JP5587265B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の傷や異物等の欠陥を検出する検査装置に関する。例えば、半導体ウェハ上の欠陥を検査する検査装置に関する。

半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物や欠陥（ショートや断線）が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの半導体デバイスの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、微細な異物や欠陥であってもキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。半導体デバイスの歩留向上のためには、製造工程において半導体ウェハ上の異物や欠陥を迅速に検出することが重要である。ここで、半導体ウェハ上の欠陥を検出する技術として、一般に、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）式検査技術や光学式検査技術が知られている。光学式検査技術は、更に明視野検査技術と暗視野検査技術がある。明視野検査技術は、対物レンズを通してウェハに照明し、反射・回折光を対物レンズで集光する。集光された光は検出器で光電変換され、信号処理で欠陥を検出する。一方、暗視野検査技術は、対物レンズのＮＡ（Numerical Aperture：開口数）外からウェハに照明し、散乱光を対物レンズで集光する。集光された光は、信号処理されて欠陥を検出する。

歩留向上のためには、欠陥の寸法を得ることも重要である。欠陥の寸法を得る方法としては、特許文献１が挙げられる。その他の先行技術としては、特許文献２−５が挙げられる。

特開２００８−００８８０５号公報 特開昭６２−８９３３６号公報 特開平１−１１７０２４号公報 特開平４−１５２５４５号公報 特開平５−２１８１６３号公報

特許文献１では、欠陥の寸法を得ることは開示している。しかし、欠陥の寸法をより正確に得るためには、基板からの光を検出するセンサの状態を考慮しなければならないことについては、配慮が成されていない。

本発明は、上記の課題に配慮してなされたものであり、基板からの光を検出するセンサの中から、欠陥の寸法を得るために好適な部分を選択し、さらに前記好適な部分に対応させて基板を移動させることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも欠陥の寸法をより正確に得ることができる。

本実施例の検査装置の概略図を説明する図。 ＴＤＩセンサ１０５の輝度レベルが正常であることを説明する図。 ＴＤＩセンサ１０５の輝度レベルが正常でないことを説明する図。 サイジングを説明する図。 検査前の動作を説明する図。 ＴＤＩセンサ１０５の画素と前述した輝度レベルとの関係を説明する図。 本実施例での検査時の動作を説明する図。 走査で得られた画像から欠陥の存在、及び座標を認識する処理を説明する図。 センサの総輝度を画素の強度分布に合わせてガウシアン分布として近似することを説明する図。 ガウシアン分布のｘ方向の断面を説明する図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

〔実施例〕
図１は本実施例の検査装置の概略図を説明する図である。本実施例の検査装置では、ウェハ１０１はステージ等を含む搬送系１０に搭載されている。照明光学系１００によって、回路パターンが形成されたウェハ１０１に対して斜方から光１０２が照明される。照明光学系１００はシリンドリカルレンズを含むものであり、ウェハ１０１上には楕円形状の照明スポット１０３が形成される。

照明スポット１０３が形成されることにより発生した基板からの光（本実施例では散乱光）は、対物レンズ、フーリエ変換レンズ等を含む結像光学系１０４で集光される。結像光学系１０４はフーリエ変換面に空間フィルタを有するものであり、回路パターンからの不所望な回折光は空間フィルタによって遮光される。

結像光学系１０４によって集光された光はＴＤＩセンサ１０５上に結像される。本実施例で得られる像はいわゆる暗視野像となる。ＴＤＩセンサ１０５は時間遅延積分センサであり、複数の画素は配列されたものである。

ＴＤＩセンサ１０５によって得られた画像は、画像処理部１０６へ送られる。画像処理部１０６は以降で詳述する処理を行うことで基板上の欠陥の存在，座標、及び寸法を得る。画像処理部１０６での処理結果は、制御部１０７へ送られ、ディスプレイ等の出力装置によって、作業者が閲覧可能な状態となる。さらに、搬送系１０は制御部１０７によって、ｘ，ｙ、及びｚ方向に駆動される。搬送系１０がｘｙ方向に移動することによって、照明スポット１０３とウェハ１０１との間の相対的な走査が行われる。

