６２】
また、画像の一部を切り出し、それと画像全体との相関演算を行って、相関値分布を作成し、それを閾値処理して判定しても良い。あるいは、画像をフーリエ変換し空間周波数成分に変換した上で、閾値処理を行っても良い。
【００６３】
繰り返しパターンが残っていると判定した場合には、手順９３６に戻り、更に空間フィルタ４５の設定を変更する。
【００６４】
先に遮光したグループ５に加え、次に輝度レベルの高いグループ４も遮光できるように空間フィルタ４５を設定し、繰り返しパターンが残っていないと判断されるまで同じ手順を繰り返す。そして、繰り返しパターンが残っていないと判断されれば、空間フィルタ４５の設定は終了である。
【００６５】
なお、空間フィルタ４５の設定に当たって、単純に輝度の高い画素グループから遮光する例を示したが、回折光成分の分布形状（点あるいは線）を判別し、分布形状によって優先順位を変えても良い。輝度レベルは低くても輝点を遮光することを優先したり、あるいは逆に輝線を消すことを優先するなど、分布形状によって優先順位を変えることによって、検査感度を確保したい領域に対して優先的に空間フィルタ４５を働かせることが可能となる。
【００６６】
以上のように本発明の実施例１によれば、可変視野絞り８１の開口径を絞り、特定の領域のパターンからの空間フィルタ画面を画面表示（操作部１３０の操作画面に表示）し、回折光の輝点を遮光するように空間フィルタ４５の遮光物３２７、３２８を設定する構成としたので、空間フィルタ設定の効率を向上可能であり、かつ空間フィルタ設定の自動化が可能な欠陥検査方法およびその装置を実現するができる。
【実施例２】
【００６７】
次に、図９及び図１０に本発明の実施例２である欠陥検査装置における空間フィルタ設定を説明する。
【００６８】
図９は本発明の実施例２における空間フィルタ設定の手順を示し、図１０は、本発明の実施例２における空間フィルタ設定画面３００を示している。欠陥検査装置の全体構成は、図１に示した例と同一である。
【００６９】
この実施例２では、検査対象物１０上のチップ２００を１ライン走査し、センサ７０で取得した画像３１０（図１０）と、走査中連続して積算し撮像した空間フィルタ面の画像３２０とを用いて空間フィルタ４５の設定を行う。画像３１０のサイズは、スキャン方向に直交する方向（図１０の上下方向）は、センサ７０の視野幅に対応し、スキャン方向は、少なくとも検査対象物１０のチップ２００の１チップ分とする。
【００７０】
これらの画像取得に際しては、ビームスプリッタ５０をセンサ７０と検出レンズ４０との間の光路に入れた状態で、観察光学系８０の可変視野絞り８１を最大に設定し（手順１０１０）、センサ７０と空間フィルタ面観察カメラ８８で撮像を行う（手順１０２０）。
【００７１】
可変視野絞り８１を最大に開いておくことで、センサ７０の撮像範囲をできるだけ広く観察光学系８０で取り込むことができる。こうすることで、画像３１０に表示される多くの領域からの回折光を含む空間フィルタ面画像を１枚の画像３２０に納めることが可能となる。
【００７２】
画像３１０で検査したい領域がカバーできているかを確認し、画像３２０を見ながら輝度の高い回折光を遮光するように空間フィルタ４５を設定することで、複数の領域に対応した空間フィルタ４５の設定が可能となる。空間フィルタで遮光する輝点を選択するに当たっては、実施例１と同様に空間フィルタ面画像の各画素を輝度レベルでグループ分け（手順１０３０）し、輝度の高いグループを優先して遮光する（手順１０４０）。これにより、広い面積にわたる繰り返しパターンを優先的に消す空間フィルタ設定が可能となる。
【００７３】
空間フィルタ４５の設定を決めた後、再度同じ位置をラインスキャンし、検査画像を取得して、繰り返しパターンを消すことが出来ているかを確認する（手順１０５０）と良い。
【００７４】
繰り返しパターンの消し残りがあった場合には、先に遮光した画素グループの次に輝度が高い画素グループも遮光するように空間フィルタ４５を設定しなおし、検査画像の確認を行うとよい。これを繰り返すことによって、空間フィルタ４５の最適設定が可能となる。この方法を用いれば、ライン走査する領域を指定するだけで、その領域に対応した空間フィルタ４５の自動設定も可能となる。
【００７５】
なお、画像３２０の取得に際して、上記では１ライン走査中の連続蓄積撮像する例を示したが、１ライン走査時間を短い時間に分割して多数の画像を撮像し、それらをピークホールド処理や加算処理、平均化処理など処理して最終的な１ライン走査に対応する空間フィルタ面画像を取得しても良い。
【００７６】
また、空間フィルタ４５の自動設定を行う場合には、検査対象物上のパターンの設計データと検査装置の照明光学系および検出光学系のパラメータ（照明のＮＡ、方位、入射角、検出レンズのＮＡなど）を用いてパターンからの散乱回折光の空間フィルタ面での分布を計算し、空間フィルタ面観察カメラで撮影した画像と照合して検証し、空間フィルタ設定を決定してもよい。
【００７７】
検査対象物１０上のチップ２００の全体に対して最適な空間フィルタ設定をする場合には、図１１に示すように、チップ２００全体をカバーするように走査（２１０ａ〜２１０ｃ）し、そのライン走査画像４１０ａ〜４１０ｃおよびそれらに対応する空間フィルタ面画像４２０ａ〜４２０ｃを取得するとよい。
【００７８】
そうして得られた画像を図１２に示すように、設定画面に表示して空間フィルタ４５を設定すればよい。これらの画像を用いて前述の手順でスキャンライン毎に空間フィルタ４５を設定することで、チップ２００全体を効率的に検査する空間フィルタ設定を行うことが可能となる。
【００７９】
また、高スループット化などの目的で、スキャンライン毎に空間フィルタ設定を変えないことが望ましい場合には、空間フィルタ面画像４２０ａ〜４２０ｃを１つの画像として各画素を輝度レベルでグループ分けし、輝度の高いグループを優先して遮光するように空間フィルタを設定すると良い。
【００８０】
そうすることにより、複数のスキャンラインに平均的な効果をもつ空間フィルタ４５の設定が可能となる。
【００８１】
本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０・・・被検査物（試料、基板、ウエハ）、 ２０・・・照明光、 ３０・・・照明光学系（光源含）、 ４０・・・検出レンズ、 ４５・・・空間フィルタ、 ５０・・・ビームスプリッタ、 ７０・・・センサ、 ８０・・・観察光学系、 ８１・・・観察光学系視野絞り、 ８８・・・空間フィルタ面観察カメラ、 ８９・・・像面観察カメラ、 １００・・・検出光学系、 １１０・・・ステージ、 １２０・・・制御部、 １３０・・・操作部、 １４０・・・画像処理部、 ３００・・・操作画面、 ３１０・・・像面観察カメラの画像、 ３２０・・・空間フィルタ観察カメラの画像、 ３２５・・・回折光、 ３２７、３２８・・・空間フィルタの遮光物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
