JP2005147691A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査対象から一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサで撮像して検出される検出画像のコントラストを向上させて欠陥の見逃しや虚報を低減し、微細な欠陥も検出可能にした検査装置及び検査方法並びにセンサ出力補正方法を提供する。
【解決手段】被検査対象１０１からの反射光もしくは回折光成分の分布を変更可能な複数の光学条件を任意に選択可能で、イメージセンサから光学的な画像を取得し、画像処理等により被検査対象の欠陥等を検査する検査装置において、光学条件（照明光学系、検出光学系、走査方向等）毎にイメージセンサの検出光に強度分布のむらが生じ難い試料１０１’を撮像して取得したセンサ感度補正用データと被検査対象試料１０１を撮像して取得したイメージセンサ検出視野内での光量分布とから、検査用イメージセンサ出力補正データを生成し、センサ出力補正部８でイメージセンサ出力の補正を行うものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査パターンの欠陥（ショートや断線など）や異物を検出するパターン検査技術、異物検査技術に係り、特に検出器として一次元もしくは二次元のイメージセンサを用いた場合のセンサ出力補正方法に関する。

イメージセンサのシェーディング補正方法に関する従来技術としては、特開２０００-３５８１６０号公報（従来技術１）及び特開平１０−２２４５２９号公報（従来技術２）において知られている。従来技術１には、キャリッジの移動により、原稿読取窓の位置（ホームポジション）に固定されていた読取位置を基準白板上で走査させて、読取った白基準を基に補正データを生成する方法が記載されている。従来技術２には、ラインセンサの走査速度変更により読取り画像を変倍する第１モード、変倍処理回路により読み取り画像を変倍する第２モード、及びラインセンサの走査速度変更による変倍と変倍処理回路による変倍を兼用する第３モードがあり、原稿のサイズ及び読取り解像度に応じて、何れかのモードを適応的に選択する方法等が記載されている。

特開２０００-３５８１６０号公報

特開平１０−２２４５２９号公報

光電変換型のイメージセンサを検出器として用いた複数の光学条件を設定可能な検査装置において、検出器のシェーディング補正用にセンサ出力補正データを生成する場合、従来技術１に記載の方法では被検査対象からの反射光もしくは回折光が被検査対象のパターン密度に応じて変化する光学条件においては、検出器で検出する検出光の強度分布がセンサ出力補正用データ生成時と検査時とで異なるため、正しく補正できず、センサ出力が不均一で、強度分布が低い(暗い)ところでは、コントラストが低下するという課題があった。

また、従来技術２に記載の方法も光学条件の変倍および速度変化には対応できるが、検出光の強度分布が異なる光学条件には対応できないため、シェーディング補正後もセンサ出力が不均一になるという課題があった。

本発明の目的は、上記課題を解決すべく、被検査対象から一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサで撮像して検出される検出画像のコントラストを向上させて欠陥の見逃しや虚報を低減し、しかも高感度で安定した検出感度を有するようにして微細な欠陥も検出可能にした検査装置及び検査方法並びにセンサ出力補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、回路パターンが形成された被検査対象を搭載するステージと、前記被検査対象に対して光を照明する照明光学系と、前記被検査対象物からの反射光若しくは回折光成分に基づく光学画像を受光して画像信号を出力する一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサを有する検出光学系と、前記被検査対象と前記イメージセンサとを相対的に走査して前記イメージセンサから出力される画像信号に対して前記イメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するセンサ出力補正部と、該センサ出力補正部で補正された画像信号を処理することによって欠陥を検出する画像処理部とを備え、前記照明光学系又は前記検出光学系には、前記イメージセンサが受光する前記被検査対象からの反射光若しくは回折光成分の分布としての光学条件を任意に変更可能な光学条件変更光学系を有することを特徴とする検査装置及びその方法である。

また、本発明は、前記センサ出力補正部は、更に、前記イメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正するように構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記光学条件変更光学系としては、偏光状態を変更可能な偏光素子群または遮光パターンを変更可能な空間フィルタを含むことを特徴とする。また、本発明は、前記光学条件変更光学系としては、照明条件を変更する照明光学系を含むことを特徴とする。

また、本発明は、さらに、前記センサ出力補正部においてイメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するための視野内傾き補間式を、前記光学条件変更光学系を所望の光学条件に設定した状態で、前記被検査対象の種類毎の試料を用いて前記イメージセンサから取得される同一視野内での出力分布に基づいて算出する補間式算出部を備えたことを特徴とする。また、本発明は、前記補間式算出部は、算出された視野内傾き補間式が許容範囲を越えている場合には再度同一視野内での出力分布を前記イメージセンサから取得して視野内傾き補間式を算出し直すことを特徴とする。

また、本発明は、さらに、前記センサ出力補正部においてイメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正するためのセンサ感度補正式を、前記光学条件変更光学系を所望の光学条件に設定した状態で、ミラー状の試料または試料のミラー部を用いて該試料に入射する入射光量と前記イメージセンサの画素毎からの出力との関係に基づいて算出する補正式算出部を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、被検査対象からの反射光もしくは回折光成分の分布を変更可能な複数の光学条件を任意に選択可能で、かつ、一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサを有し、検査対象を搭載したステージを走査するかもしくはイメージセンサを走査することにより光学的に画像を取得し、画像処理等により検査対象の欠陥等を検査する検査装置であって、光学条件（照明光学系、検出光学系、走査方向等）毎に、イメージセンサの検出光に強度分布のむらが生じ難い試料を撮像して取得したセンサ感度補正用データ（センサ感度補正式）と被検査対象試料を撮像して取得したイメージセンサ検出視野内での光量分布とから、検査用イメージセンサ出力補正データを生成し、イメージセンサ出力の補正を行うものである。

また、本発明は、前記検査装置において、前記補間式で補正した前記イメージセンサの出力分布の近似１次式の係数を算出し、前記算出した係数と任意に設定したしきい値とを比較し、該イメージセンサの出力分布の再補正の有無を判断することを特徴とする。