図２は、ＴＤＩセンサ１０５の輝度レベルが正常であることを説明する図である。図２の横軸は、ＴＤＩセンサ１０５の座標（Ｙ座標）を表し、縦軸はＴＤＩセンサ１０５の輝度レベルを表している。図２では、ＴＤＩセンサの左端から右端に渡って、望ましい輝度レベル７０１よりも高い輝度レベルとなっている。これは、ＴＤＩセンサ１０５が正常な状態であることを示している。

図３は、ＴＤＩセンサ１０５の輝度レベルが正常でないことを説明する図である。横軸，縦軸は図２と変わらない。図３では、ＴＤＩセンサ１０５の右側の一部８０１、及び左側の一部８０２での輝度レベルが、望ましい輝度レベル７０１よりも低くなっている。これが、ＴＤＩセンサの輝度レベルが正常でない（異常な）場合である。図３の場合、大きく２つの不所望な事態が起こることが考えられる。１つ目は、ＴＤＩセンサ１０５の右側の一部８０１、及び左側の一部８０２で、本来検出すべき輝度レベルよりも低い輝度レベルしか検出できないこととなる。すなわち、欠陥を検出する際の感度を落ちることである。

２つ目の不所望な事態は、検出した欠陥の寸法を得る場合（サイジング）である。図４を用いて説明する。図４は、本実施例におけるサイジングを説明する図である。本実施例では、画像処理部１０６は、ＴＤＩセンサ１０５中のある単位画素が時間Ｔ内に相対的に走査された場合の面積内の総輝度（輝度の体積）を、ガウシアン分布と近似してサイジングを行う。

ここで、同じ欠陥を検出した場合でも、総輝度は、図２では、総輝度９０１として表現され、一方、図３では、総輝度９０１よりも小さい総輝度９０２として表現されることになる。よって、センサの輝度レベルが正しくないと、正しくサイジングを行うことができない。本実施例は、この不所望を解決する。

本実施例では、この不所望を解決するために、ＴＤＩセンサ１０５が検出する輝度レベルに対して、閾値を設ける。そして、この閾値より小さい輝度レベルの画素のデータは使わないようにする。ここで、使わないとは、例えば、閾値より小さい輝度レベルの画素のデータは取得するが、その後のデータの処理では使用せず、破棄することを意味する。そして、敷値以上の輝度レベルをもつ画素のデータを使う。さらに、閾値以上の輝度レベルをもつ画素に対応させて搬送系（特にステージ）の動作を変える。

この動作を図５，図６、及び図７を用いて説明する。

まず、図５に示すように、本実施例では、実際の検査の前に、検査対象となるウェハから少なくとも２枚の画像１００１（検査画像）、及び１００２（参照画像）を取得し、画像処理部１０６内のメモリに記憶する。この際、本実施例では、ＴＤＩセンサ１０５のどの画素が画像１００１のどの画素に対応するのかも併せて記憶される。次に、画像１００１，１００２の差分１００３を得る。次に、差分１００３に対して閾値を用いた閾値処理を行う。閾値以上の信号が検出された場合、その信号は欠陥１００４であると判断される。そして、欠陥１００４の位置を得る。そして、検査画像である画像１００１を読み出す。読み出した画像１００１における欠陥の位置に対応した輝度のデータ（輝度レベル）を得る。

次に、画像処理部１０６は、図６に示すようなＴＤＩセンサ１０５の画素と前述した輝度レベルとの関係を得る。

本実施例では、画像処理部１０６は、輝度レベル１１０１に対して、閾値１１０５を使用する。そして、閾値１１０５よりも小さい輝度レベルを検出したＴＤＩセンサ１０５の領域１１０２、及び１１０４に含まれる画素はサイジングには使えない領域、閾値１１０５以上の輝度レベルを検出した領域１１０３に含まれる画素はサイジングに好適な領域だと判断する。そして、領域１１０２，１１０４が検出したデータは画像処理では使わず、領域１１０３のデータを画像処理で使用する。なお、この閾値１１０５は作業者が任意に設定するようにすることも可能である。例えば、閾値１１０５を高くすればするほど、より高い感度を得られることになる。また、閾値１１０５を低くすればするほど、より広い領域を検査することが可能になる。また、この閾値１１０５が変わるということは、サイジングに好適な領域の幅が変わると表現することもできる。

