JP2009180710A - パターン検査のための検出感度決定方法及び検出感度決定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反復パターンが形成された試料の表面上の相互に同一であるべきパターンを撮像した検査画像と参照画像とを比較して、その相違部分を所定の検出感度の下で各々検出し、これら相違部分の存在箇所を反復パターンの欠陥として検出するパターン検査において、検査開始時に行われる検出感度の設定に要する時間を短縮する。
【解決手段】所定の第１仮検出感度の下で検査画像と参照画像との相違部分が存在する箇所を欠陥候補として検出し（Ｓ１３）、各欠陥候補の箇所における検査画像と参照画像との間の差画像を所定の記憶手段に各々記憶し（Ｓ１４）、この差画像のグレイレベル値と第２仮検出感度とを比較することによって、Ｓ１３で検出された欠陥候補の各々のうち第２仮検出感度の下で検出される欠陥候補の集合を得る。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板のような、試料の表面を撮像して得た撮像画像等に基づいて、試料の表面に現れる欠陥を検出するパターン検査方法及びパターン検査装置に関する。より詳しくは、撮像画像から欠陥を検出する際に使用する検出感度の決定方法に関する。

半導体ウエハなどの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハなどの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出する外観検査が広く行われている。

図１は、従来のパターン検査装置の概略構成図である。パターン検査装置１は、２次元方向に自在に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と示す）２を載置して固定する。ステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向の２次元方向に移動し、また試料台１２をＺ方向に昇降させることでウエハ２を３次元方向に移動させることが可能である。

試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像部１４が設けられる。撮像部１４には１次元又は２次元のＣＣＤカメラ、好適にはＴＤＩカメラなどのイメージセンサが使用され、対物レンズ１３により投影され撮像部１４の受光面に結像するウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。
撮像部１４として１次元のＴＤＩカメラが採用されることがある。ＴＤＩカメラが採用される場合には、ステージ１１を移動することにより撮像部１４とウエハ２とが相対的に移動し、これによってウエハ２に対して撮像部１４をＸ方向及び／又はＹ方向に走査されることによってウエハ２の表面の２次元画像が取得される。
撮像部１４から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像処理部３０に入力される。

パターン検査装置１は、ウエハ２を照明するための光源１５を有する。光源１５から生じる照明光は集光レンズ１６により集光された後に、ビームスプリッタ１７によって対物レンズ１３の方向へ反射され、対物レンズ１３を通過してウエハ２の表面へ入射する。ビームスプリッタ１７は対物レンズ１３の光軸上に配置されており、対物レンズ１３から撮像部１４へ投影されるウエハ２の表面の光学像の投影光を透過する。

ウエハ２上には、図２に示すように複数のダイ（チップ）３がＸ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。各ダイには同じパターンが形成されるので、これらのダイを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各ダイの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。
したがって２つのダイの撮像画像内の本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差信号）を検出すると、両方のダイに欠陥がない場合に比べて一方のダイに欠陥がある場合にグレイレベル差信号が大きくなり、このような大きなグレイレベル差を検出することによりダイ上に存在する欠陥を検出できる。このように異なるダイを撮像した画像同士を比較する欠陥検出方法をダイトゥダイ比較と呼ぶ。
また各ダイ内にメモリセルのような繰り返しパターンが形成されている場合には、１つのダイ内のメモリセル内で本来同一となるべき対応箇所を撮像した画像同士のグレイレベル差を検出しても欠陥を検出できる。このように異なるセルを撮像した画像同士を比較する欠陥検出方法はセルトゥセル比較と呼ばれる。

なお、ダイトゥダイ比較では、隣り合う２つのダイ同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらのダイに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接するダイとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなった場合にそのダイに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。セルトゥセル比較においても同様である。

以下、簡単のため、ダイトゥダイ比較による欠陥検出方法を例として説明する。しかし、セルトゥセル比較による欠陥検出方法においても本発明は適用可能であり、ダイトゥダイ比較及びセルトゥセル比較のどちらを実行するパターン検査であっても、本発明の範囲内に属する。

