JP4778755B2

JP4778755B2 - 欠陥検査方法及びこれを用いた装置

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Publication number: JP4778755B2
Application number: JP2005261564A
Authority: JP
Inventors: 行広芝田; 俊二前田; 英利西山
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: US7400393B2; US20070058164A1; US20080225286A1; JP2007071804A

Description

本発明は、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの検査方法及びこれを用いた装置に関するものである。

従来の半導体検査装置として、特開２００４−５５６９５号公報（特許文献1）に開示されている構成がある。この特許文献1に開示されている検査装置では、レーザ光源を用いて、半導体フォトマスクやウェハなどの欠陥を検査するものである。レーザを光源としているため、照明波長は単一波長である。

また、特開２００４−８７８２０号公報（特許文献２）には、過去の類似品種の検査条件のデータを検索し参照して新たな検査条件を設定する方法及びそのシステムが開示されている。

特開２００４−５５６９５号公報特開２００４−８７８２０号公報

例えば、検査対象となる半導体ウェハはパターンが多層配線されており、層と層の間には電気的に絶縁するための層間絶縁膜が形成されている。光学式半導体ウェハ検査装置としては、明視野方式と暗視野方式がある。両方式共に、設計上同じパターンが形成されているダイの画像を比較して、検査する方式が主流である。この画像比較方式にて検査感度を高めるためには、装置ユーザが定義する擬似欠陥が画像上で見えないほうが良い。擬似欠陥としては、層間絶縁膜の膜厚の違いに応じた検出画像の明るさの違いやグレインなどがある。一般に、擬似欠陥は、半導体デバイスの電気特性には悪影響が無いため、装置ユーザはこれらの擬似欠陥を検出して欲しくはない。このため、比較検査して算出した差画像の欠陥判定しきい値は、擬似欠陥が許容される割合となるようにしきい値を上げざるを得ない。

擬似欠陥となる層間絶縁膜の膜厚の違いに応じた検出画像の明るさの違いは、照明波長幅が狭いと大きく、波長幅が広いと小さくなる。すなわち、層間絶縁膜の膜厚のばらつきが検出画像の明るさの変動に与える影響は、照明光の波長幅が狭くなるほど大きくなる。したがって、層間絶縁膜の膜厚の違いに応じた検出画像の明るさの違いを小さくするためには、照明光の波長幅を広くしたほうが有利であり、その結果、欠陥判定しきい値も小さくすることが可能となる。これにより、濃淡差が小さい微小欠陥などを検出できる可能性が高くなり、高感度検査に有効である。このため、比較検査を考えた場合、特許文献1に記載されているような単一波長照明では、擬似欠陥の濃淡差が大きくなり、検査感度が悪くなるケースがある。また、検査対象となるウェハ上には、多種多様な欠陥や検出したくない擬似欠陥がある。

これらの欠陥や擬似欠陥の濃淡差は、照明波長に応じて変化するため、欠陥のコントラストを高め、擬似欠陥の明るさのばらつき（濃淡差）を低減する波長域を照明光として選択することが欠陥検出の高感度化に有利である。特許文献１に記載されている発明では、レーザを用いているため、波長は単一波長であり、選択する余地がない。このため、特許文献１に記載されているような、ある特定の波長で欠陥を検出する場合、大きな濃淡差が得られる欠陥種もあれば、十分な濃淡差が得られない欠陥種もある。従って、多種多様な欠陥の捕捉率を上げるためには、検査に適切な波長を選択する機能があると有利である。

また、より高感度検査を実現するためには、欠陥部の濃淡差をより大きくする光学手段が必要である。

さらに、欠陥部の濃淡差をより大きくする光学手段が複数ある場合は、その最適条件を見出す時間が長時間あるいは最適条件の判断が困難となる。

また、特許文献２には、過去の類似品種の検査条件のデータを検索し参照して新たな検査条件を設定することが開示されているが、検査条件として試料の配線パターンの材料に応じて照明波長領域を変えることについては配慮されておらず、検査対象となるウェハ上に存在する、多種多様な欠陥や検出したくない擬似欠陥に対応した検査条件を設定することについては配慮されていない。

上記した従来技術の課題を解決するために、本発明では、欠陥検査方法において、広帯域の発光波長を有した光源からの光で試料を照明することが可能な照明系を用いて、過去に検査した前記試料と同じ配線材料の検査用光学条件出し結果を参照して、欠陥部の濃淡差が大きく得られる適切な照明波長帯を選択するようにした。

すなわち、本発明では、欠陥検査装置に、複数の波長帯域の光を発光する光源手段と、この光源手段にて発光した複数の波長帯域の光の中から所望の波長の光を選択して配線パターンが形成された試料に照射する光照射手段と、光照射手段により所望の波長の光を照射された配線パターンが形成された試料の光学像を受光して画像信号を出力する検出手段と、検出手段から出力された画像信号を処理して欠陥を検出する画像処理手段と、光源手段と光照射手段と像検出手段と画像処理手段とのうちの少なくともひとつを制御する制御手段と、試料に関連するデータベースと、光源手段と光照射手段と検出手段と画像処理手段とのうちの少なくとも１つの光学条件に関連するデータベースとを有する検査情報データベース手段と、試料に関する情報を入力する入力手段とを備え、光照射手段は波長選択部と複数の光学系部とを有し、制御手段は、入力手段から入力された試料の配線パターンの材料に関する情報に基づいて波長選択部を制御して光源手段にて発光した複数の波長帯域の光のうちから配線パターンが形成された試料に照射する波長帯域の光を選択するとともに、複数の光学系部の中から選択した波長帯域の光に対応した照明光学系を選択するようにした。

また本発明では、欠陥検査装置を、複数の波長帯域の光を発光する光源手段と、光源手段にて発光した複数の波長帯域の光のうち所望の波長の光を選択し偏光の状態を調整して配線パターンが形成された試料に照射する光照射手段と、光照射手段により所望の波長の光を照射された配線パターンが形成された試料の光学像を受光して画像信号を出力する検出手段と、検出手段から出力された画像信号を処理して欠陥を検出する画像処理手段と、光照射手段の所望の波長の光の選択と偏光の状態の調整を制御する制御手段とを備えて構成した。

本発明によれば、欠陥部の濃淡差を向上し、且つ擬似欠陥部の濃淡差を低減させる光学条件を短時間で選択可能となり、高感度・高速検査が実現できる。また、所望のＤＯＩ(Defects of Interest)の捕捉率を最大化する複数の光学条件も短時間で見出すことが可能となる。

以下に、本発明の実施例を説明する。

本発明による光学式欠陥検査装置の基本構成を図１に示す。ウェハ１はフープ１００に格納されており、ウェハローダ２０１にてノッチ検出部２０２に搬入される。ノッチ検出部２０２でノッチ検出されて、プリアライメントされたウェハ１は、Ｘステージ２１０，Ｙステージ２１１，Ｚステージ２１２，θステージ２１３上に搭載されているウェハチャック２１４に吸着される。ウェハ１上には、ウェハ表面の画像を検出する光学系１０が配置されている（この図では、落射照明による明視野検出光学系の構成を示す）。光源２０は、広帯域な波長を発光する光源であり、例えばＸｅランプ，超高圧ＨｇランプやＨｇ−Ｘｅランプあるいはハロゲンランプなどである。ランプ２０からの光は、レンズ２２を介して、波長選択フィルタ２５、ポラライザ３０を透過する。波長選択フィルタ２５は、例えば干渉フィルタや特定の波長で吸収帯のある色ガラスなどである。波長選択フィルタ２５は透過波長の異なる特性を持つ複数のフィルタが波長選択フィルタ切替機構２７に配置されており、照明波長の切替が可能となっている。

また、偏光照明による欠陥コントラスト向上を図るため、ポラライザ３０が配置されている。このポラライザ３０を透過した光は、直線偏光となり、その振動方向の方位を回転させる１／２波長板３５を透過して、欠陥のコントラストを向上する振動方向に制御する。この１／２波長板３５は、透過した光の振動方向を任意の方向に回転するための１／２波長板回転機構３７に搭載されている。また、様々な欠陥種の捕捉率を向上させる場合には、楕円偏光照明（楕円率１の円偏光も含む）が有効な場合もあるため、楕円偏光照明させるための１／４波長板４０も配置する。この１／４波長板４０は、透過した光の楕円形状を任意の形状にするための１／４波長板回転機構４２に搭載されている。尚、偏光照明しなくても十分な感度が得られる場合は、ポラライザ３０は不必要である。このため、ポラライザ３０による照明光量の損失を防ぐため、ポラライザを照明光路から外すポラライザ出し入れ機構３２に取り付けている。１／２波長板１／４波長板は、ランダム偏光照明を行う場合は不要であるが、例えば水晶やフッ化マグネシウム等が材料である場合は、透過率９０％以上は確保できるため、そのまま配置しておいても光量損失は問題にならないレベルである。このため、１／２波長板及び１／４波長板は、ランダム照明時においても光路に配置していても良いし、光路から外しても良い。

