JP5519313B2 - ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、集積回路ダイ又は集積回路チップを特徴とする半導体ウェーハのような半導体パターン化構造において、ランダムに存在する製造欠陥を電気光学的に検出するための方法及びシステムに関するものである。特に、本発明は、パルス式レーザからの短い光パルスを使って、顕微鏡レンズを有する電気光学カメラシステムの視野を照射し、さらに、各々が複数の二次元マトリックス光検出器のアレイを含む複数の検出器集合体から形成された光学撮像システムの焦点面に、光検出器の表面を光学的に形成する焦点面アセンブリ（ＦＰＡ）上で移動中のウェーハを撮像することによって、ウェーハ欠陥を高速オンラインで電気光学的に検出するための方法及びシステムに関するものであり、ここで、二次元マトリックス光検出器の各々が画素（ピクセル）のマトリックスを特徴とする電子画像を作成し、相異なるマトリックス光検出器から同時に作成された画像を、従来の画像処理技術によって並行処理し、そこで、撮像された視野を、基準として働く別の視野と比較することによって、対応するピクセルとの差異が、ウェーハダイ欠陥の存在を示すものとして見出すことを目的とする。

以下、用語“ウェーハ”が引用されるが、一般的に、パターン化された個々の構造を特徴とするものとみなされ、“半導体ウェーハダイス”、“ウェーハダイス”、又は、“ウェーハチップ”として知られている。現在の半導体技術では、集積回路チップの製造のために、単一のウェーハを同一ダイに物理的に分割されており、各ダイが、例えば、メモリチップ又はマイクロプロセッサチップのような特定パターンを有する個別の集積回路チップになる。所与のダイから製造されたチップの種類は、本発明の方法又はシステムに関連しない。

以下、用語“視野”は、パルス式レーザによって照射され、さらに、ＦＰＡと結合する電気光学カメラシステムの検査レンズによって撮像された、一般的には、ウェーハの、そして特には、ウェーハダイの部分又はセグメントを指す。従って、単一ウェーハダイ全体が、それ故、複数ウェーハダイを特徴とする単一ウェーハ全体が、複数又は一続きの視野の逐次撮像によって検査される。その視野は、検査システムがウェーハ又はウェーハダイ上に作成する電気光学的撮像のフットプリントとみなすことができる。ウェーハが一方向に移動する間に作成された連続する視野を、視野の“ストリップ”と呼ぶ。ピクセルと呼ぶのは、電気光学的検査システムによって視野の画像を形成することに関して言うときである。基準寸法としては、１ウェーハ内の典型的な方形のウェーハダイにおける一般的サイズのオーダが、１センチメートル×１センチメートル、即ち、１０^４ミクロン×１０^４ミクロンである。

以下、“ウェーハ欠陥”の検出は、ウェーハダイの類似パターン又は視野の類似パターンの相互比較において不規則性又は差異の存在を検出することを指す。現在のウェーハ欠陥検出のための方法及びシステムは、通常、類似パターンを特徴とする多数の隣接ウェーハダイ又は隣接視野から得られた比較信号の分析に基づいている。ウェーハ製造中に生じた欠陥は、ランダムに存在すると想定される。それ故、欠陥検出は、統計学的アプローチを基礎に置いており、よって、隣接するウェーハダイ内の同じ場所にランダム欠陥が存在する確率は極めて低い。従って、欠陥検出は、普通、周知のダイ・ツー・ダイ比較法を使って、不規則性を識別することを基礎に置いている。所与の一検査システムの場合は、代表的に被検査パターンと呼ぶウェーハダイ又は視野のパターンを検査するようにプログラムされており、そこで、これを、基準パターンとして働く同じウェーハの第２ウェーハダイ又は第２視野の同一パターンと比較し、そのパターンにおいて、ウェーハ欠陥の存在を示す何らかの不規則性又は差異を見出すという方式である。

欠陥の存在を確認し、該欠陥を含むウェーハダイ又は視野を識別するために、先に指定された被検査パターンと第３ウェーハダイ又は第３視野の類似パターンの間で２回目の比較を行う。この２回目の比較では、第１ウェーハダイ又は第１視野を基準とみなし、第３ウェーハダイ又は第３視野を検査されるものとみなす。

半導体ウェーハの製造は、かなり複雑で、極めて費用がかかり、半導体ウェーハの線密画による集積回路パターンは、プロセス誘導欠陥、異物粒子及び装置誤動作に対してかなり敏感である。ウェーハ欠陥の存在に関連するコストは、開発段階から量産段階へと移行するとき、数倍にはね上がる。それ故、半導体工業は究極的に、初期生産段階においてウェーハ歩留まりを極めて迅速に引上げ、その後、量産中ずっと高い歩留まりを維持し、管理することができるかどうかにかかっている。

ウェーハ上の集積回路の臨界的寸法は小さくなり続け、０．１ミクロンに近づいている。それ故、最先端の半導体ウェーハは、現在検出されているより小さいサイズの欠陥に対して脆弱である。ウェーハ歩留まりを監視する現在の方法は、製造プロセスの中でウェーハを光学的に検査することによって、欠陥の有無を調べ、製造プロセスと製造されたウェーハの間で適当なパラメータプロセス制御によって、フィードバックループを確立するという手順である。より小さいサイズの欠陥を検出するためには、光学検出システムが、より小さいピクセルサイズを使ったウェーハ走査において、より高い解像度を持つ必要がある。より小さいピクセルサイズを使って所定のサイズのウェーハを走査することは、ウェーハ１個当たり検査時間の増大につながり、結果的にウェーハ検査スループットの低下に、延いては、検査されるウェーハの統計的サンプル数の減少に繋がることになる。逆に、現在の光学系のピクセルサイズを使って、ウェーハ検査スループットを上げようとすると、結果的に、ウェーハ欠陥検出の効率、即ち、解像度を下げることになる。

ウェーハの臨界的寸法が小さくなることに加えて、半導体工業は、製品サイズを８インチウェーハから１２インチウェーハへと転換する過程にある。大きい方の１２インチウェーハは、８インチウェーハと比べて２倍超の表面積を有し、それ故、所定の検査システムでは、１２インチウェーハ１個当たり検査時間が８インチウェーハ１個当たり検査時間の２倍長くなると予測される。１２インチウェーハの製造は、８インチウェーハの製造よりはるかに多くの費用がかかる。特に、１２インチウェーハの原材料コストは、８インチウェーハのそれより高い。ウェーハサイズ転換の結果のひとつには、将来のウェーハ製造のコスト効果がある生産性は、究極的に、ウェーハ検査システムのスピードアップとスループット向上次第であるということである。

ウェーハの製造プロセス、製造装置及び製品の品質管理と品質保証のために、自動化ウェーハ検査システムが使用される。このようなシステムは、監視目的に使用され、製造プロセスに直接組み込まれていない。製造システム全体のどの主要コンポーネントにとっても、ウェーハ検査の方法とこれを実現させるシステムが、半導体ウェーハの製造コスト全体に関して高いコスト効果を有することが重大である。

従って、現在入手できるものより大きいサイズと、より小さい臨界的寸法を特徴とする半導体ウェーハにとっては、そのウェーハダイ欠陥の有無をより高いスループットで、かつ、コスト効果の高い方法で検査する必要がある。

