JP5147202B2 - 光学式欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハ上の欠陥を検出する光学式欠陥検査装置の検出精度が迅速かつ容易に校正し、欠陥寸法の適正化及び検出精度の変動を抑制する技術に関する。

半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良の原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物であってもキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の状態で混入し得る。

こうしたウェハ上の異物等の欠陥を検出する技術の１つとして、ウェハ上にレーザを照射し、ウェハ上に付着している異物等からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種のウェハの検査結果と比較することによって異物等の欠陥を検査するものがある（特許文献１等参照）。

特開昭６２−８９３３６号公報

上記従来技術のような光学式欠陥検査装置では検査用照明光や検出光学系のレンズ等に関係する光学条件が温度や気圧，時間で変動し、欠陥の検出精度にばらつきが生じる場合がある。

しかしながら、光学式欠陥検査装置において散乱光量を欠陥の大きさに変換するための検量線は、一般に、半導体製造工程における電子顕微鏡を用いた後段の検査工程で実際に測長された欠陥の大きさ（より信頼性のある値）を光学式欠陥検査装置の検査データにフィードバックして散乱光量に関連付ける方法で作成される。そのため、検量線を校正しようとしても目的の欠陥箇所の電子顕微鏡による測長結果がフィードバックされるまでに長時間を要していた。

しかも、半導体製造工程では一旦ラインを稼働させると長期に亘って稼働し続けるのが通常であることから、検出精度を頻繁にチェックすることも現実的には難しい状況にある。

本発明の目的は、欠陥寸法の検出精度を迅速に適正化し検出精度の変動を抑制することによって半導体製造ラインのシステム安定性を向上させることができる光学式欠陥検査装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、試料を載置するステージと、所定の入射角を有する検査用照明光を試料表面に照射し試料表面にビームスポットを生成する照明光学系と、前記ビームスポットからの反射光を検出する検出光学系とを有する光学式欠陥検査装置において、大きさが既知の標準粒子を配置した校正用試料上の前記標準粒子の位置及び大きさを予め記憶した記憶部と、前記校正用試料を検査対象とした場合に、前記大きさが既知の標準粒子からの散乱光に基づく前記検出光学系の出力を、前記記憶部に記憶された対応位置の標準粒子の既知の大きさと関連付け、前記検出光学系の出力と真の値との相関関係を作成する校正処理部と、検査試料を検査対象とした場合に、前記校正処理部で作成された前記相関関係に基づき、前記検出光学系からの出力を欠陥の大きさに変換する信号処理部とを備える。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記校正用試料は、前記標準粒子を大きさで分類しその大きさごとに予め定められた複数の領域に配置したものであり、前記記憶部には、それぞれの領域の範囲座標と各領域内に配置された標準粒子の大きさとが記憶されている。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記校正用試料の複数の領域は、前記検出光学系のスキャン方向に沿って配列されている。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記検出光学系は検出器としてＴＤＩセンサを備えており、前記校正処理部は、複数の１次元センサを有する複数のチャネルのうちの１つのチャネルを基準に他のチャネルの感度レベルを補正する手順を実行する。

（５）上記（１）において、好ましくは、前記検出光学系は検出器としてＴＤＩセンサを備えており、前記校正処理部は、一の方向にスキャンする時に得られる検出値の感度レベルを他の方向にスキャンする時に得られる検出値を基準に補正する手順を実行する。

本発明によれば、校正用試料を検査するのみで検出精度が迅速かつ容易に校正されるので、欠陥寸法の検出精度を迅速に適正化し検出精度の変動を抑制することができ、半導体製造ラインのシステム安定性を向上させることができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置の構成を説明する。
図１において、図中の左下に座標系を示したように、平面上にＸＹ軸、垂直上方にＺ軸をとる。Ｚ軸はステージ３０１の中心を通っている。光学式欠陥検査装置は、ウェハ等の試料１を載置したステージ３０１をＸＹＺ方向の各軸に沿って移動させる機能とステージ３０１をＺ軸周りに回転させる機能を有するステージ部３００と、試料１上に検査用照明光を照射する照明光学系１００と、試料１からの散乱光を検出する検出光学系２００と、演算処理・信号処理等を行う制御装置４００と、制御装置４００からの表示信号に基づき検出結果等を表示する表示装置５００とを有する。

