JP5934874B2 - ウェーハを検査するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にウェーハ検査プロセスに関する。より詳しくは、本発明は半導体構造体を検査するための自動化システムおよび方法に関する。

製造された半導体構造体、例えば半導体ウェーハおよびダイの一貫して高い品質を確実にする能力は、半導体産業ではますます重要である。半導体ウェーハ製造技法は、増大する機能を半導体ウェーハのより小さい表面積に組み込むために一貫して改善されてきた。したがって、半導体ウェーハ製造のために用いられる写真製版プロセスは、半導体ウェーハのより小さい表面積に増大する機能（すなわち半導体ウェーハのより高い性能）の取込みを可能にするためにより精巧になってきた。従って、半導体ウェーハ上の潜在的欠陥のサイズは、典型的にミクロンからサブミクロンの範囲内にある。

半導体ウェーハのメーカが製造された半導体ウェーハの一貫して高い品質を確実にするために半導体ウェーハ品質管理および検査手順を改善するますます差し迫った必要性を有することは、明白である。半導体ウェーハは、典型的に、表面微粒子、欠陥、起伏および他の不規則性の存在のような、その上にある欠陥を検出するために検査される。この種の欠陥は、半導体ウェーハの最終的な性能に影響を及ぼす可能性がある。したがって、それの製造中に欠陥のある半導体ウェーハを除去するかまたは抜き取ることが、決定的である。

半導体検査システムおよびプロセスにおける進歩があった。例えば、より高解像度の画像処理システム、よりすばやいコンピュータおよび高精度機械処理システムが、作動してきた。加えて、半導体ウェーハ検査システム、方法および技法は歴史的に明視野照明、暗視野照明および空間フィルタリング技法の少なくとも１つを利用してきた。

明視野画像形成によって、半導体ウェーハ上の小さい粒子が、画像収集装置の収集アパーチャから離れて光を散乱し、それによって画像収集装置に戻されるエネルギの低下に結びつく。粒子がレンズまたはデジタル化画素の光点像分布関数と比較すると小さい時、粒子を取り囲むごく近い領域からの明視野エネルギが粒子に対して一般に大量のエネルギの一因となり、それによって粒子を検出するのを困難にする。加えて、小さい粒径に起因するエネルギの非常に小さい低下が、粒子周辺のごく近い領域からの反射率変動によってしばしばマスクされ、それによって誤った欠陥検出の出現の増大に結びつく。上記の現象を克服するために、半導体検査システムは、半導体ウェーハのより小さい表面積の画像を収集する、より大きな解像度を備えたハイエンドのカメラを備えてきた。しかしながら、明視野画像は、一般により良い画素コントラストを有し、および、これは欠陥のサイズを推定するためにおよび暗欠陥を検査する時有利である。

暗視野照明およびその利点は、従来技術において一般に周知である。暗視野画像形成は、いくつかの既存の半導体ウェーハ検査システムによって使用されてきた。暗視野画像形成は、典型的に光レイが検査されるべき対象物に入射する角度に依存する。検査されるべき対象物の水平面に対して低い角度（例えば３度から３０度）で、暗視野画像形成は典型的に、表面微粒子、欠陥および他の不規則性のような、欠陥が存在する位置以外で暗い画像を生成する。暗視野画像形成の特定の用途は、明視野画像を生成するために用いられるレンズの解像力よりサイズが小さい欠陥を照らすことである。水平面に対してより大きな角度（例えば３０度から８５度）で、暗視野画像形成は典型的に明視野画像と比較して、より良いコントラストの画像を生成する。この種の高角度暗視野画像形成の特定の使用は、ミラー仕上げまたは透明対象物上の表面不規則性のコントラストを高める。加えて、高角度暗視野画像形成は傾けられた対象物の画像形成の画質を高める。

半導体ウェーハの光反射率は、典型的に明視野および暗視野画像形成の各々によって得られる画像の品質上に重要な効果を有する。半導体ウェーハ上に存在するマイクロおよびマクロ構造体の両方が、半導体ウェーハの光反射率に影響を及ぼす。一般に、半導体ウェーハによって反射される光の量は、入射光の方向または角度、観察方向および半導体ウェーハの表面の光反射率の関数である。光反射率は、次に入射光の波長および半導体ウェーハの材料組成に依存している。

検査のために提示される半導体ウェーハの光反射率を制御することは、一般にむずかしい。これは、半導体ウェーハがいくつかの層の材料から成ることができるからである。材料の各層は異なって、たとえば異なる速度で、光の異なる波長を透過することができる。加えて、層は異なる光透過性または反射率さえ有することができる。したがって、単一波長または狭帯域の波長の光または照明の使用が典型的に収集画像の品質に悪影響を与えることは、当業者にとって明らかであろう。単一波長または狭帯域の波長の頻繁な変更の必要性は複数空間フィルタまたは波長チューナの使用を必要とし、それは一般に不都合である。この種の課題を軽減するために、広帯域照明（すなわち広範囲の波長の照明）、例えば３００ナノメートルと１０００ナノメートルとの間の波長の範囲の広帯域照明を用いることが、重要である。

広帯域照明は、高品質画像を達成するために、同じく、広範囲にわたる表面反射率を備えたウェーハを処理するために重要である。加えて、ウェーハ検査システムの欠陥検出能力は複数照明角度の使用、例えば明視野および暗視野照明両方の使用によって一般に高められる。市場に出ている既存のウェーハシステムは、複数角度の照明を利用せず、完全広帯域波長を備えていない。

現在入手可能なウェーハ検査システムまたは装置は、典型的にウェーハ検査中に複数レスポンスを達成するために以下の方法の１つを用いる：
（１）複数照明を備えた複像収集装置（ＭＩＣＤ）

ＭＩＣＤは、複数の画像収集装置および複数の照明を用いる。ＭＩＣＤは、波長スペクトラムを狭帯域にセグメント化してかつ各セグメント化された波長スペクトラムを個々の照明に割り当てる原理に基づく。ＭＩＣＤ法を使用するシステムの設計中に、各画像収集装置が、空間フィルタまたは特別にコーティングされたビーム分割器のような対応する光学付属品と共に、対応する照明（すなわち照明光源）と対にされる。例えば、明視野の波長は水銀アークランプおよび空間フィルタを用いて４００から６００ナノメートルの間に限定され、および、暗視野はレーザーを用いて６５０から７００ナノメートルの間に限定される。ＭＩＣＤ法は、欠点、例えば劣った画質および設計非柔軟性を経験する。劣った画質は、狭い波長による照明の使用と組み合わせられた、検査されたウェーハの変化する表面反射率に起因する。単一照明の波長の変更が典型的にウェーハ検査システムの光学設定全体の再構成を必要とするので、設計非柔軟性が生じる。加えて、ＭＩＣＤ法は典型的に収集画像の品質を備えることなく単一の画像収集装置による異なる波長の照明の収集を可能にしない。
（２）複数照明を備えた単一画像収集装置（ＳＩＣＤ）

ＳＩＣＤ法は、セグメント化された波長または広帯域波長のどちらかの、複数照明を収集するための単一画像収集装置を用いる。しかしながら、ウェーハが動く間、同時に複数照明レスポンスを得ることは、可能でない。換言すれば、ウェーハが動いている時、ＳＩＣＤ法は１つの照明レスポンスを可能にするだけである。複数照明レスポンスを達成するために、ＳＩＣＤ法は、ウェーハが静止である間、画像収集を必要とし、それはウェーハ検査システムのスループットに影響を及ぼす。

広帯域明視野および暗視野または一般に複数照明を用いた、かつ複像収集装置を用いた同時、独立、高速の画像収集を使用する半導体ウェーハ検査システムは、それの実際の実現および動作利点に関しては理解の相対的欠如に起因して現在入手可能でない。既存の半導体ウェーハ検査システムは前に説明したようにＭＩＣＤまたはＳＩＣＤのいずれかを使用する。ＭＩＣＤを使用する装置は、広帯域を用いず、かつ劣った画質および柔軟でないシステム設定が欠点である。他方では、ＳＩＣＤを用いる装置は減弱するシステムスループットを経験し、かつ高速の同時複数照明レスポンスを得ることができない。

明視野照明および暗視野照明器の両方を利用する１つの例示的な既存の半導体ウェーハ光検査システムが、（特許文献１）内に開示されている（ＫＬＡ１）。ＫＬＡ１内に開示される光検査システムの一実施態様は、前に説明したようにＭＩＣＤを利用する。それは、半導体ウェーハの別々の明視野および暗視野画像を収集する複数カメラを用いる。収集された明視野および暗視野画像は次いで、半導体ウェーハ上の欠陥を検出するために別々にまたは共に処理される。加えて、ＫＬＡ１の光検査システムは明視野および暗視野照明の別々の光源を用いて明視野および暗視野画像を同時に収集する。ＫＬＡ１は、明視野および暗視野画像の収集を可能にするために照明波長スペクトラムのセグメント化、狭帯域照明源および空間フィルタを用いて同時画像収集を達成する。ＫＬＡ１の光システムでは、カメラの１台が狭帯域レーザーおよび空間フィルタを使用して暗視野画像形成を受け取るように構成される。残りのカメラが、明視野照明および特殊コーティングを備えたビーム分割器を用いて波長スペクトラムの残りを受け取るように構成される。ＫＬＡ１によって開示される光検査システムの欠点は、波長スペクトラムのセグメント化に起因する表面反射率の大きな変動を含む異なる半導体ウェーハを画像形成するためのそれの不適切性を含む。カメラはそれぞれの照明と密に連結され、特定のウェハータイプの画質を高める複数の入手可能な照明の組み合わせの柔軟性がない。そのようなタイプはその表面上に炭素コーティングされた層を有し、および、それらは、たとえば明視野単独を用いて、特定の照明角度で貧弱な反射特性を呈する。特定の欠陥を観察するために、明視野および高角度暗視野照明の組合せを必要とする。したがって、ＫＬＡ１の光検査システムは複数の明視野および暗視野画像をそれによって収集するために複数の検査パス（次にシステムのスループットに影響を及ぼす複数の走査）を実行するための複数の光または照明源およびフィルタを必要とする。

明視野および暗視野画像形成の両方を利用する追加的な例示的な既存の光検査システムが、（特許文献２）（ＡＵＧＴＥＣＨ１）および（特許文献３）（ＡＵＧＴＥＣＨ２）内に開示される。ＡＵＧＴＥＣＨ１およびＡＵＧＴＥＣＨ２の光検査システムの暗視野画像形成は、低角度暗視野画像形成用の複数のレーザーおよび高角度暗視野画像形成用の光ファイバーリング光を利用する。加えて、ＡＵＧＴＥＣＨ１およびＡＵＧＴＥＣＨ２の光検査システムは単一カメラセンサを使用し、および先に説明したＳＩＣＤ法に属する。したがって、ＡＵＧＴＥＣＨ１およびＡＵＧＴＥＣＨ２の半導体ウェーハの検査は、明視野画像形成によってまたは暗視野画像形成によってまたは明視野画像形成および暗視野画像形成の組合せ経由で実行され、明視野画像形成および暗視野画像形成の各々が、他方が完了されると実行される。ＡＵＧＴＥＣＨ１およびＡＵＧＴＥＣＨ２の検査システムは、同時、高速の、またはウェーハが動いている間の、および独立した明視野および暗視野画像形成が可能でない。したがって、各半導体ウェーハの複数のパスがそれの検査を完了するために必要とされ、製造スループットの低下および資源の使用の増大に結びつく。

加えて、いくつかの既存の光検査システムは半導体ウェーハの新しく獲得した画像との比較のためにゴールデン画像すなわち基準画像を利用する。基準画像の導出は、典型的に既知のまたは手動で選択された「良い」半導体ウェーハのいくつかの画像を収集し、そして次に、それによって基準画像を導出するために統計的計算式または技法を適用する必要がある。上記の導出による欠点は、「良い」半導体ウェーハの手動の選択の不正確性または不整合性である。この種の基準画像を用いる光検査システムは、典型的に不正確なまたは一貫しない基準画像に起因する半導体ウェーハの誤った不合格が欠点である。半導体ウェーハのますます複雑な回路幾何学形状によって、基準画像を引き出すための「良い」半導体ウェーハの手動の選択への依存は、半導体検査産業によって設定される強化している高い品質基準と、ますます適合しなくなっている。

