JP2006113020A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象からの反射光もしくは回折光が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も検出視野内でのイメージセンサの感度を均一にする。
【解決手段】 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コントラストから、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。
【選択図】 図３

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、異物検査に係り、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の補正方法に関する。

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号公報に記載のように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や、特開平１０−２２４５２９号公報に記載のように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モードを設定し、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ある。

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、従来技術の特開平２０００−３５８１６０号公報に記載の方法では検査対象からの反射光もしくは回折光が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問題があった。また、特開平１０−２２４５２９号公報に記載の方法も光学条件の変倍及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問題があった。

本発明は、検出視野内でのイメージセンサの感度を均一にするセンサ出力補正機能を有する検査装置、及びセンサ出力補正方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、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から算出したコントラストに着目して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。

イメージセンサ出力の補正方法としては、コントラストが最大となる視野内の位置に対応するセンサ画素の出力を補正目標値としてイメージセンサの各センサ画素の出力を補正する方法と、コントラストが最大となる視野内の位置のコントラストを目標コントラストとし、全ての視野位置でその目標コントラストが達成されるようにイメージセンサの各センサ画素の出力を補正する方法とがある。

本発明によれば、イメージセンサの視野内でのコントラストを均一に保つことができ、また、外部から補正目標値を与えることにより、検出画像のコントラスト向上を図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提供することができる。また、補正目標値を装置間で共有することにより、装置間で検出感度差の無い安定した検出感度を有する検査装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下では、検査対象が半導体ウェハの場合を例にとって説明する。

図１は、本発明のセンサ出力補正手段を有する検査装置の例を示す概念図である。この検査装置は、光源１からの照明光をビームスプリッタ２、対物レンズ３を介してステージ４に搭載された試料５に対して照射し、その反射光を対物レンズ３、ビームスプリッタ２、結像レンズ６等を介してイメージセンサ７にて検出する。イメージセンサ７と画像処理部９との間にイメージセンサの視野内でのコントラストを均一に補正するセンサ出力補正部８を有する。入力部１１にて入力した情報や、画像処理部９、イメージセンサ７、ステージ４、センサ出力補正部８のデータや情報は、制御ＣＰＵ１０によって制御される。画像処理結果やセンサ出力補正結果等は、表示部１２に表示される。

対物レンズ３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後述する本発明のセンサ出力補正方法を用いることにより、イメージセンサの視野内でのコントラスト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、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。また、補正目標値を複数の装置間で共有することにより、イメージセンサの視野内でのコントラストの差が無くなり、装置間での検出感度の差及び視野内での検出感度差のない検査装置を提供することができる。

図２は、本発明のセンサ出力補正手段を有する検査装置のより詳細な構成例を示す図である。ステージ５０２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ（回転）ステージから構成され、被検査パターンの一例である半導体ウェハ（試料）５０１を載置するものである。照明光源５０３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５０１を照明する光源である。紫外レーザ光源は、例えば固体の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、短波長を用いることで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５０１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５０２は、ステージ制御回路５３５によってＸ，Ｙ，θ方向の制御が可能である。Ｚステージ５０２′はＺステージ制御回路５３６によってＺ方向の制御が可能である。

照明光源５０３からの光束Ｌ１は、シャッタ５０４によって光路を通過、遮断が制御される。シャッタ５０４は、シャッタ制御回路５０５により任意の時間で移動可能である。光束Ｌ１は、ミラー５０６，５０７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５０６，５０７は上下左右方向に移動可能である。光路分割ミラー５０９は光束Ｌ１の一部光量を取り出し可能であり、その反射光を分割センサ５１０に投影するように設置する。ミラー制御回路５０８は、分割センサ５１０への光入射の位置を検出し、その位置が所定の位置から変化したときにミラー５０６，５０７を移動して光軸を制御する。光量を制限するＮＤフィルタ５１１により、検査に必要な光量を制御する。ＮＤフィルタ５１１は、ＮＤフィルタ制御回路５１２の指令により駆動される。ビームエキスパンダ５１３は、光束を対物レンズ５２０の瞳５２０ａの大きさになるように拡大する。拡大された光束は、照明光学系５１４により試料５０１上の照明範囲が設定される。開口絞り５１５は、対物レンズ５２０の瞳５２０ａと共役の位置に設置され、瞳５２０ａに入射するＮＡを制限するものであり、開口絞り制御回路５１６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５１７を透過し、分割プリズム５１８により対物レンズ５２０に導かれる。可干渉性低減光学系５１７は、照明光源５０３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５１７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く、例えば、照明光源５０３からのレーザビームを対物レンズ５２０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５１８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５０３からの照明光を反射させて対物レンズ５２０を通して試料５０１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５１８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５１８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５１９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５２１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波長板及び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５０１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５２１によって検出でき、その結果、パターンのコントラストが飛躍的に向上し、安定した検出感度を得ることができる。

