JP5450161B2 - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を高感度に検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。

半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。

従来技術として、特許文献１（特開平９−３０４２８９号公報）には、微小な欠陥を検出するために試料表面上に数十μｍに集光したレーザビームを照射して，欠陥からの散乱光を集光・検出し、数十ｎｍから数μｍ以上の寸法の欠陥を検査する検査装置が開示されており、特許文献２（特開２００６−２０１１７９号公報）には、欠陥からの散乱光の高角度に出射する成分と低角度に出射する成分を検出しその比によって欠陥を分類する検査装置が開示されている。

また、特許文献３（特開２００８−３２６００号公報）には、「試料の表面から発生する散乱光に基づく検出信号を設定の条件にしたがって合成する信号合成部と、この信号合成部による検出信号の合成条件を設定する条件設定部と、この条件設定部により設定された条件にしたがって信号合成部で合成された合成信号を基に構築された合成試料像を表示する表示部とを備えた外観検査装置」が開示されている。

特開平９−３０４２８９号公報 特開２００６−２０１１７９号公報 特開２００８−３２６００号公報

回路パターンの微細化に伴い、回路パターン形成前の鏡面ウェーハにおいても検出すべき欠陥は微細なものとなり、様々な形状の欠陥を高感度に検出することが望まれている。従来は、欠陥形状やサイズの違いにより特性の異なる散乱光分布を広く捕らえるため、異なる角度・位置に存在する複数の検出器を配し、検出信号を任意の条件により統合し、その信号強度をしきい値処理することで欠陥の検出を行っていた。

しかし、様々な形状の欠陥を高感度に検出しようとした場合、特許文献３に開示されているような単一の統合条件においては、複数の欠陥種を同時に検出することは困難である。一方、各検出器から得られる信号を統合せず、多次元の特徴量として扱うことにより、複数の欠陥を検出することが可能となるが、試料上の欠陥とノイズの判別のための境界しきい値計算など信号処理にかかる計算コストは検出器の増加とともに増大してしまう問題が発生する。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）被検査対象物に照明光を照射する照明光学部と、前記照明光学部により照射され該被検査対象物から該被検査対象物の表面に対してそれぞれ異なる方位角方向および仰角方向に散乱する散乱光をそれぞれ検出する複数の検出器を備えた検出光学部と、前記複数の検出器により検出した該被検査対象物からの散乱光に基づく複数の信号のそれぞれについて、ゲイン調整および閾値判別に基づく欠陥判別を並列に行い、前記ゲイン調整および欠陥判別された結果に基づき欠陥を抽出する信号処理部と、を有する欠陥検査装置である。

本発明によれば、試料表面に存在する微小な欠陥を高感度に検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することができる。

本発明に係る欠陥検査装置の実施例の構成図 試料の走査方法を示す模式図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の一例を示す構成図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の変形例を示す構成図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の変形例を示す構成図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の変形例を示す構成図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の配置を示す模式図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の配置を示す模式図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の配置を示す模式図 欠陥種Ａの散乱光分布 欠陥種Ｂの散乱光分布 欠陥種Ｃの散乱光分布 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号処理部の構成図 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号統合部と欠陥判別部の詳細を示す構成図 高角度および低角度の検出器の配置図 欠陥種Ａの散乱光分布 欠陥種Ｂの散乱光分布 本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号統合部における特徴空間の説明図 本発明に係る欠陥検査装置の欠陥検出処理の流れを示すブロック図 本発明に係る欠陥検査装置による欠陥検出結果の表示方法の説明図 シミュレータによるゲイン調整パラメータ設定部の構成図 ゲイン調整パラメータ設定のためのシミュレータ表示方法の説明図 後処理システムの構成図 ゲイン調整パラメータ設定方法の概念図 後処理システムの表示方法の説明図 欠陥分類を実施する構成の概略の構成図 欠陥分類のためのＬＵＴの説明図 楕円超球に基づくしきい値を表す概念図 信号処理部の構成を表す構成図 判定基準との比較を表す概念図

本発明に係る欠陥検査装置の実施形態の一例を図１で説明する。図１記載の欠陥検査装置は、照明部１０１、検出部１０２（１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ）、試料１を載置可能なステージ１０３、信号処理部５０、全体制御部５３、表示部５４および入力部５５を備えて構成される。ここで正反射検出部１０４は、大面積欠陥検査あるいは試料表面計測などの目的で必要に応じて設置される。

照明部１０１は、レーザ光源２、アッテネータ３、偏光素子４、ビームエキスパンダ７、照度分布制御素子５、反射ミラーｍ、集光レンズ６を備えて構成される。レーザ光源２から射出されたレーザ光は、アッテネータ３で所望のビーム強度に調整され、偏光素子４で所望の偏光状態に調整され、ビームエキスパンダ７で所望のビーム径に調整され、反射ミラーｍおよび集光レンズ６を介して、試料１の被検査領域に照明される。照度分布制御素子５は、試料１上における照明の強度分布を制御するために用いられる。図１では照明部１０１が試料１の法線に対して傾斜した斜方から光を照射する構成を示したが、試料１の表面に対して垂直に光を照射することを可能とする図１に図示しない別の照明光路を有していてもよい。照明光路は切替えることが可能である。

