欠陥検査装置
【課題】検出光学系で検出された検査光の照度分布に適合するようにしきい値の設定が可能な欠陥検査装置を実現する。
【解決手段】検出光学系で検出された光の照度分布を取り込み、取り込んだデータを基に、検出光学系の画素毎にしきい値を算出する。次に、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算を可能とし、アシストツール画面(ＧＵＩ)上に表示させ、検出欠陥の観察も可能とする。また、複数個のしきい値係数の算出ができ、アシストツール画面(ＧＵＩ)上にそれぞれのしきい値係数で再算出した結果を表示させることができる。したがって、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布に適合したしきい値を設定することができる。つまり、光学部品の劣化や装置固有の照射系、検出系の特性に適合したしきい値を設定することが可能となる。
【解決手段】検出光学系で検出された光の照度分布を取り込み、取り込んだデータを基に、検出光学系の画素毎にしきい値を算出する。次に、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算を可能とし、アシストツール画面(ＧＵＩ)上に表示させ、検出欠陥の観察も可能とする。また、複数個のしきい値係数の算出ができ、アシストツール画面(ＧＵＩ)上にそれぞれのしきい値係数で再算出した結果を表示させることができる。したがって、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布に適合したしきい値を設定することができる。つまり、光学部品の劣化や装置固有の照射系、検出系の特性に適合したしきい値を設定することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の回路パターンに生じた異物や欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パターン欠陥検査装置やパターン無し検査装置といった欠陥検査装置は、半導体ウェーハ，液晶パネル，ＨＤＤ等のパターンドメディア，太陽電池用ウェーハ等を検査対象の試料として、試料上に生成した回路パターンに生じた異物や欠陥を検出する。以下では、本発明の欠陥検査装置を半導体ウェーハの欠陥検査に適用した場合を例に説明する。
【０００３】
半導体製造工程では、半導体ウェーハ上に異物や欠陥（ショートや断線等）が存在すると、配線やキャパシタの絶縁不良や短絡，ゲート酸化膜等の膜破損等の原因となり、半導体デバイスの不良原因になる。そのため、半導体デバイスの歩留まり向上には、製造工程において半導体ウェーハ上の異物や欠陥を迅速かつ的確に検出することが重要になる。
【０００４】
半導体ウェーハ上の異物や欠陥を検出する技術として、一般に、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）式検査技術や光学式検査技術が知られている。光学式検査技術には、さらに明視野検査技術と暗視野検査技術とがある。明視野検査技術では、対物レンズを通して半導体ウェーハを照明し、その反射・回折光を対物レンズで集光する。この集光された反射・回折光は検出器で光電変換され、その信号処理の結果に基づいて異物や欠陥を検出する。一方、暗視野検査技術では、対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）外から半導体ウェーハを照明し、その散乱光を対物レンズで集光する。この集光された散乱光は検出器で光電変換され、その信号処理の結果に基づいて明視野検査技術の場合と同様に異物や欠陥を検出する。
【０００５】
特許文献１には、上述した光学式の暗視野検査技術に係り、半導体ウェーハ上に検査光としてレーザー光を照射して異物や欠陥からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種の半導体ウェーハの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する方法が開示されている。また、特許文献２〜４には、異物や欠陥を検査する技術として、半導体ウェーハに検査光としてコヒーレント光を照射してウェーハ上の繰り返しパターンから発生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開示されている。
【０００６】
このような光学式検査技術では、半導体ウェーハの表面に各チップを構成するパターンが形成されている場合、通常、検出した反射・回折光又は散乱光の強度から検査部分の画像信号を作成し、この画像信号を隣接するチップの対応部分の画像信号又は予め用意した良品のチップの対応部分の画像信号と比較して、両者の相違がしきい値以上である場合に検査部分を異物や欠陥と判定している。従来、このしきい値は、チップ内の画素毎にチップ間で生じるばらつき（標準偏差）を考慮して算出したものであり、チップ間でのばらつきの小さな領域は低いしきい値を、チップ間でのばらつきの大きな領域は高いしきい値をそれぞれ用いて、異物や欠陥があるか否かの判定に使用している。
【０００７】
また、半導体プロセスの成膜工程の検査では、半導体ウェーハの処理枚数を優先するため、検査光であるレーザー光の半導体ウェーハ上における照射範囲（照射スポット）を拡げ、１スキャン当たりの検出器（センサ，すなわち検出光学系）による情報取り込み量の多い検査を実施している。このような１スキャン当たりの検出器による情報取り込み量の増大をはかった欠陥検査では、検出器に取り込まれる反射・回折光又は散乱光の形態は、検査光の照射範囲内での照度分布に大きな影響を受ける。つまり、検出器において、レーザーの照射範囲内の中央部分からの光を取り込む画素は、その検出する画像信号のレベルが高く、レーザーの照射範囲内の周縁側部分からの光を取り込む画素は、その検出する画像信号のレベルが中央部分に比して小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開平４−１５２５４５号公報
【特許文献４】特開平５−２１８１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した欠陥検査では、致命的では無く歩留まりに影響しないのに判別される擬似欠陥を無くすため、異物や欠陥があるか否かの判定に使用するしきい値は、検出器の中央部分の画素による信号レベルに合わせて、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）を考慮して設定される。しかしながら、そのしきい値は、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつきを考慮したものであるに過ぎない。
【００１０】
そのため、１スキャン当たりの検出器の情報取り込み量の増大をはかった欠陥検査の場合、検査光の照射範囲内の周縁側部分からの反射・回折光又は散乱光を取り込む検出器の周縁側部分の画素では、設定の際に基準とした中央部分の画素によりも画像信号のレベルは検査光の照射範囲内の照度分布により低くなるため、検出すべき異物や欠陥の信号レベルが低くなり、異物や欠陥の見逃しが発生している虞があった。
【００１１】
また、検出した反射・回折光や散乱光を集光する対物レンズ等の検出系の特性や，検出系の光学部品の劣化によっても、検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベルが変化して低くなることがあり、このような場合も異物や欠陥の見逃しが発生している虞があった。
【００１２】
この結果、従来のチップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）だけを考慮して算出したしきい値では、前述した検査光の照射範囲内の照度分布の影響に基づく検出器の中央部分と周縁側部分との画素間の画像信号のレベルの違いや、検出系の特性の違いや光学部品の劣化による検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベル変化が考慮されていないため、検査結果の精度と、信頼性に問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題に鑑み、検出器の周縁側部分の画素についても検出器の中央部分の画素と同等の異物や欠陥の検出を可能とし、検査光の照射範囲を拡げた１スキャン当たりの検出器による情報取り込み量が多い検査であっても、検査結果の精度と信頼性との向上をはかることができる欠陥検査装置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】
【００１４】
本発明は、欠陥検査装置に係り、検出器（検出光学系）の中央部分と周縁側部分との画素間の画像信号のレベルの違いや、検出系の特性の違いや光学部品の劣化によって検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベルが変化してしまった場合であっても、これらの現象に適応させて、検出器の各画素の画像信号に対応させた欠陥判別のためのしきい値を的確かつ容易に設定できるようしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出器に取り込まれる光の照度分布を装置の記憶装置へ取り込み、取り込んだデータを基に、検出器の画素毎にしきい値を算出できる。また、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に表示させ、検出欠陥の観察を行うこともできる。さらに、複数のしきい値係数の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に複数個の検査結果マップを表示することも可能となる。
【００１６】
本発明によれば、検出器の周縁側部分の画素の画像信号を用いて検出することになる、検査光の照射範囲内の周縁側部分の試料領域に生じた異物や欠陥の見逃しを低減させることが可能になり、欠陥検査における検査結果の精度と信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の欠陥検査装置の一実施の形態としてのパターン欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態のパターン欠陥検査装置の検査光の走査についての説明図である。
【図３】本実施の形態のパターン欠陥検査装置による検査条件の作成処理のフローチャートである。
【図４】図３に示したしきい値の設定処理の詳細を示したフローチャットである。
【図５】しきい値の設定処理のためのアシストツール画面の一実施例である。
【図６】取得データの記憶装置における格納例を示した図である。
【図７】観察用のアシストツール画面の一実施例である。
【図８】効果についての対照表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の欠陥検査装置の一実施の形態としてのパターン欠陥検査装置の概略構成図である。
【００１９】
図１において、パターン欠陥検査装置１は、照明手段１０と、検出手段２０と、試料ステージ３０と、Ｘスケール４０と，Ｙスケール５０と、処理装置１００とを備えて、大略構成されている。
【００２０】
照明手段１０は、例えば、検査光として所定波長のレーザー光を発生するレーザー装置であり、検査光を検査対象の試料である半導体ウェーハ２の表面へ照射する。図示の例では、照明手段１０は、検査光を半導体ウェーハ２の表面に斜めに所定の角度、照明仰角θで照射する構成になっている。この照明手段１０としてのレーザー装置は、検査対象の試料としての半導体ウェーハ２の処理枚数を優先させるため、半導体ウェーハ２の表面上に対してレーザー光の照射範囲を拡げて照射する構成になっている。
【００２１】
検出手段２０は、フーリエ変換レンズ２１及び逆フーリエ変換レンズ２２と、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面に配置した空間フィルタ２３と、ＴＤＩセンサ２４と、フーリエ変換面観察用手段２５とを備えている。なお、図示の例では、検出手段２０は、検査対象の試料としての半導体ウェーハ２の直上に位置するように配置しているが、半導体ウェーハ２の斜め上方に位置するように配置してもよい。
【００２２】
フーリエ変換レンズ２１及び逆フーリエ変換レンズ２２は、レーザー装置１０から半導体ウェーハ２にレーザー光（検査光）を照射することにより、その照射範囲内のパターン（回路パターン），欠陥，異物からの散乱光を、検出器としてのＴＤＩセンサ２４のセンサ面に結像させる。フーリエ変換レンズ２１は、半導体ウェーハ２の繰り返しパターンからの回折像をそのフーリエ変換面に結像させる。逆フーリエ変換レンズ２２は、何本かの個別に倍率を有する逆フーリエ変換レンズを任意で切り替え可能な機構になっており、試料である半導体ウェーハ２の種類、又は検出したい異物や欠陥の大きさに応じてその検出感度を変更できる構成になっている。
【００２３】
