JP3784711B2 - Defect inspection method and apparatus - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-resolution optical system used for inspection and observation of fine pattern defects and foreign matters typified by semiconductor manufacturing processes and flat panel display manufacturing processes, and a defect inspection method and apparatus using the same.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, Japanese Patent Laid-Open No. 8-327554 discloses a technique for improving the contrast of an object by changing the incident angle of illumination according to the optical characteristics of the object to be observed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technique described above, in order to make the fine unevenness on the surface of the object special, the incident angle of illumination is determined so as to increase the contrast of the unevenness by changing the incident angle of the illumination. In such a system, an oblique illumination / diagonal detection system is employed as an optical system, and by changing the incident angle of the oblique illumination, the object is continuously observed from bright field illumination to dark field illumination. The appearance is changed. However, in the case of dark field brightening, for example, when there is a defect such as a thin film remaining on the object, detection becomes difficult. Further, when the inspection target is a semiconductor device, minute irregularities (grains) are generated on the surface of the metal wiring formed in the metal wiring process. However, since this grain is not fatal as a semiconductor device, it should not be detected as a defect. However, in the conventional technology, this grain is reliably identified from other defects to detect defects with high reliability. It was difficult.
[0004]
An object of the present invention is to realize defect detection with high reliability, which has been difficult to achieve with the above-described prior art.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses a coaxial incident bright field illumination optical system to change the transmittance of zero-order diffracted light that is specularly reflected from a sample to form an optical image of the sample and capture it with an image sensor. By doing so, a sample image with high resolution is obtained.
[0006]
In the present invention, an image signal of the sample is obtained by imaging the sample through the optical system, and a plurality of positions of the sample in the image signal (for example, the peripheral circuit region portion, the logic circuit region portion, the memory region portion, etc.) The optical conditions of the optical system were adjusted so that the difference in brightness (contrast) or pattern modulation (contrast) at locations (local areas or segments) corresponding to multiple circuit areas was reduced. An image signal of the sample whose optical conditions are adjusted is obtained by imaging the sample through the optical system in a state, and the image signal is processed to detect a defect (pattern defect, defect such as foreign matter) of the sample. .
[0007]
In addition, the present invention obtains an image signal of a sample by imaging the sample by epi-illuminating the sample, and a plurality of positions of the sample in the image signal (for example, a peripheral circuit region portion, a logic circuit region portion, and a memory region portion) The next time of the reflected light from the sample due to illumination so that the difference in brightness (contrast) or pattern modulation (contrast) at a location (local region or segment) corresponding to a plurality of circuit regions such as The sample in which the detection rate (transmittance) of the folded light (regular reflection light) is adjusted, and the detection rate of the 0th-order diffracted light is adjusted by imaging the sample in a state where the detection rate (transmittance) of the 0th-order diffracted light is adjusted The image signal is obtained, and the image signal is processed to detect a defect of the sample (pattern defect, defect such as foreign matter).
[0008]
Further, in the present invention, a plurality of images having different transmittances of the 0th-order diffracted light are obtained by epi-illuminating the sample and imaging the sample by changing the transmittance of the 0th-order diffracted light among the reflected light from the sample by illumination, Using this plurality of images, a transmittance condition for the 0th-order diffracted light that increases the defect detection sensitivity is obtained, and the transmittance condition for obtaining the transmittance of the 0th-order diffracted light among the reflected light from the sample is set. The sample is imaged in the state set to the rate condition to obtain an image, and the defect of the sample is detected using the image obtained in the state set to the transmittance condition.
[0009]
Furthermore, in the present invention, the sample is incident-light illuminated with polarized light, the illuminated sample is imaged to obtain an image of the sample, and the polarization state of the reflected light from the sample by illumination based on the contrast information of the sample image The sample with the adjusted polarization state of the reflected light is imaged to obtain an image of the sample, and the defect of the sample is detected using this image.
[0010]
In the present invention, the plurality of circuit areas divided in the chips arranged on the wafer are incidentally illuminated, and the reflected light images from each of the plurality of circuit areas have a mutual transmittance of the 0th-order diffracted light. The defect inspection method is characterized in that an image signal is obtained by changing the image to obtain an image signal, and the obtained image signal is processed to detect a defect.
[0011]
As described above, according to the present invention, for example, a high-resolution image can be obtained in a memory area portion having a fine pattern width and a high pattern density. In addition, it is possible to automatically set high contrast optical conditions in a short time.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention is shown in FIG. 45 is a defect inspection apparatus according to the present invention.
