JP2006303491A - ウェハの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの撮像時に発生した欠陥画像を自動的に検出及び修正するウェハの検査方法を提供すること。
【解決手段】ウェハ表面の検査方法は、ウェハ画像を記録する工程、該画像を自動的に評価する工程、評価結果に依存して、必要に応じウェハの画像を自動的に再記録する工程、及びウェハ検査のための画像を評価する工程を含む。カメラによって撮影されたウェハ画像は、撮影画像の質で評価され、必要であれば、該画像の評価によってウェハを評価する前に再度ウェハ画像が撮影される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ表面を検査する方法に関し、詳細には、ウェハの画像を評価することによりウェハを評価する方法に関する。

この種の方法は、特許文献１に開示されている。該方法においては、画素を有する画像が、ウェハ表面に記録される。色値（color value）の（出現）頻度分布は、画素の色値から算出される。このようにして算出された頻度分布は、記憶されている頻度分布と比較され、これによりウェハ表面の質が評価される。

ＤＥ１０３０７４５４Ａ１

画像化においては、エラーが生じることがある。しかしながら、個々の場合においてその原因を追究することは非常に困難である。

先行技術における問題は、画像化のエラーがウェハの欠陥として判断されることである。

したがって、本発明の目的は、ウェハの撮像欠陥が自動的に検出及び修正されるように、冒頭において説明した方法をさらに改善することである。

本発明の目的は、請求項１に規定する方法によって解決される。即ち、本発明によれば、ウェハ画像を記録する（撮像）工程と、該画像を自動的に評価する工程と、評価結果に依存して、必要に応じウェハの画像を自動的に再記録する工程と、ウェハ検査のための画像を評価する評価工程とを含むことを特徴とするウェハ表面の検査方法が提供される。

撮像工程は、照明手段によって照明すること、及びカメラによってウェハを撮像することを含む。照明は、連続的に、又は撮像と同期してパルス的（フラッシュ状）に行うことができる。

したがって、本発明は、カメラによって撮影されたウェハ画像を撮影画像の質で評価し、必要であれば、該画像の評価によってウェハを評価する前に再度ウェハ画像を撮影することを特徴とするウェハ表面の検査方法を提供する。

この利点は、必要ならば、ウェハの評価に利用可能である有用な画像が得られるまで、ウェハを繰り返し撮像することである。さらに、その装置の操作者は、配置の質に関して、時折発生する画像欠陥によって不安になることはない。

好ましくは、評価は、画像と参照画像とを比較することを含む。

この利点は、評価が、簡易な方法で実施することができると共に、ウェハの連続した評価に使用される参照画像を使用することによって実施することができることである。

好適には、画像は、一部分の画像（複数）（部分的画像）として撮影される。

この利点は、部分的画像（複数）の大きさが、カメラの解像度及び光学系に最適に適合することが可能になることである。

部分的画像（複数）は、ステッパエリアウィンドウ（Stepper Area Window （ＳＡＷ））とも呼ばれるステッパ照明（Stepper illumination）に対応すると共に、一以上のダイ又は半導体素子の一部分を含む。

全体画像は、最初に、部分的画像（複数）において完全に撮像記録され、そして部分的画像（複数）を組合せた全体画像又は部分的画像（複数）の合計から評価もしくは評価のためのヒストグラムが形成される。組合せ全体画像の評価は、組合せ工程において生じるエラーが評価によって検出可能であることに利点がある。

好適には、評価において、画像のヒストグラムは、参照ヒストグラムと比較される。

この利点は、ヒストグラムが、大きく縮小され、かつ量的に比較可能な画像のデータセットを示しているので、評価が迅速に行われることである。その結果、ウェハの検査は、より迅速に行われ、必要とされるコンピュータ性能がより低くなるので費用効果が高くなる。

ヒストグラムは、同種の画素の頻度（度数）分布である。

画像のヒストグラムは、差分画像のヒストグラムであってもよい。差分画像は、画像から参照画像の個々の画素値を差し引くことによって生成される。差分画像に使用される参照ヒストグラムは、ゼロ値を含むにすぎない。比較は、差分画像のヒストグラムとしてすでに存在している。

本発明の実施形態によれば、ヒストグラムは、グレイスケールヒストグラム（gray-scale histogram）又は色値ヒストグラム（color-value histogram）である。