これらの光学素子を透過した光は、レンズ４５を通して開口絞り５０の位置に光源の像を形成し、この開口絞り５０及びレンズ６０を透過してビームスプリッタ６５を反射した光が、対物レンズ７０を介してウェハ１を落射照明する。ここで、開口絞り５０は、異なる開口形状や絞り径を有した開口絞りが複数配置された開口絞り切替機構５２に配置されている。この開口絞り５０の形状としては、光軸を中心にした円形や軸外にてリング状の開口を有した輪帯開口や軸外で開口を持つ２極，４極開口などがある。光路には、複数配置した開口絞りの中から、欠陥コントラストの向上と擬似欠陥コントラストの低減に有効な開口絞り形状を選択する。この開口絞り５０の像を対物レンズの瞳に投影することにより、ケーラー照明となる。

ウェハ１上のパターンなどで反射、回折、散乱した光のうち、対物レンズ７０のＮＡ内を進む光は再び対物レンズ７０に捕捉され、ビームスプリッタ６５を透過した光は、特定の電場ベクトルの振動成分のみを透過するアナライザ８０を透過して、結像レンズ９５によりイメージセンサ１００上にウェハ１のパターンの像を形成する。この光路の途中には、ビームスプリッタ８５が配置されており、対物レンズ７０の焦点位置とウェハ１の表面のずれ量を検出する焦点位置検出光となる。焦点検出原理としては、例えば、照明系に配置した縞状のストライプパターン４８をウェハ１上に投影し、その像を焦点検出系に導く。ウェハ１が合焦点位置にある場合のストライプパターン結像位置（設計上の像面）に対して、ウェハ側及び反対側にデフォーカスさせた位置に焦点検出用イメージセンサ９０．９２を２個配置する。

これらのイメージセンサ９０．９２で検出したストライプパターン像のコントラストを比較して、ウェハ１と合焦位置に位置関係を機構制御部３１０で検知する。ウェハ１が合焦位置に対して、ズレている場合は、機構制御部３１０よりＺステージ２１２にズレ量に対応した駆動を指示し、ウェハ１を合焦位置に合せる制御をする。また、イメージセンサ１００は、例えばリニアイメージセンサ（Time Delay Integration型を含む）であり、Ｘステージ２１０を等速移動させながら連続的にウェハ１の像を検出する。イメージセンサ１００からの画像情報は、Ａ／Ｄ変換機１１０でデジタル信号の画像として画像処理部３００に入力される。

検査速度や欠陥のコントラストに応じて、対物レンズを交換すると、ユーザニーズに合った検査が可能である。そこで、レボルバ７５を用いて対物レンズ７０をＮＡや結像倍率などが異なる対物レンズ７１に交換可能な構成とした。

画像処理部３００では、設計上同じパターンが形成されている画像同士を比較して、欠陥候補を判定する。比較する画像としては、隣接するダイの画像を比較するダイ比較と隣接するメモリセル部の画像を比較するセル比較方式が代表例であるが、設計パターンデータとイメージセンサで検出した画像との比較や、複数ダイの画像から生成した基準画像との比較による欠陥候補を判定する手法がある。画像処理部３００にて欠陥判定された欠陥部の情報としては、欠陥部の画像とこの画像の比較対象となった画像及び比較した差画像や座標情報、欠陥判定用に算出した比較時の画像特徴量などがあり、これらの情報は、データサーバ３３０に格納される。これらの情報は操作部にて表示が可能である。検査装置全体のオイペレーティングは操作部３２０で指示し、ウェハ１のローディングやウェハθアライメント及び光学条件の設定や条件出し用のテスト検査及び定常検査などの実施を指示する。なお、既に検査レシピが作成されているウェハ１の検査は、検査装置と通信可能な上位システムからの指示により、自動検査を開始するなどの外部からの制御が可能である。また、検査結果の情報についても上位システムからの検索・抽出・表示が可能であり、装置本体からオペレータが指示しなくても、外部（例えば、クリーンルームの外）からの検査結果の確認が可能なシステムを備えている。

図１にて光学系の機能や構成について説明したが、機能・条件が多くなるとウェハを検査する光学条件出しや画像処理条件出しが大変である。この光学条件出しの効率的フローを図８に示す。

検査対象となるウェハを装置内にインプットし、検査対象となるウェハの情報を入力する。情報としては、品種、工程、ロット番号などである。次に、ウェハ上に形成されたダイの配列やダイ内のメモリセルエリアなど（デバイスマトリックス）を指定する。このデバイスマトリックスが既に、他の工程で作成されている場合は、既に作成されているデバイスマトリックスをコピーする。次に、ウェハと光学系の視野及びＸＹステージとのθアライメントを行なうための座標情報やアライメント用のターゲットマークを登録する。次に、光学系の各機能・条件のうち、予め決めておいた多種多様な欠陥を検出しやすい条件（１０条件程度）にて、順次テスト検査〔１〕を行なう。テスト検査〔１〕では、条件出し後に行なう実際の検査時（本検査と称す）の画素サイズ（ウェハ上におけるイメージセンサ１画素あたりのサイズ）よりも大きな画素サイズで検査する。これにより、例えば、ウェハの一定の面積をテスト検査する場合においては、検査時間は（テスト時の画素サイズ／本検査の画素サイズ）²に短縮でき、テスト検査〔１〕に必要な総合時間を短縮する。

次に、全ての条件で検出した欠陥候補を１つの検査結果にマージする。このとき、同じ欠陥を複数の検査条件で検出する欠陥候補があるため、これについては欠陥候補の座標を突合せて、１つの欠陥候補であるとする。このとき、どの検査条件で検出できた欠陥候補であるかが分かるようにマージした検査結果に情報を残しておく。このマージ検査結果をもとに、ＳＥＭ(Scanning Microscope)にてレビューする。このＳＥＭレビュー結果より、検出しても良い欠陥であるか、或いは検出しなくても良い擬似欠陥であるかを判別する。このレビュー結果に基づいて、欠陥を検出しやすく、擬似欠陥を検出しにくい検査条件を選択する。

選択方法としては、デフォルト条件でテスト検査〔１〕した時に得られた欠陥と擬似欠陥の画像や特徴量を用いて、欠陥と擬似欠陥を分別しやすくなる画像処理パラメータとの組合せを最適化する。最適化した画像処理パラメータを用いた場合の、欠陥と擬似欠陥の分別性能を算出し、この結果より、最も欠陥を検出しやすく、擬似欠陥の検出を抑制できる光学条件と画像処理パラメータの組合せを求める。或いは、操作部にこの結果を表示して、装置ユーザが選択できるようにする。この場合、複数の光学条件と画像処理パラメータの組合せを表示する事になるため、各条件で検出される欠陥と欠陥候補のＳＥＭ画像も一緒に表示すると選択しやすくなる。

次に、画素サイズは本検査で使用する条件に設定し、他の光学条件は自動算出あるいはユーザが選択した光学条件をベースとし、テスト検査〔２〕する。ここでテスト検査〔２〕した結果を既にＳＥＭレビューした欠陥及び擬似欠陥と座標突合せし、突合った欠陥及び擬似欠陥部の画像と比較する画像及び検査した時の欠陥特徴量などを用いて、最も欠陥と擬似欠陥が分別しやすい画像処理パラメータを自動算出する。この自動算出した画像処理パラメータにて、欠陥として判定した欠陥候補の情報を表示する。情報としては、ＳＥＭレビュー画像やレビューして判定した欠陥・擬似欠陥などの情報などである。

この情報を用いて、
ａ）ユーザは十分な感度であるか？
ｂ）擬似欠陥の割合が許容範囲か？
などを判定し、感度や擬似欠陥の割合が許せない範囲である場合は、テスト検査〔１〕で変更した光学パラメータの中から、感度が高くなる光学条件や擬似欠陥の割合が低くなる光学条件を予測し、本検査で使用する画素サイズにて、欠陥や擬似欠陥部の画像及び比較部の画像を実際に検査するときのイメージセンサとは異なる２次元カメラで撮像する（例えば、図２に示すアライメント用カメラ１５０［白黒カメラ］）。これは、実際に検査するイメージセンサ１００は、リニアセンサであるため、特定の座標の画像を取得する場合は、ステージが等速移動する必要があるため、２次元カメラでの画像取得に比べて、画像取得時間が長くなるためである。しかし、ユーザによっては、画像取得時間が問題にならない場合もあるため、リニアイメージセンサ１００で画像取得することも考えられる。特に、イメージセンサ１００とアライメント用カメラ１５０で分光感度や画素寸法が大きく異なる場合は、イメージセンサ１００で画像取得した方が良い。

