JP2007078663A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 形状欠陥と変色欠陥とを分離して検出でき、また、変色欠陥においても、チップの品質に影響する変色実欠陥とチップの品質に影響しない擬似欠陥とを分離して検出することができる欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供する。
【解決手段】 ウエハ上の検査対象チップの画像を、例えば、赤、緑、青等の２以上の色成分で取得し、各色成分別にリファレンスチップの画像との比較を行う。当該比較は、検査対象チップ画像とリファレンスチップ画像の差分演算により行われ、演算された差分の大きさが判定基準値より大きい場合、欠陥ありと判定される。そして、欠陥が検出された色成分の組み合わせにより、当該欠陥が形状欠陥、変色実欠陥、擬似欠陥のいずれであるかを識別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ上に形成されたパターンの欠陥等を検査する方法及びその装置に関し、特に、半導体集積回路装置の製造過程で発生した欠陥を精度よく検出する欠陥検査方法及びその装置に関する。

従来から、半導体集積回路装置の製造工程において、検査対象のウエハに形成された回路パターンの形成異常、表面状態の異常、表面もしくは膜下に存在する異物等の欠陥を、光学顕微鏡等を介してＣＣＤカメラ等で撮影した画像から検出する欠陥検査装置が使用されている。この種の装置では、検査対象の半導体集積回路装置（以下、チップという。）の画像と、同一ウエハ上に形成された他のチップの画像とを取得し、これらの画像の差異を検出することにより上記欠陥を検査している（例えば、特許文献１参照。）。

このような欠陥検査装置を用いた従来の欠陥検査方法の例を、図５に基づいて簡単に説明する。図５（ａ）は、欠陥検査装置が取得した検査対象チップの画像を示す図である。このとき、観察されるチップ上のパターン１１０は、例えば、公知のフォトリソグラフィ及びエッチングによりウエハ上に形成されたパターンである。また、図５（ｂ）は、同一ウエハ上に形成された他のチップ（例えば、検査対象チップに隣接するチップ）の画像を示す図である。当該画像は、検査対象チップ画像の異常を検出するための比較基準となるリファレンスとして使用される。なお、図５（ａ）、（ｂ）は、両チップ上の同一領域を示している。

欠陥検査装置は、通常、図５（ａ）に示す検査対象チップ画像１０１と、図５（ｂ）に示すリファレンスチップ画像１０２のそれぞれから、例えば、対応する位置の明暗階調を取得し、当該明暗階調の差分等を演算する。検査対象チップ画像１０１及びリファレンスチップ画像１０２において同様の表示がなされている箇所は、明暗階調の差が小さいため前記差分は小さく、検査対象チップ画像１０１及びリファレンスチップ画像１０２において異なる表示がなされている箇所は、明暗階調の差が大きいため前記差分が大きくなる。このため、欠陥検査装置に、同様の表示がなされている箇所の明暗階調の差分より大きく、異なる表示がなされている箇所の明暗階調の差分より小さい判定基準値を設定しておき、当該判定基準値を超える上記明暗階調の差分を検出することで、ウエハ上の欠陥１１１や欠陥１１２を検出することができる。
特公平８−１０４０３号公報

ところで、チップ上の欠陥には、チップ上の付着異物、エッチング残渣等のチップ表面の形状変形を伴う形状欠陥１１１と、チップ上に形成された膜の膜厚むらや膜浮き、洗浄液等の薬液残り、当該薬液が乾燥した後に残るウォータマーク等のチップ表面の形状変形がなく、外観上、周囲と色のみが異なる変色欠陥１１２がある。

しかしながら、上述のような明暗階調の差分により欠陥の検出を行う欠陥検査装置では、検査対象チップ画像１０１及びリファレンスチップ画像１０２にモノクロ画像が使用されており、形状欠陥１１１と変色欠陥１１２とは区別して検出することができなかった。

また、上記変色欠陥１１２は、膜浮き等のチップの電気特性等の品質に影響を与える実欠陥（以下、変色実欠陥という。）と、ウォータマーク等のチップの品質に影響を与えない擬似欠陥とに大別される。このような擬似欠陥は、当然、検出されないことが好ましいが、上記従来技術では、実欠陥と擬似欠陥とを分離して検出することも困難である。