次に、図７を用いて、本実施例での検査時の動作を説明する。黒い部分は、前述したサイジングには使えない領域１１０２，１１０４を表し、白い部分はサイジングに好適な領域１１０３である。本実施例では、制御部１０７からの指示によって搬送系１０がｘｙ方向に駆動し、位置合わせを行う。より具体的には、位置合わせは、搬送系１０の駆動によって、前述した領域１１０３の端部の画素（領域１１０３に含まれる画素であれば端部の画素でなくても良い）の位置がダイ２ａの端部に合わせられることで行われる（ダイ内のセルに合わせても良い）。このような位置関係で、実際の検査走査は行われる。走査は、ダイの座標をＸＹ座標で表現した座標系で行われる。ＴＤＩセンサ１０５とステージ間の相対的な走査は、ステージが図１２のｘ軸に平行な第１の方向１２０１に動くことで行われる。そして、１２０２の位置で、ステージは領域１１０３の幅だけＹ方向に移動する。その後は、第１の方向１２０２とは逆の第２の方向１２０３に動く。そして、この座標系でｘ座標が０の地点まで来ると、領域１１０３の幅だけＹ方向に移動する。この動作を繰り返すことで、走査は行われる。

次に、画像処理部１０６が、走査で得られた画像から欠陥の存在、及び座標を認識する処理について図８を用いて説明する。例えば、図７の第１の走査によって、隣り合う３つのダイの画像１３０１，１３０２、及び１３０３が得られたものとする。今、画像１３０２の欠陥を認識しようとする。その場合、画像１３０１，１３０３を参照画像とする。まず、画像１３０１，１３０２、及び１３０３に対して閾値処理を施して、虚報を除去し、欠陥候補を抽出する。閾値処理を施した画像１３０４，１３０５、及び１３０６が得られる。本実施例では、画像１３０５を検査画像として、画像１３０４，１３０６を参照画像とする。画像１３０４と画像１３０５とを比較することで画像１３０７が得られる。画像１３０５と画像１３０６とを比較することで画像１３０８が得られる。画像１３０７，画像１３０８双方に欠陥候補１３０９が存在することが分かる。この場合、欠陥候補１３０９は画像１３０２に存在する欠陥であると判断される。そして、欠陥の座標値は記憶される。

次に、図８で得られた欠陥の大きさを得る方法（サイジング）について説明する。

本実施例では、前述したように領域１１０３の部分を検査に使用する。本実施例は、画像処理部１０６は、このＴＤＩセンサ１０５の領域１１０３の各画素の出力の総和を得て、その総和を図９に示すように画素の強度分布に合わせてガウシアン分布として近似する。

図１０に得られたガウシアン分布のｘ方向の断面を示す。ここで、ＴＤＩセンサ１０５の画素の大きさｄが既知であること、及びガウシアン分布の幅も得られることから、ｘ方向の欠陥の寸法を得ることができる。そして、同様の処理をｙ方向に対して行うことで、ｙ方向の欠陥の寸法を得ることができる。なお、より精度の高い欠陥の大きさを得たい場合には、プロセスごとに得た寸法の補正を行う、または、電子工学系を備えたレビュー装置との相関を得ることが望ましい。

本実施例によれば、従来よりも正確に欠陥の寸法を得ることができる。また、従来よりも感度の高い検査を行うことができる。

１０ 搬送系
１００ 照明光学系
１０１ ウェハ
１０２ 光
１０３ 照明スポット
１０４ 結像光学系
１０５ ＴＤＩセンサ
１０６ 画像処理部
１０７ 制御部

Claims (4)

1. 基板の欠陥を検出する検査装置において、
   前記基板を搭載し、移動する搬送部と、
   前記基板に光を照明する照明光学部と、
   前記基板からの光を集光し、像を形成する結像光学部と、
   前記像を検出するセンサと、
   前記センサの出力を用いて前記欠陥を検出し、前記欠陥の寸法を得る処理部と、
   前記センサの中から前記欠陥の寸法を得るのに適した領域と前記基板との位置関係を対応付けて前記搬送部を制御する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記領域の端部の画素の位置と、前記基板に形成されたダイの端部の位置、又はセルの端部の位置との位置合わせを行うことを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記搬送部は、第１の方向に第１の移動を行い、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に前記領域の幅分移動することを特徴とする検査装置。
3. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記制御部は、前記領域の幅を変えることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記センサはTDIセンサであり、
   前記処理部は、前記センサの画素の出力の和を得て、前記和を前記画素の強度分布に合わせてガウシアン分布として近似することを特徴とする検査装置。