また、本発明は、前記検査装置において、凹凸が無いもしくは少ない検査対象エリアまたは非検査エリアにてイメージセンサの出力分布をフラットに補正するためのセンサ感度補正値（ｙ１＝ｆ（Ｓｘ））を算出し、凹凸が多い検査対象エリアを検査する際には、前記センサ感度補正値にて補正した凹凸が多い検査対象エリアでのイメージセンサ視野内での出力分布の傾きを近似多項式の視野内傾き補間式（ｙ２＝ｇ（ｘ））にて算出し、イメージセンサ視野内での出力比から該イメージセンサの出力分布をフラットに補正するための補正係数（（目標値／ｙ２）×ｙ１）を再度算出することを特徴とする。

本発明によれば、イメージセンサ出力の補正を行うことにより、イメージセンサの視野内での光量分布を均一に保つことができるため、イメージセンサの視野内で検出感度が均一で、かつ、センサ感度補正データのゲインを変更・調整することにより、検出画像のコントラストを向上させることができるため、欠陥の見逃しや虚報が低減でき、また微細な欠陥も検出可能な高感度で安定した検出感度を有する検査装置を実現することができる。

以下、本発明に係る検査装置及び検査方法並びにセンサ出力補正方法の実施の形態を図面を用いて説明する。

まず、本発明の特徴とするセンサ出力補正部を有する検査装置の一実施の形態について図１及び図２を用いて説明する。

本発明に係る検査装置は、被検査パターンの一例である半導体ウエハ（試料）１０１や凹凸のない無地の試料（ミラーウエハ）１０１’を載置する、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ（回転）ステージから構成されるステージ１０２と、例えばＵＶレーザ光源から構成される照明光源１０３、光量を調整するＮＤフィルタ１１１、ビームエキスパンダ１１３、照明範囲切替え光学系１１４、開口絞り１１５及び可干渉性低減光学系１１７等から構成される照明光学系１００と、該照明光学系１００からの照明光を反射させる分割プリズム１１８と、対物レンズ１２０、１／２波長板と１／４波長板などから構成される偏光素子群１１９、結像レンズ１２２、検出絞り１３０、リレーレンズ１２３及び一次元又は二次元のイメージセンサ１２１等から構成される検出光学系２００と、本発明の特徴とするセンサ出力補正部８、画像処理部９及び制御ＣＰＵ１０等から構成される主体制御部１５０とを備えて構成される。なお、凹凸のない無地の試料１０１’は、上記ステージ１０２と同期して移動するミラーウェハ専用の搭載台（図示せず）上に搭載しても良い。

照明光源１０３は、例えば波長２６６ｎｍや波長３５５ｎｍの紫外あるいは遠紫外レーザ光源から構成され、試料１０１を照明する光源である。紫外レーザ光源としては、固体のＹＡＧレーザを非線形光学結晶等で波長変換して基本波の第３高調波（３５５ｎｍ）や、第４高調波（２６６ｎｍ）を発生する装置で構成される。また、波長１９３ｎｍ、波長１９５ｎｍあるいは波長２４８ｎｍなどのレーザ光源を使用してもかまわない。さらに、レーザ光源として存在するならば１００ｎｍ以下の波長でも良く、解像度が益々向上することになる。また、レーザの発振形態は、連続発振でも、パルス発振でも構わないが、ステージを連続走行させて被対象物１０１からの画像を検出する関係で、連続発振が好ましい。ステージ１０２は、ステージ制御回路１３５によって図示しない方法によりＸ、Ｙ、θ方向の制御が可能である。Ｚステージ１０２’はＺステージ制御回路１３６によって図示しない方法によりＺ方向の制御が可能である。

照明光源１０３からの光束Ｌ１は、シャッタ１０４によって光路を通過、遮断が可能である。シャッタ１０４はシャッタ制御回路１０５により任意の時間で移動が可能である。光束Ｌ１は、ミラー１０６とミラー１０７により光束Ｌ１の光軸を上下左右に調整可能である。ミラー１０６とミラー１０７は図示しない方法で上下左右方向に移動可能である。光路分割ミラー１０９は光束Ｌ１の一部光量を取り出し可能である。その反射光を分割センサ１１０に投影するように設置する。ミラー制御回路１０８は、分割センサ１１０の位置を検出し、その位置が所定の位置から変化したときにミラー１０６とミラー１０７を移動することが可能である。光量を調整するＮＤフィルタ１１１により、検査に必要な光量を制御する。ＮＤフィルタ１１１は図示しない方法によりＮＤフィルタ制御回路１１２の指令により駆動可能である。ビームエキスパンダ１１３により光束を対物レンズ１２０の瞳１２０ａの大きさになるように拡大する。拡大された光束は、照明範囲切替え光学系１１４により検出器１２１、１２８の種類に応じて試料１０１上の照明範囲を設定する。開口絞り１１５は、対物レンズ１２０の瞳１２０ａと共役の位置に設置し、瞳１２０ａに入射するＮＡ等を制御するものである。開口絞り１１５は図示しない方法で開口絞り制御回路１１６の指令により駆動可能である。光束は、可干渉性低減光学系１１７を透過し、分割プリズム１１８により対物レンズ１２０に光束を導く。可干渉性低減光学系１１７は、照明光源１０３から出射されるレーザ光の可干渉性を低減するものである。この可干渉性低減光学系１１７は、時間的あるいは空間的コヒーレンスを低減するものであれば良い。可干渉性低減光学系１１７としては、例えば、照明光源１０３からのレーザビームを対物レンズ１２０の瞳上で走査するための機構で構成することができる。分割プリズム１１８は、場合により偏光ビームスプリッタで構成され、照明光源１０３からの照明光を反射させて対物レンズ１２０を通して試料１０１に対して例えば明視野照明を施すように構成している。分割プリズム１１８を偏光ビームスプリッタで構成すると、照明光の偏光方向が反射面と平行な場合は反射し、垂直な場合は透過する作用をもつ。従って、照明光源にレーザ光を用いると、元々偏光レーザ光であるため、分割プリズム１１８によってこのレーザ光を全反射させることが可能となる。偏光素子群１１９は、照明光及び反射光の偏光方向を制御して、パターンの形状、密度差により、反射光がイメージセンサ１２１へ明るさむらとなって到達しないように、照明光の偏光比率を図示しない方法で任意に調整する機能を有するもので、例えば、１／２波長板と１／４波長板で構成される。この１／２波長板、および１／４波長板の各々を光軸回りに回転制御して回転角を設定することによって、試料１０１上に形成された回路パターンから発する反射光の偏光状態、即ち、反射光の回折光成分が制御されることになり、例えば、０次回折光を減衰させ、高次回折光を殆ど減衰させることなくイメージセンサ１２１によって検出でき、その結果回路パターンのコントラストが飛躍的に向上し（発明者らの実験によると約２０〜３００％コントラストが向上する）、安定した検出感度を得ることができる。またパターンコントラストを向上させるために、偏光素子群１１９の制御に基いて、ＵＶレーザ光の偏光状態を自在に制御できることに着目し、照明光の直線偏光の向き、楕円率を制御し、イメージセンサ１２１で検出光の一部偏光成分を検出することを可能にした。ＵＶレーザ光による照明の特徴は、単一波長であり、直線偏光にある。そのため、偏光素子群１１９により、効率的に偏光状態を制御することができる。より具体的には１／２波長板で照明光の直線偏光の向き、１／４波長板で楕円率を変えることができる。これらの組み合わせにより、平行ニコルと直交ニコルも実現できる。勿論円偏光状態も実現できる。