図１に戻り、パターン検査装置１は、撮像部１４が撮像した画像を検査してウエハ２の表面に形成されたパターンの欠陥を検出する画像処理部３０を備える。画像処理部３０は、撮像部１４が撮像した画像を記憶する画像記憶部３１と、画像記憶部３１に記憶されたウエハ２の画像において、２つのダイの撮像画像の対応箇所同士のグレイレベル差を算出するための差分検出部３２と、差分検出部３２から入力したグレイレベル差と所定の検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する欠陥検出部３３と、を備える。

ステージ１１がＸ方向へ移動することによって、１次元ＴＤＩカメラである撮像部１４でウエハ２を連続的に走査する間に撮像部１４の出力信号を取り込むと、画像記憶部３１にウエハ２の２次元画像が蓄積される。差分検出部３２は、ステージ１１の位置情報に基づいて、隣接する２つのダイの対応箇所の部分画像を画像記憶部３１から取り出し、その一つを検査画像とし他方を参照画像とする。そして検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を算出して欠陥検出部３３に出力する。

欠陥検出部３３は、差分検出部３２から入力したグレイレベル差と所定の検出閾値とを比較して検査画像に含まれる欠陥を検出する。すなわち欠陥検出部３３は、グレイレベル差信号が検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差信号を算出した画素の位置に、検査画像が欠陥を含んでいると判断する。欠陥検出部３３は、検出した欠陥の位置、大きさ、検査画像と参照画像との間のグレイレベル差、これらの画像のグレイレベル値等の情報を含む欠陥情報を検出した欠陥毎に作成し、出力する。

特開２００４−１７７３９７号公報

上述のパターン検査装置１を使用してウエア２の検査を開始する前には、検出感度をどのような値にするかを決定する必要がある。例えば上記の構成例では、検出感度は、欠陥検出部３３により用いられた検出閾値に対応する。
実際のウエハ２にどのように欠陥が分布しているかが分からない初期状態で検出感度を決定する場合には、以下に説明するフローチャートのように、検出感度を変えながらそれぞれの検出感度の下で欠陥を検出し、その検出結果の良否の判定を繰り返すことで定めていた。

図３は従来の検出感度決定方法のフローチャートである。ステップＳ１では、例えば欠陥検出部３３により用いられる検出閾値のような、パターン検査装置の検出感度を予め定めた仮の一定値に決定する。
ステップＳ２では、撮像部１４によってウエハ２の表面の画像を取得する。
ステップＳ３では、撮像された画像に現れる隣接する２つのダイの対応する部分同士の画素を比較してこれらのグレイレベル値間のグレイレベル差を検出する。
ステップＳ４では、ステップＳ１で定められた検出感度の下において、ステップＳ３で検出されたグレイレベル差が欠陥と検出されるか否かを決定し、ウエハ２の表面の撮像画像に現れる欠陥を検出する。例えばステップＳ３で検出されたグレイレベル差が所定の検出閾値を超えるか否かを判定し、検出閾値を超えるグレイレベル差が検出された箇所を欠陥として検出する。
ステップＳ５では検出された欠陥の位置情報などを含む欠陥情報を出力する。

ステップＳ６では、ウエハ２の表面を走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と記すことがある）などで観察することにより、ウエハ２の表面に存在する欠陥を検出する。例えば分解能が高いＳＥＭを用いれば、光学的に撮像した画像を使用するステップＳ１〜Ｓ５による欠陥検出よりも正確に欠陥を発見することが可能となる。ここでウエハ２の表面には様々な種類の欠陥が存在するが、そのうち特に生産歩留まりに影響すると考えられる特定の種類の欠陥は「重要欠陥」と呼ばれ、パターン検査装置１による検出対象として取り扱われる。
ステップＳ７では、ステップＳ５によって出力された欠陥情報において、ステップＳ６にてＳＥＭで発見した重要欠陥がどれだけの割合を占めるか、ステップＳ５によって出力された欠陥情報にどれだけ疑似欠陥（すなわちステップＳ６にて重要欠陥であると判定されなかった欠陥）が占めるか等を考慮して、ステップＳ１で設定した検出感度の良否を判定する。判定の結果、検出感度が不適正であれば処理をステップＳ１に戻し、良好な検出感度が得られるまでステップＳ１〜Ｓ７を繰り返す。