ゴールデン基準画像を導き出すことは、多くの統計的技法および計算を必要とする。統計的技法の大部分は、非常に一般的でおよびそれら自体の利点を有する。現在入手可能な装置の最高水準の技術は、ゴールデン基準画素を算出するために、標準偏差と共に加算平均または平均のいずれかを用いる。この方法は、既知の良い画素にはよく機能するが、さもなければ、任意の欠陥またはノイズ画素が基準画素の最終的な加算平均または平均値に干渉して影響を及ぼすであろう。別の方法は中央値を使用し、それはノイズ画素に起因する干渉を減少させるが、ノイズの影響を実質的に除去するのは可能でない。入手可能な装置の全てが、とりわけ平均、中央値のような異なる種類の統計的技法を適用することによって誤差を減少させようとするが、それらは誤差を除去するためにいかなる特別なまたはユーザフレンドリな手続きも持たない。この種の特別な手続きは、最終的な基準画素値に影響を及ぼすであろう画素を除去するのを確かに助ける。

（特許文献４）（ＡＵＧＴＥＣＨ３）が、半導体ウェーハ検査に用いられるゴールデン基準即ち基準画像を作り出すためのトレーニング方法を開示する。ＡＵＧＴＥＣＨ３内に開示される方法は、「既知の良質」または「欠陥のない」ウェーハを必要とする。この種のウェーハの選択は、手動でまたはユーザ実行される。統計的計算式または技法が次いで、基準画像を導き出すために適用される。そのようなものとして、「良質」ウェーハの正確で一貫した選択が、半導体検査の正確で一貫した品質のために重要である。更に、ＡＵＧＴＥＣＨ３は、基準画像の個々の画素を算出するために平均および標準偏差を用い、およびいかなる欠陥のある画素の存在も不正確な基準画素に至る。欠陥のある画素は、異物または他の欠陥に起因して生じ、それが統計的計算を混乱させ、かつ不正確な基準画素に至る。ＡＵＧＴＥＣＨ３の方法が半導体ウェーハの検査で不正確性、不整合性および誤りにさらされていることは、当業者にとって明らかであろう。

加えて、ＡＵＧＴＥＣＨ３内に開示される光検査システムは半導体ウェーハを照らすためのフラッシュまたはストローブランプを用いる。異なるフラッシュまたはストローブ間の不整合性が、温度差異、電子的不整合性および他と異なるフラッシュまたはストローブ強度を含むがこれに限らず多数の要因に起因して生じるかもしれないことは、当業者によって認識されよう。この種の差異および不整合性は、「良い」半導体ウェーハでさえ固有である。システムがフラッシュランプに起因するこの種の差異を善処しない場合、この種の差異の存在はゴールデン基準画像の品質に影響を及ぼすであろう。加えて、照明強度および均一性は、ウェーハの平面性、表面の異なる位置の実装および光反射率を含むがこれに限らず複数要因に起因して半導体ウェーハの表面にわたって変化する。ランプのフラッシュ強度およびストローブ特性の変動を考慮に入れず、半導体ウェーハの異なる位置の収集画像との比較のために用いられる時、上記の方法で生成されるいかなる基準画像も信頼できなくなりかつ不正確である可能性がある。

製品仕様、例えば半導体ウェーハサイズ、複雑さ、表面反射率および品質検査の判定基準の変動は、半導体産業内に普通にみられる。したがって、半導体ウェーハ検査システムおよび方法は製品仕様のこの種の変動を検査することが可能である必要がある。しかしながら、既存の半導体ウェーハ検査システムおよび方法は、特に半導体産業によって設定される強化している品質基準を前提として、製品仕様のこの種の変動を満足に検査することが一般にできない。

例えば、典型的既存半導体ウェーハ検査システムは構成部品、例えば、固定的空間位置を有する、カメラ、照明器、フィルタ、偏光板、ミラーおよびレンズを含む従来の光学組立体を用いる。光学組立体の構成部品の導入または除去は、一般に光学組立体全体の再配置および再設計を必要とする。したがって、この種の半導体ウェーハ検査システムは柔軟性がない設計または構成を有しており、かつそれの変更のための比較的長いリードタイムを必要とする。加えて、従来の光学組立体の対物レンズと検査のために提示される半導体ウェーハとの間の距離は、典型的に暗視野照明に対する異なっている角度による光ファイバ照明の導入の容易さを可能にするにはあまりに短い。

多数の他の既存の半導体ウェーハ検査システムおよび方法が、ある。しかしながら、技術的な専門知識および動作上のノウハウの現在の欠如のため、既存の半導体ウェーハ検査システムは、ウェーハが動く間、なお設計を有し、かつ配置的に柔軟に、検査のための同時明視野および暗視野画像形成を使用することができない。半導体ウェーハの資源効率的な、柔軟な、正確なおよびすばやい検査を可能にするための半導体ウェーハ検査システムおよび方法に対する必要性もまたある。これは、特に半導体ウェーハの電気回路構成の増強している複雑さおよび半導体産業の強化している品質基準を前提としている。

米国特許第５，８２２，０５５号、 米国特許第６，８２６，２９８号、 米国特許第６，９３７，７５３号、 米国特許第６，３２４，２９８号

構成的および設計自由度を与えるとともに、半導体ウェーハが動く間、検査を実行するために同時にかつ独立に明視野および暗視野画像形成の両方を使用することが可能な半導体ウェーハ検査システムおよび方法の欠如が現在ある。加えて、それの構成部品、例えば照明器、カメラ、対物レンズ、フィルタおよびミラーが柔軟なかつ調整可能な空間相互配置を有する半導体ウェーハ検査システムの必要性が、ある。半導体ウェーハの電気回路構成の増加している複雑さおよび半導体産業によって設定される強化している品質基準を前提として、半導体ウェーハ検査の正確度および整合性はますます決定的である。半導体ウェーハの収集画像との比較のためのゴールデン基準即ち基準画像の導出は、現在「良い」半導体ウェーハの手動の選択を必要とする。この種の手動の選択は、導き出された基準画像、したがって、半導体ウェーハのそれに伴う検査の不正確性および不整合性に結びつく可能性がある。したがって、半導体ウェーハの以降の収集画像が比較されることができる基準画像を導き出すための改善されたトレーニング方法またはプロセスに対する必要性が、ある。本発明は、上記の問題の少なくとも１つに対処しようとする。

本発明の実施態様は、半導体ウェーハ、ダイ、ＬＥＤチップおよびソーラーウェーハを含むがこれに限らず、半導体構造体を検査するための検査システムおよび方法を提供する。この検査システムは、２次元（２Ｄ）および３次元（３Ｄ）ウェーハ検査を実行するために設計される。この検査システムは、更に欠陥検査を実行するために設計される。

２Ｄウェーハ検査は２Ｄ光モジュールによって容易にされ、それが少なくとも２台の画像収集装置を含む。２Ｄウェーハ検査は、少なくとも２つの異なるコントラスト照明を、対応するコントラスト照明の画像を収集するために利用する。２Ｄウェーハ検査は、半導体ウェーハが動いている間に実行され、かつワンパスで完了される。３Ｄウェーハ検査は、少なくとも１台の画像収集装置および少なくとも１台の細線照明器を備える、３Ｄ光モジュールによって容易にされる。半導体ウェーハが半導体ウェーハの３Ｄ画像を収集するために動く間、レーザーまたは広帯域照明光源のいずれかまたは両方ともである細線照明器によって供給される細線照明が半導体ウェーハに向けられる。検査システムによって実行される欠陥検査は、欠陥検査光モジュールによって容易にされる。

本発明の実施態様の第１の態様に従って、基準画像を作り出すためのトレーニングプロセスを実行するステップを含むウェーハを検査するための一方法が、開示される。トレーニングプロセスは、第１のウェーハの複数の画像を収集するステップであって、第１のウェーハが未知の品質であり、第１のウェーハの複数の画像の各々が所定のコントラスト照明で収集され、第１のウェーハの複数の画像の各々が複数の画素備えるステップと、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々に対する複数の基準強度を決定するステップとを含む。トレーニングプロセスは、更に、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々の複数の基準強度に対する複数の統計的パラメータを算出するステップと、算出された複数の統計的パラメータに基づいて第１のウェーハの複数の画像から複数の基準画像を選ぶステップと、を含む。ウェーハを検査するためのこの方法が、更に、第２のウェーハの画像を収集するステップであって、第２のウェーハが未知の品質であるステップと、複数の基準画像から第１の基準画像を選ぶステップと、第２のウェーハ上の欠陥の存在およびタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために第１の基準画像と第２のウェーハの収集画像を比較するステップと、を含む。

本発明の実施態様の第２の態様に従って、基準画像を得るための一トレーニング方法であって、第１のウェーハの複数の画像を収集するステップであって、第１のウェーハが未知の品質であり、複数の画像の各々が所定のコントラスト照明を用いて収集されるステップと、収集される複数の画像から基準画像を選ぶステップと、を含む方法が開示される。基準画像は、第２のウェーハのテスト画像と比較するためにあり、第２のウェーハは未知の品質である。

本発明の実施態様の第３の態様に従って、ウェーハを検査するための一方法であって、第１のウェーハの複数の画像を収集するステップであって、第１のウェーハが未知の品質であり、ウェーハの複数の画像の各々が所定のコントラスト照明を用いて収集され、複数の画像の各々が複数の画素を備える、ステップ、を含む方法が開示される。この方法は、第１のウェーハの複数の画像から基準画像を選ぶステップを更に含む。加えて、この方法は第２のウェーハの画像を収集するステップであって、第２のウェーハが未知の品質であるステップを含む。この方法はさらに、複数の基準画像から第１の基準画像を選ぶステップと、第２のウェーハ上の欠陥の存在およびタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために第１の基準画像と第２のウェーハの収集画像を比較するステップと、を含む。

本発明の実施態様の第４の態様に従って、ウェーハを検査するための一システムが開示され、このシステムが基準画像を得るためのトレーニングプロセスを実行するための手段を備える。トレーニングプロセスは、第１のウェーハの複数の画像を収集するステップであって、第１のウェーハが未知の品質であり、第１のウェーハの複数の画像の各々が複数の所定のコントラスト照明の１つで収集され、第１のウェーハの複数の画像の各々が複数の画素を備えるステップを含む。トレーニングプロセスは、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々の複数の基準強度を決定するステップと、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々の複数の基準強度に対する複数の加重指数を算出するステップと、を更に含む。トレーニングプロセスはさらに、算出された複数の加重指数に基づいて第１のウェーハの複数の画像から複数の基準画像を選ぶステップを含む。ウェーハを検査するためのこのシステムは、第２のウェーハの画像を収集するための手段であって、第２のウェーハが未知の品質である手段と、複数の基準画像から第１の基準画像を選ぶための手段と、第２のウェーハ上の欠陥の存在およびタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために第１の基準画像と第２のウェーハの収集画像を比較するための手段と、を更に備える。

本発明の実施態様の第５の態様に従って、ウェーハを検査するための方法ステップを実行するために機械によって実行可能な命令のプログラムを明らかに具体化する、機械によって読取り可能なプログラム記憶装置が開示される。ウェーハを検査するための方法ステップは、基準画像を作り出すためのトレーニングプロセスを実行するステップを含む。トレーニングプロセスは、第１のウェーハの複数の画像を収集するステップであって、第１のウェーハが未知の品質であり、第１のウェーハの複数の画像の各々が複数の所定のコントラスト照明の１つで収集され、第１のウェーハの複数の画像の各々が複数の画素を備えるステップを含む。トレーニングプロセスは、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々の複数の基準強度を決定するステップと、第１のウェーハの複数の画像の各々の複数の画素の各々の複数の基準強度に対する複数の加重指数を算出するステップと、を更に含む。トレーニングプロセスは、算出された複数の加重指数に基づいて複数の収集画像から複数の基準画像を選ぶステップを更に含む。ウェーハを検査するためのこの方法ステップは、第２のウェーハの画像を収集するステップであって、第２のウェーハが未知の品質であるステップと、複数の基準画像から第１の基準画像を選ぶステップと、第２のウェーハ上の欠陥の存在およびタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために第１の基準画像と第２のウェーハの収集画像を比較するステップと、を更に含む。