A sample (wafer) 1 is stored in aloader 41, but is transferred onto a stage constituted by aZ stage 10, a θ (rotation)stage 11, anX stage 12, and aY stage 13 by awafer transfer robot 40. Thewafer 1 transferred onto the stage is moved to the field of view of the entire chip detectionoptical system 20 configured with a low-magnification detection optical system for detecting an image of the entire chip area as the stage moves. Next, an image of the entire area of the chip that enters the field of view of the entire chip area detectionoptical system 20 is captured by thecamera 21. This image is transferred to theimage processing unit 30 and stored in thedata server 31. Then, the image stored in thedata server 31 is displayed on the display of the operating computer 35 of the inspection apparatus in order to condition the detection rate (transmittance) of the 0th-order diffracted light as shown in step S64 in FIG. It is possible to select a circuit area in the chip for acquiring the area image by theimage sensor 154 of the visual inspectionoptical system 15. In this way, the entire chip detectionoptical system 20 is configured at a low magnification so that the entire chip can be imaged, and a circuit area (for example, a peripheral circuit) in the chip acquired by theimage sensor 154 of theoptical system 15 for visual inspection. This is an auxiliary optical system for selecting a region portion 2a1, a logic circuit region portion 2a2, a memory region portion 2a3, and the like. Note that the entire-chip detectionoptical system 20 also uses the illumination light that illuminates the sample and the polarization state of the reflected light from the sample as means for adjusting the modulation (image brightness amplitude: contrast) of the image to be detected. A polarizationstate adjustment unit 201 for adjustment is provided. Thereby, even in the entire chip detectionoptical system 20, a relatively high contrast image can be obtained over the entire chip area, and the area portion can be accurately selected for theappearance inspection apparatus 15.
[0013]
Next, the actual inspection is performed by the high magnification visual inspectionoptical system 15. Therefore, by moving the stage, the surface of thewafer 1 is brought into the visual field of the visual inspectionoptical system 15 and an image can be detected by theimage sensor 152. The detected image data is also transferred to theimage processing unit 30, and after adjusting the transmittance of the 0th-order diffracted light for each region, the surface of thewafer 1 is again put in the field of view of the visual inspectionoptical system 15. Theimage sensor 152 detects a high-contrast image, transfers it to theimage processing unit 30, and theimage processing unit 30 shown in FIG. . The inspection result is stored in thedata server 31 and the inspection result is read out at the time of review.
[0014]
The mechanical operation units such as the stage and therotational drive source 156 are controlled by themechanical controller 32.
[0015]
Next, a high-magnification appearance inspectionoptical system 15 used for actual inspection will be described. The appearance inspectionoptical system 15 includes a coaxial incident bright field optical system. Theoptical system 15 includes anobjective lens 151, a (1/2) λ (wavelength) plate or (1/4) λ (wavelength)plate 152, and a rotational drive source (drive motor) 156 that finely adjusts thewavelength plate 152. Rotational transmission means 157 such as a belt for transmitting the rotational output of therotational drive source 156 to the micro-rotation of thewave plate 152, PBS (Polarizing Beam Splitter) 153, and animage sensor 154 for capturing an image of each region. And alight source 155. Thelight source 155 can be constituted by a laser light source such as a semiconductor laser, an argon laser, a YAG-SHG laser, or an excimer laser, a discharge tube such as a xenon lamp or a mercury lamp, or a filament light source such as a halogen lamp. As thelight source 155, UV light or DUV light has a shorter wavelength and is more advantageous. Theimage sensor 154 includes a TDI image sensor, a CCD image sensor, or the like. Thepolarizing beam splitter 153 converts light emitted from thelight source 155 into linearly polarized light by reflecting the light. Further, thewavelength plate 152 converts linearly polarized light incident from thepolarization beam splitter 153 into elliptically polarized light. Therefore, the elliptically polarized light is collected by theobjective lens 151 and irradiated onto the area in the chip on thewafer 1.
[0016]
High-order diffracted light (second-order or higher-order diffracted light) generated from the edge of the pattern in the region is condensed by theobjective lens 151 and converted into elliptically polarized light by thewave plate 152. As a result, the high-order diffracted light passes through thepolarization beam splitter 153 and is detected as an image by theimage sensor 154. On the other hand, the 0th-order diffracted light (regular reflection light) generated from the pattern of the region is collected by theobjective lens 151 and converted into polarized light close to linearly polarized light by thewave plate 152. Thepolarization beam splitter 153 separates the 0th-order diffracted light into transmitted light and reflected light. Therefore, the transmittance (Ib / Ia) of the 0th-order diffracted light transmitted through thepolarization beam splitter 153 can be adjusted by changing the polarization state in accordance with adjusting the rotation angle of thewave plate 152.