レーザ光源２としては、試料表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料内部に浸透しづらい波長として、短波長の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力１Ｗ以上の高出力のものが用いられる。試料内部の欠陥を検出するには、試料内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。

ステージ１０３は、並進ステージ１１、回転ステージ１０、Ｚステージ（図示せず）とを備えて構成される。

図２は、試料の走査方法を示す模式図である。試料１上の照明領域（照明スポット２０）と、回転ステージ１０および並進ステージ１１の運動による走査方向との関係、および、それにより試料１上に描かれる照野２０の軌跡を示す。図２では、照明部１０１における照度分布制御あるいは斜方からの照明によって、一方向に長くそれに直交する方向に短い楕円形状（線状）に形成された照野（線状照明）２０の形状を示す。照野２０は、回転ステージ１０の回転運動によって、回転ステージ１０の回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、並進ステージ１１の並進運動によって、並進ステージ１１の並進方向Ｓ２に走査される。照明スポット２０の長手方向が走査方向Ｓ２と平行となり、かつ走査方向Ｓ２の走査によって回転ステージ１０の回転軸を照明スポット２０が通過するように、照明部１０１が構成される。Ｚステージの移動は、試料１の高さ、すなわち試料１表面の法線方向の移動に対応する。

以上の構成において、走査方向Ｓ１の走査により試料を１回転する間に、走査方向Ｓ２の走査を照明スポット２０の長手方向の長さ以下の距離だけ行うことにより、照明スポットがらせん状の軌跡Ｔを描き、試料１の全面が走査される。

図１の検出部１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃは、試料の表面に対して互いに異なる方位角、角度（仰角）に発生する散乱光を集光して検出するよう構成される。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の一例を示す構成図である。図１に示した検出部１０２ａの具体的構成を示す。
ここで、検出部１０２ｂ、１０２ｃの構成要素は検出部１０２ａと共通するため説明を省略する。また、図１には記載していないが、図４を用いて後述するように、広い角度範囲の散乱光を検出するため、検出部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ以外にも、試料の表面に対して互いに検出方向の異なる複数の検出部が配置されていてもよい。

図３（ａ）に示す検出部１０２ａは、集光系８、偏光フィルタ１３、およびセンサ９を有して構成される。集光系８により、照明スポット２０の像がセンサ９の受光面あるいはその近傍に結像される。結像位置に適当な径の視野絞り（図示せず）を設置することで、照明スポット以外の位置から発生する背景光を除去、低減することができる。偏光フィルタ１３は結像系（集光系）８の光軸上へ着脱および検光方位の回転が可能であり、ノイズ要因となる試料のラフネス等による散乱光成分を低減する目的で用いる。
偏光フィルタ１３として、紫外光等の短波長においても透過率、消光比の高いワイヤグリッド偏光板、あるいは偏光ビームスプリッタが用いられる。ワイヤグリッド偏光板として、アルミニウムや銀などの金属の薄膜を縞上に微細加工した構造のものがある。
微弱な異物散乱光の検出を可能にするため、センサ９として、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、イメージインテンシファイアと結合した半導体光検出器などを用いる。高感度、高精度を実現するための光電子増倍管としては、量子効率の高いウルトラバイアルカリ型あるいはスーパーバイアルカリ型のものが望ましい。

図３（ｂ）に、集光系を楕円面鏡による反射光学系により構成した例を示す。集光系７０１は楕円の第一焦点位置を照明光の照射位置とし、第二焦点位置をセンサ９ｂの受光面に配置する。集光系７０１はウェーハ面に対して浅い角度を含む高ＮＡをもって散乱光を集光しセンサに導くのに適する。これに加え、集光系８およびセンサ９ａを備えてなる上方散乱光を検出する検出部を有し、複数の方向の散乱光を同時に検出することが可能な構成である。

図３（ｃ）は、複数の方向から散乱光を集光し、イメージセンサに結像する検出部の構成例である。方位あるいは仰角の異なる複数の方向の散乱光を、集光結像系８８ａ、８８ｂ、８８ｃにより、イメージセンサ９９ａ、９９ｂ、９９ｃ上に結像する構成である。試料表面の散乱光を画像として検出し画像処理を行うことで、回路パターンが形成された半導体ウェーハやマスクなどにおいて回路パターンに生じた欠陥を検出することが可能であるため、パターンの形成された試料の検査に有効である。
イメージセンサとしては、ＣＣＤやＣＭＯＳで構成されたリニアアレイセンサや二次元アレイセンサ、あるいはイメージインテンシファイアをこれらと結合した高感度なイメージセンサ、あるいはマルチアノード光電子増倍管が用いられる。

