JP2008251613A - 半導体チップ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像したい領域を絞り込むための光学系を配置することなく、装置全体を小型にし、１つの撮像素子の撮像面の形状を様々に変えることができ、かつ検査解像度を変更せずに効率的な検査を実現できる半導体チップ検査装置を提供する。
【解決手段】 半導体チップ検査装置が、半導体集積回路チップを撮像する撮像光学系を有する。半導体集積回路チップの画像から少なくとも欠陥等を検査する。撮影光学系が作る最大の視野サイズより大きい視野サイズの撮像素子を設ける。前記撮像素子の撮影した画像の一部を切り出して少なくとも欠陥の有無を調べる。検査対象の半導体チップの大きさ情報から最適検査が行なえるように切り出す範囲を決定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造装置の検査工程に使用され、ウエハ上に形成された半導体チップにおける微細な電子回路パターンなどの外観を検査するための半導体チップ検査装置に関し、特に半導体チップを撮像する撮像素子の視野サイズを可変にすることができる半導体チップ検査装置に関する。

従来、ウエハ上に形成された微細な電子回路パターンを、検査条件を設定する場合には、良品の電子回路パターンを撮像した画像を表示し、オペレータがマウス等の入力装置を使用して、検査範囲内に矩形の測定エリアを設定し、諸条件（例えば、異物の大きさや種類等）をパラメータとして入力していた。

一方、半導体チップのパッドとリードフレームのリードにボンディングされたワイヤの外観検査を行う外観検査装置では、例えば特許文献１等に示すように、対象物視野を切り替える光軸偏向切り替え手段を備えたものが知られている。
特開平１０−３００４４１号公報

しかしながら、半導体チップ検査では、通常、検査視野は検査解像度ごとに一定であるため、チップのサイズと視野の大きさが上手くマッチせず、時間が掛かりすぎる場合が有った。そのため、視野の大きさを変更する場合は、検査解像度が変化してしまうおそれがあるため、解像度が変化しないように、特許文献１の段落００２２〜００２６に記載のように、Ｘ、Ｙ方向ガルバノミラーなどの偏向光学系を同時に駆動しながら、撮像したい領域の部分像を撮像する必要が生じてしまい、１チップあたりの検査時間がやはり掛かりすぎてしまう。

そこで、本発明は、撮像したい領域を絞り込むための光学系を配置することなく、装置全体を小型にし、１つの撮像素子の撮像面の形状を様々に変えることができ、かつ検査解像度を変更せずに効率的な検査を実現できる半導体チップ検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段を例示すると、次のとおりである。

（１）半導体集積回路チップの画像から少なくとも欠陥を検査する半導体チップ検査装置において、撮像素子が、半導体集積回路チップを撮像する光学系の視野に接する矩形の撮像面を有し、撮影素子の撮像面の利用領域が、視野移動方向と直交する方向において最大の効率を有するサイズに設定され、前記撮像素子の撮影した画像の一部を切り出して少なくとも欠陥の有無を調べる画像処理手段と、検査対象の半導体チップの大きさ情報から最適検査が行なえるように切り出す範囲を決定する演算手段とを有する半導体チップ検査装置。

（２）撮像素子の撮像面は、最大視野像の直径より対角長さが大きくなるサイズから、撮像面の横幅（視野移動方向と直交する方向の幅）が視野直径と同じになる大きさまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ検査装置。

（３）撮像素子の撮像面は、長方形であり、視野の移動方向に短辺を有し、それと直交する方向に長辺を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ検査装置。

（４）長方形の撮像面が円形の視野に内接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。

（５）長方形の撮像面が円形の視野に外接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。

（６）最適検査は、検査時間が最短である検査であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。

（７）検査途中で視野を変更しながら検査するレシピを発生するレシピ演算装置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。

本発明によれば、撮像したい領域を絞り込むための光学系を配置することなく、装置全体を小型にし、１つの撮像素子の撮像面の形状を様々に変えることができ、かつ検査解像度を変更せずに効率的な検査を実現することができる。