ステージ部３００は、特に図示していないが、ステージ３０１をＸ軸方向に移動させるＸステージ、ステージ３０１をＹ軸方向に移動させるＹステージ、ステージ３０１をＺ軸方向に移動させるＺステージ、ステージ３０１をＺ軸周りに回転させる回転ステージを備えており、各ステージがそれぞれ対応の動作をすることにより試料１を移動させる。また、ステージ部３００にはステージ制御コントローラ３０５が備えられており、試料１を移動させる各ステージはこのコントローラ３０５からの指令信号によって動作する。

照明光学系１００は、レーザ光源１０１，凹レンズ１０２及び凸レンズ１０３からなるビームエキスパンダ、光学フィルタ群１０４及びミラー１０５からなるビーム整形部、光学分岐要素（又はハーフミラー）１０６及び凹レンズ１４６を有する第１ビームスポット結像部、ミラー１０７及び凹レンズ１４７を有する第２ビームスポット結像部を有する。

レーザ光源１０１の好適例の一つは例えば高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧであり、その波長は３５５ｎｍ程度が好ましい。但し、必ずしも波長３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１がＹＡＧ／ＴＨＧである必要もなく、Ａｒレーザ，窒素レーザ，Ｈｅ−Ｃｄレーザ，エキシマレーザ等他の光源をレーザ光源１０１に用いても良い。

レーザ光源１０１から出射したレーザビームは、光学分岐要素１０６によって２つの光路に分岐する。そのうちの一方はミラー１０７で反射して凹レンズ１４７に入射し、これにより第２のビームスポット結像部からの検査用照明光１２が生成される。また、他方が凹レンズ１４６に入射することによって、第１のビームスポット結像部からの検査用照明光１１が生成される。これらの検査用照明光１１，１２は、試料１の表面の垂線に対して所定角度傾斜して照射される。試料１には検査用照明光１１，１２によって細長いビームスポット３が形成される。

検出光学系２００は、検出レンズ２０１，空間フィルタ２０２，結像レンズ２０３，ズームレンズ群２０４，検出器（イメージセンサ）２０５，空間フィルタ制御コントローラ２０７、及び、ズームレンズ制御コントローラ２０８を有する。本実施の形態においては、ＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサを検出器２０５に用いる。検出器２０５からの出力信号は制御装置４００に出力される。検出光学系２００の光軸はＺ軸に沿って配置されている。

試料１上に検査用照明光が照射されてビームスポット３が生成されると、試料１から散乱光を含む反射光が出射される。この出射光は、例えば試料１上の異物等の欠陥や回路パターンから出射される。この出射光は、検出光学系２００の検出レンズ２０１・空間フィルタ２０２・結像レンズ２０３を経由し、検出器２０５によって受光され、そこで光電変換される。レーザ光源１０１からのビーム光束の照度（パワー）は、空間フィルタ２０２又はレーザパワーを制御することにより変化させることができるため、検出器２０５の出力のダイナミックレンジを変えることができる。

制御系４００は、各種信号を入力する入力部４０４，各種入力信号を基に各種演算処理を行う演算部４１１，入力信号や演算結果或いは制御に必要な定数やプログラム等を記憶する記憶部４１０，対応の出力先に信号出力する出力部４０３を有している。

記憶部４１０は、各種演算処理や駆動制御に必要なプログラムや定数を予め格納した
ＲＯＭ４０９，演算結果等を一時記憶する遅延メモリ４０５，検出器２０５からの検出信号を処理するのに必要な校正係数やサイズ換算テーブル（ともに後述）を記憶する演算メモリ４０６等を有している。

演算部４１１は、各種出力信号を演算する演算処理部４０１，検出器２０５からの出力を基に検出イメージを生成する信号処理部４０２，検出イメージから欠陥の可能性がある箇所を検出する比較検出部４０７，演算メモリ４０６に記憶する校正係数や変換テーブルの補正を行う校正処理部４０８（後述）を有する。