次に、欠陥及び擬似欠陥部の画像取得した画像を用いて、最も望ましい感度、擬似欠陥率となる光学条件及び画像処理パラメータを算出する。次に、最適な光学条件及び画像処理パラメータでターゲット欠陥の検出感度及び擬似欠陥率が許容されれるかどうかを自動計算し、許容範囲内である場合は、この最適条件を用いて、本検査で使用する画素サイズにてテスト検査を実施する。許容範囲外である場合は、再度光学条件を変更し、欠陥・擬似欠陥部とその比較部の画像を取得し、光学条件と画像処理パラメータの改善を行なうことも考えられる。

本検査で使用する画素サイズにて再度テスト検査を行った結果についても、既にＳＥＭレビューした結果と突き合わせ、必要に応じて画像処理パラメータの改善を図る。改善を図った場合は、検査感度及び擬似欠陥率の良否を判定し、問題ない場合は、条件出し終了とし、ＳＥＭレビューした欠陥の情報（例えば、欠陥サイズや分類結果及びその欠陥の発生要因など）をデータベースに登録する。このデータベースは、例えば、同じ品種、工程あるいは、同じ半導体材料を用いている将来の半導体ウェハの条件出しを行う時に活用する。なお、本検査で使用する画素サイズでテスト検査した結果には、ＳＥＭレビューしていない欠陥も含まれる可能性が高い。このＳＥＭレビューしていない欠陥が、検出したい欠陥であるか、あるいは擬似欠陥であるかを確認したい場合は、ＳＥＭレビューを行い、確認することも考えられる。また、ＳＥＭレビューを効率的に行なうためには、検査装置で自動分類した結果を用いて、正確に分類できている確立の高いカテゴリは、代表欠陥のみＳＥＭレビューすることも考えられる。

特に、検査条件の条件出しを行なう時には、テスト検査した結果が欠陥であるか或いは、擬似欠陥であるか判定するために、ＳＥＭレビュー装置７３０によるレビュー結果との突合せなどを行なう必要がある。図８でも示したとおり、このＳＥＭレビュー結果が、検査装置１１上で表示、確認できると、検査装置の条件出しが効率的になる。これを行なうための検査装置１１とレビュー装置７３０の連携システムを図９に示す。条件出し用のウェハ１を検査装置１１にインプット７１０し、対象ウェハ１のウェハ情報を入力する。この情報を用いて、検査情報データベース（以下、検査情報ＤＢと称す）７００を検索し、前の世代の同じ品種・工程で過去に検査した結果を抽出する。

抽出した結果より、歩留まりに影響する代表欠陥を判定するため、レビュー結果ＤＢ（レビュー装置に内蔵されていても、されていなくても良い）に、抽出した検査結果の情報（品種、工程、ロット番号、欠陥座標など）を送り７１５、レビュー画像とその分類結果及び、その結果の解析、対策情報などを検査装置１１の検査情報ＤＢに送り返す７２０。この転送情報を、検査装置上にてオペレータが確認し、例えば、歩留まりに影響する欠陥やプロセスモニタリング上検出が必要な欠陥を選定する。また、擬似欠陥についても検査装置上にてオペレータがレビュー画像を確認し、検出したくない欠陥であることを指定する。

これらの検出したい欠陥及び検出したくない擬似欠陥について、過去の検査時にこれらを検出したときの光学条件と欠陥情報（濃淡差や欠陥特徴量及び画像など）さらに、この欠陥を検出したときの条件出し時の情報（条件出し時の光学条件と欠陥及び擬似欠陥のコントラスト特性。例えば、波長と欠陥・擬似欠陥のコントラストの特性や偏光フィルタリングと欠陥及び擬似欠陥のコントラストの特性など）を検索する。この検索結果から、欠陥と擬似欠陥を高マージンで分別可能な光学条件を予測し、テスト検査を実施する。これら過去の検査情報及び過去の条件出し情報を有効活用し、微細化したデザインルールのウェハの条件出しを効率化する。これは、図８に示すデフォルトのテスト検査条件を絞り込むのに有効であり、テスト検査時間を短縮できる効果がある。

以上については、過去の検査結果を活用したテスト検査情報の絞込みであり、絞り込んだ条件で実際にテスト検査を行なう。このテスト検査により、検出した欠陥候補は、一旦検査装置１１からウェハ１を出して７２５、レビュー装置７３０に搬入する７３５。ここで、欠陥候補をレビューし、検出したい欠陥であるか、検出したくない擬似欠陥であるかを判断し、レビュー結果ＤＢにレビュー結果を転送し７４０、格納する。この結果、検出感度や擬似欠陥率が悪い場合は、ウェハ１をレビュー装置から出して７５５、検査装置に再度インプットし、検査条件を調整する。検査条件を調整後、テスト検査した結果の良否については、既にレビューした欠陥の座標と突き合わせて、擬似欠陥率の良否を判断できる。なお、検査条件を調整後に新たに検出した欠陥については、レビュー結果がないため必要に応じて、レビューしていない欠陥候補のみをレビュー装置にてレビューし、レビュー結果ＤＢに格納する。

条件出しを行なったウェハの条件出し結果を検査情報データベース７００に蓄積していく内容について図１０に示す。条件出しを行なう場合、図８で示したテスト検査により、欠陥候補がどこにあるかを検知し、その欠陥候補が、欠陥であるか擬似欠陥であるかをレビューして判断する。例えば、欠陥である場合は、照明方式を決めるため、欠陥部とその比較する部分の明視野・暗視野及び明暗視野像を検出する７７０。この明視野・暗視野及び明暗視野像を検出するための光学系の構成は、実施例２の図７にて詳述する。なお、例えば明視野像と暗視野像を検出して、それぞれの画像を足し合わせることにより明暗視野画像を予測することも考えられる。これらの像より、欠陥部の濃淡差を算出する。この中で、欠陥検出に有利な照明方式を選択する。

次に、欠陥部とその比較対象となる部分の分光画像を検出する７７２。波長は、３０〜６０ｎｍステップ程度で画像を検出する。この検出した画像で比較検査を行い、欠陥部の濃淡差を求める。このとき、各波長での濃淡差の極性（正常部に対して欠陥が暗いか明るいかの識別）も分かるようにする。偏光フィルタについても同様に、フィルタ透過軸と欠陥濃淡差を算出する７７４。また、空間フィルタについても、フィルタ部の透過率と位相差をパラメータとした濃淡差の特性を蓄積する７７６。これらの光学条件と欠陥濃淡差の関係について、特徴的な欠陥（例えば、ショート欠陥、欠け欠陥、残渣欠陥、Ｖｏｉｄなど）を複数選んで、各光学条件と欠陥濃淡差の関係を蓄積する。これと同様に、擬似欠陥についても光学条件と濃淡差の関係をデータベースに蓄積する。

検査感度に有利な検査条件を選択する第１ステップの例としては、欠陥の濃淡差が比較的大きくなる条件を抽出する。第２ステップの例としては、擬似欠陥の濃淡差が比較的小さくなる条件を抽出する。これらの条件のうち、重複する条件が検査マージン（＝欠陥濃淡差−擬似欠陥濃淡差）が大きくなる条件であるため、その条件を検査条件としてオペレータに推奨することにより、高感度となる検査条件を的確に判断できる。また、例えば、波長幅が狭いと、薄膜干渉による擬似欠陥の濃淡差が大きくなり、どの光学条件でも検査マージンが無いことも考えられる。

このように検査マージンが無い場合やマージンを拡大したい場合は、擬似欠陥部が正常部に対して暗くなっているか、明るくなっているかを調べる。例えば、暗くなっている場合は、この擬似欠陥部が明るくなっている波長を抽出する。この抽出した波長も含めて照明すると、擬似欠陥部の明るさは平均化され、欠陥部の濃淡差が小さくなり、検査マージンを大きくすることが可能となる。このとき、単に、擬似欠陥部のみに着目するのではなく、複数の波長を照明したときに欠陥部の濃淡差の下がり幅が、擬似欠陥の濃淡差の下がり幅よりも小さくならないことを確認する必要がある。これにより、複数の波長を同時に照明することにより、欠陥マージンが拡大できる条件を選ぶことが可能となる。

以上については、高検査マージンとなる波長の選択手法について記載したが、偏光フィルタ及び空間フィルタについても同じ考えである。例えば、欠陥部と擬似欠陥の濃淡差を比較し、最もマージンの大きくなる条件を求める。なお、検出したい全ての欠陥種を１つの光学条件で検出することは困難であることも予想される。この場合、同じウェハを２つの条件で検査することも考えられる。これら２つの条件をどの条件にすれば、多種多様な欠陥種の捕捉率を最大化できるかどうかの条件選択にもこのデータベースが活用できる。