フーリエ変換面観察手段２５は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面の像を観察するためのものである。フーリエ変換面観察手段２５は、例えば、ＴＤＩセンサ２４への光路中に出し入れ可能に配置された光路切り替え部（ビームスプリッタ）で光路を分岐し、レンズを介してフーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面の像、すなわち半導体ウェーハ２の繰り返しパターンからの回折像を撮像して観察できる構成になっている。
【００２４】
空間フィルタ２３は、フーリエ変換レンズ２１と逆フーリエ変換レンズ２２との間のフーリエ変換面で、ウェーハ上の繰り返しパターンから発生する散乱光が逆フーリエ変換レンズ２２を介してＴＤＩセンサ２４に入力するのを除去する。空間フィルタ２３は、ウェーハ上に照射された検査光によるパターン，欠陥，異物からの散乱光のうち、異物や欠陥からの散乱光以外であるパターン上の繰り返しピッチに応じたＸ−Ｙ方向（図１に図示）に結像した回折光の間隔に合わせて回折光を遮光できるように、Ｘ−Ｙ方向それぞれの間隔及び位置を任意で切り替える機構を有している。
【００２５】
ＴＤＩセンサ２４は、ＴＤＩ（Time Delayed Integration）方式のＣＣＤイメージセンサで、そのセンサ面は複数の光電変換素子が配列されて形成され、各光電変換素子が画素を形成する構成になっている。これにより、ＴＤＩセンサ２４では、試料の移動方向に積分段数だけ電荷を積算することにより、段数に比例する感度向上及びノイズの軽減を実現した検査対象試料の画像を生成することができる。そのために、ＴＤＩセンサ２４では、試料の移動速度が一定である必要がある。また、試料の移動速度と画像取り込みタイミングを同期させる必要がある。
【００２６】
このように構成された検出手段２０によって、照明手段１０によって検査光を照射されたウェーハ上の繰り返しパターンからの散乱光は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面で繰り返しパターンピッチに対応した回折像を結ぶ。これに対し、ウェーハ上の異物や欠陥からの散乱光は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面では結像しない。これにより、フーリエ変換面での回折光を空間フィルタ２１によって遮光することで、ウェーハ上に形成されたパターンからの散乱光の大部分を遮光し、一方で欠陥や異物からの散乱光を大部分通過させることができる。この結果、半導体ウェーハ２に形成されたパターンからの散乱光を除去し、異物や欠陥からの散乱光のみをＴＤＩセンサ２４に結像でき、高いＳ／Ｎ比で異物や欠陥の画像信号を得ることが可能となる。
【００２７】
検査対象の試料として、表面にチップ８，・・・が形成された半導体ウェーハ２は、試料ステージ３０の試料ホルダ上に搭載される。試料ステージ３０はステージ移動機構の作動によってＸ方向及びＹ方向の２次元移動が可能な構成になっている。この試料ステージ３０の２次元移動に伴い、試料ホルダ上に搭載された半導体ウェーハ２及びそのチップ８，・・・は、図１に示すＸ−Ｙ座標系上の任意の座標位置に移動位置できるようになっている。これにより、この試料ステージ３０が逆Ｘ方向及び逆Ｙ方向へ移動することによって、照明手段１０から照射された検査光がウェーハ１の表面をＸ方向及びＹ方向に走査できる構成となっている。
【００２８】
図２は、図１に示したパターン欠陥検査装置の検査光の走査についての説明図である。
図２において、半導体ウェーハ２を搭載した試料ステージ３０が、図中に示したＸ軸方向に沿って矢印Ｓ２方向（逆Ｘ方向）へ移動すると、照明手段１０から照射された検査光が、ウェーハ１上に形成されたチップ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの表面を矢印Ｓ１で示す方向（Ｘ方向）に相対移動し、Ｘ軸方向の１ラインの検査光の照射走査が行われる。
【００２９】
図１に戻り、このように構成された試料ステージ３０には、図に示すように、半導体ウェーハ２を搭載した試料ホルダの２次元移動位置を計測するためのＸスケール４０及びＹスケール５０が備えられている。
【００３０】
Ｘスケール４０及びＹスケール５０は、例えばレーザースケール等を用いて構成され、半導体ウェーハ２を載せた試料ステージ３０のＸ方向移動位置及びＹ方向移動位置をそれぞれ検出して、その位置情報を次に述べる処理装置１００の座標管理装置１４０へ出力する。
【００３１】
処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０と，画像処理装置１２０と，異物・欠陥判定装置１３０と，座標管理装置１４０と，検査結果記憶装置１５０と，検査結果表示装置１６０と，入力装置１７０と、結果処理装置１８０とを備えている。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１１０は、検出手段２０のＴＤＩセンサ２４から入力するアナログ信号の画像信号を、デジタル信号の画像信号に変換して出力する。
【００３３】
画像処理装置１２０は、画像比較回路１２１と、しきい値演算回路１２２と、しきい値格納回路１２３とを備えている。
【００３４】
画像比較回路１２１は、例えば遅延回路と差分検出回路とを備えており、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号を参照エリアの対応画素の画像信号と比較して両者の差分を検出する比較手段としての役割を果たす。この場合、遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号が入力され、これを遅延することにより、図２に示した走査で、例えば現在検査光が照射されている検査エリアの１つ前の既に検査光の照射が終了した検査エリアの画像信号を、参照エリアの対応画素の画像信号として出力する。そして、差分検出回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの現在検査光が照射走査されている検査エリアの画像信号と遅延回路からの参照エリアの画像信号とが入力され、両者の差分を検出して出力する。これにより、画像比較回路１２１は、検査エリアとこれに隣接する参照エリアの画像信号を比較することができる。この比較によって、検査エリアの表面に異物や欠陥が存在する場合は、これら異物や欠陥で散乱した散乱光が検査エリア及び参照エリアにそれぞれ対応した隣接するチップ相互の画像信号の差分となって現れる。
【００３５】
なお、画像比較回路１２１に、遅延回路の代わりに予め参照エリアの画像として用意した良品チップの画像信号のデータを記憶したメモリ回路を備えておき、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号をこの良品の検査エリアの画像信号と比較して、両者の差分の検出を行う構成としても良い。
【００３６】
しきい値演算回路１２２は、例えばＴＤＩセンサ２４に取り込まれる光の照度分布を基にして、検査エリアと参照エリアとの画像信号の差分を比較するためのしきい値を演算するしきい値演算手段である。
【００３７】
しきい値格納回路１２３は、しきい値演算回路１２２から入力されるしきい値を、後述する座標管理装置１４０から入力される検査エリアの座標情報に対応付けて保存するための回路である。
【００３８】
一方、欠陥判定装置１３０は、判定回路１３１と、係数テーブル１３２，１３３とを備えて構成されている。
【００３９】
係数テーブル１３２，１３３には、画像処理装置１２０から欠陥判定装置１３０に入力される、画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２で演算されたしきい値を変更するための係数が、ウェーハ上の座標情報と対応付けられて格納されている。係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０から入力される座標情報を基に、その座標情報に対応付けられて格納されている係数を呼び出し、判定回路１３１へ出力する。この係数テーブル１３２，１３３に格納されている係数は、座標情報を基に呼び出されて判定回路１３１に出力された際に、判定回路１３１において、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から入力される対応座標のしきい値に乗じられる。これにより、例えば多数の同一製品を検査する場合、過去の検査・分析データの蓄積から、欠陥の生じ易い検査エリア内の箇所或いはウェーハ上の箇所（エッジ近傍等）とそうでない箇所とで、判定回路１３１においては、その欠陥判定に用いられるしきい値が係数テーブル１３２，１３３それぞれに格納されている係数を用いて柔軟に調整される構成になっている。
【００４０】
判定回路１３１には、画像比較回路１２１からの検査エリアと参照エリアとの対応画素の画像信号の差分信号と、しきい値格納回路１２３から読み出された対応画素のしきい値データと、係数テーブル１３２，１３３から入力された対応画素のしきい値変更用の係数が入力される。判定回路１３１は、まず、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から入力された対応画素のしきい値に係数テーブル１３２、１３３から入力される対応画素の係数を乗じて、画像比較回路１２１からの対応画素の画像信号の差分信号に適用する判定用しきい値を作成する。そして、画像比較回路１２１からの対応画素の画像信号の差分信号とこの作成した対応画素の判定用しきい値とを比較し、その比較結果に基づき欠陥の有無を判定する。ここでは、差分信号が判定用しきい値以上である場合に当該画素の差分信号が異物や欠陥からの散乱光によるものと判定し、その検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。その際、判定回路１３１は、判定に用いた判定用しきい値の情報も検査結果記憶装置１５０へ併せて出力する。
【００４１】
座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力した試料ステージ３０の移動位置情報、すなわち検査光であるレーザー光の半導体ウェーハ２上における照射範囲（照射スポット）移動位置情報に基づき、ウェーハ上の現在レーザー光が照射されている検査対象位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を、画像処理装置１２０や欠陥判定装置１３０，及び検査結果記憶装置１５０にそれぞれ出力する。この座標管理装置１４０には、検査に際して、ウェーハ１上のレーザー光を照射走査する各検査エリアの配置情報が記憶されている。その上で、座標管理装置１４０に記憶された各検査エリアの配置情報に対応して、検査エリア毎の検査対象位置のＸ座標及びＹ座標が、前述したように画像処理装置１２０や欠陥判定装置１３０，及び検査結果記憶装置１５０にそれぞれ出力される。
【００４２】
検査結果記憶装置１５０は、欠陥判定装置１３０から入力される検査結果と、座標管理装置１４０から入力される対応画素の座標情報とを対応付けて記憶する。その際、検査結果記憶装置１５０は、欠陥判定装置１３０から併せて入力される前述した判定用しきい値の情報を、対応画素の検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。また、検査結果記憶装置１５０は、チップレイアウト及びチップ内座標に対応付けしたフーリエ変換面観察用手段２３での撮像した像、及び入力装置１７０から入力したチップレイアウト及び当該チップレイアウトに対応付けしたパターンピッチも対応付けて記憶する。
【００４３】
入力装置１７０は、例えばチップレイアウト及び当該チップレイアウトに対応付けしたパターンピッチを入力したり等、欠陥検査における各種設定や操作指示を行うためのものである。この入力装置の一例としては、検査対象の試料に関する情報等を取得するための機器や、ＯＳＤ（On-Screen Display）表示された画面上のＧＵＩ（Graphical User Interface）及びその操作機器、等が該当する。
【００４４】
結果処理装置１８０は、例えば検査結果記憶装置１５０に記録されているチップレイアウトに対応付けしたパターンピッチから回折光ピッチの演算を行う等、欠陥検査における各種演算処理や各種設定処理を行う処理部として機能する。また、結果処理装置１８０は、パターン欠陥検査装置１の装置各部を制御する制御部としても機能する。
【００４５】
検査結果表示装置１６０は、検査結果記憶装置１５０に格納されている検査結果情報を表示する等、欠陥検査に係る各種情報を表示する。検査結果表示装置１６０は、例えば、フーリエ変換面観察用手段２３での撮像した像や、後述するしきい値の設定用のＧＵＩ画面を表示したり等もする。
【００４６】
なお、パターン欠陥検査装置１では、結果処理装置１８０が欠陥検査における各種演算処理や各種制御処理を行う構成としたが、さらに、これら各種処理及び各種制御を分担して行う外部計算装置を備えている構成であってもよい。
【００４７】
次に、上記構成のパターン欠陥検査装置における検査条件の作成処理について、図３を基に説明する。
【００４８】