演算処理部４０１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等を有しており、入力装置６００からの入力信号やプログラム等に基づいて各コントローラ２０７，２０８，３０５や表示装置５００等に出力する指令信号を演算する機能を有している。演算処理部４０１で演算された各指令信号は出力部４０３を介し、各コントローラ２０７，２０８，３０５や表示装置５００等に出力され、これによってステージ３０１の動作やレーザ光源の出力、ズームレンズ群２０４のズーム倍率、空間フィルタ２０２の動作、或いは図示しないフォーカス装置の合焦動作，表示装置５００の表示内容等が制御される。

信号処理部４０２は、入力部４０４を介してデジタル信号化された検出器２０５からの出力を基に、演算メモリ４０６に格納された試料１の表面等の検出イメージ（図２（ａ）参照）を生成する。生成された検出イメージは遅延メモリ４０５に記憶される。

比較検出部４０７は、遅延メモリ４０５に記憶されている隣接チップの検出イメージ
（図２（ｂ）参照）を読み出し、これを生成した検査イメージ（図２（ａ）参照）と比較して信号差をとり、隣接チップ間の形状の相違箇所を検出する。また、この比較検出部
４０７は、検出した相違箇所を異物或いはパターン異常等の欠陥のデータとして欠陥マップ（図２（ｃ）参照）を生成し、記憶部４１０の所定領域に記憶する。さらに、比較検出部４０７は、特定した欠陥の大きさを適正に評価するために、ＴＤＩセンサの校正係数
（後述）を演算メモリ４０６から読み出し、検出器２０５からの出力（散乱光量）を補正する。そして、この補正出力値をサイズ換算テーブルに従って欠陥の大きさに変換する。算出した欠陥の大きさは記憶部４１０の所定領域に記憶される。

ここで、検出光学系２００に用いられるＴＤＩセンサとは、１次元センサ２０５ａをＸ軸方向に沿って多段（ｎ段）に配列したセンサである（図３参照）。１段目の１次元センサ２０５ａで取得した像の情報を後段の１次元センサ２０５ａに順次転送し画像の積分を行う方法で段数分だけ光量の蓄積が行われる。本例の場合、検出器２０５の走査方向（Ｘ軸方向）にｎ段、Ｙ軸方向に複数列（図３では模式的に３列が図示されているが列数は限定されない）の１次元センサ２０５ａを有するチャネルがＹ軸方向にｍチャネル配列されて検出器２０５が形成されている。

なお、本実施の形態の場合、検出器２０５は、試料１に対してＸ軸正の方向（ＦＷＤ方向）に相対移動する時だけでなく、試料１に対してＸ軸負の方向（ＲＥＶ方向）に相対移動する時に検出した試料１からの散乱光も試料１の検出イメージに用いる。このとき、検出器２０５をＦＷＤ方向からＲＥＶ方向に走査方向を転換する場合、方向転換に際して検出器２０５のＹ軸方向位置を所定距離移動させる。ＲＥＶ方向からＦＷＤ方向に方向転換する場合も同様である。つまり、検出器２０５を試料１に対してジグザグに相対移動させる。それに対し、１次元センサ２０５ａの隣接段における取得情報の転送方向は後段に向かう一方向のみである。この場合、スキャン方向（ＦＷＤ／ＲＥＶ）により検出値にばらつきが生じるが、本実施の形態ではそれを後に説明する方法で補正する。

なお、本実施の形態においては、各列の１段目からｎ段目の一次元センサ２０５ａで蓄積された受光量が飽和状態にまで至らない場合（受光容量内の場合、図４参照）は問題ないが、ｎ段目までの受光量の積分値が飽和状態（受光容量以上、図５（ａ）参照）になってしまうと検出器２０５に入射した散乱光量が把握できない。そこで本実施の形態では、例えば先のＲＯＭ４０９等に予め光量推定用の数式が格納されており、この数式を読み出して図５（ｂ）のようにセンサの受光容量を超えた分を演算することができる。

図６は制御装置４００の欠陥検出の手順を表すフローチャートである。
まず、ステージ３０１上にセットされた試料１（ここでは検査ウェハとする）がスキャンされる（Ｓ１０１）と、制御装置４００は入力部４０４を介して検出光学系２００の検出器２０５からの信号を入力し、ＲＯＭ４０９内の信号処理用のプログラムを読み出して信号処理部４０２にて入力信号を高速並列画像処理する（Ｓ１０２）ことにより検査イメージを取得する（Ｓ１０３）。