[0017]
Ib indicates the intensity of the 0th-order diffracted light transmitted through thepolarization beam splitter 153.
[0018]
Ia indicates the intensity of the 0th-order diffracted light input to thepolarization beam splitter 153.
[0019]
In another embodiment, in theoptical system 15, a half mirror is used instead of the polarizing beam splitter, and a spatial filter (not shown) is provided on the Fourier transform surface of the surface of thewafer 1 or in the vicinity thereof. The spatial filter shields the 0th-order diffracted light and allows higher-order diffracted light (second-order diffracted light or higher) to pass through. Therefore, it is possible to adjust the transmittance (Ib / Ia) of the 0th-order diffracted light by preparing a plurality of types of spatial filters in which the size of the light-shielding portion is changed and replacing a certain spatial filter with another different spatial filter. It becomes possible.
[0020]
As described above, the minute rotation adjustment of thewave plate 152 or the replacement of the spatial filter is performed in accordance with a plurality of regions (for example, the peripheral circuit region portion 2a1, the logic region portion 2a2, the memory region portion 2a3, etc. in the chip). As an optical condition of theoptical system 15, a difference in contrast (intensity M) of an image signal detected by the image sensor 154 (25) between (local regions: segments) or a difference in pattern contrast is reduced. It is possible to adjust the transmittance (Ib / Ia) of the 0th-order diffracted light (hereinafter referred to as the 0th-order light detection rate).
[0021]
Theoptical system 15 adjusts the polarization state of the illumination light that illuminates the sample and the reflected light from the sample in order to adjust the modulation of the detected image detected by the image sensor 154 (the amplitude of the brightness (intensity) of the image). Polarizationstate adjusting units 152 and 153 are provided.
[0022]
FIG. 1 shows the relationship between the 0th-order light detection rate (Ib / Ia) and the pattern contrast of the detected image. A zero-order light detection rate of 100% is the same image as that detected by the normal bright field detection method. When the polarization state is adjusted by the polarizationstate adjusting units 152 and 153 to reduce the transmittance of the 0th-order diffracted light, the amplitudes of the high-order diffracted light and the 0th-order diffracted light become approximately the same, and the contrast is improved. Further, as the 0th-order light detection rate is lowered, the contrast is lowered. This is because the modulation (contrast) due to the interference between the 0th-order diffracted light and the high-order diffracted light is reduced because the amplitude of the high-order diffracted light is too large with respect to the 0th-order diffracted light.
[0023]
FIG. 2 shows the appearance of a wafer to be inspected. A similar pattern is formed on thewafer 1 for eachdie 2. For example, in a semiconductor product in which a memory and a logic circuit are mixedly mounted, a die (chip) area is divided into a peripheral circuit area part 2al, a logic circuit area part 2a2, a memory area part 2a3, and the like. In general, the width and density of the pattern formed in each region are different. Here, the pattern width and pattern density of each region are assumed as follows. (I) The peripheral circuit region 2al has a large pattern width and a low pattern density. (Ii) The logic circuit area 2a2 has a fine pattern width but a relatively low pattern density. (Iii) The memory area 2a3 has a fine pattern width and a high pattern density.
[0024]
FIG. 3 shows an example of an image obtained by obtaining these areas by normal bright field detection. In the detected light amount distribution in the AA portion of the detected image, the pattern modulation (contrast) Ml is large in the peripheral circuit region portion 2al having a thick pattern width and a low density. The memory area 2a3 having a fine pattern width and high density is generally detected dark, and the modulation (contrast) M3 is also small. The reason why the entire area is detected dark in the memory area 2a3 is that the ratio of the 0th-order diffracted light and the high-order diffracted light captured by the objective lens decreases. In the defect inspection, a difference image between adjacent dies (chips) or cells is obtained, and a position that is equal to or higher than a threshold value is determined as a defect. For this reason, the sensitivity decreases in a region where the modulation is small in the detected image. Therefore, in order to make the defect detection sensitivity uniform over the entire area within the die (chip), it is desirable to make the modulations equal without being affected by the pattern width or pattern density.
