JP2011209087A - 欠陥検査装置，欠陥検査方法、および検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥検査装置では検出した結果が誤ってたとしても、正常な検出結果として報告しており、歩留まり管理の精度が低下してしまう点については配慮がなされていなかった。また、報告が挙がってからでは管理情報の修正は不可能であるため、報告前に検査結果の妥当性を確認し、妥当性の判断を行う必要がある点についても配慮がなされていなかった。
【解決手段】画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定する第１の処理部と、前記異常が発生した画素を補正する第２の処理部と、前記第２の処理部による補正後の画素の検出結果を用いて、前記基板の欠陥を判定する第３の処理部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、欠陥検査装置，欠陥検査方法、および検査システムに関する。

従来、半導体ウェハ等の基板の製造ラインにおいては、製造装置の発塵状態等を監視するために、製造過程において基板に付着した異物や傷等（以下、欠陥と称す。）の検査が行われている。

上記のような欠陥を検査する装置が欠陥検査装置である。

この欠陥検査装置おいて、抱えている問題の１つに歩留まり管理制度低下がある。欠陥検査装置では感度が不安定となっても、自己で検知できないので、不安定な状態での検査結果を上位解析システムへ送信しており、歩留まり管理の妨げになっている。

半導体ウェハの欠陥を検出する欠陥検査装置は、レーザー光等の光ビームを半導体ウェハの表面ヘ照射して、半導体ウェハの表面で発生した反射光又は散乱光を検出することにより、半導体ウェハの表面に存在する欠陥を検出するものである。

半導体ウェハの表面に各チップを構成するパターンが形成されている場合、通常、センサーで検出した反射光又は散乱光の強度から画像信号を作成し、隣接するチップの画像信号又は予め用意した良品のチップの画像信号と比較して、両者の相違がしきい値以上である場合に欠陥と判定している。

しきい値は、センサーで検出したＸ座標方向に並ぶ全チップの画像を重ね合わせ、チップ内で略同一位置の画像のばらつき（標準偏差値）から算出している。よってばらつきの小さい所は低いしきい値で、ばらつきの大きい所は高いしきい値で欠陥があるか否かを判定している。

しきい値の調整は、製品の歩留まりに関係する。歩留まりに関しては、例えば、特開２００１−１６０５７２号公報（特許文献１），特開平９−７４０５６号公報（特許文献２）に記載されている。

特開２００１−１６０５７２号公報 特開平９−７４０５６号公報

従来の欠陥検査装置では、自己で検査結果の妥当性の検証は行わず、不良解析システムへ検査結果を報告しており、常に正常な結果という前提で処理が進んでいた。これにより欠陥検査装置で検出した結果が誤ってたとしても、正常な検出結果として報告しており、歩留まり管理の精度が低下してしまう点については配慮がなされていなかった。また、報告が挙がってからでは管理情報の修正は不可能であるため、報告前に検査結果の妥当性を確認し、妥当性の判断を行う必要がある点についても配慮がなされていなかった。不良解析システムへ正常な結果のみを報告する事ができるかが課題である。

本発明の第１の特徴は、検査装置において、基板を移動するステージと、前記基板へ光を照射する照射光学系と、前記基板からの光を検出するための複数の画素を有する検出部と、前記検出部の画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定する第１の処理部と、前記異常が発生した画素を補正する第２の処理部と、前記第２の処理部による補正後の画素の検出結果を用いて、前記基板の欠陥を判定する第３の処理部と、を有することにある。

本発明の第２の特徴は、前記第３の処理部による検査結果を受信するホストコンピュータを有することにある。

本発明の第３の特徴は、表示部を有し、前記表示部は、前記画素ごとの信号を表示することにある。

本発明の第４の特徴は、光学式検査システムにおいて、基板を移動するステージと、前記基板へ光を照射する照射光学系と、前記基板からの光を検出する複数の画素を有する検出部と、前記検出部の画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定する第１の処理部と、前記異常が発生した画素を補正する第２の処理部と、前記第２の処理部による補正後の画素を用いて検査を行う第３の処理部と、を有する光学式検査装置と、前記第３の処理部による検査結果を受信するホストコンピュータと、を有することにある。

