JP4230184B2 - Wafer inspection apparatus and wafer inspection method - Google Patents

Wafer inspection apparatus and wafer inspection method Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウェーハに設けられたパターンの欠陥を検出するウェーハ検査装置、およびウェーハ検査装置で使用可能なウェーハ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造では、半導体ウェーハ上に複数のダイ（チップ）を形成した後、ウェーハ検査が行われる。ウェーハ検査は、各ダイのデバイスパターンの欠陥の有無を調べる。検査の際、ウェーハ検査装置は、被検査ウェーハの各々を特定の位置に位置合わせする。これが、ウェーハ検査におけるウェーハアライメントである。一般的なウェーハ検査装置は、ウェーハの裏面を吸着し、ウェーハの表面に設けられたデバイスパターンを表面側から観察してアライメントを行う。
【０００３】
ウェーハ検査装置の一例として、ＳＱＵＩＤを利用した装置が知られている。ＳＱＵＩＤ検査装置は、試料の表面にレーザスポット光を照射し、それによって誘起された磁場の強度をＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉磁束計）で検出する。磁場強度の分布は、ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号を用いて画像化される。この画像を観察することにより、ウェーハを検査できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＳＱＵＩＤを利用したウェーハ検査装置の改良を課題とする。より具体的には、ＳＱＵＩＤ型ウェーハ検査装置に適用可能な精度の良いウェーハアライメント方法を利用したウェーハ検査方法およびウェーハを精度良く位置合わせできるＳＱＵＩＤ型ウェーハ検査装置の提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明のウェーハ検査方法は、第１〜第７のステップを備えている。第１のステップでは、表面にパターンを有する基準ウェーハを走査ステージ上に載せ、第１の対物レンズを介して基準ウェーハの裏面に照明光を照射し、基準ウェーハの裏面に対向する撮像装置を用いて基準ウェーハを撮像し、取得された画像を２値化して２値化リファレンス画像を生成する。また、第１のステップでは、第１対物レンズよりも高い倍率を有する第２の対物レンズを介して基準ウェーハの裏面に照明光を照射し、基準ウェーハの裏面に対向する撮像装置を用いて基準ウェーハを撮像し、取得された画像を多値化して多値化リファレンス画像を生成する。第２のステップは、表面にパターンを有する被検査ウェーハを走査ステージ上に載せ、第１対物レンズを介して基準ウェーハの裏面に照明光を照射し、被検査ウェーハの裏面に対向する撮像装置を用いて被検査ウェーハを撮像し、取得された画像を２値化し、この２値化された被検査ウェーハの画像と２値化リファレンス画像とをパターンマッチングして第１のマッチング度を算出する。第３のステップでは、走査ステージの駆動と第１マッチング度の算出とを交互に繰り返して、第１マッチング度が最も高くなるステージ位置を特定する。第４のステップでは、第３のステップで特定されたステージ位置において第２対物レンズを介して被検査ウェーハの裏面に照明光を照射し、被検査ウェーハの裏面に対向する撮像装置を用いて被検査ウェーハを撮像し、取得された画像を多値化し、この多値化された被検査ウェーハの画像と多値化リファレンス画像とをパターンマッチングして第２のマッチング度を算出する。第５のステップでは、走査ステージの駆動と第２マッチング度の算出とを交互に繰り返して、第２マッチング度が最も高くなるステージ位置を特定する。第６ステップでは、被検査ウェーハの裏面側から被検査ウェーハにレーザ光を照射すると共に第５ステップで特定されたステージ位置での被検査ウェーハの走査によって発生する磁場の強度を、被検査ウェーハの表面側に設けられた磁場検出手段で検出し、磁場分布データを取得する。第７ステップでは、磁場分布データに基づいて被検査ウェーハの表面に設けられたパターンの欠陥の有無を判定する。そして、この発明のウェーハ検査方法では、上記第１および第２対物レンズは、レボルバに取り付けられており、レーザ光及び照明光を透過させる。また、レボルバによって第１および第２対物レンズを移動させることにより、第１および第２対物レンズのいずれか一方のみをレーザ光および照明光の光路上に配置する。

【０００６】
この発明のウェーハ検査方法は、２値化画像および多値化画像のマッチングを用いて２段階の位置調整を行うので、精度良くウェーハを位置合わせできる。また、このウェーハ検査方法は、ウェーハの裏面側からウェーハを撮像するので、ウェーハの表面側にＳＱＵＩＤ磁束計を配置するウェーハ検査装置に容易に適用できる。
【０００７】
この発明のウェーハ検査装置は、ウェーハの表面に設けられたパターンの欠陥を検出する。この装置は、（ａ）ウェーハが載置される走査ステージと、（ｂ）ウェーハの裏面側に配置され、ウェーハの裏面にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、（ｃ）ウェーハの裏面側に配置され、ウェーハの裏面全体に照明光を照射する照明手段と、（ｄ）ウェーハの裏面側に配置され、ウェーハによって反射された照明光を受光してウェーハを撮像する撮像手段と、（ｅ）ウェーハの表面側に設けられ、ウェーハの走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、（ｆ）撮像手段によって撮像されたウェーハの画像と所定のリファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように走査ステージを駆動して前記ウェーハの位置を調整するアライメント手段と、を備えている。この装置は、磁場分布データに基づいて欠陥の有無を判定する。また、この発明は、上記（ａ）〜（ｆ）と、（ｇ）前記レーザ光および前記照明光を透過させる第１および第２の対物レンズと、（ｈ）第１および第２対物レンズが取り付けられたレボルバとを備えるウェーハ検査装置にも係る。このウェーハ検査装置では、磁場分布データに基づいて欠陥の有無を判定する。また、第１対物レンズは、第２対物レンズよりも低い倍率を有している。更に、レボルバは、第１および第２対物レンズを移動させることにより、第１および第２対物レンズのいずれか一方のみをレーザ光および照明光の光路上に配置する。また、リファレンス画像は、２値化リファレンス画像および多値化リファレンス画像を含んでいる。そして、アライメント手段は、第１対物レンズが照明光の光路上に配置されているときに撮像装置によって撮像された画像を２値化し、その２値化画像と前記２値化リファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように走査ステージを駆動してウェーハの位置を調整し、その後、第２対物レンズが照明光の光路上に配置されているときに撮像装置によって撮像された画像を多値化し、その多値化画像と多値化リファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように走査ステージを駆動してウェーハの位置を調整する。

【０００８】
この発明のウェーハ検査装置は、上記のアライメント手段を備えるので、この発明のウェーハ検査方法を実施できる。精度良くウェーハを位置合わせできるので、それに応じて欠陥の検出精度も高まる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１０】
図１は、この実施形態のウェーハ検査装置の構成を示す概略図である。装置１は、走査型レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡である。装置１は、試料として、シリコンウェーハ５を検査する。図２（ａ）は、ウェーハ５の概略平面図である。ウェーハ５は、その表面５ａに複数のダイ５２を有している。各ダイ５２には、所定の半導体デバイスパターンが設けられている。これらのダイ５２は、すべて同じデバイスパターンを有することを予定されている。ウェーハ検査装置１は、各ダイ５２のデバイスパターンの欠陥の有無を検査する。
【００１１】
ウェーハ検査装置１は、ＩＲレーザ光源１０、照射光学系１２、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、および制御・画像処理装置１８を有している。ＩＲレーザ光源１０は、照射光学系１２に光学的に結合されている。ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４およびＳＱＵＩＤ磁束計１６は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。装置１は、フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７、ＳＱＵＩＤコントローラ１９、表示装置２０、Ｚ軸ステージ２２、ステージコントローラ２４、および近赤外線照明装置２６をさらに有している。フォトダイオード１１は、照射光学系１２に光学的に結合されている。フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７および２４、ＳＱＵＩＤコントローラ１９、表示装置２０ならびに照明装置２６は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。Ｚ軸ステージ２２は、照明光学系１２に取り付けられている。
【００１２】
装置１によるウェーハ５の検査の際、ウェーハ５は、ＸＹθステージ１４上に載置される。ＸＹθステージ１４の上面には、チャック１５が設置されている。チャック１５は、ウェーハ５の裏面５ｂのエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。この実施形態では、チャック１５は透明であり、ＩＲレーザ光源１０から発する赤外レーザ光および照明装置２６から発する照明光を透過させる。
【００１３】
なお、透明チャックの代わりに、環状のチャックを使用してもよい。環状チャックも、透明チャックと同様に、ウェーハ５の裏面５ｂのエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。ＩＲレーザ光源１０からのレーザ光は、環状チャックの中央開口部を通過してウェーハ５に照射される。このため、環状チャックは、透明でなくてもよい。
【００１４】
ＩＲレーザ光源１０は、赤外レーザ光を発する発光素子である。ＩＲレーザ光源１０には、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。光ファイバ４０の他端は、照射光学系１２に光学的に接続されている。ＩＲレーザ光源１０から発したレーザ光は、光ファイバ４０に入射し、光ファイバ４０によって伝搬され、照射光学系１２に入射する。
【００１５】
照明装置２６は、照明光を発する。照明装置２６と照射光学系１２の間の光路上には、バンドパスフィルタ４５が配置されている。バンドパスフィルタは、照明装置２６から照明光を受け取り、近赤外線波長域（約１１００ｎｍ）の光だけ透過させる。こうして近赤外線域の照明光が生成される。この照明光は、照射光学系１２を介してウェーハ５の裏面５ｂ全体に照射される。近赤外線域の照明光を使用するのは、この波長域の光がシリコンウェーハを透過するためである。ウェーハ５に対して透過性の照明光を用いれば、ウェーハ５の裏面５ｂ側からデバイスパターンを観察できる。
【００１６】
フォトダイオード１１は、レーザ光源１０からの光のうちウェーハ５で反射されて照射光学系１２から出射する光を受光する光検出素子である。フォトダイオード１１は、受光した赤外レーザ光の強度に応じた出力信号を生成する。この出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。フォトダイオード１１と照射光学系１２内の光スキャナ１２２との間には、図示しないコンデンサレンズが配置されている。このコンデンサレンズは、照射光学系１２内に設置されている。光スキャナ１２２からのレーザ光は、このコンデンサレンズによって集光され、フォトダイオード１１へ送られる。
【００１７】
照射光学系１２は、ＩＲレーザ光源１０から赤外レーザ光を受け取り、そのレーザ光からレーザビームを形成してウェーハ５へ照射する。また、照射光学系１２は、照明装置２６から近赤外照明光を受け取り、その照明光をウェーハ５へ照射する。照射光学系１２は、ＸＹθステージ１４の下方に配置されている。照射光学系１２から出射する赤外レーザビームおよび近赤外照明光は、ＸＹθステージ１４の開口部を通ってチャック１５に入射する。レーザビームおよび照明光は、チャック１５を透過して、ウェーハ５に到達する。こうして、ウェーハ５の裏面側からレーザビームおよび照明光が照射される。
【００１８】
照射光学系１２は、光スキャナ１２２、光路設定部１２４、電動レボルバ１２５、対物レンズ１２６、および近赤外線カメラ１２７を有している。光路設定部１２４は、ビームスプリッタおよび反射ミラーを含んでいる。
【００１９】
光スキャナ１２２には、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。したがって、光スキャナ１２２は、光ファイバ４０を介してＩＲレーザ光源１０に光学的に接続されている。光スキャナ１２２と光ファイバ４０との間には、図示しないコリメータレンズが配置されている。このコリメータレンズは、照射光学系１２内に設置されている。光源１０からのレーザ光は、光ファイバ４０から出射すると、コリメータレンズによって集束され、レーザビームとなる。このレーザビームは、光スキャナ１２２に向かう。
【００２０】
光スキャナ１２２は、このレーザビームを反射して、光路設定部１２４へ送る。この反射角度は可変である。反射角度を連続的に変化させると、レーザビームが掃引される。これが、レーザビームの走査である。光スキャナ１２２は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２に駆動信号を送って光スキャナを作動させる。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２によるレーザビームの反射角度を制御でき、したがってレーザビームの移動（走査）を制御できる。
【００２１】
光路設定部１２４は、光スキャナ１２２から送られるレーザビームをレボルバ１２５に向かわせる。また、光路設定部１２４は、近赤外線照明装置２６に光学的に接続されている。照明装置２６からの近赤外線照明光は、光路設定部１２４に入射する。光路設定部１２４は、この照明光をレボルバ１２５へ送る。
【００２２】
レボルバ１２５には、倍率の異なる複数の対物レンズ１２６が装着されている。レボルバ１２５は、これらの対物レンズ１２６の一つのみを、光路設定部１２４から送られる光の光路上に配置できる。レーザビームおよび照明光は、対物レンズ１２６を透過してウェーハ５に到達する。レーザビームは、対物レンズ１２６によってウェーハ上に縮小投影される。この結果、レーザビームは、ウェーハ５上でスポット光を成す。レボルバ１２５は、回転機構を有している。レボルバ１２５を回転させることにより、光路設定部１２４からの光の光路上に配置される対物レンズ１２６を切り換えられる。
【００２３】
近赤外線カメラ１２７は、光路設定部１２４に光学的に結合されている。カメラ１２７は、ウェーハ５のデバイスパターンによって反射された近赤外照明光を受光する。これにより、ウェーハ５を撮像できる。得られる画像には、ウェーハ５のデバイスパターンが現れる。このパターンは、表面５ａ側から観察したデバイスパターンを左右反転したものに当たる。カメラ１２７は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。カメラ１２７は、ウェーハ５を撮像すると、出力信号を制御・画像処理装置１８に送る。制御・画像処理装置１８は、この出力信号からウェーハ５の画像データを取得する。この画像データは、ウェーハ５のアライメントに利用される。
【００２４】
Ｚ軸ステージ２２は、Ｚ軸方向に沿って照射光学系１２を平行移動させることができる。Ｚ軸方向は、ウェーハ５の主表面（５ａおよび５ｂ）と実質的に垂直である。Ｚ軸ステージ２２の駆動によって、カメラ１２７とウェーハ５との距離（撮像距離）を調整できる。Ｚ軸ステージ２２は、カメラ１２７によってウェーハ５を撮像するときのオートフォーカスに使用される。
【００２５】
Ｚ軸ステージ２２は、ステージコントローラ２４を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ステージコントローラ２４は、制御・画像処理装置１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、Ｚ軸ステージ２２の移動の向きおよび移動量をステージコントローラ２４に指示する。ステージコントローラ２４は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＺ軸ステージ２２に送る。Ｚ軸ステージ２２は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、Ｚ軸ステージ２２は、制御・画像処理装置１８が指示する向きおよび移動量だけ照射光学系１２を移動させる。
【００２６】
ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５の主表面（５ａおよび５ｂ）と実質的に平行な平面内で、ウェーハ５およびチャック１５を平行移動および回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５およびチャック１５をＸおよびＹ方向に沿って平行移動させることができる。さらに、ＸＹθステージ１４は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸の周りにウェーハ５およびチャック１５を回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、照射光学系１２から出射するレーザビームに対して相対的にウェーハ５を移動させることができる。したがって、ＸＹθステージ１４の駆動により、ウェーハ５におけるレーザビームの照射位置を変えることができる。
【００２７】
ＸＹθステージ１４は、ステージコントローラ１７を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ステージコントローラ１７は、制御・画像処理装置１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、ステージ１４の移動方向、移動量、回転方向、および回転量をステージコントローラ１７に指示する。ステージコントローラ１７は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＸＹθステージ１４に送る。ＸＹθステージ１４は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、ＸＹθステージ１４は、制御・画像処理装置１８が指示する移動方向および移動量でウェーハ５を移動させる。また、ＸＹθステージ１４は、制御・画像処理装置１８が指示する回転方向および回転量でウェーハ５を回転させる。
【００２８】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５の上方においてウェーハ５の表面５ａと対向するように設置されている。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって発生する磁場を検出する。赤外レーザ光がウェーハ５に照射されると、熱起電力または光起電力が発生する。この熱起電力または光起電力は、ウェーハ５内に電流を生じさせる。この電流によって、磁場が誘起される。この磁場は、ウェーハ５のデバイスパターンを反映する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、この誘起磁場を検出する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、検出した磁場の強度に応じた出力電圧信号（計測磁場信号）を生成する。この信号は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して制御・画像処理装置１８へ送られる。
