JP2010054269A - 外観検査方法、プログラムおよび外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動外観検査において被検物に接触することなく適切な光学条件を容易に特定する。
【解決手段】光学条件を変更しながら、露光部分と未露光部分とを含む検査対象に照明光を照射して検査対象の画像を前記光学条件毎に取得し、取得された画像内の輝度差を算出し、露光の有無に起因する程度の輝度差が算出された場合に、そのときの光学条件を検査用光学条件として特定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、外観検査方法、プログラムおよび外観検査装置に関し、例えば自動マクロ検査における光学条件の最適化を対象とする。

ＩＣチップや液晶表示装置など、幾層もの回路パターンをウェーハ上に積層させて形成される製品の製造工程において、これらの回路パターンの欠陥や異常等の検査、即ち、ウェーハ表面の外観検査を行う必要がある。ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）を短くし、かつ、歩留まりを向上させるために、外見検査においても高い精度および効率が求められ、近年では、被検査物の表面に検査用照明光を照射して被検物の表面に形成された繰り返しパターンからの回折光を撮像装置で検出して回折画像を取り込み、画像処理により表面検査を自動で行えるようにした装置が利用されている。

このような自動外観検査装置において、被検査パターンのパターンピッチが分からない状態で検査の光学条件を求めるために、検査装置の光学条件、例えば照射角、照明光量等を変更させながらウェーハ表面の画像を撮像していき、各光学条件に対応して得られた画像から最適と思われる条件を検査条件とする手法が提案されている（例えば特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、最上層のパターンの被覆率が低く、かつ、その下層にパターンがある場合、最上層パターンからの信号強度に比べて下層パターンからの信号強度が強くなるため、得られた回折画像では最上層パターン像と下層パターン像が混在し、しかも、回折画像中での下層パターン像の占有率が高いものが多い。そのため、得られた条件が、最上層の検査に適さず、結果として最上層の欠陥が検出できないという問題がある。

また、最上層パターンを検査する装置条件を容易に設定できる装置として、被検査ウェーハの一部を物理的または化学的処理により変化させるマーキング手段を有し、該マーキング手段にて、変化があった条件を最適条件とすることができる自動マクロ検査装置が提案されている（例えば特許文献２）。

しかしながら、特許文献２に開示の装置では、物理的処理および化学的処理のいずれによっても、マーキングの結果として装置内でダストが発生するという問題がある。特に、量産製品を検査する装置では、ダストが発生すると歩留まりの低下を招いてしまう。このため、特許文献２に開示の装置では、マーキングする手段に加えてマーキングにより発生するダスト等の回収処理をする機構まで必要となり、非常に大掛かりなものになり得る。それは、同時に装置価格の高騰も招く。また、マーキング手段で、最上層のパターンをどの程度処理すれば良いか、その条件出しも重要となる。例えば、マーキング処理を行うことで、そのマーキング欠陥が見えやすい光学条件を最適の光学条件と誤解するという事態も有り得る。
特開２００２−１６２３６８号公報 特開２００７−０１７３９５号公報

本発明の目的は、自動外観検査において被検物に接触することなく光学条件を容易に適正化できる外観検査方法、プログラムおよび外観検査装置を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、
光学条件を変更しながら、露光部分と未露光部分とを含む検査対象に照明光を照射し、前記検査対象からの回折光に基づいて前記検査対象の画像を前記光学条件毎に得る工程と、
前記画像内の輝度差を算出する工程と、
露光の有無に起因する程度の輝度差が得られた場合に、そのときの光学条件を検査用光学条件として特定する工程と、
前記検査用光学条件で前記検査対象の外観検査を行う工程と、
を備える外観検査方法が提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、
露光部分と未露光部分とを含む検査対象に照明光を照射する照明光学系と、
前記検査対象からの回折光を検出して前記検査対象の画像を得る撮像手段と、
光学条件毎に前記検査対象の画像が得られるように前記照明光学系と前記撮像手段とを制御する制御手段と、
前記画像を処理して画像内の輝度差を算出する演算手段と、
露光の有無に起因する程度の輝度差が得られた場合に、そのときの光学条件を検査用光学条件として特定する光学条件設定手段と、
前記検査用光学条件で前記検査対象の外観検査を行う外観検査手段と、
を備える外観検査装置が提供される。