続いて、比較検出部４０７にてＳ１０３で取得した検査イメージと位置が対応する隣接チップの取得済み検査イメージを遅延メモリ４０５から読み出し（Ｓ１０４）、Ｓ１０５にて取得した検査イメージと隣接チップの検査イメージの位置合わせ画像処理を行う。そしてＳ１０６に手順を移し、取得した検査イメージと隣接チップの検査イメージを比較し、続くＳ１０７にて、比較結果（信号差）から欠陥の有無を判定する。

Ｓ１０７で欠陥が認められた場合、Ｓ１０８に手順を移行して検出光学系２００によって検出された欠陥を基に比較検出部４０７にて欠陥の位置を特定して欠陥マップを作成し、Ｓ１０９にて欠陥マップを記憶部４１０の所定領域（遅延メモリ４０５や演算メモリ
４０６でも良い）に記憶して欠陥検出の手順を終了する。一方、Ｓ１０７で欠陥が認められなかった場合、制御装置４００はＳ１１０に手順を移し、演算処理部４０１にて生成した指令信号を出力部４０３を介してステージ制御コントローラ３０５に出力し、検査ウェハをアンロードして欠陥検出の手順を終了する。

ここで、ウェハ表面の欠陥を検査する光学式欠陥検査装置は図６のＳ１０８，１０９のように欠陥マップを生成し、それが後段の電子顕微鏡（ＳＥＭ等）による欠陥検査工程に役立てられるが、半導体の微細化に伴って検査効率の向上が急務となってきており、近年では光学式欠陥検査装置にも欠陥寸法検出の精度信頼性向上が要求されている。

しかしながら、光学式欠陥検査装置では検査用照明光や検出光学系のレンズ等に関係する光学条件が温度や気圧，時間で変動する。それに検出光学系のセンサの感度むら等も相俟って欠陥の検出寸法精度にばらつきが生じ易い。

通常、光学式欠陥検査装置において散乱光量を欠陥の大きさに変換するための検量線は、半導体製造工程において電子顕微鏡を用いた後段の検査工程で実際に測長された欠陥の大きさ（より信頼性のある値）を光学式欠陥検査装置の検査データにフィードバックして散乱光量に関連付ける方法で作成される。そのため、検量線を校正しようとしても電子顕微鏡による目的の欠陥箇所の測長結果がフィードバックされるまでに極めて時間を要していた。

しかも、半導体製造工程では一旦ラインを稼働させると長期に亘って稼働し続けるのが通常であることから、検出精度を頻繁にチェックすることも現実的には難しい状況にある。

そこで本実施の形態では、欠陥寸法の検出精度を迅速に適正化し検出精度の変動を抑制することによって半導体製造ラインのシステム安定性を向上させるために次に述べるような機能を備えている。

図７は校正用試料の概略構成を表す模式図である。
図７に示した校正用試料７００は、ウェハ（基板）７０１上に、既知の大きさの異物
（標準粒子）が大きさで分類され配置された複数の領域７０２を設けて構成されている。各領域７０２に塗布された標準粒子は予め大きさ・個数・間隔が定められており、同じ領域７０２内に配置された標準粒子は製作上可能な範囲で大きさが統一されているが、領域によって標準粒子の大きさが異なる。各領域７０２の上側の数値はそこに配置された標準粒子の大きさ［μｍ］を例示したものである。また、各領域７０２のＹ軸方向最大寸法Ｈは検出器２０５のそれ（つまり１走査当たりのスキャン幅）よりも僅かに小さい程度とすることが好ましいが、領域７０２の大きさや形状は特に限定されない。

また、図７に示した例は一例であるが、例えば各領域７０２を検出器２０５のスキャン方向（本例ではＸ軸方向）に沿って並べると、各領域７０２を効率的にスキャンする上で好ましい。必要であればこうした領域７０２の列を複数（本実施の形態では３列の場合を図示した）形成し、図７に点線で表したように検出器２０５が各列の上方のみを通過するようにスキャンの軌跡を予め設定しておけばなお効率的である。さらには、例えば図８に示したように、検出器２０５が各領域７０２上を通過するときにのみスキャンし、スキャンエリアを矩形領域７０３のように断続的に形成するようにすれば、なお効率的である。なお、図８には図７に示した領域７０２の３つの列のうちの１列のみを抽出して表してある。