このように、従来の検出感度決定方法においては、検出感度の良否を判定する度に画像の撮像から欠陥検出までを繰り返し行っていたため、処理量が多く検出感度の決定に時間がかかっていた。
このような問題に鑑み、本発明は、反復パターンが形成された試料の表面上の相互に同一であるべきパターンを撮像した検査画像と参照画像とを比較して、その相違部分を所定の検出感度の下で各々検出し、これら相違部分の存在箇所を反復パターンの欠陥として検出するパターン検査において、検査開始時に行われる検出感度の設定に要する時間を短縮することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、予め定めた第１仮検出感度の下で検査画像と参照画像との相違部分を各々検出し、これら相違部分が存在する検査画像内のそれぞれの箇所を欠陥候補として検出し、各欠陥候補の箇所における検査画像と参照画像との間の差画像を所定の記憶手段に各々記憶し、記憶した差画像の画素のグレイレベル値と第２仮検出感度とを比較することによって、上記検出された欠陥候補の各々のうち、第２仮検出感度の下で検出される欠陥候補の集合を与えることとした。

このように、第１仮検出感度の下で検出した欠陥候補の箇所における検査画像と参照画像との間の差画像を記憶し、これらの欠陥候補が第２仮検出感度の下でも検出されるか否かを、差画像を用いて判定することによって、試料の撮像及び画像比較を繰り返すことなく、検出感度を変えた場合のそれぞれの検出結果を取得することが可能となる。これによって、異なる検出感度の良否をその検出結果に応じてそれぞれ判定する場合に、試料の撮像及び画像比較を繰り返す必要がなくなり、検査開始時の検出感度の設定に要する時間を短縮することができる。
なお、第１仮検出感度は、第２仮検出感度として設定されることが予定される値の上限の感度よりもより高い感度に設定しておくことが望ましい。

また、例えば撮像画像の取得に使用される撮像手段よりも高い分解能を有する撮像手段、例えばＳＥＭ等、を用いて、第１仮検出感度の下で検出された各欠陥候補をそれぞれ観察して、各欠陥候補のそれぞれが真欠陥であるか否かについて判定した観察結果を入力することとしてもよい。そして観察結果において真欠陥であると判定された欠陥候補の集合と第２仮検出感度の下で検出された欠陥候補の集合とを比較することにより、第２仮検出感度の良否の判定を行ってもよい。
これら集合間の相違が所定の許容範囲内に至るまで、第２仮検出感度の設定と、第２仮検出感度の下で検出される欠陥候補の集合の決定と、第２仮検出感度の良否の判定とを繰り返すことによって、良好な第２仮検出感度を決定してもよい。

パターン検査において、検査開始時に行う検出感度の設定に要する時間が短縮される。

以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図４は、本発明の実施例によるパターン検査システムの概略を示す全体構成図である。パターン検査システム１００は、パターン検査装置１と、パターン検査装置１に用いられる撮像手段よりも高い分解能を有する撮像手段が設けられた観察装置（例えばＳＥＭ装置）７０と、を有する。
パターン検査装置１は、ウエハ２の画像を得るために光学顕微鏡を備えた検査装置本体１０と、検査装置本体１０により撮像された画像を検査して、ウエハ２の表面に存在する欠陥を検出する画像処理部３０とを備える。

検査装置本体１０は、図１に示すパターン検査装置１が備えるものと同様の、ステージ１１、試料台１２、対物レンズ１３、撮像部１４、光源１５、集光レンズ１６及びビームスプリッタ１７を有する。検査装置本体１０は、さらに、パターン検査装置１の全体の動作を制御する制御部２０と、パターン検査装置１の動作に必要なデータを取得するためのユーザインタフェースや、データ読み取り装置や通信手段等である入力部２１と、パターン検査装置１により検出された欠陥情報を出力するためのユーザインタフェースや、データ出力装置や通信手段等である出力部２２と、を備えている。