自動化ウェーハ検査システムが導入されたのは、１９８０年代、電気光学技術、関連ソフトウェア搭載のコンピュータプラットフォーム及び画像処理技術の進歩によって、手動ウェーハ検査から自動ウェーハ検査への切替えが可能になったときである。しかしながら、これらのシステムの検査速度が、従ってまた、ウェーハスループットが技術的に限界に達し、ますます厳しくなった生産要求、即ち、ますます大きくなるサイズと、ますます小さくなる臨界的寸法のウェーハから集積回路チップを製造するという要求に応えられなくなった。現在のウェーハ検査システムでは、代表的に、連続照射を使用し、ウェーハを二次元で走査することによってウェーハセグメントの二次元画像を作成している。これは相対的に低速のプロセスで、結果として、製造プロセス中に収集されたオンライン検査データの品質が低く、被検査ウェーハの統計的サンプル数が相対的に少なくなり、延いては、ウェーハ製造上の問題点を検出するのに必要な時間が、相対的に長くなる。低速のオンライン欠陥検出システムでは、結果的に相当な量のウェーハスクラップが発生し、ウェーハ生産歩留まりが下がり、製造プロセスの各ステップを的確に踏んでいく所要時間が全体に長くなり、及び／又は、装置に起因するウェーハ欠陥が増えることになる。

現在のウェーハ欠陥検出のための方法及びシステムにある顕著な限界は、ウェーハ画像におけるピクセル位置の位置決めに関係がある。ウェーハ欠陥は、標的になった、又は、被検査ウェーハダイの画像のピクセル強度を基準ウェーハダイの画像のピクセル強度と比較して、その差を求める標準技術によって検出できるので、被検査ウェーハダイの画像のピクセル位置と基準ウェーハダイの画像のピクセル位置を記録する必要がある。並進ステージにおいて保持されたウェーハの移動中に典型的な機械的誤差が生じることから、ウェーハ検査カメラシステムの真下でのウェーハ速度は一定でない。その結果として、検出器フィールド内の画像ピクセル位置は、歪みが生じ、最初にプログラムされた通りでないかもしれない。そのため、最適な二次元並進ピクセルの位置決め修正が行われる。

Ａｌｕｍｏｔ他に付与された米国特許に係る特許文献１で教示された通りのレーザ・フライングスポットスキャナを使って、ウェーハを二次元で走査するか、Ｌｅｖｙ他に付与された米国特許に係る特許文献２で教示された通りの直線アレイの光検出器を使って、ウェーハを一次元で走査するか、どちらかの走査によって二次元画像を収集することと、ウェーハを連続的に照射することとの組み合わせを特徴としている従来技術によるウェーハ欠陥検出のための方法及びシステムは、全部のピクセル又は全部のピクセルラインについて位置決め修正を必要とする。これらの方法は、システム速度、即ち、検査スループットを制限し、多くの電子ハードウェアを必要とする。その上、一画像の全部のピクセルについて精確な修正手順というのは無いので、結果として、位置ずれが誤差として残る。この残った位置ずれが、システムの欠陥検出感度を著しく下げる。所与のどの視野においても、焦点面アセンブリの全ピクセルを同時に発生した１つの単位とみなすことのできるウェーハ検査の方法又はシステムにとっては、焦点面アセンブリの視野内において画像ピクセルの位置決めの必要が無い。

それ故、被検査視野と基準視野内の対応するゾーンとの間では、単一の二次元アライメント修正しか必要でなく、単一のアライメント修正だけで、焦点面アセンブリの視野全体にわたって正確な修正がなされることになる。このような手順であれば、結果的に残っている位置ずれが無視できることになり、欠陥検出感度の向上が可能となる。そこで、画像ピクセル位置の残余の位置ずれを最小にすることを含めて、ウェーハダイ欠陥をオンラインで電気光学的に検出する方法又はシステムが必要となる。

Ｌｅｖｙ他に付与された米国特許に係る特許文献２及び特許文献３の両方において、１つのウェーハ検査装置が開示されている。これらの特許で説明された装置は、フォトマスク上の隣接するダイ同士のパターンを比較すると同時にその差を検知することによって、フォトマスクの欠陥又はフォールトの位置を検知する。２種類の撮像チャネルを使って、各ダイの等価の視野を同時に撮像し、各々５１２ピクセルを含む２個のリニアダイオードアレイ光検出器によって画像を電子的にディジタル化する。検査下の対象物を一方向に移動させ、アレイエレメントを直交方向に電子的に走査することによって、各ダイの選択された視野の二次元画像を生成する。検出器の露光時間の間、フォトマスクを１ピクセル分より大きい距離移動させることはできず、さもないと、画像は不鮮明にされることになる。それ故、フォトマスクを走査し、検査する時間は極めて長い。フォトマスクは、二次元画像が生成される間ずっと連続的に移動させられるので、揺らぎや加速なしに移動することが必要である。この移動制限は、フォトマスクを保持し、移動させるために極めて堅実かつ精確な空気軸受けステージを必要とし、そのコストが高いのである。

さらに、Ｌｅｖｙ他のウェーハ検査装置は、フォトマスク上の２．５ミクロンの欠陥を９５％の検出確率で検出することができる。０．１ミクロンに近づいている現在の半導体集積回路の臨界的寸法にとって、これは、検査用ピクセルが同等のサイズでなければならないことを意味する。検査速度はピクセルサイズの２乗に反比例して増大するので、Ｌｅｖｙ他の装置の速度は２桁分より大きく下がることになる。その上、所要の機械的精度を満たすことのできる移動ステージを実現させることは実際的でなくなる。

ウェーハ検査は、また、ＩＢＭ科学者Ｂｙｒｏｎ Ｅ．Ｄｏｍ他による非特許文献１で説明されたような、二次元ＣＣＤマトリックス光検出器を使用するソリッドステートカメラをベースにした単一の撮像検出チャネルを使っても実現させられた。Ｐ３００と名付けられたこのウェーハ検査システムは、メモリデバイス用半導体ウェーハにおけるような、各ダイ内にセルの反復パターンを有するパターン化されたウェーハを検査するためのものと説明されている。システムは、４８０×５１２のピクセルを有する視野の画像を捕獲する。画像処理アルゴリズムは、画像の中に既知の水平セル周期性Ｒを想定し、画像の中の各ピクセルを、どちらかの水平方向においてパターン反復周期Ｒの１つ分離れた２個のピクセルと比較することによって分析する。このように単一画像内の同様のセルを比較することをセル・ツー・セル比較と呼ぶ。テスト中のピクセルを周期的に相隣り合うピクセルと比較するのは、単一のピクセルとしか比較しなかった場合に存在したかも知れない曖昧さを解明するためである。このシステムは、テスト中の対象物の二次元画像を同時に捕獲できる反面、１つのウェーハ全体を検査する速度が極めて低い。

１つのウェーハ全体を撮像するために数百万の画像フィールドが必要とされ、また、システムは標準顕微鏡と併用されるような連続照射を使用するので、ウェーハは、画像のスメアーを避けるために、検査カメラのもとでフィールドからフィールドへと移動させ、画像露光の間停止させなければならない。別のフィールドに到達させるため、ウェーハを運ぶ機械的移動ステージは、そのウェーハを別のフィールドに到達させるために加速し、その後、新たな位置で停止させるために減速しなければならない。このような動作の各々が相対的に長い時間を要し、それ故、１つのウェーハの検査が、典型的に、多大の時間を要している。

米国特許５６９９４４７号明細書 米国特許４２４７２０３号明細書 米国特許４３４７００１号明細書

ＩＢＭ科学者Ｂｙｒｏｎ Ｅ．Ｄｏｍ他による"Machine Vision and Applications"（１９９８）１：２０５−２２１

そこで、ウェーハダイ欠陥について、半導体ウェーハ、特に、より大きいサイズとより小さい臨界的寸法を特徴とするウェーハを、現在入手できるより高いスループットで検査する一方、コスト効果のある仕方においては、ウェーハダイの高レベルの画像解像度を高速オンライン方法及び高速オンラインシステムが必要であり、これを持つことが有用ということになる。