本発明によれば、被検物に接触することなく容易に光学条件の最適化を可能にする外観検査方法、プログラムおよび外観検査装置が提供される。

以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。なお、以下の本実施形態において、外観検査用の光学条件には、入射光の波長、入射光の入射角度、入射光量、入射偏光角度、回折光の角度、回折光の偏光角度等が含まれる。

（１）外観検査装置の実施の一形態
図１は、本発明に係る外観検査装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。同図に示す自動マクロ検査装置は、光源１と、照明ユニット２と、撮像ユニット３と、被検物Ｗを載置するステージＳと、制御ユニット４と、画像処理ユニット５と、輝度差演算ユニット６と、検査用光学条件特定ユニット７と、外観検査ユニット８と、記録装置ＭＲ１〜ＭＲ４と、を備える。

制御ユニット４は、光源１、照明ユニット２、撮像ユニット３、ステージＳ、画像処理ユニット５、検査用光学条件特定ユニット７およびモニタ９に接続され、これらのユニットを制御する。制御ユニット４はまた、記録装置ＭＲ１にも接続され、記録装置ＭＲ１に格納された検査レシピを読み込んで該検査レシピに従って被検物Ｗの外観検査を実行する。記録装置ＭＲ１に格納された検査レシピには、後述する本発明に係る外観検査方法の実施の形態の一連の手順が記述されたファイルが含まれる。

光源１は、制御ユニット４から制御信号の入力を受け、任意の波長λの光、本実施形態においては可視光または紫外線を生成する。照明ユニット２は、制御ユニット４から供給される制御信号に従い、光源１により生成された光を任意の入射角θｉで（図３参照）被検物Ｗに照射する。ステージＳは、制御ユニット４から送られる制御信号に従い、任意のチルト角で被検物Ｗを傾かせる。撮像ユニット３は、画像処理ユニット５にも接続され、制御ユニット４からの制御信号に従い、被検物Ｗから発生する回折光を任意の受光位置で受光して検出し、検出信号を画像処理ユニット５に供給する。

画像処理ユニット５は、外観検査ユニット８およびモニタ９にも接続され、撮像ユニット３から供給される検出信号に基づいて被検物Ｗの回折画像を作成し、液晶画面等を有するモニタ９に表示させる。画像処理ユニット５にはまた、撮像に際して使用された光学条件のデータが制御ユニット４から送られる。画像処理ユニット５は回折画像に光学条件データを対応させた上で回折画像を記録装置ＭＲ２に格納する。

輝度差演算ユニット６は、画像処理ユニット５に接続され、画像処理ユニット５を介して記録装置ＭＲ２から回折画像を取り出し、回折画像中に輝度差があるかどうかを検出し、輝度差がある場合はその値を算出し、各回折画像に関連づけて記録装置ＭＲ３に格納する。輝度差演算ユニット６は、本実施形態において、例えば演算手段に対応する。

検査用光学条件特定ユニット７は、輝度差演算ユニット６に接続され、記録装置ＭＲ３に格納された全回折画像に関連づけられた輝度差のデータを、輝度差演算ユニット６を介して取り出し、データ中の大小関係を演算により比較し、最大の輝度差を有する回折画像を特定し、その回折画像に対応する光学条件を、最適の検査用光学条件として制御ユニット４へ出力する。

制御ユニット４は、入力された最適の検査用光学条件で光源１、照明ユニット２、撮像ユニット３およびステージＳを制御して画像処理ユニット５により被検物Ｗの回折画像を改めて取得する。得られた回折画像は外観検査ユニット８に供給され、外観検査ユニット８は、記録装置ＭＲ４に予め格納された良品の回折画像等を参照しながら、被検物Ｗが良品か不良品であるかの判定を行う。

図１に示す自動マクロ検査装置を用いて被検物Ｗに形成されたパターンの外観検査を行う方法を、本発明に係る外観検査方法の実施の形態として図２乃至図４を参照しながら説明する。