検査解像度を変えなくてもよいので、良品の参照データは1種類の倍率で撮られていれば良い。

この時、撮像素子は、例えば、丸い視野像の直径より対角長さが大きくなるサイズから撮像面の横幅が視野直径と同じになる大きさまでの範囲にあれば良い。

更に検査途中で視野を変更しながら検査するレシピを発生するレシピ演算装置を設ける事で、一種の視野だけで検査する場合に比べて早く終らせる事が出来る。

半導体チップ検査装置は、半導体集積回路チップを撮像する撮像光学系を有し、半導体集積回路チップの画像から少なくとも欠陥等を検査する。

好ましくは、撮影光学系が作る丸い視野像より大きな撮像素子と、その撮像素子の撮影した画像の一部を切り出して欠陥の有無などを調べる画像処理装置と、検査対象の半導体チップの大きさ情報から切り出す範囲を最適検査が行なえるように決定する演算装置を設ける。

例えば、撮影光学系が作る最大の視野サイズより大きい視野サイズの撮像素子を設け、その撮像素子の撮影した画像の一部を切り出して少なくとも欠陥の有無を調べる画像処理手段と、検査対象の半導体チップの大きさ情報から最適検査が行なえるように切り出す範囲を決定する演算手段とを設ける。

好ましくは、撮像素子は、最大視野像の直径より対角長さが大きくなるサイズから撮像面の横幅（検査視野の移動方向と直交する方向の幅）が視野直径と同じになる大きさまでの範囲である。

本発明の別の実施形態においては、撮像素子が、半導体集積回路チップを撮像する光学系の視野に接する矩形の撮像面を有し、撮像素子の撮像面の利用領域が、視野移動方向と直交する方向において最大の効率を有するサイズに設定される。

撮像素子の撮像面が長方形である場合、視野の移動方向に短辺を有し、それと直交する方向に長辺を有する。

円形の視野と短形の撮像面の接し方は、内接でも外接でもよい。

また、最適検査は、検査時間を最短にするのが好ましい。

更に検査途中で視野を変更しながら検査するレシピを発生するレシピ演算装置を設けることが好ましい。

とくに、撮像素子は正方形の撮像面を持つことが好ましい。

図１は、本発明の第１実施例に係る半導体チップ検査装置を示す。

図１に示す様に、半導体チップ検査装置は、ウエハ３３を検査するものであり、照明部１０と、撮像部２０と、移動部３０と、演算処理手段４０と、モニタ５０と、入力部６０を有する。

照明部１０は、移動部３０上に載置されたウエハ３３を照明するためのものである。

撮像部２０は、移動部３０上に載置されたウエハ３３を撮像するためのもので、図示していないが、本実施例では、ＣＣＤセンサと撮像光学系とを備えている。

移動部３０は、ステージ３１上に載置されたウエハ３３を移動させるためのもので、ウエハ３３をＸ−Ｙ方向に平行移動させたり、所望の角度回転させたりすることができる。

演算処理手段４０に接続された制御部４１とドライバ３１によって、移動部３０を制御駆動する。

演算処理手段４０は、ＣＰＵを含み、記憶部４２等に接続されていて、画像処理等を行ったり、検査装置の制御等を司るものである。

モニタ５０は、撮像部２０で撮像された画像や、演算処理手段４０で実行された画像処理の結果等を表示する。

入力部６０は、キーボード、マウス等から構成されており、オペレータが、検査装置に指令を命令等することができる。

撮像部２０は、ＣＣＤ等の撮像素子２１を有する。ＣＣＤ等の撮像素子２１の撮像面２４の利用領域は、以下に説明するように設定される。

例えば撮像素子２１の視野サイズが図２に示すような大きさであった場合について考える。

図２において、左側に示された撮像素子２１の利用領域２３は丸（円）の光学系視野２２の中で横幅（視野移動方向Ｘと直交する方向のサイズ）が最も大きくなるように設定した場合のものである。このとき、効率が最大となる。右側に示された撮像素子２１の利用領域２３は丸（円）の光学系視野２２の中で利用領域２３の縦横の長さを同じにした場合のものであり、この場合、最も利用領域２３（検査面積）が大きくなる。光学系の視野２２が丸（円）であるため、内接正方形の面積（直径の２乗の２分の１）が最大となるからである。