本発明の好ましい実施態様は、パルス式レーザからの短い光パルスを使って、顕微鏡レンズを有する電気光学カメラシステムの視野を照射し、各々複数の、例えば、４つの二次元電荷結合素子（ＣＣＤ）マトリックス光検出器のアレイを含む複数の、例えば、６つの検出器集合体から形成された光学撮像システムの焦点面に光検出器の表面を光学的に形成する焦点面アセンブリの上に移動中のウェーハを撮像することによって、ウェーハダイ欠陥をオンラインで電気光学的に高速検出するための方法及びシステムに関するものであり、これにより、二次元ＣＣＤマトリックス光検出器の各々が多数の、例えば、２００万ピクセルの大きいマトリックスを含む電子画像を作成し、相異なるＣＣＤマトリックス検出器からの同時作成画像を従来の画像処理技術によって並行処理し、そこで、撮像された視野を、基準として働く別の視野と比較することによって、対応するピクセルにおける差異を、ウェーハダイ欠陥の存在を表すものであるとして見出すものである。

特に、本発明の方法及びシステムは、好ましくは、ウェーハの移動を止めることなく、高いピクセル密度の、大きい視野の画像を捕獲することを可能にする。ウェーハ移動速度の高精度を必要とせず、ウェーハ移動のために相対的に単純な、費用のかからない機械的ステージを使用することができる。連続的に移動するウェーハは、効果的なことに、ウェーハ移動中に画像のスメアーが無いような、画像ピクセル滞留時間よりはるかに短い時間、例えば１０ナノ秒しか持続しないレーザパルスを使って照射される。レーザパルスの時間インターバルの間にウェーハダイが移動する距離は、１ピクセルの１／１０未満である。レーザパルスは、検査されたウェーハダイの画像を作成するのに必要な逐次検査される各視野に所要の照射を与えるのに十分なエネルギーと輝度を有する。さらに、本発明の方法及びシステムの特徴として、個々別々のＣＣＤマトリックス光検出器が検出器集合体と焦点面アセンブリを介して光学的に結合する結果、例えば、４８メガピクセルの撮像容量を有するＣＣＤマトリックス光検出器２４個の１アレイ全体の処理時間は、１／３０秒程度の単一ＣＣＤマトリックス光検出器の処理時間に等しい。なぜなら、全部の光検出器の処理が並行して行われるからである。結果として、２４個のＣＣＤマトリックス光検出器を含む焦点面アセンブリ全体の並行処理が、毎秒約１．５ギガピクセルの全ピクセル処理データ速度をもたらす。その上、全ウェーハ検査システムは、ほぼ１００％の効率で動作し、これにより、毎秒３０パルスのレーザパルスレートは、各ＣＣＤマトリックス光検出器の毎秒３０フレームのフレーム速度と同期化され、ウェーハは、連続する視野と視野の間の距離が１／３０秒でカバーされるような直線速度で移動させられる。

本発明の方法及びシステムは、好ましくは、大きい視野のウェーハダイ画像を極めて高いウェーハ検査スループットで分解する高い解像度をもたらすことを含めて、半導体ウェーハ製造工業において現在使用されている、ウェーハ欠陥の電気光学的な検査及び検出のための方法及びシステムをはるかに超える改良をもたらし、しかも、電子ハードウェア及びシステムハードウェアをさほど必要としない。その上、単一の光パルスによって照射されたウェーハダイの高ピクセル密度画像を収集するのに、複数のＣＣＤマトリックス光検出器のアレイを使用することの直接的結果として、本発明の方法及びシステムは、ウェーハダイ画像におけるピクセル位置の位置ずれを無くし、欠陥検出感度の向上を可能にする。このようなウェーハ欠陥検出のための方法及びシステムは、結果的に、より高速の、より効率的な、コスト効果の高いウェーハ製造プロセスのフィードバック制御を可能にする。

従って、本発明の好ましい一実施態様では、パターン化された半導体ウェーハダイを欠陥について電気光学的に検査するための方法を提供しており、次の各ステップを含んでいる。そのステップは、（ａ）パターン化されたウェーハを検査路に沿って移動させること、（ｂ）反復パルス式レーザ照射源を準備すること、（ｃ）パルス式レーザ照射源を使って複数ウェーハダイの各々において複数視野の各々を逐次照射すること、（ｄ）複数ウェーハダイの各々において逐次照射された複数視野の各々の画像を、少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器を含む電気光学カメラを使って、逐次収集し、ここで、少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器が、複数ウェーハダイの各々において逐次照射された複数視野の各々の画像を同時に収集すること、（ｅ）複数ウェーハダイの各々において逐次照射された複数視野の各々の、逐次収集された画像をダイ・ツー・ダイ比較法に従って比較することによってウェーハ欠陥を検出することである。

上述した好ましい実施態様の更なる特徴によれば、反復パルス式レーザは、Ｑスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はエキシマレーザである。

上述した好ましい実施態様の更なる特徴によれば、Ｑスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザが、発光ダイオードによって光励起されるものである。

上述した好ましい実施態様の更なる特徴によれば、電気光学カメラは、更に、反復パルス式レーザ照射源のレーザビームの光路内に置かれた、第二調波発生結晶として機能する非線形光学結晶を含み、この非線形光学結晶が、反復パルス式レーザによって発生させられるレーザビーム光の波長を有する。また、電気光学カメラは、原初のレーザ波長を３で割って第三調波を発生させるために、又は、４で割って第四調波を発生させるために、補助の非線形光学結晶を含んでもよい。

本発明の好ましい一実施態様では、パターン化された半導体ウェーハダイを欠陥について電気光学的に検査するためのシステムが提供され、そのシステムは、次のことを含んでいる。それらは、（ａ）パターン化されたウェーハを検査路に沿って移動できるようにするための機構、（ｂ）パターン化されたウェーハを照射するための反復パルス式レーザ照射源、（ｃ）複数ウェーハダイの各々において逐次照射された複数視野の各々の画像を逐次収集するための、少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器を含む電気光学カメラであり、少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器が、複数ウェーハダイの各々において逐次照射された複数視野の各々の画像を同時収集するための機構と共に働くこと、（ｄ）複数ウェーハダイの各々において照射された複数視野の各々の、逐次収集された画像を処理し、該逐次収集された画像をダイ・ツー・ダイ比較法に従って比較することによってウェーハ欠陥を検出するための画像処理機構である。

本発明の好ましい一実施態様では、少なくとも１つの検出器集合体を含む焦点面アセンブリからなり、パターン化された半導体ウェーハダイを欠陥について検査するための電気光学カメラが提供され、前記検出器集合体は、複数ウェーハダイの各々において照射された複数視野の各々の画像を同時収集するための機構と共に動作する少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器のアレイを含む。

本発明の方法及びシステムの実現のためには、タスク又はステップを手動、自動又はその組み合わせで実行又は完了させることが必要となる。その上、所与のウェーハ検査システムにおける実際の計装及び装備によれば、本発明の幾つかのステップは、ハードウェアによって、又は、何らかのファームウェアに係る何らかのオペレーティングシステム上でのハードウェア又はソフトウェア、又は、その組み合わせによって実現させることができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の指示したステップをチップ又は回路の形で実現させることができる。ソフトウェアとしては、本発明の指示したステップを、何らかの適したオペレーティングシステムを使用するコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実現させることができる。いずれにしても、本発明の方法で指示されたステップは、複数の命令を実行するための計算プラットフォームのようなデータプロセッサによって遂行されるものと説明することもできる。

