JP2023142884A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を自動で検出することができる欠陥検査装置を提供する。【解決手段】欠陥検査装置１は、チップ３１の画像を撮像する撮像部１４を備えた光学顕微鏡１０と、チップの画像を撮像するための光学条件を制御する制御部２０と、予め検出されたチップ内における欠陥の位置が記憶された記憶部２５とを備え、撮像部は、光学条件を変えながら、記憶部に記憶された欠陥を含む領域の第１の画像、及び、欠陥を含む領域と同じ領域で、欠陥を含まない領域の第２の画像を撮像し、第１の画像の特徴量と、第２の画像の特徴量とを比較することにより、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する検出手段を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を検査する欠陥検査装置、及び欠陥検査方法に関する。

半導体デバイスは、１枚の半導体ウェハ上に、複数の半導体デバイス回路（チップ）をマトリクス状に繰り返し形成した後、個々のチップに個片化して、個片化したチップをパッケージングすることにより製造される。

個々のチップが個片化される前に、ウェハ上に形成された各チップの外観パターンを逐次撮像しながら、検査画像と基準画像とを、画素単位で比較して、対比した画素同士の輝度値の差などに基づいて、チップ内の欠陥を検出している（例えば、特許文献１）。

特開２００７－１５５６１０号公報

チップ内の欠陥検査は、光学顕微鏡でチップの画像を撮像しながら行われるが、欠陥がはっきり見えるような光学顕微鏡の光学条件を設定する必要がある。

人が手動で光学条件を設定する場合、欠陥の位置が分かっていても、光学顕微鏡を欠陥を含む領域に移動して、光学条件を変更して、検査画像を目視で確認することで、欠陥がはっきり見える光学条件を探索している。

しかしながら、光学条件は多数あるため、人が全ての光学条件を探索することは難しく、また、人が目視で判断しているため、人によって欠陥の検出にばらつきが生じるおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を、光学顕微鏡を用いて検査する欠陥検査装置において、簡単な方法で、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を自動で検出することができる欠陥検査装置、及び欠陥検査方法を提供することにある。

本発明に係る欠陥検査装置は、ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、チップの画像を撮像する撮像部を備えた光学顕微鏡と、光学顕微鏡でチップの画像を撮像するための光学条件を制御する制御部と、予め検出されたチップ内における欠陥の位置が記憶された記憶部とを備え、撮像部は、制御部で光学条件を変えながら、記憶部に記憶された欠陥を含む領域の第１の画像、及び、欠陥を含む領域と同じ領域で、欠陥を含まない領域の第２の画像を撮像し、第１の画像の特徴量と、第２の画像の特徴量とを比較することにより、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する検出手段を備えている。

本発明によれば、ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を、光学顕微鏡を用いて検査する欠陥検査装置において、簡単な方法で、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を自動で検出することができる欠陥検査装置、及び欠陥検査方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における欠陥検査装置１の構成を模式的に示した図である。 第１の実施形態における欠陥検査装置を用いて、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する方法を示したフローチャートである。 （Ａ）～（Ｃ）は、図２に示したフローチャートに従って、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する方法を説明した図である。 第１の実施形態の変形例における最適な光学条件を検出する方法を説明した図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、本発明の第２の実施形態において、複数の良品チップについて、学習データを作成する方法を説明した図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、欠陥領域Ａにおける各画素の輝度値ｇ_ｉ、及び感度値Ａ_ｉを示した図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、良品領域Ｂにおける各画素の輝度値ｇ'_ｉ、及び感度値Ａ'_ｉを示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における欠陥検査装置１の構成を模式的に示した図である。

図１に示すように、本実施形態における欠陥検査装置１は、ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、光学顕微鏡１０と、チップの画像を撮像するための光学条件を制御する制御部２０と、予め検出されたチップ内における欠陥の位置を記憶する記憶部２５と、光学顕微鏡１０で、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する検出手段４０備えている。

光学顕微鏡１０は、ウェハ３０を載置するステージ１１と、ステージ１１を保持する顕微鏡本体１２と、ウェハ３０に対して、照明光Ｌを照射する照明部１３と、チップの画像を撮像する撮像部１４とを備えている。

照明部１３から照射された照明光Ｌは、集光レンズ１５で集光された後、ハーフミラー１６で、対物レンズ１７の光軸に沿って偏向されて、ウェハ３０の表面に照射される。ウェハ３０からの反射光は、対物レンズ１７、ハーフミラー１６、及び結合レンズ１８を経て、撮像素子１９に入射する。撮像素子１９で撮像された画像は、画像処理部３５で画像処理される。