半導体集積回路装置の製造工程では、上記擬似欠陥が多数発生する工程がある。このような工程の後に実施される欠陥検査では、擬似欠陥が非常に多く検出され、本来検出されるべき形状欠陥や変色実欠陥を適切に検出することができない。このため、このような状況下で実施される欠陥検査では、上記差分において欠陥を検出する判定基準値を大きくする等により、欠陥の検出感度を低下させ、擬似欠陥をできるだけ検出しない条件で検査が実施されている。しかしながら、欠陥の検出感度を低下させると、形状欠陥や変色欠陥（実欠陥）の一部も検出されなくなるため、欠陥が存在するにもかかわらず良品として欠陥検査を通過するウエハが生じ、チップの製造歩留まりの低下や特性及び品質の悪化を引き起こすという問題があった。

本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、形状欠陥、変色実欠陥、擬似欠陥を識別することができる欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る欠陥処理方法は、ウエハ表面を撮影した画像に基づいてウエハ上の欠陥を検出する欠陥検査方法において、ウエハ上の検査対象領域の画像を２以上の色成分で取得し、当該取得した各色成分画像と基準画像とを色成分ごとに比較することにより、前記各色成分画像と基準画像との差異に基づいて欠陥を検出する。ここで、基準画像には、ウエハ上の検査対応領域に対応する他の領域において取得された、各色成分の画像を使用することができる。

また、上記比較は、例えば、各色成分画像と基準画像との差分演算により行われる。この場合、各色成分の差分が、色成分ごとに設定された判定基準値を超える場合に欠陥として検出される。このとき、各色成分の判定基準値が、ウエハ上の変色欠陥と形状欠陥とを分離可能な値に設定されることが好ましい。

なお、上記２以上の色成分画像は、カラー画像を分離することにより取得される。また、上記２以上の色成分画像が、それぞれの色成分に対応するカラーフィルタを介してウエハを撮影した画像であってもよい。例えば、上記２以上の色成分は、赤成分、緑成分、及び青成分とすることができる。

一方、他の観点では、本発明は上記欠陥検出方法を実施するに好適な、欠陥検査装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る欠陥検査装置は、ウエハ上の検査対象領域の画像を２以上の色成分で取得する画像取得手段を備えている画像比較手段は、画像取得手段が取得した各色成分画像と基準画像とを色成分ごとに比較する。このとき、各色成分画像と各色成分基準画像との間に差異が存在する場合、欠陥検出手段が当該差異を欠陥として検出する。

本発明によれば、形状欠陥と変色欠陥とを分離して検出することができる。また、形状欠陥と変色欠陥を検出する判定基準値を独立して設定することができるため、高感度で欠陥を検出することができる。さらに、形状異常を伴わない変色欠陥において、品質に影響を与える変色実欠陥と、品質に影響のない擬似欠陥とを分離して検出することも可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査方法を示すフロー図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。また、図３は、検査対象チップ画像を模式的に示した図であり、図４は、検査対象チップと同一ウエハ上に形成されたリファレンスチップ（ここでは、検査チップに隣接するチップ）画像を模式的に示した図である。なお、図３及び図４は、図５と同様に、公知のフォトリソグラフィ及びエッチングによりウエハ上に形成されたパターン１０の画像である。

図２に示すように、本実施形態に係る欠陥検査装置は、検査対象のウエハ９が載置されるステージ８と、当該ウエハ９上に形成された検査対象チップの画像、及びリファレンスチップの画像を取得する画像取得手段３とを備えている。本実施形態では、画像取得手段３は、光学顕微鏡３２と光学顕微鏡３２の像を撮影することによりチップの画像を取得する撮像装置３１とにより構成されている。また、ここでは、カラーＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等のカラー像を取得可能な撮像装置３１を使用している。

また、上記欠陥検査装置は、撮像装置３１により取得されたカラー画像を、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）、及び青成分（Ｂ）のそれぞれの色成分の画像に分離する画像処理手段４を備えている。上記欠陥検査装置は、さらに、画像比較手段５、欠陥検出手段６、及び出力手段７を備えるが、これらについては後述する。