【００２９】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からの命令にしたがって、ＳＱＵＩＤ磁束計１６を作動させ、またはＳＱＵＩＤ磁束計１６の動作を停止させる。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ作動命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６に作動電力を供給する。これによりＳＱＵＩＤ磁束計１６が作動し、磁場が検出される。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ停止命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６への作動電力の供給を停止する。これにより、ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、その動作を停止する。
【００３０】
制御・画像処理装置１８は、ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、Ｚ軸ステージ２２、および照明装置２６の動作を制御する。制御・画像処理装置１８は、照射光学系１２内に配置された光スキャナ１２２およびレボルバ１２５の動作も制御する。
【００３１】
制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の分布を画像化することができる。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上におけるレーザ光の照射位置（すなわち、走査位置）をピクセル位置に対応付ける。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上のある位置にレーザ光を照射したときの計測磁場信号レベルを、その照射位置に対応付けられたピクセルの輝度に変換する。これにより、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の画像データが得られる。以下では、この画像を「ＳＱＵＩＤ画像」と呼ぶことにする。ＳＱＵＩＤ画像データは、磁場の分布を示す磁場分布データでもある。ＳＱＵＩＤ画像データは、画像信号の形で処理されることがある。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２の各々についてＳＱＵＩＤ画像データを算出する。
【００３２】
制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ画像データを用いて各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２内に欠陥が存在すると判定すると、その欠陥の位置を示す画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号を受け取る。この出力信号は、ダイ５２の反射画像を表す。制御・画像処理装置１８は、必要に応じて、ダイ５２の反射画像に欠陥位置を重ねた画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、生成した画像データを表示装置２０に送る。
【００３３】
表示装置２０は、制御・画像処理装置１８から画像データを受け取る。表示装置２０は、この画像データにしたがって画像を画面上に表示する。
【００３４】
以下では、ウェーハ検査装置１による検査処理を説明する。装置１は、ウェーハアライメント、試料の走査、欠陥の有無の判定、および結果表示を実行する。この実施形態は、ウェーハアライメントに特徴を有する。
【００３５】
ウェーハアライメントは、（１）基準点の指定、（２）リファレンス画像の登録、（３）ウェーハのプリアライメント、（４）ウェーハのロード、（５）粗調整、（６）微調整の各工程からなる。これらの工程を順番に説明する。
【００３６】
「基準点の指定」は、カメラ１２７の撮像視野のなかからアライメントの基準となる位置を選択する作業である。この実施形態では、ウェーハ内に共通して存在する特徴的なパターンをマッチングすることにより、ウェーハを位置合わせする。特徴的なパターンの一例は、ダイ５２を仕切るストリートの交差点の周辺部分である。図２（ａ）の符号Ａ、Ｂは、ストリートの交差点を示している。図２（ｂ）は、交差点Ａの周辺部分の拡大図である。
【００３７】
基準点の指定時は、一枚の基準ウェーハが、プリアライメントの後、ステージ１４上にロードされる。基準ウェーハは、被検査ウェーハと同じ構成を有している。プリアライメントにより、ウェーハ５は、カメラ１２７の視野内に配置される。このプリアライメントは、例えば、プリアライナを用いて実行される。
【００３８】
この後、ウェーハ検査装置１は、基準ウェーハの反射画像をカメラ１２７によって取得する。この画像は、表示装置２０の画面に表示される。オペレータは、この反射画像を見ながら、図２（ａ）に示されるように、アライメントの基準となる位置を基準ウェーハ内において２点、指定する。図２（ｂ）に示されるように、これらの指定された基準点を含む２個の方形領域がパターンマッチングに使用される。これらの方形領域を、以下では「サンプリング領域」と呼ぶ。サンプリング領域は、カメラ１２７の視野内の特定領域を示す。カメラ１２７に対するウェーハの位置が異なれば、サンプリング領域で撮像されるパターンも異なる。
【００３９】
制御・画像処理装置１８は、これらのサンプリング領域の輝度データを共通のしきい値を用いて２値化し、各サンプリング領域のコントラストを算出する。算出されたコントラストは、表示装置２０の画面上に表示される。オペレータは、このコントラストを見て、基準点Ａ、Ｂを再指定できる。オペレータは、各サンプリング領域が高いコントラストを有するように基準点を指定することが好ましい。
【００４０】
基準点の指定が終わり、サンプリング領域が確定すると、ウェーハ検査装置１は、リファレンス画像を登録する。ウェーハ検査装置１は、上記の基準ウェーハを低倍率の対物レンズ１２６を用いて撮像し、各サンプリング領域の２値化画像を取得する。また、ウェーハ検査装置１は、同じ基準ウェーハを高倍率の対物レンズ１２６を用いて撮像し、各サンプリング領域の多値化画像を取得する。画像の２値化および多値化は、制御・画像処理装置１８が実行する。制御・画像処理装置１８は、レボルバ１２５に命令を出して対物レンズ１２６を切り替えさせる。その後、制御・画像処理装置１８は、カメラ１２７に命令を出して基準ウェーハを撮像させる。これらの２値化画像および多値化画像がリファレンス画像である。制御・画像処理装置１８は、内部の記憶装置にこれらのリファレンス画像を保存する。こうして、リファレンス画像の登録が完了する。
【００４１】
リファレンス画像の登録が完了すると、ウェーハの検査が可能になる。被検査ウェーハ５は、プリアライメントされた後、ステージ１４上にロードされる。プリアライメントにより、被検査ウェーハ５は、カメラ１２７の視野内に配置される。このプリアライメントは、例えば、プリアライナを用いて実行される。
【００４２】
この後、装置１は、被検査ウェーハ５の位置を粗調整する。制御・画像処理装置１８は、基準ウェーハの撮像と同様の方法により、低倍率の対物レンズ１２６を用いて被検査ウェーハ５を撮像する。制御・画像処理装置１８は、上記のサンプリング領域で取得された画像を２値化する。制御・画像処理装置１８は、記憶装置からリファレンス２値化画像を読み出し、被検査ウェーハ５について取得した２値化画像との間でパターンマッチングを実行して、マッチング度を算出する。装置１は、ステージ１４の駆動による被検査ウェーハ５の移動と、被検査ウェーハ５の撮像およびマッチング度の算出とを交互に繰り返す。この後、制御・画像処理装置１８は、マッチング度が最も高いステージ位置を求める。このステージ位置は、仮アライメント位置として扱われる。
【００４３】
次に、装置１は、ウェーハ５の位置を微調整する。装置１は、粗調整により求められた仮アライメント位置にウェーハ５を配置する。次いで、制御・画像処理装置１８は、基準ウェーハの撮像と同様の方法により、高倍率の対物レンズ１２６を用いて被検査ウェーハ５を撮像する。装置１は、上記のサンプリング領域で取得された画像を多値化する。制御・画像処理装置１８は、記憶装置からリファレンス多値化画像を読み出し、被検査ウェーハ５について取得した多値化画像との間でパターンマッチングを実行して、マッチング度を算出する。装置１は、ステージ１４の駆動による被検査ウェーハ５の移動と、被検査ウェーハ５の撮像およびマッチング度の算出とを交互に繰り返す。この後、制御・画像処理装置１８は、マッチング度が最も高いステージ位置を求める。このステージ位置は、最終的なアライメント位置として扱われる。
【００４４】
なお、上記の各撮像の際、制御・画像処理装置１８は、必要に応じてＺ軸ステージ２２を駆動し、オートフォーカスを行う。また、制御・画像処理装置１８は、撮像された画像の輝度を調べ、最適な輝度が得られるように照明装置２６の発光量を制御する。
【００４５】
装置１は、アライメントが完了すると、ウェーハ５を最終アライメント位置に配置してウェーハ５の走査を開始する。装置１は、ウェーハ５上におけるレーザビームの照射位置を移動させて、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。照射位置の移動は、例えば、ステージスキャンと呼ばれる方法によって実行できる。ステージスキャンでは、ＸＹθステージ１４の移動により、ウェーハ５をレーザビームに対して相対的に移動させる。ステージスキャンでは、レーザビームは固定される。
【００４６】
ステージスキャンに代えて、レーザスキャンと呼ばれる方法によって照射位置を移動させることもできる。図３は、レーザスキャンによる照射位置の移動を示す概略図である。レーザスキャンでは、行列状に配列された複数の走査領域６１に順次にレーザビームが照射される。これらの走査領域は、同一の形状を有している。走査領域６１の形状および大きさは、ダイ５２の形状および大きさに加え、ＳＱＵＩＤ磁束計１６の感度領域、ＳＱＵＩＤ磁束計１６とウェーハ５間の距離、および対物レンズ１２６の倍率に応じて決められる。レーザビームの照射位置は、ＸＹθステージ１４の駆動と光スキャナ１２２によるレーザビームの移動（走査）の双方を用いて移動させられる。矢印６０で示されるように、レーザビームの走査は、単一の走査領域内で照射位置を移動させるために使用される。矢印６２で示されるように、ステージ１４の駆動は、一つの走査領域６１から別の走査領域６１へ照射位置を移動させるために使用される。
【００４７】
ウェーハ５へのレーザビームの照射により、磁場が誘起される。レーザビームの照射中、ＳＱＵＩＤ磁束計１６にはＳＱＵＩＤコントローラ１９から作動電力が供給される。したがって、誘起磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される。制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６からＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して計測磁場信号を受け取る。制御・画像処理装置１８は、この計測磁場信号を用いて、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを生成する。
【００４８】
レーザビームの一部は、ウェーハ５によって反射される。反射光は、対物レンズ１２６、レボルバ１２５、光路設定部１２４および光スキャナ１２２を通過して、フォトダイオード１１に入射する。フォトダイオード１１は、この反射光を検出し、反射光の強度に応じた出力信号を生成する。フォトダイオード１１の出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。レーザビームの照射位置はウェーハ５の全体にわたって移動するから、フォトダイオード１１の出力信号は、ウェーハ５の反射画像を示す。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号に基づいて、ウェーハ５の反射画像データを生成する。
【００４９】
ウェーハ検査装置１は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像に基づいて、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場は、ダイ５２に含まれるデバイスの構造に応じて変化する。また、検出される磁場には、レーザビームの照射によって誘起された磁場のほかに、外部磁場がバックグラウンドノイズとして含まれることがある。このため、ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像を単独で観察しても、欠陥を精度良く検出することは難しい。そこで、制御・画像処理装置１８は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを、あらかじめ用意された良品ダイのＳＱＵＩＤ画像データと比較することにより、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。
【００５０】
以下では、図４を参照しながら、欠陥判定処理を詳しく説明する。図４は、欠陥判定処理の説明図である。図４の「計測ＳＱＵＩＤ画像」は、一つのダイ５２の走査によって生成されるＳＱＵＩＤ画像の一例である。符号７１、７２は、ダイ５２中の欠陥を示している。計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。これらの欠陥７１および７２は、同じ走査経路上に位置するものとする。計測ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、計測ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００５１】
図５の「良品ＳＱＵＩＤ画像」は、良品ダイに関する計測磁場信号から生成されるＳＱＵＩＤ画像である。良品ＳＱＵＩＤ画像は、ウェーハ検査装置１を用いて良品ダイを事前に検査することにより取得される。良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。この走査経路は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線が示す走査経路と同一である。つまり、これらの走査経路は、それぞれ良品ダイおよび被検査ダイの同一座標を通過する。良品ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その良品ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、良品ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００５２】
計測ＳＱＵＩＤ画像中の欠陥７１は、良品ダイの同一箇所に比べて高い輝度を有する。つまり、欠陥７１は、プラスの輝度方向を有している。これは、欠陥７１の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より高いことに起因する。このような欠陥をプラス欠陥と呼ぶことにする。一方、欠陥７２は、良品ダイの同一箇所に比べて低い輝度を有する。つまり、欠陥７２は、マイナスの輝度方向を有している。これは、欠陥７２の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より低いことに起因する。このような欠陥をマイナス欠陥と呼ぶことにする。このように、欠陥には、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場強度を高くするものと低くするものとがある。
【００５３】
制御・画像処理装置１８は、各ダイ５２の欠陥の有無を検査するために、各ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を良品ＳＱＵＩＤ画像と比較する。具体的には、制御・画像処理装置１８は、計測ＳＱＵＩＤ画像データから良品ＳＱＵＩＤ画像データを減算して、差画像データを生成する。生成された差画像は、図４の右側に「減算ＳＱＵＩＤ画像」として示されている。理想的な差画像では、欠陥のみが表示される。
【００５４】
図４において、差画像の下に示されている電圧信号は、その差画像の画像信号の一部である。この信号部分は、差画像中の破線に沿った走査によって得られる。差画像信号では、欠陥７１が信号の山７１ａ、すなわち信号レベルの上昇として現れる。また、差画像信号では、欠陥７２が信号の谷７２ｂ、すなわち信号レベルの降下として現れる。このように、差画像信号の山は、被検査ダイ５２のプラス欠陥を示す。また、差画像信号の谷は、被検査ダイ５２のマイナス欠陥を示す。
【００５５】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを所定のしきい値と比較する。制御・画像処理装置１８は、二つの異なるしきい値を有している。以下では、高い方のしきい値を第１しきい値、低い方のしきい値を第２しきい値と呼ぶことにする。図４では、第１しきい値が破線８１で、第２しきい値が破線８２でそれぞれ示されている。この実施形態では、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。二つのしきい値を用いるのは、プラス欠陥とマイナス欠陥を判別するためである。
【００５６】
図５は、二つのしきい値の算出方法を説明するための図である。第１および第２しきい値は、装置１を用いて、二つの良品ダイのそれぞれについてＳＱＵＩＤ画像データを取得することにより算出される。この算出は、制御・画像処理装置１８が実行する。制御・画像処理装置１８は、これらのＳＱＵＩＤ画像データの一方から他方を減算して差画像データを生成し、その差画像の輝度ヒストグラムを算出する。制御・画像処理装置１８は、輝度ヒストグラムの標準偏差も算出する。第１しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）＋（標準偏差のｋ倍）によって算出される。第２しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）−（標準偏差のｋ倍）によって算出される。ここで、ｋは所定の定数である。ｋの値は、ウェーハ検査装置１のオペレータが任意に設定できる。
【００５７】
また、このしきい値の算出は、ダイの中の同一位置をウェーハ全体でサンプリングして、ダイを構成するピクセル単位で設定する手法でも対応が可能である。
【００５８】
制御・画像処理装置１８は、より適切な第１および第２しきい値を得るために、マージ機能を有している。マージ機能は、しきい値を設定するためのサンプル数を増やす機能である。マージ機能は、新たに一つ以上のダイについてＳＱＵＩＤ画像を取得し、既存のＳＱＵＩＤ画像との間で減算処理を行い、輝度ヒストグラムのサンプル数を増やす。マージ機能を達成するため、輝度ヒストグラムの算出に用いられたＳＱＵＩＤ画像は、制御・画像処理装置１８内の記憶装置に保存される。
【００５９】
制御・画像処理装置１８は、第１しきい値以上の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にプラス欠陥が存在すると判定する。図４の例では、制御・画像処理装置１８は、山７１ａのうち第１しきい値８１以上の部分をプラス欠陥と判定する。また、制御・画像処理装置１８は、第２しきい値以下の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にマイナス欠陥が存在すると判定する。図４の例では、制御・画像処理装置１８は、谷７２ｂのうち第２しきい値８２以下の部分をマイナス欠陥と判定する。差画像信号の横軸座標は、ＳＱＵＩＤ画像のピクセル位置およびダイ５２におけるレーザビームの照射位置に対応している。制御・画像処理装置１８は、欠陥と判定された信号部分の横軸座標から、その欠陥の位置を算出できる。