図３（ｄ）は、シュバルツシルト光学系による反射光学系を用いた構成例である。波長２００ｎｍ以下の短波長で照明する場合に散乱光をセンサ９に結像するのに適する。

次に、検出部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃによって検出される散乱光の角度成分の関係を図４（ａ）、図４（ｂ−１）、図４（ｂ−２）を用いて示す。
図４（ａ）は、本発明に係る欠陥検査装置の実施例の検出部の配置を示す模式図である。図４（ａ）は、赤道面が試料表面に対応し、試料表面の法線方向を天頂とする半球を示す。走査方向Ｓ２を基準とする方位角（経度）をφ、天頂からの角度をθとする。検出部１０２ａ、１０２ｂ等によって検出される角度範囲は、半球上の領域Ｒによって示され、これを赤道面に平行な面に平行投影して表示したのが図４（ｂ−１）、図４（ｂ−２）である。

図４（ｂ−１）、図４（ｂ−２）は、検出部１０２ａ、１０２ｂ等による検出角度範囲を斜線の網掛けで表示している。図４（ｂ−１）（ｂ−２）のように、検出部を複数備えて、広い角度範囲をカバーすることで、様々な種類の欠陥を検出することが可能である。また、欠陥種や欠陥寸法によって、欠陥散乱光の角度分布が異なるため、様々な角度の散乱光強度を複数の検出系によって同時に検出し、後述する信号処理部によって処理することで、欠陥種の分類や欠陥寸法の推定を高精度で行うことが可能である。
図４（ｂ−１）は微小寸法から大寸法の異物を検査するのに適した検出系配置の一例である。微小異物の散乱光は、Ｐ偏光照明を行った場合には、試料の表面に対して低角度の仰角方向に強く出る。低角度散乱光成分を全方位に渡って検出することで、ごく微小な欠陥の検出が可能である。さらに、高仰角に出る散乱光成分を検出することで、高角度の散乱光が強く出る結晶欠陥（ＣＯＰ：Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のへこみ欠陥も高感度に検査することができる。さらに、θ方向およびφ方向それぞれに複数の検出器を配置することで、欠陥によって異なる散乱光分布の特徴を捉えることが可能である。
図４（ｂ−２）は、試料の表面に対して低角度の仰角方向にて全方位検出を行う検出部および試料法線方向の散乱光を検出する検出部を設置した例である。集光系８として、図３（ｂ）に示したように、照明スポット位置を片側の焦点とする楕円面鏡を用いることで、特定のθ角度範囲の全方位の散乱光を集光することが可能となる。さらに集光系光路中に空間フィルタ手段あるいは光路分岐手段を設置し、対応する複数の検出器を設置することで、複数の方位の散乱光を一括検出することが可能である。いずれの構成でも、広い角度範囲の散乱光を捉えることで、欠陥によって出る方向が異なる散乱光を検出し、多種の欠陥をロバストに検出することができる。

図４（ｃ−１）〜図４（ｃ−３）は、各照明条件に対応する欠陥の連続的な散乱光分布の例を図４（ａ）に示した角度の表記方法で表示したものであり、図４（ｃ−１）〜（ｃ−３）はそれぞれ欠陥種Ａ、Ｂ、Ｃの散乱光分布を示す。ここでは、欠陥種毎に散乱光分布が異なっており、色が濃いほど散乱強度が弱いことを示す。

次に、本発明に係る欠陥検査装置の実施例の欠陥判定部（信号処理部）５０の構成を説明する。
図５は、本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号処理部の構成図である。検出器１０２から得た検出信号ｓ１〜ｓｎを入力する検出信号入力部５０１と、少なくとも１つの信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍを備えた信号統合部５０２と、各信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍから出力された信号５０３（Ｆ１〜Ｆｍ）が入力される欠陥判別ユニットＤ１〜Ｄｍを備えた欠陥判別部５０４と、欠陥判別部５０４で検出された欠陥を統合する結果統合部５０５と、結果統合部５０５で統合された結果を全体制御部５３へ出力する欠陥出力部（欠陥出力部）５０６とを備えてなる。