照明光は、対物レンズ５２０により試料５０１に照明され、その反射光を再び対物レンズ５２０によって取り込む。その反射光は、結像レンズ５２２及びリレーレンズ５２３によってイメージセンサ５２１に結像する。イメージセンサ５２１は、試料上換算で、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度の画素寸法を有し、被検査パターンの一例である試料５０１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５２０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５１８と結像レンズ５２２の光路中にビームスプリッタ５２４を設け、その反射光をレンズ５２５により例えばＣＣＤカメラのような検出器５２６に入射させ、対物レンズ５２０の瞳５２０ａを観察可能にする。ビームスプリッタ５２４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５２２とリレーレンズ５２３の光路中にミラー５２７を挿入する。ミラー５２７で反射した光束は、例えばＣＣＤカメラのような検出器５２８に導かれ、結像レンズ５２２の結像位置に設けられる。すなわち、検出器５２８によって試料５０１の像が観察可能となる。検出器５２８は検出器制御回路５２９によって撮像のタイミングを制御可能である。なお、このミラー５２７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５２７を排出し、検査光量に影響しないようにする。結像レンズ５２２の結像位置に検出絞り５３０を設置する。検出絞り５３０は、検出絞り制御回路５３１により検出光束の径を制御可能である。イメージセンサ５２１は駆動速度、タイミングなどの指令をイメージセンサ制御回路５３２によって制御可能である。

試料５０１の表面と対物レンズ５２０の焦点位置を常に合わせるため自動焦点系５３３を対物レンズ５２０の周辺に設置し、その出力から試料５０１の高さを高さ検出回路５３４によって計測し、Ｚステージ制御回路５３６に高さの偏差を入力することでＺステージ５０２′を制御して試料５０１の高さを合せることができる。本体制御回路５５０は、前述したすべての制御回路の制御とイメージセンサ５２１からの信号の処理を行うものであり、イメージセンサの視野内での光量分布もしくはコントラストを均一に補正するセンサ出力補正部８を内蔵する。センサ出力補正部８は、コントラスト算出部、多項式係数算出部、補正係数格納部、出力補正値演算部を含む。コントラスト算出部は、図５を参照して後述するように、イメージセンサの視野内の少なくとも両端付近及び中央付近のコントラストを算出する機能を有する。多項式係数算出部は、図６あるいは図１０を参照して後述するように、イメージセンサのセンサ画素毎の出力補正多項式の係数を演算し求める機能を有する。補正係数格納部は、多項式係数算出部で算出した出力補正多項式の係数を格納する。また、出力補正値演算部は、コントラストが目標コントラストに一致するように各センサ画素の出力を補正するモードのとき、それが実現されるように、照明光量毎のイメージセンサの各センサ画素の出力平均値の補正値を算出する機能を有する。

なお、これらの光学系は、図示しない光学架台上に展開し、光源及び照明光学系、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５０２の移動範囲に干渉しないような配置でステージ５０２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５０３より出射された紫外光（例えば紫外レーザ光）Ｌ１は、ミラー５０６，５０７で反射され、光量を制限するＮＤフィルタ５１１を透過し、ビームエキスパンダ５１３で拡大され、可干渉性低減光学系５１７、分割プリズム５１８、及び偏向素子群５１９を介して対物レンズ５２０に入射し、試料（半導体ウエハ）５０１上に照射される。即ち、紫外光は、対物レンズ５２０の瞳５２０ａに集光された後、試料５０１の上にケーラー照明される。試料５０１からの反射光は、試料５０１の垂直上方より対物レンズ５２０、偏光素子群５１９、分割プリズム５１８、及び結像レンズ５２２、リレーレンズ５２３を介してイメージセンサ５２１で検出される。検査時は、ステージ５０２を走査して試料５０１を等速度で移動させつつ、焦点検出系５３３で試料５０１の被検査面のＺ方向位置を常に検出し、対物レンズ５２０との間隔が一定になるようにＺステージ５０２′をＺ方向に制御する。イメージセンサ５２１は、試料５０１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。イメージセンサ５２１の出力はセンサ出力補正部８を内蔵する本体制御回路５５０にて処理する。

