JP2004340648A

JP2004340648A - 外観検査装置

Info

Publication number: JP2004340648A
Application number: JP2003135259A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Suzuki; 克弥鈴木; Shigeru Matsui; 繁松井; Kenji Oka; 健次岡
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP4332371B2

Abstract

【課題】走査方向に起因する画像の差を解消し、パターン欠陥の検査精度を向上させることを可能とした外観検査装置および外観検査方法を提供する。
【解決手段】被検査物上に行列方向に等間隔で連続的に配列された同一形状を有するパターンをイメージセンサを走査して得られる検出画像と事前に記憶された参照画像とを比較して欠陥を検出する外観検査装置において、参照画像に対するイメージセンサの走査方向と検出画像を得るときのイメージセンサの走査方向とを同一とした構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ，フォトマスク，プリント基板等の検査対象物体上に形成された複数のパターンの画像を検出し欠陥検査を行う外観検査装置および外観検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にパターンの外観検査では、被検査物の画像を撮像する画像検出手段として一次元イメージセンサが用いられる。図３はイメージセンサの構成図であり、図４は、被検査物の検査領域の平面図で、イメージセンサでパターンの検査領域を走査する場合に、一回の走査で画像が検出できる領域を示す。イメージセンサ８の光検出器の画素８１の配列方向と直交する方向に検査対象物体を走査して二次元画像を取得する。複数の画素８１が並んだ方向の長さをイメージセンサ８の高さと呼ぶ。また、被検査物を製造中の複数の半導体チップを有する半導体ウェーハとした場合、ひとつのチップのイメージセンサ８の高さと同じ方向の長さをチップ高さと呼ぶ。チップ高さはイメージセンサ８の高さより大きいので、イメージセンサ８の一回の走査ではチップの部分の画像しか検出できない。このチップの部分画像の大きさは、検出を行うイメージセンサ８の高さと、チップ画像をこのイメージセンサ８に投影する結像光学系の結像倍率とで決まる。この高さをイメージセンサ８の有効撮像高さと呼ぶ。一般に使用されているイメージセンサでは、チップ高さに対しイメージセンサの一回の走査で検出できる領域の高さは小さいので、チップ全面を検査するためには、複数回高さ方向にずらして走査する方法が用いられている。
【０００３】
図５はウェーハに形成された複数個のチップ２１をイメージセンサで複数回走査する場合のセンサ走査軌跡１０１を示す平面図である。一般に外観検査装置では、イメージセンサは固定されており、ステージを用いて被検査対象のウェーハを移動させている。まずＸ方向に被検査物を移動させて画像を取得する。ひとつのチップ２１の画素毎の情報は走査順にメモリに記憶される。一回の走査で画像検出が終わった後、イメージセンサの有効撮像高さ分だけＹ方向に被検査物を移動させ、図５では破線で示すように走査方向が逆になるようにステージを移動させ、これを繰り返すことで画像を順次検出する。
【０００４】
チップ２１の検査は同じパターン同士の画像比較により行われるが、領域ｂを検査する場合は、参照画像として検査領域ｃの画像を用いる。しかし、走査される各行の先頭チップである領域ａを検査する場合には、同じパターンのひとつ前の領域の参照画像が存在しないため、検査ができない。そのため、ウェーハの外周に検査が出来ない領域が発生してしまう。以上の理由より、ウェーハ外周チップで検査できない領域が発生する。
【０００５】