本発明の例示的な実施態様が、以下の図面を参照して以下に記載され、そこにおいて、

本発明の例示的な一実施態様に従うウェーハを検査するための１つの例示的なシステムの部分平面図を示す。 図１のシステムの部分等角図を示す。 図２内に強調されるビュー「Ａ」に従う図１のシステムの光検査ヘッドの分解部分等角図を示す。 図２内に強調されるビュー「Ｂ」に従う図１のシステムのロボットウェーハテーブルの分解部分等角図を示す。 図２内に強調されるビュー「Ｃ」に従う図１のシステムのロボットウェーハローダ／アンローダの分解部分等角図を示す。 図２内に強調されるビュー「Ｄ」に従う図１のシステムのウェーハスタックモジュールの分解部分等角図を示す。 図１のシステムの光検査ヘッドの部分等角図を示す。 図１のシステムの光検査ヘッドの部分正面図を示す。 図１のシステムの明視野照明器、低角度暗視野照明器、高角度暗視野照明器、第１の画像収集装置および第２の画像収集装置の間の照明の光レイパスを示す。 図９の明視野照明器によって供給される明視野照明によってたどられる例示的な第１のレイパスの流れ図である。 図９の高角度暗視野照明器によって供給される暗視野高角度照明によってたどられる例示的な第２のレイパスの流れ図である。 図９の低角度暗視野照明器によって供給される暗視野低角度照明によってたどられる例示的な第３のレイパスの流れ図である。 図１のシステムの細線照明器と３Ｄ画像収集装置またはカメラとの間の照明のレイパスを示す。 図１のシステムの検査明視野照明器、検査暗視野照明器および検査画像収集装置の間の照明の光レイパスを示す。 図１４の検査明視野照明器と検査画像収集装置との間で明視野照明によってたどられる例示的な第４のレイパスの流れ図である。 図１４の検査暗視野照明器と検査画像収集装置との間で暗視野照明によってたどられる例示的な第５のレイパスの流れ図である。 本発明によって提供されるウェーハを検査するための例示的な方法の方法流れ図である。 図１７の方法の実行中に収集される画像と比較するために用いられる基準画像を作り出すための例示的な基準画像作成プロセスのプロセス流れ図である。 図１７の方法の方法ステップのタイミングオフセットを伴う例示的な二次元ウェーハ走査プロセスのプロセス流れ図である。 図１のシステムの照明コンフィギュレータによって選択可能な照明構成のテーブルを示す。 第１の画像収集装置による第１の画像の収集および第２の画像収集装置による第２の画像の収集に対するタイミング図を示す。 図１の第１の画像収集装置によって収集される第１の画像を示す。 図１の第２の画像収集装置によって収集される第２の画像を示す。 ウェーハが移動している時、第１の画像および第２の画像の収集に起因する画像オフセットを実証するための図２２ａの第１の画像および図２２ｂの第２の画像の組み合わせを示す。 図１７の方法の方法ステップで実行される例示的な二次元画像処理プロセスのプロセス流れ図である。 図１７の方法の方法ステップで実行される第１の例示的な３次元ウェーハ走査プロセスのプロセス流れ図である。 図１のシステムの細線照明器と３Ｄ画像収集装置またはカメラとの間の照明の例示的な光レイパスを示す。 図１７の方法の方法ステップで実行される第２の例示的な３次元ウェーハ走査プロセスのプロセス流れ図である。および 図１７の方法の方法ステップで実行される例示的な検査プロセスのプロセス流れ図である。

半導体構造体、例えば半導体ウェーハおよびダイの検査は、半導体構造体の製造または製作におけるますます決定的なステップである。半導体ウェーハのための強化している品質基準に連結された半導体ウェーハの回路の増加している複雑さは、半導体ウェーハ検査システムおよび方法の改善に対する増加している必要性に至った。

構成的または設計柔軟性を提供すると共に、半導体ウェーハの高速の検査を実行するための明視野および暗視野画像形成の両方を同時に使用することが可能な半導体ウェーハ検査システムおよび方法の欠如が、現在ある。加えて、それの構成部品、例えば照明器、カメラ、対物レンズ、フィルタおよびミラーが柔軟なかつ調整可能な空間相互配置を有する半導体ウェーハ検査システムの必要性がある。半導体ウェーハの電気回路構成の増加している複雑さおよび半導体産業によって設定される強化している品質基準を前提として、半導体ウェーハ検査の正確度および整合性はますます決定的である。半導体ウェーハの収集画像との比較のためのゴールデン基準即ち基準画像の導出は、現在「良い」半導体ウェーハの手動の選択を必要とする。この種の手動の選択は、導き出された基準画像、したがって、半導体ウェーハのそれに伴う検査の不正確性および不整合性に結びつく可能性がある。したがって、半導体ウェーハの以降の収集画像が比較されることができる基準画像を導き出すための改善されたトレーニング方法またはプロセスの必要性が、ある。

本発明の実施態様は、先ほど確認した問題のうちの少なくとも１つに対処するための半導体構造体を検査するための例示的なシステム及び方法を提供する。

簡潔さおよび明快さのために、本発明の実施態様の記述は以下に半導体ウェーハを検査するためのシステム及び方法に限定される。これが本発明の実施態様を動作上の、機能的または性能特性のような本発明の種々の実施態様の間で優勢な基本原理が必要とされる他の用途から、除外しないことは、しかしながら当業者によって理解されよう。例えば、本発明の実施態様によって提供されるシステム及び方法は、半導体ダイ、ＬＥＤチップおよびソーラーウェーハを含むがこれに限らず他の半導体構造体を検査するために用いられることができる。

図１および図２に示すように半導体ウェーハ１２（別名ウェーハ）を検査するための例示的なシステム１０が、本発明の第１の実施態様に従って提供される。システム１０は、また、必要に応じて他の半導体デバイスまたは構成部品を検査するために用いられることができる。好ましくは、システム１０は光検査ヘッド１４（図３に示す）、ウェーハ搬送テーブルまたはウェーハチャック１６（図４に示す）、ロボットウェーハハンドラ１８（図５に示す）、ウェーハスタックモジュール２０（図６に示す）またはフィルムフレームカセットホルダ、ＸＹ−変位テーブル２２および少なくとも一組の４個の振動絶縁装置２４（図１および図２に示す）を備える。

図７および図８で示す光検査ヘッド１４は、複数の照明器および画像収集装置を備える。好ましくは、光検査ヘッド１４は明視野照明器２６、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０を含む。追加的な暗視野照明器が必要に応じてシステム１０内に組み込まれることができることは、当業者によって理解されよう。低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０が単一暗視野照明器として集積化されることができ、それが必要に応じて柔軟に配置されることができることは当業者によって更に理解されよう。

明視野照明器２６、別名明視野照明光源または明視野照明エミッタは、明視野照明または光を供給するかまたは放射する。明視野照明器２６は、たとえばフラッシュランプまたは白色発光ダイオードである。好ましくは、明視野照明器２６は実質的に３００ナノメートル以上１０００ナノメートル以下の波長を備える広帯域明視野照明を供給する。明視野照明が代替波長および光学的性質であることができることは、しかしながら当業者によって理解されよう。

明視野照明器２６は、好ましくは第１の光ファイバ（図示せず）を備え、それを通して明視野照明が明視野照明器２６から放射される前に進行する。好ましくは、第１の光ファイバは明視野照明の進行の方向を導くための導波管として働く。更に好ましくは、第１の光ファイバは明視野照明器２６から放射される明視野照明の方向付けを容易にする。

低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０は、また、暗視野照明光源として公知であり、かつ、暗視野照明を放射するかまたは供給する。暗視野照明器は、それらの対応する画像収集装置に入る直接透過された（または散乱されない）光の量の最小化を可能にする慎重に位置合わせされた照明または光源である。一般に、暗視野画像を収集するための画像収集装置は、サンプルまたは対象物によって散乱された照明または光を受け取る。暗視野画像は、明視野画像と比較して、一般に高められた画像コントラストを有する。明視野照明および暗視野照明は、コントラスト照明の例である。

低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０は、たとえばフラッシュランプまたは白色発光ダイオードである。好ましくは、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々によって供給される暗視野照明は、明視野照明と実質的に類似した光学的性質である。より詳しくは、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々によって供給される暗視野照明は、好ましくは実質的に３００ナノメートル以上１０００ナノメートル以下の波長を備える広帯域暗視野照明である。あるいは、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０は異なる波長または他の光学的性質の暗視野照明を供給する。

ウェーハテーブル１６上に配置される半導体ウェーハ１２の水平面に対して（またはウェーハテーブル１６の水平面に対して）高角度暗視野照明器３０と比較すると、低角度暗視野照明器２８はより低角度である。例えば、低角度暗視野照明器２８は好ましくは、ウェーハテーブル１６上に配置される半導体ウェーハ１２の水平面に対して３度と３０度の間の角度で配置される。加えて、高角度暗視野照明器３０は好ましくは、ウェーハテーブル１６上に配置される半導体ウェーハ１２の水平面に対して３０度と８５度の間の角度で配置される。上に述べた角度は好ましくは、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々の位置を調整することによって必要に応じて変更可能である。

低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々は、好ましくは第２のおよび第３の光ファイバ（図示せず）を備え、それを通して暗視野照明がそこから放射される前に進行する。第２のおよび第３の光ファイバの両方が、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々を通して暗視野照明の進行の方向を導くための導波路として働く。加えて、第２の光ファイバが低角度暗視野照明器２８から放射される暗視野照明の方向付けを容易にし、および、第３の光ファイバが高角度暗視野照明器３０から放射される暗視野照明の方向付けを容易にする。明視野照明器２６、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々によって供給される照明は、制御されることができ、かつ連続的に供給されるかまたはパルスにされるかのどちらかであることができる。

明視野照明および暗視野照明両方の波長スペクトラムは、好ましくはウェーハ１２の検査および欠陥検出の正確度を高める。広帯域照明は好ましくは、様々な表面反射率による広範囲にわたる半導体ウェーハ欠陥タイプの識別を可能にする。加えて、明視野照明および暗視野照明の両方の類似した広帯域波長はウェーハ１２の検査が半導体ウェーハ１２の反射特性に独立に実行されることを可能にする。これは、半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出が、好ましくは、異なる照明波長に対する半導体ウェーハ１２の異なる感度または反射または分極に起因して望ましくなく影響されないことを意味する。

好ましくは、それぞれ明視野照明器２６および暗視野照明器２８、３０によって供給される明視野照明および暗視野照明の強度が、半導体ウェーハ１２特性、例えば半導体ウェーハ１２の材料に従い必要に応じて選ばれて変更されることができる。加えて、明視野照明および暗視野照明の各々の強度は、半導体ウェーハ１２の収集される画像の品質を高めるためにかつ半導体ウェーハ１２の検査を高めるために必要に応じて選ばれて変更されることができる。

図７から図９に示すように、システム１０は第１の画像収集装置３２（すなわち第１のカメラ）および第２の画像収集装置３４（すなわち第２のカメラ）を更に備える。第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の各々は、明視野照明器２６によって供給される明視野照明ならびに低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々によって供給される暗視野照明を受け取ることが可能である。第１の画像収集装置３２によって受け取られるかまたはそれに入る明視野および暗視野照明は、好ましくは対応する画像の収集のために第１の画像収集平面に焦点を合わせられる。第２の画像収集装置３４によって受け取られるかまたはそれに入る明視野および暗視野照明は、好ましくは対応する画像の収集のために第２の画像収集平面に焦点を合わせられる。