このとき、例えば前述したＲＯＭ４０９には、この校正用試料７００のデータ、すなわち各領域７０２の位置（領域の座標）及び各領域７０２内に塗布された標準粒子の大きさが記憶されている。また必要であれば、校正用試料７００を検査する場合に、ウェハ全面をスキャンするのではなく、前述したように各領域７０２が効率的にスキャンされるように検出器２０５等を演算処理部４０１に実行させるプログラムを、検査ウェハの検査時のプログラムとは別にＲＯＭ４０９等に格納しておくことも考えられる。

そして、校正用試料７００を検査することにより、制御装置４００は、校正処理部408による後述の校正手順の実行によって検出散乱光量に対する欠陥の大きさの評価精度の安定化を図る。

但し、その校正手順を実行するに当たって、校正用試料７００を検査することを制御装置４００に認識させる必要がある。そのためには様々な方法が考えられるが、例えば予め何らかの固有情報を校正用試料７００に付与しておき、検出器２０５からの検出信号によりその固有情報が検知されたとき、制御装置４００が校正手順を実行することが考えられる。また、校正用試料７００をステージ３０１上にセットする際、ユーザが入力装置600の操作によって制御装置４００に校正手順の実行を指示するようにしても良い。さらには、校正用試料７００を検査ウェハとは別に格納した供給装置を別途用意しておき、設定のタイミングあるいはユーザの指示を受けて供給装置によって校正用試料７００がステージ３０１上にセットされるようになり、これに連動して制御装置４００が校正手順を実行するようにすることも考えられる。

図９は制御装置４００による校正処理手順を表すフローチャートである。
図９において、Ｓ２０１において校正用試料７００がロードされると、制御装置４００は続くＳ２０２に手順を移し、ＲＯＭ４０９内の対応のプログラムに従い、演算処理部
４０１にて実行しつつ校正処理部４０８による校正処理の手順を開始する。Ｓ２０２では、ＲＯＭ４０９に格納された各領域７０２の座標情報を読み出して検出器２０５からの出力がどの領域７０２の標準粒子からの散乱光を検出したものかを特定し、ＲＯＭ４０９内の該当する領域７０２の標準粒子の大きさ（つまり真の値）の情報に関連付け、それら関連付けられた情報を演算メモリ４０６に保存していく。

Ｓ２０３に手順が移ると、制御装置４００は、校正処理部４０８にて各領域７０２の標準粒子からの有効な散乱光量データを抽出する。この手順は後の手順にて検出器２０５のチャネルごとの検出値のばらつきを補正するのに用いられる。

本来、ウェハ上にいろいろなサイズの標準粒子を各１個ずつ並べ、検出器２０５を１チャネルの幅分ずつずらしながら各標準粒子の散乱光量を測定すれば、１つの標準粒子からの散乱光量を全チャネルで検出し、それを比較することができる。しかし実際には、ウェハ上に標準粒子以外の異物（ゴミ）が不規則に付着している可能性があり、ゴミからの散乱光量が目的の標準粒子からの散乱光量と誤測定されかねない。

本実施の形態では、既に述べたように制限された領域７０２に固まって標準粒子が塗布されており、領域７０２内における標準粒子の分布のばらつきから、理想的な密度よりも密の箇所や疎の箇所が存在し得る。例えば標準粒子が高密度の箇所では複数個の標準粒子からの散乱光（多重散乱光）が含まれる場合があり、それが１つの標準粒子からの散乱光量と誤って検出される恐れがある。また、重なった標準粒子に限らず近接した複数の標準粒子からの散乱光も光近接効果の影響等を受けているので１つの標準粒子からの散乱光量データとしての有効性に欠ける。