図２において、撮像素子２１の正方形の撮像面２４と円形の光学系視野２２のサイズは、それぞれ、左側と右側とも同じである。左側の長方形の利用領域２３は、面積が小さいが、左右方向（視野移動方向Ｘに直角の方向）のサイズ（横幅）は最大であり、右側の正方形の利用領域２３は、面積が最大であるが、左右方向（視野移動方向Ｘに直角の方向）のサイズ（横幅）は、左側のものより小さい。図２の実施例においては、利用効率が最大となる左側のものを採用する。

なお、撮像素子２１の撮像面２４のうち、利用領域２３以外の領域が非利用領域２５である。

図３は、本発明の第２実施例を示す。

図３において、円形の光学系視野２２は、図２のものと同じであり、（ａ）〜（ｄ）の全ての例で同じ直径を有する。

（ａ）の例においては、円形の視野２２に内接する形で撮像素子２７の正方形の撮像面２８が配置されている。

（ｂ）の例においては、円形の視野２２に内接する形で撮像素子２７の長方形の撮像面２９が配置されている。

（ｃ）の例においては、円形の視野２２に外接する形で撮像素子２７の正方形の撮像面３０が配置されている。

（ｄ）の例においては、円形の視野２２の左右にのみ外接する形で撮像素子２７の撮像面３１が配置されている。

前述の（ａ）（ｂ）の例においては、撮像素子２７の撮像面２８、２９の全体が利用領域として機能する。

前述の（ｃ）の例においては、撮像素子２７の撮像面３０のうち、視野２２に相当する部分のみ（視野２２と同じ直径の円の部分）が利用領域として機能し、それ以外は非利用領域となる。

前述の（ｄ）の例においては、撮像素子２７の撮像面３１のうち、視野２２の内側のみが利用領域（非円形）として機能し、それ以外は非利用領域となる。

例（ｃ）と例（ｄ）を比較すると、視野移動方向Ｘに直交の方向におけるサイズ（横幅）は同一であるが、非利用領域の面積については、例（ｄ）の方が例（ｃ）よりも小さい。換言すると、撮像素子２７の撮像面３０、３１に占める利用領域の割合は、例（ｄ）が例（ｃ）よりも大きい。

図３の（ｃ）（ｄ）に示すように、長方形の撮像面３０、３１の両短辺（視野移動方向Ｘの辺）に円形の視野２２が内接する場合は、最も利用領域２３の横幅が大きくなるケースであるが、利用効率を増加させるために非利用領域を小さくしていくと、つまり、短辺の長さを小さくしていくと、やがて、縦方向のサイズ（短辺）が０になってしまい、つまり、幅のない線になってしまい、現実的ではない。それゆえ、視野径より若干幅が小さい長方形が良い。

撮像素子２７の撮像面３１は、視野２２の移動方向Ｘに短辺を有し、それと直交する方向に長辺を有し、円形の視野２２が長方形の撮像面３１の両短辺に接するようにする。

また、撮像素子２１の撮像面３１は、最大視野像の直径より対角長さが大きくなるサイズから、撮像面の横幅（検査視野の移動方向Ｘと直交する方向の幅）が視野直径と同じになる大きさまでの範囲とするのが好ましい。

利用領域２３を短形とし、その幅と縦方向の大きさを変えると、チップのサイズと検査のアルゴリズムと視野面積の関係に最適な解を得やすい。これは、検査解像度を変えずに実現できる。

前述の実施例では、通常の光学系の視野が丸（円）である事を利用しているが、視野を四角い絞り等で制限することも可能である。図２の実施例で言えば、撮像面が視野の丸い領域で切り取られる部分があれば可である。

撮像面は正方形と、長方形のいずれでもよい。長方形の場合、視野の円が縦横どちらに内接するかと言う問題があるが、視野移動方向と直交する方向のサイズ（幅や長さ）を最も効率良く使えるサイズとする。

図３の（ｄ）において、長方形の撮像面３１を持つ撮像素子２７の場合、横と縦の比が４：３や１６：９の長方形の撮像面を持つ撮像素子の場合などがある。

また、一般にウェハの大きさは決まっているが、その中に形成されている検査対象（チップ）は様々な形状・大きさを持っている。そのチップが出来ている領域は全て検査対象だが、中にはチップとチップの間隙などのように、検査対象にならない部分もある。また、検査アルゴリズムから考えて、中途半端に断片化した画像を比較検査するのではなく、ある範囲でまとまった部分を検査して行った方がよい。