図３は、本発明によ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を示す図である。

最初にステップ１００において、パターン等の凹凸のある製品ウェハを検査するための照明条件、検出条件、倍率等の光学条件を決定する。次にステップ１０２において、検査対象のどの座標でセンサ出力補正用のデータを取得するかを決めるため、ＧＵＩ（Graphical User Interface）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１０１を取得し、データ取得位置を決定する。

ここで、製品ウェハでのデータ取得位置は、後述する補正係数を算出する際にイメージセンサ視野内での全センサ画素の光量分布を必要とするため、図４（ａ）に示すように、イメージセンサ視野内の両端及び中央近辺のエリア１、エリア２、エリア３に特殊なパターン等が存在しなければ、両端及び中央近辺のエリア１、エリア２、エリア３のデータのみでも全センサ画素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。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。また、光量分布補間式を算出するエリアは多くあるほど補間式の精度が向上するため、イメージセンサ視野内の両端及び中央近辺だけでなく、複数設けても良い。

図４（ｂ）は、イメージセンサ視野内での全センサ画素の光量分布測定を説明する摸式図である。製品ウェハの検査領域を照明光で照明し、検査領域に形成された繰返しパターンをイメージセンサで走査し、各センサ画素に対して走査方向のパターン間隔当たりのセンサ出力の平均値を求める。

次にステップ１０３に進み、センサ出力補正データを生成するために、照明光量を段階的に変化させ、入射光量別にデータの取得を行う。このとき、検出器にＴＤＩ（Time Delay & Integration）イメージ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、順方向及び逆方向両方のデータを取得する。次にステップ１０４において、コントラストの算出を行うためのコントラスト算出センサ画素を決定する。ここでコントラスト算出センサ画素は、前述した光量分布補間式を算出可能なセンサ画素の中から選択する。

次にステップ１０５に進み、コントラスト算出時に製品ウェハのパターン形状に左右されないような各センサ画素のコントラスト算出の元データを得るために、図５（ａ）に示すように、入射光量別データ毎にコントラスト算出センサ画素の繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値（以下、「繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値」を単に「出力平均値」という）を算出し、ステップ１０８において、算出した複数のセンサ画素の出力平均値から曲線多項式を補間により算出し、この補間式を用いて全センサ画素の出力平均値を算出する。ここで、曲線多項式の次数は検査対象である製品ウェハや使用するイメージセンサの出力特性及び光学条件に合わせて最適化しておけば良い。

ステップ１０６では、コントラスト算出センサ画素の各々に対して、図５（ｂ）に示すように、入射光量が最も明るいときの出力平均値と入射光量が他の明るさのときの出力平均値からコントラストを算出する。ここで、図５（ａ）に示すように５段階の入射光量のデータを取得した場合には、入射光量が最も明るいときの出力平均値（AVE1(i)、ｉ：センサ画素）と入射光量が２番目に明るいときの出力平均値（AVE2(i)、ｉ：センサ画素）とのコントラスト（コントラスト１(i)、ｉ：センサ画素）は、図５（ｂ）に示すように(AVE1(i)-AVE2(i))/(AVE1(i)+AVE2(i))となる。以下、ｉをセンサ画素番号として、順次、入射光量が最も明るいときの出力平均値AVE1(i)と入射光量が３番目に明るいときの出力平均値AVE3(i)とのコントラスト２(i)は(AVE1(i)-AVE3(i))/(AVE1(i)+AVE3(i))、入射光量が最も明るいときの出力平均値AVE1(i)と入射光量が４番目に明るいときの出力平均値AVE4(i)とのコントラスト３(i)は(AVE1(i)-AVE4(i))/(AVE1(i)+AVE4(i))、入射光量が最も明るいときの出力平均値AVE1(i)と入射光量が５番目に明るいときの出力平均値AVE5(i)とのコントラスト４(i)は(AVE1(i)-AVE5(i))/(AVE1(i)+AVE5(i))となる。