図３は、本実施の形態のパターン欠陥検査装置による検査条件の作成処理のフローチャートである。
【００４９】
検査条件の作成に当たって、ステップＳ10で、まず、パターン欠陥検査装置１の処理部として機能する結果処理装置１８０は、作業者による検査条件の作成指示に基づき、検査対象の半導体ウェーハ２を試料ステージ３０の試料ホルダ上にロードする。
【００５０】
次のステップＳ20では、結果処理装置１８０は、このロードした半導体ウェーハ２のウェーハサイズ，チップサイズ，ウェーハマトリクス，アライメントチップ等といった標準的な設定情報を入力装置１７０から入力し、検査結果記憶装置１５０に品種ファイルとして記憶する。
【００５１】
次にステップＳ30では、結果処理装置１８０は、検査結果表示装置１６０に検査条件作成のためのＧＵＩ画面をＯＳＤ表示し、このＧＵＩ画面に基づいて欠陥検査に関わる検査条件の設定、例えば、照明仰角，照明角度，検査倍率，ステージスピード，レーザーパワーの設定（ステップＳ30a）や、空間フィルタ，しきい値の設定（ステップＳ30b）等を作業者に行わせるようにし、作業者によるこれらの検査条件の設定が完了すると、これらを工程ファイルとして検査結果記憶装置１５０に記憶する。なお、この工程ファイルについては、ロードした半導体ウェーハ２に対して、複数の工程ファイルを作成して記憶しておくことも可能である。
【００５２】
ステップＳ40では、結果処理装置１８０は、作業者による工程ファイルの作成が完了すると、この作成した品種ファイルと１又は複数の工程ファイルとによって設定された条件を使用し、ロードした半導体ウェーハ２の欠陥検査を画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて実施し、検査対象の半導体ウェーハ２の生じた異物や欠陥の観察を行う。
【００５３】
ステップＳ50では、結果処理装置１８０は、この欠陥検査の実施によって得られた観察結果を検査結果表示装置１６０に表示し、この観察結果を基に、観察された異物や欠陥が、歩留まりに影響を与える欠陥であるのか、又は歩留まりに影響を与えない擬似欠陥であるのかの判定を、作業者に行わせる。
【００５４】
この観察の結果、検出した異物や欠陥の中、致命的では無く歩留まりに影響しない擬似欠陥が多数含まれるような場合には、結果処理装置１８０は、作業者の指示に基づいて、しきい値等の検査条件を含む工程ファイルを画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて作成し直し（ステップＳ30）、再びこの変更された工程ファイルに基づいて半導体ウェーハ２の欠陥検査を実施することになる（ステップＳ40）。したがって、パターン欠陥検査装置１では、異物や欠陥についての擬似が無くなるまでステップＳ30からステップＳ50までの処理並びに作業が繰り返されることになる。
【００５５】
これに対して、ステップＳ30からステップＳ50の処理の結果、擬似欠陥の検出が無くなった、又は擬似欠陥が検出されてもそれが異物や欠陥の検出に与える影響が無くなった場合には、結果処理装置１８０は、作業者の指示に基づいて、検査条件の作成処理を終了させる。その際、結果処理装置１８０は、ステップＳ50からステップＳ60へ進み、半導体ウェーハ２を試料ステージ３０の試料ホルダからアンロードし、検査条件の作成処理を終了する。
【００５６】
次に、この検査条件の作成処理に係り、ステップＳ30bで示されたしきい値の設定処理について、図４，図５に基づいて説明する。
【００５７】
図４は、図３のステップＳ30bに示したしきい値の設定処理の詳細を示したフローチャットである。
【００５８】
図５は、このしきい値の設定処理を行う際に、検査結果表示装置に表示されるしきい値の設定処理のためのアシストツール画面の一実施例である。
【００５９】
図４のステップＳ3100に示す光の強度分布の取り込み処理では、パターン欠陥検査装置１の処理部として機能する結果処理装置１８０は、図３のステップＳ30bに示すしきい値の設定処理に移行すると、図５に示すしきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００を検査結果表示装置１６０に表示し、その処理を開始する。
【００６０】
このアシストツール画面（ＧＵＩ）５００で、その取り込み範囲設定エリア５１０に設けられた画像取得ボタン５１１が作業者によってクリック操作されると、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、ウェーハ上の任意の範囲に図３のステップＳ30aで設定された検査倍率，レーザーパワー等でレーザー光を照射し、その際の散乱光に基づいたＴＤＩセンサ２４のデジタル化された画像信号をＡ／Ｄ変換器１１０から画像処理装置１２０に取り込む。
【００６１】
この取り込み処理では、散乱光は複数の光電変換素子が配列配置されてなるＴＤＩセンサ２４の全画素でそれぞれ画像信号として取り込まれる。結果処理装置１８０は、この画像信号を、取り込み方向に対して、検査光の主走査方向に該当するＸ方向のＴＤＩセンサ２４の画素については例えば１００画素分、検査光の副走査方向に該当するＹ方向のＴＤＩセンサ２４の画素については全画素で画像信号を画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２に取り込む。次に、結果処理装置１８０は、この取り込みを行った画像信号に基づく観察画像を、アシストツール画面５００の取り込み位置設定エリア５１０内の表示領域５１２に表示する。作業者は、この表示領域５１２に表示された観察画像から、異物及び欠陥についての画像信号の取り込みを実施する領域を観察画像上の任意の範囲で選択する。この任意の範囲の領域の選択は、アシストツール画面５００の表示領域５１２の観察画像上に選択フレーム５１４を配置することによって行われる。その際、選択フレーム５１４で選択された領域については、取り込み位置設定エリア５１０内の位置表示部５１３に、この領域の対角する頂点のウェーハ上の座標が開始位置［Ｘstart，Ｙstart］，終了位置［Ｘend，Ｙend］として表示される。この領域の選択に当たって、作業者は、検査エリアと同一のパターンのエリアを選択する。これは、選択する領域の違いによって画像信号の差を発生させないためである（ステップＳ3101）。
【００６２】
次に、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、この選択した領域でＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（Ｘ方向及びＹ方向）の画素数が画像処理装置１２０に全て取り込まれるように、ＴＤＩセンサ２４の画素毎のデジタル化された画像信号の取り込みを複数回実施する（ステップＳ3102）。結果処理装置１８０は、この取り込み後は、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素毎にＸ方向の画素それぞれの画素信号のレベルを平均値化した画像信号を、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１にＹ方向の画素番号（画素Ｎｏ.）順に格納する（ステップＳ3103）。
【００６３】
図６は、取得データの記憶装置における格納例を示した図である。
この場合、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１には、選択された領域のＹ方向の画素毎の画像番号に対応付けて、Ｘ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号と、後述する画像信号比とが記憶される構成になっている。
【００６４】
そして、結果処理装置１８０は、上述した光の強度分布の取り込み処理（ステップＳ3100）を行うと、次に、ステップＳ3200で示すしきい値の算出処理を行う。
【００６５】
このステップＳ3200で示したしきい値の算出処理では、結果処理装置１８０は、まず、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に格納してあるＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素番号順の、ＴＤＩセンサ２４のＸ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号を読み出し（ステップＳ3201）、その中で最も高い画像信号レベルを持ったＹ方向の画素を算出する（ステップＳ3202）。以降では、このＹ方向の画素の画素を最高画素と称し、その画像信号レベルを最高値と称す。
【００６６】
次に、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２を用いて、このＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素番号の画素毎に、そのＴＤＩセンサ２４のＸ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号のレベルを最高値と比較し、Ｙ方向の画素の画素Ｎｏ．毎の画像信号比を算出する。
【００６７】
この画像信号比の計算式は、Ｙ方向の画素の画素Ｎｏ．毎に、
［画像信号比］＝［(Ｘ方向の平均値化した)画像信号］÷［最高値］・・・（式１）
により算出される（ステップＳ3203）。
【００６８】
したがって、Ｙ方向の画素の画素番号毎の画像信号比は、最高画素では “１”となり、ＴＤＩセンサ２４の副走査に該当するＹ方向の両端側の画素番号では、その画素信号のレベルがレーザー光の照射範囲での照度分布等の影響によって小さくなっているので、最高値よりもそのレベルは、図６に示すように小さくなる。
【００６９】
結果処理装置１８０は、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎にしきい値演算回路１２２で算出された画像信号比を、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号に対応付けて格納する（ステップＳ3204）。これにより、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１では、選択された領域のＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素毎の画素番号と、Ｘ方向の画素それぞれの画素信号のレベルを平均値化した画像信号と、この画像信号比とが、図６に示したように、互いに対応付けられることになる。
【００７０】
次に、結果処理装置１８０は、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に格納してある画像信号比を読み出し（ステップＳ3205）、しきい値演算回路１２２を用いて予めデフォルト値として設定されているしきい値係数ｘと乗算することで、最適化しきい値の算出を行う。
【００７１】
ここでは、しきい値係数として、例えば、図５に示すしきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００のしきい値係数設定エリア５２０に示されているような「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」及び「Ｃ）０.７（最小）」の３種類のしきい値係数が、デフォルト値として設定されているものとして説明する。
【００７２】
結果処理装置１８０は、これら「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」及び「Ｃ）０.７（最小）」の各しきい値係数について、しきい値演算回路１２２で、
［しきい値］＝［画像信号比］×［しきい値係数］ ・・・（式２）
を算出することにより（ステップＳ3206）、このデフォルトされたしきい値係数それぞれについて、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、しきい値係数に画素番号に対応する画像信号比を乗算することにより最適化しきい値が算出される（ステップＳ3207，Ｓ3208，Ｓ3209）。
【００７３】
なお、ここでは、簡便のため、デフォルト値として設定されているしきい値係数は１つの一定値として説明したが、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）等を考慮してしきい値係数の値が変化し複数の値を有するような場合であっても、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、この複数のしきい値係数の値それぞれに画素番号に対応する画像信号比を乗算して、複数のしきい値係数の値それぞれの最適化しきい値を算出することも可能である。この方法であれば、複数の連続変化するしきい値係数の最適化しきい値も算出することができる。
【００７４】
そして、結果処理装置１８０は、上述したしきい値の処理（ステップＳ3200）をしきい値演算回路１２２を用いて行った後、アシストツール画面（ＧＵＩ）５００で、そのしきい値係数設定エリア５２０に設けられた検査結果マップ算出ボタン５２１が作業者によってクリック操作されると、検査結果の算出処理を行う（ステップＳ3300）。