上記の問題点は走査方法を変えることで解決できる（例えば、特許文献１参照）。図６は、図５と同じく、イメージセンサの走査軌跡を示す平面図である。この場合、イメージセンサの有効撮像高さがチップ高さの１／３であり、検査領域を短冊状に３つの領域に分けて走査するものとする。Ｘ方向の１行目の走査は図５に示したものと同様であるが、２行目は被検査物をＹ方向へ１チップの高さ分だけ移動させ走査する。これを繰り返し、チップの１／３の領域分の同じパターンの画像を比較検査する。最後の行が終了したら、図６中に破線で示すように、チップの次の１／３の領域の同じパターンの画像を比較検査する。初めのチップが終了したら、チップの残りの１／３の領域の同じパターンの画像を比較検査する。
【０００６】
折返し直後の領域ｂを検査する場合、参照画像となる領域ｃの画素情報の読出しは記憶時の順序とは逆の順序で読み出すことによって、領域ｂと領域ｃとを同一パターンの画像として比較検査ができる。なお、検査の開始のときの領域ａの参照画像として、予め同じパターンの他の領域の画像を記憶させておくことにより、領域ａの検査も可能とすることができる。
【０００７】
この例では、１行目と２行目のイメージセンサの走査方向が異なっている。この走査方向の違いによって以下の問題が生じる。
【０００８】
図７はウェーハに対して垂直方向へのイメージセンサの焦点合わせを説明する概念図である。焦点合わせは外観検査装置の自動焦点合わせ機能によって、チップの表面をイメージセンサで走査しながら行われる。走査方向１０３のときの焦点位置は、焦点合わせ機能の応答遅れによって、理想の焦点位置１０５に対して焦点位置１０６，１０７になる。一方、走査方向１０４のときの焦点位置は、理想の焦点位置１０５に対して焦点位置１０８，１０９になる。この結果、焦点合わせの追従性に差が生じ、図６に示す領域ｂと領域ｃとが同一パターンであるにもかかわらず、画素毎の差が生じ、欠陥がなくてもこの差を欠陥として抽出してしまう。このような虚の欠陥情報、すなわち虚報は、真の欠陥との区別が困難になるため、検査装置の信頼性に大きくかかわる問題である。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６０２４７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、走査方向に起因する画像の差を解消し、パターン欠陥の検査精度を向上させることを可能とした外観検査装置および外観検査方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実施例は、参照画像に対するイメージセンサの走査方向と検出画像を得るときのイメージセンサの走査方向とを同一としたものである。
【００１２】
また、検出画像の取得時のイメージセンサの走査方向と同一方向にイメージセンサを走査して取得したイメージセンサの走査の折返し直前の画像を参照画像として記憶する画像記憶手段と、イメージセンサの走査の折返し直後の検出画像と画像記憶手段に記憶された参照画像とを比較して欠陥を検出するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図９は、外観検査装置の概略構成図である。被検査物であるウェーハ３は、高さ方向への移動と回転が可能なＺθステージ２上に固定され、Ｚθステージ２は水平方向であるＸ方向とＹ方向に移動可能なＸＹステージ１の上に設置されている。
【００１５】
ウェーハ３の上方には、照明光源４からの照明光をウェーハ３側へ向けるハーフミラー５があり、ウェーハ３上で反射された照明光は、対物レンズ６を経てウェーハ３を照明する。ウェーハ３からの反射光は対物レンズ６，ハーフミラー５を経て、検出光としてイメージセンサ８で受光される構成となっている。またハーフミラー７で分岐された光は自動焦点検出手段９に入り、最適焦点位置を算出し、Ｚθステージ２のＺステージに移動指令を与え、最適焦点で画像が検出できるようになっている。イメージセンサ８で受光された検出光は、Ａ／Ｄ変換器１０を通じてデジタル画像信号に変換され、最初のチップの走査領域で検出した画像信号を画像記録手段１１に参照画像として記録させた後、次のチップの走査領域で検出した検出画像と参照画像とを画像比較手段１２にて比較して欠陥を抽出し、欠陥位置判定手段１４により欠陥位置を特定する。