照明光は、対物レンズ１２０により試料１０１に照明され、その反射光を再び対物レンズ１２０によって取り込む。その反射光は、結像レンズ１２２及びリレーレンズ１２３によってのイメージセンサ１２１に結像するように構成する。長手方向に例えば４０９６画素並べられた一次元又は二次元のイメージセンサ１２１は、試料上換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、ＣＣＤのように蓄積型の検出器（具体的にはＴＤＩセンサ）で構成され、被検査パターンの一例である試料１０１からの反射光の明るさ（濃淡）に応じた濃淡画像信号を出力するものである。対物レンズ１２０としては、屈折型のレンズでもよいが、反射型の対物レンズを用いてもよい。分割プリズム１１８と結像レンズ１２２の光路中にビームスプリッタ１２４を設け、その反射光をレンズ１２５により例えばＣＣＤカメラのような検出器１２６によって対物レンズ１２０の瞳１２０ａを観察可能にする。ビームスプリッタ１２４は反射を例えば５％程度になるようにし、ほとんどが透過光となるような光学特性を持たせることによって検査光量に影響しないようにする。さらに結像レンズ１２２とリレーレンズ１２３の光路中にミラー１２７を挿入する。ミラー１２７で反射した光束は、例えばＣＣＤカメラのような検出器１２８に導かれ、結像レンズ１２２の結像位置に設けられる。すなわち、検出器１２８によって試料１０１の像が観察可能となる。検出器１２８は検出器制御回路１２９によって撮像のタイミングを制御可能である。なお、上記ミラー１２７は図示しない方法によって光路中に挿入あるいは排出可能である。検査時にはこのミラー１２７を排出し、検査光量に影響しないようにする。結像レンズ１２２の結像位置に検出絞り１３０を設置する。検出絞り１３０は図示しない方法によって、検出絞り制御回路１３１により検出光束の径を制御可能である。イメージセンサ１２１は駆動測度、タイミングなどの指令をイメージセンサ制御回路１３２によって制御可能である。試料１０１の表面と対物レンズ１２０の焦点位置を常に合わせるため自動焦点系１３３を対物レンズ１２０の周辺に設置し、図示しない方法によって試料１０１の高さを検出し、その高さを高さ検出回路１３４によって計測し、Ｚステージ制御回路１３６に高さの偏差を入力することでＺステージ１０２’を制御して試料１０１の高さを合せることができる。

以上説明したように、図１及び図２に示す検査装置は、結像レンズ１２２の倍率、照明方式（明視野照明、暗視野照明、偏光照明及び輪帯照明等の変形照明など）、検出方式（偏光検出、空間フィルタ検出等の回折光検出）及び走査方向（走査方向によって回路パターンの密度が変動する）等の光学条件を変更可能である。

即ち、上記照明光学系１００は、例えば開口絞り１１５を交換することによって、明視野照明、暗視野照明、偏光照明及び輪帯照明等の変形照明などの照明光学条件を変更可能に構成される。即ち、開口絞り１１５において、周囲を遮光するものにすることによって明視野照明が可能となり、中央を遮光するものにすることによって暗視野照明が可能となり、輪帯状のものにすることによって輪帯照明が可能となる。また、例えば偏光素子群１１９を制御する（例えば１／２波長板及び１／４波長板の各々を光軸回りに回転制御する）ことによって照明光の直線偏光の向き、楕円率を変更することが可能となる。上記検出光学系２００において、結像レンズ１２２として結像倍率の異なるレンズに交換することによって、結像倍率の検出光学条件を変更することが可能となる。また、上記偏光素子群１１９を制御することによって、偏光検出による回折光検出等の検出光学条件を変更することが可能となる。また、対物レンズ１２０の瞳１２０ａと共役な位置に設けられた遮光パターンを有する空間フィルタ（図示せず）を交換若しくは上記遮光パターンを制御することにより、空間フィルタ検出による回折光検出等の検出光学条件を変更することが可能である。

以上説明したように光学条件変更光学系としては、照明光学系１００における例えば開口絞り１１５の変更、検出光学系２００における偏光素子群１１９の光軸回りの回転制御、結像レンズ１２２の交換等が考えられる。