図１は、本発明による、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法の好ましい一実施態様のフロー図である。 図２は、本発明による、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法の好ましい一実施態様のフロー図である。 図３は、本発明による、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のためのシステムの好ましい一実施例を示す概略図である。 図４は、本発明によるＣＣＤマトリックス光検出器の図式的な平面図である。 図５は、本発明によるＣＣＤマトリックス光検出器の図式的な側面図である。 図６は、本発明によるＣＣＤマトリックス光検出器及びプリズムを含む検出器集合体の拡大された図式的な側面図である。 図７は、本発明によるＣＣＤマトリックス光検出器及びプリズムを含む検出器集合体の拡大された別の図式的な側面図である。 図８は、本発明による、図６及び７に示した検出器集合体の一部としての、反射性の高いコーティングのゾーンを含むガラスプリズムの表面の図式的な拡大図である。 図９は、本発明による、図６〜８に示した検出器集合体の、複数のＣＣＤマトリックス光検出器を特徴とする光検出器の光学的に連続する表面の外見を示す拡大された図式的な正面図である。 図１０は、本発明による、ビームスプリッタプリズム及び検出器集合体を含む焦点面アセンブリの図式的な拡大図である。 図１１は、本発明による、複数のＣＣＤマトリックス光検出器を含む光検出器の、焦点面アセンブリの検出器集合体によって形成された焦点面に光学的に形成された連続的な表面を示す図式的な概略図である。 図１２は、本発明による、ひとつ時に１つの視野だけ撮像する形で複数視野又は視野のストリップを撮像することによって各ウェーハダイを逐次検査することを特徴とする画像収集プロセスの図式的な拡大図である。

以下では、本発明を、添付図面を参照して、実施例のみに則して説明する。

本発明は、好ましくは、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法及びシステムを包含する。

本発明によるウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法及びシステムは、ウェーハダイの高い解像度、高いピクセル密度、大きい視野の画像を収集するため、複数の二次元マトリックス光検出器のアレイから形成された焦点面に光学的に形成された光検出器表面を特徴とする新しい撮像システムを、反復パルス式レーザからの短い光パルスによるウェーハダイ照射を特徴とする照射システムとの同期化したユニークな組み合わせを導入している。レーザ光パルスの持続時間は、画像ピクセル滞留時間よりはるかに短い。ここで、ピクセルの滞留時間は、ウェーハ移動中にウェーハ上の１点が検出器ピクセルによって撮像される時間を指し、レーザ光パルスレートは、個別のマトリックス光検出器のフレーム速度と同期化している。

本発明の方法の好ましい操作ステップ、及び本発明のシステムのコンポーネントは、図面とこれに則した説明とを参照することにより、良く理解される。注意すべきは、ここに示した本発明の図面は、例示目的のためのものにすぎず、制限することを意図したものでない点である。

図面について説明すると、図１及び２は、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法の好ましい一実施態様を示すフロー図である。図１及び図２では、本発明の方法の、各々一般に適用し得る主要ステップは、番号が付され、枠で囲まれている。この方法の示された主要ステップを更に詳しく表すサブステップが、括弧入りの文字で示されている。図３〜１２は、本発明に係るウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のための方法を実現させるシステム及びシステムコンポーネントの好ましい実施態様を例示する概略図である。図１及び図２の方法に対応する図３乃至図１２に示したシステムコンポーネントが、図１及び図２の説明の中で言及される。図３乃至図１２のシステムコンポーネントの詳細でかつ特殊例を下記の説明の中で述べる。図１及び図２の下記説明の中に現れる用語及び参照記号は、図３乃至図１２に示すものと一致している。

本方法のステップ１において、複数のウェーハダイ１４を特徴とするパターン化された半導体ウェーハ１２が、連続的に移動するＸＹ並進ステージ１６に置かれ、整合される。これは、ウェーハ欠陥の高速オンライン電気光学的検出のためのシステムの好ましい一実施例を説明する概略図である図３のシステムに示される。ＸＹ並進ステージ１６は、ウェーハ１２を光学撮像システム１８の下において蛇行パターンで移動する。ＸＹ並進ステージ１６の移動、従ってまた、ウェーハ１２の移動は、中央制御システム２０により制御／データリンク２２を介してマルチコンポーネントカメラシステムの動作と同期化され、詳記するならば、ウェーハ１２が、ＣＣＤマトリックス光検出器のフレーム時間である３３ミリ秒の間に視野２４の１つ分だけ移動し、照射システム２６による露光の間に少しだけ、例えば、単一ピクセルの約１０^−２程度だけ移動するように同期化され、それにより、結果的に画像スメアー又は解像度の損失が生じなくなる。

ステップ２において、マルチコンポーネント電気光学カメラシステムが準備され、該カメラシステムは、（ａ）照射システム２６、（ｂ）光学撮像システム１８、（ｃ）自動集光システム７、（ｄ）焦点面アセンブリ３０、及び、（ｅ）それぞれのシステム制御／データリンクを含み、中央制御システム２０と通信している。

ステップ２のサブステップ（ａ）において、照射システム２６が準備され、該システムは、反復パルス式レーザ３２、レーザビームエキスパンダ３４、レーザビーム光路３６、及び、制御／データリンク３８を含んでいる。この種の照射システムは、高輝度かつ高エネルギーの光パルスを極めて短い時間周期において繰返し発生させ、伝搬させるようにパルス式レーザ３２を特徴づけることにより、大きい視野２４の超高速撮像を可能にしている。

これは、高いスループットを有するウェーハ検査の方法全体に貢献する。視野の広い光学撮像システム１８の設計要件を単純化するために、好ましくは、単色レーザ照射も使用され、なぜなら、そこには、光学的な修正又は調整を必要とする色収差が無いからである。照射システム２６は、制御／データリンク３８を介して中央制御システム２０と通信する。

システム１０において、パルス式レーザ３２のパルスレート、即ち、毎秒パルス数を焦点面アセンブリ３０における個々のマトリックス光検出器のアレイのフレーム速度と同期化する。レーザパルスによってウェーハダイ１４の視野２４の照射される時間がナノ秒単位と、マトリックス光検出器の一時ゲート式カメラシステム焦点面アセンブリ３０におけるフレーム時間のミリ秒単位と比べて短いことから、ウェーハダイ１４の視野２４の照射は瞬時に行われることになる。極めて短い１個のレーザパルスにおいて、複数個、例えば、２４個のマトリックス光検出器の焦点面アセンブリ３０での比較的大きい数のピクセル、例えば、約４８００万ピクセルが同時に照射され、ピクセル間の相対運動はほとんど無い。レーザ光パルスの持続時間は、画像ピクセル滞留時間よりはるかに短く、ここで、ピクセル滞留時間は、ウェーハ移動中にウェーハ上の１点が検出器ピクセルによって撮像される時間を指す。

好ましくは、反復パルス式レーザ３２は、発光ダイオードによって光励起されるＱスイッチ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザであり、約１０ナノ秒のパルス時間インターバルをもって、毎秒３０パルスのパルスレートで、波長１．０６ミクロンのパルス式単色光ビームを発生する。パルス式レーザ照射システム２６の毎秒３０パルスのパルスレートは、焦点面アセンブリ３０上でのＣＣＤマトリックス光検出器のアレイのフレーム速度と同期化される。レーザ３２は、エキシママレーザであってもよい。

光学解像度は、照射波長の一次関数である。光学系の解像度は、照射波長の減少につれて増大する。それ故、光学システム１８の解像度を、従ってまた、検査システム１０の欠陥検出感度を高めるために、非線形光学特性を有し、少なくとも“第二調波”を発生させる１つ以上の結晶４０を照射システム２６のレーザビーム光路３６内に置かれる。１つ以上の結晶４０によって発生させられた第二調波、第三調波又は第四調波が、それぞれ波長０．５３ミクロン、０．３５５ミクロン又は０．２６５ミクロンの照射をもたらし、それによって、ウェーハ検査システム１０の解像度は、それぞれ２倍、３倍又は４倍に高められる。