【００６０】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像のデータを生成する。この画像データは、表示装置２０に送られる。これにより、表示装置２０の画面上では、検出された欠陥がウェーハマップ上に表示される。また、装置１のオペレータによってダイ５２が指定されると、制御・画像処理装置１８は、より詳細な結果表示用の画像データを生成する。この画像データも、表示装置２０に送られ、画面に表示される。これにより、指定されたダイ５２内の欠陥位置情報がそのダイ５２の反射画像に重ねて表示される。なお、欠陥は、その種類に応じて異なる表示態様で表示される。例えば、プラス欠陥とマイナス欠陥を違う色で表示してもよい。
【００６１】
以下では、ウェーハ検査装置１の利点を説明する。装置１は、主に、三つの利点を有している。
【００６２】
第１に、装置１は、精度良くウェーハを位置合わせできる。装置１は、２値化画像を用いた粗調整と多値化画像を用いた微調整という２段階の位置合わせを実行するので、精度の高い位置合わせが可能である。これに応じて、ＳＱＵＩＤ画像の比較による欠陥の検出精度も高まる。
【００６３】
第２に、装置１は、欠陥の種類を判別できる。これは、計測ＳＱＵＩＤ画像信号と良品ＳＱＵＩＤ画像信号から得られる差画像信号のレベルを、正負の二つのしきい値と比較するからである。正のしきい値によってプラス欠陥の有無を判定し、負のしきい値によってマイナス欠陥を判定するので、これらの欠陥を判別できる。これら２種類の欠陥の位置は、異なる表示態様で表示される。したがって、装置１のオペレータは、欠陥の種類をその表示態様から確認できる。
【００６４】
第３に、装置１は、ウェーハ５の欠陥の有無を精度良く検査することができる。これは、ウェーハを精度良く位置合わせできることに加えて、計測ＳＱＵＩＤ画像信号から良品ＳＱＵＩＤ画像信号を減算するからである。差画像信号には、ウェーハ５の構造にかかわらず、欠陥のみが山または谷として現れる。バックグラウンドノイズである外部磁場は、その減算によって相殺される。したがって、精度良く欠陥を検出できる。
【００６５】
以下では、装置１と公知例とを比較しながら装置１の利点をさらに説明する。公知のウェーハアライメント方法の一例は、特公平６−７９３２６号公報に記載されている。この方法では、ステージを移動させながらウェーハの画像を取得するので、画像の情報精度はあまり高くない。このため、この画像を利用しても、あまり精度の高いアライメントは期待できない。これに対し、この実施形態では、サンプリング領域の画像を取得するときは、ステージは静止している。このため、高い精度の画像を取得できる。これに応じて、アライメントの精度も高くなる。本実施形態はＳＱＵＩＤ画像の比較によって欠陥を検出するので、正確なアライメントが重要である。
【００６６】
また、特公平６−７９３２６号の方法では、プリアライメントによりウェーハのストリートラインをステージのＸＹ方向に一致させる必要がある。これは、ストリートラインの方向に沿ってウェーハを移動させながら、ウェーハ上の複数の区画を順次に撮像するためである。これに対して、この実施形態では、ストリートラインをステージのＸＹ方向に一致させる必要はない。これにより、プリアライメントが簡略化されるので、ウェーハを迅速に位置合わせできる。なお、ウェーハの角度ずれは、ＸＹθステージ１４の回転駆動によって修正できる。
【００６７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６８】
上記実施形態では、欠陥の有無を判定するために、ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を、あらかじめ取得した良品ダイのＳＱＵＩＤ画像と比較する。しかし、この代わりに、複数のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像同士を比較してもよい。
【００６９】
以下では、図６および図７を参照しながら、異なるダイ５２間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検査処理を説明する。図６は、この欠陥検査処理の概略説明図である。図７は、この欠陥検査処理の詳細説明図である。
【００７０】
図６の左側には、（ｎ−１）番目のダイ５２とｎ番目のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ここで、ｎは２以上の整数である。以下では、（ｎ−１）番目のダイ５２をダイ（ｎ−１）と呼び、ｎ番目のダイ５２をダイ（ｎ）と呼ぶことにする。これらは、例えば、走査経路に沿って隣接して配置されたダイ５２である。符号７３、７４は、ダイ（ｎ−１）中の欠陥を示している。符号７５、７６は、ダイ（ｎ）中の欠陥を示している。欠陥７３および７５は、上述したマイナス欠陥であり、欠陥７４および７６は、上述したプラス欠陥である。各計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。各破線によって示される走査経路は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標を通過する。欠陥７３〜７６は、いずれも破線の走査経路上に位置するものとする。
【００７１】
図６において計測ＳＱＵＩＤ画像の右側に示される電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査により得られる画像信号である。ダイ（ｎ−１）の画像信号には、欠陥７３が谷７３ｂとして現れ、欠陥７４が山７４ａとして現れる。同様に、ダイ（ｎ）の画像信号には、欠陥７５が谷７５ｂとして現れ、欠陥７６が山７６ａとして現れる。
【００７２】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２に関して、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像とダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を比較する。つまり、ダイ（１）とダイ（２）、ダイ（２）とダイ（３）、…ダイ（Ｎ−１）とダイ（Ｎ）間で、それぞれ計測ＳＱＵＩＤ画像が比較される。ここで、Ｎはダイの総数である。具体的には、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像からダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を減算して、差画像信号を生成する。差画像信号の一部は、図６の右側に示されている。差画像信号では、欠陥７４および７５が山７４ａおよび７５ａとして現れ、欠陥７３および７６が谷７３ｂおよび７６ｂとして現れる。このように、この差画像信号の山は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥またはダイ（ｎ）のマイナス欠陥を示す。また、この差画像信号の谷は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥またはダイ（ｎ）のプラス欠陥を示す。差画像信号の横軸座標は、ダイの位置座標に対応する。
【００７３】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを第１および第２のしきい値と比較する。上記実施形態と同様に、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。これらのしきい値の算出方法は、図６を参照して上述した通りである。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。この信号部分の横軸座標は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標に対応する。
【００７４】
差画像信号のうち第１しきい値以上の部分は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のマイナス欠陥である可能性を有する。同様に、第２しきい値以下の部分は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のプラス欠陥である可能性を有する。欠陥がどちらのダイに含まれるのかを特定するため、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ）とダイ（ｎ＋１）間の計測ＳＱＵＩＤ画像の比較結果を利用する。以下では、図７を参照しながら、欠陥検査処理をさらに詳しく説明する。
【００７５】
図７の左側には、ダイ（１）〜（６）の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ダイ（１）、（２）、（５）および（６）は、欠陥を有さない。ダイ（３）は、マイナス欠陥７７を有している。ダイ（４）は、プラス欠陥７８を有している。図７の中央には、相隣る番号のダイ間の差画像信号が示されている。図７において「減算（ｍ−１）−ｍ」（ｍは、２以上Ｎ以下の整数。ここで、Ｎはダイの総数。）は、ダイ（ｍ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号からダイ（ｍ）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号を減算することを意味する。
【００７６】
図７に示されるように、制御・画像処理装置１８は、すべてのｍ値について順次に減算（ｍ−１）−ｍを実行する。その後、すべての差画像信号について、その信号レベルを第１および第２しきい値と比較する。減算２−３による差画像信号には、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７７ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７７ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ２のプラス欠陥である可能性と、ダイ３のマイナス欠陥である可能性がある。
【００７７】
減算３−４による差画像信号には、減算２−３による差画像信号の山７７ａと同じ位置に、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７７ｂが現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７７ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。
【００７８】
減算２−３および減算３−４によって共通に予想されるのは、ダイ（３）のマイナス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（３）にマイナス欠陥が存在すると判定する。このように、制御・画像処理装置１８は、減算２−３による差画像信号と減算３−４による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（３）中において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。
【００７９】
減算３−４による差画像信号には、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７８ｂも現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７８ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。減算４−５による差画像信号には、減算３−４信号における谷７８ｂと同じ位置に、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７８ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７８ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性と、ダイ（５）のマイナス欠陥である可能性がある。減算３−４および減算４−５によって共通に予想されるのは、ダイ（４）のプラス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（４）中にプラス欠陥が存在すると判定する。ダイ（４）における欠陥の位置座標は、差画像信号における欠陥の横軸座標から特定される。
【００８０】
このように、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号と減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（ｎ）において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。また、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号で欠陥が検出され、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ−１）に欠陥が存在すると判定する。さらに、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号で欠陥が検出され、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ＋１）に欠陥が存在すると判定する。どのダイに欠陥が存在するかが特定されれば、その欠陥が差画像信号において山であるか谷であるかに応じて、その欠陥の種類も特定される。
【００８１】
なお、「二つの差画像信号の同一の横軸座標に欠陥が検出される」とは、横軸座標が完全に一致する場合のほか、所定の許容値だけ横軸座標がずれている場合を含んでいてもよい。この場合、二つの差画像の同一画素にそれぞれ欠陥が検出される場合のほか、二つの差画像の欠陥の位置が数ピクセルずれている場合も、同一の画素に欠陥が存在するとみなされる。所定値以内のずれを許容するのは、欠陥の検出位置の誤差を考慮したものである。
【００８２】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像を生成する。表示装置２０は、その生成された画像を画面上に表示する。この画像の生成および表示は、上記実施形態に関して説明した通りである。
【００８３】
ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像同士の比較により欠陥を検出する場合も、ウェーハ５の正確なアライメントが重要である。特に、隣接して配置されたダイ５２間でＳＱＵＩＤ画像を比較する場合には、精度の良いアライメントが必要となる。
【００８４】
【発明の効果】
この発明のウェーハ検査方法は、２値化画像を用いた粗調整と多値化画像を用いた微調整という２段階の位置合わせを実行するので、精度良くウェーハを位置合わせできる。この発明のウェーハ検査方法は、ＳＱＵＩＤ磁束計を利用したウェーハ検査装置に好適に適用できる。この発明のウェーハ検査装置は、このウェーハ検査方法を実施できるアライメント手段を有している。このため、この発明のウェーハ検査装置は、精度良くウェーハを位置合わせして、精度良くウェーハの欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るウェーハ検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】（ａ）は、アライメントのための基準点を示す概略平面図であり、（ｂ）は、基準点Ａを含むサンプリング領域を示す概略平面図である。
【図３】ウェーハの走査方法の一例を示す概略平面図である。
【図４】被検査ダイと良品ダイとのＳＱＵＩＤ画像の比較による欠陥検査処理の説明図である。
【図５】第１および第２しきい値の算出方法の説明図である
【図６】異なるダイ間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検査処理の概略説明図である。
【図７】図６の欠陥検査処理の詳細説明図である。
【符号の説明】
１…非破壊検査装置、５…ウェーハ、１０…赤外レーザ光光源、１１…フォトダイオード、１２…照射光学系、１４…ＸＹθステージ、１６…ＳＱＵＩＤ磁束計、１８…減算手段、比較手段、判定手段、画像生成手段およびアライメント手段としての制御・画像処理装置、２０…表示装置、４５…フィルタ、５２…ダイ、１２０…光スキャナ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention can be used in a wafer inspection apparatus for detecting defects in a pattern provided on a wafer, and a wafer inspection apparatus.Wafer inspection methodAbout.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductor devices, a wafer inspection is performed after a plurality of dies (chips) are formed on a semiconductor wafer. In the wafer inspection, the device pattern of each die is checked for defects. At the time of inspection, the wafer inspection apparatus aligns each wafer to be inspected at a specific position. This is wafer alignment in wafer inspection. A general wafer inspection apparatus adsorbs the back surface of a wafer and performs alignment by observing a device pattern provided on the front surface of the wafer from the front surface side.
[0003]
As an example of a wafer inspection apparatus, an apparatus using SQUID is known. The SQUID inspection apparatus irradiates the surface of a sample with laser spot light, and detects the intensity of the magnetic field induced by the laser spot light with a SQUID magnetometer (superconducting quantum interference magnetometer). The distribution of magnetic field strength is imaged using the output signal of the SQUID magnetometer. By observing this image, the wafer can be inspected.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