以下、図３、及び図４に例示するように、検査対象チップ上に、形状欠陥１１と変色欠陥１２が存在し、リファレンスチップ上にはいかなる欠陥も存在していない場合について説明する。また、ここでは、変色欠陥１２は変色実欠陥であるとする。

上記欠陥検査装置では、まず、撮像装置３１が図３（ａ）に示す検査対象チップ画像１、及び図４（ａ）に示すリファレンスチップ画像２を取得する（図１ Ｓ１）。当該取得された画像１、２は、画像処理手段４に入力される。なお、これらの画像１、２はカラー画像である。

次いで、画像処理手段４は、検査対象チップ画像１及びリファレンスチップ画像をＲＧＢの各色成分の画像に分離する（図１ Ｓ２）。これにより、検査対象チップ画像１は、図３（ｂ）に示す赤成分画像１ｒと、図３（ｃ）に示す緑成分画像１ｇと、図３（ｄ）に示す青成分画像１ｂとに分離される。同様に、画像処理手段４は、リファレンスチップ画像２を、図４（ｂ）に示す赤成分リファレンス画像２ｒと、図４（ｃ）に示す緑成分リファレンス画像２ｇと、図４（ｄ）に示す青成分リファレンス画像２ｂとに分離する。

このとき、分離前の検査対象チップ画像１に含まれていた形状欠陥１１は、チップ表面の物理的な形状の像であるため、図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、各色成分に分離された各画像１ｒ、１ｇ、１ｂにおいて、形状欠陥１１ｒ、形状欠陥１１ｇ、形状欠陥１１ｂとして残存する。一方、分離前の検査対象チップ画像１に含まれていた変色欠陥１２は、チップ表面の物理的な形状の像ではないため、例えば、分離後の各色成分の画像１ｒ、１ｇ、１ｂにおいて、赤成分画像１ｒ、及び緑成分画像１ｒでは変色欠陥１２ｒ、１２ｇとして残存するが、青成分画像２ｂでは残存しなくなる。すなわち、このようにＲＧＢ各成分の画像では、形状欠陥１１は全ての色成分の画像において検出されるが、変色欠陥１２は特定の色成分の画像において検出されないという特徴を有しているのである。特に、疑似欠陥は、特定の色成分でのみ検出される傾向が強い。

なお、図４（ｂ）〜図４（ｄ）の各色成分のリファレンス画像２ｒ、２ｇ、２ｂは、分離前のリファレンス画像２に欠陥が存在しないため、チップ表面の物理的な形状の像であるパターン１０ｒ、１０ｇ、１０ｂが同様に確認される画像となる。したがって、上記事例の場合、青成分検査対象チップ画像１ｂは、青成分リファレンスチップ画像２ｂと差異のない画像となる。

続いて、画像比較手段５が、次に分類した各色成分の検査対象チップ画像を、それぞれの色成分のリファレンスチップ画像と比較する（図１ Ｓ３）。当該比較は、例えば、両画像の同一箇所のピクセルの明暗階調の差分を演算することにより行われる。

そして、欠陥検出手段６は、画像比較手段５の比較結果に基づいて、欠陥を検出する。ここでは、欠陥検出手段６は、上記差分の大きさが予め設定されている判定基準値よりも大きい場合に、当該位置に欠陥があると判定する。本実施形態では、判定基準値は、色成分ごとに独立して設定されており、欠陥検出手段６は、それぞれの色成分ごとに独立して欠陥の有無を判定する。例えば、図３及び図４に示す事例では、欠陥検出手段６により、赤成分画像の差分から欠陥１１ｒ、１２ｒが検出される。また、緑成分画像の差分から欠陥１１ｇ、１２ｇが検出される。そして、青成分画像の差分からは、欠陥１１ｂが検出される。