信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍは、試料の表面に対して異なる方位角、仰角（角度）に発生する散乱光を集光して検出した入力信号ｓ１〜ｓｎに対し、任意のゲイン値に基づいてゲイン調整を施し、統合された信号Ｆ１〜Ｆｍを出力するが、信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍはそれぞれ異なるゲイン調整比率のゲイン調整パラメータセット５０８によりゲイン調整が実施される。ここで、ゲイン調整パラメータセット５０８のパラメータはライブラリ５０７により設定される。また、信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍによる信号統合は並列処理されることが望ましい。検出信号Ｓ１〜Ｓｎに対する信号統合を並列処理することで、処理時間の増大を防ぎ、低スループットを実現することができる。
本発明では、異物やスクラッチといった散乱光特性が異なる欠陥から検出された信号に対し、異なる検出特性を持つ信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍにより信号統合を実施することで、どの欠陥種に対しても高感度に検出することが可能となる。
例えば、信号統合ユニットＧ１は試料表面に対して低角度の仰角方向の信号に高感度で、信号統合ユニットＧ２は高角度の信号に高感度であったとする。図４(ｃ−１)で説明した欠陥種Ａからの入力信号に対し、信号統合ユニットＧ１で統合した場合、高感度検出ができるが、信号統合ユニットＧ２では高感度に検出ができない。一方、図４(ｃ−２)の欠陥種Ｂは信号統合ユニットＧ２で高感度検査ができるといったように、異なる検出特性を持つ信号統合ユニットを複数備えることで、複数の欠陥種に対し、それぞれ高感度に検出することが可能となる。

しかし、予め試料上にどの欠陥種が存在するかを知ることは困難であるため、本発明では信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍを同時並列に処理することとし、これによりすべての欠陥種に対応した欠陥判定を実現している。

信号統合部５０２から出力された信号５０３（Ｆ１〜Ｆｍ）に対して欠陥判別部５０４ではしきい値処理により欠陥判別を実施し、欠陥か非欠陥かの２値の結果を出力する。また、結果統合部５０５では、欠陥判別部５０４の備える複数の欠陥判別ユニットＤ１〜Ｄｍより出力された２値の結果を統合し、検出信号が欠陥であるかどうかを判定する。検出結果の統合に論理和を用いることで、少なくとも一つの信号統合ユニットにて統合された信号から欠陥が検出されれば、欠陥と判定することができるようになり、欠陥の見落としを防止することができる。
また、図５に示すように、信号統合ユニットＧ１〜Ｇｍや欠陥判別ユニットＤ１〜Ｄｍなどの各ユニットでの欠陥検出処理を並列に実施することにより、スループットを低下させることなく高感度化を実現することができる。
また、ここで説明した入力信号ｓ１〜ｓｎは方位・仰角の異なる検出器から得られた検出信号強度としたが、信号強度の代わりに入力信号強度から抽出した特徴量を入力信号として扱っても良い。さらに、入力される各信号は試料上の各位置におけるばらつきや検出器間のばらつきを含んでいるため、入力の前段階で正規化や白色化を実施しても良い。正規化や白色化を実施すると、検出信号のノイズ成分が低減され、より高精度な欠陥検査を実現することができる。

図６は、本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号統合部５０２と欠陥判別部（欠陥弁別部）５０４の詳細を示す構成図である。ここでは、一つの信号統合ユニットＧｉ（５０２−ｉ）と欠陥判別ユニットＤｉ（５０４−ｉ）に注目して説明する。

信号統合ユニットＧｉは、信号入力部ｓ１〜ｓｎ（５０１）からの入力信号に対して、パラメータｗｉ１〜ｗｉｎによるゲイン調整をするゲイン調整部５１１と、ゲイン調整された信号を統合し、統合信号Ｆｉ（５０３−ｉ）を出力する信号統合部５１２とを備えて構成される。ゲイン調整部５１１において、ゲイン調整パラメータｗｉ１〜ｗｉｎはライブラリ５０７に予め格納されたゲイン調整パラメータセット５０８を参照しても良い。信号統合部５１２では、ゲイン調整された信号をある関数Ｊｉ（ｓ）にて１次元のスカラ量へ統合し、統合信号Ｆｉ＝Ｊｉ（ｓ）を出力する。この統合関数Ｊｉは、次式のような線形結合関数としても良い。

Ｊｉ（ｓ）＝ｗｉ１＊ｓ１＋ｗｉ２＊ｓ２＋．．．＋ｗｉｎ＊ｓｎ
ゲイン調整部５１１では入力信号ｓ１〜ｓｎに対してゲイン調整を実施するのだが、図４(ｃ−１)の欠陥種Ａのように低仰角の検出器からの信号が高い値となっている散乱光分布の場合、低仰角に位置する検出器からの入力信号をＳＬ、高仰角に位置する検出器からの入力信号をｓＨとすると、この欠陥種Ａに対して高感度に検出を行いたい場合には、下記のようにゲイン調整パラメータを設定すれば良い。

Ｊ（ｓ）＝ｗＬ＊ｓＬ＋ｗＨ＊ｓＨ （但し、ｗＬ＞ｗＨ）
さらに、粒状異物のように各検出仰角において等方的な散乱光分布となる場合、各仰角の検出信号に対するゲイン調整パラメータをｓＬ１＝ｓＬ２＝・・・＝ｓＬｎとすることで、高感度に欠陥検出が可能となる。
また、他の凹状の欠陥などを検査する場合においても、散乱光特性に基づいたゲイン調整パラメータを設定することで、高感度に欠陥検出することが可能となる。
このように、複数の入力信号ｓ１〜ｓｎである多次元データに対して、１次元の信号へ統合をすることにより、欠陥判別部では単純なしきい値処理のみによる欠陥判別を実現できるため、高速に処理を実施することが可能となる。