そこでＳ２０３において、制御装置４００は、校正処理部４０８にてボロノイ図（図
１０参照）を作成し各領域７０２上の標準粒子の密度を計算する。そして、このボロノイ図を基に、図１１に示したように、標準粒子の指定の分布よりも密度が疎でゴミである可能性が高い異物や接近していてデータの有効性に欠ける標準粒子を取り除いたものを検出器２０５のチャネルごとの検出値補正に有効な散乱光量が得られる標準粒子（有効粒子）とし、その有効粒子からの散乱光量を有効データとして抽出する。なお、図１１におけるグラフの縦軸に採った「頻度」とは、横軸に採った「密度」を等間隔で区切った場合の各密度範囲内に存在する標準粒子数である。

次のＳ２０４では、制御装置４００は、ＲＯＭ４０９に格納されている所定プログラムに従って校正処理部４０８にて検出器２０５のチャネルとスキャン方向(ＦＷＤ／ＲＥＶ)による検出値のばらつきを校正する。

チャネルによる検出値のばらつきについては、塗布した標準粒子の径の誤差，検査用照明光１１，１２の照射むら、ＴＤＩセンサの画素による感度むら、検出光学系レンズの収差，色むら等、様々な要因により同一標準粒子を各チャネルで測定しても同一出力になり難いことに起因する。

そこでこのＳ２０４では、検出器２０５の中心チャネルを基準とし、基準チャネルの周囲のチャネルを補正する。例えば、図１２に示したように、検出器２０５の中央にチャネルＢが位置する場合、それ以外のチャネルのうちの例えば両端のチャネルをそれぞれチャネルＡ，Ｃとする。この場合、図１３に示したようにチャネルＡ，Ｃの検出光量を基準となるチャネルＢの検出光量の感度レベルに換算し、チャネルＡ，Ｂ，Ｃによる検出光量
（輝度）のばらつきを補正する。なお、基準にするチャネルは、必ずしも中心に位置するチャネルでなくても良い。

具体的には、例えば、中心チャネルＢの散乱光検出量をＩｂ、チャネルＡ，Ｃの散乱光検出量をそれぞれＩａ，Ｉｃとした場合、チャネルＡの校正係数ＫａをＩｂ／Ｉａ、チャネルＣの校正係数ＫｃをＩｂ／Ｉｃとし、検査時のチャネルＡ，Ｃからの散乱光検出量にそれぞれ校正係数Ｋａ，Ｋｃを掛け合わせ、チャネルＢからの散乱光検出量の検出レベルに補正する。勿論、チャネルＡ，Ｃ以外のチャネルについても同様にチャネルＢを基準としたこの校正を行う。

スキャン方向による検出値のばらつきについては、スキャンの方向によるＴＤＩセンサの感度の違いが要因となる。

このスキャン方向による検出値のばらつきを補正する場合、Ｓ２０３で抽出した標準粒子の径別（領域７０２別）の有効データの平均値をＦＷＤ方向とＲＥＶ方向とで算出し、両値の比を校正係数とする。

具体的には、例えば図１４において、ＦＷＤ方向にスキャンしている時の散乱光検出量をＩｆｗｄ、ＲＥＶ方向にスキャンしている時の散乱光検出量をＩｒｅｖとした場合、校正係数ＫをＩｆｗｄ／Ｉｒｅｖと定め、検査時のＲＥＶ方向にスキャンしている時の散乱光検出量Ｉｒｅｖに校正係数Ｋを掛け合わせ、ＦＷＤ方向にスキャンしている時の散乱光検出量Ｉｆｗｄの検出レベルに補正する。この場合、図１５に示したように、ＦＷＤ方向にスキャンしている時の検出散乱光が基準となりその検出値に校正係数が乗算されることはないが、場合によってはＲＥＶ方向にスキャンしている時の検出散乱光量を基準としても構わない。

すなわち、このステップ２０４では、例えば図１２のチャネルＡでＲＥＶ方向にスキャンした時の検出散乱光量は、対応のチャネル校正係数Ｋａ（＝Ｉｂ／Ｉａ）とスキャン方向校正係数Ｋ（＝Ｉｆｗｄ／Ｉｒｅｖ）を掛けて中心チャネルＢがＲＥＶ方向にスキャンした時の検出レベルに補正される。

続くＳ２０５では、制御装置４００は、校正処理部４０８にて、Ｓ２０３で抽出した有効データをＳ２０４の手順でばらつきを補正した結果得られた標準となる検出散乱光量とその標準粒子径を関連付けたサイズ換算テーブル（図１６参照）を作成して演算メモリ
４０６に保存する。このサイズ換算テーブルは図１７に示したようなグラフ或いは数式として記憶しても良い。