欠陥検査装置自身で結果の妥当性を確認する事で常に感度が安定し、歩留まり管理精度を向上させることができる。

本発明が適用される検査装置の概略構成を示す図である。 本発明が適用される検査装置の光ビームの走査を説明する図である。 本発明が適用される検査装置のデータ処理部の構成図である。 本発明が適用される検査装置の運用図である。 本発明が適用される検査装置と上位ホストとの測定開始から終了までの処理のタイミングを示した図である。 本発明が適用される検査装置と上位ホストとの接続状態を示した図である。 本発明が適用される検査装置の検査手順を説明するフロー図である。 本発明の実施例に係わるもので、欠陥検査装置の異常を補正する手順を説明するフロー図である。 図８ａの続きを示すフローチャート。 図８ｂの続きを示すフローチャート。 ＴＤＩゲイン補正の詳細を示すフローチャート。 本発明の実施例に係わるもので、ＴＤＩセンサーのチャンネルごとの欠陥数の割合の基準値を変更する画面を説明する図である。 本発明の実施例に係わるもので、標準粒子ウェハの搭載場所を説明する図である。 本発明の実施例に係わるもので、補正処理でのスループットを優先ＯＮ／ＯＦＦを変更する画面を説明する図である。

本発明の表面検査装置は、半導体ウェハや絶縁体ウェハ（例えば、サファイアガラスウェハ，石英ガラスウェハなど），液晶パネル表示装置用ガラス基板などの平板状の被検査物、若しくは明視野検査装置へ適用できる。

以下では、半導体ウェハの欠陥検査に適用した実施例について、添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施例に係わる欠陥検査装置の概略構成を示す図である。

本実施例の欠陥検査装置は、照明手段１０，光電変換素子２０，Ｘスケール３０，Ｙスケール４０、及び処理装置１００を含んで構成されている。

照明手段１０は、検査光として所定の波長のレーザー光を発生し、その光ビームを被検査物である半導体ウェハ１の表面へ斜めに照射する。

表面にチップ２が形成された半導体ウェハ１は、図示しないウェハテーブル上に搭載されており、ウェハテーブルがＹ方向及びＸ方向へ移動することによって、照明手段１０から照射された光ビームが半導体ウェハ１の表面を走査する。

図２は、欠陥検査装置の光ビームの走査を説明する図である。

半導体ウェハ１を搭載したウェハテーブルがＹ方向へ移動すると、照明手段１０から照射された光ビームが、半導体ウェハ１上に形成されたチップ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面を矢印Ｓ１で示す方向に移動して、１ラインの走査が行われる。

次に、ウェハテーブルがＸ方向へ移動すると、走査ラインがＸ方向へ移動する。そして、ウェハテーブルがＹ方向を前と反対向きに移動すると、光ビームがチップ２ｄ，２ｃ，２ｂ，２ａの表面を矢印Ｓ２で示す方向に移動して、次のラインの走査が行われる。

これらの動作を繰り返すことにより、半導体ウェハ１の表面全体の走査が行われる。

図１において、半導体ウェハ１の表面へ斜めに照射された光ビームは、半導体ウェハ１の表面のパターンや欠陥で散乱されて、散乱光を発生する。

光電変換素子２０は、例えば集光レンズ，ＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサーやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサーまたは光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等の光電変換素子から成り、半導体ウェハ１の表面で発生した散乱光を受光して、その強度を電気信号に変換し、画像信号として処理装置１００へ出力する。

Ｘスケール３０及びＹスケール４０は、例えばレーザースケール等から成り、半導体ウェハ１のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、その位置情報を処理装置１００へ出力する。

処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０，画像処理装置１２０，異物判定装置１３０（判定手段），座標管理装置１４０、及び検査結果記憶装置１５０を含んで構成されている。

座標管理装置１４０，Ｘスケール３０，Ｙスケール４０等を含めて位置検出手段と云う。

Ａ／Ｄ変換器１１０は、光電変換素子２０から入力したアナログ信号の画像信号を、ディジタル信号の画像信号に変換して出力する。

画像処理装置１２０は、画像比較回路１２１，しきい値演算回路１２２及びしきい値格納回路１２３を含んで構成されている。

画像比較回路１２１は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。

遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号を入力して遅延することにより、図２に示した走査で、現在光ビームが照射されているチップの１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップの画像信号を出力する。