本体制御部１５０は、イメージセンサ１２１の各画素毎に得られる画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部７と、該Ａ／Ｄ変換部７からイメージセンサの各画素毎に得られるディジタル画像信号に対して補正式（ｙ＝（目標値／ｙ２）×ｙ１）に基いてイメージセンサの視野内での光量分布を均一に補正するセンサ出力補正部８と、該センサ出力補正部８で補正された検出画像信号と参照画像信号とを位置合せをして比較して特徴量の相違に基いて欠陥を検出する画像処理部９と、上記補正式の係数ｙ１、ｙ２を求め、さらに前述したすべての制御回路の制御を行う制御ＣＰＵ部１０とを備え、さらに入力部１１、画像処理結果やセンサ出力補正結果等を表示する表示部１２、出力部１３及び記憶部１４を接続して構成される。即ち、本体制御部１５０は、本発明の特徴とするイメージセンサ１２１の視野内での光量分布を均一に補正するセンサ出力補正部８を内蔵する。なお、これらの光学系は、図示しない光学架台上に展開し、光源および照明光学系、検出光学系及びイメージセンサなどの光学系を一体化して構成する。その光学架台は、例えば門型のようにし、ステージ１０２の移動範囲に干渉しないような配置でステージ１０２を設置した定盤等に設置される。そのため、温度変化、振動等による外乱に対し、安定した検出が可能となる。

以上の構成により、照明光源１０３より出射された紫外光（例えば紫外レーザ光）Ｌ１は、ミラー１０６、１０７で反射され、光量を制限するＮＤフィルタ１１１を透過し、ビームエキスパンダ１１３で拡大され、可干渉性低減光学系１１７、分割プリズム１１８、および偏向素子群１１９を介して対物レンズ１２０に入射し、試料（半導体ウエハ）１０１上に照射される。即ち、紫外光は、対物レンズ１２０の瞳１２０ａに集光された後、試料１０１の上にケーラー照明される。試料１０１からの反射光は、試料１０１の垂直上方より対物レンズ１２０、偏光素子群１１９、分割プリズム１１８、および結像レンズ１２２、リレーレンズ１２３を介してイメージセンサ１２１で検出される。検査時は、ステージ１０２を走査して試料１０１を等速度で移動させつつ、焦点検出系１３３で、試料１０１の被検査面のＺ方向位置を図示しない方法で常に検出し、対物レンズ１２０との間隔が一定になるようにＺステージ１０２’をＺ方向に制御する。イメージセンサ１２１は、試料１０１上に形成された被検査パターンの明るさ情報（濃淡画像信号）を高精度で検出する。しかしながら、センサ出力補正部９を適用する照明光学系１００及び検出光学系２００は、上記実施の形態に限定されるものではない。

次に、本発明の特徴とするセンサ出力補正部９の実施例について図３〜図７を用いて説明する。図３は、本発明に係るイメージセンサ出力補正方法の原理を説明するための図である。複数の光学条件を選択可能な検査装置において、まず、感度が変動する可能性が生じる度ごとに、凹凸が少なくイメージセンサの視野内での反射光分布にむらのないミラーウェハ１０１’をステージ１０２又は該ステージ１０２と同期して移動するミラーウェハ専用の搭載台（図示せず）上に搭載し、制御ＣＰＵ部（センサ感度補正式算出部）１０は、複数の光学条件から例えば光学条件Ａを選択し、ＮＤフィルタ制御回路１１２を介してＮＤフィルタ１１１を切替え又は制御して上記ミラーウェハ１０１’への入射光量を複数変化させて、図３（ａ）に示すような長手方向に例えば４０９６画素並べられたイメージセンサ１２１の画素毎のセンサ出力データをＡ／Ｄ変換後取得して例えば記憶部１４に記憶する。図３（ａ）は、ミラーウェハを使用し、光学条件をＡに設定し、変化させた入射光量（Ｉ）をパラメータに各画素毎（ｘ）に出力されるセンサ出力データ（Ｓｘ）をプロットしたものである。次に、制御ＣＰＵ部１０は、図３（ｂ）に示すように、横軸がセンサ各画素（ｘ）の出力（Ｓｘ）、縦軸が補正後の出力（ｙ１）となる１次もしくは多項式の補正曲線（即ち、センサ感度補正式（ｙ１＝ｆ（Ｓｘ）、Ｓｘはセンサ各画素（ｘ）の出力））を各画素毎（ｘ）に求めて記憶部１４に登録する。このセンサ感度補正式（ｙ１＝ｆ（Ｓｘ））により各画素毎（ｘ）に補正すれば、図３（ｃ）に示すように、全画素の出力が同一入射光量の時には同じ値となる。

しかし、センサ感度補正データ（センサ感度補正式）を生成したミラーウェハ１０１’ではセンサ画素（ｘ）の出力（ｙ１）をフラットに補正できるが、試料からの反射光や回折光成分を変化させる光学条件Ａにおいては、製品ウェハのように回路パターンが存在し、センサ視野内において回路パターン密度に粗密があると光軸に対する反射光や回折光（特に高次回折光成分）の傾きが変動し、その結果図３（ｄ）に示すようにミラーウェハと製品ウェハの検出光の強度分布が異なることになる。そのため、感度補正だけではセンサ出力を補正することができない。即ち、結像レンズの倍率、照明方式、検出方式及び走査方向等の光学条件が変更されると、回路パターンの密度に応じて結像レンズ１２２の光軸に対する上記回路パターンから発生する反射光や回折光（特に高次回折光成分）の傾きに変動が生じて図３（ｄ）に示すように、センサ視野内の光量分布に傾きを持つことになる。

そこで、被検査対象である製品ウェハの種類が変わる度に、実際の回路パターンが存在する製品ウェハ１０１をステージ１０２上に搭載し、制御ＣＰＵ部（視野内傾き補間式算出部）１０は、上記光学条件Ａを選択し、所定の入射光量にして所定パターン密度の領域毎にイメージセンサ１２１で撮像されるセンサ視野内の複数個所（例えば、図６に示すように、ｅ１（エリア１），ｅ２（エリア２），ｅ３（エリア３））のセンサ出力データ（例えば、Ｐｅ１，Ｐｅ２，Ｐｅ３）をＡ／Ｄ変換後取得して例えば記憶部１４に記憶する。これは製品ウェハ１０１の種類が変わる度に、また光学条件を変える度に、取得する必要がある。そして、制御ＣＰＵ部１０は、所定パターン密度の領域毎に取得され、上記センサ感度補正式に従って補正されたセンサ視野内の上記複数個所のセンサ出力データ（例えば、ｙ１（Ｐｅ１），ｙ１（Ｐｅ２），ｙ１（Ｐｅ３））を基に、センサ視野内での光量分布（傾き）を製品ウェハの視野内傾き補間式（ｙ２＝ｇ（ｘ）、ｘはセンサ画素（例えばｅ１，ｅ２，ｅ３））にて算出して記憶部１４に登録する。これによって、補正式（ｙ１）および補間式（ｙ２）が求まり、センサ出力補正部８で補正するイメージセンサ１２１の各画素毎（ｘ）に製品ウェハ検査用の補正式（ｙ＝（目標値／ｙ２）×ｙ１）が算出されることになる。勿論、該算出されるイメージセンサ１２１の各画素毎（ｘ）に製品ウェハ検査用の補正式（ｙ＝（目標値／ｙ２）×ｙ１）を記憶部１４に登録しておいてもよい。

