JP5178079B2 - 欠陥検査方法およびその装置 - Google Patents
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Description
(1)被検査物の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、前記被検査物に光を照射する照明手段と、前記照明手段の光による前記被検査物からの光を検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出して得た信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段と、前記欠陥検出手段で検出した欠陥の特徴量と予め測定・算出された標準粒子の対応する特徴量との比を用いて、前記検出された欠陥の大きさを校正する校正手段と、前記校正手段で校正された欠陥の大きさを表示する表示手段と、を有することを特徴とする欠陥検査装置である。
(2)(1)記載の欠陥検査装置であって、前記光検出手段は、光学的解像度の半分以下のサンプリングピッチを持つことを特徴とする欠陥検査装置である。
(3)被検査物の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、被検査物に光を照射する照明工程と、前記照明工程の光の照射による前記被検査物からの光を検出する光検出工程と、前記光検出工程で検出して得た信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出工程と、前記欠陥検出工程で検出した欠陥の特徴量と予め測定・算出された標準粒子の対応する特徴量との比を用いて、前記検出された欠陥の大きさを校正する校正工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法である。
(4)(3)記載の欠陥検査方法であって、前記光検出工程では、光学的解像度の半分以下のサンプリングピッチで実施すること特徴とする欠陥検査方法である。
まず、被検査対象物上に光を照射し、照明領域における欠陥やパターンからの光(電磁波)を検出し(手順110)、検出された光のうち欠陥に基づく成分の情報を抽出する(手順120)。次に、得られた欠陥成分情報のうち欠陥の寸法と関連する特徴量(信号強度の総和や最大値など。詳細は後述。)を算出する(手順130)。ここで算出された特徴量と予め測定・算出された標準粒子の対応する特徴量との比を用いて、欠陥成分情報のうちの散乱光量から算出される欠陥の寸法を補正して、適正な欠陥の寸法を算出する(手順140)。算出された寸法の結果は保存、表示、出力、転送される(手順150)。
[欠陥検査装置および欠陥検査システムの構成と動作]
図2は、本発明の欠陥検査装置の一例であり、被検査物1に光を照射する照明光学系100と、被検査物1を保持するステージ部200と、被検査物1に照射された光による被検査物1からの反射光又は散乱光を検出する光検出部300と、検出された光が光電変換等されて得られた信号を処理する信号処理回路400と、データ処理部2と、を備え、必要に応じて、検出光学系のフーリエ変換面の像を撮像して観察するフーリエ変換面観察部500と、検出した欠陥や被検査物1に形成されたパターンの位置合わせのために被検査物1上に作りこまれたアライメントマークなどを観察する観察部600と、ステージを適切な焦点位置に制御するオートフォーカス照明部701及びオートフォーカス受光部702と、とを含んで構成される。
オートフォーカス受光部702は、オートフォーカス照明部701から照射された光のうち、被検査物1から反射された光を受光する部分であり、例えば、ポジションセンサのような光の位置を検出できるものを用いる。さらに、オートフォーカス受光部702で得られた情報は、ステージ制御部202に直接もしくはデータ処理部2を介して送られステージの制御に用いられる。
〔欠陥の大きさの測定〕
次に、本発明の欠陥検査装置により欠陥の大きさを測定する処理について説明する。本発明における欠陥の寸法測定においては、欠陥からの散乱光を使った測定方法である。欠陥粒子の大きさ(粒径)と粒子による散乱光の大きさは「粒子の大きさと照明波長との相対関係」によって、適切な近似方法もしくは解析方法が知られており、以下簡単に説明する。
z1=k/σ×exp(−(x1−u)^2/(2×σ^2))
z2=k/σ×exp(−(x2−u)^2/(2×σ^2))
z3=k/σ×exp(−(x3−u)^2/(2×σ^2))
のガウス分布の式が得られる。未知数k、σ、uは、前記3式を連立させることにより求めることができる。
z1=k/σ×exp(−(x1)^2/(2×σ^2))
z2=k/σ×exp(−(x2)^2/(2×σ^2))
のガウス分布の式が得られる。未知数k、σは、前記2式を連立させることにより求めることができるため、該k、σの値を用いると図6(c)の信号強度の最大値はk/σとして計算できる。
SL=k/σ×exp(−(−SW/2)^2/(2×σ^2))
PL=k/σ
が得られる。ここで、kは係数であり、σは本発明の欠陥および欠陥検査装置における光学系の構成から計算される値である。
PL=SL/exp(−(−SW/2)^2/(2×σ^2))
