JP2004340647A - Pattern defect inspection device and image sensor calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ,フォトマスク,プリント基板等の検査対象物体上に形成された複数のパターンの欠陥を検査するのに好適なパターン欠陥検査装置に係り、照明光学系,結像光学系、およびイメージセンサの各撮像素子間の感度バラツキを補正し、明るさムラのない正規化された画像を得るパターン欠陥検査装置およびイメージセンサの校正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図2は、従来のパターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図である。本装置は照明光源7からの光が照明光学系6を通り、ハーフミラー5で反射し、対物レンズ4を通して検査対象となるウエハ2上を照射する。照射された光はウエハ2上のパターン検出光として再び対物レンズ4およびハーフミラー5,8を通り結像光学系10によりイメージセンサ11上に結像される。一方ハーフミラー8により一部の検出光は自動焦点検出器9に戻り、移動ステージ1の高さを制御する。欠陥情報を含むパターン検出光はイメージセンサ11により光電変換され、AD変換器12によりデジタルデータに変換される。その後あらかじめ計算機16によって求め補正データ記憶部15へ登録しておいた感度の補正データ,画像正規化回路13により明るさムラのない画像を取得し、欠陥判定回路14により欠陥データが得られる。イメージセンサ11としては多数の撮像素子からなる一次元CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)イメージセンサがある。また最近では検査速度を高速化するべく、複数の1次元イメージセンサを2次元に配列し、各1次元イメージセンサを移動した時に、その移動速度と各一次元センサの出力データを同期させて、隣接する各一次元イメージセンサの出力を加算していき、検査対象物の同一位置を撮像することにより検出光量の増加をはかったTDI(Time Delay Integration:遅延積算)イメージセンサ等が使われている。
【0003】
従来のパターン欠陥検査装置でのイメージセンサの感度補正データ15は、あらかじめウエハ2の代わりにミラーウエハを装置内にロードし実際の検査で使用する光学条件を設定してデータを取得する必要がある。そのためミラーウエハをウエハカセット17から移動ステージ1に搬送しなければならず、補正データ取得後はまた元のウエハカセット17にアンロードする必要がある。このような動作は装置の処理能力を低下させるだけでなく、感度の補正データの再現精度を低下させる要因にもなっていた。また近年の半導体プロセスの微細化に伴い、安定した検査感度を得るためにはロット毎あるいはウエハ毎の補正が望ましいが、前記問題のため数日間または1週間に一度程度の補正データの取得が実用限界となっていた。しかしながら、以上のように従来技術によれば、感度補正データを得るためにその都度ミラーウエハをロード/アンロードしなければならず、装置の処理能力低下が問題となっていた。
【0004】
被検査試料として半導体素子製造用のリソグラフィーマスクのパターンの検査の際に、マスクに補正用パターンを設け、これを撮像して得られた補正用信号に基づいて、撮像信号の補正や焦点の補正を行う技術は知られている(例えば、特許文献1参照)が、ミラーウエハを用いたイメージセンサの感度補正における上記問題点について記載されたものは見当たらない。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−281159号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、パターン欠陥検査装置の処理能力を低下させずにイメージセンサの感度補正データを取得することが可能で、ロット毎あるいはウエハ毎の自動補正により高感度かつ高安定なパターン欠陥検査装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の実施例は、検査対象物をハンドリングする移動ステージ上に備えられたイメージセンサの感度校正用ミラー片で得た補正情報に基づいて、イメージセンサの複数の撮像素子毎の補正を行うものである。
【0008】
また、当該補正は検査対象物の交換動作と並行して行われるものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図1はパターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図である。主な構成は、図2と同様なので、説明は省略する。イメージセンサ11は、一般に1ラインあたり4096画素程度の多素子タイプであり、最近のウエハ検査感度との兼ね合いで0.1〜0.2um/画素程度が一般的なイメージセンサの分解能となっている。すなわち、ウエハ表面の0.1μm2〜0.2μm2 の面積を、1画素あたりでウエハの欠陥を検出するため、一般的な1ラインあたり4096画素程度のイメージセンサでもカバー出来る検査範囲は1mm未満となる。よって、校正用ミラー片3としては数mm角の大きさで十分である。この校正用ミラー片3を例えば移動ステージ1上の空いている場所に実装しておく。校正用ミラー片3の場所としては移動ステージ1上に限らなくても、ウエハ2をロード/アンロードしている間は移動ステージ1がウエハ待機状態なので、移動ステージ1がウエハ待機状態の時にイメージセンサを校正出来る位置ならばどこでもよい。
【0010】
イメージセンサ補正時の実施例を図3を用いて説明する。図3は、パターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図である。移動ステージ1がウエハ待機状態の間に校正用ミラー片3を補正データ取得開始位置へ移動させて、照明光学系6および結像光学系10を、次に検査するウエハの光学条件に設定し、移動ステージ1によりスキャン動作を行い、イメージセンサ11で得たセンサ出力をAD変換器12によってデジタルデータにし、それを計算機16が直接読み取り、計算し、補正データとして補正データ記憶部15へ登録しておく。
【0011】
前記補正動作を照明光源7の光量を変化させた時に、イメージセンサ11で得た全画素に対するセンサ出力と画素番号との関係を図6に示す。図6のように各検出光量a,b,cの時の全画素センサ出力61a,61b,61cは画素番号によりセンサ出力のバラツキがある。これは例えばイメージセンサ11が4096画素という非常に多い素子で構成されているため、素子間の製造バラツキによる特性のバラツキが発生してしまうという原因が挙げられる。そのようなセンサ出力バラツキを補正するために、前記のようにまず補正データを補正データ記憶部15へ登録しておく。