次に欠陥判別ユニットＤｉ（５０４−ｉ）では、信号統合ユニットＧｉより出力された統合信号Ｆｉ（５０３−ｉ）と、しきい値設定部５０８より入力されたしきい値ＴＨｉ（５１０−ｉ）により欠陥判別を行い、欠陥かどうかの２値の出力信号を結果統合部５０５へ出力する。
欠陥判別ユニットＤｉへ入力される統合信号Ｆｉは、信号統合ユニットＧｉ毎に異なる結合関数により統合されているため、ノイズと欠陥の信号強度は一定とならないため、欠陥判別ユニットＤｉ毎に異なるしきい値による判別処理を実施する必要がある。しきい値設定部５０８において、ユニット毎に個別のしきい値を設定する方法として、ユニット毎に異なる固定しきい値や、正反射検出部１０４にて検出したＨＡＺＥ強度から推定したノイズ強度に基づくしきい値を設定とすることができる。
また、ユーザ指定の値を用いても良い。また、信号統合ユニットへの入力として正規化された信号を用いる場合、ユニット毎に一定のしきい値を設定することもできる。

図７（ａ）〜（ｃ）は、信号統合の一例を示す図である。図７（ａ）は高角度および低角度の検出器の配置図であり、図７（ｂ−１）（ｂ−２）は欠陥種ＡおよびＢの散乱光分布であり、図７（ｃ）は本発明に係る欠陥検査装置の実施例の信号統合部における特徴空間の説明図である。
図７（ａ）に示すように、高仰角の検出器、低仰角の検出器からの入力信号である検出信号をそれぞれｓ１、ｓ２とし、２次元（２つの検出器）の入力とする。また、検出欠陥は、低角度ｓ２の散乱光が強く検出される図７（ｂ−１）の欠陥種Ａと、高角度ｓ１の散乱光が強く検出される図７（ｂ−２）の欠陥種Ｂとする。信号統合ユニットは、ｓ２のゲインを強くするＧＡと、ｓ１のゲインを強くするＧＢを設定する。欠陥判別ユニットＧＡ、ＧＢでは、ノイズと欠陥とを分けるようにしきい値Ａ、しきい値Ｂを設定する。統合関数ＪＡにより統合された信号ＦＡは欠陥種Ａを高感度に検出でき、統合関数ＪＢにより統合された信号ＦＢは欠陥種Ｂを高感度に検出することが可能となる。
ここで示した二つの統合信号ＦＡ，ＦＢにおける欠陥判別結果の論理和を求めることで、２つの欠陥種を網羅的に検出することが可能となる。また、ここでは２つの検出器による例を示したが、検出器の増加に伴い、より高い感度での欠陥検査が期待できる。

図８は、本発明に係る欠陥検査装置の欠陥検出処理の流れを示すブロック図である。
照明部１０１およびステージ１０３等により検査対象の試料１上を走査（８０１）し、複数の検出器（検出部１０２）により散乱光信号を取得する（８０２）。ライブラリ５０７よりゲイン調整パラメータセット５０８（ゲイン調整パラメータ）を呼び出し（８０９）、信号統合部５０２にて取得した散乱光信号（検出信号５０１）に対しゲイン調整を実施する（８０３）。その後、ゲイン調整された信号５０３に対し欠陥判別部５０４で信号統合を実施する（８０４）。次に、しきい値設定部５０９によりしきい値５１０を設定（８１０）し、統合された信号に対して欠陥判別部５０４で欠陥とノイズを判別する（８０５）。ここで、８０３〜８０５の処理は、異なるゲイン調整パラメータにより並列に処理され、複数の欠陥判別結果が出力される。得られた複数の判別結果を結果統合部５０５にて統合（８０６）し、結果出力部５０６にて欠陥の有無を判定、結果として出力する。

図９は、本発明に係る欠陥検査装置による欠陥検出結果の表示方法の説明図である。図９は結果出力のためのＧＵＩの一例を示す。
ＧＵＩ画面上には、各欠陥判別ユニットＤ１〜Ｄｍ（ここではｍ＝３）から出力された検出欠陥分布９０１−（Ａ）〜９０１−（Ｃ）と結果統合部から出力された検出欠陥分布９０１−（Ｄ）とを表示する検出欠陥分布表示部９０１と、検査にて設定されたゲイン調整パラメータを表示する設定パラメータ表示部（ゲイン調整パラメータ表示部）９０２と、検出欠陥分布９０１より選択した欠陥の詳細を示す選択欠陥情報表示部９０３が示されている。ゲイン調整パラメータ表示部９０２では、欠陥統合ユニット毎に設定されるゲイン調整パラメータとしきい値とが表示される。検出欠陥分布９０１から、ユーザが確認したい欠陥を選択すると、選択欠陥情報表示部９０３では信号統合ユニット毎の信号強度、ウェイト、統合信号などが表示され、各ユニットでの検出・非検出を確認することができる。図９の例では、選択した欠陥は欠陥判別ユニットＤＢ、ＤＣからは検出されるが、欠陥判別ユニットＤＡからは検出されないことを表している。

