JP2012078143A - 異物検査装置及びアライメント調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンマッチングし難い条件にあるアライメントマークを持つ半導体ウエハについて、高精度な試料の位置合わせ、高感度な検査を実現する。
【解決手段】アライメントマークの画像データのパターン幅計測、輝度分布取得が可能な解析手段と、積算処理、減算処理、２値化処理、膨張処理、収縮処理が可能な画像処理手段を備え、画像データに処理を加えて、アライメントマークを明瞭にした後にパターンマッチングを行うようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体欠陥検査装置のように、検査の際にアライメント調整を行ってから、被検査物の表面に存在する異物を検出する異物検査装置に関する。

半導体ウェハ等の被検査物の表面に存在する異物，きず，欠陥，汚れ等（以下では、単に異物と称す）を検出する異物検査装置として、レーザー光等の光ビームを被検査物の表面に照射し、その際に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、被検査物の表面における異物の有無を検出するものが知られている。

例えば、半導体欠陥検査装置の場合は、本来同一のパターンを有する多数のＩＣチップが形成されている半導体ウェハに光ビームを照射し、各チップより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、これを、隣接するチップから得られた画像信号、若しくは予め用意した良品チップの画像信号と比較して、両者の偏差信号がしきい値以上にある場合は異物と判定する。

このような異物検査にあっては、被検査物である半導体ウェハに形成されたチップの画像信号を採取するとき、半導体ウェハの表面上の横方向に並設されたチップが、光ビームのスキャン方向に対して平行に載置されていることが必要である。なぜなら、このような異物検査では、検出したチップの画像信号を隣接したチップや良品チップの画像信号と比較して偏差信号を採取するため、チップが光ビームのスキャン方向と平行となるよう半導体ウェハが位置決めされないと、チップ内の配線レイアウトやチップ間のスクライブライン等、検出領域に含まれるパターンの種類や密度の違いで偏差信号にバラツキを生じ、検査結果に影響を及ぼすからである。

そこで、このような異物検査装置では、被検査物を光ビームのスキャン方向に対して平行に載置するための位置合わせ方法として、被検査物の表面のチップ内に形成されたアライメントマークを基準に、被検査物内の２点の座標（Ｘ、Ｙ）を採取し、その座標から算出された被検査物のズレ量を基に、被検査物が載置された検査ステージを移動させて補正が行われている。

一方で、近年の半導体の高集積化、微細化に伴い、より微小な異物の検出が必要となってきている。微小な異物からの反射光又は散乱光を正しく検出するためには、異物検査装置においては、上述した異物を判定するしきい値を低く設定する必要がある。しかし、しきい値を低く設定すると、偏差信号のバラツキによりノイズを異物と誤検出してしまう懸念がある。そのため、異物検査装置にあっては、感度の向上と誤検出の防止の両立が望まれている。

そこで 特許文献１記載の装置では、予め用意した良品チップの画像信号から、しきい値を加算し、膨張処理を加えた上限しきい値画像と、しきい値を減算し、収縮処理を加えた下限しきい値画像とを作成し、各チップで検出した画像信号を上限しきい値画像、下限しきい値画像の両方と比較するようにして、パターンのエッジ付近の位置ずれによる誤検出を防止している。

また、特許文献２記載の装置では、画像取得後にチップ間の位置合わせ処理を行い、また画像内で演算した複数の特徴量を算出、判定することで異物検出の感度を向上させている。

また、特許文献３では、異物判定後の画像（異物が有ると判定され場所を１、異物が無い場所と判定された場所を０とした２値画像）に対して、収縮・膨張処理を行うことで、誤検出した擬似異物を消去している。

さらに、感度の向上、及び誤検出の防止には、上述した特許文献１〜３に記載のように、画像信号取得後にこれら処理を行う他に、被検査物を載置した際のさらなる位置合わせ精度の向上により、偏差信号のバラツキを低減することが有効であるが、アライメントマークの微細化や、製造工程に起因したコントラスト低下により、位置合わせが難しくなってきている。

このような検査位置の位置合わせ方法に関しては、例えば、特許文献４には、レチクル基板の投影波形を基準画像データ（以下、テンプレート）として準備し、位置調整用レチクル基板から実際に得られた投影波形とのパターンマッチングからズレ量を求める装置が開示されている。

また、パターンマッチング方法に関しては、特許文献５には、被検査物から画像信号を検出し、画像を正規化し、同じく正規化したテンプレートと相関値を計算する正規化する正規化相関法が開示されている。

また、特許文献６には、画像信号より所定の特徴量を抽出して抽象化パターンを形成し、これと基準画像（テンプレート）から得られた抽象化パターンとをマッチングして一致度を計算する装置が開示されている。

特開２０１０−９１３６０号公報 特開２００８−３９５３３号公報 特開２０００−１８０３７７号公報 特開平１０−１０６９４１号公報 特開２００６−１０７０４６号公報 特開平１１−３４０１１５号公報

しかしながら、上述した従来技術では、次のような問題点があった。
特許文献１に開示された技術は、位置ずれによる偏差信号のバラツキには配慮が無く、パターンのエッジ付近以外では効果が期待できない。

また、特許文献２に開示された技術は、基本的に画素単位での補正を前提としたものであり、画素単位以下の補正に行われる補間（フィッティング）処理には精度の保証がなされていない。

また、特許文献３に開示された技術は、判定後の画像において、実際に微小な異物が有った場合でも誤検出とみなして消去してしまうおそれがあり、この点については何も配慮されていない。

また、特許文献４〜６に開示された技術のような、パターンマッチングを使った位置合わせの場合、後述する図５（ａ）に示すような、２重枠で形成されたパターンの場合、枠の幅程度ずれた場所でも高い一致度を示してしまい、正しくマッチングが取れない可能性がある。また、コントラストの低いアライメントマークの場合、一致度が低くマッチングできないことについても配慮されていない。

