JP3040013B2 - 浮動閾値による異物検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ウエハ異物検査装置
において、浮動閾値により異物を検出する方式に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ＩＣの製造においてはシリコンな
どの素材のウエハに対して、同一のパターンを有する多
数のＩＣチップ（以下単にチップという）が形成され、
この段階で異物検査が行われる。異物検査はレーザビー
ムをウエハ面に投射し、その反射または散乱光を受光し
てなされるが、異物とともにパターンからも反射光が反
射されるので、これらを区別して異物のみを検出するこ
とが必要、かつ重要である。これに適応する方法には各
種のものが開発されているが、その一つとして互いに隣
接した２個のチップを相互に比較する方法がある。

【０００３】図２(a) 〜(c) は上記の異物検査装置の概
略構成と隣接チップの比較による異物検出方法を示す。
(a) に示すように、ウエハ１の表面にはオリエンティシ
ョン・フラット（ＯＦ）を基準線（Ｘ軸とする）とし
て、同一パターンを有する多数のチップ11がマトリック
ス状に形成されている。(b) において、ウエハは移動ス
テージ２に載置され、これに対して検査光学系３の光源
３a よりレーザビームＬ_X をウエハの表面に照射する。
ウエハはＸ方向に往復移動されてレーザビームが各チッ
プ列を順次に走査し、その散乱光が対物レンズ３b を経
てＣＣＤセンサ３c （他の光センサでも可）に入力す
る。ここで、チップ列中の隣接した任意の２個のチップ
を(c) の(イ) のように11a,11b とし、チップ11b には図
示の位置に異物ｐ₁,ｐ₂ が付着しているとする。まずチ
ップ11a の散乱光を受光し、ＣＣＤセンサの各画素の出
力信号（画素信号）は逐次に画素信号処理部４に入力
し、Ａ／Ｄ変換器４a によりデジタル化され、メモリ
（ＭＥＭ）４b に記憶される。ついでチップ11b の散乱
光より同様にえられる各画素信号が差分回路４c に入力
し、ＭＥＭに記憶されているチップ11a の各画素信号と
の差分データが出力される。(c) の(ロ) は両チップのパ
ターンＰ_T および異物ｐ₁,ｐ₂ に対する各画素信号ｇ_n
（ｎは画素番号）よりなる画素データＳ_a,Ｓ_b を示し、
パターンの無い基板面Ｋでは値が低く、パターンＰ_T は
反射率が大きいので値が大きい。また、異物ｐ₁,ｐ₂ の
画素信号ｇはデータＳ_b の上方に突出している。前記し
たように両パターンＰ_T は同一であるので、両画素デー
タのパターン部分はほぼ同一となり、両者の差分をとる
とこれがほぼ消去されて、(ハ) に例示する差分データ
（Ｓ_b −Ｓ_a)がえられる。差分データは異物検出部４d
において適当な閾値Ｖ_thと比較されて異物ｐ₁,ｐ₂ が検
出される。なお、チップ11a にある異物は差分データ
（Ｓ_b−Ｓ_a)では負極となるが、前位のチップとの比較
においては反転し、または絶対値をとることにより正極
として上記と同様に検出される。以上により検出された
異物データはコンピュータ（ＣＰＵ）４e により編集さ
れて表示器４f にマップ表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記においては、差分
データ（Ｓ_b −Ｓ_a)にはパターン部分が完全に消去され
ず、残留パターンＲが残留している。この理由は、両チ
ップのパターンが同一であっても、例えば照射位置によ
るレーザビームの強度変化などにより対応した両画素信
号ｇがかならずしも同一とならないからである。一方、
チップパターンはプロセスの段階が進行するにつれて厚
さが逐次に厚くなって散乱光が増加するもので、このた
めに残留パターンＲもプロセスの段階により変化する。
このような差分データより異物ｐ₁,ｐ₂ などを検出する
閾値Ｖ_thは、残留パターンＲを検出することなく、異物
のみを検出するように最適値を設定することが必要であ
る。これに対して従来においては、プロセスごとに任意
の隣接チップをとってテストチップとし、手作業により
閾値を増減しながら異物検出を繰り返して最適値を求め
る方法が行われている。しかしこの方法では最適値がか
ならずしもえられず、また作業時間が長くかかる欠点が
あるので、これを自動化する提案もある。しかしなが
ら、いずれの方法によるとも閾値を固定値とする限り、
上記のように波高値が変動する差分データの各画素信号
に対して適切ではない。図３は固定閾値の欠点を説明す
るもので、(a) において、差分データの絶対値｜（Ｓ_a
−Ｓ_b)｜をとり、これに異物ｐ₁ 〜ｐ₃ があるとする。
ｐ₁,ｐ₂ に対しては閾値Ｖ_th1 が適切であるが、これで
はｐ₃ は検出されない。そこで、閾値をＶ_th2 としてｐ
₃ を検出するときは、残留パターンＲが余分に検出され
て虚報となる。従って、各画素信号ｇ_n のレベルＬ_V に
追従して値が変化する浮動閾値が望ましく、これにより
異物の検出性能を向上することができる。次に、パター
ンのエッジによる散乱光の問題がある。図３(b) の(イ)
において、レーザビームＬの照射方向は、パターンＰ_T
の表面Ｒの正反射光がＣＣＤセンサに入射することを避
けるため、ウエハ１に対して低角度θとされている。し
かし、パターンのエッジＥにおいては無指向性の強い散
乱光が散乱し、ＣＣＤセンサより(ロ)のような波高値と
幅が大きい画素信号が出力されるので、異物検出が妨害
される。このようなエッジ散乱光の画素信号を排除でき
る浮動閾値方式とすることが必要とされている。この発
明は以上に鑑みてなされたもので、残留パターンの各画
素信号に追従してレベルが変化する浮動閾値により、残
留パターンとエッジ散乱光の画素信号をともに排除でき
る異物検出方式を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成する浮動閾値による異物検出方式であって、上記の
異物検査装置において、隣接チップの対応する両画素信
号の小さい方を選択し、選択された画素信号に対して１
より小さい一定の係数を乗じて第１の閾値とする。ま
た、両画素信号をそれぞれ微分した微分信号の小さい方
を選択し、選択された微分信号に対して、微分信号の大
きさが大きい程大きい値の非直線の係数を乗じて第２の
閾値とする。第１の閾値と第２の閾値を加算して浮動閾
値とし、浮動閾値に対して差分データの各画素信号を比
較して異物を検出するものである。