さらに、図４の光学系の構成では、２つの帯域で収差補正した２つの対物レンズの像を検出し、画像を合成する処理について説明したが、偏光フィルタ（アナライザ）や空間フィルタの条件が異なる２種類の画像を同時に検出する構成を説明する。対物レンズはいずれか１本のみを使用し、検出系のダイクロイックミラーを選択した照明波長に対して反射率特性の均一なビームスプリッタを配置する。一方の検出光路と他方の検出光路では、偏光フィルタ、空間フィルタの少なくても１つのフィルタの条件を変える。また、それぞれの検出光路にバンドパスフィルタを配置可能な構成にすることにより、検出される波長もイメージセンサ〔１〕と〔２〕で変えることができる。これらのイメージセンサで検出したそれぞれの画像は、図６に示すとおり独立した画像処理を行なう。これにより、様々な欠陥種の捕捉率を最大化する２条件の検査を１回の検査で行なうことが可能となり、スループットの２倍化が可能となる。

また、図１１に検査情報ＤＢ７００を用いた、テスト検査条件の絞込み手法について記載する。新たに条件出しするウェハ１を検査装置１１に搬送し、そのウェハ情報（工程、品種、構造、線幅）を入力する３２３。また、条件出しするウェハ１と同じ或いは似た工程・品種・構造の検査条件と欠陥の濃淡差特性及び擬似欠陥の濃淡差特性を最適光学条件予測部７８０に送る。送られた過去の欠陥，擬似欠陥の濃淡差特性をもとに、新たに条件出しするウェハの構造やパターン線幅を入力し、例えば線幅がシュリンクしたときにパターンのコントラストや欠陥の濃淡差が光学条件によってどのように変化するかを予め装置に入力しておいた関係式で予測する。この予測は、過去の光学条件と欠陥濃淡差の関係をもとに、予測する。この予測を波長、開口絞り、偏光フィルタ、空間フィルタについて行い、線幅がシュリンクしたときの最適光学条件の予測値を算出し操作部３２０に送る３２１。この条件を図８に示すテスト検査条件とするため、光学系１０にその条件を指示する。これにより、テスト検査する条件を絞り込むことが可能となり、テスト検査時間の短縮に効果がある。

どの条件が最適かを判断する材料としては、欠陥の濃淡差が比較的大きくなる条件と、擬似欠陥の濃淡差が比較的小さくなる条件が両立している条件となる。これらの条件のうち、重複する条件が検査マージンが大きくなる条件であるため、その条件を検査条件としてオペレータに推奨することにより、高感度となる検査条件を予測できる。また、図１０での説明と同様に、例えば、波長幅が狭いと、薄膜干渉による擬似欠陥の濃淡差が大きくなり、どの光学条件でも検査マージンが無いことも考えられる。

このように検査マージンが無い場合やマージンを拡大したい場合は、擬似欠陥部が正常部に対して暗くなる条件と、明るくなる条件を調べる。この抽出した波長も含めて照明すると、擬似欠陥部の明るさは平均化され、欠陥部の濃淡差が小さくなり、検査マージンを大きくなることが予想される。このとき、単に、擬似欠陥部のみに着目するのではなく、複数の波長を照明したときに欠陥部の濃淡差の下がり幅が、擬似欠陥の濃淡差の下がり幅よりも小さくならないことも予測確認する必要がある。これにより、複数の波長を同時に照明することにより、欠陥マージンが拡大できる予想条件を選ぶことが可能となる。

図１２に条件出しの基本フローと操作部における条件出し画面の一例を示す。ウェハ１を検査装置にインプットして、欠陥と擬似欠陥の座標が既に分かっているか同かを判断する。例えば、装置選定を行う時のデモンストレーションや他の装置で検査して見つけた欠陥などは、欠陥部の座標が分かっていることがある。しかし、半導体ラインでの定常的な条件出しでは、欠陥部の座標は分からない。この場合は、まず、品種を選択し、そのデザインルールも指定する。次に、工程を入力し、検査対象となるパターンの材料及び構造も入力する。このとき、薄膜の場合はパターンの反射率を求めるためにパターンの膜厚も入力する。

次に、擬似欠陥として検出されやすい下地酸化膜による薄膜干渉の影響を把握するため、下地酸化膜の有無も入力する。酸化膜がある場合は、その設計膜厚及び、膜厚むらの設計値や経験値を入力する。次に、検査情報ＤＢより、過去に検査した同じ或いは似た品種・工程にて検出した欠陥及び擬似欠陥のＳＥＭレビュー像を表示する。この中で、今回の検査対象ウェハでも検出したい欠陥を指定する。擬似欠陥についても、検出したくない欠陥を指定する。次に、検査情報ＤＢ内の光学条件ＤＢより、指定した欠陥の濃淡差が大きく、擬似欠陥の濃淡差が小さい光学条件を推奨する。推奨された条件が複数の場合は、全て或いは特定の条件を選択し、テスト検査を実施する。複数のテスト検査を行なった場合は、図８と同様に１つの検査結果にマージしてＳＥＭレビューし、感度の良否を判断する。感度が不十分である場合は、光学条件を変更する。このとき、光学条件を変更する手掛かりとして、光学条件ＤＢにおける欠陥及び擬似欠陥と濃淡差の関係を用いる。

次に、欠陥部、擬似欠陥部とそれぞれの比較部の画像を取得する。画像を取得する時のセンサは、本検査を行なうリニアイメージセンサ１００或いは、アライメント用に搭載している２次元カメラ１５０のいずれかである。検出した画像をもとに、画像処理パラメータの最適化と、最適化後に欠陥のみを検出可能か否かを画像処理する。この処理結果から、最も検査マージンのある条件を選択し、再度テスト検査を行う。この結果、感度が許容範囲内であれば、条件出し終了とし、光学条件データベースに、条件出しした過程も含めて蓄積する。蓄積した情報は、将来シュリンクしたパターンの条件出しなどに活用していく。

波長帯を変更してテスト検査を行なった結果より、最適波長条件を求める判断基準について、図１３に示す。図１３の横軸は、照明光の波長を示す。テスト検査の情報は、レビューにより欠陥であるか擬似欠陥であるかの判定結果とともに検査情報ＤＢ７００に保存される。検査情報ＤＢ７００には、テスト検査で検出した複数の欠陥及び複数の擬似欠陥の濃淡差が、テスト検査を行なった照明光の波長毎に保存されている。なお、図１３には欠陥と擬似欠陥の代表のみ記載しているが、実際の検査情報ＤＢには、テスト検査にて検出した全ての欠陥と擬似欠陥の濃淡差が保存されている。この情報より、高感度検査が実現可能な波長条件は、
〔１〕欠陥については、濃淡差が同じ符号で比較的絶対値の大きな波長条件
（例えば、波長４５０〜５００ｎｍと５５０〜６００ｎｍの同時照明）
〔２〕擬似欠陥については、足し合せることにより、濃淡差が小さくなる波長条件
（例えば、波長４５０〜５００ｎｍの符号マイナスと波長５５０〜６００ｎｍの符号プラスの照明により、検出した画像の濃淡差を打ち消しあう波長条件）
が両立する条件である（完全に両立する必要は無く、検査Ｓ／Ｎが比較的高くなる条件でよい）。この例では、波長４５０〜５００ｎｍと５５０〜６００ｎｍの同時照明を行うことにより、欠陥濃淡差の確保と擬似欠陥濃淡差の抑制が可能となり、高感度検査が可能となる。

本実施例の図１３では波長を分割してテスト検査した実施例について示したが、照明方式（明視野，暗視野，明暗視野複合照明）や偏光フィルタリングの条件及び空間フィルタリングの条件及び、照明σの条件（軸外し開口絞りの条件も含む）、フォーカスオフセットなどの条件についても同様に、複数の条件でテスト検査してこの結果を検査情報ＤＢ７００に保存して、保存した情報より高感度化に有利な条件を容易に求めることが可能となる。また、図１３は、濃淡差の極性と絶対値に着目したが、欠陥の大きさや他の画像処理パラメータなどの画像特徴量と、欠陥・擬似欠陥の関係を求めることにより、濃淡差以外の特徴量を最適化するのにも有効となる。これらを発展させた形態として、検査情報ＤＢ７００の情報をもとに、光学条件及び画像処理条件の最適値を自動算出することも考えられる。
〔変形例１〕
第１の実施例で説明した光学系の第１の変形例を図２に示す。光源２０からの光は、波長選択フィルタ２５で照明波長が選択される。波長選択フィルタ２５は分光透過率の異なる複数のフィルタが準備されており、切替が可能な波長選択フィルタ切替機構２７に搭載されている。照明光路には、ポラライザ３０が配置されており、特定の振動方向の電場ベクトルのみを透過する。この振動方向は、主に欠陥や欠陥に近接するパターンと平行な状態が欠陥コントラストの向上に有効であるが、パターンや欠陥の材料や構造に応じて、欠陥コントラスト向上に有利な振動方向が変化する。このため、このポラライザ３０を透過した光の振動方向の方位を回転させる１／２波長板３５を用いて、欠陥のコントラストを向上する振動方向に制御する。この１／２波長板３５は、透過した光の振動方向を任意の方向に回転するための１／２波長板回転機構３７に搭載されている。