第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４は、モノクロまたはカラーのどちらかの画像を収集する。好ましくは、単一または３チップカラーセンサを用いて、ウェーハ１２のカラー画像を収集する能力は、欠陥検出の正確度および速度の少なくとも１つを高める。例えば、半導体ウェーハ１２のカラー画像を収集する能力は好ましくは、半導体ウェーハ１２上の欠陥の誤った検出および対応してそれの誤った不合格を減少させるのを助ける。

光検査ヘッド１４は、第１の画像収集装置３２とともに用いられる第１のチューブレンズ３６を更に備える。加えて、光検査ヘッド１４は第２の画像収集装置３４とともに用いられる第２のチューブレンズ３８を更に備える。第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８の各々が、好ましくは共通の光特性および機能を共有する。したがって、チューブレンズ３６および３８は単に明確にするためにだけ第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８とラベルをつけられている。光検査ヘッド１４はさらに、複数の対物レンズ４０、例えば４個の対物レンズ４０を含む。対物レンズ４０は回転可能なマウント４２（図３に示す）に集合的に取り付けられ、それは検査位置（図示せず）または検査のために配置される半導体ウェーハ１２より上にこの複数の対物レンズ４０の各々を配置するために回転可能である。対物レンズ４０は、対物レンズ組立体と集合的に称することができる。

この複数の対物レンズ４０の各々は、異なる拡大倍率を達成するために用いられておよびそれらは同焦点である。この複数の対物レンズ４０の各々は好ましくは、異なる所定の拡大倍率係数、例えば５倍、１０倍、２０倍および５０倍である。好ましくは、この複数の対物レンズ４０の各々は、無限遠での補正収差を有する。この複数の対物レンズの各々がそれの異なる拡大倍率および性能を達成するために変更されるかまたは再設計されることができることは、しかしながら当業者によって理解されよう。

低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々が、好ましくは検査位置に配置される半導体ウェーハ１２の方へそこから暗視野照明を向けるかまたは焦点を合わせるための焦点合せ手段またはメカニズムを備える。低角度暗視野照明器２８とウェーハ１２の水平面との間の角度および高角度暗視野照明器３０とウェーハ１２の水平面との間の角度は、好ましくは欠陥検出の正確度を高めるために決定されて調整可能である。好ましくは、低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々が、検査位置に関して固定された空間位置を有する。代わりとして低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々の位置が、システム１０の通常動作中に検査位置に関して可変的である。

上記の通りに、明視野照明および暗視野照明の両方が、検査位置に焦点を合わせられる。検査位置に焦点を合わせられる明視野照明および暗視野照明は、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２またはそれの一部を照明する。

図６に示すように、システム１０はウェーハスタック２０またはフィルムフレームカセットホルダを備える。ウェーハスタック２０は好ましくは、複数の半導体ウェーハを保持するスロットを備える。半導体複数ウェーハの各々が、ロボットウェーハハンドラ１８（図５に示す）によってウェーハテーブル１６（図４に示す）またはウェーハチャックに順にロードされるかまたは積み換えられる。好ましくは、吸気または真空が半導体ウェーハ１２をその上に固定するためにウェーハテーブル１６に加えられる。ウェーハテーブル１６は、好ましくは所定の数の小開口またはアパーチャを備え、それを通して真空が加えられ、ウェーハテーブル１６の上への屈曲フレームテープおよびフレーム（両方とも図示せず）の信頼性が高いおよび平坦な位置を可能にする。ウェーハテーブル１６は、また好ましくは、直径６インチ以上１２インチ以下の範囲のウェーハサイズを処理するように設計されている。

ウェーハテーブル１６はＸＹ−変位テーブル２２（図１および図２に示す）に連結され、それはＸ−およびＹ−方向のウェーハテーブル１６の変位を可能にする。ウェーハテーブル１６の変位は、その上に配置される半導体ウェーハ１２を対応して変位する。好ましくは、ウェーハテーブル１６の変位およびそれゆえに、その上に配置される半導体ウェーハ１２の変位は、半導体ウェーハ１２の位置を検査位置に制御するために制御される。ＸＹ−変位テーブル２２は、あるいはエアーギャップ線形ポジショナとして公知である。ＸＹ−変位テーブル２２またはエアーギャップ線形ポジショナは、システム１０の残りからウェーハテーブル１６に伝達される振動の最小の影響でＸ−およびＹ−方向のウェーハテーブル１６の高精度変位を容易にし、かつ、検査位置で、半導体ウェーハ１２またはそれの一部の円滑で正確な位置決めを確実にする。ＸＹ−変位テーブル２２およびウェーハテーブル１６の組立体は、衝撃または振動を吸収してかつ組立体および他のモジュールまたはその上に取り付けられる付属品の平坦度を確実にするために緩衝装置または振動絶縁装置２４（図２に示す）に取り付けられる。代替メカニズムまたは装置が、それの変位を制御し、かつ検査位置でのウェーハ半導体１２の高精度精密位置決めを容易にするために、ウェーハテーブル１６に連結されるかまたはそれとともに用いられることができることは、当業者によって認識されるであろう。

半導体ウェーハ１２が動いている間、そこにあり得る欠陥を検出するために半導体ウェーハ１２の検査が実行される。つまり、半導体ウェーハ１２が検査位置にわたって変位されるにつれて、半導体ウェーハ１２の画像、例えば明視野画像および暗視野画像の収集が、好ましくは生じる。あるいは、すべての新規な半導体ウェーハ１２はユーザがウェーハテーブル１６をプログラムすることによって（すなわちウェーハテーブル１６のソフトウェア化制御によって）そのように選択をする場合、高解像度画像を収集するために画像形成手段の下で止められることができる。

前述のように、システム１０は第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８を更に備える。好ましくは、チューブレンズ３６は対物レンズ４０と第１の画像収集装置３２との間に配置される。照明は、第１の画像収集装置３２に入る前に第１のチューブレンズ３６を通過する。更に好ましくは、第２のチューブレンズ３８が対物レンズ４０と第２の画像収集装置３４との間に配置される。照明は、第２のチューブレンズ３８を通過し、および第２の画像収集装置３４に入る前にミラーまたはプリズム４７によって偏向される。

この複数の対物レンズ４０の各々が、無限遠での補正収差を有する。したがって、対物レンズ４０を通過した後に、照明または光は平行にされる。つまり、 対物レンズ４０と第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８の各々との間を進行する照明は平行にされる。対物レンズ４０と第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８の各々との間の照明の平行は、それぞれ第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の各々の位置決めの容易さおよび柔軟性を高める。異なる対物レンズ４０が用いられる時（例えば、異なる拡大倍率係数が必要とされる時）、チューブレンズ３６、３８の実現はまた第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の各々に入る照明が再び焦点を合わせる必要性を除去する。加えて、照明の平行は、特に対物レンズ４０と第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８の各々との間で、システム１０への追加的な光学部品または付属品の導入および位置決めの容易さを増大する。更に好ましくは、照明の平行は、システム１０の残りを再構成する必要性なしで、特に対物レンズ４０と第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８の各々との間で、システム１０への追加的な光学部品または付属品の現場導入および位置決めを可能にする。加えて、この配置は、既存の装置内に用いられるそれと比較して、対物レンズ４０と半導体ウェーハ１２との間のより長い作動距離を達成するのを助ける。対物レンズ４０とウェーハとの間のより長い作動距離は、暗視野照明を効果的に用いるのに必要である。

したがって、本発明のシステム１０がシステム１０の構成部品の柔軟なおよび現場設計および再構成を可能にすることが当業者によって認識されよう。本発明のシステム１０は、システム１０との間で光学部品または付属品の導入および除去の容易さを高める。

第１のチューブレンズ３６は、第１の画像収集平面上への平行にされた照明の焦点合せを容易にする。同様に、第２のチューブレンズ３８は第２の画像収集平面上への平行にされた照明の焦点合せを容易にする。チューブレンズが、本記述においてシステム１０とともに使用するために記載されているとはいえ、代替光デバイスまたはメカニズムが照明、より詳しくは明視野照明および暗視野照明の平行、およびそれぞれ第１の画像収集平面および第２の画像収集平面のどちらか上へのそれの以降の焦点合せを可能にするために用いられることができることが、当業者によって認識されよう。

第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４は、好ましくは隣接する並列軸に沿って配置される。好ましくは、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の空間位置は、システム１０がより小さい総面積を占める（すなわち、空間効率的である）ように、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４によって占められる空間を減少させるために決定される。

好ましくは、システム１０は複数のビーム分割器およびミラーまたは反射面を更に備える。ビーム分割器およびミラーまたは反射面は、好ましくは明視野照明ならびに低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々から暗視野照明を向けるために配置される。

好ましくは、システム１０は記憶メモリまたはデータベースを備えた中央処理装置（ＣＰＵ）（別名ポストプロセッサ）（図示せず）を更に備える。ＣＰＵは、好ましくはシステム１０の他の構成部品、例えば第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４と電気的に通信可能またはそれに連結される。第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４によって収集される画像は、好ましくは画像信号に変換されてＣＰＵに伝送される。

ＣＰＵは情報、より詳しくは、それによって半導体ウェーハ１２上に存在する欠陥を検出するためにそれに対して伝送される、画像を処理するためにプログラム可能である。好ましくは、半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出はシステム１０によっておよびより詳しくはＣＰＵによって自動的に実行される。更に好ましくは、システム１０による半導体ウェーハ１２の検査は、自動でかつＣＰＵによって制御される。代わりとして欠陥の検出のための半導体ウェーハ１２の検査は、少なくとも１つの手入力によって容易にされる。

ＣＰＵは、データベース内にそれに対して伝送される情報を記憶するためにプログラム可能である。加えて、ＣＰＵは検出欠陥を分類するためにプログラム可能である。加えて、ＣＰＵは好ましくはデータベース内に被処理情報、より詳しくは被処理画像および検出された欠陥を記憶するためにプログラムされる。画像の収集、収集画像の処理および半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出に関する更なる詳細が、下で提供される。

明視野照明器２６から放射されるかまたはそれによって供給される明視野照明および低角度暗視野照明器２８および高角度暗視野照明器３０の各々から放射される暗視野照明（以下に暗視野低角度またはＤＬＡ照明および暗視野高角度またはＤＨＡ照明とそれぞれ称する）が各々異なるレイパスまたは光パスをたどることが、上で与えられる記述を用いて、当業者によって理解されよう。

明視野照明によってたどられる例示的な第１のレイパス１００の流れ図が、図１０内に示される。

第１のレイパス１００のステップ１０２において、明視野照明または光が明視野照明器２６によって供給される。前述のように、明視野照明は好ましくは明視野照明器２６の第１の光ファイバから放射される。好ましくは、第１の光ファイバは明視野照明器２６から放射される明視野照明を方向付ける。明視野照明は、好ましくはコンデンサ４４を通過する。コンデンサ４４は、明視野照明を一点に集める。

ステップ１０４において、明視野照明は第１の反射表面または第１のミラーによって反射される。第１の反射表面によって反射される明視野照明は、第１のビーム分割器４８の方へ向けられる。

第１のビーム分割器４８は、ステップ１０６においてその上に当たる明視野照明の少なくとも一部を反射する。好ましくは、第１のビーム分割器４８は３０：７０の反射／透過（Ｒ／Ｔ）比率を有する。第１のビーム分割器４８のＲ／Ｔ比率がそれによって反射されるかまたは透過される明視野照明の強度または量を制御するために必要に応じて調整されることができることは、しかしながら当業者によって理解されよう。

第１のビーム分割器４８によって反射される明視野照明は、検査位置の方へ向けられる。より詳しくは、第１のビーム分割器４８によって反射される明視野照明は、検査位置より上に直接配置される対物レンズ４０の方へ向けられる。ステップ１０８において、明視野照明器２６は、検査位置または検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に、対物レンズ４０によって焦点を合わせられる。

明視野照明器２６によって供給され、かつ検査位置に焦点を合わせられる明視野照明が、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２、より詳しくは半導体ウェーハ１２の一部を照明する。ステップ１１０において、明視野照明は検査位置に配置される半導体ウェーハ１２によって反射される。