  An object of the present invention is to improve a wafer inspection apparatus using a SQUID. More specifically, an accurate wafer alignment method applicable to a SQUID type wafer inspection apparatus.Wafer inspection method usingIt is another object of the present invention to provide a SQUID type wafer inspection apparatus capable of accurately aligning a wafer.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  Wafer of this inventionInspectionThe method is first to7thHas steps. In the first step, a reference wafer having a pattern on the front surface is placed on a scanning stage, illumination light is irradiated on the back surface of the reference wafer via the first objective lens, and an imaging device facing the back surface of the reference wafer is used. The reference wafer is imaged, and the acquired image is binarized to generate a binarized reference image. In the first step, the back surface of the reference wafer is irradiated with illumination light through the second objective lens having a higher magnification than the first objective lens, and the reference is performed using an imaging device facing the back surface of the reference wafer. The wafer is imaged, and the acquired image is multi-valued to generate a multi-valued reference image. The second step is to mount an imaging wafer having a pattern on the surface on the scanning stage, irradiate illumination light on the back surface of the reference wafer via the first objective lens, and oppose the back surface of the inspection wafer. Then, the wafer to be inspected is imaged, the acquired image is binarized, and the binarized image of the wafer to be inspected and the binarized reference image are subjected to pattern matching to calculate a first matching degree. In the third step, driving of the scanning stage and calculation of the first matching degree are alternately repeated to identify the stage position where the first matching degree is the highest. In the fourth step, illumination light is irradiated on the back surface of the wafer to be inspected via the second objective lens at the stage position specified in the third step, and the imaging device facing the back surface of the wafer to be inspected is used. The inspection wafer is imaged, the acquired image is multi-valued, and the multi-valued image of the wafer to be inspected and the multi-valued reference image are pattern-matched to calculate a second matching degree. In the fifth step, driving of the scanning stage and calculation of the second matching degree are alternately repeated to identify the stage position where the second matching degree is the highest.In the sixth step, laser light is irradiated onto the wafer to be inspected from the back side of the wafer to be inspected, and the intensity of the magnetic field generated by scanning the wafer to be inspected at the stage position specified in the fifth step is determined. Detection is performed by magnetic field detection means provided on the surface side, and magnetic field distribution data is acquired. In the seventh step, the presence / absence of a defect in the pattern provided on the surface of the wafer to be inspected is determined based on the magnetic field distribution data. And in the wafer inspection method of this invention, the said 1st and 2nd objective lens is attached to the revolver, and permeate | transmits a laser beam and illumination light. Further, by moving the first and second objective lenses by the revolver, only one of the first and second objective lenses is arranged on the optical path of the laser light and the illumination light.

[0006]
  Wafer of this inventionInspection methodSince the two-stage position adjustment is performed using the matching of the binarized image and the multi-valued image, the wafer can be aligned with high accuracy. Also this waferInspection methodSince the wafer is imaged from the back side of the wafer, it can be easily applied to a wafer inspection apparatus in which a SQUID magnetometer is arranged on the front side of the wafer.
[0007]
  The wafer inspection apparatus according to the present invention detects a defect in a pattern provided on the surface of a wafer. This apparatus includes (a) a scanning stage on which a wafer is placed, (b) a laser irradiation means that is disposed on the back side of the wafer and irradiates the back surface of the wafer with laser light, and (c) on the back side of the wafer. (E) an illuminating means for illuminating the entire back surface of the wafer with illumination light; (d) an imaging means disposed on the back side of the wafer for receiving the illumination light reflected by the wafer and imaging the wafer; A magnetic field detection means provided on the front surface side of the wafer for detecting the intensity of a magnetic field generated by scanning the wafer and acquiring magnetic field distribution data; and (f) an image of the wafer imaged by the imaging means and a predetermined reference image; And an alignment unit that drives the scanning stage to adjust the position of the wafer so as to obtain the highest degree of matching.This apparatus determines the presence or absence of a defect based on magnetic field distribution data.According to the present invention, (a) to (f), (g) first and second objective lenses that transmit the laser light and the illumination light, and (h) first and second objective lenses are provided. The present invention also relates to a wafer inspection apparatus including an attached revolver. In this wafer inspection apparatus, the presence or absence of a defect is determined based on magnetic field distribution data. The first objective lens has a lower magnification than the second objective lens. Further, the revolver moves only the first and second objective lenses to place only one of the first and second objective lenses on the optical path of the laser light and the illumination light. The reference image includes a binarized reference image and a multi-valued reference image. The alignment unit binarizes the image captured by the imaging device when the first objective lens is disposed on the optical path of the illumination light, and patterns the binarized image and the binarized reference image. The scanning stage is driven to adjust the position of the wafer so as to obtain the highest matching degree, and then the image is picked up by the image pickup device when the second objective lens is disposed on the optical path of the illumination light. The image is multi-valued, the multi-value image and the multi-value reference image are pattern-matched, and the scanning stage is driven to adjust the position of the wafer so as to obtain the highest degree of matching.

[0008]
  Since the wafer inspection apparatus of the present invention includes the above alignment means, the wafer of the present inventionInspection methodCan be implemented. Since the wafer can be accurately aligned, the defect detection accuracy is increased accordingly.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. For the convenience of illustration, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
[0010]
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the wafer inspection apparatus of this embodiment. The apparatus 1 is a scanning laser SQUID microscope. The apparatus 1 inspects a silicon wafer 5 as a sample. FIG. 2A is a schematic plan view of the wafer 5. The wafer 5 has a plurality of dies 52 on its surface 5a. Each die 52 is provided with a predetermined semiconductor device pattern. These dies 52 are all intended to have the same device pattern. The wafer inspection apparatus 1 inspects whether there is a defect in the device pattern of each die 52.
[0011]
The wafer inspection apparatus 1 includes an IR laser light source 10, an irradiation optical system 12, an XYθ stage 14, a SQUID magnetometer 16, and a control / image processing apparatus 18. The IR laser light source 10 is optically coupled to the irradiation optical system 12. The IR laser light source 10, the XYθ stage 14, and the SQUID magnetometer 16 are electrically connected to a control / image processing device 18. The apparatus 1 further includes a photodiode 11, a stage controller 17, a SQUID controller 19, a display device 20, a Z-axis stage 22, a stage controller 24, and a near infrared illumination device 26. The photodiode 11 is optically coupled to the irradiation optical system 12. The photodiode 11, the stage controllers 17 and 24, the SQUID controller 19, the display device 20, and the illumination device 26 are electrically connected to the control / image processing device 18. The Z-axis stage 22 is attached to the illumination optical system 12.
[0012]
During the inspection of the wafer 5 by the apparatus 1, the wafer 5 is placed on the XYθ stage 14. A chuck 15 is installed on the upper surface of the XYθ stage 14. The chuck 15 holds the wafer 5 by sucking the edge portion of the back surface 5 b of the wafer 5. In this embodiment, the chuck 15 is transparent and transmits infrared laser light emitted from the IR laser light source 10 and illumination light emitted from the illumination device 26.