そして、制御装置４００は、続くＳ２０６にてＳ２０４で算出した校正係数を演算メモリ４０６に保存し、Ｓ２０７に手順を移して校正用試料７００をアンロードして本校正処理手順を終了する。

図１８は通常の検査ウェハの検査で欠陥が認められた場合に制御装置４００が行う欠陥寸法の評価手順を表すフローチャートである。
図１８に示した手順は、既に説明した図６の欠陥検出手順のＳ１０７で欠陥が認められた場合、Ｓ１０９で記憶部４１０に記憶された欠陥情報を基に、図９で構成したセンサの校正係数やサイズ換算テーブルを用いて欠陥寸法を適正に評価する手順である。

制御装置４００は、Ｓ１０７(図６参照)で欠陥が認められた場合、図１８の手順を開始する。そしてまず、Ｓ３０１で演算メモリ４０６に記憶したチャネル校正係数及びスキャン方向校正係数を読み出し、信号処理部４０２にて、それら校正係数を適宜用いて欠陥箇所からの検出散乱光量をＲＯＭ４０９内の所定のプログラムに順じて補正する(Ｓ３０２)。

Ｓ３０３に手順を移すと、制御装置４００は、演算メモリ４０６からサイズ換算テーブルを読み出し、信号処理部４０２においてＳ３０２で適正に評価された検出散乱光量をサイズ換算テーブルに基づき欠陥寸法に換算する。そして、次のＳ３０４で欠陥寸法の算出結果を出力する。この場合、表示装置５００に表示出力しても良いし、図示しないプリンタ等に出力することもできる。勿論、算出結果を記憶部４１０等に記憶しておき、ユーザによる入力装置６００の操作に基づいて任意に表示出力等するようにすることもできる。

最後に、Ｓ３０５において、制御装置４００は、演算処理部４０１にて演算した指令信号をステージ制御コントローラ３０５に出力し、検査ウェハをアンロードしてこの欠陥寸法評価手順を終了する。

以上のように、本実施の形態の光学式欠陥検査装置は、校正用試料７００上の標準粒子の位置（領域）及び大きさを予め記憶した演算メモリ４０６と、校正用試料７００を検査対象とした場合に、標準粒子からの散乱光に基づく検出器２０５の出力を演算メモリ406に記憶された対応位置の標準粒子の既知の大きさと関連付け、検出器２０５の出力と真の値との相関関係（サイズ換算テーブル）を作成する校正処理部４０８とを備えている。これにより、校正用試料７００を検査するだけで容易かつ自動的に光学条件の振れによる検出結果のばらつきを補正することができる。また、他の検査工程（ＳＥＭによる検査工程等）の結果のフィードバックが不要で、しかも校正用試料７００の検査結果のみからサイズ換算テーブルを更新することができるので、精度校正に要する時間も飛躍的に短縮することができる。こうした校正用試料７００の検査を所定時間おき又は自動で実行することにより、半導体製造ラインのシステム安定性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、ＴＤＩセンサを検出器２０５に用いているので、そのチャネルによる検出値の触れやスキャン方向による検出値の触れを補正する校正係数を演算し、サイズ換算テーブルの更新や検査ウェハの検査時における欠陥寸法評価に反映させることにより、欠陥の検出精度や欠陥の寸法評価精度につきより高い信頼性を確保することができる。

なお、近年では半導体の微細化に伴って光源波長が短波長化してきており、センサ感度の問題からＴＤＩセンサが多く用いられるようになってきている。しかしながら、使用する光源の波長を精度良く検出できれば検出器２０５にＴＤＩセンサを用いる必要はなく、構成的に不要であればチャネル校正係数を算出する必要はない。また、本実施の形態ではＴＤＩセンサをＦＷＤ／ＲＥＶ両方向にスキャンする場合を例に挙げて説明したが、一方向にのみスキャンする場合にも本発明は適用可能である。この場合、スキャン方向校正係数を算出する必要がない。その他、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは言うまでもない。