半導体ウェーハ１２によって反射される明視野照明は、ステップ１１２で対物レンズ４０を通過する。前述のように、対物レンズ４０は無限遠での補正収差を有する。したがって、対物レンズ４０を通過する明視野照明は、対物レンズ４０によって平行にされる。拡大鏡による明視野照明の拡大倍率の程度は、対物レンズ４０の拡大倍率係数に依存している。

対物レンズ４０を通過する明視野照明は、第１のビーム分割器４８の方へ向けられる。ステップ１１４において、明視野照明が第１のビーム分割器４８に当たり、それの一部が第１のビーム分割器４８中を透過される。ステップ１１４で第１のビーム分割器４８中を透過される明視野照明の程度は、第１のビーム分割器４８のＲ／Ｔ比率に依存する。第１のビーム分割器４８中を透過される明視野照明は、第２のビーム分割器５０の方へ進行する。

システム１０の第２のビーム分割器５０は、好ましくは所定のＲ／Ｔ比率を有する立方ビーム分割器５０である。好ましくは、Ｒ／Ｔ比率は、５０／５０である。Ｒ／Ｔ比率は、必要に応じて変更されることができる。立方ビーム分割器５０が２つの光パスにそれによって受け取られる照明を分割するので、立方ビーム分割器５０が好まれる。立方ビーム分割器５０の構成および形状がこのためにより良い性能および位置合わせを提供することが、したがって、当業者によって認識されるであろう。第２のビーム分割器５０によって反射されるかまたは透過される照明の程度は、第２のビーム分割器５０のＲ／Ｔ比率に依存している。ステップ１１６において、明視野照明は第２のビーム分割器５０に当たる。ビーム分割器に当たる明視野照明は、それを通して透過されるかまたはそれによって反射される。

第２のビーム分割器５０中を透過される明視野照明は、第１の画像収集装置３２の方へ進行する。明視野照明は、ステップ１２０で第１の画像収集装置３２に入る前にステップ１１８で第１のチューブレンズ３６を通過する。第１のチューブレンズ３６は、平行にされた明視野照明が第１の画像収集装置３２の第１の画像収集平面上へ焦点を合わせるのを助ける。第１の画像収集平面上に焦点を合わせられる明視野照明は、第１の画像収集装置３２による明視野画像の収集を可能にする。

第１の画像収集平面によって収集される明視野画像は、好ましくは画像信号に変換される。画像信号は、その後ＣＰＵに伝送されるかまたはダウンロードされる。ＣＰＵへの画像信号の伝送は、また、データ転送として公知である。転送された明視野画像は、次いでＣＰＵで処理されおよびそれに記憶されることのうち少なくとも１つである。

第２のビーム分割器５０によって反射される明視野照明は、第２の画像収集装置３４の方へ進行する。明視野照明は、ステップ１２４で第２の画像収集装置３４に入る前にステップ１２２で第２のチューブレンズ３８を通過する。第２のチューブレンズ３８は、平行にされた明視野照明が第２の画像収集平面上へ焦点を合わせるのを助ける。第２の画像収集平面に焦点を合わせられる明視野照明は、第２の画像収集装置３４による明視野画像の収集を可能にする。

第２の画像収集平面によって収集される明視野画像は、好ましくは画像信号に変換される。画像信号は、その後ＣＰＵに伝送されるかまたはダウンロードされる。プログラマブルコントローラへの画像信号の伝送は、また、データ転送として公知である。転送された明視野画像は、次いでＣＰＵで処理されておよびそれに記憶されることのうち少なくとも１つである。

暗視野高角度（ＤＨＡ）照明によってたどられる例示的な第２のレイパス２００の流れ図が、図１１内に示される。

第２のレイパス２００のステップ２０２において、ＤＨＡ照明が高角度暗視野照明器３０によって供給される。前述のように、第２の光ファイバが好ましくは高角度暗視野照明器３０から供給されるＤＨＡ照明を方向付けるのを助ける。好ましくは、ＤＨＡ照明は光学部品または付属品、例えば対物レンズ４０を通過する必要性を伴わずに検査位置で直接焦点を合わせられる。

ステップ２０４において、検査位置に向けられるＤＨＡ照明が、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２またはその一部によって反射される。ウェーハから反射されたＤＨＡ照明は、ステップ２０６で対物レンズ４０を通過する。無限遠での補正収差を有する対物レンズ４０が、ステップ２０６でそれを通して通過するＤＨＡ照明を平行にする。

対物レンズ４０を通過するＤＨＡ照明は、第１のビーム分割器４８の方へ向けられる。ステップ２０８において、ＤＨＡ照明は第１のビーム分割器４８に当たり、および、それの一部が第１のビーム分割器４８中を透過される。第１のビーム分割器４８中のＤＨＡ照明の透過の程度は、第１のビーム分割器４８のＲ／Ｔ比率に依存している。

第１のビーム分割器４８中を透過されるＤＨＡ照明は、第２のビーム分割器５０の方へ向けられる。ステップ２１０において、ＤＨＡ照明は第２のビーム分割器５０に当たる。第２のビーム分割器５０に当たるＤＨＡ照明の透過または反射は、第２のビーム分割器５０のＲ／Ｔ比率に依存している。

第２のビーム分割器５０中を透過されるＤＨＡ照明は、ステップ２１４で第１の画像収集装置３２に入る前にステップ２１２で第１のチューブレンズ３６を通過する。第１のチューブレンズ３６は、第１の画像収集装置３２の第１の画像収集平面上へ平行にされたＤＨＡ照明が焦点を合わせるのを助ける。第１の画像収集平面に焦点を合わせられるＤＨＡ照明は、暗視野画像、より詳しくは第１の画像収集装置３２による暗視野高角度（ＤＨＡ）画像の収集を可能にする。

代わりとしてＤＨＡ照明は第２のビーム分割器５０によって反射される。第２のビーム分割器５０から反射されたＤＨＡ照明が、ステップ２１８で第２の画像収集装置３４に入る前にステップ２１６で第２のチューブレンズ３８を通過する。第２のチューブレンズ３８は、第２の画像収集装置３４の第２の画像収集平面上へ平行にされたＤＨＡ照明が焦点を合わせるのを助ける。第２の画像収集位置に焦点を合わせられるＤＨＡ照明は、暗視野画像、より詳しくは第２の画像収集装置３４による暗視野高角度（ＤＨＡ）画像の収集を可能にする。

暗視野低角度（ＤＬＡ）照明によってたどられる例示的な第３のレイパス２５０の流れ図が、図１２内に示される

第３のレイパス２００のステップ２５２において、ＤＬＡ照明が低角度暗視野照明器２８によって供給される。第３の光ファイバが、好ましくは低角度暗視野照明器２８によって供給されるＤＬＡ照明を方向付けるのを助ける。好ましくは、ＤＬＡ照明は光学部品または付属品、例えば対物レンズ４０を通過する必要性を伴わずに検査位置に直接焦点を合わせられる。

ステップ２５４において、検査位置に向けられるＤＬＡ照明は、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２またはそれの一部によって反射される。ウェーハから反射されたＤＬＡ照明が、ステップ２５６で対物レンズ４０を通過する。無限遠での補正収差を有する対物レンズ４０が、ステップ２５６でそれを通して通過するＤＬＡ照明を平行にする。

対物レンズ４０を通過するＤＬＡ照明は、第１のビーム分割器４８の方へ向けられる。ステップ２５８において、ＤＬＡ照明が第１のビーム分割器４８に当たり、および、それの一部が第１のビーム分割器４８中を透過される。第１のビーム分割器４８中のＤＬＡ照明の透過の程度は、第１のビーム分割器４８のＲ／Ｔ比率に依存している。

第１のビーム分割器４８中を透過されるＤＬＡ照明は、第２のビーム分割器５０の方へ向けられる。ステップ２６０において、ＤＬＡ照明は第２のビーム分割器５０に当たる。第２のビーム分割器５０に当たるＤＬＡ照明の透過または反射は、第２のビーム分割器５０のＲ／Ｔ比率に依存している。

第２のビーム分割器５０中を透過されるＤＬＡ照明は、ステップ２６４で第１の画像収集装置３２に入る前にステップ２６２で第１のチューブレンズ３６を通過する。第１のチューブレンズ３６は、第１の画像収集装置３２の第１の画像収集平面上へ平行にされたＤＬＡ照明が焦点を合わせるのを助ける。第１の画像収集平面に焦点を合わせられるＤＬＡ照明は、暗視野画像、より詳しくは第１の画像収集装置３２による暗視野低角度（ＤＬＡ）画像の収集を可能にする。

代わりとしてＤＬＡ照明は第２のビーム分割器５０によって反射される。第２のビーム分割器５０から反射されたＤＬＡ照明が、ステップ２６８で第２の画像収集装置３４に入る前にステップ２６６で第２のチューブレンズ３８を通過する。第２のチューブレンズ３８は、第２の画像収集装置３４の第２の画像収集平面上へ平行にされたＤＬＡ照明が焦点を合わせるのを助ける。第２の画像収集位置に焦点を合わせられるＤＬＡ照明は、暗視野画像、より詳しくは第２の画像収集装置３４による暗視野低角度（ＤＬＡ）画像の収集を可能にする。

ＤＨＡ照明およびＤＬＡ照明が半導体ウェーハ１２によって反射された後に好ましくは類似したレイパスをたどることが、上で与えられる記述から当業者によって認識されるであろう。しかしながら、ＤＨＡ照明の第２のレイパス２００およびＤＬＡ照明の第３のレイパス２５０は公知技術の技法を用いて必要に応じて、個々に変更されることができる。加えて、ＤＨＡ照明およびＤＬＡ照明が検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に当たる角度は、欠陥検出の正確度を高めるために必要に応じて調整されることができる。例えば、ＤＨＡ照明およびＤＬＡ照明が検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に当たる角度は、検査位置に配置される半導体ウェーハ１２のタイプまたはシステム１０のユーザが検出することを望むウェーハ欠陥のタイプに従い調整されることができる。

第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の各々によって収集されるＤＨＡ画像およびＤＬＡ画像は好ましくは画像信号に変換され、それはその後ＣＰＵに伝送されるかまたはダウンロードされる。ＣＰＵに対する画像信号の伝送は、また、データ転送として公知である。転送されたＤＨＡ画像およびＤＬＡ画像は、必要に応じてＣＰＵで処理されてそれに記憶されることのうち少なくとも１つである。

前述のように、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４は互いに対して所定の空間位置を有する。第１のチューブレンズ３６および第２のチューブレンズ３８と共に対物レンズ４０の使用は、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の空間位置決めを容易にする。他の光学部品または付属品、例えばミラーが明視野照明、ＤＨＡ照明およびＤＬＡ照明を方向付けるために、かつ第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の空間位置決めを容易にするために用いられることができることが、当業者によって更に認識されよう。好ましくは、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の空間位置は検査位置に関して固定される。第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の固定された空間位置は、好ましくはシステム１０によるウェーハ検査の正確度および効率の少なくとも１つを高める。例えば、検査位置に対する第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４の固定された空間位置は、典型的にモバイル画像収集装置またはカメラの使用と関連する較正ロスおよび調整フィードバックロスを好ましくは減少させる。

システム１０の光検査ヘッド１４は、好ましくは第３の照明器（以下に細線照明器５２と称する）を更に備える。細線照明器５２は、あるいは、細線照明エミッタとして公知である。細線照明器５２は、細線照明を放射するかまたは供給する。細線照明器５２は、好ましくは細線レーザー照明を供給するためのレーザー光源である。代わりとして、細線照明器５２は広帯域細線照明を供給する広帯域照明器である。細線照明は好ましくは、検査位置に、より詳しくは、必要に応じて変更されることができる、所定の角度で検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に、向けられる。ミラー設定５４またはミラーが、好ましくは検査位置に細線照明を向けるために細線照明器５２に対して所定の位置に連結されるかまたは配置される。