（２）外観検査方法の第１の実施の形態
図２は、本実施形態の外観検査方法の概略手順を示すフローチャートである。

最初に、図２を参照して本実施形態の外観検査方法の概略手順を説明する。

まず、後述する手順により光学条件を最適化させた上で（ステップＳ１０）、光源１に光を生成させ、照明ユニット２から被検物Ｗに光を照射し、回折光を撮像ユニット３で受光してその検出信号から被検物Ｗの回折画像を取得する（ステップＳ２０）。

次に、得られた被検物Ｗの回折画像と、記録装置ＭＲ４に格納された、予め良品を撮像して得られた良品画像とを外観検査ユニット８が比較し（ステップＳ３０）、被検物Ｗに全面欠陥があるかどうかを判定し（ステップＳ４０）、全面欠陥があると判定した場合は被検物Ｗを不良品と判定する（ステップＳ８０）。

被検物Ｗに全面欠陥が無いと判定した場合は、チップ単位で欠陥の有無を判定する。より具体的には、被検物Ｗの回折画像と良品画像とを外観検査ユニット８が比較し（ステップＳ５０）、輝度差が有るかどうかを検査する（ステップＳ６０）。検査の結果、輝度差がある場合は不良品と判定し（ステップＳ８０）、輝度差が無い場合は良品と判定する（ステップＳ７０）。チップ単位での欠陥判定は、全面欠陥の判定のように被検物Ｗの回折画像と良品画像との比較に限ることなく、被検物Ｗの画像内で隣り合うチップの相互比較（Ｄｉｅ ｔｏ Ｄｉｅ比較）で行うこともできる。

次に、本実施形態において特徴的な光学条件の最適化手法について図３乃至図５を参照しながら説明する。

まず、説明を簡易にするため、被検物Ｗとして、図３に示すような周期Ｐの繰り返しパターンを表面層に有するウェーハを検査する場合を考える。マクロ検査装置の照明ユニット２から被検物Ｗへの入射光の波長をλ、入射光照射角度をθｉ、回折光角度をθｄとすると、照明ユニット２および撮像ユニット３の光学条件は、次式を満たすように設定する必要がある。
Ｐ（Ｓｉｎθ_ｉ−Ｓｉｎθ_ｄ）＝ｍλ （ｍは回折次数）
ここで、被検物であるウェーハの表面層におけるパターンが一定の周期Ｐを有する配線パターンである場合は、上記式を満たすように調整すれば最適の光学条件を得ることができるが、実際の半導体ウェーハの周期幅は多くの場合一定ではない。

従来の技術では、実際に照明手段と撮像手段の角度等の光学条件の組み合わせを様々に変更して被検物の回折画像を撮像していき、取得した画像の中から最も検査に適していると思われるもの、例えば、反射効率が良い条件や、画像にムラが少ない条件を最適な光学条件としていた。

しかしながら、最上層のパターンの被覆率が低く、かつ、その下層にパターンがある場合、最上層パターンからの信号強度に比べて下層パターンからの信号強度が強くなるため、得られた回折画像では下層パターン像の占有率が高いものが多い。この結果、最上層での検出すべき欠陥を検出することが出来ないという事態が生じる。最上層のパターンの被覆率が低くその下層にパターンがある工程の代表例としては、ホールパターン形成工程の自動マクロ検査が挙げられる。ホールパターンの下層にはより被覆率が高い配線工程があり、最表層のホールパターンの層から得られる回折光よりも下層の配線から得られる回折光の方が強い。このため、光学系の最適化が困難であった。このような工程での自動マクロ検査の検査光学条件の最適化は、得られた画像が、最表層からのものか、下層のものかを分離することが重要となる。

本実施形態では、ある未露光の部分(ショット)を最表層に予め形成し、この未露光部分を利用することで、その光学条件が最表層の検査に適しているかどうかを的確に判断することが可能になる。以下、図４および図５を参照しながら光学条件の最適化方法をより具体的に説明する。なお、本実施形態において設定可能な光学条件の組合せがＮ通りあるものとする。

まず、被検物Ｗにおいて最表層を露光する時、図４に示すように、予めパターンを露光しないショット（以下、「未露光ショット」という。）を準備する。図４においては中央のショット、これを取り囲むようにさらに４つのショットを準備したが、このような配置および個数に限る必要は全くなく、単一の未露光ショットでも良く、また、その位置もウェーハ面内の任意の位置に配置することができる。ただし、複数個の未露光ショットを準備する場合は、互いに適度に離隔するように配置することが必要である。