ここで、各ユニットのゲイン調整パラメータを格納するＬＵＴ（Ｌｏｏｋ ＵＰ ＴＡＢＬＥ）の作成について説明する。事前に代表的な欠陥種について、散乱光分布特性をシミュレーションにより計算し、それに基づき最適なゲイン調整パラメータを決定する。
図１０は、シミュレータによるゲイン調整パラメータ設定部の構成図である。図１０を用いてゲイン調整パラメータセットを決定するまでの流れを説明する。

シミュレータ１００２への入力１００１には、検出したい欠陥情報や検査装置の光学条件などから構成され、欠陥情報には欠陥の形状、材質、寸法、製造工程などが含まれており、光学条件には、装置が備える照明条件や検出条件などが含まれている。様々な光学条件を想定するため、光学条件を複数入力しても良い。
シミュレータ１００２では入力１００１を基に、欠陥種毎の散乱光モデル１００３を求め、ゲイン調整パラメータ計算部１００４へ入力する。シミュレータ１００２のシミュレーション手法としては、ＦＥＭ法、ＦＤＴＤ法、ＤＤＡ法あるいはＢＶ法を計算プログラムとして実装したものがあり、これらの手法のうち複数あるいはいずれか一つがシミュレータに搭載される。複数搭載された場合は、計算対象に応じて適切な手法、例えば基板上球状粒子はＢＶ法、基板上あるいは基板内部の孤立欠陥であればＤＤＡ法、より複雑な形状の欠陥やパターン欠陥であればＦＥＭ法やＦＤＴＤ法、が選択される。
ゲイン調整パラメータ計算部１００４では、散乱光分布モデル１００３から、各方位の検出系にて検出される信号強度推定値ｓ’を算出した後、ゲイン調整パラメータｗｉ（ゲイン調整パラメータセット）を作成する。ゲイン調整パラメータｗｉは信号強度推定値ｓ’の値をそのまま使っても良いし、次式のように特定の倍率αをかけた値としても良い。

ｗｉ＝α＊ｓｉ’
ゲイン調整パラメータ計算部１００４では、入力した全ての欠陥種に対応するゲイン調整パラメータセット１００５を計算し、ライブラリ５０７へ格納する。

図１１は、ゲイン調整パラメータ設定のためのシミュレータ表示方法の説明図である。図１１は、ゲイン調整パラメータ設定のためのＧＵＩの一例である。
ユーザは、装置の光学条件に合わせて、照明・検出系の光学条件である検査条件１１０１を入力し、さらに検査対象として、装置が保持する工程選択肢の中から対象工程を選択し入力することが可能である。工程は、散乱光分布ライブラリの欠陥データの基板の情報（膜構造、膜種、膜厚）と対応付けられている。図示していないが、試料表面の膜構造、膜種、屈折率、膜厚を直接選択および設定することも可能である。照明条件や検出条件など、装置が備える光学条件（検査条件）１１０１と検査工程、検出したい欠陥種、サイズなどの検査対象１１０２を設定すると、前述のシミュレーションにより各検出器の検出信号推定値ｓ’が求められ、それに基づき最適なゲイン調整パラメータセットが計算され、表示される。

上記実施例では、ライブラリへ登録するゲイン調整パラメータをシミュレーションにより求める方法について説明したが、ここでは、後処理システムにより最適なゲイン調整パラメータを算出し、それをライブラリへ登録する方法についての実施例を示す。
図１２は後処理システムの構成図、図１３はゲイン調整パラメータ設定方法の概念図である。
図１２の後処理システム１２００は、欠陥グルーピング部１２０１、ゲイン調整パラメータ計算部１２０２とを備えて構成される。
まず、欠陥判定部５０にて欠陥検出を実施する。後処理システムによりゲイン調整パラメータを決定する場合、多くの欠陥を検出するように、低いしきい値による検査を実施する。さらに、欠陥判定部５０から全体制御部５３へ検出結果の他、信号統合を実施する前の検出信号も併せて出力する。後処理システム１２００は、全体制御部５３より各検出器からの欠陥検出信号ｓ１〜ｓｎを受け取り、欠陥グルーピング部１２０１にて欠陥種のグループ分けを実施する。グループ分けの方法として、ＳＥＭなどのレビュー結果に基づき教示を実施しても良いし、得られた欠陥分布に対しクラスタリングを施しても良い。教示を実施する場合、グルーピングの前段階として、欠陥点を絞り込むためのサンプリングが必要となる。ゲイン調整パラメータ計算部１２０２では、グループ分けされた欠陥点を基に、ゲイン調整パラメータを計算する。ゲイン調整パラメータの計算方法として、例えば図１３に示すように、各グループの代表点ｐを算出し、代表点を通るようにパラメータ設定する。グループの代表点として、グループの重心や中央値としても良い。