また、欠陥検出手段６は、いずれかの色成分画像において欠陥が検出されると、欠陥が検出された色成分の組み合わせに基づいて、検出された欠陥の種類を識別する。本実施形態では、欠陥検出手段６に、当該欠陥検査が行われる直前の工程において、形状欠陥、変色実欠陥、擬似欠陥がそれぞれいずれの色成分の画像で欠陥として検出されるかというデータが予め設定されている。このような、形状欠陥、変色実欠陥、擬似欠陥がそれぞれいずれの色成分で欠陥として検出されるかというデータは、実験によって取得することができる。なお、欠陥種別と当該欠陥が検出される色成分の組み合わせは、直前に行われた工程や欠陥検査が行われる際のチップの構造によって異なるため、このようなデータは工程ごとに取得される。

ここでは、事前の実験において、形状欠陥が全ての色成分で検出され、変色実欠陥が特定の２種類の色成分（ここでは、赤成分と緑成分）で検出されることが判明した事例について説明する。

欠陥検出手段６は、まず、全ての色成分（ここでは、ＲＧＢ）において欠陥が検出されたか否かを判定し、全ての色成分画像の同一位置において欠陥が検出されていれば、当該欠陥を形状欠陥と識別する（図１ Ｓ４Ｙｅｓ→Ｓ５）。また、欠陥が一部の色成分でのみ検出されていた場合、欠陥検出手段６は、赤成分と緑成分において欠陥が検出されたか否かを判定し、赤成分と緑成分の同一位置に欠陥が検出されていれば、当該欠陥を変色実欠陥と識別する（図１ Ｓ４Ｎｏ→Ｓ６Ｙｅｓ→Ｓ７）。そして、その他の欠陥はいずれかの色成分で欠陥が検出されていた場合であっても、欠陥なし（擬似欠陥）と識別する（図１ Ｓ４Ｎｏ→Ｓ６Ｎｏ→Ｓ８）。

例えば、図３及び図４に示す事例では、欠陥検出手段６により、全ての色成分において検出されている欠陥１１は形状欠陥と識別され、赤成分と青成分において検出されている欠陥１２は変色実欠陥と識別される。

なお、以上説明した欠陥検査の結果は、出力手段７から、例えば電子データからなる検査データとして出力される。

以上のように、本発明によれば、変色欠陥が特定の色成分の画像では欠陥として検出されない特性を利用しているため、形状欠陥と変色欠陥とを分離して検出することができる。また、形状欠陥と変色欠陥を検出する判定基準値を独立して設定することができるため、色成分ごとに欠陥の検出感度を設定することができる。このため、各種欠陥を極めて高感度で検出することができる。さらに、擬似欠陥が特定の色成分の画像のみで検出されやすい特性を利用して、形状異常を伴わない変色欠陥において、変色実欠陥と、擬似欠陥とを分離して検出することも可能となる。

なお、各色成分に分離した画像は、メジアン法によるスムージング等の画像処理が行われてもよい。当該画像処理により、チップ上のパターン１０のエッジ等の明暗階調が急激に変化する部分が、欠陥として検出されることを抑制することができる。

上記構成において画像処理手段４、画像比較手段５、及び欠陥検出手段６は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。

また、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記では、カラーＣＣＤカメラを撮像装置とした事例を説明したが、本発明は、２以上の色成分の画像が取得できれば、いかなる形態の撮像装置を使用してもよい。例えば、カラーＣＣＤカメラに代えて、ＲＧＢ各色のカラーフィルタをそれぞれ備えた３つの撮像装置により、各色成分の画像を個別に取得する構成や、光学顕微鏡３１の光学系の光軸の途中にＲＧＢのそれぞれの色成分のみを透過するフィルタを取り付け、当該３種類のフィルタを交換して各色成分の画像を取得する構成を採用することができる。この場合、画像処理手段４において、ＲＧＢの各色成分に分離する必要がないため、欠陥検出処理のスループットが向上させることができる。

さらに、上記では、赤成分、緑成分、青成分の各画像を用いて、欠陥種別を識別する事例について説明したが、検出目的の欠陥の性質に応じて、任意の色成分（任意の波長成分）の画像を取得し、当該色成分の組み合わせに基づいて欠陥種別を識別してもよいことは勿論である。