[0025]
FIG. 4 shows a detected image when the zero-order light detection rate (transmittance) is set to about 40%. The modulation is reduced in the memory area 2a3 because the rate at which the high-order diffracted light can be thinned by theobjective lens 151 is reduced. Therefore, by adjusting the polarizationstate adjusting units 152, 153, etc., the 0th-order diffracted light is attenuated. The amplitudes of the 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light can be detected to the same extent, and the modulation M31 due to interference can be improved. In addition, since the 0th-order diffracted light is attenuated also in the peripheral circuit region portion 2al having a large pattern width, the light level is lower than before the 0th-order light attenuation. Therefore, adjusting thepolarization state adjusters 152 and 153 etc. to attenuate the 0th-order diffracted light reduces the amount of light detected, so it is necessary to increase the amount of illumination light, but the modulation of a fine pattern width region is improved. It becomes possible to do. For this reason, the inspection sensitivity in a fine pattern part can be improved.
[0026]
When the inspection target is a memory-mounted wafer, the memory portion is subjected to cell comparison, and the other regions are subjected to die comparison. As a method, there are a method in which both are inspected in two times and a mixed inspection method in which both are in one time. The mixed inspection is advantageous in terms of performance because it can be inspected in a short time. Furthermore, inspection sensitivity can also be improved by expanding the modulation of the cell portion by attenuation of the 0th-order diffracted light of the present technology.
[0027]
Since the pattern width and pattern density differ for each wafer to be inspected, it is necessary to determine in advance what percentage the 0th-order light detection rate used for defect inspection is set. FIG. 6 shows an inspection flow.
[0028]
First, awafer 1 to be inspected is loaded onto aloader 41 in the inspection apparatus (S61), and die arrangement information in the wafer is input from a CAD system (not shown) according to the type of the loadedwafer 1. Is input to the operating controller 35 and registered in thedata server 31, for example (S62). Next, the coordinates of the inspection area in the die are similarly input to the operating controller 35 and registered, for example, in the data server 31 (S63). Next, thewafer transfer robot 40 loads thewafer 1 from theloader 41 onto the stage. Then, the stage is moved to place a predetermined chip on thewafer 1 within the field of view of the entire chip detectionoptical system 20, for example, and an image of the entire chip area is captured by the camera and transferred to theimage processing unit 30 for data processing. 31 and displayed on the display. On this displayed screen, an area for obtaining an image is selected and input to the operating controller 35 in order to condition the 0th-order light detection rate (Ib / Ia) by the appearance inspection optical system 15 (S64). ).
[0029]
Thereafter, the visual inspectionoptical system 15, theimage processing unit 30, thedata server 31, the operating controller 35, and the like are used.
[0030]
Next, initial optical conditions for the appearance inspection optical system 15 (for example, the initial polarization state in the polarizationstate adjusting units 152 and 153, the initial illuminance of the light source 15) are set (S65), and the stage is moved. The selected area on thewafer 1 is placed in the field of view of the visual inspectionoptical system 15, and an image of the condition determination area is captured by theimage sensor 154 and acquired (S66). Next, theimage processing unit 30 evaluates the modulation (contrast) of the acquired image (S67). Next, based on a command from the operating controller 35, therotational drive source 156 is driven via themechanical controller 32 to slightly rotate thewave plate 152 to change the 0th-order diffracted light detection rate, and image acquisition and image again are performed. Evaluation is performed (S66, S67). When the evaluation of the image is completed, theimage processing unit 30 stores the image evaluation values shown in FIG. 11 obtained for each 0th-order light detection rate in thedata server 31 and displays a list on the display screen (S68).
[0031]
On the screen, the operating controller 35 narrows down the 0th-order light detection rate at which the evaluation value is high to a plurality of conditions (S69). Next, the test inspection is performed again with the sensitivity including the pseudo defect using theoptical system 15 for visual inspection and the image processing unit 30 (S70), and the real defect or the pseudo defect is classified (S71). The classified images of the real defect and the pseudo defect portion are detected again for each 0th-order light detection rate narrowed down by using the appearance inspectionoptical system 15, and each difference image is calculated in the image processing unit 30 (S72). ). Next, theimage processing unit 30 obtains the maximum gray level difference Nmax of the pseudo defect portion for each 0th-order light detection rate (S73). Next, for each 0th-order diffracted light detection rate, theimage processing unit 30 calculates the number of actual defects that can be detected when a constant value α is set as the inspection threshold value for Nmax (S74). As described above, since each 0th-order diffracted light detection rate is determined by the inspection threshold value (Nmax + α) with respect to the difference image obtained by the test inspection, the number of actual defects from which the pseudo defects are eliminated is calculated. become. Then, the operating controller 35 sets the 0th-order light detection rate (transmittance) at which the actual defects can be detected most among the respective 0th-order light detection rates to the actual inspection conditions in the appearance inspectionoptical system 15. (S75). Next, using the appearance inspectionoptical system 15 and theimage processing unit 30, a specific region is test-inspected with an inspection threshold value of [Nmax + α] (S76), and if a predetermined sensitivity is satisfied (S77). ), The condition setting is finished (S78). Next, the main inspection using the appearance inspectionoptical system 15 and theimage processing unit 30 is performed with the sensitivity previously determined for each region in the die (chip).