次にステップ１０７において、算出したコントラストが最大のセンサ画素の入射光量毎の出力平均値を補正目標値とする。ステップ１０９では、ステップ１０７の結果とステップ１０８の結果を用い、全てのセンサ画素に対してそれぞれ、入力（横軸）を繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値とし、出力を補正目標値（縦軸）とする多項式近似曲線（ｙ＝ｇ(x')、x'：繰返しパターン毎の出力平均値）の係数を算出する。図５に示した例の場合コントラストが最大のセンサ画素はセンサ画素ｍであるため、例えばセンサ画素ｋに対する多項式近似曲線ｙ＝ｇ(x')は、図６（ａ）に示すように、AVE1(k)をAVE1(m)に、AVE2(k)をAVE2(m)に、AVE3(k)をAVE3(m)に、AVE4(k)をAVE4(m)に、AVE5(k)をAVE5(m)に補正する曲線である。同様に、例えばセンサ画素ｌに対する多項式近似曲線は、AVE1(l)をAVE1(m)に、AVE2(l)をAVE2(m)に、AVE3(l)をAVE3(m)に、AVE4(l)をAVE4(m)に、AVE5(l)をAVE5(m)に補正する曲線である。

ステップ１１０では、算出した係数を補正係数として格納する。この多項式近似曲線（ｙ＝ｇ(x')、x'：繰返しパターン毎の出力平均値）は、イメージセンサの各センサ画素に対してそれぞれ算出する。こうして算出された多項式近似曲線を用いて各センサ画素の出力を補正することにより、図５（ａ）に示したイメージセンサの感度特性は図６（ｂ）に示すようにセンサ画素間で均一になる。

ここで、多項式近似曲線ｙ＝ｇ(x')は最小二乗法等の補間により算出し、多項式の次数は検査対象である製品ウェハや使用するイメージセンサの出力特性及び光学条件に合わせて最適化しておけば良い。また、コントラストを算出する際に視野内でのコントラスト分布をより詳細に抽出できるように視野内の均等な位置でのコントラスト算出を可能とするため、図７に示すように、ステップ１０６の前にステップ１０８を実行し、ステップ１０８で算出した全センサ画素の出力平均値を用いて、ステップ１０６にて入射光量が最も明るいときの出力平均値と入射光量が他のときの出力平均値からコントラストを算出しても良い。また、図８に示すように、ステップ１０６，１０７により補正目標値を求める方法に代えて、補正目標値１１１をＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えるようにしても良い。補正目標値１１１はセンサ画素毎に異なる値でも良く、全センサ画素で同じ値でも良い。補正目標値をセンサ画素毎に異なる値とすることにより、イメージセンサの感度特性を微調整することができる。さらに、別の検査装置のセンサ画素毎の補正後の値を補正目標値１１１として与えることで、複数の検査装置間のセンサ画素毎のコントラスト差を無くし、検査装置間で視野内での各位置の検出感度特性の合わせ込みを行っても良い。

図９は、本発明によるイメージセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図である。図９のステップ３００からステップ３０５までは、図３のステップ１００からステップ１０５までと同じであるため、重複する説明を省略する。ステップ３０９の処理は、図５（ａ）を用いて説明した図３におけるステップ１０８の処理と同様である。また、ステップ３０６の処理は、図５（ｂ）を用いて説明したステップ１０６の処理と同様である。すなわち、図５（ａ）に示すように５段階の入射光量のデータを取得した場合には、ステップ３０６の処理により、図５（ｂ）に示すように、ｉをセンサ画素番号として、次のようにコントラスト１(i)、コントラスト２(i)、コントラスト３(i)、コントラスト４(i)のデータが得られる。
コントラスト１(i)：(AVE1(i)-AVE2(i))/(AVE1(i)+AVE2(i))
コントラスト２(i)：(AVE1(i)-AVE3(i))/(AVE1(i)+AVE3(i))
コントラスト３(i)：(AVE1(i)-AVE4(i))/(AVE1(i)+AVE4(i))
コントラスト４(i)：(AVE1(i)-AVE5(i))/(AVE1(i)+AVE5(i))

次に、ステップ３０７において、算出したコントラストが最大のセンサ画素の入射光量毎のコントラストを目標コントラスト（Target1〜4）とし、ステップ３０８に進んで、コントラストが目標コントラストとなる出力平均値の補正値を算出する。