画像処理部３０は、内蔵された記憶手段にインストールされたコンピュータプログラムを内部のプロセッサによって実行することにより、欠陥検出のための画像処理や、本発明による検出感度決定処理を実行する画像処理用のコンピュータである。図５は、画像処理部３０により実現される機能ブロックの第１例を示す図である。簡単のため、画像処理部３０により実現される機能であっても、パターン検査の運用開始前における検出感度の決定に使用されないものは説明を省略する。
画像処理部３０は、撮像部１４により撮像されたウエハ２の画像を記憶する画像記憶部３１と、入力部２１から入力される第１仮検出感度を用いて画像記憶部３１に記憶される撮像画像上に現れる欠陥候補を検出する欠陥候補検出部４０と、欠陥候補検出部４０により検出された欠陥候補に関する欠陥情報を記憶する欠陥候補記憶部４３と、欠陥候補記憶部４３に記憶された欠陥候補のうち、入力部２１から入力される第２仮検出感度の下でも欠陥として検出されるものからなる欠陥候補の集合を、出力部２２へ出力する欠陥再検出部４４を、を含む機能ブロックを有する。

欠陥候補検出部４０は、画像記憶部３１に記憶されたウエハ２の画像において、２つのダイの撮像画像の対応箇所同士のグレイレベル差を算出するための差分検出部４１と、差分検出部４１から入力したグレイレベル差と第１仮検出感度である第１仮検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する欠陥検出部４２と、を備える。

差分検出部４１は、ステージ１１の位置情報に基づいて、隣接する２つのダイの対応箇所の部分画像を画像記憶部３１から取り出し、その一つを検査画像とし他方を参照画像とする。そして検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を算出して欠陥検出部４２に出力する。

欠陥検出部４２は、第１仮検出感度の下において、差分検出部４１で検出されたグレイレベル差が欠陥候補として検出されるか否かを決定することにより、検査画像に含まれる欠陥候補を検出する。例えば欠陥検出部４２は、差分検出部４１から入力したグレイレベル差と第１仮検出閾値とを比較して、グレイレベル差信号が第１仮検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差信号が算出された画素が存在する検査画像内の位置に、欠陥候補が存在すると判断する。
欠陥検出部４２は、検出した欠陥候補の検査画像内における位置、大きさ、並びに欠陥候補とその周辺における検査画像と参照画像との間の差画像を含む欠陥情報を作成する。欠陥情報は欠陥候補記憶部４３に記憶されるとともに、出力部２２へ出力される。

欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている各欠陥候補が、第２仮検出感度の下で欠陥検査を行った場合にも検出されるか否かを判定する。例えば欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されているそれぞれの欠陥候補に関する欠陥情報に含まれる差画像のグレイレベル値と、入力部２１から入力される第２仮検出感度である第２仮検出閾値とを比較する。そして欠陥再検出部４４は、差画像のグレイレベル値が第２仮検出閾値を超える場合には、そのような差画像を欠陥情報に含む欠陥候補が第２仮検出感度の下でも欠陥候補として判定されると判断する。欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている欠陥情報のうち、第２仮検出感度の下でも欠陥候補として判定される欠陥候補に関する欠陥情報の集合を出力部２２へ出力する。

このように、画像処理部３０は、入力部２１から入力された第１仮検出感度の下で検出された欠陥候補を記憶し、第１仮検出感度と異なる第２仮検出感度を入力部２１から受け付け、既に記憶してある欠陥候補のうち第２仮検出感度の下で欠陥候補として検出されるものを選択して出力する機能を有する。
予定される第２仮検出感度の上限よりも第１仮検出感度を高い感度に設定しておけば、画像処理部３０は、新たなウエハ２の画像取得とダイトゥダイ比較を行うことなく、様々な第２仮検出感度の下で欠陥検出を行った場合にそれぞれ検出されると予定される欠陥候補群を生成することができる。

図６は、図５に示す画像処理部３０を用いた検出感度決定方法の第１例を示すフローチャートである。
ステップＳ１０では、オペレータは、入力部２１に第１仮検出感度を指定する情報、例えば第１仮検出閾値を入力することにより、パターン検査装置１に第１仮検出感度を設定する。設定された第１仮検出感度は欠陥検出部４２に入力される。ここでオペレータは、後述するステップＳ１３において、できるだけ多くの重要欠陥が検出されるように、第１仮検出感度を高めに設定する。例えば第１仮検出感度が第１検出閾値である場合には、第１検出閾値をやや小さめの値に設定する。
ステップＳ１１では、撮像部１４によってウエハ２の表面の画像を取得する。取得された画像は画像記憶部３１に記憶される。