また、様々な欠陥種の捕捉率を向上させる場合には、楕円偏光照明（楕円率１の円偏光も含む）が有効な場合もあるため、楕円偏光照明させるための１／４波長板４０も配置する。この１／４波長板４０は、透過した光の楕円形状を任意の形状にするための１／４波長板回転機構４２に搭載されている。これらの素子を透過した光は、レンズにより光源２０の像を開口絞り５０の位置に結像する。この開口絞り５０は、異なる開口形状や絞り径を有した開口絞りが複数配置された開口絞り切替機構５２に配置されている。

次に、ウェハ１の反射率の違いや光源２０の照度低下があっても、ウェハ１上の同じ位置の検出光量は、一定の保つ必要がある。このため、照明光量を調整するためのＮＤ(Neutral Density)フィルタ５５が配置されている。このＮＤフィルタ５５は、透過率の異なる複数のフィルタが準備されている。例えば、図１の波長選択フィルタ切替機構２７のように、円盤状のプレートの周辺に複数のＮＤフィルタ５５が配置されており、このプレートを電動モータで回転させることにより、適切なＮＤフィルタ５５を光路に配置する機構５７に装着されている。（その他、光学部品の切替機構としては、電動リニアステージ上に複数の部品，フィルタ類を配置し、適切な部品・フィルタを光路に配置する機構も考えられる）。

ＮＤフィルタ５５を透過した光は、ウェハ１と共役な位置にあるＡｕｔｏＦｏｃｕｓ（ＡＦ）用ストライプパターン５９を照明し、この像をレンズ及び対物レンズ７０を介してウェハ１上に投影する。ウェハ１で反射された検出光はビームスプリッタ６５で反射され、ビームスプリッタ８５でAF用光路と画像検出用光路に分岐される。AF用光路では、結像レンズ８８でウェハ１に投影されたストライプパターン５９の像を結像する。この像面に対して、ウェハ側及び反対側に所定の距離ずらした位置にＡＦ用イメージセンサ９０，９２を配置し、２つのセンサ９０．９２で検出したストライプパターン像のコントラストより、ウェハ１のフォーカス状態を検知する。

なお、ウェハ１は多層膜で形成されており、対物レンズ７０の焦点を検査対象となる層に合せる必要がある。このため、ウェハ１をＺ方向にオフセットさせてAFを機能させる手法として、AF用イメージセンサ９０，９２を光軸方向に所定量移動させて固定し、２つのセンサ９０．９２で検出したストライプパターン像のコントラストが同等になるように、ウェハ１をZ方向に制御する。このためAF用イメージセンサ９０，９２はステージ９３上に搭載されており、このステージが駆動機構９４により、光軸と平行な方向にスライドされることが望ましい。また、ストライプパターン５９もオフセットさせたウェハ１と共役関係が保てるように、光軸方向に移動させておくことが望ましい。

ビームスプリッタ８５を透過して画像検出用光路に導かれた光は、アナライザ８０に入射して、所定の方向に振動する電場ベクトルのみがアナライザ８０を透過する。アナライザ８０の透過軸は、欠陥の材料や構造・寸法及び近接パターンとの位置関係に応じて、高コントラスト化に有利な方位が変化する。このため、アナライザ８０は回転可能な機構８１に装着されている。このアナライザ８０を透過した光は、結像レンズ９５により、一度ウェハ１の光学像を形成する。この像をズームレンズ１２０にてイメージセンサ１００上に投影する。このズームレンズ１２０には、対物レンズ７０の瞳と共役な位置が形成されており、この位置に空間フィルタ１３０が配置可能な構成である。この空間フィルタ１３０も複数の形状、透過率、位相差のフィルタが準備されており、欠陥の高コントラスト化に有利な空間フィルタ１３０に設定可能な機構１３２が備わっている。

また、光学系には、欠陥レビュー用のカメラ１４０とウェハ１のアライメント用のカメラ１５０が搭載されている。欠陥レビュー用のカメラ１４０は、主に検査レシピの条件出し時に使用する。また、アライメント用のカメラ１５０は、ウェハ１をローディングした後に、ウェハ１とＸＹステージ２１１，２１０のθアライメント及び光学系の視野とウェハ１の座標の関係を検知する時に必要である。このため、レビューカメラ１４０及びアライメントカメラ１５０側に光路を切替る場合のみ光路へミラー１３４を配置するミラー駆動機構１３５に配置する。また、偏光照明のみで十分な欠陥コントラストが得られる場合は、アナライザ８０を光路から外して、検出光量の損失を少なくすることも考えられる、このため、アナライザ８０は光路から外す機構８２に搭載させる構成も考えられる。さらに、偏光照明しなくても十分な欠陥コントラストが得られる場合は、照明効率を向上させるため、ポラライザも光路から外す機構３２に搭載させる構成も考えられる。また、ポラライザ３０に回転可能な機構を備えることにより、照明系に配置した１／２波長板３５を省略しても、様々な方位に照明の振動方向を設定可能となるため、回転機構付きポラライザにより１／２波長板を省略する構成も考えられる。

また、検査装置ユーザからは、高速検査をしたいというニーズがある。このため、対物レンズの倍率を低くして、イメージセンサ１００で画像取得可能なウェハ１上の視野幅を大きくする構成も考えられる。また、欠陥のコントラストは、波長によって変化するため、１本の対物レンズでは、収差補正できない波長範囲であっても、２種の対物レンズで収差補正範囲をトータルでカバーすることにより、例えば、ＵＶから可視光の長波長側（例えば、３６０〜７００ｎｍ）までを補正可能である。

これら、検査速度や欠陥のコントラストに応じて、対物レンズを交換すると、ユーザニーズに合った検査が可能である。そこで、実施例１では、レボルバ７５を用いて対物レンズ７０を対物レンズ７１に交換可能な構成としたが、対物レンズの仕様波長や収差補正精度によっては、対物レンズが大きくなり、レボルバ７５による対物レンズ交換では、対物レンズの位置決め再現性が悪くなる。このため、対物レンズは、例えば、対物レンズ７０と対物レンズ７１の２種類準備し、これらの対物レンズは固定させて、対物レンズの上に配置した直角三角形状のミラー７３の水平移動機構７４により、何れかの対物レンズのみに照明光が入射させる機構７４も考えられる。これにより、対物レンズ７０，７１を固定したまま、ウェハ１からイメージセンサ１００までの倍率や収差補正範囲（照明波長）を変更することが可能となる。

イメージセンサ１００で検出した画像を処理する工程以降は、実施例１と同じである。
〔変形例２〕
第１の実施例で説明した光学系の第２の変形例を以下に説明する。

検査感度の阻害要因である擬似欠陥について説明する。擬似欠陥の代表例として、比較するダイとダイ間で層間絶縁膜の膜厚の違いに応じた検出画像の明るさの違いがある。図３にＳｉウェハ上に層間絶縁膜としてSiO2が膜付けされているモデルを用いて、SiO2の膜厚と反射率の関係を示す。照明光のNA0.8とし，照明波長は405nm＋436nmの２波長照明６００と、405〜587nmの広帯域照明６１０について計算した。SiO2の膜厚が変化すると、薄膜干渉の影響により反射率が変化する。

波長帯が狭いと、この傾向は顕著であるため、例えば画像比較するダイ間でSiO2の膜厚の違いがあると、狭帯域波長照明では、検出した画像の明るさが大きくなる。このため、狭帯域照明では、比較した差画像より欠陥を判定するしきい値を大きく設定しなければならなくなり、微細な欠陥を検出できなくなる可能性がある。このため、薄膜干渉の明るさむらを抑制するためには、照明波長を広帯域にするほうが有利である。照明波長を広帯域化すると、光学系の収差補正が厳しくなる。このため、欠陥を高コントラストに検出できる必要波長と、薄膜干渉を抑制できる波長幅を両立できることが望ましい。