ステップ２のサブステップ（ｂ）において、集光レンズ４２、ビームスプリッタ４４、対物レンズ４６、及び制御／データリンク４９を含めて、光学撮像システム１８が準備される。このシステムは、ウェーハダイ１４の広い視野２４を高い倍率、例えば、５０倍の高解像度において超高速で同時に撮像するのに適している。自動集光システム２８は、ウェーハ１２上のウェーハダイ１４全ての最適焦点を得るために光学撮像システム１８の対物レンズ４６の位置を自動的に調整し、設定する。光学撮像システム１８は、制御／データリンク４９を介して中央制御システム２０と通信する。ウェーハ検査システム１０の動作中に、集光レンズ４２がレーザ光４８を焦点面アセンブリ３０の上に描き、ここで、レーザ光４８は、ウェーハ１２によって反射され、散乱させられ、拡散させられた光を意味する。この撮像プロセスについては、更に図１０を参照して後に説明する。

ステップ２のサブステップ（ｃ）において、センサ及び制御デバイス（図示されていない）を含めて、自動集光システム２８が準備され、これにより、光学撮像システム１８を介してウェーハ１２、従ってまた、ウェーハダイ１４の焦点が自動的に維持される。

ステップ２のサブステップ（ｄ）において、多数の検出器集合体５０（図６乃至図１１）、焦点面アセンブリ電子デバイス５４、及び制御／データリンク５６、５８及び９０を含む焦点面アセンブリ３０が準備され、これで、高キャパシティ、超高速かつ高解像度のウェーハダイ１４の同期撮像を可能にする。ここで、各検出器集合体５０は、複数の個別二次元マトリックス光検出器を特徴とするが、好ましくは、少なくとも２つの二次元ＣＣＤマトリックス光検出器５２（図４及び図５）だけに制限されない。焦点面アセンブリ３０の好ましい構造上及び構成上のコンポーネント及び特徴を、図４及び図５、図６乃至図９、図１０及び図１１に示し、これらの図は、それぞれ個々のＣＣＤマトリックス光検出器５２、検出器集合体５０及び焦点面アセンブリ３０の図式的な拡大図である。

それぞれ二次元ＣＣＤマトリックス光検出器５２の図式的な平面図及び側面図である図４及び図５において、感光領域６０が非感光領域６２によって包囲され、２個のＣＣＤマトリックス光検出器が横に並ぶ物理的な配置を防ぐ構成になっており、これで、好ましくは連続的な感光焦点面を作るが、これだけに制限されない。焦点面アセンブリ３０（図３及び図１０）は、複数の、例えば、６つの検出器集合体５０（図６及び図７）を含み、ここで、各検出器集合体５０が、例えば、合計２４個の市販の、高解像度の白黒シリコン二次元マトリックス光検出器５２の代わりに、複数の、例えば、４個の二次元マトリックス光検出器５２を含み、ここで、各ＣＣＤマトリックス光検出器５２が、毎秒３０フレームを高精細度で提供することのできる極めて大きい数の、例えば、１９４０×１０３５（即ち、２００万程度又は２メガ程度）の画像感知画素、即ち、ピクセルを有する。

６つの検出器集合体５０を特徴とし、各検出器集合体が４個の個別ＣＣＤマトリックス光検出器５２のアレイ６４（図９）を特徴とする焦点面アセンブリ３０は、２４個の個別ＣＣＤマトリックス光検出器５２全部を光学的に結合し、それで、倍率５０倍の顕微鏡光学撮像システム１８の相対的に大きい視野２４を満たして、好ましくは、連続的な光検出器６６の表面を焦点面に形成（図１１）するが、これだけに制限はされない。この光学的構成により、単一のレーザパルスによるウェーハダイ１４の照射が可能となり、また、合計約４８００万（４８メガ）のピクセルを有する２４個の二次元ＣＣＤマトリックス光検出器のアレイ６６による同時撮像が可能となる。ＣＣＤマトリックス光検出器のフレーム速度が毎秒３０フレーム、１アレイが約４８メガピクセルのとき、ウェーハダイ１４の画像収集は毎秒約１５億（１．５ギガ）ピクセルの速度で行われる。このような画像収集速度は、極めて高いシステムスループットに移行する。焦点面アセンブリ３０は、制御／データリンク５６及び５８（図３）を介して、中央制御システム２０と通信する。

図６及び図７は、検出器集合体５０の拡大された図式的な側面図であり、例えば、２個のＣＣＤマトリックス光検出器の各々５２Ａ、５２Ｂの２セットの幾何学的構成を示している。好ましくは、各検出器集合体５０は、各々、直角対角面と４５度対角面を有する２個のガラスプリズム６８及び７０から構成される。プリズム６８の対角面７２は、高い反射度、好ましくは１００％に近づく反射度のコーティングが施されたゾーンを有する。プリズム６８及び７０の各々に、少なくとも１個のＣＣＤマトリックス光検出器が光学的に接合されている。プリズム６８に接合された２個のＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａの例示的セットは、プリズム７０に接合された２個のＣＣＤマトリックス光検出器５２Ｂの例示的セットと同一である。図７において、２個のＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａのセットは、プリズム６８に真直ぐに縦列で接合された形で示してあり、２個のＣＣＤマトリックス光検出器５２Ｂのセットは、プリズム７０に真直ぐに縦列で接合された形で示してあり、接合されたＣＣＤマトリックス光検出器の正確な位置は、個別のＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａ及び５２Ｂの感光領域６０全部が、矢視Ａから見たとき、視覚的に連続した真直ぐなストリップとして現れるように選択されている。

図８は、高反射度のコーティングのゾーンを含むガラスプリズム６８の対角面７２の図式的な拡大図である。図８は、図７の断面Ｂ−Ｂを示し、ここで、対角面７２上のゾーン７４が、高反射度のコーティングを施され、プリズム６８に接合されたＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａの感光領域６０と向き合うように表面７２上に配置されている。ゾーン７４と向き合って、矢視Ａに沿って検出器集合体５０に進入する光は、反射ゾーン７４によって反射され、ＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａに突き当たるように９０度偏向される。ゾーン７４と向き合わずに、矢視Ａに沿って検出器集合体５０に進入する光は、偏向されずにプリズム６８及び７０を通過し、ＣＣＤマトリックス光検出器５２Ｂに突き当たる。

図９は、図６乃至図８に示した検出器集合体５０の拡大された図式的な正面図であり、複数のＣＣＤマトリックス光検出器５２を特徴とする光検出器の光学的な連続表面の外見を示している。図９は、図７の矢視Ａから見た図であり、４つの光検出器感光領域６０を特徴とする連続表面６４が光学的手段によって作成されることを明示している。表面６４の範囲内で、反射ゾーン７４と向き合う感光領域６０が、プリズム６８に接合されたＣＣＤマトリックス光検出器５２Ａと関連付けられる。反射ゾーン７４と向き合わない他の感光領域６０は、プリズム７０に接合されたＣＣＤマトリックス光検出器５２Ｂと関連付けられる。光検出器５２Ａと光検出器５２Ｂは相異なる表面又は平面内にあり、感光領域６０は連続していないが、検出器集合体５０が光学的手段によって表面６４を作成している。