ステップＳ１２では、差分検出部４１は、撮像された画像に現れる隣接する２つのダイの対応する部分同士の画素を比較してこれらのグレイレベル値間のグレイレベル差を検出する。
ステップＳ１３では、欠陥検出部４２は、第１仮検出感度の下において、差分検出部４１で検出されたグレイレベル差が欠陥候補として検出されるか否かを決定し、ウエハ２の表面の撮像画像に現れる欠陥候補を検出する。例えば欠陥検出部４２は、差分検出部４１で検出されたグレイレベル差が第１仮検出閾値を超えとき、このようなグレイレベル差信号が検出された画素が存在する検査画像内の位置に、欠陥候補が存在すると判断する。欠陥検出部４２は、検出した欠陥候補に関する欠陥情報を作成する。

ステップＳ１４では、欠陥検出部４２が作成した欠陥情報を欠陥候補記憶部４３に記憶する。欠陥情報には、欠陥候補が検出した検査画像内における位置、大きさ、並びに欠陥候補とその周辺における検査画像と参照画像との間の差画像を含む。
ステップＳ１５では、欠陥検出部４２が作成した欠陥情報を出力部２２へ出力する。

ステップＳ１６では、オペレータは、例えばＳＥＭ装置などである観察装置７０によってウエハ２の表面を観察し、ステップＳ１５にて出力された欠陥情報に示されるそれぞれの欠陥候補が、重要欠陥であるか、それ以外の欠陥（例えば疑似欠陥）であるかを決定する。
ステップＳ１７では、オペレータはステップＳ１６の観察結果とステップＳ１５にて出力された欠陥候補とを比較して第１仮検出感度の良否を判定する。例えばオペレータは、ステップＳ１５にて出力された欠陥候補のうち重要欠陥の占める割合が所定の割合より小さく、かつ、欠陥候補のうち疑似欠陥の占める割合が所定の割合よりも小さいときに、第１仮検出感度が適正であると判定して、パターン検査に使用すべき検出感度として第１仮検出感度を決定する。

図７の（Ａ）〜図７の（Ｃ）を参照して、検出感度と欠陥候補に占める重要欠陥の割合との関係、検出感度と欠陥候補に占める疑似欠陥の割合との関係を説明する。図７の（Ａ）に示すとおり検出感度を高めると欠陥候補の検出数は増大する。真欠陥である重要欠陥の数は有限であるから、ある検出感度ＤＳ０を超えると重要欠陥の検出数は増加しにくくなり、代わりに疑似欠陥の検出数が急速に増大する。重要欠陥を漏らさず検出し疑似欠陥の発生を抑制するには、このような検出感度ＤＳ０で欠陥検出を行うことが望ましい。

検出感度の変化に伴う欠陥候補に占める重要欠陥の割合の変化と疑似欠陥の割合の変化を示すと、それぞれ図７の（Ｂ）及び図７の（Ｃ）に示す通りである。図７の（Ｂ）に示すように検出感度を上げ続けてある検出感度ＤＳ０を超え、殆どの重要欠陥が欠陥候補として検出された状態を過ぎると、欠陥候補に占める重要欠陥の割合は低下する。
また、図７の（Ｃ）に示すように検出感度を上げ続けると欠陥候補に占める疑似欠陥の割合は増大する。

したがってステップＳ１７において、欠陥候補に占める重要欠陥の割合が所定の割合Ｒ１以下であり、欠陥候補に占める疑似欠陥の割合が所定の割合Ｒ２以下であるか否かを判定することによって、欠陥候補を検出したときに使用された検出感度が、重要欠陥の殆どを検出しかつできるだけ疑似欠陥の発生を抑えることができるような適正な検出感度であったか否かを判定することができる。