グレイスケールヒストグラムにおいては、黒から白までのグレイ段階の明度値の複数の領域は、全体画像の対応する画素又は画像領域に割り当てられた度数に関係づけられる。明度値は、例えば、ＲＧＢ色空間の３つの成分（チャネル）強度の合計又はＹＵＶ色空間の輝度Ｙとして選択することができる。通常、黒から白への２５６個のグレイスケール値が選択される。色値ヒストグラムにおいては、カラーコーディネート値の複数の領域は、全体画像の対応する画素又は画像領域に割り当てられる頻度（度数）に関係づけられる。ＲＧＢ色空間の、赤、緑もしくは青等の個々の色成分又はＹＵＶ色空間のクロミナンスＵもしくはＶの明度値は、カラーコーディネート値として選択することができる。これは、色成分用のグレイスケール値ヒストグラムに対応する。しかしながら、色割合の組み合わせ又は比率は、カラーコーディネート値としても選択することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、ヒストグラムの明末端（限度）領域及び／又は暗末端領域（限度）のみが比較される。

この利点は、比較すべきデータ量が削減され、これにより、必要とされるコンピュータ性能が最小化され、処理速度が増大することである。その結果として、ウェハは、より速く、より高いコスト効果で検査されることになる。

試験によれば、典型的な撮像エラー、例えば、画像もしくは部分的画像への照明の欠如、又は部分的画像の画像への誤った結合等、があると、顕著に、特に明るいもしくは特に暗い明度値が部分的画像又は画像に追加されているか、又はそこから欠如されていることになる。このため、画像欠陥を検出するためには、これらの増加もしくは減少した明度値を決定すれば十分である。一方それに対し、欠陥ウェハのエラーのない撮影画像のヒストグラムは、ヒストグラム全体のわずかな変形又は特にヒストグラムの中心の変形を示す。

好適には、参照ヒストグラムは、参照ウェハの撮影画像から得られる。これは、検査するウェハを撮像する前の学習段階で行われる。

好適には、参照ヒストグラムは、複数のウェハの画像のヒストグラムを平均化することによって得られる。これは、検査するウェハを画像化する前の学習段階で行われる。

これは、各ウェハの個々のエラーを平均化によって取り除くので、参照ヒストグラムは、各ウェハの個別的な偶発的特徴を有さないという利点を有する。

好適には、再撮像は、所定の１以上の閾値に依って行う。

これは、画像と参照画像間の所定の（ある程度の）偏差が許容され、欠陥画像の誤った検出がなくなるという利点を有する。

閾値は、操作者によって入力装置から変更可能であるか、又は良い画像及び欠陥画像を示すことによって学習可能である。

したがって、画像の評価は、以下の工程を使用して実施される：少なくとも、スペクトルの明末端（一番明るい箇所）及び／又は暗末端（一番暗い箇所）の領域を有する画像からヒストグラムを作成する工程；ヒストグラムと参照ヒストグラム間の類似領域を差し引く工程；各差分絶対値が閾値を超えるか否かを比較する工程；閾値を超える場合には、欠陥のある画像として評価する工程；及び画像を再撮像する工程。

好適には、画像は、ウェハの部分的画像とされる。

したがって、部分的画像の撮像は、部分的画像に欠陥があるか否かに関して評価される。続いて、次の部分的画像が撮像されるか、又は全体画像を形成するように部分的画像（複数）が組合される。

これは、部分的画像の撮像エラーを再撮像によりすぐに修正可能であること、及びウェハ撮像の全工程を繰り返す必要がないという利点を有する。

この場合、ウェハ評価のための画像の評価は全体画像を形成する部分的画像の組合せ（結合）をも含む。

特に好適には、ウェハ検査のための画像の評価は、画像の評価に依存して実施される。

例えば、評価のために作成された画像又は部分的画像のヒストグラムは、さらなるウェハの評価に使用することができる。その結果、ヒストグラムを再度作成する必要がない。

これは、画像の評価における処理結果（成果）は、ウェハを評価するときに再使用可能であり、評価の際に再度作成する必要がないという利点を有する。その結果、本発明の方法は、より迅速に、より低性能のコンピュータを使用して、より高いコスト効果で実施することができる。