本発明は、上記した課題を鑑みなされたものであって、目的被検査物のアライメントマークがパターンマッチングし難い条件にある場合においても、認識不能や誤認識をしないようにパターンマッチングをすることにより、高精度な試料の位置合わせ、高感度な検査を実現することができる異物検査装置、並びにアライメント調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、被検査物の表面に光ビームを照射し、反射光又は散乱光の受光強度より画像信号を取得し、隣接した被検査物から得られた画像信号と比較して被検査物表面に存在する異物の有無を検査する異物検査装置において、前記被検査物の表面上の前記アライメントマークの画像データを採取する装置と、当該採取したアライメントマークのパターン画像のパターン幅又は輝度分布を取得する解析手段と、該解析手段により取得したパターン幅又は輝度分布に基づいて、当該採取したアライメントマークのパターン画像におけるアライメントマークの輪郭に該当する画素部分に対して積算処理、減算処理、２値化処理、膨張処理、収縮処理の中の少なくともいずれかを施す処理手段とを備え、画像データに処理を加えた後にパターンマッチングを行うようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、高精度な試料の位置合わせができ、高感度な検査を実現できる。

本発明の一実施の形態に係る異物検査装置の概略構成図である。 本実施の形態に係る異物検査装置による検査動作のフローチャートである。 二重枠線でその形状が輪郭付けられたパターン画像を、単枠の細線化したパターン画像として登録しなおす場合の、パターン画像の形成処理のフローチャートである。 アライメント演算処理部が実行する第１の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。 不鮮明なアライメントマークのパターン画像を、鮮明なアライメントマークのパターン画像として登録しなおす場合の、パターン画像の形成処理のフローチャートである。 アライメント演算処理部が実行する第２の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。 不鮮明なアライメントマークのパターン画像を、細線化したアライメントマークのパターン画像として登録しなおす場合の、パターン画像の形成処理のフローチャートである。 アライメント演算処理部が実行する第３の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。

以下に、本発明の実施形態に係る異物検査装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る異物検査装置の概略構成図である。
本実施の形態に係る異物検査装置１は、異物検出系の照明部１０と、結像手段２０ａ及び受光手段２０ｂを備えた同じく異物検出系の検出部２０と、Ｘスケール３０と、Ｙスケール４０と、異物検出系とは別系の表面高さ位置検出系の照明部５０と、一対の検出器６０ａ，６０ｂを備えた同じく表面高さ位置検出系の検出部６０と、検査の際に被検査物が搭載されて移動可能な検査ステージ７０と、異物検出系及び表面高さ位置検出系とは別系のアライメント検出系８０と、処理装置１００とを有している。

被検査物としての、表面にチップ３が形成されたウェハ２は、ウエハテーブル（図１では図示省略）に搭載されて検査ステージ７０に搬送された際、まず、アライメント検出系８０を含む後述のアライメント装置２００を用いて、後述するウェハ２のウェハ座標系と、検査ステージ７０の移動座標系との間でのＸ方向，Ｙ方向のオフセット、及び角度ずれθの補正がなされる。

異物検出系の照明部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ウェハ２の表面へ照射する。その際、検査ステージ７０がＸ方向又はＹ方向へ移動することによって光ビームのウェハ２の表面上における照射位置が相対移動し、レーザー装置１０から照射された光ビームがウェハ２の表面を走査することになる。つまり、検査ステージ７０を水平面内でその縦／横方向（Ｘ−Ｙ方向）に移動させて、ウェハ２の表面全体、又はその中の所望領域（所望のセルやダイ）について、検査光の走査照射を行うことができる。

異物検出系の検出部２０は、照明部１０からのウェハ２の表面への検査光の照射によって、ウェハ２の表面から反射又は散乱する光を受光してその光強度を検出する。その受光手段２０ｂは、例えばＴＤＩ(Time Delay and Integration)センサ，ＣＣＤセンサ，光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等から成り、ウェハ２の表面で発生した反射光や散乱光を結像手段２０ａを介して受光して、その光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により構成され、検査ステージ７０のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、処理装置１００へ出力する。これにより、処理装置１００では、この検査ステージ７０のＸ方向位置及びＹ方向位置に基づいて、検査ステージ７０に搭載されているウェハ２のウェハ座標系上における光ビームの照射位置を得ることができるとともに、ウェハ２の表面上におけるウェハ座標系上の所望の位置に光ビームを照射することができる。

表面高さ位置検出系の照明部５０は、被検査物の表面高さ位置を検出するための検査光（レーザー光）として、所定の波長及び角度からなる検査光（レーザー光）を発生する。

表面高さ位置検出系の検出部６０は、被検査物の上下方向に検出中心位置を互いに異にした一対の検出器６０ａ，６０ｂを備えている。照明部５０からのウェハ２の表面への検査光の照射によってウェハ２の表面から反射される光を各検出器６０ａ，６０ｂでそれぞれ受光して光強度を検出し、被検査物の表面高さ位置の検出信号として処理装置１００へ供給する。これにより、処理装置１００では、各検出器６０ａ，６０ｂからそれぞれ供給される検出信号に基づいて、被検査物の表面高さ位置に応じた異物検出系の焦点位置の調整等を行う。

アライメント検出系８０は、光源８１と、光源８１から放射された照明光をウェハ２のアライメントマーク４（４ａ，４ｂ）上に集光する照明光学系と、ウェハ２からの反射光をＣＣＤカメラ８７に集光する結像光学系とを有する。図示の例では、光源８１から出射した照明光は投影レンズ８２で平行光に変換され、ハーフミラー８３で反射され、第１対物レンズ８４で集光されてウェハ２の或る点、例えばアライメントマーク４ａに照射される。ウェハ２で反射した反射光は第１対物レンズ８４で平行光に変換された後、ハーフミラー８３を透過して、第２対物レンズ８５及び結像レンズ８６を介して、ＣＣＤカメラ８７の撮像素子に結像される。ＣＣＤカメラ８７は、その光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。