[0032]
FIG. 7 shows a schematic diagram of animage region 50 acquired in order to determine the condition of the 0th-order light detection rate. If the pattern width and pattern density can be segmented into a plurality of patterns in the die, it is desirable to set theregion 50 so as to include each region. However, if there is no information for segmenting in advance, it is conceivable to set the center field of the die by default. It is also possible to determine an image acquisition region using an image acquired by the low-magnification chip whole area detectionoptical system 20 shown in FIG.
[0033]
FIG. 8 shows an example of the result obtained by differentiating the images acquired at the respective 0th-order light detection rates and obtaining the sum. In this calculation result, a zero-order light detection rate of about 40% has the highest sum of differential values, and is considered advantageous for defect inspection. Based on the sum of the total values, the two conditions of the 0th order light detection rate of 40% and 60% are narrowed down, and the images of the real defect portion and the pseudo defect portion shown in FIG. Determine the detection rate conditions.
[0034]
FIG. 9 shows a block diagram of theimage processing unit 30. The image of thewafer 1 is enlarged and projected onto theimage sensor 154 by theobjective lens 151. The output signal of theimage sensor 154 is converted into a digital signal by theAD converter 60. One digital signal is sent to theimage evaluation unit 61 to evaluate the image quality, and further output a detected image. The other digital signal is temporarily stored in thedelay memory 62, and a reference image for chip comparison or cell comparison is output. Each signal is aligned by theimage alignment unit 63 between the detected image and the reference image. Next, the differenceimage calculation unit 64 calculates the detected image and the difference image, and sends the difference feature amount to thedefect determination unit 65. Thedefect determination unit 65 obtains the coordinates of the feature amount that is equal to or greater than the inspection threshold value. This position becomes a defect candidate, and the coordinates and feature quantities of the defect candidate are stored in thedefect storage unit 66. The data in thedefect storage unit 66 is sent to thedata server 70 and stored in a hard disk or the like.
[0035]
FIG. 10 shows a secondary differential value (two-dimensional direction) which is one of evaluation values for determining the 0th-order light detection rate (image quality evaluation value executed in theimage evaluation unit 61 in step S67 shown in FIG. 6). Of differential value: Laplacian filter). For example, let I (x, y) be the light quantity of the pixel for which the secondary differential value (differential value in the two-dimensional direction) is obtained. The difference between this I (x, y) and the adjacent eight pixels is obtained for each, and the sum of the absolute values of the eight difference values is taken as the second derivative of I (x, y). This is performed for each pixel of the detected image, and the sum of the secondary differential values obtained for each pixel is used as the evaluation value of the image quality.
[0036]
FIG. 11 shows a list of evaluation values for narrowing down the 0th-order light detection rate (displayed in step 68 shown in FIG. 6).
The differential value is obtained by secondarily differentiating the image detected at each 0th-order light detection rate and calculating the sum of the differential values. The calculation is as described in FIG.
[0037]
Next, the maximum gray level difference in the local area will be described. The detected image is divided into certain areas, and the minimum and maximum gray values are determined in the divided area, and the difference between them is defined as the maximum gray difference. It calculates | requires in all the area | regions which divided this maximum contrast, and calculates | requires the total of these absolute values. As an example of dividing the region, for example, the number of pixels in the X and Y directions of the image is 3 pixels × 3 pixels as one segment. Since the brightness information for nine pixels is included in one segment, the density difference for one segment can be obtained by obtaining the maximum value and the minimum value of the nine pixels to obtain the difference. The density difference of one segment determines the modulation (contrast) of the pattern image in the segment, and the larger the maximum density difference, the more advantageous for defect detection. Therefore, since it is more advantageous for defect detection to have a larger total sum of the maximum light and shade differences, it is conceivable to narrow down the 0th-order light detection rate condition having a high total value as a candidate for this inspection condition. Note that the maximum shading difference shown here does not include variations other than wafer pattern information, such as image sampling errors and local illumination distribution variations.
[0038]
Next, the light and shade dispersion value will be described. The image is divided into certain areas, and the variance of the gray value is obtained in the divided area. This variance value is obtained in all divided areas, and the sum of these is obtained. As an example of the segmented area, 3 × 3 pixels are set as one segment. This variance value indicates the variation in shading within the local region, and the pattern information becomes higher as the variance value is larger. Therefore, a larger dispersion value is advantageous for defect detection. The shading variation shown here does not include variations other than wafer pattern information such as image sampling error and local illumination distribution variation.