システム１０の光検査ヘッド１４は、好ましくは第３の画像収集装置（以下に三次元（３Ｄ）形状カメラ５６と称する）を備える。好ましくは、３Ｄ形状カメラ５６は半導体ウェーハ１２によって反射される細線照明を受け取る。好ましくは、３Ｄ形状カメラ５６に入る細線照明は、半導体ウェーハ１２の３Ｄ画像をそれによって収集するために３Ｄ画像収集平面（図示せず）に焦点を合わせられる。細線照明器５２および３Ｄ形状カメラ５６を備える３Ｄ光設定が、図１３内に示される。

光検査ヘッド１４は、３Ｄ形状カメラ５６のための対物レンズ（以下に３Ｄ形状対物レンズ５８と称する）を更に備える。半導体ウェーハ１２によって反射される細線照明は、３Ｄ形状カメラ５６に入る前に３Ｄ形状対物レンズ５８を通過する。好ましくは、３Ｄ形状対物レンズ５８は無限遠での補正収差を有する。したがって、３Ｄ形状対物レンズ５８を通過する細線照明は、それによって平行にされる。光検査ヘッド１４は、３Ｄ形状対物レンズ５８および３Ｄ形状カメラ５６とともに用いられるチューブレンズ６０を更に備える。チューブレンズ６０は、３Ｄ画像収集平面上への平行にされた細線照明の焦点合せを可能にする。３Ｄ形状対物レンズ５８および３Ｄ形状カメラ５６と共にチューブレンズ６０の使用が、３Ｄ形状カメラ５６の柔軟な位置決めおよび再構成を容易にする。加えて、３Ｄ形状対物レンズ５８および３Ｄ形状カメラ５６と共にチューブレンズ６０の使用が、３Ｄ形状対物レンズ５８とチューブレンズ６０との間に追加的な光学部品または付属品を導入する容易さを可能にする。

細線照明器５２および３Ｄ形状カメラ５６は好ましくは、半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状走査および検査を容易にするために協同的に動作する。好ましくは、細線照明器５２および３Ｄ形状カメラ５６はＣＰＵに連結され、それが細線照明器５２および３Ｄ形状カメラ５６の動作を調整するかまたは同期させるのを助ける。更に好ましくは、半導体ウェーハ１２の自動３Ｄ形状走査および検査が、システム１０によって実行される。半導体ウェーハ１２のこの自動３Ｄ形状走査および検査は好ましくは、ＣＰＵによって制御される。

加えて、光検査ヘッド１４は検査画像収集装置６２を備える。検査画像収集装置６２は、たとえばカラーカメラである。検査画像収集装置６２は、好ましくはカラー画像を収集する。代わりとして検査画像収集装置６２はモノクロ画像を収集する。検査画像収集装置６２は好ましくは、半導体ウェーハ１２上で検出される欠陥を確認して、分類して、検査することのうち少なくとも１つのために半導体ウェーハ１２の検査画像を収集する。

光検査ヘッド１４は、それぞれ明視野照明および暗視野照明を供給するための検査明視野照明器６２および検査暗視野照明器６４を更に備える。検査画像収集装置６０は、それぞれ検査明視野照明器６２および検査暗視野照明器６４によって供給され、かつ、半導体ウェーハ１２の検査画像を収集するために、半導体ウェーハ１２によって反射される明視野照明および暗視野照明を受け取る。代わりとして、検査画像収集装置６０は半導体ウェーハ１２の検査画像を収集するための代替照明器、例えば上で記載されているそれの１つによって供給される照明を収集する。検査画像収集装置６０は、好ましくは半導体ウェーハ１２の高解像度画像を収集する。

検査明視野照明器６２、検査暗視野照明器６４、検査画像収集装置６０およびその間にある照射パターンを示す図が、図１４内に与えられる。検査明視野照明器６２によって供給される明視野照明によってたどられる例示的な第４のレイパス３００の流れ図が、図１５内に示される。

第４のレイパス３００のステップ３０２において、明視野照明が検査明視野照明器６２によって供給される。検査明視野照明器６２によって供給される明視野照明が、第１の反射面６６に向けられる。ステップ３０４において、明視野照明が第１の反射面６６によって反射されてかつビーム分割器６８の方へ向けられる。以降のステップ３０６において、ビーム分割器６８に当たる明視野照明が、それによって反射されてかつ検査位置の方へ向けられる。ビーム分割器６８によって反射される明視野照明の程度は、それのＲ／Ｔ比率に依存する。

ステップ３０８において、明視野照明は、検査位置に置かれる半導体ウェーハ１２またはそれの一部によって反射される。反射された明視野照明は、ステップ３１０で検査対物レンズ７０を通過する。好ましくは、検査対物レンズ７０は無限遠での補正収差を有する。したがって、ステップ３１０で検査対物レンズ７０を通過する明視野照明は、検査対物レンズ７０によって平行にされる。

ステップ３１２において、明視野照明はビーム分割器６８に当たり、および、それの一部がそれを通して透過される。ビーム分割器６８を通過する明視野照明の程度は、ビーム分割器６８のＲ／Ｔ比率に依存している。明視野照明は次いで、ステップ３１６で検査画像収集装置６０に入る前にステップ３１４で検査チューブレンズ７２を通過する。検査チューブレンズ７２は、平行にされた明視野照明を検査画像収集装置６０の画像収集平面上へ焦点を合わせる。検査画像収集装置６０の画像収集平面に焦点を合わせられる明視野照明は、ステップ３１８での検査明視野画像の収集を容易にする。

検査対物レンズ７０と検査チューブレンズ７２との間の明視野照明の平行は、好ましくはその間にある光学部品および付属品の導入の容易さを促進する。加えて、検査対物レンズ７０と検査チューブレンズ７２との間の明視野照明の平行が好ましくは、検査画像収集装置６０の必要に応じて、柔軟な位置決めおよび再構成を可能にする。

検査暗視野照明器６４によって供給される暗視野照明によってたどられる例示的な第５のレイパス３５０の流れ図が、図１６内に示される。

第５のレイパス３５０のステップ３５２において、暗視野照明が検査暗視野照明器６４によって供給される。検査暗視野照明器６４によって供給される暗視野照明が、好ましくは検査位置に直接焦点を合わせられる。加えて、検査暗視野照明器６４によって供給される暗視野照明が、好ましくは半導体ウェーハ１２の水平面に対して所定の角度で検査位置に向けられる。この所定の角度は好ましくは高角度であって、かつ当業者に公知の技法を用いて必要に応じて調整されることができる。

ステップ３５４において、暗視野照明は、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２またはそれの一部によって反射される。反射された暗視野照明は、次いでステップ３５６で検査対物レンズ７０を通過する。ステップ３５６で検査対物レンズ７０を通過する暗視野照明は、検査対物レンズ７０によって平行にされる。

ステップ３５８において、平行にされた暗視野照明はビーム分割器に当たり、および、それの一部がそれを通して透過される。ビーム分割器６８を通過する暗視野照明の程度は、ビーム分割器６８のＲ／Ｔ比率に依存している。暗視野照明は次いで、ステップ３６２で検査画像収集装置６０に入る前にステップ３６０で検査チューブレンズ７２を通過する。第４のチューブレンズ７２が、平行にされた暗視野照明を検査画像収集装置６０の画像収集平面上へ焦点を合わせる。検査画像収集装置６０の画像収集平面に焦点を合わせられる暗視野照明は、ステップ３６４での検査暗視野画像の収集を容易にする。検査対物レンズ７０と検査チューブレンズ７２との間の明視野照明および暗視野照明の各々の平行は、システム１０の設計および構成の容易さを高める。より詳しくは、検査対物レンズ７０と検査チューブレンズ７２との間の明視野照明および暗視野照明の各々の平行が、システム１０の他の構成部品と共に検査画像収集装置６０の位置決めまたは構成の容易さを高め、それによって検査明視野画像および検査暗視野画像の、半導体ウェーハ１２が動く間の、収集を容易にする。

収集された検査明視野画像および収集された検査暗視野画像は、好ましくは画像信号に変換されてかつ検査画像収集装置６０からプログラマブルコントローラまで伝送されそこでそれらが処理され、かつデータベース内に記憶されるかまたは保存されることができる。

検査画像収集装置６０は、検査位置に対して固定された空間位置を有することができる。検査画像収集装置６０の固定空間位置は、典型的にモバイル画像収集装置またはカメラの使用と関連する較正ロスおよび調整フィードバックロスを好ましくは減少させ（注：先の記載は、チューブレンズの使用によって可能になされる検査画像収集装置の固定位置の利点を強調するためである）、それによって収集される検査明視野画像および検査暗視野画像の品質を高める。

システム１０は振動絶縁装置２４を更に備え、それは安定器メカニズムとして集合的に公知である。システムが通常動作にある時、システム１０は好ましくは振動絶縁装置２４または安定器メカニズム上に取り付けられる。好ましくは、システム１０は、各々がシステム１０の異なるコーナーに配置される４個の振動絶縁装置２４を備える。振動絶縁装置２４は、システム１０を支持して安定させるのを助ける。各振動絶縁装置２４は好ましくは圧縮可能な構造体または吸収缶であり、それがそれによってシステム１０への地上振動の伝導を防ぐための緩衝器として機能するために地上振動を吸収する。システム１０に対する望まない振動または物理的な動きを防ぐことによって、振動絶縁装置２４は第１の画像収集装置３２、第２の画像収集装置３４、３Ｄ形状カメラ５６および検査カメラ６０の各々によって収集される画像の品質を高め、かつそれによって半導体ウェーハ１２の検査の品質を改善するのを助ける。

半導体ウェーハ１２を検査するための例示的な方法４００が、本発明の一実施態様に従って提供される。例示的な方法４００の方法流れ図が、図１７内に示される。半導体ウェーハ１２を検査するための方法４００は、半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出、分類および検査の少なくとも１つを可能にする。

半導体ウェーハ１２を検査するための例示的な方法４００は、半導体ウェーハ１２の収集画像が半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出、分類、および検査のうち少なくとも１つのために比較される基準画像（別名ゴールデン基準）を利用する。明確にするため、例示的な基準画像作成プロセス９００の記述が例示的な方法４００の記述の前に与えられる。例示的な基準画像作成プロセス９００が、図１８内に示される。
例示的な基準画像作成プロセス９００

基準画像作成プロセス９００のステップ９０２において、半導体ウェーハ１２上の所定の数の基準領域を含むレシピが、ロードされる。レシピは、好ましくはコンピューターソフトウェアプログラムによって作り出されるかまたは導き出される。代わりとしてレシピは手動で作り出される。レシピは、ＣＰＵのデータベース内に記憶されることができる。代わりとしてレシピは外部データベースまたはメモリ空間内に記憶される。

所定の基準領域の各々が半導体ウェーハ１２上の位置を代表し、それは未知の品質である。複数の基準領域の使用は、半導体ウェーハ１２上の異なる位置での、または複数のウェーハの間の、表面変動の可能性を補正するのを助ける。この種の表面変動は、差異平面性および照明反射率を含むが、これに限定されるものではない。所定の数の基準領域が半導体ウェーハ１２の表面領域全体を代表することができることは、当業者によって理解されよう。代わりとして所定の数の基準領域が複数のウェーハ上の複数の所定の位置を代表することができる。

ステップ９０４において、第１の基準領域が選ばれる。以降のステップ９０６では、所定の数（「ｎ」）の画像が選択された基準領域の第１の収集位置の中で収集される。より詳しくは、ｎ画像が選択された基準領域の各所定の位置で収集される。選択された基準領域の所定の位置の数および位置は、必要に応じて変更されることができてかつソフトウェアプログラムおよび手入力の少なくとも１つによって容易にされることができる。

ｎ画像が、必要に応じて第１の画像収集装置３２、第２の画像収集装置３４、および検査画像収集装置６２の少なくとも１つを用いて収集されることができる。代わりとしてｎ画像が異なる画像収集装置を用いて収集される。ｎ画像の収集のために用いられる照明は、必要に応じて変更されることができ、かつたとえば明視野照明、ＤＨＡ照明、およびＤＬＡ照明の１つまたは組合せである。ｎ画像の収集のために用いられる照明のカラーおよび強度が、必要に応じて選ばれて変更されることができる。