[0013]
An annular chuck may be used instead of the transparent chuck. The annular chuck also holds the wafer 5 by adsorbing the edge portion of the back surface 5b of the wafer 5 like the transparent chuck. The laser light from the IR laser light source 10 passes through the central opening of the annular chuck and is irradiated onto the wafer 5. For this reason, the annular chuck may not be transparent.
[0014]
The IR laser light source 10 is a light emitting element that emits infrared laser light. One end of an optical fiber 40 is optically connected to the IR laser light source 10. The other end of the optical fiber 40 is optically connected to the irradiation optical system 12. Laser light emitted from the IR laser light source 10 enters the optical fiber 40, propagates through the optical fiber 40, and enters the irradiation optical system 12.
[0015]
The illumination device 26 emits illumination light. A bandpass filter 45 is disposed on the optical path between the illumination device 26 and the irradiation optical system 12. The bandpass filter receives illumination light from the illumination device 26 and transmits only light in the near-infrared wavelength region (about 1100 nm). In this way, illumination light in the near infrared region is generated. This illumination light is irradiated to the entire back surface 5 b of the wafer 5 through the irradiation optical system 12. The reason for using near-infrared illumination light is that light in this wavelength region passes through the silicon wafer. If illumination light that is transmissive to the wafer 5 is used, the device pattern can be observed from the back surface 5 b side of the wafer 5.
[0016]
The photodiode 11 is a light detection element that receives light that is reflected by the wafer 5 and emitted from the irradiation optical system 12 among the light from the laser light source 10. The photodiode 11 generates an output signal corresponding to the intensity of the received infrared laser light. This output signal is sent to the control / image processing device 18. A condenser lens (not shown) is disposed between the photodiode 11 and the optical scanner 122 in the irradiation optical system 12. This condenser lens is installed in the irradiation optical system 12. Laser light from the optical scanner 122 is condensed by the condenser lens and sent to the photodiode 11.
[0017]
The irradiation optical system 12 receives infrared laser light from the IR laser light source 10, forms a laser beam from the laser light, and irradiates the wafer 5. The irradiation optical system 12 receives near-infrared illumination light from the illumination device 26 and irradiates the wafer 5 with the illumination light. The irradiation optical system 12 is disposed below the XYθ stage 14. The infrared laser beam and the near-infrared illumination light emitted from the irradiation optical system 12 enter the chuck 15 through the opening of the XYθ stage 14. The laser beam and the illumination light pass through the chuck 15 and reach the wafer 5. Thus, the laser beam and the illumination light are irradiated from the back side of the wafer 5.
[0018]
The irradiation optical system 12 includes an optical scanner 122, an optical path setting unit 124, an electric revolver 125, an objective lens 126, and a near infrared camera 127. The optical path setting unit 124 includes a beam splitter and a reflection mirror.
[0019]
One end of the optical fiber 40 is optically connected to the optical scanner 122. Therefore, the optical scanner 122 is optically connected to the IR laser light source 10 via the optical fiber 40. A collimator lens (not shown) is arranged between the optical scanner 122 and the optical fiber 40. This collimator lens is installed in the irradiation optical system 12. When the laser light from the light source 10 is emitted from the optical fiber 40, it is focused by a collimator lens to become a laser beam. This laser beam is directed to the optical scanner 122.
[0020]
The optical scanner 122 reflects this laser beam and sends it to the optical path setting unit 124. This reflection angle is variable. When the reflection angle is continuously changed, the laser beam is swept. This is laser beam scanning. The optical scanner 122 is electrically connected to the control / image processing apparatus 18. The control / image processing device 18 sends a drive signal to the optical scanner 122 to operate the optical scanner. The control / image processing device 18 can control the reflection angle of the laser beam by the optical scanner 122, and thus can control the movement (scanning) of the laser beam.
[0021]
The optical path setting unit 124 directs the laser beam sent from the optical scanner 122 to the revolver 125. The optical path setting unit 124 is optically connected to the near-infrared illumination device 26. Near-infrared illumination light from the illumination device 26 enters the optical path setting unit 124. The optical path setting unit 124 sends the illumination light to the revolver 125.
[0022]
A plurality of objective lenses 126 with different magnifications are attached to the revolver 125. The revolver 125 can arrange only one of these objective lenses 126 on the optical path of the light sent from the optical path setting unit 124. The laser beam and the illumination light pass through the objective lens 126 and reach the wafer 5. The laser beam is reduced and projected onto the wafer by the objective lens 126. As a result, the laser beam forms spot light on the wafer 5. The revolver 125 has a rotation mechanism. By rotating the revolver 125, the objective lens 126 disposed on the optical path of the light from the optical path setting unit 124 can be switched.
[0023]
The near-infrared camera 127 is optically coupled to the optical path setting unit 124. The camera 127 receives near-infrared illumination light reflected by the device pattern on the wafer 5. Thereby, the wafer 5 can be imaged. The device pattern of the wafer 5 appears in the obtained image. This pattern corresponds to a device pattern observed from the front surface 5a side reversed. The camera 127 is electrically connected to the control / image processing device 18. When imaging the wafer 5, the camera 127 sends an output signal to the control / image processing device 18. The control / image processing device 18 acquires image data of the wafer 5 from this output signal. This image data is used for alignment of the wafer 5.
[0024]
The Z-axis stage 22 can translate the irradiation optical system 12 along the Z-axis direction. The Z-axis direction is substantially perpendicular to the main surfaces (5a and 5b) of the wafer 5. By driving the Z-axis stage 22, the distance (imaging distance) between the camera 127 and the wafer 5 can be adjusted. The Z-axis stage 22 is used for autofocus when imaging the wafer 5 with the camera 127.
[0025]
The Z-axis stage 22 is electrically connected to the control / image processing apparatus 18 via a stage controller 24. The stage controller 24 receives a stage drive command from the control / image processing apparatus 18. This stage drive command instructs the stage controller 24 on the direction and amount of movement of the Z-axis stage 22. The stage controller 24 generates a stage drive signal in response to the stage drive command, and sends this stage drive signal to the Z-axis stage 22. The Z-axis stage 22 is driven in response to this stage drive signal. As a result, the Z-axis stage 22 moves the irradiation optical system 12 by the direction and movement amount instructed by the control / image processing device 18.
[0026]
The XYθ stage 14 can translate and rotate the wafer 5 and the chuck 15 in a plane substantially parallel to the main surfaces (5a and 5b) of the wafer 5. The XYθ stage 14 can translate the wafer 5 and the chuck 15 along the X and Y directions. Further, the XYθ stage 14 can rotate the wafer 5 and the chuck 15 around the Z axis perpendicular to the XY plane. The XYθ stage 14 can move the wafer 5 relative to the laser beam emitted from the irradiation optical system 12. Therefore, the irradiation position of the laser beam on the wafer 5 can be changed by driving the XYθ stage 14.
[0027]
The XYθ stage 14 is electrically connected to a control / image processing device 18 via a stage controller 17. The stage controller 17 receives a stage drive command from the control / image processing device 18. This stage drive command instructs the stage controller 17 on the movement direction, movement amount, rotation direction, and rotation amount of the stage 14. The stage controller 17 generates a stage drive signal in response to the stage drive command, and sends this stage drive signal to the XYθ stage 14. The XYθ stage 14 is driven in response to this stage drive signal. As a result, the XYθ stage 14 moves the wafer 5 in the movement direction and movement amount instructed by the control / image processing apparatus 18. Further, the XYθ stage 14 rotates the wafer 5 in the rotation direction and the rotation amount instructed by the control / image processing apparatus 18.
[0028]
The SQUID magnetometer 16 is installed above the wafer 5 so as to face the surface 5 a of the wafer 5. The SQUID magnetometer 16 detects a magnetic field generated by irradiating the wafer 5 with laser light. When the wafer 5 is irradiated with infrared laser light, a thermoelectromotive force or a photovoltaic force is generated. This thermoelectromotive force or photovoltaic force generates a current in the wafer 5. This current induces a magnetic field. This magnetic field reflects the device pattern of the wafer 5. The SQUID magnetometer 16 detects this induced magnetic field. The SQUID magnetometer 16 generates an output voltage signal (measured magnetic field signal) corresponding to the detected magnetic field strength. This signal is sent to the control / image processing device 18 via the SQUID controller 19.
[0029]
The SQUID magnetometer 16 is electrically connected to the control / image processing device 18 via the SQUID controller 19. The SQUID controller 19 operates the SQUID magnetometer 16 or stops the operation of the SQUID magnetometer 16 in accordance with a command from the control / image processing device 18. Upon receiving a SQUID operation command from the control / image processing device 18, the SQUID controller 19 supplies operating power to the SQUID magnetometer 16. As a result, the SQUID magnetometer 16 is operated to detect the magnetic field. When the SQUID controller 19 receives the SQUID stop command from the control / image processing device 18, the SQUID controller 19 stops supplying the operating power to the SQUID magnetometer 16. As a result, the SQUID magnetometer 16 stops its operation.
[0030]
The control / image processing device 18 controls operations of the IR laser light source 10, the XYθ stage 14, the SQUID magnetometer 16, the Z-axis stage 22, and the illumination device 26. The control / image processing device 18 also controls the operations of the optical scanner 122 and the revolver 125 arranged in the irradiation optical system 12.
[0031]
The control / image processing device 18 can image the distribution of the magnetic field induced by the laser beam irradiation on the wafer 5. The control / image processing device 18 associates the irradiation position (that is, the scanning position) of the laser beam on the wafer 5 with the pixel position. The control / image processing device 18 converts the measured magnetic field signal level when a certain position on the wafer 5 is irradiated with laser light into the luminance of the pixel associated with the irradiation position. Thereby, image data of the magnetic field induced by the laser beam irradiation on the wafer 5 is obtained. Hereinafter, this image is referred to as a “SQUID image”. The SQUID image data is also magnetic field distribution data indicating a magnetic field distribution. SQUID image data may be processed in the form of image signals. The control / image processing device 18 calculates SQUID image data for each of the dies 52.
[0032]
The control / image processing device 18 determines whether or not there is a defect in each die 52 using the SQUID image data. When the control / image processing apparatus 18 determines that a defect exists in the die 52, the control / image processing apparatus 18 generates image data indicating the position of the defect. The control / image processing device 18 receives the output signal of the photodiode 11. This output signal represents the reflected image of the die 52. The control / image processing device 18 generates image data in which the defect position is superimposed on the reflection image of the die 52 as necessary. The control / image processing device 18 sends the generated image data to the display device 20.
[0033]
The display device 20 receives image data from the control / image processing device 18. The display device 20 displays an image on the screen according to the image data.
[0034]
Below, the inspection process by the wafer inspection apparatus 1 is demonstrated. The apparatus 1 executes wafer alignment, sample scanning, determination of presence / absence of defects, and result display. This embodiment is characterized by wafer alignment.
[0035]
Wafer alignment includes (1) designation of reference point, (2) registration of reference image, (3) pre-alignment of wafer, (4) loading of wafer, (5) coarse adjustment, and (6) fine adjustment. Become. These steps will be described in order.
[0036]
“Specifying a reference point” is an operation of selecting a position serving as a reference for alignment from the imaging field of view of the camera 127. In this embodiment, the wafer is aligned by matching characteristic patterns that exist in common in the wafer. An example of a characteristic pattern is a peripheral portion of a street intersection that divides the die 52. Symbols A and B in FIG. 2A indicate street intersections. FIG. 2B is an enlarged view of the peripheral portion of the intersection A. FIG.
[0037]
When the reference point is designated, one reference wafer is loaded on the stage 14 after the pre-alignment. The reference wafer has the same configuration as the wafer to be inspected. The wafer 5 is placed in the field of view of the camera 127 by the pre-alignment. This pre-alignment is performed using, for example, a pre-aligner.
[0038]
Thereafter, the wafer inspection apparatus 1 acquires a reflection image of the reference wafer by the camera 127. This image is displayed on the screen of the display device 20. As shown in FIG. 2A, the operator designates two positions serving as alignment references in the reference wafer while viewing the reflection image. As shown in FIG. 2B, two rectangular areas including these designated reference points are used for pattern matching. These square areas are hereinafter referred to as “sampling areas”. The sampling area indicates a specific area within the field of view of the camera 127. If the position of the wafer with respect to the camera 127 is different, the pattern imaged in the sampling area is also different.
[0039]
The control / image processing device 18 binarizes the luminance data of these sampling areas using a common threshold value, and calculates the contrast of each sampling area. The calculated contrast is displayed on the screen of the display device 20. The operator can re-specify the reference points A and B by looking at this contrast. The operator preferably designates the reference point so that each sampling area has a high contrast.