【０００６】

【作用】上記の異物検出方式においては、比較される隣
接チップの対応する画素信号のうちの小さい方が選択さ
れ、これに１より小さい一定の係数を乗じたものが第１
の閾値とされる。ここで、両者のうちの小さい方を選択
する理由は、異物の画素信号はパターンのそれに比較し
て大きいので、画素信号の大きい方を選択すると異物が
検出されなくなるからである。これにより、異物が同一
位置に存在しない限り、浮動閾値は常に、ほぼパターン
の画素信号のレベルとなってパターンが排除され、異物
のみが検出される。

【０００７】次に第２の閾値は、両画素信号をそれぞれ
微分した微分信号の小さい方を選択し、これに対して上
記の非直線の係数を乗じて作成される。この場合微分信
号をとる理由は、変化が急峻なエッジ散乱光の画素信号
を微分すると、もとの画素信号の大きさに拘らず、その
傾斜角に相当した大きさの微分信号が、散乱光の幅の範
囲に亘ってえられるからである。これに対して大きい非
直線係数が乗ぜられた第２の閾値は、いわばエッジ散乱
光が強調されたものとなる。これによりエッジ散乱光の
幅の範囲にある画素信号の検出が排除される。一方、パ
ターンと異物の画素信号はエッジ散乱光のものより変化
率が小さく、従って微分信号もまた小さいので、これに
乗ぜられる非直線係数は小さくて第２の閾値は０に近い
小数となり、異物検出に支障しない。以上の第１および
第２の閾値は加算されて浮動閾値とされ、差分データの
各画素信号がこれに比較されて、残留パターンの画素信
号に対して第１の閾値が作用して異物が検出され、ま
た、エッジ散乱光の画素信号は第２の閾値により排除さ
れる。