図１４は、後処理システムの表示方法の説明図である。図１４ではグルーピングのために教示を実施する場合のＧＵＩの一例を示す。
検出された欠陥分布から未教示の欠陥を選択し、欠陥形状、強度分布、信号強度などに基づき、欠陥種を選択する。教示済みの欠陥を基にゲイン調整パラメータを逐次計算し表示する。図１２記載のゲイン調整パラメータ計算部１２０２で計算されたゲイン調整パラメータはライブラリ５０７へ格納される。

上記実施例では、既知の種類の欠陥と散乱光分布特性の関係をシミュレーションを利用して求め、その関係からゲイン調整パラメータを算出する方法について述べたが、ここでは、検出された欠陥が未知であった場合、その散乱光分布特性から欠陥種を特定する方法について述べる。

図１５は欠陥分類を実施する構成の概略の構成図であり、図１６は欠陥分類のためのＬＵＴの説明図である。図１５および図１６を用いて、検出された欠陥とゲイン調整パラメータとの関係を表すＬＵＴを用いて分類を実施する方法を説明する。
上記実施例と同様に、信号統合部５０２と欠陥判別部５０４により欠陥を検出する。上記実施例では各々のユニットから検出された欠陥の論理和を求めたが、ここでは論理和を求めず、欠陥判別ユニット（検出ユニット）と欠陥種の関係を表すＬＵＴ５１１を用いて欠陥種を特定する。各欠陥判別ユニットの出力と欠陥種の対応を表すＬＵＴの一例を図１６に示す。図１６は欠陥判別ユニットＤＡのみで検出された欠陥を欠陥種Ａ、欠陥判別ＤＢとＤＣで検出された欠陥を欠陥種Ｂと分類するようなＬＵＴである。
前述の通り、ゲイン調整パラメータは特定の散乱光特性を持つ欠陥種を高感度に検出できるように設計されているため、その対応関係を利用することで、欠陥種が未知の欠陥に対して分類を実施することが可能となる。
一般的な欠陥分類では、入力信号から抽出した複数の特徴量によって作られる多次元特徴空間上に分布する欠陥点群に対し、特定の識別アルゴリズムを用いて欠陥分類を実施しているが、一般的な分類アルゴリズムでは欠陥種を分離する境界を決定するため、多数のパターンによる学習が必要となる。上記実施例において、分類アルゴリズムを適用させる場合、学習パターンとして、複数の欠陥に対し、欠陥種と散乱光特性を調べる必要があり、識別のための計算コストも必要となる。それに対し、本発明により欠陥分類を実施する場合、すでに計算済みのゲイン調整パラメータとの対応関係を表すＬＵＴにより簡便かつ高速に欠陥分類を実現することが可能となる。

上記実施例では、特性の異なる欠陥の検出方法として、各検出信号に対し、異なる複数のパラメータによりゲイン調整し、統合した信号に対して超平面によりノイズと欠陥の判別を行ったが、ここでは、ノイズと欠陥の判別を楕円超球により行い、角度に基づき欠陥分類を実施する。

ノイズ強度をｎ次元正規分布と仮定すると、ノイズと欠陥との判別境界Ｅはｎ次元楕円超球で表すことができる。以下に判別境界の式を示す。

Ｅ（ｓ）＝ｓ１＾２／Ｔ１＾２＋ｓ２＾２／Ｔ２＾２＋・・・＋ｓｎ＾２／Ｔｎ＾２
ここで、Ｔｉは正反射検出部１０４にて検出したＨＡＺＥ強度から推定したノイズ強度に基づく値として設定され、下記の式を用いて求めることができる。

Ｔｉ＝√ＨＡＺＥｉ
このとき、Ｅ（ｓ）＜１ならノイズ、Ｅ（ｓ）＞１なら欠陥と判定することができる。

図１７は、楕円超球に基づくしきい値を表す概念図である。図１７は特徴空間を二次元としたときの判別境界Ｅを示す。ｎ次元楕円超球しきい値による欠陥判別は、上記実施例におけるゲイン調整パラメータのセットを無限個用いて欠陥判別することと同じ結果となる。

上記実施例では、入力された検出信号を基にノイズと欠陥との境界を決定したが、ここでは、あらかじめ決められた判定基準に対して入力信号を照合し、ノイズと欠陥とを判別する方法について述べる。