欠陥を高コントラストに検出する照明波長の条件としては、
（１）解像度の点では短波長照明が有利であり、DUV(Deep Ultraviolet)領域やUV領域の波長が望ましく、波長幅の点では、最短波長と同等の波長幅があると検査S/Nの点で有利である。
（２）検査対象となるパターン材料や構造に応じた分光反射率を考慮する必要がある。例えば、反射率の低い下地の上に、反射率の低いパターンが形成されていると、十分なパターンのコントラストが得られない。また、暗いパターンの上に反射率の低い欠陥（例えば、異物など）がある場合は、この欠陥部のコントラストも低い。このため、高感度に欠陥を検出するためには、欠陥をより高コントラストに検出する波長を準備しておく必要がある。例えば、アルミ配線の場合は表面にTiNを積層されている場合があり、このTiNは波長450〜500nmにかけて反射率が高くなる特性をもっている。このため、TiNの反射率と背景（下地）の反射率の関係に応じて、欠陥を高コントラストに検出できる波長が、450nm以下であったり、500nm以上であったり変化する。このため、半導体に使われる材料の分光光学常数を考慮して、光学定数（ｎ，ｋ）が変化する波長よりも短い側と長い側の両方を照明可能としておくことが、様々な工程・構造のウェハを幅広く高感度検査するのに有効である。

以上、薄膜干渉の抑制と欠陥を高コントラストに検出できる波長条件をおおよそ満足する波長帯は、365nm〜700nm程度である。なお、短波長側の照明波長は、365nmよりも短い193〜313nm（例えば、198nm，248nm，266nm,313nm）を準備しておくと、将来の半導体における新材料や新構造及び微細化への対応力を備えた光学系を実現できる。

例えば、DUV〜可視光までの収差補正を実現する光学系は硝材が限定されるため、設計・製作が困難である。特に、対物レンズの難易度が高く、広帯域波長、高NA(Numerical Aperture)、広視野の３条件を満たすのは難しい。

そこで、本変形例においては、広帯域波長の光源にて発光した照明光を波長帯域に応じて分離してそれぞれの波長帯域の画像を検出して欠陥を抽出する方法とその装置構成の例を説明する。

収差補正波長帯を２つに分けた対物レンズ７２，７３を用いて、画像処理により、広帯域波長照明時の合成画像を生成するための照明光学系及び検出光学系の構成を図４に示す。照明系は図２で示した構成とほぼ同じで、同一の構成部品については同じ番号を付してある。光源２０から発光してビームスプリッタ６５を透過した広波長帯域の照明光は、ダイクロイックミラー１８０に入射し、ダイクロイックミラー１８０で例えば可視光（４５０〜６５０ｎｍ程度）は透過し、ＵＶ〜可視光（３６０〜４４０ｎｍ）は反射される。ダイクロイックミラー１８０を透過した光は、可視光で収差補正された可視光用対物レンズ７３に入射し、ウェハ１を照明して、検出光は再びダイクロイックミラー１８０を透過してビームスプリッタ６５に入射する。さらにビームスプリッタ６５で反射して、ダイクロイックミラー１８１を透過した光は、可視光の検出系に導かれ、ビームスプリッタ８５ａを透過し、レンズ９５ａ、アナライザ８０ａ、レンズ１２１ａを通って、対物レンズ７３の瞳と共役な位置に配置されている空間フィルタ１３０ａに導かれる。この空間フィルタ１３０ａを透過した光はレンズ１２２ａにより、ウェハ１の表面の像をイメージセンサ１００ａ上に結像する。なお、ビームスプリッタ８５ａで反射した光は焦点検出光となり、図２で説明したものと同じ構成の焦点検出系に入って結像レンズ８８でウェハ１上に投影されたストライプパターン５９の像が結像され、ウェハ１と焦点位置のズレ量を検知し、Ｚステージ２１２を駆動して焦点合わせを行なう。

一方、照明系のダイクロイックミラー１８０で反射したＵＶ〜可視光は、ミラー１７５でＵＶから可視光で収差補正されたＵＶ可視対物レンズ７２に導かれ、ウェハ１を照明する。この照明によりウェハ１で反射した光は再びＵＶ可視対物レンズ７２に捕捉され、検出光として再びダイクロイックミラー１８０で反射してビームスプリッタ６５に入射する。ビームスプリッタ６５で反射した波長３６０〜４４０ｎｍの検出光は、ダイクロイックミラー１８１で反射し、ＵＶから可視光を検出する検出系に導かれ、ビームスプリッタ８５ｂに入射する。ビームスプリッタ８５ｂに入射した検出光の一部はビームスプリッタ８５ｂを透過してレンズ９５ｂ，アナライザ８０ｂ、レンズ１２１ｂを通って、対物レンズ７２の瞳と共役な位置に配置された空間フィルタ１３１ｂに到達し、この空間フィルタ１３１ｂで遮光されずに透過した光はレンズ１２２ｂにより、ウェハ１の表面の像がイメージセンサ１００ｂ上に結像される。なお、ビームスプリッタ８５ｂで反射した光は、ＵＶから可視光対物レンズ７２用の焦点検出光となり、図２で説明したものと同じ構成の焦点検出系９３‘に入ってウェハ１とＵＶ可視光対物レンズ７２の焦点位置のズレ量が検知され、ＵＶ可視光対物レンズ７２の焦点をウェハ１に合せる用に対物レンズ７２を上下に駆動して焦点合わせが行なわれる。

可視光イメージセンサ１００ａ及びＵＶから可視光イメージセンサ１００ｂで同じ時間に検出された画像は、ウェハ１上の異なる位置の画像であるが、ウェハ１上の同じ位置の画像を合成する必要がある。このため、ウェハ１が図面上、矢印３で示すように左から右に等速移動しているとした場合、ＵＶから可視光用イメージセンサ１００ｂで検出したアナログ画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１１０ｂでＡ／Ｄ変換後に一旦遅延メモリ４００に格納する。遅延メモリ４００に一旦格納する時間は、検出した画像と同じ場所の画像を可視光用イメージセンサ１００ａで検出するまでの時間に対応しており、この時間はステージの移動速度及び、ＵＶ〜可視対物レンズ７２と可視光対物レンズ７３の間隔より求まる。

可視光イメージセンサ１００ａで検出したアナログ信号はＡ／Ｄ変換器１１０ａでＡ／Ｄ変換された後、画像合成部４１０に入り、レンズ距離対応遅延メモリ４００から順次送り出されるＵＶから可視光による光学像を検出して得られたデジタル画像と合成されて、平均化した合成画像が形成される。この合成画像を用いて、画像処理部３００にて欠陥判定することにより、ＵＶ〜可視光（３６０〜６５０ｎｍ）の画像を生成することが可能となり、感度阻害要因の抑制や欠陥の高コントラスト化による高感度に欠陥判定可能な画像を作ることが可能となる。尚、合成画像は、ＵＶから可視光画像と可視光画像の平均ではなく、擬似部のコントラストや欠陥のコントラストに応じて、高感度に検出可能な重み（例えば、ＵＶ１：ＵＶ可視２）を変えて合成することも考えられる。また、この構成では、照明系に配置されたダイクロイックミラー１８０と検出系に配置されたダイクロイックミラー１８１は同じ特性であり、同じ特性のダイクロイックミラーを使うことによる部品コストの低減にも効果がある。また、本実施例では、ＵＶ〜可視光の例を取り上げたが、波長帯域をＤＵＶ〜可視光に変更することも容易に類推でき、本発明の範囲内であることが明らかである。

図４を用いて説明した前記変形例２における２照明波長帯域の画像を用いた欠陥判定処理について、図５を用いて示す。イメージセンサ１００ｂで検出したＵＶから可視光の画像は、Ａ／Ｄ変換された後、視野内の照度分布やセンサ感度のユニフォミティに応じた画像の不均一性を補正するための前処理３０５ｂが行なわれる。またこの前処理３０５ｂでは、画像のγ補正など非線形な画像の明るさ変換も含んでいる。前処理された画像は、一旦遅延メモリ〔１〕に格納される。イメージセンサ１００ａで検出された可視光画像も同様に前処理３０５ａが施され、位置合わせ部３１５に送られる。この画像と同じ位置に対応するＵＶから可視光画像も遅延メモリ〔１〕から位置合わせ部３１５に送られる。これらの画像について、同じウェハの位置が重なるように合成するため、それぞれの画像を画素単位さらにはサブ画素単位で画像の位置合わせを行う。