【０００８】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示し、(a) はこ
の発明を適用した異物検査装置の概略のブロック構成
図、(b) はモデル化した画素データと、これに対する第
１の閾値の作成方法の説明図、(c) はエッジ散乱光と、
これに対する第２の閾値の作成方法の説明図である。

【０００９】図１(a) において、異物検査装置は前記し
た図２(b)の異物検査装置の画素信号処理部４に閾値作
成部５を付加して構成される。すなわち、画素信号処理
部のＡ／Ｄ変換器４a とＭＥＭ４b がそれぞれ出力する
画素データＳ_b とＳ_a を分岐し、閾値作成部の比較選択
回路（Ａ）５a と、２個の微分回路５d,５e にそれぞれ
入力する。比較選択回路（Ａ）の出力側にＭＥＭ（Ａ）
５b が、また、両微分回路には比較選択回路（Ｂ）５f
とこれにつづくＭＥＭ（Ｂ）５g がそれぞれ接続され、
両ＭＥＭ（Ａ),（Ｂ）の出力データは加算器５c を経て
画素信号処理部４の異物検出部４d に入力する。一方、
両画素データは従来と同様に差分回路４c に入力して差
分データが作られ、その絶対値｜（Ｓ_a −Ｓ_b)｜が異物
検出部４d に与えられる。

【００１０】以上の構成による異物検査装置の動作を、
図(a) に(b),(c) を併用して説明する。比較選択回路
（Ａ）５a においては、(b) の(イ) に示した両画素デー
タＳ_a,Ｓ_b の対応する画素信号を比較して小さい方のｇ
₁,ｇ₂ 〜ｇ₅ などを選択する。いま、画素データＳ_b が
Ｓ_aより全体として上側にあるとする。ここで、異物の
存在しない部分の代表として、Ｓ_a の画素信号ｇ₁ が選
択される。ｇ₂ 〜ｇ₅ は異物が存在する位置の画素信号
を示し、画素信号Ｓ_a にある異物ｐ_a1はＳ_b より突出し
ているのでＳ_b の画素信号ｇ₂ が選択される。異物ｐ_b1
は画素データＳ_bにあるが、小さい方のＳ_a の画素信号
ｇ₃ が選択される。異物ｐ_a2, ｐ_b2についても同様に画
素信号ｇ₄,ｇ₅ が選択される。選択された画素信号の大
きさをアドレス番号としてＭＥＭ５b のアドレスを指定
する。ＭＥＭ５b の各アドレスには、画素信号の大きさ
に、１より小さい適当な係数ｋを乗じた第１の閾値ｖ_s1
が記憶されている。係数ｋの値としては、もとの画素信
号と差分データの画素信号の比が適当であり、予めの実
験により定めておく。上記の指定により(ロ) に示す、差
分データ｜（Ｓ_a −Ｓ_b)｜に対する第１の閾値ｖ_th1
（ｋｇ₁,ｋｇ₂……）が出力されて加算器５c に入力す
る。一方、隣接チップの対応したパターンエッジに(c)
(イ)で示す散乱光ｅ_a,ｅ_b があるとし、その画素信号ｇ_e
を微分回路５d,５e によりそれぞれ微分すると、(ロ)
に示すレベルがＬ_da，Ｌ_dbで、それぞれ複数個の微分信
号ｄ_a,ｄ_b がえられる。各微分信号は比較選択回路
（Ｂ）５f において比較されて小さい方のｄ_b が選択さ
れ、選択された各微分信号ｄ_b はその大きさをアドレス
番号としてＭＥＭ５g のアドレスを指定する。ＭＥＭ５
g の各アドレスには、(ハ) に示した微分信号のレベルＬ
_d が大きい程大きい値の非直線の係数ηを乗じた第２の
閾値ｖ_s2が記憶されており、上記の指定により(ニ) に示
すレベル（ηＬ_db）の第２の閾値ｖ_th2 が出力されて加
算器に入力する。この場合の非直線係数ηも予めの実験
により定める。以上により加算器５c に入力した第１お
よび第２の閾値ｖ_th1,ｖ_th2 は加算されて浮動閾値ｖ
_thf とされ、異物検出部４d に与えられる。差分データ
｜（Ｓ_a−Ｓ_b)｜の各画素信号ごとに浮動閾値が変化
し、両者の比較により異物が検出される。検出された異
物のデータはＣＰＵ４eに取り込まれて編集され、表示
器４f にマップ表示されることは従来と同様である。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明の浮動閾
値による異物検出方式においては、画素信号に追従して
レベルが変化する第１の閾値により、残留パターンが排
除されて異物のみが検出され、また微分信号より作られ
た第２の閾値により、パターンエッジの無指向性の強い
散乱光の画素信号が有効に排除されるもので、隣接チッ
プの比較方法による異物検査装置の性能の向上に寄与す
るところには大きいものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例を示し、(a) はこの発明
の浮動閾値を適用した異物検査装置の概略のブロック構
成図、(b) は第１の閾値の作成方法と作用の説明図、
(c) はパターンエッジの散乱光に対する第２の閾値の作
成方法と作用の説明図である。