本実施形態において、検出手段４０は、撮像部１４で撮像されたチップの画像情報に基づいて、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する。制御部２０は、光学顕微鏡１０を、検出手段４０で検出した最適な光学条件に設定して、チップを撮像し、ウェハ３０内の欠陥を検出する。

なお、本実施形態において、制御部２０で制御する光学顕微鏡１０の光学条件は、対物レンズ１７の倍率、照明光Ｌの種類（同軸、斜光、透過）や明るさ、微分干渉フィルタ（不図示）の位置、照明光Ｌのフィルタ（不図示）など、多岐にわたる。

図２は、本実施形態における欠陥検査装置１を用いて、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する方法を示したフローチャートである。

まず、図３（Ａ）に示すように、予め、ウェハ３０上に形成されたチップ３１を光学顕微鏡１０で撮像して、チップ３１内の欠陥を検出し、検出された欠陥のチップ３１ａ内における位置を、記憶部２５に登録する（ステップＳ１０１）。

次に、図３（Ｂ）に示すように、制御部２０で、光学顕微鏡１０の光学条件を変更して（ステップＳ１０２）、欠陥５０を含む領域（欠陥領域）Ａの画像（第１の画像）を撮像する（ステップＳ１０３）。

次に、図３（Ｂ）に示すように、同じ光学条件で、欠陥５０を含む領域Ａと同じ領域で、欠陥５０を含まないチップ３１ｂの領域（良品領域）Ｂの画像（第２の画像）を撮像する（ステップＳ１０４）。ここで、欠陥領域Ａと良品領域Ｂとは、チップ内で同じ領域である。

次に、欠陥領域Ａの画像（第１の画像）の輝度値（特徴量）と、良品領域Ｂの画像（第２の画像）の輝度値（特徴量）とを比較する（ステップＳ１０５）。

次に、最適な光学条件の探索が終了していない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、光学顕微鏡１０の光学条件を変更して（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０３～ステップＳ１０５を繰り返す。最適な光学条件の探索が終了している場合（ステップＳ１０６のＹｓ）、光学顕微鏡１０を最適な光学条件に設定して、ウェハ３０内の欠陥を検出する。

表１は、光学条件を、４回変更して、それぞれの光学条件で、欠陥領域Ａの画像及び良品領域Ｂの画像を撮像して得られた欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）、良品領域Ｂの輝度値（Ｂ）、及び、両者の輝度値の差（Ｂ－Ａ）を例示した表である。なお、輝度値の数値は、任意単位を示す。

同じ領域Ａ、Ｂを撮像しても、光学条件が変われば、領域Ａ、Ｂで撮像された画像の輝度値も変わり、画像の鮮明度が高いほど、両者の差は大きくなる。従って、欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）と良品領域Ｂの輝度値（Ｂ）との差（Ｂ－Ａ）は、最適な光学条件を求める評価値となる。

表１に示した例では、４つの光学条件のうち、光学条件２が、両者の輝度値の差（Ｂ－Ａ）が最も大きい。従って、この場合、光学条件２が、最も好適な光学条件であると言える。

このように、本実施形態では、欠陥領域Ａの画像（第１の画像）の輝度値と、良品領域Ｂの画像（第２の画像）の輝度値とを比較することにより、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出することができる。これにより、欠陥を検出する際の閾値に余裕ができるため、チップ内の欠陥を検出する際の検出精度を向上させることができる。

なお、表１では、欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）と良品領域Ｂの輝度値（Ｂ）との差（Ｂ－Ａ）から、最適な光学条件を求めたが、欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）と良品領域Ｂの輝度値（Ｂ）との比較は、表２に示すように、両者の比（Ｂ／Ａ）で行ってもよい。

表２に示した例では、４つの光学条件のうち、光学条件２が、両者の輝度値の比（Ｂ／Ａ）が最も大きい。従って、この場合、光学条件２が、最も好適な光学条件であると言える。

（第１の実施形態の変形例）
上記実施形態では、欠陥領域Ａの画像（第１の画像）の輝度値と、良品領域Ｂの画像（第２の画像）の輝度値とを比較して、欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出したが、さらに、異なる良品領域の画像同士の輝度値の差を評価値に加えて、最適な光学条件を検出してもよい。

図４に示すように、図３（Ｂ）に示した欠陥５０を含む領域Ａと同じ領域で、図３（Ｃ）に示したチップ３１ｂとは異なる、欠陥５０を含まないチップ３１ｃの領域（良品領域）Ｂ’の画像（第２の画像）を撮像する。ここで、欠陥領域Ａと良品領域Ｂ’とは、チップ内で同じ領域である。