処理装置１００は、例えばＰＣのような、入出力装置及び機器接続インタフェースを備えているコンピュータ装置を利用して構成される。処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０（１１１，１１２）と、画像処理装置１２０（１２１，１２２）と、異物判定処理部１３０と、座標管理装置１４０と、検査結果記憶装置１５０と、ステージ制御装置１６０と、アライメント演算処理部１７０と、アライメント記憶装置１８０と、ユーザインタフェース装置１９０とを有している。

Ａ／Ｄ変換器１１１は、異物検出系の検出部２０の受光手段２０ｂから供給されるアナログ信号の画像信号を、デ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１１１から画像信号を入力して遅延することにより、検査光の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、検査光の走査で現在光ビームが照射されているチップのＡ／Ｄ変換器１１１からの画像信号と、１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップについての遅延回路からの画像信号との差分を生成する。画像処理装置１２１からは、Ａ／Ｄ変換器１１１からの画像信号と、差分検出回路により生成された画像信号の差分が異物判定処理部１３０に供給される。なお、画像処理装置１２１は、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備え、良品のチップの画像信号との比較を行い、その画像信号の差分を異物判定処理部１３０に供給するようにしてもよい。

異物判定処理部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は、後述する座標管理装置１４０から入力される座標情報を基に、その座標情報に対応付けられて格納されている係数を呼び出し、判定回路１３１へ出力する。この係数テーブル１３２，１３３に格納されている係数は、座標情報を基に呼び出されて判定回路１３１に出力された際に、判定回路１３１において、画像処理装置１２１に予め設定されている対応座標の基準のしきい値に乗じられる。したがって、判定回路１３１では、欠陥判定に用いるしきい値を係数テーブル１３２，１３３いずれからの係数を乗算して作成するかにより、柔軟な調整を可能にしている。

判定回路１３１には、画像処理装置１２１から隣接するチップ相互の画像信号の差分が入力され、係数テーブル１３２，１３３からは判定用のしきい値に変更するための係数が入力される。判定回路１３１は、予め設定されている異物判定のための対応座標の基準のしきい値に対し、予め設定した条件に応じて係数テーブル１３２，１３３から供給される係数を選択的に乗算して、画像処理装置１２１からの対応画素の差分信号に適用する判定用のしきい値を作成する。ここで、予め設定した条件とは、例えば、多数の同一又は同様な製品を検査した過去の検査・分析データの蓄積等に基づき設定されたもので、例えば、画像処理装置１２０から入力される画像信号の差分がウェハ２のエッジ近傍部分に位置するチップ同士のものであるか否か、等といった条件が該当する。

そして、判定回路１３１は、画像信号の差分と、この作成した判定用のしきい値とを比較し、差分が判定用のしきい値以上である場合には、当該画素の差分信号が異物や欠陥からの散乱光に基づいているものと判定する。このようにして、判定回路１３１では、光ビームが照射されている半導体ウェハ２上の照射位置等の違いにかかわらず、正確な異物判定が行えるようになっている。

その上で、判定回路１３１は、判定結果を検査結果記憶装置１５０に出力して記憶させる。その際、判定回路１３１は、判定に用いたしきい値の大きさ等の情報も検査結果記憶装置１５０へ併せて出力し、検査結果記憶装置１５０に判定結果と対応付けて記憶しておくようになっている。

このように、異物検出系の照明部１０，異物検出系の検出部２０，並びに処理装置１００におけるＡ／Ｄ変換器１１１，画像処理装置１２１，及び異物判定処理部１３０は、異物検査装置１における異物判定装置として機能する。

一方、座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から供給される検査ステージ７０の移動座標系による位置座標を基に、現在の光ビームの照射位置に該当する半導体ウェハ２上のウェハ座標系による位置座標を演算して、その座標情報を出力する。座標管理装置１４０は、その半導体ウェハ２上のウェハ座標系による位置座標の演算にあたって、異物検査を行うに際してアライメント演算処理部１７０から供給されるアライメント情報を基に、移動座標系による位置座標とウェハ座標系による位置座標との間に生じているＸ方向，Ｙ方向，及び回転方向θの座標ずれについて補正し、現在の光ビームの照射位置に該当する半導体ウェハ２上のウェハ座標系による位置座標を演算する。この演算されたウェハ座標系による位置座標は、異物判定処理部１３０の係数テーブル１３２，１３３、検査結果記憶装置１５０に供給される。これにより、検査結果記憶装置１５０では、判定結果及びしきい値の大きさ等と対応付けて、該当するウェハ座標系による位置座標も記憶される。

ステージ制御装置１６０は、アライメント調整時、異物検査時等に、設定されたステージ移動条件に従って、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から供給される検査ステージ７０の移動座標系による位置座標を基に、検査ステージ７０のＸ方向及びＹ方向の移動を制御する。その際、例えば、異物検査時等において、ユーザインタフェース装置１９０を用いてウェハ座標系上の所望領域（所望のセルやダイ）が対象領域として指定され、ステージ移動条件がウェハ座標系上の座標からなる場合には、ステージ制御装置１６０は、アライメント演算処理部１７０から供給されるアライメント情報等を基に、その対象領域について、指定されたウェハ座標系上による位置座標から検査ステージ７０の移動座標系による位置座標に変換し、検査ステージ７０のＸ方向及びＹ方向の移動を制御する。