図１８は、信号処理部の構成を表す構成図である。図１８を用いて本実施例の別の形態について説明する。
検出器１０２から得た検出信号ｓ１〜ｓｎを入力とする信号入力部５０１と、ノイズ・欠陥を決定する比較照合部５１１、結果を出力する結果出力部５０６、比較照合部５１１への入力である判定基準を格納するライブラリ５１２からなる。比較照合部５１１では、ｎ次元特徴空間において入力信号ｓ１〜ｓｎと、予め格納しておいた判定基準との比較照合を行い、ノイズと欠陥の判別を行う。
照合方法として、あらかじめユーザ教示により与えられた数点のノイズ・欠陥点に対し、新たに入力された点がノイズか欠陥のどちらに属するのかを最近傍則によって求める方法や、ニューラルネットワークに基づく判定基準を用いる方法、サポートベクターマシンによる方法などがある。また、上記実施例と同様に、入力信号は散乱光強度を表す検出信号値を直接使用しても良いし、検出信号から抽出された特徴量を利用しても良い。

図１９は、判定基準との比較を表す概念図である。図１９を用いて入力信号を二次元としたときの特徴空間の例を示す。あらかじめ計算され、ライブラリに格納されていた境界１９０１に対し、入力信号１９０２、１９０３を比較し、ノイズか欠陥かを判定する。この場合、入力１９０２は欠陥、１９０３はノイズと判定される。

１ ウェーハ、２ レーザ光源、３ アッテネータ、４ 偏光素子、５ 照度分布制御素子、６ 集光レンズ、７ ビームエキスパンダ、８ 集光系、９ センサ、１０ 並進ステージ、１１ 回転ステージ、１３ 偏光フィルタ、１４ コントローラ、１５ 遮光シャッタ、１６ シャッタコントローラ、２０ 照明スポット、５０ 欠陥判定部、５１ 特徴量抽出部、５３ 全体制御部、５４ 表示部、５５ 入力部、１０１ 照明部、１０２ａ 検出部、１０２ｂ 検出部、１０２ｃ 検出部、１０４ 正反射検出部、５０１ 検出信号入力部、５０２ 信号統合部、５０３ 信号、５０４ 欠陥判別部、５０５ 結果統合部、５０６ 結果出力部、５０７ パラメータ格納ライブラリ、５０８ ゲイン調整パラメータ読み出し部、５０９ しきい値設定部、５１０ しきい読み出し部、５１１ 比較照合部、５１２ 判定基準格納ライブラリ

Claims (6)

1. 被検査対象物に照明光を照射する照明光学部と、
   前記照明光学部により照射され該被検査対象物から該被検査対象物の表面に対してそれぞれ異なる方位角方向および仰角方向に散乱する散乱光をそれぞれ検出する複数の検出器を備えた検出光学部と、
   前記複数の検出器により検出した該被検査対象物からの散乱光に基づく複数の信号のそれぞれについて、ゲイン調整を並列に行う信号統合部と、前記信号統合部においてゲイン調整された複数の信号のそれぞれについて、予め定めた閾値に基づき並列に欠陥判別を行う欠陥判別部と、前記欠陥判別部により欠陥判別された結果を統合して欠陥を抽出する結果統合部と、を備える信号処理部と、
   を有し、
   前記信号統合部は、前記複数の検出器により検出した該被検査対象物からの散乱光に基づく複数の信号のそれぞれについてゲイン調整を行う複数の信号統合ユニットを備え、
   前記欠陥判定部は、前記信号統合部においてゲイン調整された複数の信号のそれぞれについて、予め定めた閾値に基づき欠陥判別を行う複数の欠陥判定ユニットを備え、
   前記複数の信号統合ユニットは、それぞれ異なる値のゲイン値によりゲイン調整を行うことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   前記複数の欠陥判定ユニットでは、それぞれ異なる欠陥種の欠陥を判別することを特徴とする欠陥検査装置。
3. 請求項１または２に記載の欠陥検査装置であって、
   前記複数の信号統合ユニットのゲイン値は、ゲイン調整パラメータセットで設定された値に基づき決定されることを特徴とする欠陥検査装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記複数の欠陥判定ユニットの閾値は、閾値設定部により予め定められることを特徴とする欠陥検査装置。
5. 請求項１記載の欠陥検査装置であって、
   さらに、前記信号処理部により抽出された欠陥を表示する表示部を有することを特徴とする欠陥検査装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
   前記複数の信号統合ユニットのそれぞれでは、前記複数の信号のそれぞれについてゲイン調整を行い、ゲイン調整された複数の信号を統合することで統合信号を算出し、
   前記複数の信号統合ユニットのそれぞれにおいて算出された複数の統合信号は、それぞれ複数の欠陥判別ユニットに入力されることを特徴とする欠陥検査装置。

Images