次に、図３（Ｃ）で示した良品領域（第１の良品領域）Ｂの画像の輝度値（Ｂ１）と、図４で示した良品領域（第２の良品領域）Ｂ’の画像の輝度値（Ｂ２）とを比較する。

表３は、表１と同様に、光学条件を変えながら、それぞれの光学条件で、欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）、第１の良品領域Ｂの輝度値（Ｂ１）、第２の良品領域Ｂ’の輝度値（Ｂ２）、輝度値（Ａ）と輝度値（Ｂ１）との差（第１の輝度値の差）（Ｄ１＝Ｂ１－Ａ）、輝度値（Ｂ１）と輝度値（Ｂ２）との差（第２の輝度値の差）（Ｄ２＝Ｂ１－Ｂ２）、及び、第１の輝度値の差（Ｄ１）第２の輝度値の差（Ｄ２）との差（Ｄ１―Ｄ２）を、それぞれ例示した表である。なお、輝度値の数値は、任意単位を示す。

ここで、第１の輝度値の差（Ｄ１＝Ｂ１－Ａ）は、表１に示した欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）と良品領域Ｂの輝度値（Ｂ）との差（Ｂ－Ａ）と同じである。

同じ光学条件で、良品領域Ｂ、Ｂ’を撮像しても、チップ間のバラツキにより、良品領域Ｂ、Ｂ’で撮像された画像の輝度値Ｂ１、Ｂ２も変わるが、画像の鮮明度が高いほど、両者の差は小さくなる。従って、良品領域同士の輝度値との差（Ｂ１－Ｂ２）も、最適な光学条件を求める評価値となる。そのため、欠陥領域Ａの輝度値（Ａ）と良品領域Ｂの輝度値（Ｂ１）との差（第１の輝度値の差：Ｄ１）と、良品領域Ｂ、Ｂ’同士の輝度値の差（第２の輝度値の差：Ｄ２）との差（Ｄ１―Ｄ２）は、より最適な光学条件を求める評価値となる。

表３に示した例では、４つの光学条件のうち、光学条件２が、輝度値の差（Ｄ１－Ｄ２）が最も大きい。従って、この場合、光学条件２が、最も好適な光学条件であると言える。加えて、良品領域同士の輝度値の差を小さくすることで、良品を欠陥としてしまう疑似欠陥の検出も抑制することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、最適な光学条件を求める評価値となる特徴量として、良品領域及び欠陥領域で撮像された画像の輝度値を用いたが、以下に説明する「感度値」を特徴量として用いてもよい。

欠陥検査の手法として、ＤＳＩ(Die-to-Statistical Image)比較法と呼ばれる良品学習方式が知られている。

図５は、複数の良品チップについて、学習データを作成する方法を説明した図である。

まず、図５（Ａ）に示すように、複数の良品チップを撮像し、図３（Ｃ）で示した良品領域Ｂと同じ領域の画像を取得する。ここでは、領域Ｂにおける画素Ｐの数は、１２（３×４）個とする。

同じ領域の画像を取得しているので、各画素の輝度値の分布は、良品のバラツキを反映した正規分布をなす。従って、画素毎に統計処理を行うことによって、図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、各画素における平均値Ｇ_ｉ（ｉ＝１～１２）と、標準偏差σ_ｉ（ｉ＝１～１２）とを求めることができる。

このようにして得られた学習データを用いて、検査対象のウェハに対して、図３（Ｂ）、（Ｃ）に示した欠陥領域Ａ、及び良品領域Ｂの各画素における感度値Ａ_ｉを、下記の式（１）に基づいて算出する。ここで、ｇ_ｉは、各画素における輝度値を示す。

図６（Ａ）は、欠陥領域Ａにおける各画素の輝度値ｇ_ｉを示し、図６（Ｂ）は、式（１）を用いて算出した各画素の感度値Ａ_ｉを示す。

同様に、図７（Ａ）は、良品領域Ｂにおける各画素の輝度値ｇ'_ｉを示し、図７（Ｂ）は、式（１）を用いて算出した各画素の感度値Ａ'_ｉを示す。

このようにして、光学顕微鏡の光学条件を変えながら、欠陥領域Ａにおける各画素の感度値Ａ_ｉ、及び、良品領域Ｂにおける各画素の感度値Ａ'_ｉを取得する。

そして、各光学条件において、欠陥領域Ａにおける各画素の感度値Ａ_ｉの最大値Ａmaxと、良品領域Ｂにおける各画素の感度値Ａ_ｉの最大値Ａ'maxとを比較する。

表４は、光学条件を、４回変更して、それぞれの光学条件で、欠陥領域Ａの感度値（Ａmax）、良品領域Ｂの感度値（Ａ'max）、及び、両者の感度値の差（Ａ'maxＢ－Ａmax）を例示した表である。なお、感度値の数値は、任意単位を示す。