【００７５】
このステップＳ3300で示した検査結果の算出処理では、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、デフォルト値として設定されているしきい値係数毎にステップＳ3207，Ｓ3208，Ｓ3209それぞれで算出した最適化しきい値を反映して欠陥判定を実施し、しきい値係数毎に対応した検査結果を算出する。
【００７６】
図示の例では、結果処理装置１８０は、まず、最小設定値のしきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させた欠陥検査を、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて実施する（ステップＳ3301）。なお、その際には、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３には、まず、しきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値が格納されることになる。
【００７７】
検査の実施によって、画像処理装置１２０の画像比較回路１２１からは、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号を参照エリアの対応画素の画像信号と比較することで得られる、検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号が出力される。また、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３からは、しきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値が出力される。欠陥判定装置１３０では、これら画像処理装置１２０からの検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号及びしきい値を基に異物や欠陥の判定が行われることになる。
【００７８】
次に、結果処理装置１８０は、上記のしきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」による検査結果を基にして、他のしきい値係数「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」による検査結果を算出する（ステップＳ3302）。この場合、結果処理装置１８０は、半導体ウェーハ２上へのレーザー光の照射走査を繰り返して行わなくとも、しきい値係数「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」それぞれから算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値を、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から欠陥判定装置１３０に供給されるようにすることで、検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号はそのまま利用することができる。
【００７９】
そして、結果処理装置１８０は、これら算出したしきい値係数別の検査結果マップを、図５に示すように、アシストツール画面（ＧＵＩ）５００のしきい値係数設定エリア５２０上の検査結果表示画面５２２に表示する（ステップＳ3303）。
【００８０】
結果処理装置１８０は、上述のようにして検査結果の算出処理（ステップＳ3300）を行うと、次に、ステップＳ3400で示すしきい値係数の設定処理を行う。
【００８１】
作業者は、検査結果表示画面５２２上にそれぞれ表示されたしきい値係数毎の検査結果を観察し、擬似を除去できるしきい値係数を選択する（ステップＳ3300）。しきい値係数の選択は、検査結果表示画面５２２上で所望のしきい値係数に対応する検査結果をクリックすることで行われ、当該選択されたしきい値係数に対応する検査結果の表示は、図５に示すように、選択されなかったしきい値係数に対応する検査結果の表示に対してハイライト表示され、作業者が確認し易いようになっている。
【００８２】
このようにして、検査結果表示画面５２２上で一のしきい値係数が選択されている状態で、作業者によってしきい値係数設定エリア５２０上に設けられた観察ボタン５２３がクリックされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、図７に示す観察用のアシストツール画面（ＧＵＩ）７００を表示する。
【００８３】
図７は、検査結果表示装置に表示される観察用のアシストツール画面の一実施例である。
【００８４】
図示のアシストツール画面７００では、選択したしきい値係数の検査結果が拡大表示される検査結果表示部７１０と、検出された異物又は欠陥それぞれのウェーハ上における所在を示すＭＡＰ情報が表示されるＭＡＰ情報部７２０と、アシストツール画面７００上で使用される操作コマンドがＧＵＩ表示された操作コマンド部７３０と、検査結果表示部状で選択された所定の異物又は欠陥の明視野像が表示される観察画面部７４０と、この選択された所定の欠陥のパッチイメージ（暗視野像）が表示されるパッチイメージ部７５０と、画像信号レベル等のこの選択された所定の欠陥についての詳細情報が表示される欠陥情報部７６０とを有する構成になっている。
【００８５】
作業者は、このような構成からなる観察用のアシストツール画面７００を見て、選択したしきい値係数の検査結果の検出欠陥を詳細に観察することができる。なお、この観察用のアシストツール画面（ＧＵＩ）７００では、操作コマンド部の所定ＧＵＩを操作することによって、図５に示したしきい値の設定処理のためアシストツール画面５００に画面表示を戻すことができる。
【００８６】
一方、同様にして、検査結果表示画面５２２上で一のしきい値係数が選択されている状態で、作業者によってしきい値係数設定エリア５２０上に設けられたＯＫボタン５２５がクリックされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、選択されている検査結果のしきい値係数を検査結果記憶装置１５０に保存する。
【００８７】
また、デフォルト値として設定されているしきい値係数の中に最適な検査結果が無い場合は、アシストツール画面５００のしきい値係数設定エリア５２０上に設けられたしきい値係数入力５２４よりしきい値係数を任意で数値設定ができる構成になっている。そして、設定後に、計算ボタン５２５がされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、入力されたしきい値係数について、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、しきい値係数に画素番号に対応する画像信号比を乗算することにより最適化しきい値を算出し（ステップＳ3210，Ｓ3211）、この算出した最適化しきい値を反映して欠陥判定を実施し、しきい値係数毎に対応した検査結果を算出して（ステップＳ3302）、しきい値係数設定エリア５２０上の検査結果表示画面５２２に表示する（ステップＳ3303）。なお、このしきい値係数入力５２４を用いたしきい値係数の数値設定は、擬似が無くなるまで繰り返し実施することができる。また、その際には、検査結果表示画面５２２上には、デフォルトされているしきい値係数による検査結果の表示に代えて、しきい値係数の設定が新しい順に対応する検査結果が表示される。
【００８８】
したがって、このステップＳ3400で示すしきい値係数の設定処理では、作業者は、検査結果表示画面５２２上に表示されるしきい値係数それぞれに対応した検査結果を対照しながら最適な検査結果のしきい値係数を選択し（ステップＳ3401）、ＯＫボタン５２５をクリック操作することにより（ステップＳ3402）、作成中の工程ファイルに検査条件として登録することができる。
【００８９】
これにより、従来の欠陥検査装置では、擬似がある場合に検査条件を変更後に、再度、試料上へレーザー光の照射走査を行って検査を実施する必要があったが、本実施の形態の欠陥検査装置によれば、上記検査ステップＳ3200〜Ｓ3400では、一度ステップＳ3100の光の強度分布の取り込み処理を実施しておけば、その後の検査条件の変更に関しては検査結果を再計算することができるため、検査条件を設定する時間を短縮することができる。また、検査条件の設定も、しきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００
を参照しながら、的確な検査条件を迅速かつ容易に設定することができる。
【００９０】
次に、本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値の効果について、図８に示す対照表により説明する。
【００９１】
図８において、対照表８００は、現状すなわち従来のしきい値の特徴を表わした部分８１０と本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値との特徴表わした部分８２０とから構成される。
【００９２】
また、各部分８１０，８２０では、横軸にＴＤＩセンサ２４の検出画素を、縦軸に対応画素の欠陥、擬似の差分信号としきい値の算出結果を表示したグラフ８１１，８２１と、検査結果マップ８１２，８２２を表示している。
【００９３】
従来のしきい値の特徴を表わした部分８１０のグラフ８１１では、ＴＤＩセンサ２４の検査光の副走査方向に該当するＹ方向のＴＤＩセンサ２４の画素に関して、レーザーの照射範囲内の周縁側部分からの光を取り込む周縁側部分の画素で、欠陥の差分信号がしきい値以下となり、欠陥の検出見逃しが発生している。
【００９４】
その結果、検査結果マップ８１２では、ＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（検査光の副走査方向に該当するＹ方向）で検出のばらつきが発生している。
【００９５】
これに対し、本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値によれば、しきい値は検査画像の画素毎に前述した最適化しきい値によって図示のように補正される。
【００９６】
この結果、そのしきい値の特徴を表わした部分８２０のグラフ８２１では、ＴＤＩセンサ２４の全ての画素で、欠陥の差分信号をしきい値以上とすることが可能になる。
【００９７】
これにより、検査結果マップ８２２では、ＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（検査光の副走査方向に該当するＹ方向）での検出のばらつきが発生しない。
【００９８】
以上のように、本実施の形態に係る欠陥検査装置によれば、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布を装置の記憶装置へ取り込み、取り込んだデータを基に、ＴＤＩセンサの画素毎にしきい値を算出する。また、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に表示させ、検出欠陥の観察も可能とする。さらに、複数のしきい値係数の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に複数個の検査結果マップを表示することも可能となる。
【００９９】
これにより、作業者は、ＴＤＩセンサで取り込む画像範囲を指定でき、それを基に算出される、複数のしきい値係数に対応した複数個の検査結果を参照して、しきい値係数の設定をすることができる。したがって、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布に適合したしきい値を設定することができる。つまり、画像信号の低い画素でも画像信号の高い画素同様欠陥の検出が可能になる。
【符号の説明】
【０１００】
１ パターン欠陥検査装置、 ２ 半導体ウェーハ、 ８ チップ、
１０ 照明手段、 ２０ 検出手段、 ２１ フーリエ変換レンズ、
２２ 逆フーリエ変換レンズ、 ２３ 空間フィルタ、 ２４ ＴＤＩセンサ、
２５ フーリエ変換面観察用手段、 ３０ 試料ステージ、 ４０ Ｘスケール、
５０ Ｙスケール、 ６０ 処理装置、 １００ 処理装置、
１１０ Ａ/Ｄ変換器、 １２０ 画像処理装置、 １２１…画像比較回路、
１２２ しきい値演算回路、 １２３ しきい値格納回路、
１３０ 異物・欠陥判定装置、 １３１ 判定回路、
１３２，１３３ 係数テーブル、 １４０…座標管理装置，
５００，７００ アシストツール画面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の回路パターンに生じた異物や欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パターン欠陥検査装置やパターン無し検査装置といった欠陥検査装置は、半導体ウェーハ，液晶パネル，ＨＤＤ等のパターンドメディア，太陽電池用ウェーハ等を検査対象の試料として、試料上に生成した回路パターンに生じた異物や欠陥を検出する。以下では、本発明の欠陥検査装置を半導体ウェーハの欠陥検査に適用した場合を例に説明する。