上記検査対象物の表面の画像とその画像に対応する空間フィルタ面の画像とを同時に表示する空間フィルタ設定画面を有し、上記空間フィルタの遮光条件を設定する遮光条件設定手段と、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
観察光学系に配置され、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の欠陥検査装置において、上記遮光条件設定手段は、上記可変視野絞りの開口サイズを調整し、上記検査対象物の表面に形成された複数のパターンのうちの特定のパターンが形成された領域を上記空間フィルタ設定画面の上記結像面観察画像に表示させるとともに、上記空間フィルタ面の観察画像を上記空間フィルタ設定画面に表示させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
検査対象物を保持し、移動させるステージと、
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の欠陥検査装置において、上記制御部は、上記ステージを移動させて、上記操作部が指定する領域の空間フィルタ面画像を取得し、所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように、上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の欠陥検査装置において、上記制御部は、上記ステージを移動させて、空間フィルタ面画像を取得し、上記所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように上記遮光物の位置を設定した後、さらに、上記ステージを移動させて検査対象物の表面の画像を取得し、上記操作部が指定する領域に繰り返しパターンが存在するか否かを判断し、繰り返しパターンが存在している場合には、上記所定のレベルより低い第２のレベル以上の輝度を有する部分をさらに遮光するように上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
検査対象物を照明し、
検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させ、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察し、
上記検査対象物の表面に形成された複数のパターンのうちの特定のパターンが形成された領域と、上記特定パターンが形成された領域に対応する空間フィルタ面とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、
上記設定条件で検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、
取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する欠陥検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検査方法において、
観察光学系に配置された、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りの開口を調整することにより、上記特定のパターンが形成された領域と、上記特定パターンが形成された領域に対応する空間フィルタ面とを空間フィルタ設定画面に表示させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の欠陥検査方法において、上記検査対象物を移動させて、上記特定のパターンが形成された領域の空間フィルタ面画像を取得し、所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように、上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の欠陥検査方法において、上記検査対象物を移動させて、空間フィルタ面画像を取得し、上記特定のパターンが形成された領域の上記所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように上記遮光物の位置を設定した後、さらに、上記検査対象物を移動させて検査対象物の表面の画像を取得し、上記特定のパターンが形成された領域に繰り返しパターンが存在するか否かを判断し、繰り返しパターンが存在している場合には、上記所定のレベルより低い第２のレベル以上の輝度を有する部分をさらに遮光するように上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
上記観察光学系に配置され、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りと、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、
検査対象物の表面の画像とその画像に対応する空間フィルタ面の画像とを同時に表示する空間フィルタ設定画面を有し、上記空間フィルタの遮光条件を設定する遮光条件設定手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
検査対象物を照明し、
検査対象物を移動させながら検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、
上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させて撮像し、
上記検出レンズの結像面に対応する上記空間フィルタ面を同時に撮像素子を用いて撮像し、
撮像した検査対象物の表面に形成されたパターンの画像と、上記空間フィルタ面の画像とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、
設定した条件で再度検査対象物を移動させながら検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、
取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する欠陥検査方法。
【請求項１】
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
上記検査対象物の表面の画像とその画像に対応する空間フィルタ面の画像とを同時に表示する空間フィルタ設定画面を有し、上記空間フィルタの遮光条件を設定する遮光条件設定手段と、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