[0039]
Next, an evaluation method related to the image Fourier density will be described. Two-dimensional Fourier transform is performed in the X and Y directions of the image, and the sum of spectral densities over a specific frequency is used as an evaluation value. The specific frequency is determined based on a pattern pitch or a value obtained by converting a size per pixel of the image sensor into a size on the wafer. The fact that the spectral density equal to or higher than the specific frequency is high means that the modulation of the image is high in a fine pattern having a pattern pitch dimension or less corresponding to the specific frequency. Therefore, a higher spectral density above a specific frequency is advantageous for defect detection. It is also conceivable to use the spectral density of only a specific frequency as the evaluation value.
[0040]
In the above-described embodiments, the case where the polarizationstate adjustment units 152 and 153 that adjust the zero-order light detection rate (transmittance) (Ib / Ia) are used as means for adjusting the modulation (contrast) has been described. Even if a spatial filter is used, the zero-order light detection rate (transmittance) (Ib / Ia) can be adjusted, and the same effect can be obtained. In this case, in order to change the transmittance of the 0th-order light, the spatial filter is switched to one corresponding to each detection rate, or the spatial filter pattern is made a variable structure to correspond to each detection rate. A pattern may be formed.
[0041]
Although a plurality of types of evaluation values have been described above, the evaluation values that are actually used may be used for narrowing down the zero-order light reduction rate by using single or two or more types of evaluation values.
[0042]
In addition to the 0th-order light reduction rate, there are the following optical parameters.
[0043]
(I) Illumination c (setting of incident angle range of illumination)
(Ii) Illumination wavelength range
(Iii) Numerical aperture of the objective lens
This evaluation value can be used effectively when narrowing down these conditions. This makes it possible to set optical conditions that are advantageous in terms of inspection sensitivity in a short time.
[0044]
Further, a configuration that characterizes the present invention will be described.
[0045]
That is, according to the present invention, an optical image of a sample by epi-illumination is picked up by changing the transmittance of the 0th-order diffracted light to detect the image, and the image quality of the detected sample image is evaluated, and the defect detection sensitivity is high. A zero-order diffracted light detection rate is obtained and set to an optical condition that achieves this zero-order diffracted light detection rate; and an optical image of the sample by epi-illumination is captured under the set optical condition to detect the image, and the detection And an actual inspection step of detecting and inspecting the defect based on the sample image.
[0046]
As the image quality evaluation method, a difference in brightness of images detected in each region of the sample is obtained, and it is determined that a zero-order light detection rate at which the difference is small is optimal.
[0047]
Further, as the image quality evaluation method, the image detected in each region of the sample is second-order differentiated to obtain the sum of the second-order derivative values in the image, and the zero-order light detection rate at which this sum is large is optimal. It is characterized by determining.
[0048]
In addition, a plurality of 0th-order diffracted light detection rate conditions with high image quality evaluation values are selected, and images of defects in which real defects and pseudo defects are classified in advance are acquired under the respective 0th-order light detection rate conditions. Is characterized by selecting and inspecting a zero-order light detection rate condition that is large and has a small shade difference in the pseudo defect portion.
[0049]
Further, the present invention forms an image on theimage sensor 154 with a stage on which thesample 1 is mounted,optical elements 152 and 153 for controlling the detection rate of light regularly reflected by the sample, and light transmitted through theoptical element 153. An imaging optical system (not shown), aconverter 60 that converts an output signal of the image sensor into a digital image, an imagequality processing unit 30 that evaluates the image quality of the sample using the digital image, and the evaluation The defect inspection apparatus includes settingunits 35, 32, 156, and 157 that set the detection rate of regular reflection light having a high value.
[0050]
The imagequality processing unit 30 includes an evaluation value processing unit that obtains brightness or pattern modulation at a plurality of positions of the detected image, a determination unit that selects a condition with high inspection sensitivity from the evaluation value, and a determined optical condition. It has a function of inspecting the sample.
[0051]
The present invention also provides illuminationoptical systems 155, 153, and 152 that illuminate thesample 1 with polarization, an imaging optical system that forms an image on theimage sensor 154 with light transmitted through theoptical element 153, and the imaging optical system. Afiltering unit 153 that filters specific polarized light, aconversion unit 60 that converts the output signal of the image sensor into a digital image, and an imagequality processing unit 30 that evaluates the image quality of the sample using the digital image converted by the conversion unit. And asetting unit 35, 32, 156, and 157 that evaluates the image quality of the sample and sets the transmittance of regular reflection light of a digital image having a high evaluation value.