【０００３】
半導体製造工程では、半導体ウェーハ上に異物や欠陥（ショートや断線等）が存在すると、配線やキャパシタの絶縁不良や短絡，ゲート酸化膜等の膜破損等の原因となり、半導体デバイスの不良原因になる。そのため、半導体デバイスの歩留まり向上には、製造工程において半導体ウェーハ上の異物や欠陥を迅速かつ的確に検出することが重要になる。
【０００４】
半導体ウェーハ上の異物や欠陥を検出する技術として、一般に、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）式検査技術や光学式検査技術が知られている。光学式検査技術には、さらに明視野検査技術と暗視野検査技術とがある。明視野検査技術では、対物レンズを通して半導体ウェーハを照明し、その反射・回折光を対物レンズで集光する。この集光された反射・回折光は検出器で光電変換され、その信号処理の結果に基づいて異物や欠陥を検出する。一方、暗視野検査技術では、対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）外から半導体ウェーハを照明し、その散乱光を対物レンズで集光する。この集光された散乱光は検出器で光電変換され、その信号処理の結果に基づいて明視野検査技術の場合と同様に異物や欠陥を検出する。
【０００５】
特許文献１には、上述した光学式の暗視野検査技術に係り、半導体ウェーハ上に検査光としてレーザー光を照射して異物や欠陥からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種の半導体ウェーハの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する方法が開示されている。また、特許文献２〜４には、異物や欠陥を検査する技術として、半導体ウェーハに検査光としてコヒーレント光を照射してウェーハ上の繰り返しパターンから発生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開示されている。
【０００６】
このような光学式検査技術では、半導体ウェーハの表面に各チップを構成するパターンが形成されている場合、通常、検出した反射・回折光又は散乱光の強度から検査部分の画像信号を作成し、この画像信号を隣接するチップの対応部分の画像信号又は予め用意した良品のチップの対応部分の画像信号と比較して、両者の相違がしきい値以上である場合に検査部分を異物や欠陥と判定している。従来、このしきい値は、チップ内の画素毎にチップ間で生じるばらつき（標準偏差）を考慮して算出したものであり、チップ間でのばらつきの小さな領域は低いしきい値を、チップ間でのばらつきの大きな領域は高いしきい値をそれぞれ用いて、異物や欠陥があるか否かの判定に使用している。
【０００７】
また、半導体プロセスの成膜工程の検査では、半導体ウェーハの処理枚数を優先するため、検査光であるレーザー光の半導体ウェーハ上における照射範囲（照射スポット）を拡げ、１スキャン当たりの検出器（センサ，すなわち検出光学系）による情報取り込み量の多い検査を実施している。このような１スキャン当たりの検出器による情報取り込み量の増大をはかった欠陥検査では、検出器に取り込まれる反射・回折光又は散乱光の形態は、検査光の照射範囲内での照度分布に大きな影響を受ける。つまり、検出器において、レーザーの照射範囲内の中央部分からの光を取り込む画素は、その検出する画像信号のレベルが高く、レーザーの照射範囲内の周縁側部分からの光を取り込む画素は、その検出する画像信号のレベルが中央部分に比して小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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】特開平４−１５２５４５号公報
【特許文献４】特開平５−２１８１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した欠陥検査では、致命的では無く歩留まりに影響しないのに判別される擬似欠陥を無くすため、異物や欠陥があるか否かの判定に使用するしきい値は、検出器の中央部分の画素による信号レベルに合わせて、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）を考慮して設定される。しかしながら、そのしきい値は、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつきを考慮したものであるに過ぎない。
【００１０】
そのため、１スキャン当たりの検出器の情報取り込み量の増大をはかった欠陥検査の場合、検査光の照射範囲内の周縁側部分からの反射・回折光又は散乱光を取り込む検出器の周縁側部分の画素では、設定の際に基準とした中央部分の画素によりも画像信号のレベルは検査光の照射範囲内の照度分布により低くなるため、検出すべき異物や欠陥の信号レベルが低くなり、異物や欠陥の見逃しが発生している虞があった。
【００１１】
また、検出した反射・回折光や散乱光を集光する対物レンズ等の検出系の特性や，検出系の光学部品の劣化によっても、検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベルが変化して低くなることがあり、このような場合も異物や欠陥の見逃しが発生している虞があった。
【００１２】
この結果、従来のチップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）だけを考慮して算出したしきい値では、前述した検査光の照射範囲内の照度分布の影響に基づく検出器の中央部分と周縁側部分との画素間の画像信号のレベルの違いや、検出系の特性の違いや光学部品の劣化による検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベル変化が考慮されていないため、検査結果の精度と、信頼性に問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題に鑑み、検出器の周縁側部分の画素についても検出器の中央部分の画素と同等の異物や欠陥の検出を可能とし、検査光の照射範囲を拡げた１スキャン当たりの検出器による情報取り込み量が多い検査であっても、検査結果の精度と信頼性との向上をはかることができる欠陥検査装置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】
【００１４】
本発明は、欠陥検査装置に係り、検出器（検出光学系）の中央部分と周縁側部分との画素間の画像信号のレベルの違いや、検出系の特性の違いや光学部品の劣化によって検出器の周縁側部分の画素による画像信号のレベルが変化してしまった場合であっても、これらの現象に適応させて、検出器の各画素の画像信号に対応させた欠陥判別のためのしきい値を的確かつ容易に設定できるようしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出器に取り込まれる光の照度分布を装置の記憶装置へ取り込み、取り込んだデータを基に、検出器の画素毎にしきい値を算出できる。また、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に表示させ、検出欠陥の観察を行うこともできる。さらに、複数のしきい値係数の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に複数個の検査結果マップを表示することも可能となる。
【００１６】
本発明によれば、検出器の周縁側部分の画素の画像信号を用いて検出することになる、検査光の照射範囲内の周縁側部分の試料領域に生じた異物や欠陥の見逃しを低減させることが可能になり、欠陥検査における検査結果の精度と信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の欠陥検査装置の一実施の形態としてのパターン欠陥検査装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態のパターン欠陥検査装置の検査光の走査についての説明図である。
【図３】本実施の形態のパターン欠陥検査装置による検査条件の作成処理のフローチャートである。
【図４】図３に示したしきい値の設定処理の詳細を示したフローチャットである。
【図５】しきい値の設定処理のためのアシストツール画面の一実施例である。
【図６】取得データの記憶装置における格納例を示した図である。
【図７】観察用のアシストツール画面の一実施例である。
【図８】効果についての対照表である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の欠陥検査装置の一実施の形態としてのパターン欠陥検査装置の概略構成図である。
【００１９】
図１において、パターン欠陥検査装置１は、照明手段１０と、検出手段２０と、試料ステージ３０と、Ｘスケール４０と，Ｙスケール５０と、処理装置１００とを備えて、大略構成されている。
【００２０】
照明手段１０は、例えば、検査光として所定波長のレーザー光を発生するレーザー装置であり、検査光を検査対象の試料である半導体ウェーハ２の表面へ照射する。図示の例では、照明手段１０は、検査光を半導体ウェーハ２の表面に斜めに所定の角度、照明仰角θで照射する構成になっている。この照明手段１０としてのレーザー装置は、検査対象の試料としての半導体ウェーハ２の処理枚数を優先させるため、半導体ウェーハ２の表面上に対してレーザー光の照射範囲を拡げて照射する構成になっている。
【００２１】
検出手段２０は、フーリエ変換レンズ２１及び逆フーリエ変換レンズ２２と、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面に配置した空間フィルタ２３と、ＴＤＩセンサ２４と、フーリエ変換面観察用手段２５とを備えている。なお、図示の例では、検出手段２０は、検査対象の試料としての半導体ウェーハ２の直上に位置するように配置しているが、半導体ウェーハ２の斜め上方に位置するように配置してもよい。
【００２２】
フーリエ変換レンズ２１及び逆フーリエ変換レンズ２２は、レーザー装置１０から半導体ウェーハ２にレーザー光（検査光）を照射することにより、その照射範囲内のパターン（回路パターン），欠陥，異物からの散乱光を、検出器としてのＴＤＩセンサ２４のセンサ面に結像させる。フーリエ変換レンズ２１は、半導体ウェーハ２の繰り返しパターンからの回折像をそのフーリエ変換面に結像させる。逆フーリエ変換レンズ２２は、何本かの個別に倍率を有する逆フーリエ変換レンズを任意で切り替え可能な機構になっており、試料である半導体ウェーハ２の種類、又は検出したい異物や欠陥の大きさに応じてその検出感度を変更できる構成になっている。
【００２３】
フーリエ変換面観察手段２５は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面の像を観察するためのものである。フーリエ変換面観察手段２５は、例えば、ＴＤＩセンサ２４への光路中に出し入れ可能に配置された光路切り替え部（ビームスプリッタ）で光路を分岐し、レンズを介してフーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面の像、すなわち半導体ウェーハ２の繰り返しパターンからの回折像を撮像して観察できる構成になっている。
【００２４】
空間フィルタ２３は、フーリエ変換レンズ２１と逆フーリエ変換レンズ２２との間のフーリエ変換面で、ウェーハ上の繰り返しパターンから発生する散乱光が逆フーリエ変換レンズ２２を介してＴＤＩセンサ２４に入力するのを除去する。空間フィルタ２３は、ウェーハ上に照射された検査光によるパターン，欠陥，異物からの散乱光のうち、異物や欠陥からの散乱光以外であるパターン上の繰り返しピッチに応じたＸ−Ｙ方向（図１に図示）に結像した回折光の間隔に合わせて回折光を遮光できるように、Ｘ−Ｙ方向それぞれの間隔及び位置を任意で切り替える機構を有している。
【００２５】
ＴＤＩセンサ２４は、ＴＤＩ（Time Delayed Integration）方式のＣＣＤイメージセンサで、そのセンサ面は複数の光電変換素子が配列されて形成され、各光電変換素子が画素を形成する構成になっている。これにより、ＴＤＩセンサ２４では、試料の移動方向に積分段数だけ電荷を積算することにより、段数に比例する感度向上及びノイズの軽減を実現した検査対象試料の画像を生成することができる。そのために、ＴＤＩセンサ２４では、試料の移動速度が一定である必要がある。また、試料の移動速度と画像取り込みタイミングを同期させる必要がある。
【００２６】