差分検出回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの画像信号と遅延回路からの画像信号とを入力し、両者の差分を検出して出力する。これにより画像比較回路１２１は、隣接するチップ相互の画像信号の比較を行う。

チップの表面に欠陥が存在する場合、欠陥により発生した散乱光が、隣接するチップ相互の画像信号の差分となって現れる。

なお、画像比較回路１２１に、遅延回路の代わりに予め用意した良品チップの画像信号のデータを記憶したメモリを配設し、良品のチップの画像信号との比較を行うようにしてもよい。

しきい値演算回路１２２は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの画像信号と遅延回路からの画像信号をチップごとに重ねあわせ、チップの略同一位置ごとにばらつき量（標準偏差）を算出し、そのばらつき量をしきい値格納回路１２３に保存する。

異物判定装置１３０は、判定回路１３１及び係数テーブル１３２，１３３を含んで構成されている。係数テーブル１３２，１３３には、しきい値を変更するための係数が座標情報と対応付けて格納されている。

係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０からの座標情報を入力して、その座標情報に対応付けて格納されている係数を、判定回路１３１へ出力する。

判定回路１３１には、画像処理装置１２０から隣接するチップ相互の画像信号の差分としきい値が入力され、係数テーブル１３２，１３３からしきい値を変更するための係数が入力される。

判定回路１３１は、画像処理装置１２０から入力されたしきい値に係数テーブル１３２，１３３から入力した係数を掛け算して、判定用しきい値を作成する。

そして、画像信号の差分と判定用しきい値とを比較し、差分が判定用しきい値以上である場合に欠陥と判定して、検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。

判定回路１３１は、また、判定に用いたしきい値の情報を検査結果記憶装置１５０へ出力する。

座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力した半導体ウェハ１の位置情報に基づき、半導体ウェハ１上の現在光ビームが照射されている位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を出力する。

検査結果記憶装置１５０は、異物判定装置１３０から入力した検査結果と、座標管理装置１４０から入力した座標情報とを対応付けて記憶する。

検査結果記憶装置１５０は、また、異物判定装置１３０から入力したしきい値の情報を、検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。

図３はホストコンピュータ３０５のデータ処理部の制御概略を示す構成図である。

マウス，キーボード，タッチパネルなどを使用して検査条件や装置操作を行う入力部５００，ＣＲＴや液晶パネルからなる検査結果やデータ処理内容を表示する表示部３０１，プリンタなどの外部媒体に表示を行う出力部３０２，検査データなどの演算を行うデータ演算処理部３０３，情報やデータを保持する記憶部３０４，これらの全体を制御するホストコンピュータ３０５から構成されている。

入力部３００から指示されたデータはデータ演算処理部３０３によって処理され、表示部３０１に出力され３０４でデータ保存される。

半導体デバイスの量産化ではきわめて短期間の試作を繰り返しながら量産プロセスを確立し、品質と信頼性を含めた早期歩留まり向上が必須の課題となる。

図４に製造プロセス４００，上位ホスト４０１，欠陥検査装置４０２，解析装置・不良解析システム４０３，発塵原因の推定４０４，対策４０５との関係及び活用方法を示す。

基板上にパターン形成を行い製作していく各工程の製造プロセス４００で発生する、物理化学反応による副生成物のたい積・剥離などのプロセス起因で発生する異物等の欠陥を検出してプロセス発塵を定量的に把握し早期に適切な対策を施すことが最善とされ、量産プロセスが確立した半導体製造ラインではＬＡＮ構築によって上位ホスト４０１からのオンライン通信機能などによって欠陥検査装置４０２の運用が自動化で行われる。

欠陥検査装置４０２では上位ホスト４０１からのオンライン機能により随時ウェハの検査が実行される。

上位ホストから次の検査指示があると、検査が終了したキャリアの検査結果画面はクリアされ、次のキャリア検査が実行される。

一方、欠陥検査装置４０２で測定したデータはＬＡＮを介して解析装置・不良解析システム４０３に蓄積され解析される。解析装置・不良解析システム４０３側では蓄積されたデータを元に時系列推移，工程間推移，マップデータ，突合せ処理などの解析処理を行い発塵原因の推定４０４を行い、対策４０５後に各工程の製造プロセス４００にフィードバックされる。