ここで、図５（ａ）に示すように５段階の入射光量のデータを取得した場合には、図１０に示すように入射光量が５番目に明るいときの出力平均値AVE5(i)は補正後も同じ値とし、入射光量が最も明るいときの出力平均値AVE1(i)の補正目標値AVE1'(i)、入射光量が２番目に明るいときの出力平均値AVE2(i)の補正目標値AVE2'(i)、入射光量が３番目に明るいときの出力平均値AVE3(i)の補正目標値AVE3'(i)、入射光量が４番目に明るいときの出力平均値AVE4(i)の補正目標値AVE4'(i)は、それぞれ以下のようになる。ｉはセンサ画素の番号である。
AVE1'(i)：AVE5(i)×(1+Target4)/(1-Target4)
AVE2'(i)：AVE1'(i)×(1-Target3)/(1+Target3)
AVE3'(i)：AVE1'(i)×(1-Target2)/(1+Target2)
AVE4'(i)：AVE1'(i)×(1-Target1)/(1+Target1)

ここで、各目標コントラストは算出した全てのコントラストの中で最大のコントラストのセンサ画素におけるコントラスト値であり、Target1はコントラスト１(i) におけるコントラスト値、Target2はコントラスト２(i) におけるコントラスト値、Target3はコントラスト３(i) におけるコントラスト値、Target4はコントラスト４(i)におけるコントラスト値である。図５に示した例の場合、算出した全てのコントラストの中で最大のコントラストのセンサ画素はｍであるため、Target1はコントラスト１(m)、Target2はコントラスト２(m)、Target3はコントラスト３(m)、Target4はコントラスト４(m)である。

ステップ３０８における補正目標値算出の後は、図１０に示すように、センサ画素毎に入力（横軸）を複数の出力平均値から曲線多項式を補間により算出した全センサ画素の出力平均値とし、出力（縦軸）を補正目標値とする多項式近似曲線（ｙ＝ｇ(x')、x'：繰返しパターン毎の出力平均値）の係数を算出し（ステップ３１０）、算出した係数を補正係数として格納する（ステップ３１１）。ここで、多項式近似曲線は最小二乗法等の補間により算出し、多項式の次数は検査対象である製品ウェハや使用するイメージセンサの出力特性及び光学条件に合わせて最適化しておけば良い。

また、コントラストを算出する際に視野内でのコントラスト分布をより詳細に抽出できるように視野内の均等な位置でのコントラスト算出を可能とするため、図１１に示すように複数の出力平均値から曲線多項式を補間により全センサ画素の出力平均値を算出（ステップ３０９）の後に、この全センサ画素の出力平均値を用いて、入射光量が最も明るいときの出力平均値と入射光量が他のときのパターン間隔毎の出力平均値からコントラストを算出し（ステップ３０６）、また、コントラストが目標コントラストとなる出力平均値の補正値を算出（ステップ３０８）しても良い。また、図１２に示すように、補正目標値３１２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。補正目標値３１２はセンサ画素毎に異なる値でも良く、全センサ画素で同じ値でも良い。さらに、別の検査装置のセンサ画素毎の補正後の値を補正目標値３１２として与えることで、複数の検査装置間のセンサ画素毎のコントラスト差を無くし、検査装置間で視野内での各位置の検出感度特性の合わせ込みを行っても良い。また、図１３に示すように、補正目標値３１２をＧＵＩ等の外部入力手段によりパラメータとして与えてステップ３０８にて、コントラストが目標コントラストとなる出力平均値の補正値を算出する際に、ステップ３０９で算出した複数の出力平均値から曲線多項式を補間により全センサ画素の出力平均値を使用しても良い。

図１４は、本発明による検査装置の処理フローの一例を示す図である。複数の光学条件を選択可能な検査装置において、先ずステップ４００において、パターン等の凹凸のある製品ウェハを検査するための照明条件、検出条件、倍率等の光学条件を決定し、次にステップ４０１において、製品ウェハを使用して視野内でのコントラストが一定になるように図３〜図１３に示すような方法によりセンサ出力補正データを生成する。次に検査を開始する際には、ステップ４０２にて画像処理のパラメータや検査範囲設定等の検査条件を設定し、ステップ４０３にて検査を行い、その後ステップ４０４にて検査結果の表示を行う。