このように構成された検出手段２０によって、照明手段１０によって検査光を照射されたウェーハ上の繰り返しパターンからの散乱光は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面で繰り返しパターンピッチに対応した回折像を結ぶ。これに対し、ウェーハ上の異物や欠陥からの散乱光は、フーリエ変換レンズ２１のフーリエ変換面では結像しない。これにより、フーリエ変換面での回折光を空間フィルタ２１によって遮光することで、ウェーハ上に形成されたパターンからの散乱光の大部分を遮光し、一方で欠陥や異物からの散乱光を大部分通過させることができる。この結果、半導体ウェーハ２に形成されたパターンからの散乱光を除去し、異物や欠陥からの散乱光のみをＴＤＩセンサ２４に結像でき、高いＳ／Ｎ比で異物や欠陥の画像信号を得ることが可能となる。
【００２７】
検査対象の試料として、表面にチップ８，・・・が形成された半導体ウェーハ２は、試料ステージ３０の試料ホルダ上に搭載される。試料ステージ３０はステージ移動機構の作動によってＸ方向及びＹ方向の２次元移動が可能な構成になっている。この試料ステージ３０の２次元移動に伴い、試料ホルダ上に搭載された半導体ウェーハ２及びそのチップ８，・・・は、図１に示すＸ−Ｙ座標系上の任意の座標位置に移動位置できるようになっている。これにより、この試料ステージ３０が逆Ｘ方向及び逆Ｙ方向へ移動することによって、照明手段１０から照射された検査光がウェーハ１の表面をＸ方向及びＹ方向に走査できる構成となっている。
【００２８】
図２は、図１に示したパターン欠陥検査装置の検査光の走査についての説明図である。
図２において、半導体ウェーハ２を搭載した試料ステージ３０が、図中に示したＸ軸方向に沿って矢印Ｓ２方向（逆Ｘ方向）へ移動すると、照明手段１０から照射された検査光が、ウェーハ１上に形成されたチップ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの表面を矢印Ｓ１で示す方向（Ｘ方向）に相対移動し、Ｘ軸方向の１ラインの検査光の照射走査が行われる。
【００２９】
図１に戻り、このように構成された試料ステージ３０には、図に示すように、半導体ウェーハ２を搭載した試料ホルダの２次元移動位置を計測するためのＸスケール４０及びＹスケール５０が備えられている。
【００３０】
Ｘスケール４０及びＹスケール５０は、例えばレーザースケール等を用いて構成され、半導体ウェーハ２を載せた試料ステージ３０のＸ方向移動位置及びＹ方向移動位置をそれぞれ検出して、その位置情報を次に述べる処理装置１００の座標管理装置１４０へ出力する。
【００３１】
処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０と，画像処理装置１２０と，異物・欠陥判定装置１３０と，座標管理装置１４０と，検査結果記憶装置１５０と，検査結果表示装置１６０と，入力装置１７０と、結果処理装置１８０とを備えている。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換器１１０は、検出手段２０のＴＤＩセンサ２４から入力するアナログ信号の画像信号を、デジタル信号の画像信号に変換して出力する。
【００３３】
画像処理装置１２０は、画像比較回路１２１と、しきい値演算回路１２２と、しきい値格納回路１２３とを備えている。
【００３４】
画像比較回路１２１は、例えば遅延回路と差分検出回路とを備えており、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号を参照エリアの対応画素の画像信号と比較して両者の差分を検出する比較手段としての役割を果たす。この場合、遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号が入力され、これを遅延することにより、図２に示した走査で、例えば現在検査光が照射されている検査エリアの１つ前の既に検査光の照射が終了した検査エリアの画像信号を、参照エリアの対応画素の画像信号として出力する。そして、差分検出回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの現在検査光が照射走査されている検査エリアの画像信号と遅延回路からの参照エリアの画像信号とが入力され、両者の差分を検出して出力する。これにより、画像比較回路１２１は、検査エリアとこれに隣接する参照エリアの画像信号を比較することができる。この比較によって、検査エリアの表面に異物や欠陥が存在する場合は、これら異物や欠陥で散乱した散乱光が検査エリア及び参照エリアにそれぞれ対応した隣接するチップ相互の画像信号の差分となって現れる。
【００３５】
なお、画像比較回路１２１に、遅延回路の代わりに予め参照エリアの画像として用意した良品チップの画像信号のデータを記憶したメモリ回路を備えておき、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号をこの良品の検査エリアの画像信号と比較して、両者の差分の検出を行う構成としても良い。
【００３６】
しきい値演算回路１２２は、例えばＴＤＩセンサ２４に取り込まれる光の照度分布を基にして、検査エリアと参照エリアとの画像信号の差分を比較するためのしきい値を演算するしきい値演算手段である。
【００３７】
しきい値格納回路１２３は、しきい値演算回路１２２から入力されるしきい値を、後述する座標管理装置１４０から入力される検査エリアの座標情報に対応付けて保存するための回路である。
【００３８】
一方、欠陥判定装置１３０は、判定回路１３１と、係数テーブル１３２，１３３とを備えて構成されている。
【００３９】
係数テーブル１３２，１３３には、画像処理装置１２０から欠陥判定装置１３０に入力される、画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２で演算されたしきい値を変更するための係数が、ウェーハ上の座標情報と対応付けられて格納されている。係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０から入力される座標情報を基に、その座標情報に対応付けられて格納されている係数を呼び出し、判定回路１３１へ出力する。この係数テーブル１３２，１３３に格納されている係数は、座標情報を基に呼び出されて判定回路１３１に出力された際に、判定回路１３１において、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から入力される対応座標のしきい値に乗じられる。これにより、例えば多数の同一製品を検査する場合、過去の検査・分析データの蓄積から、欠陥の生じ易い検査エリア内の箇所或いはウェーハ上の箇所（エッジ近傍等）とそうでない箇所とで、判定回路１３１においては、その欠陥判定に用いられるしきい値が係数テーブル１３２，１３３それぞれに格納されている係数を用いて柔軟に調整される構成になっている。
【００４０】
判定回路１３１には、画像比較回路１２１からの検査エリアと参照エリアとの対応画素の画像信号の差分信号と、しきい値格納回路１２３から読み出された対応画素のしきい値データと、係数テーブル１３２，１３３から入力された対応画素のしきい値変更用の係数が入力される。判定回路１３１は、まず、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から入力された対応画素のしきい値に係数テーブル１３２、１３３から入力される対応画素の係数を乗じて、画像比較回路１２１からの対応画素の画像信号の差分信号に適用する判定用しきい値を作成する。そして、画像比較回路１２１からの対応画素の画像信号の差分信号とこの作成した対応画素の判定用しきい値とを比較し、その比較結果に基づき欠陥の有無を判定する。ここでは、差分信号が判定用しきい値以上である場合に当該画素の差分信号が異物や欠陥からの散乱光によるものと判定し、その検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。その際、判定回路１３１は、判定に用いた判定用しきい値の情報も検査結果記憶装置１５０へ併せて出力する。
【００４１】
座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力した試料ステージ３０の移動位置情報、すなわち検査光であるレーザー光の半導体ウェーハ２上における照射範囲（照射スポット）移動位置情報に基づき、ウェーハ上の現在レーザー光が照射されている検査対象位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を、画像処理装置１２０や欠陥判定装置１３０，及び検査結果記憶装置１５０にそれぞれ出力する。この座標管理装置１４０には、検査に際して、ウェーハ１上のレーザー光を照射走査する各検査エリアの配置情報が記憶されている。その上で、座標管理装置１４０に記憶された各検査エリアの配置情報に対応して、検査エリア毎の検査対象位置のＸ座標及びＹ座標が、前述したように画像処理装置１２０や欠陥判定装置１３０，及び検査結果記憶装置１５０にそれぞれ出力される。
【００４２】
検査結果記憶装置１５０は、欠陥判定装置１３０から入力される検査結果と、座標管理装置１４０から入力される対応画素の座標情報とを対応付けて記憶する。その際、検査結果記憶装置１５０は、欠陥判定装置１３０から併せて入力される前述した判定用しきい値の情報を、対応画素の検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。また、検査結果記憶装置１５０は、チップレイアウト及びチップ内座標に対応付けしたフーリエ変換面観察用手段２３での撮像した像、及び入力装置１７０から入力したチップレイアウト及び当該チップレイアウトに対応付けしたパターンピッチも対応付けて記憶する。
【００４３】
入力装置１７０は、例えばチップレイアウト及び当該チップレイアウトに対応付けしたパターンピッチを入力したり等、欠陥検査における各種設定や操作指示を行うためのものである。この入力装置の一例としては、検査対象の試料に関する情報等を取得するための機器や、ＯＳＤ（On-Screen Display）表示された画面上のＧＵＩ（Graphical User Interface）及びその操作機器、等が該当する。
【００４４】
結果処理装置１８０は、例えば検査結果記憶装置１５０に記録されているチップレイアウトに対応付けしたパターンピッチから回折光ピッチの演算を行う等、欠陥検査における各種演算処理や各種設定処理を行う処理部として機能する。また、結果処理装置１８０は、パターン欠陥検査装置１の装置各部を制御する制御部としても機能する。
【００４５】
検査結果表示装置１６０は、検査結果記憶装置１５０に格納されている検査結果情報を表示する等、欠陥検査に係る各種情報を表示する。検査結果表示装置１６０は、例えば、フーリエ変換面観察用手段２３での撮像した像や、後述するしきい値の設定用のＧＵＩ画面を表示したり等もする。
【００４６】
なお、パターン欠陥検査装置１では、結果処理装置１８０が欠陥検査における各種演算処理や各種制御処理を行う構成としたが、さらに、これら各種処理及び各種制御を分担して行う外部計算装置を備えている構成であってもよい。
【００４７】
次に、上記構成のパターン欠陥検査装置における検査条件の作成処理について、図３を基に説明する。
【００４８】
図３は、本実施の形態のパターン欠陥検査装置による検査条件の作成処理のフローチャートである。
【００４９】
検査条件の作成に当たって、ステップＳ10で、まず、パターン欠陥検査装置１の処理部として機能する結果処理装置１８０は、作業者による検査条件の作成指示に基づき、検査対象の半導体ウェーハ２を試料ステージ３０の試料ホルダ上にロードする。
【００５０】
次のステップＳ20では、結果処理装置１８０は、このロードした半導体ウェーハ２のウェーハサイズ，チップサイズ，ウェーハマトリクス，アライメントチップ等といった標準的な設定情報を入力装置１７０から入力し、検査結果記憶装置１５０に品種ファイルとして記憶する。
【００５１】
次にステップＳ30では、結果処理装置１８０は、検査結果表示装置１６０に検査条件作成のためのＧＵＩ画面をＯＳＤ表示し、このＧＵＩ画面に基づいて欠陥検査に関わる検査条件の設定、例えば、照明仰角，照明角度，検査倍率，ステージスピード，レーザーパワーの設定（ステップＳ30a）や、空間フィルタ，しきい値の設定（ステップＳ30b）等を作業者に行わせるようにし、作業者によるこれらの検査条件の設定が完了すると、これらを工程ファイルとして検査結果記憶装置１５０に記憶する。なお、この工程ファイルについては、ロードした半導体ウェーハ２に対して、複数の工程ファイルを作成して記憶しておくことも可能である。
【００５２】
ステップＳ40では、結果処理装置１８０は、作業者による工程ファイルの作成が完了すると、この作成した品種ファイルと１又は複数の工程ファイルとによって設定された条件を使用し、ロードした半導体ウェーハ２の欠陥検査を画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて実施し、検査対象の半導体ウェーハ２の生じた異物や欠陥の観察を行う。
【００５３】
ステップＳ50では、結果処理装置１８０は、この欠陥検査の実施によって得られた観察結果を検査結果表示装置１６０に表示し、この観察結果を基に、観察された異物や欠陥が、歩留まりに影響を与える欠陥であるのか、又は歩留まりに影響を与えない擬似欠陥であるのかの判定を、作業者に行わせる。
【００５４】