本発明の個々の実施形態において記載した利点は、すべてではなく、また実際の主要な利点を必ずしも示しているわけではない。

本発明は、図面の概略図を参照して、以下により詳細に説明される。図面において、同一の要素には同一の参照番号が付されている。

ウェハ検査装置の概略概観図を図１に示す。

ウェハ８０は、搬送手段（ユニット）１０に支持されている。搬送手段１０は、延長面に平行であって２つの直交する移動方向１２にウェハ８０を移動可能なＸＹ横送りステージである。搬送手段１０は、データ回線１１を介して制御手段（ユニット）７０に接続されている。

撮像手段２０は、光源２２及びレンズ２３を有する照明手段（ユニット）２１と、カメラ２５及びレンズ２６を有する画像検出手段（ユニット）２４とを備える。カメラ２５は、通常カラーＣＣＤカメラであるが、いずれかの別のマトリックスカメラ、リニアアレイカメラ、又は別の明度センサもしくはカラーセンサであってもよい。カメラ２５は、照明手段２１によって照明されたウェハ８０の部分的画像８３を撮像する。照明手段２１は、明視野もしくは暗視野照明として、又は広帯域、多帯域もしくは単色照明として構成できる。画像検出手段２４は、データ回線３１を介して画像処理手段（ユニット）３０に接続されている。画像処理手段３０は、データ回線７１を介して接続された制御手段７０の制御下においてカメラ画像を読み込み、画像を処理する。画像処理手段３０は、データ回線４１を介して記憶手段（ユニット）４０に接続されている。記憶手段４０には、参照画像、参照ヒストグラム、及び閾値が記憶されている。操作者は、データ回線５１を介して記憶手段４０に接続された入力手段５０により参照ヒストグラム及び閾値を変更することができる。画像処理手段３０は、データ回線６１を介して出力手段６０に接続されている。出力手段（表示ユニット）６０は、操作者に対して、画像、部分的画像、ヒストグラム、参照ヒストグラム、閾値、又は比較結果を視覚的に表示することができる。

制御手段７０による制御の下、ＸＹ走査ステージ、いわゆるステッパ、は、ジグザグ経路でウェハ８０をカメラ２５の焦点の下に通過させる。ウェハ８０とカメラ２５間のこの相対的な移動は、カメラ２５の対応する移動、又はカメラの光学系の光路の対応する移動によっても行うことができる。移動、照明、及び撮像は、制御手段７０によって互いに適合（同期）される。移動は、静止した期間を挟んでのインターバルにおいて行われる。これらの静止期間において、通常、フラッシュのような照明があり、カメラ２５は画像処理手段３０を用いて部分的画像を撮像する。この部分的画像は、記憶手段４０に記憶される。

図２は、ウェハの組合せ（合成）画像を示す。

カメラ及び画像処理手段によって記録されたウェハ８０の画像８１は、部分的画像（複数）８３、いわゆるステッパエリアウィンドウ（Stepper Area Windows （ＳＡＷｓ））、からなる。外縁領域８２が、ウェハ８０の外縁と画像の外縁との間に広がり、一般に、搬送手段の一定の背景を示す。ＳＡＷｓは、行８５と列（コラム：Spalten）８４に配置され、小さな分離領域８６によって互いに分離された未実装の半導体チップ、いわゆるダイ８７、を示す。

図３は、画像エラーを有するウェハの組合せ（合成）画像を示す。

欠陥となる部分的画像８８は、部分的画像（複数）中に見つけることができる。このようなエラーは、例えば、画像撮影時の照明、カメラもしくは画像検出手段の不動作により、又は各ユニットの同期化のエラーにより生じることがある。

図４は、別の画像エラーを有するウェハの組合せ画像を示す。

図４には、部分的画像（複数）の欠陥となる行８９が示されている。この行は、１列左にずれており、右側の部分的画像が抜けている。このようなエラーは、ＳＡＷの大きさに対してカメラ画像の大きさを最適化するアルゴリズム、ステッパ経路を最適化するアルゴリズム、又は記憶管理用のアルゴリズムによって生じることがある。

グレイスケール値用のための、参照ウェハの参照ヒストグラム９３を図５に示す。

横軸は、左側の黒から右側の白への明度９１を示し、縦軸は、相対度数９０（相対頻度でも可）を示す。横軸は、参照画像に対応する度数値（頻度）９２を有する領域に細分化され、明度範囲の度数値は各領域に関連する。画像においてダークミディアムグレイ（Mittelgrau）がもっとも度数（頻度）が高い。ブラックは少し度数が低い。ピュアホワイトはさらに度数が低い。図５に示すヒストグラムは、概略的な例に過ぎない。