[0040]
When the designation of the reference point is completed and the sampling area is determined, the wafer inspection apparatus 1 registers a reference image. The wafer inspection apparatus 1 images the reference wafer using the low-magnification objective lens 126, and acquires a binarized image of each sampling area. Further, the wafer inspection apparatus 1 captures the same reference wafer using the high-magnification objective lens 126, and acquires a multivalued image of each sampling region. The control / image processing device 18 executes binarization and multi-value conversion of an image. The control / image processing device 18 instructs the revolver 125 to switch the objective lens 126. Thereafter, the control / image processing device 18 issues a command to the camera 127 to image the reference wafer. These binarized images and multi-valued images are reference images. The control / image processing device 18 stores these reference images in an internal storage device. In this way, registration of the reference image is completed.
[0041]
When registration of the reference image is completed, the wafer can be inspected. The wafer 5 to be inspected is pre-aligned and then loaded on the stage 14. The wafer 5 to be inspected is placed in the field of view of the camera 127 by pre-alignment. This pre-alignment is performed using, for example, a pre-aligner.
[0042]
Thereafter, the apparatus 1 roughly adjusts the position of the wafer 5 to be inspected. The control / image processing device 18 images the wafer 5 to be inspected using the low-magnification objective lens 126 by the same method as that for imaging the reference wafer. The control / image processing device 18 binarizes the image acquired in the sampling area. The control / image processing device 18 reads the reference binarized image from the storage device, executes pattern matching with the binarized image acquired for the wafer 5 to be inspected, and calculates the matching degree. The apparatus 1 alternately repeats the movement of the wafer 5 to be inspected by driving the stage 14 and the imaging of the wafer 5 to be inspected and the calculation of the matching degree. Thereafter, the control / image processing device 18 obtains the stage position having the highest matching degree. This stage position is treated as a temporary alignment position.
[0043]
Next, the apparatus 1 finely adjusts the position of the wafer 5. The apparatus 1 places the wafer 5 at a temporary alignment position obtained by rough adjustment. Next, the control / image processing apparatus 18 images the wafer 5 to be inspected using the high-magnification objective lens 126 by the same method as that for imaging the reference wafer. The device 1 multi-values the image acquired in the sampling area. The control / image processing device 18 reads the reference multilevel image from the storage device, executes pattern matching with the multilevel image acquired for the wafer 5 to be inspected, and calculates the matching degree. The apparatus 1 alternately repeats the movement of the wafer 5 to be inspected by driving the stage 14 and the imaging of the wafer 5 to be inspected and the calculation of the matching degree. Thereafter, the control / image processing device 18 obtains the stage position having the highest matching degree. This stage position is treated as the final alignment position.
[0044]
At the time of each imaging described above, the control / image processing device 18 drives the Z-axis stage 22 as necessary to perform autofocus. Further, the control / image processing device 18 checks the luminance of the captured image and controls the light emission amount of the lighting device 26 so that the optimum luminance can be obtained.
[0045]
When the alignment is completed, the apparatus 1 places the wafer 5 at the final alignment position and starts scanning the wafer 5. The apparatus 1 scans all the dies 52 on the wafer 5 by moving the irradiation position of the laser beam on the wafer 5. The irradiation position can be moved by, for example, a method called stage scanning. In the stage scan, the wafer 5 is moved relative to the laser beam by moving the XYθ stage 14. In the stage scan, the laser beam is fixed.
[0046]
Instead of stage scanning, the irradiation position can be moved by a method called laser scanning. FIG. 3 is a schematic diagram showing movement of the irradiation position by laser scanning. In laser scanning, a plurality of scanning regions 61 arranged in a matrix are sequentially irradiated with a laser beam. These scanning areas have the same shape. The shape and size of the scanning region 61 are determined in accordance with the shape and size of the die 52, the sensitivity region of the SQUID magnetometer 16, the distance between the SQUID magnetometer 16 and the wafer 5, and the magnification of the objective lens 126. . The irradiation position of the laser beam is moved by using both driving of the XYθ stage 14 and movement (scanning) of the laser beam by the optical scanner 122. As indicated by arrow 60, scanning of the laser beam is used to move the irradiation position within a single scanning region. As indicated by the arrow 62, the drive of the stage 14 is used to move the irradiation position from one scanning area 61 to another scanning area 61.
[0047]
A magnetic field is induced by irradiating the wafer 5 with the laser beam. During the laser beam irradiation, the SQUID magnetometer 16 is supplied with operating power from the SQUID controller 19. Therefore, the induced magnetic field is detected by the SQUID magnetometer 16. The control / image processing device 18 receives the measurement magnetic field signal from the SQUID magnetometer 16 via the SQUID controller 19. The control / image processing device 18 generates SQUID image data of each die 52 using the measurement magnetic field signal.
[0048]
A part of the laser beam is reflected by the wafer 5. The reflected light passes through the objective lens 126, the revolver 125, the optical path setting unit 124 and the optical scanner 122 and enters the photodiode 11. The photodiode 11 detects this reflected light and generates an output signal corresponding to the intensity of the reflected light. The output signal of the photodiode 11 is sent to the control / image processing device 18. Since the irradiation position of the laser beam moves over the entire wafer 5, the output signal of the photodiode 11 indicates a reflected image of the wafer 5. The control / image processing device 18 generates reflection image data of the wafer 5 based on the output signal of the photodiode 11.
[0049]
The wafer inspection apparatus 1 determines the presence / absence of a defect in each die 52 based on the SQUID image of each die 52. The magnetic field detected by the SQUID magnetometer 16 varies depending on the structure of the device included in the die 52. In addition to the magnetic field induced by laser beam irradiation, the detected magnetic field may include an external magnetic field as background noise. For this reason, even if the SQUID image of the die 52 is observed alone, it is difficult to detect defects with high accuracy. Therefore, the control / image processing device 18 determines whether or not there is a defect in each die 52 by comparing the SQUID image data of each die 52 with the SQUID image data of the good die prepared in advance.
[0050]
Hereinafter, the defect determination process will be described in detail with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the defect determination process. The “measurement SQUID image” in FIG. 4 is an example of a SQUID image generated by scanning one die 52. Reference numerals 71 and 72 indicate defects in the die 52. A broken line in the measurement SQUID image is one of the scanning paths. These defects 71 and 72 shall be located on the same scanning path. The voltage signal shown below the measurement SQUID image is a part of the image signal of the measurement SQUID image. This signal portion is generated by scanning along a broken line in the measurement SQUID image. Therefore, the horizontal coordinate (time information) of this signal portion corresponds to the irradiation position of the laser beam on the scanning path indicated by the broken line, and also corresponds to the pixel position on the broken line in the measurement SQUID image.
[0051]
The “good SQUID image” in FIG. 5 is a SQUID image generated from the measurement magnetic field signal related to the good die. The non-defective SQUID image is acquired by inspecting the non-defective die using the wafer inspection apparatus 1 in advance. A broken line in the non-defective SQUID image is one of the scanning paths. This scanning path is the same as the scanning path indicated by the broken line in the measurement SQUID image. That is, these scanning paths pass through the same coordinates of the non-defective die and the die to be inspected, respectively. The voltage signal shown below the non-defective SQUID image is a part of the image signal of the non-defective SQUID image. This signal portion is generated by scanning along a broken line in the non-defective SQUID image. Therefore, the horizontal coordinate (time information) of this signal portion corresponds to the irradiation position of the laser beam on the scanning path indicated by the broken line, and also corresponds to the pixel position on the broken line in the non-defective SQUID image.
[0052]
The defect 71 in the measurement SQUID image has higher brightness than the same portion of the good die. That is, the defect 71 has a positive luminance direction. This is due to the fact that the magnetic field strength detected by scanning the defect 71 is higher than the magnetic field strength detected by scanning the same portion of the non-defective die. Such a defect is called a plus defect. On the other hand, the defect 72 has a lower luminance than the same part of the good die. That is, the defect 72 has a negative luminance direction. This is due to the fact that the magnetic field strength detected by scanning the defect 72 is lower than the magnetic field strength detected by scanning the same portion of the non-defective die. Such a defect is called a minus defect. Thus, there are defects that increase or decrease the magnetic field strength detected by the SQUID magnetometer 16.
[0053]
The control / image processing device 18 compares the measured SQUID image of each die 52 with the non-defective SQUID image in order to inspect whether or not each die 52 is defective. Specifically, the control / image processing device 18 subtracts the non-defective SQUID image data from the measured SQUID image data to generate difference image data. The generated difference image is shown as a “subtraction SQUID image” on the right side of FIG. In an ideal difference image, only defects are displayed.
[0054]
In FIG. 4, the voltage signal shown below the difference image is a part of the image signal of the difference image. This signal part is obtained by scanning along the broken line in the difference image. In the difference image signal, the defect 71 appears as a signal peak 71a, ie, an increase in signal level. Further, in the difference image signal, the defect 72 appears as a signal valley 72b, that is, a signal level drop. As described above, the peak of the difference image signal indicates a plus defect of the inspection die 52. Further, the valley of the difference image signal indicates a minus defect of the inspection die 52.
[0055]
The control / image processing device 18 compares the level of the difference image signal with a predetermined threshold value. The control / image processing device 18 has two different threshold values. Hereinafter, the higher threshold value is referred to as a first threshold value, and the lower threshold value is referred to as a second threshold value. In FIG. 4, the first threshold value is indicated by a broken line 81, and the second threshold value is indicated by a broken line 82. In this embodiment, the first threshold value is a positive value and the second threshold value is a negative value. The control / image processing device 18 determines that a defect has been detected when the level of the difference image signal is equal to or higher than the first threshold value or equal to or lower than the second threshold value. A series of signal portions above the first threshold and a series of signal portions below the second threshold are each recognized as one defect. The two threshold values are used to discriminate between positive defects and negative defects.
[0056]
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of calculating two threshold values. The first and second threshold values are calculated by acquiring SQUID image data for each of the two good dies using the apparatus 1. This calculation is executed by the control / image processing apparatus 18. The control / image processing device 18 subtracts one of these SQUID image data from the other to generate difference image data, and calculates a luminance histogram of the difference image. The control / image processing device 18 also calculates the standard deviation of the luminance histogram. The first threshold value is calculated by (peak value of luminance histogram) + (k times standard deviation). The second threshold value is calculated by (peak value of luminance histogram) − (k times standard deviation). Here, k is a predetermined constant. The value of k can be arbitrarily set by the operator of the wafer inspection apparatus 1.
[0057]
The threshold value can be calculated by a method in which the same position in the die is sampled on the entire wafer and set in units of pixels constituting the die.
[0058]
The control / image processing device 18 has a merge function in order to obtain more appropriate first and second threshold values. The merge function is a function for increasing the number of samples for setting the threshold value. The merge function newly acquires a SQUID image for one or more dies, performs a subtraction process with the existing SQUID image, and increases the number of samples of the luminance histogram. In order to achieve the merging function, the SQUID image used for calculation of the luminance histogram is stored in a storage device in the control / image processing device 18.
[0059]
The control / image processing device 18 determines that there is a plus defect at the pixel position that gives the difference image signal level equal to or higher than the first threshold value. In the example of FIG. 4, the control / image processing apparatus 18 determines a portion of the mountain 71 a that is equal to or greater than the first threshold value 81 as a plus defect. Further, the control / image processing device 18 determines that there is a minus defect at the pixel position that gives the difference image signal level equal to or lower than the second threshold value. In the example of FIG. 4, the control / image processing apparatus 18 determines a portion of the valley 72 b that is equal to or less than the second threshold value 82 as a negative defect. The horizontal axis coordinate of the difference image signal corresponds to the pixel position of the SQUID image and the laser beam irradiation position on the die 52. The control / image processing device 18 can calculate the position of the defect from the horizontal coordinate of the signal portion determined to be a defect.
[0060]
When the control / image processing device 18 determines the presence / absence of a defect for all the dies 52, the control / image processing device 18 generates image data indicating the determination result. This image data is sent to the display device 20. Thereby, the detected defect is displayed on the wafer map on the screen of the display device 20. When the die 52 is designated by the operator of the apparatus 1, the control / image processing apparatus 18 generates more detailed image data for result display. This image data is also sent to the display device 20 and displayed on the screen. Thereby, the defect position information in the designated die 52 is displayed so as to be superimposed on the reflection image of the die 52. Defects are displayed in different display modes depending on the type. For example, a plus defect and a minus defect may be displayed in different colors.
[0061]
Below, the advantage of the wafer inspection apparatus 1 is demonstrated. The device 1 has mainly three advantages.
[0062]
First, the apparatus 1 can align the wafer with high accuracy. Since the apparatus 1 performs two-stage alignment, that is, coarse adjustment using a binarized image and fine adjustment using a multilevel image, high-accuracy alignment is possible. Accordingly, the accuracy of defect detection by comparison of SQUID images is also increased.
[0063]
Secondly, the device 1 can determine the type of defect. This is because the level of the difference image signal obtained from the measurement SQUID image signal and the non-defective SQUID image signal is compared with two positive and negative threshold values. Since the presence or absence of a positive defect is determined by a positive threshold and the negative defect is determined by a negative threshold, these defects can be determined. The positions of these two types of defects are displayed in different display modes. Therefore, the operator of the apparatus 1 can confirm the type of defect from the display mode.