この観察の結果、検出した異物や欠陥の中、致命的では無く歩留まりに影響しない擬似欠陥が多数含まれるような場合には、結果処理装置１８０は、作業者の指示に基づいて、しきい値等の検査条件を含む工程ファイルを画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて作成し直し（ステップＳ30）、再びこの変更された工程ファイルに基づいて半導体ウェーハ２の欠陥検査を実施することになる（ステップＳ40）。したがって、パターン欠陥検査装置１では、異物や欠陥についての擬似が無くなるまでステップＳ30からステップＳ50までの処理並びに作業が繰り返されることになる。
【００５５】
これに対して、ステップＳ30からステップＳ50の処理の結果、擬似欠陥の検出が無くなった、又は擬似欠陥が検出されてもそれが異物や欠陥の検出に与える影響が無くなった場合には、結果処理装置１８０は、作業者の指示に基づいて、検査条件の作成処理を終了させる。その際、結果処理装置１８０は、ステップＳ50からステップＳ60へ進み、半導体ウェーハ２を試料ステージ３０の試料ホルダからアンロードし、検査条件の作成処理を終了する。
【００５６】
次に、この検査条件の作成処理に係り、ステップＳ30bで示されたしきい値の設定処理について、図４，図５に基づいて説明する。
【００５７】
図４は、図３のステップＳ30bに示したしきい値の設定処理の詳細を示したフローチャットである。
【００５８】
図５は、このしきい値の設定処理を行う際に、検査結果表示装置に表示されるしきい値の設定処理のためのアシストツール画面の一実施例である。
【００５９】
図４のステップＳ3100に示す光の強度分布の取り込み処理では、パターン欠陥検査装置１の処理部として機能する結果処理装置１８０は、図３のステップＳ30bに示すしきい値の設定処理に移行すると、図５に示すしきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００を検査結果表示装置１６０に表示し、その処理を開始する。
【００６０】
このアシストツール画面（ＧＵＩ）５００で、その取り込み範囲設定エリア５１０に設けられた画像取得ボタン５１１が作業者によってクリック操作されると、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、ウェーハ上の任意の範囲に図３のステップＳ30aで設定された検査倍率，レーザーパワー等でレーザー光を照射し、その際の散乱光に基づいたＴＤＩセンサ２４のデジタル化された画像信号をＡ／Ｄ変換器１１０から画像処理装置１２０に取り込む。
【００６１】
この取り込み処理では、散乱光は複数の光電変換素子が配列配置されてなるＴＤＩセンサ２４の全画素でそれぞれ画像信号として取り込まれる。結果処理装置１８０は、この画像信号を、取り込み方向に対して、検査光の主走査方向に該当するＸ方向のＴＤＩセンサ２４の画素については例えば１００画素分、検査光の副走査方向に該当するＹ方向のＴＤＩセンサ２４の画素については全画素で画像信号を画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２に取り込む。次に、結果処理装置１８０は、この取り込みを行った画像信号に基づく観察画像を、アシストツール画面５００の取り込み位置設定エリア５１０内の表示領域５１２に表示する。作業者は、この表示領域５１２に表示された観察画像から、異物及び欠陥についての画像信号の取り込みを実施する領域を観察画像上の任意の範囲で選択する。この任意の範囲の領域の選択は、アシストツール画面５００の表示領域５１２の観察画像上に選択フレーム５１４を配置することによって行われる。その際、選択フレーム５１４で選択された領域については、取り込み位置設定エリア５１０内の位置表示部５１３に、この領域の対角する頂点のウェーハ上の座標が開始位置［Ｘstart，Ｙstart］，終了位置［Ｘend，Ｙend］として表示される。この領域の選択に当たって、作業者は、検査エリアと同一のパターンのエリアを選択する。これは、選択する領域の違いによって画像信号の差を発生させないためである（ステップＳ3101）。
【００６２】
次に、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、この選択した領域でＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（Ｘ方向及びＹ方向）の画素数が画像処理装置１２０に全て取り込まれるように、ＴＤＩセンサ２４の画素毎のデジタル化された画像信号の取り込みを複数回実施する（ステップＳ3102）。結果処理装置１８０は、この取り込み後は、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素毎にＸ方向の画素それぞれの画素信号のレベルを平均値化した画像信号を、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１にＹ方向の画素番号（画素Ｎｏ.）順に格納する（ステップＳ3103）。
【００６３】
図６は、取得データの記憶装置における格納例を示した図である。
この場合、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１には、選択された領域のＹ方向の画素毎の画像番号に対応付けて、Ｘ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号と、後述する画像信号比とが記憶される構成になっている。
【００６４】
そして、結果処理装置１８０は、上述した光の強度分布の取り込み処理（ステップＳ3100）を行うと、次に、ステップＳ3200で示すしきい値の算出処理を行う。
【００６５】
このステップＳ3200で示したしきい値の算出処理では、結果処理装置１８０は、まず、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に格納してあるＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素番号順の、ＴＤＩセンサ２４のＸ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号を読み出し（ステップＳ3201）、その中で最も高い画像信号レベルを持ったＹ方向の画素を算出する（ステップＳ3202）。以降では、このＹ方向の画素の画素を最高画素と称し、その画像信号レベルを最高値と称す。
【００６６】
次に、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２を用いて、このＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素番号の画素毎に、そのＴＤＩセンサ２４のＸ方向の画素それぞれの画像信号のレベルを平均値化した画像信号のレベルを最高値と比較し、Ｙ方向の画素の画素Ｎｏ．毎の画像信号比を算出する。
【００６７】
この画像信号比の計算式は、Ｙ方向の画素の画素Ｎｏ．毎に、
［画像信号比］＝［(Ｘ方向の平均値化した)画像信号］÷［最高値］・・・（式１）
により算出される（ステップＳ3203）。
【００６８】
したがって、Ｙ方向の画素の画素番号毎の画像信号比は、最高画素では “１”となり、ＴＤＩセンサ２４の副走査に該当するＹ方向の両端側の画素番号では、その画素信号のレベルがレーザー光の照射範囲での照度分布等の影響によって小さくなっているので、最高値よりもそのレベルは、図６に示すように小さくなる。
【００６９】
結果処理装置１８０は、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎にしきい値演算回路１２２で算出された画像信号比を、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号に対応付けて格納する（ステップＳ3204）。これにより、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１では、選択された領域のＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素毎の画素番号と、Ｘ方向の画素それぞれの画素信号のレベルを平均値化した画像信号と、この画像信号比とが、図６に示したように、互いに対応付けられることになる。
【００７０】
次に、結果処理装置１８０は、検査結果記憶装置１５０のしきい値設定用テーブル１５１に格納してある画像信号比を読み出し（ステップＳ3205）、しきい値演算回路１２２を用いて予めデフォルト値として設定されているしきい値係数ｘと乗算することで、最適化しきい値の算出を行う。
【００７１】
ここでは、しきい値係数として、例えば、図５に示すしきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００のしきい値係数設定エリア５２０に示されているような「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」及び「Ｃ）０.７（最小）」の３種類のしきい値係数が、デフォルト値として設定されているものとして説明する。
【００７２】
結果処理装置１８０は、これら「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」及び「Ｃ）０.７（最小）」の各しきい値係数について、しきい値演算回路１２２で、
［しきい値］＝［画像信号比］×［しきい値係数］ ・・・（式２）
を算出することにより（ステップＳ3206）、このデフォルトされたしきい値係数それぞれについて、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、しきい値係数に画素番号に対応する画像信号比を乗算することにより最適化しきい値が算出される（ステップＳ3207，Ｓ3208，Ｓ3209）。
【００７３】
なお、ここでは、簡便のため、デフォルト値として設定されているしきい値係数は１つの一定値として説明したが、チップ内の画素毎に対応してチップ間で生じるばらつき（標準偏差）等を考慮してしきい値係数の値が変化し複数の値を有するような場合であっても、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、この複数のしきい値係数の値それぞれに画素番号に対応する画像信号比を乗算して、複数のしきい値係数の値それぞれの最適化しきい値を算出することも可能である。この方法であれば、複数の連続変化するしきい値係数の最適化しきい値も算出することができる。
【００７４】
そして、結果処理装置１８０は、上述したしきい値の処理（ステップＳ3200）をしきい値演算回路１２２を用いて行った後、アシストツール画面（ＧＵＩ）５００で、そのしきい値係数設定エリア５２０に設けられた検査結果マップ算出ボタン５２１が作業者によってクリック操作されると、検査結果の算出処理を行う（ステップＳ3300）。
【００７５】
このステップＳ3300で示した検査結果の算出処理では、結果処理装置１８０は、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて、デフォルト値として設定されているしきい値係数毎にステップＳ3207，Ｓ3208，Ｓ3209それぞれで算出した最適化しきい値を反映して欠陥判定を実施し、しきい値係数毎に対応した検査結果を算出する。
【００７６】
図示の例では、結果処理装置１８０は、まず、最小設定値のしきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させた欠陥検査を、画像処理装置１２０，欠陥判定装置１３０，座標管理装置１４０を用いて実施する（ステップＳ3301）。なお、その際には、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３には、まず、しきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値が格納されることになる。
【００７７】
検査の実施によって、画像処理装置１２０の画像比較回路１２１からは、検出手段２０で検出された検査エリアの画像信号を参照エリアの対応画素の画像信号と比較することで得られる、検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号が出力される。また、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３からは、しきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」から算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値が出力される。欠陥判定装置１３０では、これら画像処理装置１２０からの検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号及びしきい値を基に異物や欠陥の判定が行われることになる。
【００７８】