また、ステージ制御装置１６０は、検出部６０による被検査物の表面高さ位置の検出結果を基に、検査ステージ７０の被検査物の搭載面をＺ方向に必要に応じて上下動させて、異物検出系の照明部１０からの検査光について焦点位置の調整も行うようになっている。

ユーザインタフェース装置１９０は、出力部としての画像表示部１９１，例えばキーボード，マウス等といった入力部１９２を含んでいる。画像表示部１９１には、画像処理装置１２０（１２１，１２２）から出力される画像信号に基づく検出画像、異物判定処理部１３０やアライメント処理部１７０による異物判定結果やアライメント結果、又はアライメント調整や異物検査に係る設定・操作画面、等が表示される。入力部１９２は、画像表示部１９１に表示される設定・操作画面の表示に基づいて各種設定操作を行う際等に操作される。

一方、Ａ／Ｄ変換器１１２は、アライメント検出系８０のＣＣＤカメラ８７から供給されるアナログ信号の画像信号を、デ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１２２は、Ａ／Ｄ変換器１１２からの画像信号に基づいてＣＣＤカメラ８７による撮像部分の画像情報、すなわち検出画像を生成する。なお、アライメント検出系８０のＣＣＤカメラ８７が、検出画像を直接出力することができる場合は、Ａ／Ｄ変換器１１２及び画像処理装置１２２は省略可能である。

アライメント演算処理部１７０は、画像処理装置１２２から入力された画像情報について、予め記憶させておいた設定値、順序で画像処理を実行し、パターン画像を形成する。もし、その処理方法が記憶されていない場合は、ユーザインタフェース部１９０を使用して、後で説明する方法で新たに登録する。パターン画像形成後は、アライメント演算処理部１７０は、形成されたパターン画像を計測画像として、次に述べるアライメント記憶装置１８０に保存しておいた基準アライメントマーク画像とのパターンマッチングを行う。

この計測画像と基準アライメントマーク画像との間で一致する形状箇所が見つかり、アライメントマーク４のパターンマッチングが取れた際は、パターンマッチングが取れたアライメントマーク４の実座標として、その一致する形状箇所についての検査ステージ７０の移動座標系の座標を取得する。この実座標は、計測画像と基準アライメントマーク画像との間でアライメントマーク４のパターンマッチングが取れた際の、その計測画像を取得するためにステージ制御装置１６０に指示した、検査ステージ７０のＸ方向及びＹ方向の移動先についての移動座標系の座標値に基づいて算出されるものである。アライメント演算処理部１７０は、このようにして、ウェハ２内の異なる２個のチップ３ａ，３ｂについてアライメントマーク４ａ、４ｂの実座標の取得を行い、この取得したアライメントマーク４ａ、４ｂの実座標と、予め基準アライメントマーク画像と対応付けて保存されている基準アライメントマークの、ウェハ座標系における対応する一致する形状箇所の位置座標とから、検査ステージ７０の移動座標系と被検査物としてのウェハ２のウェハ座標系との間のＸ方向，Ｙ方向，及び回転方向θの座標ずれを算出する。そして、アライメント演算処理部１７０は、このＸ方向，Ｙ方向，及び回転方向θの座標ずれを補正値として、座標管理装置１４０やステージ制御装置１６０といった必要部に供給する。

アライメント記憶装置１８０は、このアライメント演算処理部１７０の処理に必要な、例えば、基準アライメント画像，基準アライメントマークのウェハ座標系における位置座標，処理順序，計測画像を取得するための検査ステージ７０の移動指定範囲，等といったアライメント情報を記憶している。なお、アライメント記憶装置１８０に保存されているアライメント情報は、異物検査装置１自体がネットワークを介して異物検査に係るデータ管理サーバ等の機器に接続されている場合は、所定の被検査物の異物検査の開始に当たってこれら外部機器により登録更新されるようになっていてもよい。

このように、アライメント検出系８０，処理装置１００におけるＡ／Ｄ変換器１１２，画像処理装置１２２，アライメント演算処理部１７０，及びアライメント記憶装置１８０は、異物検査装置１におけるアライメント装置２００として機能する。

次に、本実施の形態に係る異物検査装置１による検査動作について説明する。
図２は、本実施の形態に係る異物検査装置による検査動作のフローチャートである。

異物検査の開始に当たって、処理装置１００は、図示しない搬送部を作動させて、被検査物のウェハ２を複数収納したウェハカセットから今回検査対象の一のウェハ２を、同じく図示しないプリアライメント用のステージに搬送する（Ｓ２０１）。

処理装置１００は、このプリアライメント用のステージに載置されたウェハ２の外周及びＶノッチ（又はオリフラ等）の位置をプリアライメント用の検出器を用いて検出する。処理装置１００は、その検出結果に基づいて、プリアライメント用のステージを移動及び回転して、ウェハ２の回転ずれθが一定の範囲内に収まるように粗調整した後（Ｓ２０２）、搬送部を作動させて、プリアライメント用のステージから検査ステージ７０に搬送して載置する（Ｓ２０３）。したがって、ウェハ２が検査ステージ７０に載置された状態では、ウェハ２の回転ずれθが一定の範囲内に収まるように粗調整されている。その後、処理装置１００は、アライメント装置２００としてのアライメント演算処理部１７０等に対し、ステップＳ２０４〜Ｓ２１６に示したアライメント動作を実行させる。

