JP4851960B2

JP4851960B2 - 異物検査方法、および異物検査装置

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Publication number: JP4851960B2
Application number: JP2007042251A
Authority: JP
Inventors: 裕之山下; 司小林; 栄治今井
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2007256273A

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被検査物の表面に存在する異物、きず、欠陥、汚れ等（以下、これらを総称して異物と称す）を検出する異物検査方法及び異物検査装置に係り、特にしきい値を用いて異物が在るか否かの判定を行う異物検査方法及び異物検査装置に関する。

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

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

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

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

特開２００１−１６０５７２号公報特開平９−７４０５６号公報

異物検査では、検査方式として検出した反射光又は散乱光の強度から画像信号を作成し、隣接するチップの画像信号又は予め用意した良品のチップの画像信号と比較して、両者の相違が領域ごとに異なるしきい値以上である場合に異物と判定している。

本方式の場合、しきい値はＸ座標方向に並ぶ全チップの画像を重ね合わせ、チップ内で略同一位置の画像のばらつき（標準偏差値）から算出していることから、ばらつき量により検出感度が異なる。

また歩留り管理する上でチップ内の領域毎に要求感度があるが、チップ内の領域毎に検出感度の表示が無く、歩留り管理情報として管理精度が低下するという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、検査条件及び検査領域毎に、検出感度を表示可能とすることを目的とする。

また、本発明の他の目的は、検査領域毎に管理基準を設定し、歩留り管理の精度を上げることが可能となる異物検査装置を提供することにある。

本発明は、Ｘ座標方向に並ぶ全チップ（被検査物）の画像を重ね合わせ、チップ内で略同一位置の画像のばらつき（標準偏差値）から算出してしきい値を、１チップエリア内にしきい値画像として表示する。

また１チップエリア内のしきい値画像に表示された領域のしきい値レベルから、その領域における分解能を１チップエリア内の検出感度画像として表示する。

また本発明の異物検査装置は、レーザー光等の光ビームを半導体ウェーハの表面ヘ照射して、半導体ウェーハの表面で発生した反射光又は散乱光を検出することにより、半導体ウェーハの表面に存在する異物を検出するものである。

半導体ウェーハの表面に各チップを構成するパターンが形成されている場合、通常、検出した反射光又は散乱光の強度から画像信号を作成し、Ｘ座標方向に並ぶ全チップ内の画像を重ね合わせ、チップ内で略同一位置の画像のばらつき量（標準偏差値）から領域毎に異なるしきい値を１チップエリア内にしきい値画像として表示する（閾値表示手段）。

また、１チップエリア内のしきい値画像の領域ごとのレベルから１チップエリア内の検出感度画像を表示する。

この１チップエリア内の検出感度画像により、領域毎の管理基準情報が提供可能となる（分解能表示手段）。

さらに１チップエリア内の検出感度画像により、要求感度に満たない領域に対して、測定条件及び測定手法を見直す情報が提供可能となる（再設定指示手段）。

本発明によれば、検査条件及び検査領域毎に検出感度を表示することが可能となる。また、本発明の他の特徴では検査領域毎に管理基準を設定することができ、歩留り管理の精度を上げることが可能となる（管理基準設定手段）。

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

以下では、半導体ウェーハの異物検査に適用した実施例について、添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施例に係わる異物検査装置の概略構成を示す図である。

本実施例の異物検査装置は、照明手段１０、検出手段２０、Ｘスケール３０、Ｙスケール４０、及び処理装置１００を含んで構成されている。

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

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

図２は、異物検査装置の光ビームの走査を説明する図である。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

画像比較回路１２１は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

以上の構成において、まず１チップエリア内のしきい値画像の表示方法について説明する。

最初に半導体ウェーハ１の１ラインについて予備検査を行う。このとき、画像処理装置１２０のしきい値演算回路１２２にてしきい値の演算を行い、しきい値格納回路１２３にしきい値を格納する。

続いて、しきい値格納回路からしきい値データを読み出し、１チップイメージのしきい値画像を表示する（閾値表示手段）。

この１チップイメージのしきい値画像から、要求感度に満たない領域に対し、測定条件及び測定手法を見直す情報を提供することが可能となる。

この情報に基いて、再設定を促す指示を画像表示装置３００に出力しても良い（再設定指示手段）。

図３は、１チップイメージのしきい値画像の一例を示す図である。

この１チップイメージのしきい値画像は、あらかじめ検査条件（例えば、レーザ条件・検査倍率など）から作成した変換テーブルを用いることにより、１チップイメージのしきい値画像から１チップイメージの検出感度画像に変換して、表示することができる（分解能表示手段）。

異物判定方法では、Ｘ座標方向に隣接するチップの差画像と図３のしきい値を比較し、しきい値以上であれば、異物と判定する。

このため、しきい値レベルが高い所は、検出可能な異物サイズは大きくなる。逆にしきい値レベルが低い所は、検出可能な異物サイズは小さくなる。この検出可能な異物サイズ（分解能）と閾値の関係に、散乱光強度と異物サイズのテーブルを与えるにより、図３のしきい値レベルを図４の検出感度に変換することが可能である。