このように、実際の製品ウェハ１０１から所定パターン密度の領域毎にイメージセンサ１２１の各画素毎に取得されるデータをセンサ出力補正部８で補正することにより、図３（ｅ）に示すように、全画素の補正後の出力が目標値となる。これにより、イメージセンサ１２１にて検出する検出光の光量分布が均一になり、かつ、目標値／ｙ２をゲインとしてｙ１に与えることによりコントラストの向上も図ることができる。なお、イメージセンサ１２１にて取得したデータを並列に分解して画像処理等のデータ処理を行う場合やイメージセンサ自体が並列に動作し、画像処理単位がイメージセンサの並列数に比例する場合等には、補正後の目標値をそれぞれ並列処理単位毎に持つ構成としても良い。また、目標値は、階調変換と同様に、パターン密度の高い領域とパターン密度の低い領域との各々において明るさやコントラストが最適になるように変更してもよい。

次に、本発明に係るイメージセンサ出力補正方法の処理フローの一実施例について図４を用いて説明する。図１及び図２に示す如く、複数の光学条件を選択可能な検査装置において、図４に示すように、先ず、制御ＣＰＵ部１０は、入力部１１及び表示部１２に表示されたＧＵＩ（Graphical User Interface）によって記憶部１４に記憶された、実際に検査する被検査対象（製品ウェハ）に対応させた検査レシピに従って光学条件を決定し、該決定された光学条件になるように照射光学系１００または検出光学系２００を制御する（Ｓ２００）。勿論、被検査対象内の領域毎に光学条件を変えるように決定してもよい。制御ＣＰＵ部１０は、上述したように感度が変動する可能性がある度毎に、上記決定された光学条件で、凹凸のない無地（ミラー状）の試料１０１’を使用し、入射光量（Ｉ）を変化させてセンサ感度補正データ（センサ感度補正式（ｙ１＝ｆ（Ｓｘ））を生成する（Ｓ２０１）。次に、制御ＣＰＵ部１０は、被検査対象（製品ウェハ）の種類が変わる度に、上記決定された光学条件で、回路パターンが存在する被検査対象（製品ウェハ）を使用し、検査用センサ出力補正データ（製品ウェハの視野内傾き補間式（ｙ２＝ｇ（ｘ）））を生成する（Ｓ２０２）。以上説明したように、補正式（ｙ１）および補間式（ｙ２）が求まることにより、センサ出力補正部８で補正するイメージセンサ１２１の各画素毎（ｘ）に製品ウェハ検査用の補正式（ｙ＝（目標値／ｙ２）×ｙ１）が算出されて記憶部１４に登録されることになる。ここまでが、実際被検査対象を検査する前の準備段階である。

次に、被検査対象（検査対象の製品ウェハ）に対して検査を開始する際には、制御ＣＰＵ部１０は、入力部１１及び表示部１２に表示された画面（ＧＵＩ）を用いて、検査レシピとして、上記決定された光学条件を含めて、画像処理部９での画像処理のパラメータや被検査対象上の検査範囲設定等の検査条件を設定する（Ｓ２０３）。その後、制御ＣＰＵ部１０からの指令に基づいて被検査対象を搭載したステージ１０２を連続走行させて被検査対象１０１を走査するかもしくは光学ヘッド全体１００、２００を連続走行させてイメージセンサ１２１を走査することにより（被検査対象１０１とイメージセンサ１２１とを相対的に走査することにより）、上記光学条件でイメージセンサ１２１がセンサ視野内において密度に粗密がある回路パターンからの回折光による画像を撮像し、その画像信号を出力し、Ａ／Ｄ変換部７でデジタル画像信号に変換される。そして、センサ出力補正部８において、上記デジタル画像信号は、各画素毎（ｘ）に、記憶部１４に記憶されている製品ウェハ検査用の補正式（ｙ＝（目標値／ｙ２）×ｙ１）に基づいて視野内で一様な目標値になるように補正されて画像処理部９に入力されることになる。

画像処理部９では、センサ出力補正部８で補正された検出画像信号と、チップ間隔またはセル間隔遅延された参照画像信号との間でチップ比較またはセル比較されて欠陥候補を抽出し、該欠陥候補についての特徴量（欠陥候補の面積、長さ、輝度等）が算出され、該算出された欠陥候補の特徴量に基いて真の欠陥が検出され、そのカテゴリが分類されて検査が行われて検査結果として制御ＣＰＵ部１０に出力される（Ｓ２０４）。そして、制御ＣＰＵ部１０は、上記検査結果を表示部１２に表示を行なったりして出力される（Ｓ２０５）。