まず、アライメント演算処理部１７０は、アライメント記憶装置１８０に保存されているアライメント情報を基に、アライメント検出系８０による照明光の照射位置が、ウェハ上の予め指定したチップ（第１チップ）３ａになるように、検査ステージ７０を移動させる（Ｓ２０４）。移動後、アライメント演算処理部１７０は、さらに、アライメント記憶装置１８０に保存されているアライメント情報を基に、チップ３ａ周辺のアライメントマークがあると思しき場所がアライメント検出系８０による照明光の照射位置になるように検査ステージ７０を移動指定範囲に基づき移動させ（Ｓ２０５）、その場所の画像情報を採取する（Ｓ２０６）。アライメント演算処理部１７０は、その採取した画像情報について、予め記憶させておいた設定値、順序で後述するパターン画像の形成処理を実行し、その採取した画像情報についてのパターン画像を取得する（Ｓ２０７）。そして、アライメント演算処理部１７０は、この取得したパターン画像を計測画像として、アライメント記憶装置１８０に保存しておいた基準アライメントマーク画像とのパターンマッチングを行う（Ｓ２０８）。アライメント演算処理部１７０は、計測画像と基準アライメント画像との間で一致する形状箇所が見つかり、アライメントマーク４ａのパターンマッチングが取れた際は、パターンマッチングが取れたアライメントマーク４ａの実座標として、その一致する形状箇所についての検査ステージ７０の移動座標系の座標を取得する（Ｓ２０９）。これに対し、このパターンマッチングが取れなかった場合は、アライメント演算処理部１７０は、この取得したパターン画像内にアライメントマーク４ａは無いと判断し、再度、ステップＳ２０５〜Ｓ２０８を実行する。

一方、アライメント演算処理部１７０は、第１チップ３ａにてアライメントマーク４ａを検出したならば（Ｓ２０９）、今度は、アライメント記憶装置１８０に保存されているアライメント情報を基に、アライメント検出系８０による照明光の照射位置が、ウェハ上の予め指定したチップ（第２チップ）３ｂになるように、検査ステージ７０を移動させる（Ｓ２１０）。そして、アライメント演算処理部１７０は、第１チップ３ａに対して行ったステップＳ２０５〜Ｓ２０８の処理と同様な、検査ステージ７０の移動指定範囲に基づくチップ３ｂ周辺のアライメントマーク４ｂがあると思しき場所のサーチ処理（Ｓ２１１）、その場所でのアライメントマーク４ｂの画像情報採取処理（Ｓ２１２）、パターン画像の形成処理（Ｓ２１３）、パターン画像と基準アライメントマーク画像とのパターンマッチング処理（Ｓ２１４）を、パターン画像と基準アライメントマーク画像との間で一致する形状箇所が見つかり、アライメントマーク４ｂのパターンマッチングが取れるまで、検査ステージ７０の移動指定範囲において繰り返して行う。

そして、アライメント演算処理部１７０は、ステップＳ２１４のパターンマッチング処理でパターン画像と基準アライメントマーク画像との間で一致する形状箇所が見つかり、アライメントマーク４ｂのパターンマッチングが取れたならば、この一致した形状箇所の検査ステージ７０のＸ方向及びＹ方向の移動先についての移動座標系の座標値を、アライメントマーク４ｂの場所の実座標として取得する（Ｓ２１５）。

この取得したアライメントマーク４ａ，４ｂの場所の実座標を基に、アライメント演算処理部１７０は、ウェハ２のウェハ座標系と、検査ステージ７０の移動座標系との間でのＸ方向，Ｙ方向のオフセット、及び角度ずれθを算出する（Ｓ２１６）。その上で、アライメント演算処理部１７０は、これらを補正値として、座標管理装置１４０やステージ制御装置１６０といった必要部に供給する。

処理装置１００は、アライメント演算処理部１７０を含むアライメント装置２００による上述したアライメント動作が終わったならば、異物判定処理部１３０を含む異物判定装置としての前述したウェハ検査処理を実行する（Ｓ２１７）。そして、処理装置１００は、前述したウェハ検査処理を実行終了したならば、検査が終了したウェハ２を検査ステージ７０から搬出し（Ｓ２１８）、ウェハ２をウェハカセット収納に搬送して戻す。

その上で、本実施の形態に係る異物検査装置１では、アライメント演算処理部１７０が、この計測画像と基準アライメントマーク画像とのパターンマッチングを行う際に、基準アライメントマーク画像上の基準アライメントマークが例えば二重枠線のような多重枠線や太い単枠でその形状が輪郭付けられていたり、基準アライメントマーク画像自体が不鮮明である場合であっても、上述のステップＳ２０７，Ｓ２１３と同様なパターン画像の形成処理を行い、単枠で細線化したり、鮮明化した基準アライメントマークのパターン画像の形成処理を行う。そして、多重枠線や太い単枠でその形状が輪郭付けられた基準アライメントマークや不鮮明な元の基準アライメントマーク画像に代えて、この単枠で細線化したり、鮮明化した基準アライメントマークのパターン画像を基準アライメントマーク画像として登録しなおことができることができるようになっている。

さらに、そのパターン画像の形成処理で取得した、単枠で細線化したり、鮮明化した基準アライメントマークのパターン画像を得るための設定値、順序は、被検査物から採取したアライメントマークのパターン画像を得るために、利用することができるようになっている。

以下、上述のステップＳ２０７，Ｓ２１３でアライメント演算処理部１７０が実行する基準アライメントマークや被検査物から採取したアライメントマークについてのパターン画像の形成処理について詳述する。

ここでは、まず、第１の実施例として、二重枠線でその形状が輪郭付けられた基準アライメントマークについて、上述のステップＳ２０７，Ｓ２１３と同様なアライメントマークのパターン画像の形成処理を予め記憶させておいた設定値、順序で実行し、単枠の細線化した基準アライメントマーク画像のパターン画像を作成する場合において、アライメント演算処理部１７０が実行するパターン画像の形成処理を説明する。

図３は、二重枠線でその形状が輪郭付けられた基準アライメントマークのパターン画像を、単枠の細線化したパターン画像として登録しなおす場合の、パターン画像の形成処理のフローチャートである。