観察光学系に配置され、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りを備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の欠陥検査装置において、上記遮光条件設定手段は、上記可変視野絞りの開口サイズを調整し、上記検査対象物の表面に形成された複数のパターンのうちの特定のパターンが形成された領域を上記空間フィルタ設定画面の上記結像面観察画像に表示させるとともに、上記空間フィルタ面の観察画像を上記空間フィルタ設定画面に表示させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
検査対象物を保持し、移動させるステージと、
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の欠陥検査装置において、上記制御部は、上記ステージを移動させて、上記操作部が指定する領域の空間フィルタ面画像を取得し、所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように、上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の欠陥検査装置において、上記制御部は、上記ステージを移動させて、空間フィルタ面画像を取得し、上記所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように上記遮光物の位置を設定した後、さらに、上記ステージを移動させて検査対象物の表面の画像を取得し、上記操作部が指定する領域に繰り返しパターンが存在するか否かを判断し、繰り返しパターンが存在している場合には、上記所定のレベルより低い第２のレベル以上の輝度を有する部分をさらに遮光するように上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
検査対象物を照明し、
検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させ、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察し、
上記検査対象物の表面に形成された複数のパターンのうちの特定のパターンが形成された領域と、上記特定パターンが形成された領域に対応する空間フィルタ面とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、
上記設定条件で検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、
取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する欠陥検査方法。
【請求項８】
請求項７に記載の欠陥検査方法において、
観察光学系に配置された、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りの開口を調整することにより、上記特定のパターンが形成された領域と、上記特定パターンが形成された領域に対応する空間フィルタ面とを空間フィルタ設定画面に表示させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項９】
請求項８に記載の欠陥検査方法において、上記検査対象物を移動させて、上記特定のパターンが形成された領域の空間フィルタ面画像を取得し、所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように、上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の欠陥検査方法において、上記検査対象物を移動させて、空間フィルタ面画像を取得し、上記特定のパターンが形成された領域の上記所定の輝度レベル以上の輝度を有する部分を遮光するように上記遮光物の位置を設定した後、さらに、上記検査対象物を移動させて検査対象物の表面の画像を取得し、上記特定のパターンが形成された領域に繰り返しパターンが存在するか否かを判断し、繰り返しパターンが存在している場合には、上記所定のレベルより低い第２のレベル以上の輝度を有する部分をさらに遮光するように上記空間フィルタの遮光物の位置を設定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
検査対象物を照明する光学系と、
上記検査対象物からの反射散乱光を結像させる検出レンズと、
上記検出レンズの空間周波数面に配置され、回折光を選択的に透過させる空間フィルタと、
上記検出レンズの結像面に配置され、反射散乱光像を光電変換する撮像素子と、
上記撮像素子によって取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する画像処理部と、
上記検出レンズの結像面と、この結像面に対応する上記空間フィルタ面とを同時観察可能な観察光学系と、
上記観察光学系に配置され、上記結像面の視野を制限する可変視野絞りと、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の欠陥検査装置において、
検査対象物の表面の画像とその画像に対応する空間フィルタ面の画像とを同時に表示する空間フィルタ設定画面を有し、上記空間フィルタの遮光条件を設定する遮光条件設定手段を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
検査対象物を照明し、
検査対象物を移動させながら検出レンズを用いて上記検査対象物からの反射散乱光を集め、
上記検出レンズ中に配置された空間フィルタによって選択的に透過させた光を撮像素子上に結像させて撮像し、
上記検出レンズの結像面に対応する上記空間フィルタ面を同時に撮像素子を用いて撮像し、
撮像した検査対象物の表面に形成されたパターンの画像と、上記空間フィルタ面の画像とを空間フィルタ設定画面に表示し、上記空間フィルタの遮光条件を設定し、
設定した条件で再度検査対象物を移動させながら検査対象物の画像を上記撮像素子によって取得し、
取得された画像を比較処理し、検査対象物上の異物あるいはパターン欠陥を検出する欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１４９８６９（Ｐ２０１１−１４９８６９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３６２（Ｐ２０１０−１２３６２）
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２２日（２０１０．１．２２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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