同じ領域Ａ、Ｂを撮像しても、光学条件が変われば、領域Ａ、Ｂで撮像された画像の感度値も変わり、領域Ａの欠陥部分の鮮明度が高いほど、学習データとの差が大きくなり、領域Ｂとの差は大きくなる。従って、欠陥領域Ａの感度値（Ａmax）と良品領域Ｂの感度値（Ａ'max）との差（Ａmax－Ａ'max）は、最適な光学条件を求める評価値となる。感度値とは、検査時に対象の欠陥を検出するための閾値となる。従って、実際の検査と同様の評価値となるため、「輝度値」を使用するより、より正確な評価が可能となる。

表４に示した例では、４つの光学条件のうち、光学条件２が、両者の輝度値の差（Ａ'max－Ａmax）が最も大きい。従って、この場合、光学条件２が、最も好適な光学条件であると言える。

なお、表４では、欠陥領域Ａの感度値（Ａmax）と良品領域Ｂの感度値（Ａ'max）との差（Ａ'max－Ａmax）から、最適な光学条件を求めたが、欠陥領域Ａの感度値（Ａmax）と良品領域Ｂの感度値（Ａ'max）との比較は、両者の比（Ａ'max／Ａmax）で行ってもよい。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、光学顕微鏡の最適な光学条件を求める評価値となる特徴量として、良品領域及び欠陥領域で撮像された画像の輝度値や感度値を例に説明したが、これに限定されず、画像の鮮明度によって変化する特徴量であれば、分散値やエッジ強調フィルタ処理後の輝度値など、他の特徴量を用いてもよい。

１ 欠陥検査装置
１０ 光学顕微鏡
１１ ステージ
１２ 顕微鏡本体
１３ 照明部
１４ 撮像部
１５ 集光レンズ
１６ ハーフミラー
１７ 対物レンズ
１８ 結合レンズ
１９ 撮像素子
２０ 制御部
２５ 記憶部
３０ ウェハ
３１ チップ
３５ 画像処理部
４０ 検出手段
５０ 欠陥

Claims (7)

1. ウェハ上に形成されたチップ内の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   前記チップの画像を撮像する撮像部を備えた光学顕微鏡と、
   前記光学顕微鏡で前記チップの画像を撮像するための光学条件を制御する制御部と、
   予め検出された前記チップ内における欠陥の位置が記憶された記憶部と、
   を備え、
   前記撮像部は、前記制御部で前記光学条件を変えながら、前記憶部に記憶された前記欠陥を含む領域の第１の画像、及び、前記欠陥を含む領域と同じ領域で、前記欠陥を含まない領域の第２の画像を撮像し、
   前記第１の画像の特徴量と、前記第２の画像の特徴量とを比較することにより、前記欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する検出手段を備えた、欠陥検査装置。
2. 前記撮像部は、前記第２の画像を複数撮像することを含み、
   前記検出手段は、前記第１の画像の特徴量と、前記第２の画像の特徴量との比較に加えて、前記複数の第２の画像同士の特徴量を比較することにより、前記欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する、請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記第１の画像の特徴量と、前記第２の画像の特徴量との差が最大となる光学条件を、前記欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件として検出する、請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記第１の画像の特徴量と、前記第２の画像の特徴量との差を第１の差とし、前記複数の第２の画像同士の特徴量の差を第２の差として、前記第１の差と前記第２の差との差、または比が最大となる光学条件を、前記欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件として検出する、請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
5. 前記第１の画像の特徴量、及び前記第２の画像の特徴量は、輝度値または感度値である、請求項１～４の何れかに記載の欠陥検査装置。
6. 前記光学条件は、前記チップの画像を撮像する対物レンズの倍率、前記チップに照射する照明光の種類、前記照明光の明るさ、及び前記照明光のフィルタの少なくともいずれか一つを含む、請求項１～５の何れかに記載の欠陥検査装置。
7. 光学顕微鏡でウェハ上に形成されたチップの画像を撮像して、前記チップ内の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   予め、前記チップの欠陥の位置を登録する工程と、
   前記光学顕微鏡の光学条件を変えながら、前記欠陥を含む領域の第１の画像、及び、前記欠陥を含む領域と同じ領域で、前記欠陥を含まない領域の第２の画像を撮像する工程と、
   前記第１の画像の特徴量と、前記第２の画像の特徴量とを比較することにより、前記欠陥を含む領域を撮像するための最適な光学条件を検出する工程と
   を含む、欠陥検査方法。