さらに、図１に示した記憶部４１０や演算部４１１内の全ての部分が検出光学系２００と一体に設けられた制御装置４００に備えられている必要はない。つまり、例えばＲＯＭ４０９等のメモリ類は他の記憶装置で代用することもでき、他の記憶装置を制御装置400に接続して構成しても良い。ＬＡＮ等を利用して他の記憶装置を制御装置４００に接続することも考えられる。また、場合によっては演算部４１１の機能の一部を、制御装置400に接続した他のコンピュータ等で果たすことも可能である。これらの場合も同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置の構成を説明する。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による欠陥検出イメージを模式的に表した図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた検出器を模式的に表した図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた検出器で検出された検出散乱光（受光容量内）のイメージ図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた検出器で検出された検出散乱光（受光容量以上）の補正イメージ図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置の欠陥検出の手順を表すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置における校正処理用のツールである校正用試料の概略構成を表す模式図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置における校正処理用のツールである校正用試料のスキャンエリアを例示した模式図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順を表すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で用いられるボロノイ図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で用いる有効データの抽出イメージを模式的に表した図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で実行されるセンサチャネルによるセンサ感度の校正方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で実行されるセンサチャネルによるセンサ感度（校正係数）の校正イメージを表す図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で実行されるスキャン方向によるセンサ感度の構成方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で実行されるスキャン方向によるセンサ感度（校正係数）の校正イメージを表す図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で更新されたサイズ換算テーブルを模式的に例示した図である。 本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による校正処理手順で更新されたサイズ換算テーブルを模式的に例示した図である。 検査ウェハの検査で欠陥が認められた場合における本発明の一実施の形態に係る光学式欠陥検査装置に備えられた制御装置による欠陥寸法の評価手順を表すフローチャートである。

符号の説明

１…試料、３…ビームスポット、１１，１２…検査用照明光、１００…照明光学系、
２００…検出光学系、２０５…検出器、２０５ａ…１次元センサ、３０１…ステージ、
４００…制御装置、４０１…演算処理部、４０２…信号処理部、４０５…遅延メモリ、
４０６…演算メモリ、４０７…比較検出部、４０８…校正処理部、４０９…ＲＯＭ、410…記憶部、４１１…演算部、７００…校正用試料、７０１…ウェハ、７０２…領域。

Claims (4)

1. 試料を載置するステージと、
   所定の入射角を有する検査用照明光を試料表面に照射し試料表面にビームスポットを生成する照明光学系と、前記ビームスポットからの反射光を検出する検出光学系とを有する光学式欠陥検査装置において、
   大きさが既知の標準粒子を配置した校正用試料上の前記標準粒子の位置及び大きさを予め記憶した記憶部と、
   前記校正用試料を検査対象とした場合に、前記大きさが既知の標準粒子からの散乱光に基づく前記検出光学系の出力を、前記記憶部に記憶された対応位置の標準粒子の既知の大きさと関連付け、前記検出光学系の出力と真の値との相関関係を作成する校正処理部と、
   検査試料を検査対象とした場合に、前記校正処理部で作成された前記相関関係に基づき、前記検出光学系からの出力を欠陥の大きさに変換する信号処理部と、を有し、
   さらに、前記検出光学系は検出器としてＴＤＩセンサを備えており、前記校正処理部は、一の方向にスキャンする時に得られる検出値の感度レベルを他の方向にスキャンする時に得られる検出値を基準に補正する手順を実行することを特徴とする光学式欠陥検査装置。
2. 請求項１の光学式欠陥検査装置において、
   前記校正用試料は、前記標準粒子を大きさで分類しその大きさごとに予め定められた複数の領域に配置したものであり、
   前記記憶部には、それぞれの領域の範囲座標と各領域内に配置された標準粒子の大きさとが記憶されていることを特徴とする光学式欠陥検査装置。
3. 請求項２の光学式欠陥検査装置において、
   前記校正用試料の複数の領域は、前記検出光学系のスキャン方向に沿って配列されていることを特徴とする光学式欠陥検査装置。
4. 請求項１の光学式欠陥検査装置において、
   前記ＴＤＩセンサは、複数のチャネルを有し、
   前記校正処理部は、前記複数のチャネルのうちの１つのチャネルを基準に他のチャネルの感度レベルを補正する手順を実行することを特徴とする光学式欠陥検査装置。

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