【0012】
図4はイメージセンサの光電変換特性図であり、これが補正データとなる。図6の任意画素62における各検出光量a,b,cの時のセンサ出力63a,63b,63cの補正を説明する。図4の横軸の各検出光量a,b,cの時のセンサ出力として41a,41b,41cが得られる。これらの各センサ出力を仮想線42で結ぶとほぼ一直線の、検出光量に対してセンサ出力がほぼ比例する特性となる。これにより、イメージセンサ11の任意画素のセンサ出力がリニアな領域で変化すると考えられる。したがって、例えば、照明光源7の光量が低下するにしたがいセンサ出力が低下した時や、照明光学系6および結像光学系10等の素子のバラツキがあった時に、この特性を利用してイメージセンサの出力の補正が可能となる。
【0013】
図5は、図4と同じくイメージセンサの光電変換特性図である。図5に示すように、任意のセンサ出力と検出光量とはリニアな領域内であるとして、原点を初めとする正規化直線53により正規化処理をすることが可能となる。したがって、任意のセンサ出力51に対する検出光量は図5から検出光量52となる。このような正規化処理が行われることにより、各画素のセンサ出力のバラツキをなくすことができる。
【0014】
図7は補正動作の手順を示すフローチャートである。まずステップ71で補正条件設定を開始し、ステップ72でイメージセンサ補正データ番号を設定し、ステップ73,74,75で光学条件やウエハの条件を設定し、ステップ76で補正動作を開始する。
【0015】
補正動作を開始したら、ステップ77によりイメージセンサ補正処理を行い、ステップ78で補正データを登録し、ステップ79で補正動作が終了する。
【0016】
図8は、パターン欠陥検査装置に備えられたモニタに表示される補正条件設定の画面の一例である。画面には、イメージセンサ補正データ番号表示部81,光学条件設定1表示部82,光学条件設定2表示部83,ウエハ条件設定表示部84などが表示される。この画面の各表示部に、図7で説明したように、各条件を入力する。
【0017】
入力が終わったら、補正開始ボタン85を押して、補正動作を開始する。各補正条件での補正データは補正データ記憶部15に登録される。図9はモニタに表示されるイメージセンサの補正情報の画面の例である。補正データ登録後、任意のデータを取出したい時に、イメージセンサ補正データ番号表示部91にイメージセンサ補正データ番号を入力することにより、補正データ記憶部15に登録された補正値一覧表92が表示される。
【0018】
このような補正データ登録動作を、ウエハの交換動作、すなわち、ロード/アンロードのタイミングで並行して行えば、従来の技術のように、数日間または一週間に一度程度、ミラーウエハを装置内にロードして補正データを登録する必要がなくなり、処理能力を低下させることなく高精度な感度補正が可能となる。
【0019】
またこれにより、補正データ登録動作と画像の正規化処理について、ウエハ毎、又は光学条件毎に行っても、同様に装置の処理能力を低下させることなく高精度な感度補正が可能となる。
【0020】
また、あらかじめ補正データをウエハ毎に設定することにより、ウエハをロード/アンロードする度に補正データを登録する必要が無いようにすることもでき、また、自動的に補正データ登録動作を行うことも可能である。
【0021】
以上述べたように、従来装置では、検査するウエハとは別にミラーウエハをウエハカセットからロード/アンロードして感度補正データを取得しなければならず、装置の処理能力低下はもとより補正間隔を短くして装置性能を維持することが困難であった。
【0022】
本発明の実施例によれば、パターン欠陥検査装置の処理時間に影響を与えることがなくなり、補正間隔をウエハ毎まで短縮することができるので、高精度な状態を維持しつつ高感度で実検査ができるという効果が期待できる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、パターン欠陥検査装置の処理能力を低下させずにイメージセンサの感度補正データを取得することが可能で、ロット毎あるいはウエハ毎の自動補正により高感度かつ高安定なパターン欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】パターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図。
【図2】従来のパターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図。
【図3】パターン欠陥検査装置の概略構成を示す構成図。
【図4】イメージセンサの光電変換特性図。
【図5】イメージセンサの光電変換特性図。
【図6】イメージセンサの全画素のセンサ出力と画素番号との関係図。
【図7】補正動作の手順を示すフローチャート。
【図8】モニタに表示される補正条件設定の画面図。
【図9】モニタに表示されるイメージセンサの補正情報の画面図。
【符号の説明】
1…移動ステージ、2…ウエハ、3…校正用ミラー片、4…対物レンズ、5,8…ハーフミラー、6…照明光学系、7…照明光源、9…自動焦点検出器、10…結像光学系、11…イメージセンサ、12…AD変換器、13…正規化回路、14…欠陥判定回路、15…補正データ記憶部、16…計算機、17…ウエハカセット。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a pattern defect inspection apparatus suitable for inspecting defects of a plurality of patterns formed on an inspection target object such as a semiconductor wafer, a photomask, and a printed circuit board, and includes an illumination optical system, an imaging optical system, Also, the present invention relates to a pattern defect inspection apparatus that corrects sensitivity variations among image sensors of an image sensor to obtain a normalized image without brightness unevenness, and a method of calibrating an image sensor.