歩留まり向上を行うためには欠陥検査装置でのプロセス起因の不良欠陥の検出及び不良解析システムでの不具合原因の特定，各プロセス製造への対策フィードバックが必要になる。

本実施例は、この歩留まり管理の精度を低下させる事なく検査装置を運用して行くことができる。

図５は欠陥検査装置と上位ホストとの測定開始から終了までの処理のタイミングを示した図である。５０１で上位ホストから欠陥検査装置へ測定開始の指示が送信され、欠陥検査装置での測定開始５０２が始まり、欠陥データ作成５０３，欠陥データ送信５０４，測定終了５０５となる。

図６は欠陥検査装置と上位ホストとの接続状態を示した図である。上位ホスト６０１が１つに対して、欠陥検査装置６０２〜６０４が複数という構成になっている。

図７は従来技術の欠陥検査装置の測定フロー図である。

この方式では、処理７０１と処理７０２間で検査結果の正当性を判断する処理がないので、検出感度が不安定な場合でも不安定な状態で測定した結果を不良解析システムへ送信するので、歩留まり管理精度を低下させてしまう事があった。

図８は本実施例の欠陥検査装置の測定フロー図である。図７に対して、処理８０２〜８０６，８０８〜８１２を追加したフローとなっている。

この方式では、処理８０１の後に検出感度が不安定になる原因であるＴＤＩセンサーの検出状態の正当性を判断するための処理８０２以降が追加されている。

正当性の判断方法は、ＴＤＩセンサーの各チャンネル（チャンネルＮo.１〜１６）で検出した欠陥数を問い合わせる処理８０２とＴＤＩセンサーの各チャンネル（チャンネルＮo.１〜１６）で検出した欠陥数をＰＣの記憶部に保持する処理８０３とＴＤＩセンサーの各チャンネル（チャンネルＮo.１〜１６）で検出した欠陥数の合計を算出しＰＣの記憶部に保持する処理８０４とＴＤＩセンサーの各チャンネル（チャンネルＮo.１〜１６）で検出した欠陥数の割合を算出する処理８０５および、３０％以上の割合を占めるチャンネルの存在を判断する処理８０６を実行する事で判断している。

処理８０５の割合計算では、ＴＤＩセンサーの各チャンネル（チャンネルＮo.１〜１６）で検出した欠陥数の集計結果を、全チャンネルの合計を母数とし、チャンネルｎの割合を計算し、処理８０６で３０％以上を占めていたら異常と判断している。

ＴＤＩセンサーが正常な状態では、この数値が全チャンネル３０％未満になっている事が実使用条件下で判明している。

ただし、ここで言う基準値３０％は状況によって変更する事も可能である。基準値を下げれば判定が厳しくなり、上げれば緩くなる。基準値を変更する画面を図９に示す。

処理８０６で８２０（Ｙｅｓ）と判断した場合は、処理８０８で現在測定中の製品ウェハを一旦アンロードし、処理８０９で装置搭載の標準粒子ウェハをロード、処理８１０でＴＤＩゲイン補正を実行する。標準粒子ウェハの搭載場所を図１０に示す。処理８１０でＴＤＩゲイン補正は、８１３で３０％以上の割合を占めるチャンネルのゲインを下げ、８１４で検査を実行し、８１５で割合が３０％以上かどうかを判定している。８２２（Ｙｅｓ）と判断した場合は再度ゲインを下げる処理８１３を実行する。８２３（Ｎｏ）と判断した場合は処理８１１の標準装置搭載の標準粒子ウェハアンロードへ進む。

スループットを優先するため、精度は落ちるが、標準粒子ウェハを使わない別のモードもある。処理８１６でスループット優先モードがＯＮの場合（Ｙｅｓ ８２４）、標準粒子ウェハをロードせず、３０％以上の割合を占めるチャンネルのゲインを下げる処理８１７を実行する。これにより標準粒子ウェハのロードとアンロード処理分スループットを向上する事ができる。スループット優先モードを切り替える画面を図１１に示す。