また、図１５は、本発明による検査装置の処理フローの他の例を示す図である。先ずステップ４００において、パターン等の凹凸のある製品ウェハを検査するための照明条件、検出条件、倍率等の光学条件を決定する。その後ステップ４０５にて、図１６（ａ）に示すように、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を使用して入射光量をパラメータに複数のデータを取得し、図１６（ｂ）に示すように、横軸がセンサ出力、縦軸が補正後の出力となる１次もしくは多項式の補正曲線を各センサ画素毎に求め、この補正式（ｙ１＝ｆ(x)、ｘはセンサ出力）により、図１６（ｃ）に示すように、全センサ画素の出力が同一入射光量の時には同じ値となるように各センサ画素のセンサ出力補正データを生成する。

しかし、センサ出力補正データを生成したミラーウェハではセンサ出力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においては、製品ウェハのようにパターンが存在し、センサ視野内においてパターン密度に粗密があると、図１６（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ためにセンサ出力を補正できず、また図１６（ｅ）に示すように、センサ視野内でのコントラストも均一ではない。従って、次に図１５のステップ４０１にて、実際に検査する検査対象である製品ウェハを使用して視野内でのコントラストが一定になるように、図３〜図１３に示したような方法によりセンサ出力補正データを生成する２段階によるセンサ出力補正データの生成を行う。次に検査を開始する際には、ステップ４０２にて画像処理のパラメータや検査範囲設定等の検査条件を設定し、ステップ４０３にて検査を行い、その後ステップ４０４にて検査結果の表示を行うようにしてもよい。

また、従来のよう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の出力分布をフラットに補正するための補正値を算出し、凹凸が少ない検査対象エリアの検査はセンサ出力をその補正値で補正しながら行い、凹凸が多い検査対象エリアを検査する際には、上述したような本発明によるイメージセンサ視野内でのコントラストを均一にするもしくは所定の目標値にする補正係数を再度算出するようにしてもよい。また、ウェハの検査対象エリアが凹凸が少ない領域であるか凹凸が多い領域であるかはウェハ座標を参照することによって判定できるため、座標情報をもとに２つの補正係数を切り替えながら検査を行うようにしてもよい。

図１７は、本発明による検査装置の表示画面の例を示す図である。図１７（ａ）は、入力と表示を兼ね備えたＧＵＩ等の表示画面１３である。コントラストを測定する場合には、コントラスト測定ボタン１４を押すと、コントラストの測定を行い、コントラスト測定結果１６が表示される。コントラストの補正を行う場合には、補正目標値選択ボタン１７から補正目標値の設定方法を選択し、手動で補正目標値を設定する場合には補正目標値設定画面１８に補正目標値を設定後、コントラスト補正ボタン１５を押すと、コントラスト補正係数の算出を行い、図１７（ｂ）に示すようにコントラスト補正結果が表示される。コントラスト補正結果表示画面には、補正後のコントラスト測定結果１９と補正前と補正後の視野内でのコントラストのばらつきを測定した結果２０を表示するようにする。これにより、コントラスト補正の効果が容易に確認することができる。ここで、コントラスト測定及びコントラスト補正結果を表示する際に、センサ視野内の光量分布も同時に表示しても良く、また、コントラストを測定する位置を設定する画面も表示するようにしても良い。

本発明によると、例えば、図２に示した検査装置の対物レンズ５２０、結像レンズ５２２、リレーレンズ５２３に倍率の異なるレンズを複数用意し、切り替えることで倍率を変更した場合、照明方式として開口絞り５１５でＮＡを変更した場合、分割プリズム５１８に偏光ビームスプリッタを用いた偏光照明とした場合、開口絞り５１５を輪帯形状としたり、ミラー５０６，５０７を制御して輪帯照明等の変形照明とした場合、また、検出方式として偏光素子群５１９を例えば１／２波長板と１／４波長板で構成し、光軸回りに回転制御し、反射光の回折光を制御する偏光検出とした場合、瞳５２０ａと共役な位置に０次回折光を遮光し高次回折光のみを検出する空間フィルタを設置した回折光検出とした場合や、上述した光学条件の組み合わせ等により光学条件を変更した場合でも、各光学条件において本発明のセンサ出力補正方法を用いることにより、イメージセンサ５２１の視野内でのコントラストを均一かつ任意の値に保つことができるため、イメージセンサ５２１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。また、補正目標値を外部入力手段５５１より与え、複数の装置間で共有することにより、イメージセンサ５２１の視野内でのコントラストの差が無くなり、装置間での検出感度の差及び視野内での検出感度差のない検査装置を提供することができる。