【００１６】
図２は、半導体ウェーハおよび拡大部の平面図である。一般的に欠陥検査では、検査領域に隣接する領域を記憶して参照画像とし、この参照画像と検査領域の画像とを比較し、両者の差違の部分を欠陥として抽出する。被検査物体の一例として、半導体ウェーハ上のチップ同士の比較検査の場合を説明する。図２に示すような１枚のウェーハ３上には、個別に製品となるチップ２１が複数個配列されている。これらのチップ２１は同一形状のパターンとして行列方向に一定間隔で連続的に配置されている。また、チップ２１の内部にはメモリセルパターン３１が一定周期で繰り返しパターンとして形成されている。メモリセルパターン３１が同一形状，一定間隔，一定周期で配置されている特性を生かし、欠陥検査では検査領域の検出画像と事前に記憶されている参照画像により下記の方法で、パターンの欠陥を検出する。
【００１７】
図１は、検査で得られる画像の模式図である。図１に示すように、検査領域で検出された検出画像２１ａと同一形状のパターンの参照画像２１ｂの差をとり、差画像２１ｃを得る。欠陥が存在しない場合は、図１（ａ）に示すように、検出画像２１ａのパターン２３ａと参照画像２１ｂのパターン２３ｂとが全く一致するので、差画像２１ｃの画素には濃淡差が表れない。
【００１８】
一方、図１（ｂ）のように、検出画像２２ａのパターン２４ａの他に異物などの欠陥２５ａが存在する場合、参照画像２２ｂとの差画像２２ｃには欠陥２５ｃが表れる。このようにして欠陥の有無を検出することができる。
【００１９】
参照画像としては、欠陥のないパターンの画像を予め記憶させておく場合と、検出画像よりひとつ前の検出画像を参照画像として用いる場合とがある。なお、図１（ｂ）の例では、検出画像２２ａと参照画像２２ｂのどちらに欠陥２５ｃがあるのかわからないが、検出画像２２ａを参照画像として次の検出画像と比較し、差画像２２ｃと同様に欠陥２５ｃが検出されれば、欠陥は検出画像２２ａに存在し、欠陥２５ｃが検出されなければ、欠陥は参照画像２２ｂに存在することがわかる。
【００２０】
一般にパターン欠陥検査では、検査対象物体の画像を撮像する画像検出手段として一次元イメージセンサが用いられる。この一次元イメージセンサは、前述したように、図３に示されるような小さな光検出器が一次元方向に並んだもので、パターン欠陥検査装置では、この光検出器の画素の配列方向と直交する方向に被検査物を走査して二次元画像を取得する。
【００２１】
ウェーハ上の全てのチップを検査するためには、折返しが必要であるが、図７で説明したような問題点が発生する。図８は図５や図６と同じく、イメージセンサの走査軌跡を示す平面図である。被検査物であるウェーハのチップ２１の領域をイメージセンサの有効撮像高さで分割する場合、ひとつのチップの高さを偶数で分割する。例えば、図８に示すように、チップ２１を短冊状の２つの検査領域に分けて考える。走査軌跡１０３の折返し部の最初の領域ｂを検査する場合、ひとつ前の領域ａはイメージセンサの走査方向が逆なので、参照画像とはせず、領域ｂとイメージセンサの走査方向が同じ領域ｄを参照画像として用いる必要がある。同様に、領域ｄを検出画像とする場合は領域ｂを参照画像として用いる。このように、すべてのチップについて、同一領域は走査方向も同一にするようにチップを偶数で分割する。その他の検査領域は順次比較が可能である。また、最初の領域ｅは同一方向から走査された領域ｆを参照画像として用いる。
【００２２】
したがって、参照画像は検査画像のひとつ前の画像とは限らないため、検査画像に対応する参照画像を取得するまで検査画像を一時的に記憶しておく必要がある。図９に示した画像記録手段１１には例えばフレームメモリ１３のような記録手段が追加されており、検査画像や参照画像を必要なときまで記録することができる。折返し直後の検出画像を比較する場合、前記フレームメモリに記録されている画像データを参照画像として読出し比較を行う。画像比較手段１２で算出された結果をもとに欠陥位置判定手段１４により欠陥位置を特定する。