位置合わせされたそれぞれの画像は画像保存部３２５にて保存されるとともに、画像合成部３２０に送られ、２画像の平均画像あるいは、欠陥判定に有利な重みで合成画像が生成される。この欠陥判定に有利な重みとは、図１１〜１２で説明する。生成された合成画像についても一旦画像保存部３２５にて画像保存されると共に、遅延メモリ〔２〕３３０と位置合わせ部３３５に送られる。位置合わせ部３３５に送られた画像と、隣接ダイや隣接セルに対応した画像を遅延メモリ〔２〕３３０から位置合わせ部３３５に送られ、位置合わせ部３３５にて設計上同じパターンで空間的に異なる位置の画像を位置合わせする。このあと、明るさ補正部３４０にて比較判定時に邪魔なそれぞれの画像の明るさの違いを補正し、差画像演算部３５０にて差画像を演算する。欠陥判定部３６０では、この差画像の特徴量（濃淡差や大きさ、差画像算出前・明るさ補正前の画像の明るさや分布、明るさ補正後の明るさや分布、欠陥周辺部の濃淡差の分布など）を用いて、欠陥候補を判定する。

判定した結果は、その特徴量や座標などを出力し、検査結果情報として図１に示すデータサーバ３３０などに格納する。また、画像保存部３２５に記憶した画像のうち、欠陥候補付近の画像とその比較対象になった部分の画像を切り出して、検査結果情報として図１のデータサーバ３３０などに保存する。また、この欠陥候補以外の画像については、画像保存部３２５のメモリ容量が飽和しないように、消去していく。

なお、欠陥候補付近の画像とその比較対象となった画像を用いて、自動欠陥分類を行う。この分類を行なう場合、照明波長帯域のことなる２種類の欠陥画像及び２種類の正常部の画像を用いて分類することが可能である。このため、欠陥部の２種類（２照明帯域）の画像の明るさを比較することにより、欠陥の分光反射率特性に起因した分類も可能となり、分類性能向上に有効である。この情報も検査結果情報に記憶する。また、自動欠陥分類した結果、同じカテゴリに分類された欠陥部及びその比較対象の画像は、そのカテゴリの代表画像のみを保存し、それ以外の画像は消去、あるいは検査装置とデータ転送可能な他のデータサーバに格納することにより、検査装置に必要な記憶容量を軽減することが可能となる。

光学条件出し以降の処理については、実施例１で説明したフローと同じである。
〔変形例３〕
図４で示した２つのイメージセンサで検出した画像を用いた欠陥判定手法について、第３の変形例として図６を用いて説明する。これは、イメージセンサ１００ｂで検出したＵＶ〜可視光の画像とイメージセンサ１００ａで検出した可視光の画像をそれぞれの画像処理系統で欠陥判定し、欠陥候補を出力するものである。

まず、イメージセンサ１００ｂで検出したＵＶから可視光の画像の流れを説明する。Ａ／Ｄ変換された後、視野内の照度分布やセンサ感度のユニフォミティに応じた画像の負均一性を補正するための前処理３０５ｂが行なわれる。前処理された画像は、遅延メモリ３３０ｂと位置合わせ部３３５ｂに送られる。位置合わせ部３３５ｂに送られた画像と、隣接ダイや隣接セルに対応した画像を遅延メモリ３３０ｂから位置合わせ部３３５ｂに送られ、位置合わせ部３３５ｂにて設計上同じパターンで空間的に異なる位置の画像を位置合わせする。このあと、２画像の正常なパターンの明るさが同等になるようにそれぞれの画像の明るさの違いを明るさ補正部３４０ｂにて補正し、差画像演算部３５０ｂにて差画像を演算する。欠陥判定部３６０ｂでは、この差画像の特徴量や座標などを出力し、検査結果情報として格納する。また、画像保存部３２５ｂに記憶した画像のうち、欠陥候補付近の画像とその比較対象になった部分の画像を切り出して、検査結果情報として保存する。

以上と同じ処理をイメージセンサ１００ａで検出した可視光画像についても行い（３０５ａから３６０ａ）、検査結果情報を出力３７０する。

この２系統でそれぞれ検出した欠陥は、座標の突合せを行ない、同じ欠陥を検出している場合は、１つの欠陥として、最終的な検査結果情報として、同じ欠陥の重複がないように結果を纏める。この方式で有利な点は、例えば、ＵＶ〜可視光画像で欠陥が比較する正常部に対して暗くなる画像が得られ、可視光画像で欠陥が比較する正常部に対して明るい画像が得られた場合、図５に示した平均画像では、欠陥部の濃淡差が小さくなり、欠陥として判定できないケースも考えられる。これに対して、図６に示す構成では、この問題を解決することができる。尚、図４〜６については、照明波長帯を２系統に分けた例を示したが、理想的には波長帯域を分ける数を増やしたほうが良い。例えば、ＤＵＶ，ＵＶ，可視光の青，可視光の緑，可視光の赤という５帯域に分けられると、半導体に使用される材料の分光定数、分光反射率の変化点の短波長側及び長波長側をほぼカバーすることが可能であり、有効である。しかし、光学系の大規模化による高コスト化が避けられなくなるため、半導体の検査工程を広くカバーするためには、少なくてもＵＶ〜可視光の照明が可能な光学系が必要である。

顕微鏡の検出方式としては、大きく明視野検出と暗視野検出に分かれており、その検出原理に応じて、検出しやすい欠陥とそうでない欠陥がある。例えば、明視野検出方式では段差の低い薄膜残りや微小なショート欠陥及びパターンの形状不良などを検出しやすい。暗視野方式では、異物やスクラッチなど段差。凹凸のある欠陥の検出に有利である。また、金属配線パターン（例えば、アルミ配線）では、パターンの表面にグレインが発生する。このグレインは、デバイスの電気特性に、悪影響を与えることが少なく、欠陥としては検出したくない。このため、擬似欠陥と称され、検査装置としてはグレインを検出しないように欠陥判定しきい値を調整する必要がある。このグレインについては、明視野と暗視野の複合照明により、グレイン部のコントラストを低減することが可能となり、欠陥判定しきい値の低減による、検査感度の向上に有効である。図７に、明視野・暗視野複合照明及び、ＵＶ〜可視光の広帯域波長照明，偏光照明・偏光検出,変形照明・空間フィルタリングを実現する多機能光学系の構成を示す。

広帯域な波長の光を発光する例えばＨｇ−Ｘｅランプからの光は、レンズ２２を介して、ＰＢＳ(Polarizing Beam Splitter)５００に入射し、Ｓ偏光成分が反射され、暗視野照明用ライトガイド５３０に入射する。このライトガイド入射端５３５の手前には、光量調整用ＮＤフィルタ５１０や暗視野用照明波長帯を選択するための干渉フィルタ５２０が配置されている。ＮＤフィルタ５１０は透過率、干渉フィルタ５２０は分光透過率の異なる複数のフィルタが準備されており、それらを切替える機構５１５，５２５が備わっている。このライトガイド入射部は２分岐されており、他方の入射端５４０は偏光依存性の少ないビームスプリッタ６５を反射した光が入射するように配置されている。ライトガイド５３０の射出端５４５は、対物レンズ７４の胴付きの付近に配置され、ライトガイド５３０を形成する光ファイバは、対物レンズ７４の光軸を中心とした周辺にリング状に配列されている。これらの光ファイバから射出した光は、対物レンズ７４の外側の中空部７７を通り、凹面鏡７６にてウェハ１上を照明する。なお、中空部７７の内面は、光の反射率が高くなるように、鏡面処理が施されている。また、この図では対物レンズ７４の胴付きの上に、リング状の光ファイバを配置する構成としたが、対物レンズ７４の下側(ウェハのすぐ上)に配置し、リング状の凹面鏡で光をウェハ１上の対物レンズ７４の視野に集光する構成も考えられる。

ＰＢＳ５００を透過したＰ偏光は、波長選択フィルタ２５を透過する。波長選択フィルタ２５は分光透過率の異なる複数のフィルタが準備されており、交換が可能な機構２７が備えられている。なお、照明波長を選択（限定）する必要が無い場合は、波長選択フィルタを照明光路に配置せず、広帯域な波長（光学系で収差補正されている全域）で照明することも考えられる。次に、切替え機構５７付きのＮＤフィルタ５５で光量調整され、レンズ４５を介して切替機構５２の付いた開口絞り５０の位置に光源の像を結像する。開口絞り５０を透過した光は、ウェハ１と共役な位置にあるＡＦ用ストライプパターン５９を照明し、ビームスプリッタ−６５を透過した光がストライプパターン５９の像を対物レンズ７４を介してウェハ１上に投影する。

明視野照明光と暗視野照明光による検出光量比は、暗視野用ＮＤフィルタ５１０と明視野用ＮＤフィルタ５５で、調整可能な構成である。光量比率は、検査レシピを作成するときに、検査感度を確認して決定する。また、明視野・暗視野複合照明ではなく、明視野像のみを検出したい場合は、暗視野用ライトガイドの２分岐されている両方の入射端５３５，５４０の手前に配置したシャッタ５３６，５４１を閉じる。また、暗視野像のみを検出したい場合は、視野絞り位置（ＡＦ用ストライプパターン５９）の近傍に配置した視野限定マスク５７０を挿入してイメージセンサ１００にて画像検出する範囲に対応したマスクを挿入する。このため、画像検出範囲よりも外側は、照明されるため、ＡＦ用ストライプパターン５９も投影され、ＡＦ検出系９３にて、対物レンズ７４の焦点とウェハ１のズレを検知可能であり、自動焦点制御を機能させることが可能である。