図４は、その際にアライメント演算処理部が実行する第１の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。

まず、ユーザは、ユーザインタフェース部１９０の入力部１９２を操作して、図４（ａ）に示すような、アライメント記憶装置１８０に保存されている二重枠線でその形状が輪郭付けられた基準アライメントマークのパターン画像４００を採取し、ユーザインタフェース部１９０の画像表示部１９１に表示させる（Ｓ３０１）。

次に、ユーザは、ユーザインタフェース部１９０の画像表示部１９１の画面上で、基準アライメントマークの二重枠線のオリジナルのパターン画像４００から、その二重枠線の枠間（線間）距離を計測する箇所４０１（例えば、Ｘ方向４０１ｘ，Ｙ方向４０１ｙの２箇所）を、ユーザインタフェース部１９０の入力部１９２を操作して設定選択する（Ｓ３０２）。

これにより、アライメント演算処理部１７０は、アライメント記憶装置１８０からこのオリジナルの基準アライメントマークのパターン画像４００の選択箇所４０１に係る断面プロファイルを取得し、そこからこの計測箇所４０１ｘ，４０１ｙの枠間距離ｄｘ１，ｄｙ１を計測する（Ｓ３０３）。

アライメント演算処理部１７０は、この計測した枠間距離ｄｘ１，ｄｙ１を基に、式（１），式（２）に従って計算し、ｘ方向、ｙ方向それぞれについて、二重枠線がつながるような最小の収縮処理の幅ｅｘ１，ｅｙ１を決定する。

ここで、枠間距離ｄｘ１，ｄｙ１は、オリジナルの基準アライメントマークのパターン画像４００上の画素数により取り込まれ、枠間距離ｄｘ１，ｄｙ１の画素数が偶数である場合は、二重枠線がつながる最小の収縮処理の幅ｅｘ，ｅｙを式（１）に基づき、ｄｘ１／２，ｄｙ１／２に決定し、枠間距離ｄｘ１，ｄｙ１の画素数が奇数である場合は、二重枠線がつながる最小の収縮処理の幅ｅｘ，ｅｙを式（２）に基づき、(ｄｘ１＋１)／２，(ｄｙ１＋１)／２に決定する。

続いて、アライメント演算処理部１７０は、この決定した収縮範囲（収縮処理の幅ｅｘ１，ｅｙ１）で、オリジナルの基準アライメントマークのパターン画像４００について、画像情報の収縮処理を行う（Ｓ３０４）。

ここで、収縮処理とは、パターン画像４００の収縮範囲内における各画素の輝度値を、近傍の画素中の最小輝度値に置き換える処理である。

例えば、近傍の画素を、自身を取り巻く８画素として規定した場合、その輝度値の置き換え処理について式で表すと、式（３）のようになる。

式（３）は、収縮範囲内の位置（ｉ，ｊ）で表わされる画素を対象画素とし、この対象画素の輝度を、自身と自身を取り巻く８個の位置（ｉ−１，ｊ−１）〜（ｉ＋１，ｊ＋１）の画素の中で、輝度が最も低い画素の輝度値に置き換える方法を示している。

なお、式（３）において、ｉ，ｊは画素の位置、Ｄｅｓｔは処理後の対象画素の輝度、Ｉｍｇは元の対象画像の輝度をそれぞれ表す。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したオリジナルの基準アライメントマークのパターン画像に適切な収縮処理を加えた例を示したものである。

この決定した収縮範囲内の収縮処理により、オリジナルの基準アライメントマークのパターン画像４００の二重枠線の間の領域が埋まり、単枠の太い基準アライメントマークのパターン画像４１０が形成される。また、同時に、オリジナルの基準アライメントマークのパターン画像４００中の、収縮範囲内の明るい孤立点も除去することができる。

この収縮処理後、アライメント演算処理部１７０は、この形成した単枠の太い基準アライメントマークのパターン画像４１０のパターン幅（ｄｘ２，ｄｙ２）を計測する（Ｓ３０５）。

この時、計測場所は２重枠線の枠間距離計測の場合と同じ場所４０１，４０２を使用するようにしてもよいし、新たな別の場所４１１，４１２を前述したステップＳ３０２の処理と同様にしてユーザが選択するようにしてもよい。

そして、アライメント演算処理部１７０は、この計測したパターン幅ｄｘ２，ｄｙ２を基に、式（４），式（５）に従って計算し、ｘ方向、ｙ方向それぞれについて、その単枠のパターン幅（枠線の太さ）が最小になる、最大の膨張処理の幅ｆｘ２，ｆｙ２を決定する。

ここで、この最大の膨張処理の幅ｆｘ２，ｆｙ２は、計測したパターン幅ｄｘ２，ｄｙ２の画素数が偶数である場合は、単枠が無くならないように最大の膨張処理の幅ｆｘ２，ｆｙ２を、式（４）に基づき{ｄｘ２／２}−１，{ｄｙ２／２}−１に決定し、枠間距離ｄｘ２，ｄｙ２の画素数が奇数である場合は、単枠が無くならないように最大の膨張処理の幅ｆｘ２，ｆｙ２を式（５）に基づき、{ｄｘ２＋１}／２，{ ｄｙ２＋１}／２に決定する。

続いて、アライメント演算処理部１７０は、この単枠の太い基準アライメントマークのパターン画像４１０に基づき決定した膨張範囲（膨張処理の幅ｆｘ２，ｆｙ２）で、このパターン画像４１０について、画像情報の膨張処理を行う（Ｓ３０６）。