[0052]
The image quality processing unit includes a calculation unit that calculates a difference in brightness of images detected in each region of the sample, and a determination unit that determines that the 0th-order light detection rate at which the difference is small is optimal. It is characterized by.
[0053]
In addition, as the image quality processing unit, a differential processing unit for secondarily dividing the image detected in each region of the sample, an addition processing unit for obtaining a sum of secondary differential values in the image, and the addition value is increased. A determination unit that determines that the 0th-order light detection rate is optimum is provided.
[0054]
In addition, as the setting unit, a selection unit that selects a plurality of 0th-order light detection rate conditions for which the output of the image quality processing unit is high, and a defect image in which real defects and pseudo-defects are classified in advance are displayed as respective 0th order light detection rates. Select the image detection unit that is acquired under the conditions, the difference image detection unit that obtains the density difference between the defective part and the pseudo defect part, and the 0th-order light detection rate condition that can detect the most real defects with the degree of inspector that does not detect the pseudo defect And a function of inspecting under a condition selected by the selection unit.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the defect detection sensitivity in the fine pattern portion by improving the modulation (contrast) of the fine pattern portion. Each parameter can be set in a short time for the optical condition for improving the modulation of the fine pattern portion, and the inspection recipe preparation time can be largely omitted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between 0th-order light transmittance (0th-order light detection rate) and image contrast.
FIG. 2 is a plan view showing an appearance of a wafer for memory-embedded logic products.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a light amount distribution diagram showing an example of a detection image by conventional bright field illumination. FIGS.
FIGS. 4A and 4B are a plan view and a light amount distribution diagram showing an example of a detected image when the 0th-order light detection rate is reduced. FIGS.
FIG. 5 is a front view showing a schematic configuration of an inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure for setting a condition for a 0th-order light detection rate.
FIG. 7 is a plan view of an image showing an example of an image acquisition area for condition determination.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an image evaluation result.
FIG. 9 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an image processing unit according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating calculation contents of second-order differentiation.
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between image quality evaluation items and their contents.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 ... Wafer (sample), 2, 2a ... Die (chip), 2a1 ... Peripheral circuit area | region part, 2a2 ... Logic circuit area | region part, 2a3 ... Memory area | region part, 10 ... (theta) stage, 11 ... Z stage, 12 ... X stage , 13 ... Y stage, 15 ... Optical inspection optical system, 20 ... Chip whole area detection optical system, 21 ... Camera, 30 ... Image processing unit, 31 ... Data server, 32 ... Mechanical controller, 35 ... Operating controller, 45 ...Defect Inspection device 60 ...AD conversion unit 61 ...Image evaluation unit 61, 62 ... Delay memory, 63 ... Image alignment unit, 64 ... Difference image calculation unit, 65 ... Defect determination unit, 66 ... Defect storage unit, 70 ...Data Servers 151, 202 ... objective lens, 152 ... 1/2, 1/4 wavelength plate (polarization state adjusting unit), 153 ... polarization beam splitter, 154 ... image sensor , 155 ... light source, 156 ... rotary drive source, 157 ... rotation transmission means.