ウェハ１上で、反射・回折・散乱した光のうち、対物レンズ７４で捕捉された光は、ビームスプリッター６５を反射して、検出光路に導かれ、ビームスプリッタ８５でAF用光路と画像検出用光路に分岐される。AF用光路では、結像レンズ８８でウェハ１上を反射したストライプパターンの像を結像する。この像面に対して、ウェハ側及び反対側に所定の距離ずらした位置にAF用イメージセンサ９０．９２を配置し、２つのセンサ９０．９２で検出したストライプパターン像のコントラストより、ウェハのフォーカス状態を検知する。ビームスプリッタを透過して画像検出用光路に導かれた光は、アナライザ８０を透過し、所定の方向に振動する電場ベクトルのみを透過する。

アナライザ８０の透過軸は、欠陥の材料や構造・寸法及び近接パターンとの位置関係に応じて、高コントラスト化に有利な方位が変化する。このため、回転可能な機構５７０を備えている。このアナライザ８０を透過した光は、結像レンズ９５により、一度ウェハ１の光学像を形成する。この像をズームレンズ１２０にてイメージセンサ１００上に投影する。このズームレンズ１２０には、対物レンズ７４の瞳と共役な位置が形成されており、この位置に空間フィルタ１３０が配置可能な機構１３２である。この空間フィルタ１３０も複数の形状透過率、位相差のフィルタが準備されており、欠陥の高コントラスト化に有利な空間フィルタ１３０に設定可能な構成である。また、光学系には、欠陥レビュー用のカメラ１４０とウェハのアライメント用のカメラ１５０が搭載されている。

なお、直線偏光照明では、欠陥強調の方向依存性、材料、構造依存性があるため、直線偏光を回転して、ターゲット欠陥を高コントラストに検出できる条件に設定する構成も考えられる。このため、ＰＢＳ５００よりもウェハ１側の照明光路に、回転可能な１／２波長板３５及び、楕円偏光照明するときのための回転可能な１／４波長板４０を配置する構成としている。なお、偏光照明のみで十分な欠陥コントラストが得られる場合は、アナライザ８０を光路から外して、検出光量の効率を向上させることも考えられる、このため、アナライザ８０は光路から外す機構に搭載させる構成も考えられる。さらに、偏光照明しないほうが、多種多様な欠陥を捕捉することが可能な場合は、ＰＢＳ５００よりもウェハ１側の照明光路に、デポライザ５５０を配置し、偏光を解消する構成も考えられる。例えば、ランダム偏光照明にしたい場合は、１／２波長板３５及び１／４波長板４０を退避する代わりに、デポライザ５５０を照明光路に配置する機構５６０を備える。これにより、任意の偏光あるいは，非偏光照明に設定可能であり、多種多様な欠陥の検出に有利な照明が実現できる。

なお、本実施例において、イメージセンサ１００で検出した画像を処理する工程以降の処理フローは、実施例１で説明したものと同じである。また、照明方式（明視野，暗視野，明暗視野複合照明）や照明波長の選択などの光学条件出しは、図８〜１３に示した通りである。

以上の実施例で示した構成や機能及び条件出し内容については、様々な組合せが考えられるが、それらの組合せについても本発明の範囲内であることは明らかである。

光学式外観検査装置の概略の構成を示す正面図である。光学式外観検査装置の光学系の概略の構成を示す正面図である。薄膜干渉による明るさむらを説明するためのＳｉＯ２膜厚と反射率との関係を表わすグラフである。光学式外観検査装置の光学系の変形例の概略の構成を示す正面図である。画像処理機能を説明する信号処理の流れを示すブロック図である。画像処理機能の別な例を説明する信号処理の流れを示すブロック図である。光学式外観検査装置の光学系の第２の実施例の概略構成を示す正面図である。テスト検査の流れを説明するフロー図である。レビュー装置を含む検査システムの構成を示すブロック図である。検査情報ＤＢを表形式で説明する図である。検査情報ＤＢを含む検査装置の全体構成を示すブロック図である。条件出しの基本的な流れを説明するフロー図である。照明波長と欠陥部及び擬似欠陥の濃淡差の関係を示すグラフである。

符号の説明

１…ウェハ，１０…光学系，２０…光源，２５…波長選択フィルタ，３０…ポラライザ，３５…１／２波長板，４０…１／４波長板，５０…開口絞り，７０…対物レンズ，８０…アナライザ，９５…結像レンズ，１００…イメージセンサ，２１０…Ｘステージ，２１１…Ｙステージ，２１２…Ｚステージ，３００…画像処理部，３１０…機構制御部，３２０…操作部，３３０…データサーバ

Claims

複数の波長帯域の光を発光する光源手段と、
前記光源手段にて発光した複数の波長帯域の光の中から所望の波長の光を選択して配線パターンが形成された試料に照射する光照射手段と、
前記光照射手段により所望の波長の光を照射された前記配線パターンが形成された試料の光学像を受光して画像信号を出力する検出手段と、
前記検出手段から出力された画像信号を処理して欠陥を検出する画像処理手段と、
を備えた欠陥検査装置であって、
前記光照射手段は、前記選択された所望の波長の光として、欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような条件の波長の光を選択して照射することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１記載の欠陥検査装置であって、前記光照射手段は、明視野照明と暗視野照明の２系統の照明手段を有し、前記選択された所望の波長の光として、予め複数の波長帯域の光と前記２系統の照明手段を用いて欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような条件の波長の光を選択して照射することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１又は２記載の欠陥検査装置であって、前記光照射手段は、さらに前記選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御する偏光制御部を有し、前記検出手段は、前記所望の波長の光を照射された前記試料からの反射光の任意の偏光成分を選択的に検出する偏光検出部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
複数の波長帯域の光を発光する光源手段と、
前記光源手段にて発光した複数の波長帯域の光の中から所望の波長の光を選択して配線パターンが形成された試料に照射する光照射手段と、
前記光照射手段により所望の波長の光を照射された前記配線パターンが形成された試料の光学像を受光して画像信号を出力する検出手段と、
前記検出手段から出力された画像信号を処理して欠陥を検出する画像処理手段と、
を備えた欠陥検査装置であって、
前記光照射手段にて照射する光の波長を決定する事前の条件出し手段として、複数の異なる波長についてそれぞれ前記検出手段と前記画像処理手段を用いて欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような条件の波長の組み合わせを求める条件出し手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
請求項４記載の欠陥検査装置であって、前記光照射手段は、明視野照明と暗視野照明の２系統の照明手段を有し、前記条件だし手段は、複数の異なる波長と前記２系統の照明手段についてそれぞれ前記検出手段と前記画像処理手段を用いて欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような波長条件の波長と照明手段との組み合わせを求めることを特徴とする欠陥検査装置。
請求項４又は５記載の欠陥検査装置であって、前記光照射手段は、さらに前記選択された所望の波長の光の偏光の状態を制御する偏光制御部を有し、前記検出手段は、前記所望の波長の光を照射された前記試料からの反射光の偏光の状態を制御して任意の偏光成分を選択的に検出する偏光検出部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
光源にて発光した複数の波長帯域の光のうち所望の波長の光を選択して配線パターンが形成された試料に照射し、
前記所望の波長の光を照射された前記配線パターンが形成された試料の光学像を撮像して画像信号を得、
前記得た画像信号を処理して欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記選択された所望の波長の光を照射するステップでは、前記選択された所望の波長の光として、予め複数の波長帯域の光を用いて欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような波長条件の波長の光を照射することを特徴とする欠陥検査方法。
請求項７記載の欠陥検査方法であって、前記選択された所望の波長の光を照射するステップでは、前記選択された所望の光として、予め複数の波長帯域の光と明視野照明及び暗視野照明の２つの照明方式とにより欠陥の画像の濃淡差の符号が同じ波長であるかまたは、擬似欠陥については足し合わせることにより画像の濃淡差が小さくなるような波長条件の波長の光を選択して照射することを特徴とする欠陥検査方法。
請求項７又は８記載の欠陥検査方法であって、前記選択された所望の波長の光を照射するステップでは、前記光の偏光状態を制御して照射し、前記画像信号を得るステップでは、前記偏光状態を制御した光による前記試料からの反射光の任意の偏光成分を選択的に検出して前記画像信号を得ることを特徴とする欠陥検査方法。