各位置での複像の収集は、好ましくは基準画像の収集中に用いられる照明、光設定および画像形成手段の変動を考慮して基準画像を作り出すことを可能にする。基準画像作成のこの方法は、照明条件の間の変動に起因する、欠陥検出および分類上の、望まない影響または効果を最小化する。加えて、選択された基準領域の複数の画像が各指定された照明条件に対して収集されることができる。好ましくは、各指定された照明条件での複像の収集が、フラッシュ毎のまたはストローブ毎の照明変動の正常化または補正を容易にする。

ｎ画像は、好ましくはＣＰＵのデータベース内に記憶される。代わりとしてｎ画像は必要に応じて外部データベースまたはメモリ空間内に記憶される。ステップ９０８において、ステップ９０６で収集されたｎ画像が、位置合わせされて前処理される。好ましくは、ステップ９０６で収集されたｎ画像のサブピクセルが、登録される。ｎ画像のサブピクセルの登録は、好ましくはバイナリ、グレイスケールまたは幾何学的パターンマッチングの１つ以上を用いて１枚以上のウェーハ上に形成されるトレース、バンプまたはパッドを含むがこれに限らず既知の基準を用いて実行される。

ステップ９１０において、ｎ画像の各々の基準強度が算出される。より詳しくは、選択された基準領域の所定の位置の各々で収集される各画像の基準強度が、算出される。好ましくは、ｎ画像の各々の基準強度の計算が、半導体ウェーハ１２（または複数のウェーハ）上の異なる位置または領域でカラー変動を正規化するかまたは補正するのを助ける。更に好ましくは、ｎ画像の各々の基準強度の計算が半導体ウェーハ１２（または複数のウェーハ）上の異なる位置または領域での他の表面変動を含むかまたは、補正するのを助ける。

ステップ９１０はｎ基準強度の計算に結びつき、ｎ基準強度の各々がｎ画像の１つに対応する。ステップ９１２において、強度の複数の統計情報、ｎ画像の各々の各画素が、算出される。この複数の統計情報は、ｎ画像の各々の各画素に対する加算平均、範囲、標準偏差、最大および最小強度を含むが、これに限定されるものではない。

より詳しくは、加算平均はｎ画像の各々の各画素に対する基準強度の幾何平均である。幾何平均は一種の平均または加算平均であり、それは一組の数またはｎ数の中心傾向または標準値を示す。この一組の数が逓倍され、そして次に、得られる積のｎ乗根が得られる。幾何平均を得るための計算式が、下記に示される：

算術平均または中央値の代わりに幾何平均の計算は、ｎ画像の各々の各画素に対して算出される加算平均強度がデータセット内の極値に過度に影響を受けることを防ぐ。

加えて、ｎ画像の各画素に対する絶対強度の範囲（以下にＲｉと称する）が算出される。好ましくは、ｎ画像の各画素に対するＲｉは、ｎ画像の各画素に対する最大および最小絶対強度の間の値である。

前述のように、ステップ９０６で収集される第１の基準領域のｎ画像の各々に対する各画素の強度の標準偏差もまた、算出される。より詳しくは、標準偏差は幾何学的な標準偏差であり、それは、その好適な加算平均が幾何平均である一組の数がどれほど分散されるかについて記述する。標準偏差を得るための計算式が、下記に示される：

ここで、μ_ｇは一組の数｛Ａ_１、Ａ_２、．．．、Ａ_ｎ｝の幾何平均である。

ステップ９１４において、半導体ウェーハ１２または第１の基準領域上の位置のようなそれらの対応する情報と共に、収集されるｎ画像が、一時的に保存される。ステップ９１２で算出される統計情報は、好ましくはまた、ステップ９１４で一時的に保存される。好ましくは、上記のデータはＣＰＵのデータベース内に保存される。代わりとして上記のデータは必要に応じて代替データベースまたはメモリ空間内に保存される。

ステップ９１６において、選択された基準領域のより多くの画像が必要とされるかどうか、判定される。ステップ９１６は、好ましくはソフトウェア制御されてかつ自動的に予め形成される。好ましくは、ステップ９１６はステップ９１０および９１２によって得られる情報に対する依存で実行される。代わりとしてステップ９１６は手動で容易にされるかまたは公知技術の技法を用いて制御される。

選択された基準領域のより多くの画像が必要とされることがステップ９１６で判定される場合、ステップ９０４から９１６が繰り返される。ステップ９０４から９１６は、必要に応じて任意の回数繰り返されることができる。第１の基準領域のどんな画像も必要とされないことがステップ９１６で判定される時、ステップ９０４から９１６が、所定の数の基準領域の次の基準領域（本記述のために第２の基準領域）に対して繰り返される必要があるかどうか判定するステップ９１８。ステップ９１８は、好ましくはソフトウェア制御されてかつ自動的に実行される。加えて、ステップ９１８は、好ましくはステップ９１０、９１２および９１６の少なくとも１つで得られた情報を用いて実行される。代わりとして、ステップ９１８は手動で容易にされるかまたは公知技術の技法を用いて制御される。

第２の基準領域の画像が収集される必要があることがステップ９１８で判定される場合、すなわち、ステップ９０４から９１６が第２の基準領域に対して繰り返される必要がある場合、ステップ９０４から９１６を繰り返すために信号が生成される。ステップ９０４から９１８は、必要に応じて任意の回数繰り返されることができる。ステップ９０４から９１８の繰り返しは、好ましくはソフトウェア制御されて自動化される。

ステップ９０４から９１８が繰り返される必要がないこと、すなわち所定の数の基準領域の次の基準領域の画像が必要とされないことがステップ９１８で判定される時、ゴールデン基準画像（以下に基準画像と称する）が、その時ステップ９２０で算出される。

基準画像の計算は、好ましくはソフトウェア制御され、かつ一連のプログラム命令経由で実行される。以下の諸ステップは、基準画像を算出するために実行される例示的なステップである。以下の諸ステップと相補的な追加的なステップまたは技法が基準画像の計算において実行されることができることは、しかしながら当業者によって理解されよう。

ステップ９２２において、定義済み限界値より大きい基準強度を有する画素が、判定される。加えて、定義済み範囲より大きい画素強度の範囲を有する画素が、ステップ９２２で判定される。ステップ９２２の定義済み限界および範囲は、ソフトウェアで選ばれて判定されるかまたは手動で判定されることができる。ステップ９２４では、定義済み値より大きい標準偏差を備えた強度の画素が、識別される。ステップ９２４の定義済み値は、ソフトウェアで選ばれて判定されるかまたは手動で判定されることができる。ステップ９２６では、所定の値または範囲の外側の基準強度を備えた画素がステップ９２２から９２４中に識別される場合、ステップ９１４で以前に保存された画像がステップ９０４から９２４の任意の１つ以上の繰返しのために再ロードされる。

ステップ９２２から９２６が、特定の画素強度の画素を備えた画像の識別を容易にする。より詳しくは、ステップ９２２から９２６が、識別されるべき、定義済み限界または範囲の外側の基準強度を有する画素を含有する画像の識別、例えば「望ましくない」画像の識別を可能にする。より詳しくは、ステップ９２２から９２６が、基準画像計算から「望ましくない」画素を除去してかつ基準画像の最終的な基準画素値に「望ましくない」画素が影響することを防ぐのを助ける。

「望ましくない」画像は、廃棄される。これは、欠陥のあるデータまたは画像の消去を容易にし、それによって生成された基準画像によるこの種の欠陥のあるデータの影響または存在を防ぐ。ステップ９２８では、定義済み限界および範囲内の画素（すなわち廃棄されない画像）を備える画像が、まとめられる。

好ましくは、基準画像作成プロセス９００が以下の画像データの導出に結びつく：
（ａ）まとめられた画像の各々の各画素の強度の正規化加算平均
（ｂ）まとめられた画像の各々の各画素の強度の標準偏差
（ｃ）まとめられた画像の各々の各画素の最大および最小強度
（ｄ）ステップ７０２で決定される所定の数の基準領域の各々の加算平均基準強度

ステップ９２８のまとめられた画像が、基準画像を代表する。基準画像が、対応する画像データと共にステップ９２８で更に保存される。基準画像およびそれらの対応する画像データが、好ましくはＣＰＵのデータベース内に保存される。代わりとして、基準画像およびそれらの対応する画像データが代替データベースまたはメモリ空間内に保存される。ステップ９２２から９２６が基準画像およびそれらの対応するデータを記憶するために必要とされるメモリ空間の量またはサイズを減少させるのを助け、それによって方法４００がより高い速度または正確度で実行されることを可能にすることができることが、当業者によって認識されよう。

各画素の加算平均強度は、好ましくは基準画像を表示してかつ視覚化するために２５５に正規化される。各画素の加算平均強度が基準画像を表示してかつ視覚化するために代替値に正規化されることができることは、しかしながら当業者によって理解されよう。

ステップ９０４から９２８が、第１の画像収集装置３２、第２の画像収集装置３４および検査カメラの少なくとも１つによって対応する数の画像を収集するために所定の回数繰り返されることができる。加えて、ステップ９０４から９２８は、必要に応じて、異なる照明または照明条件、例えば明視野照明、ＤＨＡ照明、ＤＬＡ照明および細線照明で画像を収集するために繰り返されることができる。ステップ９０４から９２８の繰り返しは、複数の照明または照明条件に対する、かつ必要に応じて複像収集装置による、基準画像の作成を可能にする。

前述したように、照明条件の変動に起因するその後収集された画像の品質の変動に対して、半導体ウェーハ１２（または複数のウェーハ）の複数の基準領域に対するおよび複数の照明条件での基準画像の導出が、計測性および必要とされる所での補正を確実にするのを助ける。例えば、半導体ウェーハ１２の異なる基準領域（すなわち半導体ウェーハ１２上の異なる位置）での基準画像の収集は、好ましくは半導体ウェーハ１２上の異なる位置でのカラー変動に対する計測性および補正を確実にする。

ステップ９０４から９２８は、好ましくはＣＰＵによって実行されてかつ制御される。好ましくは、ステップ９０４から９２８はソフトウェアプログラムによって実行されてかつ制御されることの少なくとも１つである。代わりとしてステップ９０４から９２８の少なくとも１つが、必要であれば手動で補助されることができる。例示的な基準画像作成プロセス９００によって作り出される基準画像が、それによって半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出、分類および検査の少なくとも１つを可能にするために未知の品質の半導体ウェーハ１２のその後収集された画像との比較のために用いられる。

前述のように、本発明は、それによって半導体ウェーハ１２上に存在する欠陥を検出して、分類してかつ検査することのうち少なくとも１つのために半導体ウェーハ１２の検査のための例示的な方法４００を提供する。

方法４００のステップ４０２において、システム１０によって検査されるべき半導体ウェーハ１２が、ウェーハテーブル１６上へロードされる。好ましくは、半導体ウェーハ１２がロボットウェーハハンドラ１８によってウェーハスタック２０から抜き取られてウェーハテーブル１６上に積み換えられる。吸気または真空が、半導体ウェーハ１２をその上に固定するためにウェーハテーブル１６に加えられる。

半導体ウェーハ１２は、好ましくはウェーハ識別番号（ＩＤ番号）またはバーコードを備える。ウェーハＩＤ番号またはバーコードは、半導体ウェーハ１２の表面上へ、より詳しくは半導体ウェーハ１２の表面の周辺で、彫刻されるかまたはタグを付けられる。ウェーハＩＤ番号またはバーコードは、半導体ウェーハ１２を識別するのを助けてかつ半導体ウェーハ１２がウェーハテーブル１６上へ正しくまたは適切にロードされることを確実にする。