本発明のセンサ出力補正手段を有する検査装置の例を示す概念図。 本発明のセンサ出力補正手段を有する検査装置のより詳細な構成例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの例を示す図。 製品ウェハを用いたデータ取得の説明図。 照明光量別データの取得とコントラストの算出の説明図。 各センサ画素の出力を補正する多項式近似曲線の一例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 各センサ画素の出力を補正する多項式近似曲線の他の例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 本発明によるセンサ出力補正方法の処理フローの他の例を示す図。 本発明による検査装置の検査フローの例を示す図。 本発明による検査装置の検査フローの他の例を示す図。 従来のセンサ出力補正方法の説明図。 本発明による検査装置の表示画面の例を示す図。

符号の説明

１…光源、２…ビームスプリッタ、３…対物レンズ、４…ステージ、５…試料、６…集光レンズ、７…イメージセンサ、８…センサ出力補正部、９…画像処理部、１０…制御ＣＰＵ、１１…入力部、１２…表示部、１３…表示画面、１４…コントラスト測定ボタン、１５…コントラスト補正ボタン、１６…コントラスト測定結果、１７…補正目標値選択ボタン、１８…補正目標値設定画面、５０１…試料、５０２…ステージ、５０２′…Ｚステージ、５０３…照明光源、５０４…シャッタ、５０５…シャッタ制御回路、５０６、５０７…ミラー、５０８…ミラー制御回路、５０９…光路分割ミラー、５１０…分割センサ、５１１…ＮＤフィルタ、５１２…ＮＤフィルタ制御回路、５１３…ビームエキスパンダ、５１４…照明光学系、５１５…開口絞り、５１６…開口絞り制御回路、５１７…可干渉性低減光学系、５１８…分割プリズム、５１９…偏光素子群、５２０…対物レンズ、５２０ａ…瞳、５２１…イメージセンサ、５２２…結像レンズ、５２３…リレーレンズ、５２４…ビームスプリッタ、５２５…レンズ、５２６…検出器、５２７…ミラー、５２８…検出器、５２９…検出器制御回路、５３０…検出絞り、５３１…検出絞り制御回路、５３２…イメージセンサ制御回路、５３３…自動焦点系、５３４…高さ検出回路、５３５…ステージ制御回路、５３６…Ｚステージ制御回路、５５０…本体制御回路、５５１…外部入力手段

Claims (13)