図１０は、ビームスプリッタプリズム７６及び７８、及び検出器集合体５０を含む焦点面アセンブリ３０の図式的な拡大図である。図１０では、焦点面アセンブリ３０が、６つの検出器集合体５０、即ち、２つの符号付き５０Ａ、２つの符号付き５０Ｂ、及び２つの符号付き５０Ｃを含む。ウェーハ１２から発せられ、反射され、散乱させられ、拡散させられた照射レーザ光を表す光４８が、焦点面アセンブリ３０の方向に向けられ、集光レンズ４２によって集束される。光４８は、ビームスプリッタガラスキューブ７６を通過し、このキューブが、光４８の約３３％を９０度で反射して撮像チャネル８０を形成させ、光４８の約６７％が透過する。ビームスプリッタガラスキューブ７６から出てくる透過光８２は、第２ビームスプリッタキューブ７８に達し、このキューブが、光８２の約５０％を９０度で反射して撮像チャネル８４を形成させ、光８２の約５０％が透過して撮像チャネル８６を形成する。

このビームスプリッタキューブ７６及び７８の組み合わせの構成により、各々同等の光エネルギーを有し、各々、元の入力光ビーム４８の光エネルギーの約３３％ずつを有する３つの撮像チャネル８０、８６及び８４が作成される。３つの撮像チャネル全部の光路においてガラスの量を同等にするために光キューブ８８が撮像チャネル８０に挿入されており、これで、３つのチャネル全部で同等の画質が形成できることになる。集光レンズ４２の焦点には、３つの撮像チャネル８０、８６及び８４の各々について、２セットの検出器集合体５０が置かれている。１セットの２つの検出器集合体５０Ａが撮像チャネル８０中に、１セットの２つの検出器集合体５０Ｂが撮像チャネル８６中に、そして、１セットの２つの検出器集合体５０Ｃが撮像チャネル８４中に置かれている。

図１１は、相異なる幾何学表面に置かれた２４個のＣＣＤマトリックス光検出器５２と６個の検出器集合体５０を使って、光検出器の連続的な表面６６を焦点面に光学的に形成することを見せる焦点面アセンブリ３０を矢視Ａから見た図式的な正面図である。

ステップ２の（ｅ）において、再び図３を参照すると、制御／データリンク３８、４９、５４、５６、５８、及び、中央制御システム２０は、相異なるシステム及びシステムコンポーネントの間の電子的相互接続を特徴とし、これで、ウェーハ欠陥検出法の様々なステップの適切な自動化及び同期化を可能にしている。例えば、ＸＹ並進ステージ１６の運動を介したウェーハ１２の自動運動は、ウェーハ１２が、照射システム２６におけるパルス式レーザ３２により発出された２個のパルスによる持続時間の間に視野２４の１つ分の距離だけ移動するような直線速度で電子的に設定される。ＣＣＤマトリックス光検出器５２全部を含む焦点面アセンブリ３０の一時ゲート式開閉速度、即ち、フレーム速度は、照射システム２６におけるパルス式レーザ３２のパルスレートと同期化される。

ステップ３において、ステップ２のカメラシステムが調整され、集光され、中央制御システム２０の信号を介して、ウェーハダイ１４内の被検査視野２４の上方位置に設定される。照射システム２６におけるパルス式レーザ３２のパルスレートは、焦点面アセンブリ３０の検出器集合体５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに含まれたＣＣＤマトリックス光検出器５２のフレーム速度と同期化される。このステップは、被検査視野２４が焦点面アセンブリ３０のＣＣＤマトリックス光検出器５２のフレーム１つ分の時間インターバルの間にカバーされるような速度で、ウェーハ１２の運動を、従ってまた、被検査ウェーハダイ１４の運動を可能にするために実行される。

ステップ４において、ステップ３での被検査ウェーハダイ１４の被検査視野２４の瞬間的照射は、中央制御システム２０の信号によって、被検査ウェーハダイ１４に向けて、カメラシステムのＣＣＤマトリックス光検出器５２の同期化されたパルスレートとフレーム時間より短い時間、例えば、１０ナノ秒の間、レーザパルスを発生することによって達成される。１０ナノ秒のレーザパルス１個の間に、２４個のＣＣＤマトリックス光検出器５２を特徴とする焦点面アセンブリ３０の約４８００万ピクセルが同時に照射され、ピクセルの間に相互運動が無い。短いレーザパルスの間、効果的なことに、ウェーハ露光時間中にウェーハ移動が無い。なぜなら、レーザパルス持続時間が、ピクセル滞留時間、即ち、ウェーハ上の一点がウェーハ移動中に検出器ピクセルによって撮像される時間よりはるかに短いからであり、それ故、代表的に、ウェーハの連続照射を特徴とするウェーハ検査方法及びウェーハ検査システムにおける場合と同様、効果的なことに、画像のスメアーは無く、従って、解像度が下がることも無いのである。

ステップ５において、ステップ４で照射された被検査視野２４は、中央制御システム２０の信号を介して、検出器集合体５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに光学的に結合させられた、２４個の二次元ＣＣＤマトリックス光検出器５２を特徴とする焦点面アセンブリ３０の上に、光学撮像システム１８によって撮像される。

ステップ６において、ウェーハダイ１４の被検査視野２４の、５８００万ピクセルを特徴とするステップ５のディジタル画像（図示されていない）は、焦点面アセンブリ３０を使って、中央制御システム２０の信号により、一時ゲート式ＣＣＤマトリックス光検出器５２が同期的に開動作され、収集される。ここで、焦点面アセンブリ３０は、少なくとも２個の二次元マトリックス光検出器５２の連続的な表面を光学的に形成するが、好ましくは、これだけに制限されない。アクティブ化された各ＣＣＤマトリックス光検出器５２のフレーム時間インターバルの間に、ウェーハ１２は、従ってまた、ウェーハダイ１４は、ＸＹ並進ステージ１６を介して視野１つ分だけ移動する。これは、レーザパルス時間インターバルに相対して大きいピクセル滞留時間に相当し、結果的に、ウェーハは、焦点面アセンブリ３０のＣＣＤマトリックス光検出器５２のアレイ６６（図１１）に露光される間に少しだけ、例えば、単一ピクセルの約１０^−２程度だけ移動することになり、それにより、画像スメアー又は解像度の損失の事態は回避されることになる。サブステップ（ａ）において、収集されたディジタル画像データは、並列構成の画像処理チャネル９０のセットを介して画像捕捉器９２によって捕捉され、画像処理システム１００の一部である画像メモリバッファ９４にセーブされる（図３）。

ステップ７において、ステップ３からステップ６までが、同じ被検査ウェーハダイ１４内における次の視野の画像を収集するために逐次反復され、それにより、最も近隣のウェーハダイの第１視野を含めた当該視野までの視野のストリップが形成され、これが基準として働くことになる。この自動化された逐次撮像プロセスは、図１２に明瞭に描かれており、この図は、一度に１つの視野だけ撮像する形で複数の視野又は視野のストリップを撮像することによって、各ウェーハダイを逐次検査することを特徴とする画像収集プロセスの図式的な拡大図である。図１２において、第１被検査ウェーハダイ６Ａにおける第１視野２４Ａの画像収集に続いて、同じ第１被検査ウェーハダイ１４Ａにおける第２視野２４Ｂの画像収集が行われる。ウェーハ１２の蛇行運動と同期化された形で、連続する視野の画像収集が、第１被検査ウェーハダイ１４Ａ全体を通して順次進行し、第２被検査ウェーハダイ１４Ｂにおける第１視野２４Ｊについて画像が収集されるまで続く。このプロセスの結果、やがて、ウェーハ１２全体が完全に撮像されるまで、撮像されたウェーハダイ１４の連続的なストリップ１１０が形成されることになる。