ここで、膨張処理とは、パターン画像４１０の膨張範囲内における各画素の輝度値を、近傍の画素中の最大輝度値に置き換える処理である。

例えば、近傍の画素を、自身を取り巻く８画素として規定した場合、その輝度値の置き換え処理について式で表すと、式（６）のようになる。

式（６）は、膨張縮範囲内の位置（ｉ，ｊ）で表わされる画素を対象画素とし、この対象画素の輝度を、自身と自身を取り巻く８個の位置（ｉ−１，ｊ−１）〜（ｉ＋１，ｊ＋１）の画素の中で、輝度が最も高い画素の輝度値に置き換える方法を示している。

なお、式（６）において、ｉ,ｊは画素の位置、Ｄｅｓｔは処理後の対象画素の輝度、Ｉｍｇは元の対象画像の輝度をそれぞれ表す。

図４（ｃ）は、図４（ｂ）に示した単枠の太い基準アライメントマークのパターン画像に適切な膨張処理を加えた例を示したものである。

この決定した膨張範囲内の膨張縮処理により、単枠の太い基準アライメントマークのパターン画像４１０のパターン幅は細くなり、パターン幅が最小の、例えば１〜２画素の単枠線の基準アライメントマークのパターン画像４２０が形成される。また、同時に、画像中の、膨張範囲内の暗い孤立点を除去することもできる。

以上述べた、一連の収縮処理及び膨張処理からなるパターン画像の形成処理を加えることで、オリジナルの二重枠線の基準アライメントマークのパターン画像４００から、単枠の細線化した基準アライメントマークのパターン画像４２０を作成し、登録することができる。

アライメント演算処理部１７０は、前述の図２におけるステップＳ２０５〜Ｓ２０８及びステップＳ２１１〜Ｓ２１４のアライメント実行時には、基準アライメントマークのパターン画像４２０を画像登録時に決定した収縮処理、膨張処理の範囲と同じ範囲で、ステップ２０６及びステップＳ２１２で採取したパターン画像についても、ステップ２０７及びステップＳ２１３に示すパターン画像の形成処理で収縮処理、膨張処理を行ってから、この一連の収縮処理及び膨張処理からなるパターン画像の形成処理を加えた基準アライメントマークのパターン画像４２０と、図２のステップ２０８及びステップＳ２１４に示すパターンマッチング処理を行う（Ｓ３０７）。

もし、ステップ２０７及びステップＳ２１３で行った、基準アライメントマークのパターン画像４２０を形成した際の順序、設定で、被検査物から採取したパターン画像について形成処理を行い、その収縮、膨張処理の結果、パターンの一部が失われてしまう場合は（Ｓ３０８）、ステップ３０４以下の処理を繰り返し行うにあたって、必要に応じて、収縮処理の範囲を広げたり、或いは膨張処理の範囲を狭めたりすることもできるし、パターンが太く残ってしまう場合には、膨張処理の範囲を広げることもできる。

次に、第２の実施例として、図３のステップ２０７及びステップＳ２１３に示すパターン画像の形成処理で、不鮮明なパターンを明瞭化する場合の、アライメント演算処理部１７０が実行するパターン画像の形成処理を説明する。

図５は、不鮮明なアライメントマークのパターン画像を、鮮明なアライメントマークのパターン画像に登録しなおす場合の、パターン画像の形成処理のフローチャートである。

図６は、その際にアライメント演算処理部が実行する第２の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。

不鮮明パターンは、例えばウェハ上に別の材質でパターンを形成した際に、パターンの材質の光学特性がウェハと近い時に発生する。この時、ユーザは、例えば図６（ａ）に示すような、不鮮明なアライメントマークのパターン画像を取得後（Ｓ５０１）、まずパターン画像のＳ／Ｎ改善処理を施す（Ｓ５０２）。

Ｓ／Ｎ改善処理は、ランダムノイズを低減するために、複数回画像を取得し、積算処理をかけてもよいし、ＣＣＤカメラの感度ムラの影響を低減するために、配線等のパターンの無い場所でパターン画像を取得して減算処理を行ってもよいし、又は両方の処理を適用してもよい。

続いて、アライメント演算処理部１７０は、アライメントマークのパターン画像の輝度分布を取得する（Ｓ５０３）。

輝度分布は、例えば図６（ｂ）に示すように、材質毎に異なる輝度値にピークを持っているため、そこから最適な値（輝度ピークの間の谷の部分）をしきい値に決定して（Ｓ５０４）、例えば図６（ｃ）に示すように、画像を２値化する（Ｓ５０４）。

以上の一連の処理を加えることで、不鮮明なアライメントマークのパターン画像を鮮明にすることができ、アライメント成功確率を向上させることができる。

本実施例のパターン画像の形成処理は、基準アライメントマークのパターン画像の登録時のみに基準アライメントマークのパターン画像に対して適用してもよいし、アライメント実行時に、図２に示すステップ２０６及びステップＳ２１２で被検査物から採取したパターン画像にステップ２０７及びステップＳ２１３で適用してもよい。その適用についても、パターン画像の登録時又は採取時に、アライメント演算処理部１７０が登録又は採取したパターン画像に基づいて自動でしきい値を決定して２値化して行う構成とすることも、ユーザインタフェース装置１９０を用いてユーザにしきい値の決定等を確認させながら行わせる構成とすることも可能である（Ｓ５０６）。基準アライメントマーク画像登録時のみに適用した場合は、アライメント時間の増加を防ぐことができる。

もし、輝度分布から適切なしきい値が決められない場合は（Ｓ５０７）、Ｓ／Ｎ改善処理からやり直してもよいし、実際にしきい値を振りながら２値化前の画像とパターンマッチングをかけ、一致度が最大になる値をしきい値としてもよい。

また、アライメントマークとその周辺部が３種類以上の材質で形成されている場合、しきい値を複数用意して多値化（例えば、３種類の材質の場合、２個のしきい値で３値化）してもよい。