図６に戻って、ステップＳ１７の判定で、重要欠陥の占める割合が所定の割合より大きい又は疑似欠陥の占める割合が所定の割合よりも大きいと判定された場合には、処理はステップＳ１８に移る。ステップＳ１８ではオペレータは、入力部２１に第２仮検出感度を指定する情報、例えば第２仮検出閾値を入力することにより、パターン検査装置１に第２仮検出感度を設定する。設定された第２仮検出感度は欠陥再検出部４４に入力される。
ステップＳ１９では、欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている欠陥情報のうち、第２仮検出感度の下でも欠陥候補として判定される欠陥候補に関する欠陥情報の集合を出力部２２へ出力する。そして処理をステップＳ１７に戻す。

ステップＳ１７では、オペレータはステップＳ１６の観察結果とステップＳ１９で出力された欠陥候補の集合を比較して、第２仮検出感度の良否を判定する。例えばオペレータは、ステップＳ１７にて出力された欠陥候補の集合のうち重要欠陥の占める割合が所定の割合より小さく、かつ、疑似欠陥の占める割合が所定の割合よりも小さいときに、第２仮検出感度が適正であると判定して、パターン検査に使用すべき検出感度として第２仮検出感度を決定する。それ以外の場合には、処理をステップＳ１８へ移してステップＳ１７〜Ｓ１９を反復する。

図８は、画像処理部３０により実現される機能ブロックの第２例を示す図である。本構成例では、観察結果受領部４５と、第２仮検出感度設定部４６と、欠陥候補比較部４７が設けられている。
観察結果受領部４５は、観察装置７０によってウエハ２の表面を観察したオペレータが、欠陥候補検出部４０が出力部２２へ出力した各欠陥候補がそれぞれ重要欠陥であるか否かを決定したとき、入力部２１を介してこの観察結果を受領する。
そして観察結果受領部４５は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている各欠陥情報に、それぞれの欠陥候補が重要欠陥であるか否かを示すフラグを加えることにより、欠陥候補が重要欠陥であるか否かを欠陥候補記憶部４３に登録する。

第２仮検出感度設定部４６は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている欠陥情報のうち、重要欠陥であると判定された欠陥候補に係る欠陥情報に含まれている差画像のグレイレベル値に基づいて第２仮検出感度を決定する。図９を参照して、第２仮検出感度の例である第２仮検出閾値を決定する決定方法の一例を示す。図９は、欠陥情報に含まれている差画像のグレイレベル差のヒストグラムを示す。本例では、３個の欠陥候補が重要欠陥であると判定され、それぞれの欠陥情報に含まれている差画像のグレイレベル値のヒストグラムを参照符号８１、８２及び８３にて示す。

ここで各ヒストグラム８１、８２及び８３に含まれる最大グレイレベル値をそれぞれＧＬ１、ＧＬ２及びＧＬ３とするとき、第２仮検出感度設定部４６は、重要欠陥と判定された全ての欠陥候補に係る欠陥情報に含まれている差画像のグレイレベル値のそれぞれの最大値（本例ではＧＬ１〜ＧＬ３）のうち、最小値（本例ではＧＬ１）を選択し、この最小値より所定のマージンＭだけ小さい値ＴＨＨ２を第２仮検出閾値として決定する。

このように第２仮検出閾値を決定すれば、欠陥再検出部４４が、欠陥候補記憶部４３に記憶されている欠陥情報に記憶された差画像のグレイレベル値と第２仮検出閾値とを比較して、グレイレベル値が第２仮検出閾値を超えるものを欠陥候補として検出するとき、重要欠陥であると判定された欠陥候補を全て欠陥候補として検出することができる。
また後述するように、第２仮検出感度設定部４６は、欠陥候補比較部４７が出力する良否判定信号に従って第２仮検出感度の感度を調整する。

欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている各欠陥候補が、第２仮検出感度設定部４６により設定された第２仮検出感度の下で欠陥検査を行った場合にも検出されるか否かを判定する。
欠陥候補比較部４７は、観察結果受領部４５により受領された観察結果により重要欠陥であると登録された欠陥候補の集合と、欠陥再検出部４４が第２仮検出感度の下で検出した欠陥候補の集合とを比較することにより第２仮検出感度の良否を判定する。欠陥候補比較部４７はまた、現在の第２仮検出感度が適正値よりも高いか低いかを判定する。そして欠陥候補比較部４７は第２仮検出感度の良否や、第２仮検出感度が適正でない場合には適正値と比較した高低を指示する良否判定信号を出力する。