【図２】 (a) はウエハに形成されるＩＣチップを示す
図、(b) は隣接チップの比較方法による異物検査装置の
概略構成図、(c) は比較される隣接チップとそれぞれの
画素データ、および差分データを示す図である。

【図３】 固定閾値で異物検出を行う場合の説明図であ
る。

【符号の説明】

１…ウエハ、11…ＩＣチップ、チップ、11a,11b …隣接
チップ、２…移動ステージ、３…検査光学系、３a …光
源、３b …対物レンズ、３c …ＣＣＤセンサ、４…画素
信号処理部、４a …Ａ／Ｄ変換器、４b …メモリ（ＭＥ
Ｍ）、４c …差分回路、４d …異物検出部、４e …コン
ピュータ（ＣＰＵ）、４f …表示器、５…閾値作成部、
５a …比較選択回路（Ａ）、５b …メモリ（ＭＥＭ)
(Ａ）、５c …加算器、５d,５e …微分回路、５f …比
較選択回路（Ｂ）、５g …メモリ（ＭＥＭ)(Ｂ）、Ｓ_a,
Ｓ_b …画素データ、Ｐ_T …パターン、Ｒ…残留パター
ン、Ｑ…パターンの表面、Ｅ…パターンのエッジ、ｇ，
ｇ_n …画素信号、ｅ，ｅ_a,ｅ_b …エッジの散乱光 ｇ_e
…散乱光の画素信号、ｄ_a,ｄ_b …微分信号、ｋ…一定の
係数、η…非直線の係数、Ｖ_th…閾値、ｖ_th1 …第１の
閾値、ｖ_th2 …第２の閾値、ｖ_thf …浮動閾値。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハの表面に形成された同一パターン
   を有する複数のＩＣチップを検査対象とし、該ウエハに
   対してレーザビームを走査し、互いに隣接した２個の前
   記ＩＣチップの反射光を光センサにより受光し、該光セ
   ンサの出力した該両ＩＣチップの対応する画素信号の差
   分データをとり、該差分データを適当な閾値に比較し
   て、前記各ＩＣチップに付着した異物を検出する異物検
   査装置において、前記対応する両画素信号の小さい方を
   選択し、該選択された画素信号に対して、１より小さい
   一定の係数を乗じて第１の閾値とし、かつ前記両画素信
   号をそれぞれ微分した微分信号の小さい方を選択し、該
   選択された微分信号に対して、該微分信号の大きさが大
   きい程大きい非直線の係数を乗じて第２の閾値とし、該
   第２の閾値に前記第１の閾値を加算して浮動閾値とし、
   該浮動閾値に対して前記差分データの各画素信号を比較
   して前記異物を検出することを特徴とする、浮動閾値に
   よる異物検出方式。