処理８１１で装置搭載の標準粒子ウェハをアンロードし、処理８１２で製品ウェハをロードし、処理８０１で再度検査を実行する。これにより装置の感度が不安定となっていても常に正常な結果を報告できるので、歩留まり管理精度の低下させる事なく装置を運用できるのである。

ホストへチャンネル毎の欠陥数を報告する事も、複数の検出系を搭載した装置であれば、検出系毎に分けて欠陥数を報告する事もできる。

処理８０６で８２１（Ｎｏ）と判断した場合は、処理８０８以降の標準粒子ウェハでの補正は必要なく、処理８０７検査結果を不良解析システムへ送信する処理を実行し、終了となる。

１ 半導体ウェハ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ チップ
１０ 照明手段
２０ 光電変換素子
３０ Ｘスケール
４０ Ｙスケール
１００ 処理装置
１１０ Ａ／Ｄ変換器
１２０ 画像処理装置
１２１ 画像比較回路
１２２ しきい値演算回路
１２３ しきい値格納回路
１３０ 異物判定装置
１３１ 判定回路
１３２，１３３ 係数テーブル
１４０ 座標管理装置
１５０ 検査結果記憶装置
３００ 入力部
３０１ 表示部
３０２ 出力部
３０３ データ演算処理部
３０４ 記憶部
３０５ ホストコンピュータ
４００ 製造プロセス
４０１，６０１ 上位ホスト
４０２ 欠陥検査装置
４０３ 解析装置・不良解析システム
４０４ 発塵原因の推定
４０５ 対策
５０１ 測定開始指示
５０２ 測定開始
５０３ 欠陥データ作成
５０４ 欠陥データ送信
５０５ 測定終了
６０２ 欠陥検査装置１
６０３ 欠陥検査装置２
６０４ 欠陥検査装置ｎ
７０１ 検査（従来技術）
７０２ 検査結果不良解析システム送信（従来技術）
８０１ 検査（本実施例）
８０２ 問い合わせ
８０３ 欠陥数保持
８０４ 欠陥数合計保持
８０５ 欠陥数割合保持
８０６，８１５，８１６ 判断
８０７ 検査結果不良解析システム送信（本実施例）
８０８ 製品ウェハアンロード
８０９ 装置搭載の標準粒子ウェハロード
８１０ ＴＤＩゲイン補正実行
８１１ 装置搭載の標準粒子ウェハアンロード
８１２ 製品ウェハロード
８１３，８１７ ゲイン下げ
８１４ 検査
８２０，８２２，８２４ 判断（Ｙｅｓ）
８２１，８２３，８２５ 判断（Ｎｏ）

Claims (5)

1. 検査装置において、
   基板を移動するステージと、
   前記基板へ光を照射する照射光学系と、
   前記基板からの光を検出するための複数の画素を有する検出部と、
   前記検出部の画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定する第１の処理部と、
   前記異常が発生した画素を補正する第２の処理部と、
   前記第２の処理部による補正後の画素の検出結果を用いて、前記基板の欠陥を判定する第３の処理部と、を有することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記第３の処理部による検査結果を受信するホストコンピュータを有することを特徴とする検査装置。
3. 請求項１に記載の検査装置において、
   表示部を有し、
   前記表示部は、前記画素ごとの信号を表示することを特徴とする検査装置。
4. 検査方法において、
   基板を移動し、
   前記基板へ光を照射し、
   前記基板からの光を検出するための複数の画素を有する検出部の画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定し、
   前記異常が発生した画素を補正し、
   前記補正後の画素の検出結果を用いて検査することを特徴とする検査方法。
5. 光学式検査システムにおいて、
   基板を移動するステージと、
   前記基板へ光を照射する照射光学系と、
   前記基板からの光を検出する複数の画素を有する検出部と、
   前記検出部の画素ごとの信号を計算し、前記検出部の異常を判定する第１の処理部と、
   前記異常が発生した画素を補正する第２の処理部と
   前記第２の処理部による補正後の画素を用いて検査を行う第３の処理部と、を有する光学式検査装置と、
   前記第３の処理部による検査結果を受信するホストコンピュータと、を有する光学式検査システム。

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