ステップ８において、被検査ウェーハダイにおける各視野のディジタル画像データ、及び、基準として働き、最も近隣のウェーハダイの等価位置にある視野のディジタル画像データが、画像処理システムで処理される。図３を参照すると、画像処理システム１００は、並列構成の画像処理チャネル９０、これを介して画像を捕捉する画像捕捉器９２、画像バッファ９４、欠陥検出ユニット９６、欠陥ファイル９８、及び、制御／データリンク１０２を含む。２４個の二次元ＣＣＤマトリックス光検出器５２を特徴とする焦点面アセンブリ３０によって収集された画像データは並列処理され、それにより、２４個のＣＣＤマトリックス光検出器５２の各々が、焦点面アセンブリ３０の他のＣＣＤマトリックス光検出器５２に並行して、２４の個別の画像処理チャネル９０を介して画像捕捉器９２と個別に通信する。画像データの処理には、毎秒３０フレーム分のＣＣＤ画像処理速度を有する４８メガピクセルの単一シリアルチャネル、従って、毎秒１．５ギガピクセルの極めて高い処理速度を有する単一チャネルが使用される代わりに、毎秒３０回の割合で約２メガピクセルの画像データを処理する２４の個別の画像処理チャネル９０が使用され、これで、毎秒６０メガピクセルの適度な速度で処理が行われることになる。この構成では、毎秒１．５ギガピクセルの全体画像処理速度が、かなり低速の個別チャネルを使って達成でき、その個別チャネル自体、欠陥検査システム１０において、市販ハードウェアを使って容易に実現できる。収集された画像データを並列処理するというこの特徴は、本発明のウェーハ検査方法の高スループットに大いに貢献する。画像処理システム１００は、制御／データリンク１０２を介して中央制御システム２０と通信する。

ステップ８は、被検査視野と基準視野の間の画像アライメントを実行するサブステップ（ａ）、潜在的なウェーハ欠陥の存在を識別するサブステップ（ｂ）、比較データを欠陥ファイルにセーブするサブステップ（ｃ）、及び、検査された第１ウェーハダイの第１視野の不要になった画像データを削除するサブステップ（ｄ）を含んでいる。

ステップ８のサブステップ（ａ）において、被検査ウェーハダイにおいて潜在的なウェーハ欠陥の存在を識別する前に、各被検査視野と対応する基準視野の間で画像アライメントが実行される。ＸＹ並進ステージ１６の運動中に僅かながら機械的誤差があるので、光学撮像カメラシステム１８の下で、ウェーハ１２の速度は一定でない。その結果として、ＣＣＤマトリックス光検出器の多重フィールドにおける画像ピクセル位置は、システム間同期化に従って最初にプログラムされた通りでない可能性がある。そのため、被検査視野と基準視野の間で二次元並進運動による画像アライメント修正が実行される。より複雑な回転位置決め修正が行われることもあるが、本発明の方法及びシステムの標準的実現にとっては、それを無視する。画像比較による欠陥検出の前に視野の画像アライメントを行うこのプロセスは、図１２に、等価の視野のストリップ１１０が、代表例を挙げて図示されている。第１被検査ウェーハダイ１４Ａの第１視野２４Ａの画像ピクセル位置と、最も近隣のウェーハダイ１４Ｂの同等位置にある第１視野２４Ｊの画像ピクセル位置データを画像バッファ９４から抽出し、画像アライメント修正にかける。このプロセスでは、最も近隣のウェーハダイ１４Ｂの第１視野２４Ｊが、第１検査ウェーハダイ１４Ａの等価の第１視野２４Ａにとって基準として働く。

連続的なウェーハ照射と、一次元走査か二次元走査かどちらかのウェーハ走査による二次元画像の収集との組み合わせを特徴とする、上に述べたような従来技術によるウェーハ欠陥検出の方法及びシステムは、全部のピクセル又は全部のピクセルラインについて位置決め修正を必要とする。これが全体システム速度、即ち、スループットを制限し、電子ハードウェアの要求を高め、全体システムコストを引上げる。その上、一画像のピクセル全てについて精確な修正手順が行われないので、結果として、位置ずれが残ることになる。この残余の位置ずれが、システムの欠陥検出感度を著しく下げている。対照的に、本発明の方法及びシステムの好ましい実施態様にいては、焦点面アセンブリの所与のどの視野においても焦点面アセンブリＣＣＤマトリックス光検出器の全ピクセルが、単一のレーザパルスによって同時に発生させられた１つの単位とみなされる。それ故、焦点面アセンブリの視野内において画像ピクセルの位置決めの必要は無く、被検査視野内の小さい局部的ゾーンと基準視野内の等価ゾーンの間で単純なアライメント修正を行うことで、焦点面アセンブリの視野全体にわたって正確な修正が行われたことになる。それ故、本発明では、残余の位置ずれが無視でき、より高い欠陥検出感度が得られる。

ステップ８のサブステップ（ｂ）において、画像アライメント修正に続いて、被検査ウェーハダイにおいて潜在的なウェーハ欠陥の存在の識別が行われ、これは、被検査ウェーハダイの第１視野から始まる各視野の画像のピクセル強度差を、最も近隣のウェーハダイの第１視野から始まる等価位置にある各視野の画像のピクセル強度と比較することによって行われる。この欠陥識別ステップでは、類似パターンを特徴とする隣接し合うウェーハダイの同一視野から収集された画像のピクセル強度の比較分析に基づいた欠陥検出の標準アルゴリズムが使用される。欠陥検出は、統計学的アプローチを基礎に置いており、これによると、隣接し合うウェーハダイの等価位置に欠陥が存在する確率は極めて低い。相異なる画像のピクセル強度に不規則性の存在を検出するための例示的な標準アルゴリズムは、３つのウェーハダイを比較することを基礎に置いている。ウェーハ検査システム全体は、代表的に被検査パターンと呼ばれるウェーハダイ又は視野におけるピクセル×ピクセルのパターンを検査するようにプログラムされており、次に、これを、同じウェーハの隣接するウェーハダイの想像上等価のパターンと比較され、ここで、基準として働いている。欠陥検出器が、現在の被検査ウェーハダイに存在する可能性のあるウェーハ欠陥の存在を示すような何らかのパターンの不規則性又は差異を検出する。テスト中のパターンは、これが単一のパターンとしか比較されなかった場合に存在したかも知れない曖昧さを解明するために、別の隣接ウェーハダイの等価位置にあるパターンとも比較される。２番目の比較では、シンメトリを維持するために、テスト中のパターンが基準として働く。

欠陥検出ユニット９６（図３）によって実行されるこの画像比較プロセスは、図１２に図示されている。第１被検査ウェーハダイ１４Ａの第１視野２４Ａの画像におけるピクセル強度が各々、隣接するウェーハダイ１４Ｂの等価位置にある第１視野２４Ｊの画像におけるピクセル強度と比較される。

サブステップ（ｃ）において、所定の比較基準に従って、つまり、特定の差異又は不規則性の閾値レベルのように、それぞれ基準として働くウェーハダイ１４Ａ及び１４Ｂの等価位置にある第１視野２４Ａ及び２４Ｊにおける２つの対応するピクセルの強度の差異又は不規則性が、ウェーハ欠陥ファイル９８にセーブされ、後に、欠陥の存在及び位置を確認又は否認する判定ステップ（ステップ１０）で処理されることになる。

サブステップ（ｄ）において、第１被検査ウェーハダイ１４Ａの第１視野２４Ａの不要になった画像データが画像バッファ９４から削除される。第１被検査ウェーハダイ１４Ａと第２被検査ウェーハダイ１４Ｂのそれぞれの、等価位置にある第１視野２４Ａと２４Ｊの比較のデータがセーブされるので、第１被検査ウェーハダイ１４Ａの第１視野２４Ａの画像データは、ウェーハ１２における連続するウェーハダイ１４の画像処理のためにもはや必要でなくなる。