図１０は、図８に示す画像処理部３０を用いた検出感度決定方法の第２例を示すフローチャートである。ステップＳ１０〜ステップＳ１６までは、図６に示すフローチャートと同様である。
ステップＳ１６においてオペレータが観察装置７０を用いてウエハ２の表面を観察することによって、欠陥候補検出部４０が出力した各欠陥候補がそれぞれ重要欠陥であるか否かを決定した後に、ステップＳ２０では観察結果受領部４５において、各欠陥候補がそれぞれ重要欠陥であるか否かを示す観察結果を示すデータを受領する。
観察結果受領部４５は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている各欠陥情報に、それぞれの欠陥候補が重要欠陥であるか否かを示すフラグを加える。

ステップＳ２１では、第２仮検出感度設定部４６は第２仮検出感度を決定する。第２仮検出感度の決定方法の例は、図９を参照して上記に例示したとおりである。
ステップＳ２２では、欠陥再検出部４４は、欠陥候補記憶部４３に記憶されている欠陥情報のうち、第２仮検出感度設定部４６が決定した第２仮検出感度の下でも欠陥候補として判定される欠陥候補を選択し、これらの欠陥候補に係る欠陥情報からなる欠陥情報の集合を欠陥候補比較部４７へ出力する。

ステップＳ２３では、欠陥候補比較部４７は、欠陥候補記憶部４３に記憶された各欠陥情報に加えたフラグを参照することによってステップＳ１６の観察結果において重要欠陥であると決定された欠陥候補群を選択する。そして欠陥候補比較部４７は、重要欠陥であると決定された欠陥候補の集合と欠陥再検出部４４が出力する欠陥候補の集合とを比較して、第２仮検出感度の良否を判定する。
このとき欠陥候補比較部４７は、例えば欠陥再検出部４４が出力する欠陥候補の集合のうち重要欠陥の占める割合が所定の割合より小さく、かつ、疑似欠陥の占める割合が所定の割合よりも小さいときに、第２仮検出感度が適正であると判定して、第２仮検出感度が適正であることを示す良否判定信号を出力して、処理を終了する。

一方で、ステップＳ２３での判定において、重要欠陥の占める割合が所定の割合より大きい場合には、欠陥候補比較部４７は、第２仮検出感度が低すぎることを示す良否判定信号を第２仮検出感度設定部４６に出力する。このような信号を受信した第２仮検出感度設定部４６は、所定の調整ステップ分だけ第２仮検出感度を高くなるように調整し（ステップＳ２４）処理をステップＳ２２へ戻す。
また、ステップＳ２３での判定において、疑似欠陥の占める割合が所定の割合より大きい場合には、欠陥候補比較部４７は、第２仮検出感度が高すぎることを示す良否判定信号を第２仮検出感度設定部４６に出力する。このような信号を受信した第２仮検出感度設定部４６は、所定の調整ステップ分だけ第２仮検出感度を低くなるように調整して（ステップＳ２４）処理をステップＳ２２へ戻す。

パターン検査の運用時に、検出感度を使用してパターン検査を行う構成要素、例えば図１に示す欠陥検出部３３は、第２仮検出感度が適正であることを良否判定信号が示すときに、第２仮検出感度設定部４６から出力される第２仮検出感度を受信し、このときの第２仮検出感度を検出感度として使用する。

本発明は、例えば半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板のような、試料の表面を撮像して得た撮像画像等に基づいて、試料の表面に現れる欠陥を検出するパターン検査方法及びパターン検査装置に利用可能である。

パターン検査装置の概略構成図である。 ウエハ上に複数のダイが配置される様子を示す図である。 従来の検出感度決定方法のフローチャートである。 本発明の実施例によるパターン検査システムの概略を示す全体構成図である。 画像処理部により実現される機能ブロックの第１例を示す図である。 本発明の実施例による従来の検出感度決定方法の第１例を示すフローチャートである。 （Ａ）〜（Ｃ）は検出感度と検出される欠陥との関係を説明する図である。 画像処理部により実現される機能ブロックの第２例を示す図である。 第２仮検出感度の決定方法の一例を説明する図である。 本発明の実施例による検出感度決定方法の第２例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ パターン検査装置
２ ウエハ
３ ダイ
１０ 検査装置本体
３０ 画像処理部
７０ 観察装置

