JP2009222611A

JP2009222611A - 検査装置及び検査方法

Info

Publication number: JP2009222611A
Application number: JP2008068662A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawaguchi; 広志川口
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】
検査対象からの散乱光を検出するような検査装置、例えば、斜方より照明し、上方で検出する検査装置においては、検出器で検出する検出光の強度分布が照明の照度分布や検出レンズの収差などの光学系のシェーディングの影響で均一ではなく、また正反射光ではなく散乱光を検出するため、検出光量を段階的に変化させたセンサ出力を取得することが困難であるため、イメージセンサ単体の出力(感度)ばらつきを補正することが困難である課題があった。
【解決手段】
検査装置とは別のシステムでイメージセンサに均一な光量分布の照明光を段階的に照明光量を変化させて入射し、データを取得することにより、検査装置上では生成できないイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データが生成でき、イメージセンサの視野内での感度を均一に保つことができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は検査装置及び検査方法に関する。例えば、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、例えば、特許文献１に記載のようにイメージセンサを装置に搭載した状態でイメージセンサに入射する光量を段階的に変化させてイメージセンサの出力を取得し、イメージセンサ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、補正データを生成する方法等がある。

特開２００６−１１３０２０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、照明光を検査対象に照射し、その反射光を検出する検査装置において、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、例えば、特許文献１に記載の方法では、検査対象からの散乱光を検出するような検査装置、例えば、斜方より照明し、上方で検出する検査装置においては、検出器で検出する検出光の強度分布が照明の照度分布や検出レンズの収差などの光学系のシェーディングの影響で均一ではなく、また正反射光ではなく散乱光を検出するため、検出光量を段階的に変化させたセンサ出力を取得することが困難であるため、イメージセンサ単体の出力（感度）ばらつきを補正することが困難であるとの課題があった。

本発明の１つの目的は、検査対象からの散乱光を検出するような検査装置において、イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正できることである。

本発明の１つの特徴は、検査装置において前記イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する第１の補正部を有することである。

また、本発明の他の特徴は、この第１の補正部で使われる補正データを検査装置とは別のシステムでイメージセンサに均一な光量分布の照明光を段階的に照明光量を変化させて入射し、イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する補正データを取得することである。

また、本発明の更に他の特徴は、検査装置上では生成できないイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データが生成でき、イメージセンサの視野内での感度を均一に保つことができ、また、イメージセンサもしくはイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データのゲインを変更することで、検査装置の光学的なシェーディングも補正するものである。

本発明の１つの態様によれば、検査対象からの散乱光を検出するような検査装置において、イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正できる効果がある。よって、正反射光／散乱光検出双方の検査装置に適用可能になる。

本発明では、例えば、一次元もしくは二次元の光電変換イメージセンサと、検査対象を照明する照明手段を有し、検査対象を搭載したステージを走査するかもしくは前記イメージセンサを走査することにより、対物レンズを介して光学的に画像信号を取得し、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、検査装置とは別のシステムでイメージセンサに均一な光量分布の照明光を段階的に照明光量を変化させて入射し、データを取得することにより、検査装置上では生成できないイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データが生成でき、イメージセンサの視野内での感度を均一に保つことができる。また、イメージセンサもしくはイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データのゲインを変更することで、検査装置の光学的なシェーディングも補正できるため、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。上記した様に、検査装置とは別のシステムでイメージセンサに均一な光量分布の照明光を段階的に照明光量を変化させて入射し、データを取得することにより、検査装置上では生成できないイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データを生成できる。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。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一実施例を示す図である。図１に示すように光源１からの照明光をビームエキスパンダー２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，結像レンズ６等を介してイメージセンサ７にて検出する検査装置において、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と入力部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のデータや情報を制御する制御ＣＰＵ１０を有し、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７の視野内での感度ばらつきを均一に補正するセンサ出力補正部８を設けることで、イメージセンサ単体の感度ばらつきを補正する。また、照明の照度分布や対物レンズ３，結像レンズ６の収差などによる光学的なシェーディングは、制御ＣＰＵ１０からイメージセンサ７のゲインを変更することで補正する。本実施例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感度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な検出結果を得ることが可能となる。また、補正目標値を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感度差が無くなり、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。ここで、光学的なシェーディングを補正する方法として、イメージセンサ単体の補正データにゲインを掛けて補正しても良い。なお、図示しない方法により、光源からの照明光を試料に垂直に照射する機構を設けて、装置上で補正データを生成するためのデータを取得できるようにしても良い。また、本実施例ではイメージセンサを上方に配置しているが、斜方に配置しても良い。