次に、本発明に係るセンサ出力補正方法のより詳細な処理フローの一実施例について図５を用いて説明する。複数の光学条件を選択可能な検査装置において、センサ感度補正データの生成（Ｓ２０１）と実際に検査する製品ウェハ用の補正データの生成（Ｓ２０２）とを行う。センサ感度補正データの生成（Ｓ２０１）は、選択された光学条件毎に、まず試料にミラーウェハ１０１’を使用し、制御ＣＰＵ部１０が入射光量（Ｉ）別にデータの取得を行う（Ｓ２０１１）。このとき、イメージセンサ１２１としてＴＤＩ（Time Delay & Integration）センサのように走査方向が双方向のセンサを使用する場合には、順方向および逆方向両方のデータを取得する。次に、制御ＣＰＵ部１０は、該取得した入射光量別データから各画素毎に同じ入射光量時には全画素のセンサ出力が同じになるように図１（ｂ）に示すような補正式（ｙ１＝ｆ（Ｓｘ））を算出して記憶部１４に登録することによってセンサ感度補正データの生成・保存を行う（Ｓ２０１２）。この補正式は、実際のセンサ出力を（Ｓｘ）、補正後の目標値を（ｙ１）とした場合に、最小二乗法等の補間によりセンサ出力特性に応じて１次式もしくは多項式にて算出すれば良い。また、補正データとしては、算出した１次式もしくは多項式の係数を各画素毎に保存する。

次に、実際に検査する製品ウェハ用の補正データの生成（Ｓ２０２）は、選択された光学条件毎に、製品ウェハのイメージセンサ視野内の光量分布を測定するため、データ取得対象の交換を行う（Ｓ２０２１）。実際に検査する製品ウェハ上には、密度に粗密がある回路パターンが形成されている関係で、センサ視野内において密度に粗密がある回路パターンからの回折光による画像を撮像し製品ウェハの場合、製品ウェハ上には、密度の異なるこのデータ取得対象の交換は、検査試料搭載用のステージ１０２に搭載されているミラーウェハ１０１’をカセット（図示せず）に戻し、製品ウェハ１０１を検査試料搭載用のステージ１０２に搭載する方式でも良いし、検査試料搭載用のステージ１０２とは別に検査試料搭載用のステージと同期して移動するミラーウェハ専用の搭載台（図示せず）を設け、ここにミラーウェハ１０１’を搭載しておくことで、ウェハのロード／アンロードの時間を省けるような構成にしておき、イメージセンサで撮像する位置をステージ移動のみで変更する方式でも良い。データ取得対象の交換が終わると、制御ＣＰＵ部１０は、ＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えたデータ取得位置情報３０５に基づいて製品ウェハ内のどの位置でデータを取得するかを決定する（Ｓ２０２２）。その後、制御ＣＰＵ部１０は、選択された光学条件毎に、イメージセンサ１２１からイメージセンサ視野内の光量分布データを取得し（Ｓ２０２３）、該取得したイメージセンサ視野内の光量分布データに対して、図１（ｄ）に示すように横軸にセンサ画素（ｘ）、縦軸に上記センサ感度補正式にて補正した補正後のセンサ出力（ｙ１）をとり、イメージセンサ視野内での光量分布（傾き）を最小二乗法等の補間により近似１次式もしくは近似多項式にて光量分布補間式（視野内傾き補間式）（ｙ２＝ｇ（ｘ））を算出して記憶部１４に登録する（Ｓ２０２４）。ここで、製品ウェハでのデータ取得位置は、イメージセンサ視野内での光量分布を補間式にて求めるため、図６に示すようにイメージセンサ視野内の両端および中央のエリア１、エリア２、エリア３に特殊な回路パターン等が存在しなければ、両端および中央のエリア１、エリア２、エリア３のデータのみでも製品ウェハの光量分布補間式が算出可能であるため、製品ウェハの設計データや座標データを用いて自動もしくは半自動で決定すれば良い。また、エリア１、エリア２、エリア３に光量分布補間式が算出可能な有効なデータがどの程度あるかを判定する機能を付加しても良い。また、イメージセンサの視野内に光量分布補間式が算出可能な有効なデータが２箇所あるいは１箇所しかない場合には、エリア１、エリア２、エリア３に光量分布補間式が算出可能な有効なデータが入るように撮像位置を変えて２回あるいは３回に分けて撮像し、撮像したデータを合成することでイメージセンサの視野内の光量分布補間式を算出するか、２回あるいは３回に分けて撮像したデータから直接イメージセンサの視野内の光量分布補間式を算出すれば良い。なお、製品ウェハでの同じ回路パターン密度でデータ取得位置が複数ある場合には、取得した複数のデータの平均値を求め、この平均値より光量分布補間式を算出しても良いし、製品ウェハを回路パターン密度に応じて複数の検査エリアに分割し、検査エリア毎に光量分布補間式を算出しても良い。

光量分布補間式を算出後は、制御ＣＰＵ部１０は、補正後の全画素のセンサ出力がＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えた補正目標値３０９になるように各画素毎に検査用センサ出力補正データの生成・保存を行う（Ｓ２０２５）。この時の補正方法としては、補正目標値３０９を先に求めた光量分布補間式（ｙ２＝ｇ（ｘ））で割った値をゲインとして、ミラーウェハにて算出したセンサ感度補正データ（ｙ１）に乗算すれば良い。なお、上述したように製品ウェハを複数の検査エリアに分割する場合には、検査用センサ出力補正データの生成・保存（Ｓ２０２５）を各検査エリア毎に行えば良い。検査用センサ出力補正データの生成・保存後は、制御ＣＰＵ部１０は、補正後のイメージセンサ視野内の光量分布（傾き）を最小二乗法等の補間により近似１次式もしくは近似多項式にて算出し、算出した補間式の係数をＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えたしきい値と比較し（Ｓ２０２６）、しきい値よりも小さい場合には補正データの生成（Ｓ２０２）を終了し、補正結果を表示部１２に表示する（Ｓ２０２７）。また、補間式の係数が、例えば図７に示すように、１次式で補間し、イメージセンサ視野内の光量分布がｙ２＝ａｘ＋ｂである時には、傾きａがしきい値よりも大きい場合には、光量分布データの取得（Ｓ２０２３）からやり直す。なお、この時には、取得したデータの補間データとしては、ミラーウェハにて生成したセンサ感度補間データではなく、検査用センサ出力補正データを使用する。これは、次に検査用センサ出力補正データの生成・保存を行った際には、１つ前に行った検査用センサ出力補正データの生成・保存結果を反映させることで、補正後のイメージセンサ視野内の光量分布の傾きがしきい値以下になるように収束させるためである。即ち、上記制御ＣＰＵ部（補間式算出部）１０は、算出された視野内傾き補間式が許容範囲を越えている場合には再度同一視野内での出力分布を前記イメージセンサから取得して視野内傾き補間式を算出し直すことによって、以前に行った検査用センサ出力補正データ（視野内傾き補間式）の生成・保存結果を反映させることで、補正後のイメージセンサ視野内の光量分布の傾きが上記許容範囲以下になるように収束させるためである。