そのため、検査に用いる画像は撮像素子が試料に投影された領域全体であるよりも、適当な領域に絞った方が良い場合もあり得る。これを実現するため、視野を可変にする。

例えば、図４、図５、図６に示すように、斜線で示す領域が撮像したい領域を示し、光学系に対して視野（矩形で示された領域）で光学系を点線で示す軌跡に沿って移動させることで、図４では９枚の視野領域を必要とするが、視野領域を変えることにより、図５では８枚の視野領域になり、図６でも８枚の視野領域になり、検査対象の領域を撮像することができる。

ウェハの場合はワークの方向を変える必要がないため、図５、図６の視野領域で光学系を移動させ、検査対象の領域を撮像することができるが、半導体チップなどの試料を収納したトレーなどの場合は、トレーの向きを調整する必要があるが、ウェハの場合と同様、検査対象の領域を撮像することが可能である。

また、検査対象の領域が図８の斜線部であるような場合、視野領域を矩形のようにしたときに、矩形の視野領域の撮像については紙面に対して縦方向に７枚、横方向に３枚が必要になり、光学系の移動も縦方向に１回と半分、往復させなければならないが、図７の視野領域のような横に長い長方形（矩形）の視野領域に視野を変えることにより、縦方向に１３枚、横方向に２枚が必要になり、光学系の移動は縦方向に１回の往復の撮像工程ですむ。

なお、検査領域の撮影にはストロボ発光を伴うが、ストロボ発光の間隔が十分早い場合はトータルの移動距離＋折り返し回数で検査時間が決まる。この図の例では走査ラインが２本（例えば１回の往復）であるか、３本（例えば１回半の往復）であるかが作業時間全体に影響し、作業効率を上げる際に重要な問題となるが、図７の場合、１回の往復で済むので、作業効率を上げることができる。

更に、検査途中で視野を変更しながら検査するレシピを発生するレシピ演算装置を設けることもできる。

本発明は前述の実施例に限定されない。

本発明の１つの実施例による半導体チップ検査装置の概略を示す。 本発明により視野サイズを変える第１実施例を示す。 本発明により視野サイズを変える第２実施例を示す。 本発明により検査対象で撮像したい領域と視野に関する種々のパターンの一例を示す。 本発明により検査対象で撮像したい領域と視野に関する種々のパターンの一例を示す。 本発明により検査対象で撮像したい領域と視野に関する種々のパターンの一例を示す。 本発明により検査対象で撮像したい領域と視野に関する種々のパターンの一例を示す。 本発明により検査対象で撮像したい領域と視野に関する種々のパターンの一例を示す。

符号の説明

１０ 照明部
２０ 撮像部
２１ 撮像素子
２２ 光学系視野
２３ 利用領域
２５ 撮像素子
２６ 撮像素子
３０ 移動部
３３ ウエハ
４０ 演算処理手段
４１ 制御部
４２ 記憶部
５０ モニタ
６０ 入力部

Claims (8)

1. 半導体集積回路チップの画像から少なくとも欠陥を検査する半導体チップ検査装置において、撮像素子が、半導体集積回路チップを撮像する光学系の視野に接する矩形の撮像面を有し、撮影素子の撮像面の利用領域が、視野移動方向と直交する方向において最大の効率を有するサイズに設定され、前記撮像素子の撮影した画像の一部を切り出して少なくとも欠陥の有無を調べる画像処理手段と、検査対象の半導体チップの大きさ情報から最適検査が行なえるように切り出す範囲を決定する演算手段とを有する半導体チップ検査装置。
2. 撮像素子の撮像面は、最大視野像の直径より対角長さが大きくなるサイズから、撮像面の横幅（視野移動方向と直交する方向の幅）が視野直径と同じになる大きさまでの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ検査装置。
3. 撮像素子の撮像面は、長方形であり、視野の移動方向に短辺を有し、それと直交する方向に長辺を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ検査装置。
4. 長方形の撮像面が円形の視野に内接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。
5. 長方形の撮像面が円形の視野に外接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。
6. 最適検査は、検査時間が最短である検査であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。
7. 検査途中で視野を変更しながら検査するレシピを発生するレシピ演算装置を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。
8. 撮像素子は正方形の撮像面を持つことを特徴とする請求項１、２、６および７のいずれか１項に記載の半導体チップ検査装置。

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