次に、第３の実施例として、図３のステップ２０７及びステップＳ２１３に示すパターン画像の形成処理で、不鮮明なパターンを明瞭化する場合の、アライメント演算処理部１７０が実行するパターン画像の形成処理を説明する。

図７は、不鮮明なアライメントのパターン画像を、細線化したアライメントマークのパターン画像として登録する時のフローチャートである。

図８は、その際にアライメント演算処理部が実行する第２の実施例に係るパターン画像の形成処理の経過を模式的に表した図である。

材質間の輝度ピークが近い場合や、ノイズを十分低減できなかった場合、図８（ａ）に示すように、アライメントマークのパターン画像中の、パターン部、背景部の両方に多数の孤立点（ノイズ）が乗ってしまうことがある。

このような不鮮明パターンは、例えばウェハ上に別の材質でパターンを形成した際に、材質間の輝度ピークが近い場合や、ノイズを十分低減できなかった場合に発生する。

この時、ユーザは、アライメントマークのパターン画像を取得後（Ｓ７０１）、まず画像のＳ／Ｎ改善処理を施す（Ｓ７０２）。

そして、ユーザは、まず、Ｓ／Ｎ改善処理を施したパターン画像を２値化した上で（Ｓ７０３）、ユーザインタフェース装置１９０を用いて、画像のパターン部（アライメントマーク）、背景部（アライメントマークの周り）を見比べ、パターン部の方が明るい場合は前述した収縮処理を、暗い場合は前述した膨張処理を第一の処理として選択し、逆の処理（収縮なら膨張、膨張なら収縮）を第二の処理として選択する（Ｓ７０４）。この２値化処理選択処理は、装置側のアライメント演算処理部１７０が、アライメント記憶装置１８０に予め記憶されている情報を基に自動的に実行することも可能である。

図８ (a)は、上述したステップＳ７０３で２値化した画像例である。
この場合はパターン部が背景部よりも明るいため、膨張処理を第一の処理として、収縮処理を第二の処理として選択する。続いて、選択した順序に従って処理を加える。

第一の処理の範囲は、ユーザインタフェース装置１９０を用いて、処理後の画像を確認しながら、パターン画像内部のノイズ（孤立点）が消去できるようにユーザが設定してもよいし、装置側のアライメント演算処理部１７０が、パターン画像内のノイズ（孤立点）のうち、一番大きいものを検出して、そこから処理幅を決定するようにしてもよい。

第一の処理を加えると（Ｓ７０４）、例えば図８(ｂ)のような、パターン中のノイズが無い画像を得ることができる。その後に、この画像に対して第二の処理を加える（Ｓ７０６）。

第二の処理の範囲は、背景部のノイズ（孤立点）が消去できるような範囲をユーザが設定してもよいし、実施例１と同じように、装置側でパターン幅を計測し、パターン幅が最小となるように設定してもよい。

以上の一連の処理を加えることで、不鮮明なパターン画像から、細線化した鮮明なパターン画像を作成し、登録することができる。

アライメント実行時には、実施例１と同じように処理範囲を登録時と同じにして、アライメント演算処理部１７０が採取したパターン画像に対して上述した同様に第一，第二の処理等を実行すればよいし（Ｓ７０７）、もし、収縮、膨張処理の結果ノイズが残る、パターンの一部が欠ける等の問題があれば（Ｓ７０８）、装置側で処理の範囲や２値化の閾値を変えるようにしてもよいし、若しくはユーザインタフェース装置１９０を用いてユーザが変更できるようにしてもよい。

１ 異物検査装置、
２ ウェハ
３ チップ
４ アライメントマーク
１０ 照明部（異物検出系）、
２０ 検出部（異物検出系）、
３０ Ｘスケール、
４０ Ｙスケール、
５０ 照明部（表面高さ位置検出系）、
６０ 検出器（表面高さ位置検出系）、
７０ 検査ステージ
８０ アライメント検出系、
１００ 処理装置、
１１０（１１１，１１２） Ａ／Ｄ変換器、
１２０（１２１，１２２） 画像処理装置、
１３０ 異物判定処理部、
１３１ 判定回路
１３２，１３３ テーブル
１４０ 座標管理装置、
１５０ 検査結果記憶装置、
１６０ ステージ制御装置、
１７０ アライメント演算処理部
１８０ アライメント記憶装置
１９０ ユーザインタフェース装置
１９１ 画像表示部
１９２ 入力部
２００ アライメント測定装置
４００ 基準アライメントマーク

Claims (2)

1. 被検査物の表面に光ビームを照射し、反射光又は散乱光の受光強度より画像信号を取得し、隣接した被検査物から得られた画像信号と比較して被検査物表面に存在する異物の有無を検査する異物検査装置において、
   前記被検査物の表面上の前記アライメントマークの画像データを採取する装置と、
   当該採取したアライメントマークのパターン画像のパターン幅又は輝度分布を取得する解析手段と、
   該解析手段により取得したパターン幅又は輝度分布に基づいて、当該採取したアライメントマークのパターン画像におけるアライメントマークの輪郭に該当する画素部分に対して積算処理、減算処理、２値化処理、膨張処理、収縮処理の中の少なくともいずれかを施す処理手段と
   を備えていることを特徴とする異物検査装置。
2. 被検査物の表面上の前記アライメントマークの画像データを採取する採取工程、
   当該採取したアライメントマークのパターン画像のパターン幅又は輝度分布を取得する解析する解析工程、
   該解析工程により取得したパターン幅又は輝度分布に基づいて、アライメントマークの輪郭に該当するパターン画像の画素部分に対して積算処理、減算処理、２値化処理、膨張処理、収縮処理の中の少なくともいずれかを施す処理工程
   を有するアライメント調整方法。

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