として計算される。ここで、SLはセンサ305の飽和時の出力であるので、例えば、光検出部104のADコンバータが8ビットの場合は255階調である。また、σは光学系の構成より0〜1の値で与えられる。次に、SWの計算方法について説明する。
SW=2×√(SA/π)
で計算できる。なお、√(A)はAの平方根を計算することを意味しており、πは円周率である。また、飽和領域815の面積はセンサ305が飽和している画素の数とすれば良い。ここで、飽和している画素とは、センサ305のADコンバータによる出力の最大値を用いれば良く、センサ305の電気的なノイズを考慮して設定すれば良い。例えば、ADコンバータが8ビットの場合は、出力の最大値は255階調であるが、電気的なノイズが10階調ある場合は、245階調以上を飽和していると考えても良い。
y=y0・exp(−x2/2/σ2)
で得られるものとする。この時y軸周りに積分することにより、y軸上の任意の2点a、bでガウス分布をy軸に垂直に切ったときの(ただし0≦a≦b≦y0)ab間のガウス分布の体積Va〜bは次式で表せる。
Va〜b=2π・σ2[b・{Log(y0)−Log(b)}−a・{Log(y0)−Log(a)}+(b−a)]
よって、V0は(a,b)に(0,y0)を代入し、次のように表せる。
V0=2πσ2・y0
V1、V2もそれぞれ(a,b)に(0,y1)および(0,y2)を代入し、次のように表せる。
V1=2πσ2・y0・[y1・{Log(y0)−Log(y1)} − y1]
V2=2πσ2・y0・[y2・{Log(y0)−Log(y2)} − y2]
なお、上記の式における「Log」は自然対数を計算することを示している。体積比V1/V2をCCと書きなおすと、CCは
CC=[y1・{Log(y0)−Log(y1)} − y1]/[y2・{Log(y0)−Log(y2)} − y2]
で計算できる。ここで、y1、y2はセンサ305の飽和レベル以下の値であることと、それによりV1およびV2が測定可能であることを考えると、上式は変数y0に関する1変数の方程式であり、y0について解くことができる。y0が求まれば、V1またはV2を求める式から、σを算出することができる。以上によりy0、σが求まったので、ガウス分布の全体積V0が算出可能となる。
x=(y−b)/a を計算すればよい。
LMS=minΣ(Ei)2
この評価基準はモデルと標本との誤差が平均0の標準偏差に従う場合に、推定されたモデルが最適なものとなる。しかし標本に外れ値が含まれている場合は良いモデルが推定できるとは限らない。そこで先ほどの評価基準を変形し、外れ値に対しては小さな重みを与えるように変形したものがM推定法である。図12は最小二乗法とM推定法を比較したものである。近似曲線1002は最小二乗法によるもの、近似曲線1003はM推定法によるものである。モデルからの距離をdに対する重み関数をw(d)とするとM推定法における評価基準は次式となる。
M=minΣ{w(d)・Ei2}
図15は重み関数の一例を示したものであり、次式で表される。
w(d)= {1−(d/W)2}2 ・・・ |d| ≦ W
0 ・・・ |d| > W
上記重み関数w(d)では、モデルからの距離がWより離れている標本の影響は考慮しないため、外れ値の影響を受けにくい。
[欠陥信号飽和時の欠陥信号推定とサンプリングについて]
図17に欠陥の信号波形とサンプリングピッチの関係を示す。波形1010はガウス関数で近似した欠陥の信号波形である。またサンプリングピッチ1011は欠陥検出時のサンプリングピッチが2σの場合を示している。図18、図19は照明強度を増加させたときの信号強度積分値の理論値と、図10で示した方法による信号強度積分値の推定方法の誤差をサンプリングピッチごとに示したものである。図18の1011はサンプリングピッチが2σのデータであり、照明強度が100倍以上となった場合には誤差が非常に大きくっている。図19は図18の一部を拡大したものである。点線で囲まれた部分は寸法精度が±20%以内となる領域である。サンプリングピッチが1σの場合1013、0.5σの場合1014とも精度±20%以内を実現している。1次ベッセル関数とガウス関数との類似性から、ガウス関数における2σは、光検出部300の解像度に相当すると考えられる。図18、図19から散乱光量が3桁異なるような欠陥が同一ウェハ上にある場合でも、高精度に寸法を算出するためには、光検出部300の解像度の半分以下のピッチで信号波形をサンプリングする必要があることが分かる。
[光学系の収差および、センサの感度バラツキの補正について]
上記実施例においては光学系の収差や、センサの感度バラツキについては言及しなかったが、実際の検査装置においてはこれらも寸法算出精度に影響を与えうる。図20は光検出部300において結像光学系を用いた実施例において、検出視野の中心と、検出視野の周辺での収差の様子を示したものである。同一寸法の標準粒子を塗布したウェハを測定したときの検出像を示したもので、図20(a)は視野中心、図20(b)はそれぞれ視野周辺での欠陥検出像である。収差の影響を軽減する方法としては2つ考えられ、収差の程度をあらかじめ測定しておき、その測定結果に基づく補正テーブルもしくは補正式を備える方法と、検査中にリアルタイムに対応する方法が考えられる。図10の実施例の説明において、検出信号の広がり具合が事前にわかっていなくても、散乱光量を適切に算出できることを既に示した。