[0002]
[Prior art]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional pattern defect inspection apparatus. In this apparatus, light from an illumination light source 7 passes through an illumination
[0003]
As for the
[0004]
When inspecting a pattern of a lithography mask for manufacturing a semiconductor device as a sample to be inspected, a correction pattern is provided on the mask, and based on a correction signal obtained by imaging the correction pattern, correction of an imaging signal and correction of focus are performed. Is known (for example, see Patent Document 1), but there is no document describing the above problem in sensitivity correction of an image sensor using a mirror wafer.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-281159 A
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to obtain sensitivity correction data of an image sensor without deteriorating the processing capability of a pattern defect inspection apparatus, and to perform highly sensitive and stable pattern defect inspection by automatic correction for each lot or wafer. It is an object to provide a device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention provides a method for capturing a plurality of images of an image sensor based on correction information obtained by a sensitivity calibration mirror piece of an image sensor provided on a moving stage that handles an inspection object. The correction is performed for each element.
[0008]
The correction is performed in parallel with the exchange operation of the inspection object.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a pattern defect inspection apparatus. The main configuration is the same as that of FIG. The
[0010]
An embodiment at the time of image sensor correction will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the pattern defect inspection apparatus. While the moving
[0011]
FIG. 6 shows a relationship between sensor outputs and pixel numbers for all pixels obtained by the
[0012]
FIG. 4 is a photoelectric conversion characteristic diagram of the image sensor, which serves as correction data. The correction of the
[0013]
FIG. 5 is a diagram showing the photoelectric conversion characteristics of the image sensor as in FIG. As shown in FIG. 5, assuming that an arbitrary sensor output and a detected light amount are within a linear region, it is possible to perform a normalization process using a normalization
[0014]
FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the correction operation. First, correction condition setting is started in
[0015]
When the correction operation is started, an image sensor correction process is performed in step 77, correction data is registered in
[0016]
FIG. 8 is an example of a correction condition setting screen displayed on a monitor provided in the pattern defect inspection apparatus. On the screen, an image sensor correction data
[0017]
When the input is completed, the
[0018]
If such correction data registration operation is performed in parallel with the wafer exchange operation, that is, at the timing of loading / unloading, the mirror wafer is placed in the apparatus about once every several days or once a week as in the conventional technology. And the need to register correction data, thereby enabling highly accurate sensitivity correction without lowering the processing capability.
[0019]
Further, even when the correction data registration operation and the image normalization process are performed for each wafer or for each optical condition, high-precision sensitivity correction can be similarly performed without lowering the processing capability of the apparatus.
[0020]
In addition, by setting correction data for each wafer in advance, it is not necessary to register the correction data every time a wafer is loaded / unloaded, and the correction data registration operation can be automatically performed. Is also possible.
[0021]
As described above, in the conventional apparatus, the sensitivity correction data must be obtained by loading / unloading the mirror wafer from the wafer cassette separately from the wafer to be inspected. Therefore, it was difficult to maintain the performance of the apparatus.
[0022]
According to the embodiment of the present invention, the processing time of the pattern defect inspection apparatus is not affected, and the correction interval can be shortened to every wafer, so that the actual inspection can be performed with high sensitivity while maintaining a high accuracy state. The effect that can be expected can be expected.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to acquire sensitivity correction data of an image sensor without lowering the processing capability of a pattern defect inspection apparatus, and to perform highly sensitive and highly stable pattern defect inspection by automatic correction for each lot or wafer. An apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a pattern defect inspection apparatus.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a conventional pattern defect inspection apparatus.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a pattern defect inspection apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing photoelectric conversion characteristics of an image sensor.
FIG. 5 is a photoelectric conversion characteristic diagram of the image sensor.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between sensor outputs of all pixels of an image sensor and pixel numbers.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of a correction operation.
FIG. 8 is a screen view of a correction condition setting displayed on a monitor.
FIG. 9 is a screen view of image sensor correction information displayed on a monitor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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