ウェハのヒストグラム９４を図６に示す。

図６において、ブラック及びダークグレイの度数値は増加し、ダークミディアムグレイ及びホワイトの度数値は減少している。

図７は、図６に示すヒストグラム９４と図５に示す参照ヒストグラム９３との比較を示す。濃いハッチングで示された参照ヒストグラム９３は、ヒストグラム９４の紙面の後ろ（裏側）にある。

暗末端領域９５において、ヒストグラム９４は参照ヒストグラム９３を超えている。暗末端領域において、上限閾値９７及び下限閾値９８は参照ヒストグラム９３に示されている。最左のブラック暗末端領域において、ヒストグラム９４は、参照ヒストグラム９３に対して上限閾値９７を超える偏差９９を示している。これは、画像を欠陥として評価する特徴である。その結果、この場合においては、画像又は部分的画像は、本発明の方法において再度撮り直す必要があるだろう。図７において示す偏差９９は、図３又は図４に示す例によって発生することがある。

明末端領域９６において、ヒストグラム９４は、参照ヒストグラム９３より低くなっている。ホワイト明末端領域においても、上限閾値９７及び下限閾値９８が参照ヒストグラム９３に示されている。最右のホワイト明末端領域において、ヒストグラム９４は、参照ヒストグラム９３に対して、下限閾値９８を超えていない偏差９９を示している。この偏差だけでは、画像は欠陥として評価されないであろう。この偏差は、参照ヒストグラム９３の最大値に示されたヒストグラム９４の偏差のように、ウェハの製造時のエラーによって発生することがある。

ウェハ検査装置の概略概観図。 ウェハの組合せ画像。 画像エラーを有するウェハの組合せ画像。 別の画像エラーを有するウェハの組合せ画像。 参照ウェハの参照ヒストグラム。縦軸は相対度数を、横軸は明度を示す。 ウェハのヒストグラム。 ヒストグラムと参照ヒストグラムの比較。

符号の説明

１０ 搬送手段
１１ データ回線
１２ 移動方向
２０ 撮像手段（ユニット）
２１ 照明手段（ユニット）
２２ 光源
２３ レンズ
２４ 画像検出手段（ユニット）
２５ カメラ
２６ レンズ
３０ 画像処理手段（ユニット）
３１ データ回線
４０ 記憶手段（ユニット）
４１ データ回線
５０ 入力手段
５１ データ回線
６０ 出力手段（表示ユニット）
６１ データ回線
７０ 制御手段（ユニット）
７１ データ回線
８０ ウェハ
８１ 画像
８２ 外縁領域
８３ 部分的画像
８４ 列（コラム）
８５ 行
８６ 分離領域
８７ ダイ
８８ 欠陥となる部分的画像
８９ 欠陥となる行
９０ 相対度数
９１ 明度
９２ 度数値（頻度）
９３ 参照ヒストグラム
９４ ヒストグラム
９５ 暗末端領域
９６ 明末端領域
９７ 上限閾値
９８ 下限閾値
９９ 偏差

Claims (11)

1. ウェハの画像を記録する工程と、
   自動的に前記画像を評価する工程と、
   評価結果に依存して、必要に応じ自動的に前記ウェハの画像を再記録する工程と、
   ウェハ検査のための前記画像を評価する評価工程と、
   を含むことを特徴とするウェハ表面の検査方法。
2. 前記評価工程は、前記画像を参照画像と比較することを含むことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記画像の記録は、画像の一部（複数）において行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査方法。
4. 前記評価工程において、前記画像のヒストグラムは、参照ヒストグラムと比較されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の検査方法。
5. 前記ヒストグラムは、グレイスケールヒストグラム又は色値ヒストグラムであることを特徴とする請求項４に記載の検査方法。
6. 前記ヒストグラムの暗末端領域及び／又は明末端領域のみが比較されることを特徴とする請求項４又は５に記載の検査方法。
7. 前記参照ヒストグラムは、参照ウェハの画像から得られることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の検査方法。
8. 前記参照ヒストグラムは、複数のウェハの画像のヒストグラムを平均化することによって得られることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の検査方法。
9. 閾値が、再撮像が依存する前記評価のため、規定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の検査方法。
10. 前記画像は、前記ウェハの画像の一部であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の検査方法。
11. ウェハ検査のための前記画像の評価は、前記画像の評価の結果に依存して行われることを特徴とする請求項１〜１０に記載の検査方法。

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