【００２３】
以上述べたように、本発明の実施例では、画像記憶手段に隣接するチップの画像データだけではなく、同一方向に走査する事前に検出した折返し直前の画像をフレームメモリに記憶させておき、折返し直後の画像を検査する場合は、同一方向から走査して検出された一列前の折返し直前のチップ画像を読出し、参照画像として用いることで、検査全領域で走査方向の差による画像の差から生じる虚報、および欠陥見逃しを無くし、正しく検査することが可能となる。
【００２４】
また、本発明の実施例では、折返し直後の検出画像を比較する以外は、従来通り隣接チップを参照画像としているが、参照画像は、一列前、または複数列前の検査領域とチップの対応する位置で同一方向から走査し検出された画像を採用できる。
【００２５】
また、本発明の実施例では、検査開始領域が検査できない場合には、前記領域を無くすため検査を開始する前に参照画像を取込んでおくことで解決できる。そのとき、参照画像は同一方向から走査した同一形状のチップの対応する位置の画像であるという条件を満たしていれば、参照画像を取込むチップの場所や走査方法は問題としない。
【００２６】
また、本発明の実施例では、画像検出手段としてイメージセンサを使用しているが、これに特定されるものではなく、画像検出，画像比較を行うものに対して、本発明の考え方を適応することが可能である。
【００２７】
以上のように、本発明の実施例によれば、半導体ウェーハなどの被検査物体上に形成された複数のパターンを検査する場合、走査方向の違いによる画像の差に起因して起こる虚報や欠陥見逃しといった問題を無くし、被検査物の全検査領域の欠陥検査を精度良く適切に行えるようになる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、走査方向に起因する画像の差を解消し、パターン欠陥の検査精度を向上させることを可能とした外観検査装置および外観検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】検査で得られる画像の模式図。
【図２】半導体ウェーハおよび拡大部の平面図。
【図３】イメージセンサの構成図。
【図４】被検査物の検査領域の平面図。
【図５】複数個のチップをイメージセンサで複数回走査する場合のセンサ走査軌跡を示す平面図。
【図６】イメージセンサの走査軌跡を示す平面図。
【図７】ウェーハに対して垂直方向へのイメージセンサの焦点合わせを説明する概念図。
【図８】イメージセンサの走査軌跡を示す平面図。
【図９】外観検査装置の概略構成図。
【符号の説明】
１…ＸＹステージ、２…Ｚθステージ、３…ウェーハ、４…照明光源、５，７…ハーフミラー、６…対物レンズ、８…イメージセンサ、９…自動焦点検出手段、１０…Ａ／Ｄ変換器、１１…画像記録手段、１２…画像比較手段、１３…フレームメモリ、１４…欠陥位置判定手段、２１…チップ、３１…メモリセルパターン、８１…画素。

Claims

被検査物上に行列方向に等間隔で連続的に配列された同一形状を有するパターンをイメージセンサを走査して得られる検出画像と事前に記憶された参照画像とを比較して欠陥を検出する外観検査装置において、前記参照画像に対する前記イメージセンサの走査方向と前記検出画像を得るときの前記イメージセンサの走査方向とを同一としたことを特徴とする外観検査装置。
被検査物上に行列方向に等間隔で連続的に配列された同一形状を有するパターンをイメージセンサを走査して得られる検出画像と事前に記憶された参照画像とを比較して欠陥を検出する外観検査装置において、前記検出画像の取得時の前記イメージセンサの走査方向と同一方向に前記イメージセンサを走査して取得した前記イメージセンサの走査の折返し直前の画像を参照画像として記憶する画像記憶手段と、前記イメージセンサの走査の折返し直後の検出画像と前記画像記憶手段に記憶された参照画像とを比較して欠陥を検出する欠陥検出部とを備えたことを特徴とする外観検査装置。