ここで、このしきい値判定（上記許容範囲を越えているか否かの判定）による繰り返し処理は、自動で収束するまで行っても良いし、繰り返し回数をＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えても良い。

また、制御ＣＰＵ部１０は、ミラーウェハ１０１’と同様に、凹凸が無いもしくは少ない検査対象エリアまたは非検査エリアにて、イメージセンサ１２１の出力分布をフラットに補正するためのセンサ感度補正式（ｙ１）を算出し、凹凸が多い検査対象エリアを検査する際には、上記センサ感度補正式（ｙ１）にて補正した凹凸が多い検査対象エリアでのイメージセンサ視野内での出力分布の傾きを近似多項式にて算出し、イメージセンサ視野内での出力比（ｙ１／ｙ２）から該イメージセンサ１２１の出力分布をフラットに補正する補正係数（（目標値／ｙ２）×ｙ１）を再度算出して記憶部１４に登録する。これにより、センサ出力補正部８は、実際凹凸が多い検査対象エリアからイメージセンサ１２１が検出する画像信号に対して上記補正係数（（目標値／ｙ２）×ｙ１）で補正することにより、イメージセンサ視野内でのコントラストを均一にすることが可能となる。

以上説明したように、複数の光学条件を選択可能な検査装置において、イメージセンサ１２１と画像処理部９との間に、本発明の特徴とするセンサ出力補正方法によるセンサ出力補正部８を設けることで、結像レンズの倍率や照明方式（明視野照明、暗視野照明、偏光照明、輪帯照明等の変形照明）、検出方式（偏光検出、空間フィルタ検出等の回折光検出）等の光学条件を変更した場合でも、各光学条件において、イメージセンサの視野内での光量分布を均一に保つことができ、センサ感度補正データのゲインを変更・調整することにより、検出画像のコントラストを向上させることができるため、イメージセンサの視野内で検出感度が均一で、かつ、高い検出感度を有する良好な検出結果を得ることが可能となる。

次に、画像処理部９の一実施例について図８を用いて説明する。画像処理部９は、画像フィルタ２１５、遅延メモリ２０２、位置合わせ部２０３、局所階調変換部２０４、比較部２０５、画像入力部２０６及び散布図作成部２０７等から構成される。画像フィルタ２１５は、センサ出力補正部８で補正された検出画像信号から、ＵＶ光又はＤＵＶ光で検出された画像のノイズを除去するフィルタである。遅延メモリ２０２は、参照画像信号を記憶する記憶部であり、画像フィルタ２１５からの検出画像信号を、繰り返されるセルピッチ分又はチップピッチ分記憶して遅延させるものである。位置合わせ部２０３は、センサ出力補正部８で補正された検出画像信号と遅延メモリ２０２から得られる参照画像信号との位置ずれ量を正規化相関によって検出して画素単位に位置合わせを行う部分である。局所階調変換部２０４は、特徴量（明るさ、微分値、標準偏差、テクチャ等）の異なる信号を、上記特徴量が一致するように双方若しくは一方の画像信号について局所的に階調変換する部分である。比較部２０５は、局所階調変換部２０４で局所的に階調変換された検出画像信号と参照画像信号とをセル比較若しくはチップ比較をして特徴量の相違に基ついて欠陥を検出する部分である。比較部の詳細は、例えば画像の位置合わせ回路や、位置合わせされた両画像の差画像を検出する差画像検出回路、差画像を２値化して不一致による欠陥候補を検出する不一致検出回路、及び欠陥候補の面積や長さ（投影長）、座標などの特徴量を算出する特徴量抽出回路及び欠陥候補の特徴量に基いてカテゴリ毎の真の欠陥を検出する分類器等で構成される。分類器としては、両画像を入力する画像入力部２０６と、入力された両画像について、カテゴリ別の検出画像の特徴量と参照画像の特徴量との散布図を作成する散布図作成部２０７とを含むものである。

以上説明したように本実施の形態によれば、被検査対象（製品ウェハ）に形成された回路パターンの密度に応じて被検査対象から検出される反射光もしくは回折光成分の分布を変更可能な複数の光学条件を任意に選択可能で、かつ、一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサを有し、被検査対象を搭載したステージを走査するかもしくはイメージセンサを走査することにより光学的に画像を取得し、画像処理等により検査対象の欠陥等を検査する検査装置において、光学条件（照明光学系、検出光学系、走査方向等）毎にイメージセンサの検出光に強度分布のむらが生じ難い試料（ミラーウェハ）を撮像して取得したセンサ感度補正用データと被検査対象試料（製品ウェハ）を撮像して取得したイメージセンサ検出視野内での光量分布から、検査用イメージセンサ出力補正データを生成し、イメージセンサ出力の補正を行うことにより、イメージセンサの視野内での光量分布を均一に保つことができため、イメージセンサの視野内で検出感度が均一で、かつ、センサ感度補正データのゲインを変更・調整することにより、検出画像のコントラストを向上させることができるため、欠陥の見逃しや虚報が低減でき、また微細な欠陥も検出可能な高感度で安定した検出感度を実現することができる。

本発明に係るセンサ出力補正方法も用いた検査装置の原理を示す図である。 本発明に係るセンサ出力補正方法も用いた検査装置の一実施の形態を示す具体的構成図である。 本発明に係るセンサ出力補正方法の一実施例を説明するための図である。 本発明に係るセンサ出力補正方法も用いた検査装置における検査フローの一実施例を示す概略フロー図である。 本発明に係るセンサ感度補正データ生成・保存および検査用センサ出力補正データ生成・保存の処理フローの一実施例を示す図である。 イメージセンサ視野内での光量分布（出力分布）を視野内傾き補間式で求めるために、製品ウェハで、光学条件をＡにしたときのイメージセンサ視野内でのデータの取得位置（ｘ）を示す図である。 本発明に係る本方式補正後一次補間式によって補正されたセンサ画素（ｘ）に対する補正後の出力を示す図である。 本発明に係る画像処理部の一実施例を示す図である。