Claims (12)

Translated fromJapanese

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。Inspection optical condition setting step for setting inspection optical conditions for imaging using an inspection optical system having an illumination optical system and a detection optical system at the time of inspection;
The inspection optical system captures an image on the wafer using the inspection optical system under the inspection optical conditions set in the inspection optical condition setting step, and the captured inspection image signal is used for chip comparison or cell comparison. A defect inspection step of comparing a reference image signal and detecting a defect present on the wafer based on the difference image signal;
A defect inspection method comprising:
In the inspection optical condition setting step,
Perform test inspection under a plurality of optical conditions using the inspection optical system for the condition setting area on the wafer, classify the defects detected for each optical condition as a result of the test inspection into real defects and pseudo defects, Real defect and pseudo defect images classified for each optical condition are detected to calculate a difference image between the real defect and the pseudo defect by chip comparison or cell comparison, and the pseudo defect difference image calculated for each optical condition Based on the above, the maximum gray level difference of the pseudo defect portion is obtained, and the difference image of the actual defect calculated for each optical condition is determined by the inspection threshold value according to the obtained maximum gray level difference of the pseudo defect portion. Calculating the number of actual defects from which the pseudo defects have been eliminated, and selecting the optical condition that can detect the largest number of the actual defects calculated for each optical condition as the optical condition for inspection. defect detection, characterized inthat theset Method.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。A test inspection is performed under a plurality of optical conditions using an inspection optical system having an illumination optical system and a detection optical system for the condition-determining area on the wafer, and the defects detected for each optical condition as a result of the test inspection are actual defects. And the actual defect and pseudo-defect image classified for each optical condition are detected and a difference image between the actual defect and the pseudo-defect is calculated by chip comparison or cell comparison, for each optical condition. Based on the calculated difference image of the pseudo defect, the maximum density difference of the pseudo defect portion is obtained, and the difference image of the actual defect calculated for each optical condition is determined according to the obtained maximum density difference of the pseudo defect portion. The number of actual defects from which pseudo defects have been eliminated by calculating with the inspection threshold is calculated, and the number of actual defects calculated for each optical condition is the optical condition that can be detected most among the plurality of optical conditions. Select the inspection light during inspection And the examination optical condition setting step of setting as the examination optical conditions for imaging using the system,
An image on the wafer is captured using the inspection optical system under the inspection optical conditions set in the inspection optical condition setting step, and the captured inspection image signal and a reference image signal for chip comparison or cell comparison And a defect inspection step of detecting a defect existing on the wafer based on the difference image signal .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。In the inspection optical condition setting step, an image of a condition-determining area on the wafer is further captured and acquired under a plurality of initial optical conditions using the inspection optical system, and acquired under the plurality of initial optical conditions. 3. The defect inspection method accordingto claim 1, further comprising an image evaluation step of evaluating the modulation of the image and narrowing down the plurality of optical conditions in the test inspection to a plurality of optical conditions having a high evaluation value .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。3. The defect inspection method accordingto claim 1, wherein in the inspection optical condition setting step, the plurality of optical conditions are optical conditions for changing modulation of an image in the condition determination area .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。3. The defect inspection method accordingto claim 1, wherein the illumination optical system of the inspection optical system includes a coaxial incident bright field illumination optical system .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。3. The defect inspection method accordingto claim 1, wherein illumination light in the illumination optical system of the inspection optical system is UV light or DUV light .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。An inspection optical system having an illumination optical system that illuminates the wafer and a detection optical system that captures an image on the wafer illuminated by the illumination optical system;
The inspection image signal obtained by imaging with the detection optical system of the inspection optical system is compared with a reference image signal for chip comparison or cell comparison, and a defect present on the wafer is detected based on the difference image signal. A defect inspection apparatus comprising an image processing unit for performing
An inspection optical condition setting means for setting an inspection optical condition of the inspection optical system at the time of inspection is provided, and the inspection optical condition setting means includes a plurality of condition setting areas on the wafer using the inspection optical system. The test inspection is performed under the optical conditions, and the defects detected for each optical condition as a result of the test inspection are classified into real defects and pseudo defects, and images of real defects and pseudo defects classified according to the optical conditions are obtained. Detecting and calculating a difference image between a real defect and a pseudo defect by chip comparison or cell comparison, obtaining a maximum gray level difference of the pseudo defect portion based on the difference image of the pseudo defect calculated for each optical condition, and the optical condition The actual defect difference image calculated every time is determined by the inspection threshold value according to the obtained maximum gray level difference of the pseudo defect portion, and the number of real defects from which the pseudo defect is eliminated is calculated, Actual defects calculated for each optical condition There was configured to set a most optical conditions for the test to select the optical conditions that can be detected among the plurality of optical conditions,
A defect inspection apparatus, wherein the inspection optical system is adjusted so that the inspection optical condition set by the inspection optical condition setting means is satisfied at the time of inspection .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。The inspection optical condition setting means further captures and acquires an image of a condition area on the wafer using a plurality of initial optical conditions using the inspection optical system, and is acquired under the plurality of initial optical conditions. 8. The defect inspection apparatus accordingto claim 7, further comprising: an image evaluation unit that evaluates the modulation of the image and narrows down the plurality of optical conditions in the test inspection to a plurality of optical conditions having a high evaluation value .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。8. The defect inspection apparatus accordingto claim 7, wherein in the inspection optical condition setting means, the plurality of optical conditions are optical conditions for changing the modulation of the image of the condition determination area .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。The defect inspection apparatus accordingto claim 7, wherein the illumination optical system includes a coaxial incident bright field illumination optical system .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。The defect inspection apparatus accordingto claim 7, wherein the illumination optical system includes a light source unit that emits UV light or DUV light .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。8. The defect inspection apparatus accordingto claim 7, wherein the illumination optical system has a light source, and is configured to irradiate the wafer by controlling a polarization state of light emitted from the light source .

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