図２は、本発明のイメージセンサ出力補正方法のイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データ取得装置の一実施例を示す図である。本実施例のイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データ取得装置では、図２に示すように、光源２１からの照明光の光量をＮＤフィルター２２で調整し、ビームエキスパンダー２３で光束を広げ、均一な光をイメージセンサ２４に照明し、画像入力部２５で画像を入力する。なお、照明光については、事前に強度プロファイルを計測しておく。

ここで、一括でイメージセンサの有効範囲のデータを撮像する場合には、図３（ａ）に示すように、イメージセンサ２４の有効範囲全体を照明光２６−ａで照明する。

分割してイメージセンサの有効範囲のデータを撮像する場合には、図３（ｂ）に示すように、照明光２６−ｂの照度分布が均一な範囲（幅）でイメージセンサを移動させて分割して撮像する。

また、イメージセンサに入射する光量は、図４に示すように、段階的に変化させて複数（Ｎ枚）のデータを取得する。補正データはイメージセンサの各画素毎に入射光量別のデータから、イメージセンサのリニアリティー特性に合わせて、ｍ次（ｍ≦Ｎ）の曲線近似式あるいは直線近似式を算出し、その係数を補正データとすれば良い。これにより、イメージセンサを検査装置搭載時に補正データを設定することで、装置光学系のシェーディングの影響を受けることなく、イメージセンサ単体の感度ばらつきを補正することができる。

図５は、本発明のイメージセンサ出力補正方法の光学的なシェーディング補正の一実施例を示す図である。光学的なシェーディングが図５（ａ）に示すような場合、図５（ｂ）に示すように画素方向の感度ばらつきがフラットになるようにゲインを変更しても良いし、図５（ｃ）に示すようにお椀形にゲインを変更しても良い。また、ゲインを変更する単位は、実施例ではイメージセンサの画素単位で行っているが、イメージセンサが並列出力タイプであれば、並列出力単位（いわゆる、チャネルごとの補正）でも良く、また、画像処理の処理単位でも良い。

図６は、本発明の光学系の補正方法の一実施例を示す図である。光学系のシェーディングが図６（ａ）に示すように、センサ出力が画素方向で左右非対称である場合には、その形状から位置ずれ量を検知し、補正量を算出し、図６（ｂ）に示すように照明光学系あるいは検出光学系を移動させて、左右対称な位置とすることで、安定した検出感度を得ることはできる。なお、補正量が光学系の移動限界を超える場合には、検査装置の表示画面にアラーム表示をするようにしても良い。