ステップ９において、ステップ７と８が、第２被検査ウェーハダイ１４Ｂの視野について逐次反復され、これが、第３被検査ウェーハダイ１４Ｃの第１視野２４Ｎを含めて当該視野の画像を処理するところまで続く。ステップ７とステップ８は並行して行われる。ステップ７における画像収集がストリップ１１０の各視野について行われる間に、ステップ８に従って、ストリップ１１０における先行する各視野についての画像処理と画像比較が行われるのである。

ステップ１０は、欠陥検出ユニット９６によって実行される判定と確認のステップであり、ステップ８に従って最初に処理されたウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｊを始発として、各視野においてウェーハ欠陥の検出があるか否かを判定し、確認していく。第１ウェーハダイ１４Ａと第２ウェーハダイ１４Ｂのそれぞれの、等価位置にある第１視野２４Ａと２４Ｊの間に差異又は不規則性が存在すると、続いて、第２ウェーハダイ１４Ｂと第３ウェーハダイ１４Ｃのそれぞれの、等価位置にある第１視野２４Ｊと２４Ｎの間で比較がなされ、その上で、ウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｊにおける欠陥の存在が確認又は否認されることになる。

ステップ１０のサブステップ（ａ）において、確認されたウェーハ欠陥の情報が、その確認されたウェーハ欠陥の位置データを含んでおり、後にウェーハ製造プロセスのフィードバック制御に使用できるよう、欠陥ファイル９８に適切にセーブされる。

ステップ１１において、ステップ７からステップ１０までが、同じウェーハ内の視野ストリップ１１０における各視野の検査のために逐次反復される。例えば、図１２では、ウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｋが、ステップ７からステップ１０までの画像処理にかけられる次の被検査視野になる。ウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｋを始発として、第２ウェーハダイ１４Ｂの連続する視野の画像が、ウェーハダイ１４Ａ及び１４Ｃにおいて、等価位置にある視野の画像と比較されていくことになる。先ず、ウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｋが、等価位置にあるウェーハダイ１４Ａの視野２４Ｂと比較され、ここでは、視野２４Ｂが基準となっており、今度は、この視野２４Ｋが基準として働いて、ウェーハダイ１４Ｃの視野２４Ｐがウェーハダイ１４Ｂの視野２４Ｋと比較される。この場合、ストリップ１１０における連続する視野の各セットの各画像が、該ストリップにおいてそれに先行するウェーハダイの、等価位置にある視野のそれと一度比較され、次に、該ストリップにおいてその後に続くウェーハダイの、等価位置にある視野のそれと一度比較される。比較された各視野が、比較において一度は基準視野として働き、比較において一度は被検査視野として働く。ウェーハ１２の蛇行運動と同期化された形で、連続するウェーハダイの連続する視野の画像の選択、照射、撮像、収集及び処理が、ウェーハ１２全体を通してウェーハダイからウェーハダイへと順次進行し、ウェーハ１２のウェーハダイ１４全てが欠陥について検査されるまで続く。

以上、本発明は、特定の実施例に則して説明されたが、多くの代替、改良及び変更の態様が当業者に容易に理解し得ることは明白である。従って、本発明は、添えられた請求項の精神とその広い範囲とに属するような代替、改良及び変更の態様すべてを包含するものである。

Claims (13)

1. パターン化された半導体ウェーハダイを欠陥検出のために電気光学的に検査する検査方法であって、
   反復パルス式レーザ照射源を提供し、
   焦点面を有する光学結像系を提供し、
   前記光学結像系の前記焦点面に複数の２次元マトリックス光検出器による連続する検出面を光学的に形成する焦点面アセンブリを提供し、
   検査路に沿って前記ウェーハダイを相対的に移動させ、
   前記反復パルス式レーザ照射源を用いて、前記ウェーハダイの各々の少なくとも１つの視野を照射し、
   画像ピクセル滞留時間より短い持続時間の単一の短パルスレーザを用いて、前記焦点面アセンブリ上に前記ウェーハダイの各々の少なくとも１つの視野の画像を形成して収集し、
   前記短パルスレーザのパルスレートを前記視野の各々のフレーム速度と同期させ、
   前記ウェーハダイの第１の視野と、前記第１の視野に対応する第２の視野との間で画像アライメントを実行し、
   前記ウェーハダイの前記収集された画像を比較することによって欠陥を検出する、検査方法。
2. 前記検出が、前記画像の複数部分の並行処理を含む請求項１に記載の検査方法。
3. 前記少なくとも１つの視野は複数視野を含み、前記画像の複数部分は前記複数視野に対応している請求項２に記載の検出方法。
4. 前記検査路に沿って前記ウェーハダイを移動させることを含む請求項１に記載の検査方法。
5. 前記収集が、前記対象物の各々の少なくとも１つの視野の画像を逐次収集することを含む請求項１に記載の検査方法。
6. 前記収集が、前記対象物の各々の前記逐次照射された複数の視野の各々の画像を同時収集することを含む請求項１に記載の検査方法。
7. パターン化された半導体ウェーハダイを欠陥検出のために電気光学的に検査するシステムであって、
   少なくとも１つの照射された視野で前記対象物の画像を逐次収集する複数の２次元マトリックス光検出器と、焦点面を有する光学結像系と、前記光学結像系の前記焦点面に前記複数の２次元マトリックス光検出器による連続する検出面を光学的に形成する焦点面アセンブリとを含む電気光学カメラと、
   移動路に沿って前記ウェーハダイと前記電気光学カメラとの間で相対移動を与える移送器と、
   前記移動路に沿って移動しながら、短パルスレーザで前記ウェーハダイを照射する反復パルス式レーザ照射源と、
   前記ウェーハダイの画像を用いて欠陥を検出する画像処理装置と、
   を備え、
   画像ピクセル滞留時間より短い持続時間の単一の短パルスレーザ用いて、前記ウェーハダイの各々の少なくとも１つの視野を照射し、前記焦点面アセンブリ上に前記対象物の各々の少なくとも１つの視野の画像を形成して収集し、
   短レーザパルスの持続時間は画像ピクセル滞留時間より短く、短レーザパルスのパルスレートは前記視野の各々のフレーム速度と同期し、
   前記ウェーハダイの第１の視野と、前記第１の視野に対応する第２の視野との間で画像アライメントを実行し、
   前記ウェーハダイの前記収集された画像を比較することによって欠陥を検出する、システム。
8. 前記少なくとも１つの照射視野は、複数の照射視野を含む請求項７に記載のシステム。
9. 前記反復パルス式レーザ照射源は、ＱスイッチNd：YAGレーザを含む請求項７に記載のシステム。
10. 前記ＱスイッチNd：YAGレーザは、前記発光ダイオードによって光学的にポンピングされたている請求項９に記載のシステム。
11. 前記電気光学カメラは、前記反復パルス式レーザ照射源のレーザビーム光路に配置され、第２調波発生結晶として動作し、前記反復パルス式レーザによって生成された前記レーザビーム光の波長を半分にする非線形光学結晶を含む請求項７に記載のシステム。
12. 前記移送器は、前記移動路に沿って前記ウェーハダイを移動させる対象物移動装置を含む請求項７に記載のシステム。
13. 前記移送器は、前記移動路に沿う前記電気光学カメラと前記ウェーハダイとの連続的相対的移動を与えるように動作する連続的移動提供機を含む請求項７に記載のシステム。

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