1. 光源と、検査対象を搭載するステージと、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光学系と、前記光学系を介して検査対象を撮像する一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサとを有し、前記ステージと前記イメージセンサを相対的に走査することにより検査対象の画像を取得し、取得した画像をもとに検査対象の欠陥等を検査する検査装置において、
   前記イメージセンサの視野内でのコントラストを補正するセンサ出力補正部を有することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、前記センサ出力補正部は、
   検査対象を照明する照明光量を段階的に変化させて取得した複数の前記イメージセンサの出力値から、各照明光量における検査対象の繰返しパターンのパターン間隔毎のセンサ画素の出力平均値を算出し、各照明光量における前記センサ画素の出力平均値から前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端付近及び中央付近のコントラストを算出するコントラスト算出部と、
   前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端及び中央の各位置に対応するセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値から全センサ画素に対して前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を算出し、それぞれのセンサ画素に対して、算出した繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を入力とし、前記コントラストが最大となるセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を出力とする曲線の近似多項式の係数を算出する検査対象多項式係数算出部と、
   算出した係数を格納する補正係数格納部とを有することを特徴とする検査装置。
3. 請求項２記載の検査装置において、前記イメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素毎の、あるいは全センサ画素に対して共通の補正目標値を設定可能な外部入力手段を有し、
   前記検査対象多項式係数算出部は、前記コントラストが最大となるセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値に代えて、前記外部入力手段により入力された補正目標値を用いることを特徴とする検査装置。
4. 請求項３記載の検査装置において、前記補正目標値として、他の検査装置が備えるイメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素の繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を用いることを特徴とする検査装置。
5. 請求項１記載の検査装置において、
   検査対象を照明する照明光量を段階的に変化させて取得した複数の前記イメージセンサの出力値から、各照明光量における検査対象の繰返しパターンのパターン間隔毎のセンサ画素の出力平均値を算出し、各照明光量における前記センサ画素の出力平均値から前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端付近及び中央付近のコントラストを算出するコントラスト算出部と、
   目標コントラストを前記コントラストが最大となる視野内の位置のコントラストとし、前記視野内の各位置のコントラストが前記目標コントラストと同一となる、照明光量毎の前記イメージセンサの各センサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値の補正値を算出する補正値算出部と、
   前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端及び中央の各位置に対応するセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値から全センサ画素に対して前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を算出し、それぞれのセンサ画素に対して、算出した繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を入力とし、前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値の補正値を出力とする曲線の近似多項式の係数を算出する検査対象多項式係数算出部と、
   算出した係数を格納する補正係数格納部とを有することを特徴とする検査装置。
6. 請求項５記載の検査装置において、
   前記イメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素毎の、あるいは全センサ画素に対して共通の目標コントラストを設定可能な外部入力手段を有し、
   前記補正値算出部は、前記目標コントラストを、前記コントラストが最大となる視野内の位置のコントラストに代えて前記外部入力手段により入力された目標コントラストとすることを特徴とする検査装置。
7. 請求項６記載の検査装置において、前記目標コントラストとして、他の検査装置が備えるイメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素のコントラストを用いることを特徴とする検査装置。
8. 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光学系を介して一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサによって検査対象を走査して撮像し、取得した画像をもとに検査対象の欠陥等を検査する検査方法において、
   検査対象を照明する照明光量を段階的に変化させて繰り返しパターンが形成された検査対象を撮像し、各照明光量における前記イメージセンサの出力データを取得するステップと、
   取得したイメージセンサの複数の出力データから、各照明光量における検査対象の繰返しパターンのパターン間隔毎のセンサ画素の出力平均値を算出し、各照明光量における前記センサ画素の出力平均値から前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端付近及び中央付近のコントラストを算出するステップと、
   前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端及び中央の各位置に対応するセンサ画素の前記出力平均値から全センサ画素に対して前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を算出するステップと、
   それぞれのセンサ画素に対して、算出した繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を入力とし、前記コントラストが最大となるセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を出力とする曲線の近似多項式の係数を算出するステップと、
   検査対象の検査領域を前記イメージセンサによって走査して撮像するステップと、
   前記イメージセンサの各センサ画素の出力を、それぞれのセンサ画素に対応する前記近似多項式によって補正するステップと
   を含むことを特徴とする検査方法。
9. 請求項８記載の検査方法において、前記近似多項式の係数を算出するステップでは、前記コントラストが最大となるセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値に代えて、外部から入力された補正目標値を用いることを特徴とする検査方法。
10. 請求項９記載の検査方法において、前記補正目標値として、他の検査装置が備えるイメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素の繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を用いることを特徴とする検査方法。
11. 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光学系を介して一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサによって検査対象を走査して撮像し、取得した画像をもとに検査対象の欠陥等を検査する検査方法において、
    検査対象を照明する照明光量を段階的に変化させて繰り返しパターンが形成された検査対象を撮像し、各照明光量における前記イメージセンサの出力データを取得するステップと、
    取得したイメージセンサの複数の出力データから、各照明光量における検査対象の繰返しパターンのパターン間隔毎のセンサ画素の出力平均値を算出し、各照明光量における前記センサ画素の出力平均値から前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端付近及び中央付近のコントラストを算出するステップと、
    目標コントラストを前記コントラストが最大となる視野内の位置のコントラストとし、前記視野内の各位置のコントラストが前記目標コントラストと同一となる、照明光量毎の前記イメージセンサの各センサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値の補正値を算出するステップと、
    前記イメージセンサの視野内の少なくとも両端及び中央の各位置に対応するセンサ画素の前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値から全センサ画素に対して前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を算出し、それぞれのセンサ画素に対して、算出した繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値を入力とし、前記繰返しパターンのパターン間隔毎の出力平均値の補正値を出力とする曲線の近似多項式の係数を算出するステップと、
    検査対象の検査領域を前記イメージセンサによって走査して撮像するステップと、
    前記イメージセンサの各センサ画素の出力を、それぞれのセンサ画素に対応する前記近似多項式によって補正するステップと
    を含むことを特徴とする検査方法。
12. 請求項１１記載の検査方法において、前記補正値を算出するステップでは、目標コントラストを、前記コントラストが最大となる視野内の位置のコントラストに代えて前記外部入力手段により入力された目標コントラストとすることを特徴とする検査方法。
13. 請求項１２記載の検査方法において、前記目標コントラストとして、他の検査装置が備えるイメージセンサの視野内の各位置に対応するセンサ画素のコントラストを用いることを特徴とする検査方法。

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