図７は、本発明のイメージセンサ出力補正方法について、処理ステップのフローの一実施例を示す図である。まず、イメージセンサ単体のデータを取得し（Ｓ７０１）、補正データを生成後（Ｓ７０２）、イメージセンサを装置に搭載し、補正データを設定する（Ｓ７０３）。次に光学系のシェーディングデータを取得し（Ｓ７０４）、その形状から光学系の補正量（移動量）を算出する（Ｓ７０５）。補正量が光学系の移動限界以内か否か判定し（Ｓ７０６）、補正量が光学系の移動限界以内であれば光学系の補正を行い（Ｓ７０８）、移動限界を超える場合にはアラーム表示する（Ｓ７０７）。光学系の補正後（Ｓ７０８）に再度、光学系のシェーディングデータを取得し（Ｓ７０９）、光学系のシェーディング形状が許容範囲内でなければ、光学系補正量を算出し（Ｓ７０５）、補正する処理（Ｓ７０８）を繰り返す。光学系のシェーディング形状が許容範囲内であれば、光学系のシェーディング補正ゲインを算出し、設定する（Ｓ７１０）。ゲイン設定後に再度、光学系のシェーディングデータを取得し（Ｓ７１１）、光学系のシェーディング形状が許容範囲内でなければ、光学系のシェーディング補正ゲインを算出し、補正する処理（Ｓ７１０）を繰り返し、許容範囲内であれば補正処理が終了となる（Ｓ７１２）。経時変化に対しては、照明系，検出系を補正するフィードバックループ（例えば、Ｓ７０９からＳ７０５，Ｓ７０６，Ｓ７０７のフィードバックループ、又は、Ｓ７１１からＳ７１０，Ｓ７１１のフィードバックループ）を設けることにより、経時変化を低減することができる。

前記検査装置で前記イメージセンサを動作させる電荷蓄積時間（ラインレート）で該イメージセンサを動作させて取得した該イメージセンサの出力値から補正データを生成しても良い。また、第２の補正部として、前記イメージセンサのゲイン、もしくは、前記第１の補正部で生成した補正データのゲインを変更することで、任意の感度分布に光学系のシェーディングを補正してもよい。また、光学系のシェーディング形状から、照明光学系及び検出光学系の位置ずれ量を検知し、光学系の位置合わせを行っても良い。また、光電変換イメージセンサは時間遅延積分型（ＴＤＩ）イメージセンサでも良い。また、光電変換イメージセンサは一次元のＣＣＤラインセンサでも良い。また、光電変換イメージセンサは二次元のＣＣＤエリアセンサでも良い。また、光電変換イメージセンサはイメージセンサの前段もしくは後段で電子増倍を行う電子増倍型センサでも良い。また、光電変換イメージセンサはアンチブルーミング機能を有しても良い。

本発明は、イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正でき、正反射光／散乱光検出双方の装置に適用可能である。また、本発明は、明るさの異なるデータから補正データを生成し、検出器の感度を補正するため、リニアリティーも補正できる。本発明は、イメージセンサ単体の補正と、照明系及び／又は光学系の補正とを独立して行うことができる。

また、本明細書では、例えば、（１）散乱光検出においてセンサ単体の補正を行うこと、（２）正反射または散乱光検出において、センサ単体の補正と光学系のシェーディング補正を別個に行うことを開示する。（１），（２）の効果としては、（１），（２）共に、センサ単体の補正として、リニアリティーも補正するために、複数段階の明るさのデータを取得する必要がある。この時間の掛かる多くの条件（明るさ）のデータ取得は、本発明では、経時変化の無い（又は極小さい）、センサ単体での補正を行っているために、１回のみ行えば良く、経時変化によりシェーディングが変化する光学系の補正データ（明るさは１条件のみ）のみを、定期的に取得し、補正データを生成し直すために、短時間で補正データの作り直しが終了する。一方、光学系のシェーディングも含めて、装置上で補正を行う方式の場合には、多くの条件（明るさ）のデータ取得が定期的に必要となり、毎回、多くの時間を要する。従って、（１），（２）の効果としては、時間短縮の効果がある。

本発明のセンサ出力補正方法も用いた検査装置の構成の一実施例を示す図である。本発明のイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データ取得装置の一実施例を示す図である。本発明のイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データ取得装置のデータ取得方法の一実施例を示す図である。本発明のイメージセンサ単体の感度ばらつき補正データ取得装置のデータ取得方法の一実施例を示す図である。本発明の光学的なシェーディング補正方法の一実施例を示す図である。本発明の光学系の補正方法の一実施例を示す図である。本発明のイメージセンサ出力補正方法のフローの一実施例を示す図である。