Claims (4)

1. 反復パターンが形成された試料の表面上の相互に同一であるべきパターンを撮像した検査画像と参照画像とを比較して、その相違部分を所定の検出感度の下で各々検出し、これら相違部分が存在する前記検査画像内のそれぞれの箇所を前記反復パターンの欠陥として検出するパターン検査のための、前記検出感度の決定方法であって、
   （ａ）所定の撮像手段により前記検査画像及び前記参照画像を取得するステップと、
   （ｂ）所定の第１仮検出感度の下で前記検査画像と前記参照画像との相違部分を各々検出し、これら相違部分が存在する前記検査画像内のそれぞれの箇所を欠陥候補として検出するステップと、
   （ｃ）各前記欠陥候補の箇所における前記検査画像と前記参照画像との間の差画像を所定の記憶手段に各々記憶するステップと、
   （ｄ）第２仮検出感度を設定するステップと、
   （ｅ）前記差画像の画素のグレイレベル値と前記第２仮検出感度とを比較することにより、前記ステップ（ｂ）で検出された前記欠陥候補の各々のうち、前記第２仮検出感度の下で検出される欠陥候補の集合を与えるステップと、
   を含むことを特徴とする検出感度決定方法。
2. 前記所定の記憶手段を第１記憶手段とし、
   （ｆ）前記ステップ（ｂ）にて検出された各欠陥候補がそれぞれ真欠陥であるか否かについて前記試料の表面を観察して判定された観察結果を入力して所定の第２記憶手段に記憶するステップと、
   （ｇ）前記観察結果において真欠陥であると判定された欠陥候補の集合と、前記ステップ（ｅ）において前記第２仮検出感度の下で検出された欠陥候補の集合とを比較するステップと、さらに含み、
   前記ステップ（ｄ）、（ｅ）及び（ｇ）を反復し、前記ステップ（ｇ）において比較される前記集合間の相違が所定の許容範囲内に至ったとき、前記第２仮検出感度を前記検出感度として定めることを特徴とする請求項１に記載の検出感度決定方法。
3. 反復パターンが形成された試料の表面上の相互に同一であるべきパターンを撮像した検査画像と参照画像とを比較して、その相違部分を所定の検出感度の下で各々検出し、これら相違部分が存在する前記検査画像内のそれぞれの箇所を前記反復パターンの欠陥として検出するパターン検査のための、前記検出感度を決定する検出感度決定装置であって、
   所定の撮像手段により取得した前記検査画像と前記参照画像の相違部分の各々を所定の第１仮検出感度の下で検出し、これら相違部分が存在する前記検査画像内のそれぞれの箇所を欠陥候補として検出する欠陥候補検出手段と、
   各前記欠陥候補の箇所における前記検査画像と前記参照画像との間の差画像を記憶するための記憶手段と、
   第２仮検出感度を設定する第２仮検出感度設定手段と、
   前記差画像の画素のグレイレベル値と前記第２仮検出感度とを比較することにより、前記欠陥候補検出手段により検出された前記欠陥候補の各々のうち、前記第２仮検出感度の下で検出される欠陥候補の集合を決定する欠陥再検出手段と、
   を備えることを特徴とする検出感度決定装置。
4. 前記記憶手段を第１記憶手段とし、
   前記欠陥候補検出手段により各前記欠陥候補がそれぞれ真欠陥であるか否かについて前記試料の表面を観察して判定された観察結果の入力を受け付ける観察結果受領手段と、
   前記観察結果を記憶するための第２記憶手段と、
   前記観察結果において真欠陥であると判定された欠陥候補の集合と、前記欠陥判定手段により前記第２仮検出感度の下で検出された欠陥候補の集合とを比較する欠陥候補比較手段と、を備え、
   前記欠陥候補比較手段により比較される前記集合間の相違が所定の許容範囲内にあるときの前記第２仮検出感度を前記検出感度として定めることを特徴とする請求項３に記載の検出感度決定装置。

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