本発明は、半導体装置の製造工程におけるウエハの欠陥検査方法に有効である。

本発明の一実施形態の欠陥検査方法を示すフロー図 本発明の一実施形態の欠陥検査装置を示す構成図 本発明の一実施形態における検査対象チップ画像を示す図 本発明の一実施形態におけるリファレンスチップ画像を示す図 従来の検査対象チップ画像及びリファレンスチップ画像を示す図

符号の説明

１ 検査対象チップ画像
２ リファレンスチップ画像
３ 画像取得手段
４ 画像処理手段
５ 画像比較手段
６ 欠陥検出手段
１０ パターン
１１ 形状欠陥
１１ｒ 赤色成分の形状欠陥
１１ｇ 緑色成分の形状欠陥
１１ｂ 青色成分の形状欠陥
１２ 変色欠陥
１２ｒ 赤色成分の変色欠陥
１２ｇ 緑色成分の変色欠陥
３１ 撮像装置
３２ 光学顕微鏡

Claims (18)

1. ウエハ表面を撮影した画像に基づいてウエハ上の欠陥を検出する欠陥検査方法において、
   ウエハ上の検査対象領域の画像を２以上の色成分で取得するステップと、
   前記取得した各色成分画像と基準画像とを色成分ごとに比較するステップと、
   前記各色成分画像と基準画像との差異に基づいて欠陥を検出するステップと、
   を有することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記欠陥の種別を、当該欠陥が検出された色成分の組み合わせに基づいて識別する請求項１記載の欠陥検査方法。
3. 前記比較は、各色成分画像と基準画像との差分演算により行われる請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
4. 前記欠陥は、各色成分の前記差分と、色成分ごとに設定された判定基準値とに基づいて検出される請求項３記載の欠陥検査方法。
5. 前記各色成分の判定基準値が、ウエハ上の変色欠陥と形状欠陥とを分離可能な値に設定された請求項４記載の欠陥検査方法。
6. 前記２以上の色成分画像が、カラー画像を分離することにより取得される請求項１から５のいずれかに記載の欠陥検査方法。
7. 前記２以上の色成分画像が、それぞれの色成分に対応するカラーフィルタを介してウエハを撮影した画像である請求項１から５のいずれかに記載の欠陥検査方法。
8. 前記基準画像が、前記ウエハ上の前記検査対応領域に対応する他の領域において取得された前記各色成分の画像である請求項１から７のいずれかに記載の欠陥検査方法。
9. 前記２以上の色成分が、赤成分、緑成分、及び青成分である請求項１から８のいずれかに記載の欠陥検査方法。
10. ウエハ表面を撮影した画像に基づいてウエハ上の欠陥を検出する欠陥検査装置において、
    ウエハ上の検査対象領域の画像を２以上の色成分で取得する手段と、
    前記取得した各色成分画像と基準画像とを色成分ごとに比較する手段と、
    前記各色成分画像と基準画像との差異に基づいて欠陥を検出する手段と、
    を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
11. 前記欠陥の種別を、当該欠陥が検出された色成分の組み合わせに基づいて識別する請求項１０記載の欠陥検査装置。
12. 前記比較は、各色成分画像と基準画像との差分演算により行われる請求項１０または１１記載の欠陥検査装置。
13. 前記欠陥が、各色成分の前記差分と、色成分ごとに設定された判定基準値とに基づいて検出される請求項１２記載の欠陥検査装置。
14. 前記各色成分の判定基準値が、ウエハ上の変色欠陥と形状欠陥とを分離可能な値に設定された請求項１３記載の欠陥検査装置。
15. 前記２以上の色成分画像が、カラー画像を分離することにより取得される請求項１０から１４のいずれかに記載の欠陥検査装置。
16. 前記２以上の色成分の画像が、それぞれの色成分に対応するカラーフィルタを介してウエハを撮影した画像である請求項１０から１４のいずれかに記載の欠陥検査装置。
17. 前記基準画像が、前記ウエハ上の前記検査対象領域に対応する他の領域において取得された前記各色成分の画像である請求項１０から１６のいずれかに記載の欠陥検査装置。
18. 前記２以上の色成分が、赤成分、緑成分、及び青成分である請求項１０から１７のいずれかに記載の欠陥検査装置。
    
    

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