具体的な最適化方法としては、図５に示すように、まず、ｎ＝１として（ステップＳ１１）、制御ユニット４は、Ｎ通りの組合せの中から任意の光学条件の組合せを選択し、光源１、照明ユニット２、撮像ユニット３およびステージＳに、選択した光学条件を設定して（ステップＳ１２）、被検物Ｗの回折画像を取得する（ステップＳ１３）。

次に、被検物２の回折画像中で露光部分の領域と未露光部分の領域とを画像処理ユニット５により画定する（ステップＳ１３）。領域画定は、例えばショットの座標位置情報を画像処理ユニット５に与えることにより可能である。

続いて、露光部分と未露光部分の各領域が画定された回折画像に対して輝度差演算ユニット６が画像中の輝度差を算出し（ステップＳ１５）、算出された輝度差と、画像取得時に設定された光学条件とを対応づけて記録装置ＭＲ３に格納させる。ホールパターンの例で説明すると、正常な露光部分には最表層パターンであるホールパターンがあるために回折光が得られ、この一方、未露光部分にはホールパターンが存在しないため、この部分から回折光は得られない。このことから、露光部分と未露光部分とで輝度差があれば、適切な光学条件で撮像されていることが分かる。

制御ユニット４は、光学条件設定から輝度差算出までの以上の手順を全ての光学条件の組合せに対して繰り返し実行し（ステップＳ１７、Ｓ１８）、その結果、Ｎ個の輝度差のデータが記録装置ＭＲ３に格納される。

最後に、検査用光学条件特定ユニット７が記録装置ＭＲ３内の輝度差データから最大の輝度差を特定し、そのときの光学条件を最適の光学条件として制御ユニット４に出力する（ステップＳ１９）。

本実施形態によれば、自動外観検査において被検物に接触することなく最適の光学条件を容易にかつ高い精度で特定することができる。非接触の検査であるため、装置内でダストが発生するという問題も生じない。

（３）外観検査方法の第２の実施の形態
上述した実施形態では、未露光部として予めパターンを露光しないショットを準備していたが、露光工程によっては、ウェーハの周縁領域に「欠けチップ」と呼ばれる、未露光ショットが存在する場合がある。図６に欠けチップを有するウェーハの一例を示す。欠けチップには最表層パターンが存在しないため、この部分からは回折光が得られない。この一方、正常露光部分には最表層パターンが存在するため、欠けチップ部分との間で輝度差が生じる。従って、このような欠けチップを利用すれば、予めパターンを露光しないショットを準備する必要なく最適の光学条件を特定することが可能である。

図７は、このような欠けチップを利用して最適の光学条件を特定する具体的手順を示すフローチャートである。図５との対比により明らかなように、ステップＳ１４およびＳ１５（露光部分・未露光部分の画定並びに輝度差算出）に代えて、被検物の画像中で正常露光部分と欠けチップ部分との輝度差を算出する手順（ステップＳ１６）が組み込まれている。図７のその他の手順は、図５に示す手順と実質的に同一である。また、本実施形態において、特定された最適の光学条件を用いて外観検査を実行する手順も上述した第１の実施の形態と実質的に同一である。

このように、本実施形態によれば、未露光ショットを意図的に作成する工程が不要になるので、光学条件の最適化に要する時間を短縮することができる。

（４）プログラム
上述した実施の形態においては、外観検査方法の一連の処理工程を、レシピファイルとして記憶装置ＭＲ１に記憶させて外観検査装置１の制御ユニット４に読み込ませて実行させた。しかしながら、上述した外観検査方法の一連の処理工程は、これをプログラムに組み込んで汎用のコンピュータに読み込ませて実行させてもよい。これにより、本発明にかかる外観検査方法を、自動マクロ検査装置に接続される、画像処理可能な汎用コンピュータを用いて実現することができる。また、上述した外観検査方法の一連の処理工程を、自動マクロ検査装置に接続されるコンピュータに実行させるプログラムとしてフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、画像処理可能な汎用コンピュータに読み込ませて実行させても良い。