次に、結果処理装置１８０は、上記のしきい値係数「Ｃ）０.７（最小）」による検査結果を基にして、他のしきい値係数「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」による検査結果を算出する（ステップＳ3302）。この場合、結果処理装置１８０は、半導体ウェーハ２上へのレーザー光の照射走査を繰り返して行わなくとも、しきい値係数「Ａ）０（設定：ＯＦＦ）」，「Ｂ）１.０（最大）」それぞれから算出したＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎の最適化しきい値を反映させたしきい値を、画像処理装置１２０のしきい値格納回路１２３から欠陥判定装置１３０に供給されるようにすることで、検査エリア及び参照エリアの画像信号の差分信号はそのまま利用することができる。
【００７９】
そして、結果処理装置１８０は、これら算出したしきい値係数別の検査結果マップを、図５に示すように、アシストツール画面（ＧＵＩ）５００のしきい値係数設定エリア５２０上の検査結果表示画面５２２に表示する（ステップＳ3303）。
【００８０】
結果処理装置１８０は、上述のようにして検査結果の算出処理（ステップＳ3300）を行うと、次に、ステップＳ3400で示すしきい値係数の設定処理を行う。
【００８１】
作業者は、検査結果表示画面５２２上にそれぞれ表示されたしきい値係数毎の検査結果を観察し、擬似を除去できるしきい値係数を選択する（ステップＳ3300）。しきい値係数の選択は、検査結果表示画面５２２上で所望のしきい値係数に対応する検査結果をクリックすることで行われ、当該選択されたしきい値係数に対応する検査結果の表示は、図５に示すように、選択されなかったしきい値係数に対応する検査結果の表示に対してハイライト表示され、作業者が確認し易いようになっている。
【００８２】
このようにして、検査結果表示画面５２２上で一のしきい値係数が選択されている状態で、作業者によってしきい値係数設定エリア５２０上に設けられた観察ボタン５２３がクリックされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、図７に示す観察用のアシストツール画面（ＧＵＩ）７００を表示する。
【００８３】
図７は、検査結果表示装置に表示される観察用のアシストツール画面の一実施例である。
【００８４】
図示のアシストツール画面７００では、選択したしきい値係数の検査結果が拡大表示される検査結果表示部７１０と、検出された異物又は欠陥それぞれのウェーハ上における所在を示すＭＡＰ情報が表示されるＭＡＰ情報部７２０と、アシストツール画面７００上で使用される操作コマンドがＧＵＩ表示された操作コマンド部７３０と、検査結果表示部状で選択された所定の異物又は欠陥の明視野像が表示される観察画面部７４０と、この選択された所定の欠陥のパッチイメージ（暗視野像）が表示されるパッチイメージ部７５０と、画像信号レベル等のこの選択された所定の欠陥についての詳細情報が表示される欠陥情報部７６０とを有する構成になっている。
【００８５】
作業者は、このような構成からなる観察用のアシストツール画面７００を見て、選択したしきい値係数の検査結果の検出欠陥を詳細に観察することができる。なお、この観察用のアシストツール画面（ＧＵＩ）７００では、操作コマンド部の所定ＧＵＩを操作することによって、図５に示したしきい値の設定処理のためアシストツール画面５００に画面表示を戻すことができる。
【００８６】
一方、同様にして、検査結果表示画面５２２上で一のしきい値係数が選択されている状態で、作業者によってしきい値係数設定エリア５２０上に設けられたＯＫボタン５２５がクリックされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、選択されている検査結果のしきい値係数を検査結果記憶装置１５０に保存する。
【００８７】
また、デフォルト値として設定されているしきい値係数の中に最適な検査結果が無い場合は、アシストツール画面５００のしきい値係数設定エリア５２０上に設けられたしきい値係数入力５２４よりしきい値係数を任意で数値設定ができる構成になっている。そして、設定後に、計算ボタン５２５がされたのが検出されると、結果処理装置１８０は、入力されたしきい値係数について、ＴＤＩセンサ２４のＹ方向の画素の画素番号毎に、しきい値係数に画素番号に対応する画像信号比を乗算することにより最適化しきい値を算出し（ステップＳ3210，Ｓ3211）、この算出した最適化しきい値を反映して欠陥判定を実施し、しきい値係数毎に対応した検査結果を算出して（ステップＳ3302）、しきい値係数設定エリア５２０上の検査結果表示画面５２２に表示する（ステップＳ3303）。なお、このしきい値係数入力５２４を用いたしきい値係数の数値設定は、擬似が無くなるまで繰り返し実施することができる。また、その際には、検査結果表示画面５２２上には、デフォルトされているしきい値係数による検査結果の表示に代えて、しきい値係数の設定が新しい順に対応する検査結果が表示される。
【００８８】
したがって、このステップＳ3400で示すしきい値係数の設定処理では、作業者は、検査結果表示画面５２２上に表示されるしきい値係数それぞれに対応した検査結果を対照しながら最適な検査結果のしきい値係数を選択し（ステップＳ3401）、ＯＫボタン５２５をクリック操作することにより（ステップＳ3402）、作成中の工程ファイルに検査条件として登録することができる。
【００８９】
これにより、従来の欠陥検査装置では、擬似がある場合に検査条件を変更後に、再度、試料上へレーザー光の照射走査を行って検査を実施する必要があったが、本実施の形態の欠陥検査装置によれば、上記検査ステップＳ3200〜Ｓ3400では、一度ステップＳ3100の光の強度分布の取り込み処理を実施しておけば、その後の検査条件の変更に関しては検査結果を再計算することができるため、検査条件を設定する時間を短縮することができる。また、検査条件の設定も、しきい値の設定処理のためアシストツール画面（ＧＵＩ）５００
を参照しながら、的確な検査条件を迅速かつ容易に設定することができる。
【００９０】
次に、本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値の効果について、図８に示す対照表により説明する。
【００９１】
図８において、対照表８００は、現状すなわち従来のしきい値の特徴を表わした部分８１０と本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値との特徴表わした部分８２０とから構成される。
【００９２】
また、各部分８１０，８２０では、横軸にＴＤＩセンサ２４の検出画素を、縦軸に対応画素の欠陥、擬似の差分信号としきい値の算出結果を表示したグラフ８１１，８２１と、検査結果マップ８１２，８２２を表示している。
【００９３】
従来のしきい値の特徴を表わした部分８１０のグラフ８１１では、ＴＤＩセンサ２４の検査光の副走査方向に該当するＹ方向のＴＤＩセンサ２４の画素に関して、レーザーの照射範囲内の周縁側部分からの光を取り込む周縁側部分の画素で、欠陥の差分信号がしきい値以下となり、欠陥の検出見逃しが発生している。
【００９４】
その結果、検査結果マップ８１２では、ＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（検査光の副走査方向に該当するＹ方向）で検出のばらつきが発生している。
【００９５】
これに対し、本実施の形態の欠陥検査装置で作成したしきい値によれば、しきい値は検査画像の画素毎に前述した最適化しきい値によって図示のように補正される。
【００９６】
この結果、そのしきい値の特徴を表わした部分８２０のグラフ８２１では、ＴＤＩセンサ２４の全ての画素で、欠陥の差分信号をしきい値以上とすることが可能になる。
【００９７】
これにより、検査結果マップ８２２では、ＴＤＩセンサ２４の取り込み方向（検査光の副走査方向に該当するＹ方向）での検出のばらつきが発生しない。
【００９８】
以上のように、本実施の形態に係る欠陥検査装置によれば、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布を装置の記憶装置へ取り込み、取り込んだデータを基に、ＴＤＩセンサの画素毎にしきい値を算出する。また、検査結果データから、しきい値係数の変更による検査結果の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に表示させ、検出欠陥の観察も可能とする。さらに、複数のしきい値係数の再計算も可能とし、ＧＵＩ上に複数個の検査結果マップを表示することも可能となる。
【００９９】
これにより、作業者は、ＴＤＩセンサで取り込む画像範囲を指定でき、それを基に算出される、複数のしきい値係数に対応した複数個の検査結果を参照して、しきい値係数の設定をすることができる。したがって、ＴＤＩセンサに取り込まれる光の照度分布に適合したしきい値を設定することができる。つまり、画像信号の低い画素でも画像信号の高い画素同様欠陥の検出が可能になる。
【符号の説明】
【０１００】
１ パターン欠陥検査装置、 ２ 半導体ウェーハ、 ８ チップ、
１０ 照明手段、 ２０ 検出手段、 ２１ フーリエ変換レンズ、
２２ 逆フーリエ変換レンズ、 ２３ 空間フィルタ、 ２４ ＴＤＩセンサ、
２５ フーリエ変換面観察用手段、 ３０ 試料ステージ、 ４０ Ｘスケール、
５０ Ｙスケール、 ６０ 処理装置、 １００ 処理装置、
１１０ Ａ/Ｄ変換器、 １２０ 画像処理装置、 １２１…画像比較回路、
１２２ しきい値演算回路、 １２３ しきい値格納回路、
１３０ 異物・欠陥判定装置、 １３１ 判定回路、
１３２，１３３ 係数テーブル、 １４０…座標管理装置，
５００，７００ アシストツール画面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査光を検査対象へ照射し、
検査光が照射された検査対象の検査領域からの反射光又は散乱光の強度を検出器により検出し、当該検出された反射光又は散乱光の強度をしきい値と比較し、
当該比較結果に基づいて、検査対象の検査領域に存在する異物又は欠陥の有無を判定する異物及び欠陥検査装置であって、
前記検出器の検査光の副走査方向に沿った検出信号の強度分布を算出し、当該強度分布を反映した形で前記しきい値を設定するしきい値設定手段
を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記検出器の検査光の副走査方向に複数の光電変換素子が配置されて構成された検出器である
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記しきい値設定手段には、当該設定したしきい値の適否を確認するため、当該設定したしきい値を用いた検査結果を表示する確認手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記確認手段は、当該設定した複数のしきい値それぞれを用いた検査結果を対照表示する
ことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【請求項１】
検査光を検査対象へ照射し、
検査光が照射された検査対象の検査領域からの反射光又は散乱光の強度を検出器により検出し、当該検出された反射光又は散乱光の強度をしきい値と比較し、
当該比較結果に基づいて、検査対象の検査領域に存在する異物又は欠陥の有無を判定する異物及び欠陥検査装置であって、
前記検出器の検査光の副走査方向に沿った検出信号の強度分布を算出し、当該強度分布を反映した形で前記しきい値を設定するしきい値設定手段
を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記検出器の検査光の副走査方向に複数の光電変換素子が配置されて構成された検出器である
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記しきい値設定手段には、当該設定したしきい値の適否を確認するため、当該設定したしきい値を用いた検査結果を表示する確認手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記確認手段は、当該設定した複数のしきい値それぞれを用いた検査結果を対照表示する
ことを特徴とする請求項３記載の欠陥検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２５７１８６（Ｐ２０１１−２５７１８６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３０１５４（Ｐ２０１０−１３０１５４）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【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１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【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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