以下校正の手順をしめす。図22(a)の標準サンプルを備えたウェハを検査装置で検査し、寸法を算出すると装置構成要素の製造ばらつきなどにより、寸法が正しく求まらない場合がある。標準サンプルは寸法が既知であるので、例えば図22(b)のように装置出力と、真値を比較し互いの関係を近似式で表すことにより、補正が可能となる。近似式の求め方は最小二乗法を用いてもよいし、ロバスト推定法を用いてもよい。近似式を求め補正することにより、図22(c)のように寸法を精度よく求めることができる。
手順S110の実施例として、図2において暗視野照明と結像光学系を組み合わせた検出技術を例示したが、欠陥やパターンからの光を検出する方式であれば他の方法でも構わない。たとえば明視野照明と結像光学系の組合せや、暗視野照明と集光光学系を用いた検出方式でもよい。
〔欠陥検査装置の光学系について〕
以上、本発明の記述では、欠陥検査装置の光学系については、散乱光を用いて、欠陥を検出し、その大きさを測定するものについて説明してきたが、本発明の手法は、光学系が反射光で、欠陥や欠陥を検出し、その大きさを測定するものであっても適用可能である。一般に、散乱光を用いるものは検査の能率は良いが、測定精度に難があり、反射光を用いるものは、その逆で、検査の能率は悪いが、測定精度は優れている。本発明の手法は、どちらについても適用可能である。
Claims (8)
- 被検査物の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記被検査物に光を照射する照明手段と、
前記照明手段の光による前記被検査物からの光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出して得た信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出手段と、
前記欠陥検出手段で検出した欠陥の特徴量と、前記被検査物の材質ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースとを比較し、該比較結果に基づいて前記検出された欠陥の大きさを決定する決定手段と、
前記決定手段で決定された欠陥の大きさを表示する表示手段と、
を有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、
前記データベースは、さらに、前記被検査物の検査工程ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースであることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項2記載の欠陥検査装置であって、
前記決定手段では、前記被検査物の材質および前記被検査物の検査工程ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースから前記被検査物の検査条件に応じた近似曲線を選択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、
前記データベースは、前記被検査物の材質ごとに少なくとも一つの照明強度に対応する散乱光量であり、
前記決定手段では、前記データベースの照明強度のN倍の照明強度で照明する場合は前記データベースの散乱光量をN倍して用いることを特徴とする欠陥検査装置。 - 被検査物の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
被検査物に光を照射する照明工程と、
前記照明工程の光の照射による前記被検査物からの光を検出する光検出工程と、
前記光検出工程で検出して得た信号を処理して欠陥を検出する欠陥検出工程と、
前記欠陥検出工程で検出した欠陥の特徴量と、前記被検査物の材質ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースとを比較し、該比較結果に基づいて前記検出された欠陥の大きさを決定する決定工程と、
を有することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項5記載の欠陥検査方法であって、
前記データベースは、さらに、前記被検査物の検査工程ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースであることを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項6記載の欠陥検査方法であって、
前記決定工程では、前記被検査物の材質および前記被検査物の検査工程ごとにシミュレーションにより予め算出された標準粒子の対応する特徴量のデータベースから前記被検査物の検査条件に応じた近似曲線を選択することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項5記載の欠陥検査方法であって、
前記データベースは、前記被検査物の材質ごとに少なくとも一つの照明強度に対応する散乱光量であり、
前記決定手段では、前記データベースの照明強度のN倍の照明強度で照明する場合は前記データベースの散乱光量をN倍して用いることを特徴とする欠陥検査方法。
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