[0064]
Thirdly, the apparatus 1 can inspect the presence or absence of defects on the wafer 5 with high accuracy. This is because the non-defective SQUID image signal is subtracted from the measurement SQUID image signal in addition to the wafer being accurately aligned. In the difference image signal, only defects appear as peaks or valleys regardless of the structure of the wafer 5. The external magnetic field, which is background noise, is canceled by the subtraction. Therefore, a defect can be detected with high accuracy.
[0065]
Below, the advantage of the apparatus 1 is further demonstrated, comparing the apparatus 1 with a well-known example. An example of a known wafer alignment method is described in Japanese Patent Publication No. 6-79326. In this method, since the image of the wafer is acquired while moving the stage, the information accuracy of the image is not so high. For this reason, even if this image is used, highly accurate alignment cannot be expected. On the other hand, in this embodiment, when acquiring the image of the sampling area, the stage is stationary. For this reason, a highly accurate image can be acquired. Accordingly, the alignment accuracy is increased. Since this embodiment detects a defect by comparing SQUID images, accurate alignment is important.
[0066]
In the method of Japanese Patent Publication No. 6-79326, it is necessary to match the street line of the wafer to the XY direction of the stage by pre-alignment. This is to sequentially image a plurality of sections on the wafer while moving the wafer along the direction of the street line. On the other hand, in this embodiment, it is not necessary to match the street line with the XY direction of the stage. Thereby, since pre-alignment is simplified, the wafer can be quickly aligned. The angular deviation of the wafer can be corrected by rotating the XYθ stage 14.
[0067]
The present invention has been described in detail based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0068]
In the above embodiment, in order to determine the presence or absence of a defect, the measured SQUID image of the die 52 is compared with the SQUID image of the good die acquired in advance. However, instead of this, the measured SQUID images of the plurality of dies 52 may be compared.
[0069]
Hereinafter, a defect inspection process based on a SQUID image comparison between different dies 52 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of this defect inspection process. FIG. 7 is a detailed explanatory diagram of the defect inspection process.
[0070]
On the left side of FIG. 6, measurement SQUID images of the (n−1) th die 52 and the nth die 52 are shown. Here, n is an integer of 2 or more. Hereinafter, the (n-1) th die 52 is referred to as a die (n-1), and the nth die 52 is referred to as a die (n). These are, for example, dies 52 arranged adjacently along the scanning path. Reference numerals 73 and 74 indicate defects in the die (n−1). Reference numerals 75 and 76 indicate defects in the die (n). The defects 73 and 75 are the negative defects described above, and the defects 74 and 76 are the positive defects described above. A broken line in each measurement SQUID image is one of scanning paths. The scanning path indicated by each dashed line passes through the common position coordinates of die (n-1) and die (n). The defects 73 to 76 are all located on the broken line scanning path.
[0071]
The voltage signal shown on the right side of the measurement SQUID image in FIG. 6 is an image signal obtained by scanning along the broken line in the measurement SQUID image. In the image signal of the die (n−1), the defect 73 appears as a valley 73b and the defect 74 appears as a peak 74a. Similarly, in the image signal of the die (n), the defect 75 appears as a valley 75b and the defect 76 appears as a peak 76a.
[0072]
The control / image processing device 18 compares the measured SQUID image of the die (n−1) with the measured SQUID image of the die (n) for all the dies 52. That is, the measured SQUID images are compared between the die (1) and the die (2), the die (2) and the die (3), and the die (N-1) and the die (N). Here, N is the total number of dies. Specifically, the control / image processing device 18 subtracts the measurement SQUID image of the die (n) from the measurement SQUID image of the die (n−1) to generate a difference image signal. A part of the difference image signal is shown on the right side of FIG. In the difference image signal, defects 74 and 75 appear as peaks 74a and 75a, and defects 73 and 76 appear as valleys 73b and 76b. Thus, this peak of the difference image signal indicates a positive defect of the die (n−1) or a negative defect of the die (n). The valley of the difference image signal indicates a minus defect of the die (n-1) or a plus defect of the die (n). The horizontal coordinate of the difference image signal corresponds to the position coordinate of the die.
[0073]
The control / image processing device 18 compares the level of the difference image signal with the first and second threshold values. Similar to the above embodiment, the first threshold value is a positive value and the second threshold value is a negative value. The calculation method of these threshold values is as described above with reference to FIG. The control / image processing device 18 determines that a defect has been detected when the level of the difference image signal is equal to or higher than the first threshold value or equal to or lower than the second threshold value. A series of signal portions above the first threshold and a series of signal portions below the second threshold are each recognized as one defect. The horizontal axis coordinates of this signal portion correspond to the common position coordinates of the die (n-1) and the die (n).
[0074]
A portion of the difference image signal that is equal to or greater than the first threshold value has a possibility of being a positive defect of the die (n−1) and a possibility of being a negative defect of the die (n). Similarly, the portion below the second threshold value has a possibility of being a negative defect of the die (n−1) and a possibility of being a positive defect of the die (n). In order to identify which die the defect is included in, the control / image processing device 18 uses the comparison result of the measured SQUID image between the die (n) and the die (n + 1). Hereinafter, the defect inspection process will be described in more detail with reference to FIG.
[0075]
The measurement SQUID images of the dies (1) to (6) are shown on the left side of FIG. Dies (1), (2), (5) and (6) have no defects. The die (3) has a minus defect 77. The die (4) has a plus defect 78. In the center of FIG. 7, a difference image signal between adjacent dies is shown. In FIG. 7, “subtraction (m−1) −m” (m is an integer greater than or equal to 2 and less than or equal to N. Here, N is the total number of dies) is obtained from the measured SQUID image signal of the die (m−1). This means that the measured SQUID image signal of m) is subtracted.
[0076]
As shown in FIG. 7, the control / image processing device 18 sequentially performs subtraction (m−1) −m for all m values. Thereafter, for all the difference image signals, the signal level is compared with the first and second threshold values. A peak 77a having a peak value exceeding the first threshold value 81 appears in the difference image signal obtained by the subtraction 2-3. The control / image processing apparatus 18 determines a portion of the mountain 77a that is equal to or greater than the first threshold value 81 as a defect. This defect may be a positive defect of the die 2 and a negative defect of the die 3.
[0077]
In the difference image signal obtained by the subtraction 3-4, a valley 77b having a peak value lower than the second threshold value 82 appears at the same position as the peak 77a of the difference image signal obtained by the subtraction 2-3. The control / image processing apparatus 18 determines a portion of the valley 77b that is equal to or less than the second threshold value 82 as a defect. This defect may be a negative defect of the die (3) and a positive defect of the die (4).
[0078]
Only the minus defect of die (3) is commonly expected by subtraction 2-3 and subtraction 3-4. Therefore, the control / image processing apparatus 18 determines that there is a minus defect in the die (3). As described above, when a defect is detected at the same horizontal axis coordinate in both the difference image signal by subtraction 2-3 and the difference image signal by subtraction 3-4, the control / image processing device 18 , It is determined that a defect exists at the position coordinate corresponding to the horizontal axis coordinate.
[0079]
A trough 78b having a peak value lower than the second threshold value 82 also appears in the difference image signal obtained by the subtraction 3-4. The control / image processing apparatus 18 determines a portion of the valley 78b that is equal to or less than the second threshold value 82 as a defect. This defect may be a negative defect of the die (3) and a positive defect of the die (4). In the difference image signal obtained by the subtraction 4-5, a peak 78a having a peak value exceeding the first threshold value 81 appears at the same position as the valley 78b in the subtraction 3-4 signal. The control / image processing apparatus 18 determines a portion of the mountain 78a that is equal to or greater than the first threshold value 81 as a defect. This defect may be a positive defect of the die (4) and a negative defect of the die (5). Only the positive defect of die (4) is commonly expected by subtraction 3-4 and subtraction 4-5. Therefore, the control / image processing apparatus 18 determines that there is a plus defect in the die (4). The position coordinates of the defect in the die (4) are specified from the horizontal axis coordinates of the defect in the difference image signal.
[0080]
As described above, the defect control / image processing apparatus 18 detects a defect at the same horizontal axis coordinate in both the difference image signal by subtraction (n−1) −n and the difference image signal by subtraction n− (n + 1). In the die (n), it is determined that there is a defect at the position coordinate corresponding to the horizontal axis coordinate. Further, the defect control / image processing apparatus 18 detects a defect in the difference image signal obtained by subtraction (n−1) −n, and does not detect a defect in the same horizontal axis coordinate in the difference image signal obtained by subtraction n− (n + 1). In the case, it is determined that there is a defect in the die (n−1). Further, the defect control / image processing device 18 detects a defect in the difference image signal by subtraction n− (n + 1), and does not detect a defect in the same horizontal axis coordinate in the difference image signal by subtraction (n−1) −n. If it is determined that there is a defect in die (n + 1). If it is specified which die has the defect, the type of the defect is also specified depending on whether the defect is a peak or a valley in the difference image signal.
[0081]
Note that “defects are detected at the same horizontal axis coordinates of the two difference image signals” means that the horizontal axis coordinates are completely coincident or the horizontal axis coordinates are shifted by a predetermined allowable value. May be included. In this case, in addition to the case where a defect is detected in each of the same pixels of the two difference images, the defect is considered to exist in the same pixel even when the positions of the defects in the two difference images are shifted by several pixels. The deviation within the predetermined value is allowed in consideration of the error of the defect detection position.
[0082]
When the control / image processing device 18 determines the presence / absence of a defect for all the dies 52, the control / image processing device 18 generates an image indicating the determination result. The display device 20 displays the generated image on the screen. The generation and display of the image are as described in the above embodiment.
[0083]
Even when a defect is detected by comparing SQUID images of the die 52, accurate alignment of the wafer 5 is important. In particular, when comparing SQUID images between dies 52 arranged adjacent to each other, accurate alignment is required.
[0084]
【The invention's effect】
  Wafer of this inventionInspectionSince the method executes two-stage alignment, that is, coarse adjustment using a binarized image and fine adjustment using a multilevel image, the wafer can be aligned with high accuracy. Wafer of this inventionInspection methodCan be suitably applied to a wafer inspection apparatus using a SQUID magnetometer. The wafer inspection apparatus of this invention isInspectionAlignment means capable of performing the method. For this reason, the wafer inspection apparatus according to the present invention can accurately align a wafer and detect defects of the wafer with high accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a wafer inspection apparatus according to an embodiment.
2A is a schematic plan view showing a reference point for alignment, and FIG. 2B is a schematic plan view showing a sampling region including the reference point A. FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a wafer scanning method.
FIG. 4 is an explanatory diagram of defect inspection processing based on comparison of SQUID images between a die to be inspected and a non-defective die.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a calculation method of first and second threshold values.
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of defect inspection processing based on SQUID image comparison between different dies.
7 is a detailed explanatory diagram of the defect inspection process of FIG. 6;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nondestructive inspection apparatus, 5 ... Wafer, 10 ... Infrared laser light source, 11 ... Photodiode, 12 ... Irradiation optical system, 14 ... XY (theta) stage, 16 ... SQUID magnetometer, 18 ... Subtraction means, Comparison means, Determination Means, control / image processing apparatus as image generation means and alignment means, 20 ... display device, 45 ... filter, 52 ... die, 120 ... optical scanner.