記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の携帯可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でも良い。また、上述した外観検査方法の一連の処理工程を組込んだプログラムをインターネット等の通信回線（無線通信を含む）を介して頒布しても良い。

（５）半導体装置の製造方法
上述した外観検査方法を、例えば半導体装置の製造工程中で用いることにより、高い精度および効率で外観検査を実行することができるので、より高いスループットおよび歩留まりで半導体装置を製造することができる。

より具体的には、製造ロット単位でウェーハを抜き出し、抜き出されたウェーハに形成されたパターンを上述した外観検査方法により検査して評価する。評価の結果、良品と判定された場合、検査されたウェーハが属する製造ロット全体について、引き続き残余の製造プロセスを実行する。この一方、上述した外観検査方法では非接触の方式なので、評価の結果不良品と判定された場合でリワーク処理が可能な場合には、不良品と判定されたウェーハが属する製造ロットに対してリワーク処理を実行する。リワーク処理が終了すると、その製造ロットからウェーハを抜き取って再度外観を検査して再評価する。抜き取られたウェーハが再評価により良品と判定されると、リワーク処理を終えたその製造ロットに対し残余の製造プロセスを実行する。また、リワーク処理が不可能な場合には、不良品と判定されたウェーハが属する製造ロットは廃棄し、不良発生原因を解析して設計担当や上流のプロセス担当等へフィードバックする。

（６）その他
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限るものでは決してなく、その技術的範囲内において種々変形して実施できることは勿論である。例えば上記実施形態ではＮ通りの光学条件について回折画像を取得し、輝度差の最も大きな画像に対応する光学条件を最適の光学条件としたが、実際には最適の光学条件を選択する必要は必ずしもなく、最終製品の仕様に依存する検査精度に応じて回折画像内で輝度差が得られる光学条件を適切な光学条件として選択してもよい。この場合は、例えば所定の閾値を予め決めておき、最初に閾値を上回る輝度差が得られたときに、その時の画像取得時の光学条件を適切な光学条件として出力することとしてもよい。

本発明に係る外観検査装置の実施の一形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る外観検査方法の第１の実施の形態の概略手順を示すフローチャートである。 被検物への入射光照射角度と、回折光角度と、被検物の表面層に形成されたパターンのピッチとの関係を示す図である。 未露光部分を含むウェーハの一例を示す図である。 図２のフローチャートに示す手順のうち光学条件最適化の手順をより具体的に示すフローチャートである。 欠けチップを有するウェーハの一例を示す。 欠けチップを利用して最適の光学条件を特定する具体的手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１：光源
２：照明ユニット
３：撮像ユニット
Ｗ：被検物
４：制御ユニット
５：画像処理ユニット
６：輝度差演算ユニット
７：検査用光学条件特定ユニット
８：外観検査ユニット
ＭＲ１〜ＭＲ３：記録装置

Claims (5)

1. 光学条件を変更しながら、露光部分と未露光部分とを含む検査対象に照明光を照射し、前記検査対象からの回折光に基づいて前記検査対象の画像を前記光学条件毎に得る工程と、
   前記画像内の輝度差を算出する工程と、
   露光の有無に起因する程度の輝度差が得られた場合に、そのときの光学条件を検査用光学条件として特定する工程と、
   前記検査用光学条件で前記検査対象の外観検査を行う工程と、
   を備える外観検査方法。
2. 前記未露光部分は、前記検査対象上の任意の部分に予め作成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
3. 前記未露光部分は、前記検査対象上の周縁部に設けられる欠けチップであることを特徴とする請求項１に記載の外観検査方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の外見検査方法を、外観検査装置に接続されるコンピュータに実行させるプログラム。
5. 露光部分と未露光部分とを含む検査対象に照明光を照射する照明光学系と、
   前記検査対象からの回折光を検出して前記検査対象の画像を得る撮像手段と、
   光学条件毎に前記検査対象の画像が得られるように前記照明光学系と前記撮像手段とを制御する制御手段と、
   前記画像を処理して画像内の輝度差を算出する演算手段と、
   露光の有無に起因する程度の輝度差が得られた場合に、そのときの光学条件を検査用光学条件として特定する光学条件設定手段と、
   前記検査用光学条件で前記検査対象の外観検査を行う外観検査手段と、
   を備える外観検査装置。

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