符号の説明

７…Ａ／Ｄ変換部、８…センサ出力補正部、９…画像処理部、１０…制御ＣＰＵ部（補正式及び補間式算出部）、１１…入力部、１２…表示部、１３…出力部、１４…記憶部、１００…照明光学系、１０１…試料（製品ウェハ）、１０１’…試料（ミラーウェハ）、１０２…ステージ、１０２’…Ｚステージ、１０３…照明光源（レーザ光源）、１０４…シャッタ、１０５…シャッタ制御回路、１０６、１０７…ミラー、１０８…ミラー制御回路、１０９…光路分割ミラー、１１０…分割センサ、１１１…ＮＤフィルタ、１１２…ＮＤフィルタ制御回路、１１３…ビームエキスパンダ、１１４…照明範囲切替え光学系、１１５…開口絞り（光学条件変更光学系）、１１６…開口絞り制御回路、１１７…可干渉性低減光学系、１１８…分割プリズム、１１９…偏光素子群（光学条件変更光学系）、１２０…対物レンズ、１２０ａ…瞳、１２１…イメージセンサ、１２２…結像レンズ（光学条件変更光学系）、１２３…リレーレンズ、１２４…ビームスプリッタ、１２５…レンズ、１２６…検出器、１２７…ミラー、１２８…検出器、１２９…検出器制御回路、１３０…検出絞り、１３１…検出絞り制御回路、１３２…イメージセンサ制御回路、１３３…自動焦点系、１３４…高さ検出回路、１３５…ステージ制御回路、１３６…Ｚステージ制御回路、１５０…本体制御部、２００…検出光学系、２０２…遅延メモリ、２０３…画素単位位置合わせ部、２０４…局所階調変換部、２０５…比較部、２１５…画像フィルタ。

Claims (14)

1. 回路パターンが形成された被検査対象を搭載するステージと、
   前記被検査対象に対して光を照明する照明光学系と、
   前記被検査対象物からの反射光若しくは回折光成分に基づく光学画像を受光して画像信号を出力する一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサを有する検出光学系と、
   前記被検査対象と前記イメージセンサとを相対的に走査して前記イメージセンサから出力される画像信号に対して前記イメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するセンサ出力補正部と、
   該センサ出力補正部で補正された画像信号を処理することによって欠陥を検出する画像処理部とを備え、
   前記照明光学系又は前記検出光学系には、前記イメージセンサが受光する前記被検査対象からの反射光若しくは回折光成分の分布としての光学条件を任意に変更可能な光学条件変更光学系を有することを特徴とする検査装置。
2. 前記センサ出力補正部は、更に、前記イメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正するように構成したことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記光学条件変更光学系としては、偏光状態を変更可能な偏光素子群または遮光パターンを変更可能な空間フィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
4. 前記光学条件変更光学系としては、照明条件を変更する照明光学系を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の検査装置。
5. さらに、前記センサ出力補正部においてイメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するための視野内傾き補間式を、前記光学条件変更光学系を所望の光学条件に設定した状態で、前記被検査対象の種類毎の試料を用いて前記イメージセンサから取得される同一視野内での出力分布に基づいて算出する補間式算出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
6. 前記補間式算出部は、算出された視野内傾き補間式が許容範囲を越えている場合には再度同一視野内での出力分布を前記イメージセンサから取得して視野内傾き補間式を算出し直すことを特徴とする請求項５記載の検査装置。
7. さらに、前記センサ出力補正部においてイメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正するためのセンサ感度補正式を、前記光学条件変更光学系を所望の光学条件に設定した状態で、ミラー状の試料または試料のミラー部を用いて該試料に入射する入射光量と前記イメージセンサの画素毎からの出力との関係に基づいて算出する補正式算出部を備えたことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
8. 回路パターンが形成された被検査対象に対して照明光学系により光を照明する照明ステップと、
   検出光学系により前記被検査対象物からの反射光若しくは回折光成分に基づく光学画像を一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサで受光して画像信号を出力する検出ステップと、
   前記被検査対象と前記イメージセンサとを相対的に走査して前記イメージセンサから出力される画像信号に対して前記イメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するセンサ出力補正ステップと、
   該センサ出力補正ステップで補正された画像信号を処理することによって欠陥を検出する画像処理ステップとを有し、
   前記照明ステップ又は前記検出ステップにおいて、前記イメージセンサが受光する前記被検査対象からの反射光若しくは回折光成分の分布としての光学条件を任意に変更可能であることを特徴とする検査方法。
9. 前記センサ出力補正ステップにおいて、更に、前記イメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正することを特徴とする請求項８記載の検査方法。
10. 前記光学条件としては、偏光素子群による偏光状態または空間フィルタによる遮光パターンを含むことを特徴とする請求項８又は９記載の検査方法。
11. 前記光学条件としては、照明条件を含むことを特徴とする請求項８又は９記載の検査方法。
12. さらに、前記センサ出力補正ステップにおいてイメージセンサの同一視野内での出力分布を補正するための視野内傾き補間式を、所望の光学条件に設定した状態で、前記被検査対象の種類毎の試料を用いて前記イメージセンサから取得される同一視野内での出力分布に基づいて算出することを特徴とする請求項８記載の検査方法。
13. 前記算出された視野内傾き補間式が許容範囲を越えている場合には再度同一視野内での出力分布を前記イメージセンサから取得して視野内傾き補間式を算出し直すことを特徴とする請求項１２記載の検査方法。
14. さらに、前記センサ出力補正ステップにおいてイメージセンサを構成する画素毎に出力される画像信号の感度を補正するためのセンサ感度補正式を、所望の光学条件に設定した状態で、ミラー状の試料または試料のミラー部を用いて該試料に入射する入射光量と前記イメージセンサの画素毎からの出力との関係に基づいて算出することを特徴とする請求項９記載の検査方法。
    

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