符号の説明

１光源
２，２３ビームエキスパンダー
３対物レンズ
４ステージ
５試料
６結像レンズ
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
２１光源
２２ＮＤフィルター
２４イメージセンサ
２５画像入力部
２６−ａ，２６−ｂ照明光

Claims

一次元もしくは二次元のイメージセンサと、検査対象を照明する照明部を有し、検査対象を搭載したステージを走査するかもしくは前記イメージセンサを走査することにより、光学系を介して、検査対象からの散乱光を前記イメージセンサで検出して、画像信号を取得し、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、
前記イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する第１の補正部を有することを特徴とする検査装置。
一次元もしくは二次元のイメージセンサと、検査対象を照明する照明部を有し、検査対象を搭載したステージを走査するかもしくは前記イメージセンサを走査することにより、光学系を介して、前記イメージセンサにて画像信号を取得し、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、
前記光電イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する第１の補正部と、
前記光学系のシェーディングを補正する第２の補正部とを有することを特徴とする検査装置。
請求項１又は２において、
前記第１の補正部として、該検査装置とは別の補正データ取得システムにより前記イメージセンサの有効範囲全体に均一な照明を照射するか、もしくは、該イメージセンサの一部に均一な照明を照射し、該イメージセンサを移動させることで、分割して該イメージセンサの有効範囲全体を照射し、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補正データを生成することを特徴とする検査装置。
請求項３において、
前記検査装置で前記イメージセンサを動作させる電荷蓄積時間（ラインレート）で該イメージセンサを動作させて取得した該イメージセンサの出力値から補正データを生成することを特徴とする検査装置。
請求項２において、
前記第２の補正部として、前記イメージセンサのゲイン、もしくは、前記第１の補正部で生成した補正データのゲインを変更することで、任意の感度分布に光学系のシェーディングを補正することを特徴とする検査装置。
請求項１又は２において、
光学系のシェーディング形状から、照明光学系及び検出光学系の位置ずれ量を検知し、光学系の位置合わせを行うことを特徴とする検査装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記イメージセンサは時間遅延積分型（ＴＤＩ）イメージセンサであることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１乃至６記載のいずれかにおいて、
前記イメージセンサは一次元のＣＣＤラインセンサであることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記イメージセンサは二次元のＣＣＤエリアセンサであることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記イメージセンサはイメージセンサの前段もしくは後段で電子増倍を行う電子増倍型センサであることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項７乃至１０のいずれかにおいて、
前記イメージセンサはアンチブルーミング機能を有することを特徴とする欠陥検査装置。
検査対象を照明し、光学系を介して、検査対象からの散乱光をイメージセンサで検出して、検出信号を取得し、検査対象を検査する検査方法において、
前記イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する第１の補正ステップを有することを特徴とする検査方法。
検査対象を照明し、光学系を介して、イメージセンサにて検出信号を取得し、検査対象を検査する検査方法において、
前記イメージセンサ単体の出力ばらつきを補正する第１の補正ステップと、
前記光学系のシェーディングを補正する第２の補正ステップと、を有することを特徴とする検査方法。
請求項１２又は１３において、
前記第１の補正ステップとして、前記イメージセンサの有効範囲全体に均一な照明を照射するか、もしくは、該イメージセンサの一部に均一な照明を照射し、該イメージセンサを移動させることで、分割して該イメージセンサの有効範囲全体を照射し、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補正データを生成することを特徴とする検査方法。
請求項１４において、
前記イメージセンサを動作させる電荷蓄積時間（ラインレート）で該イメージセンサを動作させて取得した該イメージセンサの出力値から補正データを生成することを特徴とする検査方法。
請求項１３において、
前記第２の補正ステップとして、前記イメージセンサのゲイン、もしくは、前記第１の
補正ステップで生成した補正データのゲインを変更することで、任意の感度分布に光学系のシェーディングを補正することを特徴とする検査方法。
請求項１３において、
さらに、光学系のシェーディング形状から、光学系の位置ずれ量を検知し、光学系の位置合わせを行うことを特徴とする検査方法。