Claims (7)

ウェーハの表面に設けられたパターンの欠陥を検出するウェーハ検査装置であって、
前記ウェーハが載置される走査ステージと、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハの裏面にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハの裏面全体に照明光を照射する照明手段と、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハによって反射された前記照明光を受光して前記ウェーハを撮像する撮像手段と、
前記ウェーハの表面側に設けられ、前記ウェーハの走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記ウェーハの画像と所定のリファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように前記走査ステージを駆動して前記ウェーハの位置を調整するアライメント手段と、
前記レーザ光および前記照明光を透過させる第１および第２の対物レンズと、
前記第１および第２対物レンズが取り付けられたレボルバと、
を備え、
前記磁場分布データに基づいて前記欠陥の有無を判定し、
前記第１対物レンズは、前記第２対物レンズよりも低い倍率を有しており、
前記レボルバは、前記第１および第２対物レンズを移動させることにより、前記第１および第２対物レンズのいずれか一方のみを前記レーザ光および照明光の光路上に配置し、
前記リファレンス画像は、２値化リファレンス画像および多値化リファレンス画像を含んでおり、
前記アライメント手段は、前記第１対物レンズが前記照明光の光路上に配置されているときに前記撮像装置によって撮像された画像を２値化し、その２値化画像と前記２値化リファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように前記走査ステージを駆動して前記ウェーハの位置を調整し、その後、前記第２対物レンズが前記照明光の光路上に配置されているときに前記撮像装置によって撮像された画像を多値化し、その多値化画像と前記多値化リファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように前記走査ステージを駆動して前記ウェーハの位置を調整する
ウェーハ検査装置。A wafer inspection apparatus for detecting defects in a pattern provided on the surface of a wafer,
A scanning stage on which the wafer is mounted;
Laser irradiation means disposed on the back side of the wafer and irradiating the back surface of the wafer with laser light;
An illuminating means disposed on the back side of the wafer and irradiating illumination light on the entire back side of the wafer;
An imaging means arranged on the back side of the wafer and receiving the illumination light reflected by the wafer to image the wafer;
Magnetic field detection means provided on the surface side of the wafer, detecting the intensity of the magnetic field generated by scanning the wafer, and acquiring magnetic field distribution data;
An alignment unit that pattern-matches the image of the wafer imaged by the imaging unit and a predetermined reference image, and adjusts the position of the wafer by driving the scanning stage so as to obtain the highest degree of matching;
First and second objective lenses that transmit the laser light and the illumination light;
A revolver to which the first and second objective lenses are attached;
With
Determine the presence or absence of the defect based on the magnetic field distribution data,
The first objective lens has a lower magnification than the second objective lens;
The revolver moves only the first and second objective lenses so that only one of the first and second objective lenses is disposed on the optical path of the laser light and illumination light.
The reference image includes a binarized reference image and a multi-valued reference image,
The alignment means binarizes an image captured by the imaging device when the first objective lens is disposed on the optical path of the illumination light, and the binarized image and the binarized reference image When the second objective lens is arranged on the optical path of the illumination light, the scanning stage is driven to adjust the position of the wafer so as to obtain the highest matching degree. The image picked up by the image pickup device is multi-valued, the multi-valued image and the multi-valued reference image are pattern-matched, and the scanning stage is driven to obtain the highest degree of matching, thereby Wafer inspection equipment that adjusts the position. ウェーハの表面に設けられたパターンの欠陥を検出するウェーハ検査装置であって、
前記ウェーハが載置される走査ステージと、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハの裏面にレーザ光を照射するレーザ照射手段と、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハの裏面全体に照明光を照射する照明手段と、
前記ウェーハの裏面側に配置され、前記ウェーハによって反射された前記照明光を受光して前記ウェーハを撮像する撮像手段と、
前記ウェーハの表面側に設けられ、前記ウェーハの走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
前記撮像手段によって撮像された前記ウェーハの画像と所定のリファレンス画像とをパターンマッチングし、最も高いマッチング度が得られるように前記走査ステージを駆動して前記ウェーハの位置を調整するアライメント手段と、
を備え、
前記磁場分布データに基づいて前記欠陥の有無を判定する
ウェーハ検査装置。A wafer inspection apparatus for detecting defects in a pattern provided on the surface of a wafer,
A scanning stage on which the wafer is mounted;
Laser irradiation means disposed on the back side of the wafer and irradiating the back surface of the wafer with laser light;
An illuminating means disposed on the back side of the wafer and irradiating illumination light on the entire back side of the wafer;
An imaging means arranged on the back side of the wafer and receiving the illumination light reflected by the wafer to image the wafer;
Magnetic field detection means provided on the surface side of the wafer, detecting the intensity of the magnetic field generated by scanning the wafer, and acquiring magnetic field distribution data;
An alignment unit that pattern-matches the image of the wafer imaged by the imaging unit and a predetermined reference image, and adjusts the position of the wafer by driving the scanning stage so as to obtain the highest degree of matching;
With
A wafer inspection apparatus for determining the presence or absence of the defect based on the magnetic field distribution data. 前記磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する減算手段と、
前記差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する比較手段と、
前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第１しきい値以上のとき、当該照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第２しきい値以下のとき、当該照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する判定手段と、
をさらに備える請求項１または２記載のウェーハ検査装置。Subtracting means for generating difference data by subtracting the other from one of the magnetic field distribution data and the predetermined standard distribution data;
Comparing means for comparing the difference data with a positive first threshold value and a negative second threshold value;
When the difference data corresponding to one irradiation position of the laser beam is greater than or equal to the first threshold value, it is determined that a first type of defect exists at the irradiation position, and the one irradiation position of the laser beam is When the corresponding difference data is equal to or less than the second threshold value, a determination unit that determines that a second type of defect exists at the irradiation position;
The wafer inspection apparatus according to claim 1 , further comprising: 前記試料において同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する請求項１または２記載のウェーハ検査装置であって、
第１の前記領域の磁場分布データから第２の前記領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成するとともに、前記第２領域の磁場分布データから第３の前記領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する減算手段と、
前記第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較するとともに、前記第２差分データを前記第１および第２しきい値と比較する比較手段と、
前記比較手段による比較の結果に応じて、前記第２領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、
をさらに備え、
前記判定手段は、
前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第２しきい値以下かつ前記第２差分データが前記第１しきい値以上のとき、前記第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、
前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第１しきい値以上かつ前記第２差分データが前記第２しきい値以下のとき、前記第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する
請求項１または２記載のウェーハ検査装置。The wafer inspection apparatus according to claim 1 or 2 , wherein for each of a plurality of regions having the same shape in the sample, a defect having a predetermined structure provided in the region is detected.
The first difference data is generated by subtracting the magnetic field distribution data of the second region from the magnetic field distribution data of the first region, and the magnetic field distribution of the third region from the magnetic field distribution data of the second region. Subtracting means for subtracting data to generate second difference data;
Comparing means for comparing the first difference data with a positive first threshold value and a negative second threshold value, and comparing the second difference data with the first and second threshold values;
In accordance with the result of the comparison by the comparison means, determination means for determining the presence or absence of defects in the second region;
Further comprising
The determination means includes
When the first difference data is equal to or less than the second threshold value and the second difference data is equal to or greater than the first threshold value in the common coordinates of the first, second, and third regions, It is determined that there is a first type of defect at that coordinate,
In the second region, when the first difference data is not less than the first threshold value and the second difference data is not more than the second threshold value at the common coordinates of the first, second and third regions. That the second type of defect exists at the coordinates
The wafer inspection apparatus according to claim 1 or 2 . 前記判定手段によって判定された欠陥の位置を示す画像を生成する画像生成手段と、
前記画像生成手段によって生成された画像を画面上に表示する表示装置と、
をさらに備える請求項３または４記載のウェーハ検査装置であって、
前記画像において前記第１の種類の欠陥は、第１の表示態様で表示され、
前記画像において前記第２の種類の欠陥は、前記第１表示態様と異なる第２の表示態様で表示される
請求項３または４記載のウェーハ検査装置Image generating means for generating an image indicating the position of the defect determined by the determining means;
A display device for displaying an image generated by the image generating means on a screen;
The wafer inspection apparatus according to claim 3 or 4 , further comprising:
The first type of defect in the image is displayed in a first display mode,
The wafer inspection apparatus according to claim 3 or 4 , wherein the second type of defect is displayed in a second display mode different from the first display mode in the image. 表面にパターンを有する基準ウェーハを走査ステージ上に載せ、第１の対物レンズを介して前記基準ウェーハの裏面に照明光を照射し、前記基準ウェーハの裏面に対向する撮像装置を用いて前記基準ウェーハを撮像し、取得された画像を２値化して２値化リファレンス画像を生成するとともに、前記第１対物レンズよりも高い倍率を有する第２の対物レンズを介して前記基準ウェーハの裏面に前記照明光を照射し、前記基準ウェーハの裏面に対向する前記撮像装置を用いて前記基準ウェーハを撮像し、取得された画像を多値化して多値化リファレンス画像を生成する第１ステップと、
表面にパターンを有する被検査ウェーハを走査ステージ上に載せ、前記第１対物レンズを介して前記基準ウェーハの裏面に前記照明光を照射し、前記被検査ウェーハの裏面に対向する前記撮像装置を用いて前記被検査ウェーハを撮像し、取得された画像を２値化し、この２値化された被検査ウェーハの画像と前記２値化リファレンス画像とをパターンマッチングして第１のマッチング度を算出する第２ステップと、
前記走査ステージの駆動と前記第１マッチング度の算出とを交互に繰り返して、前記第１マッチング度が最も高くなるステージ位置を特定する第３ステップと、
この特定されたステージ位置において前記第２対物レンズを介して前記被検査ウェーハの裏面に前記照明光を照射し、前記被検査ウェーハの裏面に対向する前記撮像装置を用いて前記被検査ウェーハを撮像し、取得された画像を多値化し、この多値化された被検査ウェーハの画像と前記多値化リファレンス画像とをパターンマッチングして第２のマッチング度を算出する第４ステップと、
前記走査ステージの駆動と前記第２マッチング度の算出とを交互に繰り返して、前記第２マッチング度が最も高くなるステージ位置を特定する第５ステップと、
前記被検査ウェーハの裏面側から前記被検査ウェーハにレーザ光を照射すると共に前記第５ステップで特定されたステージ位置での前記被検査ウェーハの走査によって発生する磁場の強度を、前記被検査ウェーハの表面側に設けられた磁場検出手段で検出し、磁場分布データを取得する第６ステップと、
前記磁場分布データに基づいて前記被検査ウェーハの前記表面に設けられた前記パターンの欠陥の有無を判定する第７ステップと、
を備え、
前記第１および第２対物レンズは、レボルバに取り付けられており、前記レーザ光及び前記照明光を透過させ、
前記レボルバによって前記第１および第２対物レンズを移動させることにより、前記第１および第２対物レンズのいずれか一方のみを前記レーザ光および照明光の光路上に配置する
ウェーハ検査方法。A reference wafer having a pattern on the surface is placed on a scanning stage, illumination light is irradiated on the back surface of the reference wafer via a first objective lens, and the reference wafer is used using an imaging device facing the back surface of the reference wafer. The obtained image is binarized to generate a binarized reference image, and the illumination is applied to the back surface of the reference wafer through a second objective lens having a higher magnification than the first objective lens. First step of irradiating light, imaging the reference wafer using the imaging device facing the back surface of the reference wafer, and generating a multi-valued reference image by multi-valued the acquired image;
A wafer to be inspected having a pattern on the surface is placed on a scanning stage, the illumination light is irradiated to the back surface of the reference wafer through the first objective lens, and the imaging device facing the back surface of the wafer to be inspected is used. The wafer to be inspected is imaged, the acquired image is binarized, and the binarized image of the wafer to be inspected and the binarized reference image are pattern-matched to calculate a first matching degree. The second step;
A third step of alternately repeating the driving of the scanning stage and the calculation of the first matching degree to identify the stage position where the first matching degree is the highest;
The illumination light is irradiated onto the back surface of the wafer to be inspected through the second objective lens at the specified stage position, and the wafer to be inspected is imaged using the imaging device facing the back surface of the wafer to be inspected. And a fourth step of converting the acquired image into a multi-value, and pattern-matching the multi-valued wafer image to be inspected and the multi-value reference image to calculate a second matching degree;
A fifth step of alternately repeating the driving of the scanning stage and the calculation of the second matching degree to identify the stage position where the second matching degree is the highest;
The intensity of the magnetic field generated by scanning the wafer to be inspected at the stage position specified in the fifth step while irradiating the wafer to be inspected with laser light from the back side of the wafer to be inspected is determined. A sixth step of detecting magnetic field distribution data detected by a magnetic field detection means provided on the surface side;
A seventh step of determining the presence or absence of defects in the pattern provided on the surface of the wafer to be inspected based on the magnetic field distribution data;
With
The first and second objective lenses are attached to a revolver, and transmit the laser light and the illumination light.
The wafer inspection method wherein only one of the first and second objective lenses is arranged on the optical path of the laser beam and the illumination beam by moving the first and second objective lenses by the revolver. . 前記第１ステップは、前記撮像装置の視野内の特定領域で取得された画像の２値化により前記２値化リファレンス画像を生成するとともに、前記特定領域で取得された画像の多値化により前記多値化リファレンス画像を生成し、
前記第２ステップは、前記特定領域で取得された画像を２値化し、この２値化された画像と前記２値化リファレンス画像とをパターンマッチングし、
前記第４ステップは、前記特定領域で取得された画像を多値化し、この多値化された画像と前記多値化リファレンス画像とをパターンマッチングする
請求項６記載のウェーハ検査方法。The first step generates the binarized reference image by binarization of an image acquired in a specific area within the field of view of the imaging device, and the multi-value conversion of the image acquired in the specific area Generate multi-valued reference image,
The second step binarizes the image acquired in the specific area, pattern-matches the binarized image and the binarized reference image,
The fourth step multi-values the image acquired in the specific area, and pattern-matches the multi-valued image and the multi-valued reference image.
The wafer inspection method according to claim 6 .
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