なお、しきい値の算出方法は、Ｘ座標方向に並ぶ全チップの画像を重ね合わせ、チップ内で略同一位置の画像のばらつき（標準偏差値）に任意係数を乗算することにより行われる。これにより、領域ごとに、異なるしきい値レベルが表示される。

図４は、１チップイメージの検出感度画像の一例を示す図である。

さらに１チップイメージの検出感度画像から領域毎に異物検出上限値を設定し（管理基準設定手段）、各チップの異物管理基準に対する良否を管理することも可能である（良否管理手段）。

この領域毎の異物検出上限値設定を超えた検査結果になった場合、エラーを表示することも可能である（良否表示手段）。

図５は、領域毎の異物検出上限値設定画面の一例を示す図である。

本実施例では、半導体ウェーハのチップ内領域を２つの領域に分割しているが、本発明はこれに限らず、形成されているチップの種類、状態に応じて、半導体ウェーハ全体の検査領域を３つ以上の領域に分割してもよい。

以上の図３、図４、図５に示す、しきい値画像や検出感度画像、及び異物検出上限値設定画面などの表示画面は、異物検査装置に設けた表示手段に表示される。

以上説明した実施の形態では、半導体ウェーハの表面からの散乱光による暗視野画像を用いた異物検査方法及び異物検査装置について説明したが、本発明は暗視野方式の検査装置に限定されるものではなく、半導体ウェーハ表面からの反射光による明視野画像を用いた明視野方式の異物検査方法及び異物検査装置にも適用できる。

また、異物検査装置に限らず、外観検査装置やマスク検査装置、又は液晶基板検査装置などにも適用することができる。

本発明は、半導体ウェーハの検査に限らず、様々な物体の表面のキズ、欠陥、汚れ等の検査に広く適用することができる。

本発明の実施例に係わるもので、異物検査装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例に係わるもので、異物検査装置の光ビームの走査を説明する図である。本発明の実施例に係わるもので、１チップイメージのしきい値画像の一例を示す図である。本発明の実施例に係わるもので、１チップイメージの検出感度画像の一例を示す図である。本発明の実施例に係わるもので、領域毎の異物検出上限値設定画面の一例を示す図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…チップ、１０…照明手段、２０…検出手段、３０…Ｘスケール、４０…Ｙスケール、１００…処理装置、１１０…Ａ／Ｄ変換器、１２０…画像処理装置、１２１…画像比較回路、１２２…しきい値演算回路、１２３…しきい値格納回路、１３０…異物判定装置、１３１…判定回路、１３２，１３３…係数テーブル、１４０…座標管理装置、１５０…検査結果記憶装置。

Claims

被検査物に照射する検査光が被検査物上を走査するように被検査物を動かし、
前記被検査物から発生する反射光又は散乱光を検出して画像を取得し、
前記画像としきい値とを用いて前記検査光が走査される被検査物の検査領域に存在する異物の有無を判定する異物検査方法において、
取得した複数の前記画像を重ね合わせて前記複数の画像のばらつきと前記しきい値を算出し、
前記しきい値を前記被検査物の座標と対応づけて表すしきい値画像を表示し、
前記しきい値画像に分解能と前記しきい値との関係、及び反射強度もしくは
散乱光強度と異物サイズとの関係を付与して変換した検出感度画像を表示することを特徴とする異物検査方法。
前記被検査物である半導体ウェーハ全体の検査領域をウェーハパターンの有無に関らず１回の走査にて検査することを特徴とする請求項１に記載の異物検査方法。
前記被検査物である半導体ウェーハ上に形成されたチップの有無、或いはチップの種類により検査領域を複数の領域に分割することを特徴とする請求項１に記載の異物検査方法。
異物検査装置において、
検査光を被検査物の検査領域へ照射する照射手段と、
前記検査光の照射により前記検査領域から発生した反射光又は散乱光の強度を画像の取
得のために検出する検出手段と、
前記画像としきい値とを比べて前記検査領域に存在する異物の有無を判定する判定手段
と、
取得した複数の画像を重ね合わせて前記複数の画像のばらつきと前記しきい値を算出し
、前記しきい値を前記被検査物の座標と対応づけて表すしきい値画像を作成し、前記しき
い値画像に分解能と前記しきい値との関係、及び反射強度もしくは散乱光強度と異物サイ
ズとの関係を付与して検出感度画像へ変換する処理手段と、
前記しきい値画像と前記検出感度画像とが表示できる表示手段を有することを特徴とす
る異物検査装置。
被検査物である半導体ウェーハ全体の検査領域をチップの有無、或いはチップの種類に
より複数に分割することを特徴とする請求項４に記載の異物検査装置。