ステップ４０４では、ウェーハテーブル１６上へロードされる半導体ウェーハ１２のウェーハマップが、得られる。ウェーハマップは、プログラマブルコントローラのデータベースからロードされることができる。代わりとしてウェーハマップは外部データベースまたはプロセッサから読み出されることができる。さらに代わりとしてウェーハマップは当業者に公知の方法または技法を用いて、可動支持プラットフォーム上へ、半導体ウェーハ１２のローディングの際に準備されるかまたは導出されることができる。

ステップ４０６では、１つ以上の基準位置がウェーハマップ上で収集されるかまたは決定され、および、ウェーハＸ、Ｙ並進およびθ回転オフセットの少なくとも１つが当業者に公知の技法を用いて算出される。

以降のステップ４０８では、ウェーハ走査走行パスおよび複数の画像収集位置が算出されるかまたは決定される。ステップ４０４で得られるウェーハマップは好ましくは、ウェーハ走査走行パスおよび複数の画像収集位置の計算を容易にする。好ましくは、ウェーハ走査走行パスの計算はいくつかの既知パラメータの少なくとも１つに依存している。この種の既知パラメータは、回転オフセット、ウェーハサイズ、ウェーハダイサイズ、ウェーハピッチ、検査面積、ウェーハ走査速度およびエンコーダ位置を含むが、これに限定されるものではない。複数の画像収集位置の各々は、画像が収集されるべき半導体ウェーハ１２上の位置を反映するかまたは対応する。好ましくは、当業者に公知の技法を用いて必要に応じて、複数の画像収集位置の各々が変更されることができる。当業者に公知の技法を用いて必要に応じて、画像収集位置の数もまた、変更されることができる。

好ましくは、ステップ４０４から４０８がシステム１０によって、より詳しくはシステム１０のプログラマブルコントローラによって、自動的に実行される。代わりとして、ステップ４０４から４０８の任意の１つが代替プロセッサによって、またはその助けを借りて実行されることができる。

ステップ４１０では、システム１０のプログラマブルコントローラが適切なゴールデン基準（以下に基準画像と称する）の可用性を判定する。基準画像が利用可能でない場合、基準画像がステップ４１２で上記の通りに例示的な基準画像作成プロセス９００によって作り出される。

好ましくは、基準画像は、ステップ４１４で例示的な二次元（２Ｄ）ウェーハ走査プロセス４００を実行する前に、得られるかまたは作り出される。例示的な二次元（２Ｄ）ウェーハ走査プロセス５００のプロセス流れ図が、図１９内に示される。
例示的な二次元（２Ｄ）ウェーハ走査プロセス５００

２Ｄウェーハ走査プロセス５００は、第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４による明視野画像および暗視野画像の収集を可能にする。

２Ｄウェーハ走査プロセス５００のステップ５０２では、第１の画像収集装置３２が露光される。ステップ５０４では、第１の照明が供給される。第１の照明は、たとえば明視野照明器２６によって供給される明視野照明、高角度暗視野照明器３０によって供給されるＤＨＡ照明または低角度暗視野照明器２８によって供給されるＤＬＡ照明である。ステップ５０４で供給される第１の照明の選択は、好ましくは照明コンフィギュレータ（図示せず）によって決定される。好ましくは、照明コンフィギュレータはシステム１０の構成部品であり、かつ、システム１０の照明器（２８、３０、５２、６４および６６）に電子的に連結される。代わりとして照明コンフィギュレータはＣＰＵの構成部品である。

画像収集装置３２および３４は、明視野照明器２６、ＤＨＡ照明器３０およびＤＬＡ照明器２８によって供給される照明の任意の組合せを用いることができる。画像収集装置３２によって用いられる第１の照明および画像収集装置３４によって用いられる第２の照明に対する可能な組合せは、図１９のテーブル内にほとんど示されない。第１の画像収集装置３２および第２の画像収集装置３４が実質的に類似した照明を用いる場合、この種の構成のスループットは可能な全ての構成で最高のものであろう。

本記述のために、図２０のテーブルで示す構成１が、照明コンフィギュレータによって選ばれることができる。したがって、第１の照明は明視野照明器２６によって供給される明視野照明である。

好ましくは、ステップ５０２および５０４が同時に実行される。ステップ５０２および５０４の性能は、図２２ａに示すように、第１の画像収集装置３２による、第１の画像の収集を可能にする。ステップ５０６では、第１の画像収集装置３２によって収集される第１の画像が、画像信号に変換され、データ転送プロセス経由でＣＰＵに伝送されて好ましくはデータベースまたは記憶メモリ内に記憶される。

ステップ５０８では、第２の画像収集装置３４が露光される。ステップ５１０では、第２の照明が供給される。第１の照明と同様に、第２の照明の選択は好ましくは照明コンフィギュレータによって決定される。本記述のために、図２０のテーブルで示す構成１が、照明コンフィギュレータによって選ばれる。したがって、第２の照明は高角度暗視野照明器３０によって供給されるＤＨＡ照明である。第１の照明および第２の照明が必要に応じて代替照明、たとえば図２０のテーブルで示す異なる構成のそれらであることができることは、しかしながら当業者によって認識されよう。

好ましくは、ステップ５０８および５１０が同時に実行される。好ましくは、ステップ５０６がステップ５０８および５１０の実行と並んで生じる。ステップ５０８および５１０の実行は図２２ｂに示すように、第２の画像収集装置３４による第２の画像の収集を可能にする。ステップ５１２では、第２の画像収集装置３４によって収集される第２の画像が、画像信号に変換され、データ転送プロセス経由でプログラマブルコントローラに伝送されて好ましくはデータベースまたは記憶メモリ内に記憶される。

第１の画像収集装置３２の露光、第１の照明の供給、第２の画像収集装置３４の露光、第２の照明の供給およびデータ転送プロセスを示す図が、図２１内に与えられる。ステップ５０２から５１２は、対応するセット数の半導体ウェーハ１２の第１の画像および第２の画像を収集するために任意の回数繰り返されることができる。より詳しくは、ステップ５０２から５１２は好ましくは、ステップ４０８で算出される、ウェーハ走査走行パスに沿った複数の画像収集位置の各々で半導体ウェーハ１２の第１の照明および第２の照明による画像を収集するために繰り返される。

前述したように、第１の画像および第２の画像の各々が、画像信号に変換されてプログラマブルコントローラに伝送され、データベースまたは記憶メモリ内に記憶される。ステップ５０２から５１２の各々は、半導体ウェーハ１２が動く間に、実行される。すなわち、半導体ウェーハ１２がウェーハ走査走行パスに沿って動く間、第１の画像および第２の画像の収集が実行される。したがって、半導体ウェーハ１２がステップ５０２、５０４（それは好ましくは同時に生じる）とステップ５０８、５１０（それは好ましくはまた同時に生じる）との間のウェーハ走査走行パスに沿って、所定の距離だけ変位されるということを、当業者は認識するであろう。所定の距離は、ウェーハ走査走行パスに沿った半導体ウェーハ１２の変位の速度およびステップ５０２から５１２の任意の１つに対して必要とされる時間を含むがこれに限らずいくつかの要因に依存する。所定の距離は、たとえばＣＰＵによって、必要に応じて制御されて変更されることができる。所定の距離の制御および変動は、ソフトウェアまたは手動で促進されることの少なくとも１つであることができる。

したがって、第２の画像上へ重畳されるかまたはそれと比較される時、第１の画像は所定の画像オフセットを有する。図２２ｃは、半導体ウェーハ１２が動く間、第１の画像および第２の画像の収集に起因する得られる画像オフセットを実証する第１の画像および第２の画像の合成画像を示す。所定の画像オフセットは、ウェーハ走査走行パスに沿った半導体ウェーハ１２の変位の速度およびステップ５０２から５１２の任意の１つに必要とされる時間を含むがこれに限らずいくつかの要因に依存する。所定の画像オフセットの制御および変動は、ソフトウェアまたは手動で促進されることのうち少なくとも１つであることができる。

ステップ５１４では、ＸＹエンコーダ値が読み出される。ＸＹエンコーダ値は、好ましくはステップ５０４および５１０の各々の間に得られる。好ましくは、ＸＹエンコーダ値はウェーハ走査走行パスに沿った半導体ウェーハ１２の位置（ＸＹ−変位）を代表する。得られたＸＹエンコーダ値は、ステップ５１６で第１の画像と第２の画像との間の画像オフセット（粗オフセット）（すなわち第１の画像からの第２の画像の相対オフセット）を算出するために用いられる。微細画像オフセットは、パターンマッチング技法を用いてサブピクセル画像位置合わせを実行することによって算出される。最終的なオフセットは、粗および微細画像オフセットに所定の数学的計算式を適用することによって得られる。所定の数学的計算式は当業者に公知の技法を用いて必要に応じて、調整されることができる。

方法４００のステップ４１４で実行される２Ｄウェーハ走査プロセス５００は、好ましくはウェーハ走査走行パスに沿った算出画像収集位置での半導体ウェーハ１２の複像の収集に結びつく。

方法４００のステップ４１６では、例示的な二次元（２Ｄ）画像処理プロセス６００が半導体ウェーハ１２上の欠陥を識別するかまたは検出して、分類して、まとめてかつ記憶することのうち少なくとも１つに対して実行される。例示的な２Ｄ画像処理プロセス６００のプロセス流れ図が、図２３内に示される。
例示的な２Ｄ画像処理プロセス６００

２Ｄ画像処理プロセス６００は、２Ｄウェーハ走査プロセス５００で収集される画像の処理を容易にする。加えて、２Ｄ画像処理プロセス６００はウェーハ１２上の欠陥を識別するかまたは検出して、分類して、まとめてかつ記憶することのうち少なくとも１つを容易にする。

２Ｄ画像処理プロセス６００のステップ６０２において、第１の加工画像が選ばれてかつメモリ作業空間内にロードされる。第１の加工画像が、２Ｄウェーハ走査プロセス中に収集されかつ保存される、複数の第１の画像および第２の画像から選ばれる。本記述のために、第１の加工画像が２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に第１の画像収集装置３２によって収集される第１の画像を代表する。

ステップ６０４では、第１の加工画像のサブピクセル位置合わせが実行される。サブピクセル位置合わせは、１つ以上のテンプレートを用いたパターンマッチング技法を用いて実行される。それは、バイナリまたはグレイスケールまたは幾何学的パターンマッチング法の１つを用いて実行される。一旦位置合わせされると、各画像に対する基準強度がステップ６０６に示すように画像の一つ以上の定義済み関心領域から算出される。ステップ６０４および６０６は、第１の加工画像の前処理と集合的に称することができる。前処理が上記のステップに限られていないということを直ちに、認識されることができる。必要があれば、追加的なステップが、前処理に組み込まれることができる。

以降のステップ６０８において、第１のゴールデン基準即ち基準画像が選ばれる。ステップ６０８で選ばれる第１の基準画像は、第１の加工画像に対応するかまたは合致する。好ましくは、第１の基準画像は、方法４００のステップ４１２の例示的な基準作成プロセス９００によって作り出される、ゴールデン基準即ち基準画像のデータベースまたはコレクションから選ばれる。例示的な基準作成プロセス９００は、上で詳細に記載されてかつ図１８内に示される。

ステップ６１０では、第１の加工画像の各画素に対する定量的データ値が、算出される。ステップ６１２では、第１の加工画像の各画素に対する算出定量的データ値が、乗法または加算係数と共に所定の閾値によって参照される。

ステップ６１４では、第１の加工画像は次いで６０８で選ばれた第１の基準画像と照合されるかまたはそれに対して評価される。第１の基準画像との第１の加工画像の照合または評価は、半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出または識別を容易にする。好ましくは、ＣＰＵは第１の加工画像と第１の基準画像との間の自動照合を遂行するためにプログラムされる。プログラマブルコントローラは好ましくは、それによって半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出または識別を可能にするために第１の基準画像と第１の加工画像を照合するための一連の計算命令またはアルゴリズムを実施する。

１つ以上の欠陥の存在の判定が、２Ｄ画像処理プロセス６００のステップ６１６で生じる。複数の欠陥がステップ６１６で検出されるかまたは識別される場合、アルゴリズムはとりわけ面積、長さ、幅、コントラスト、小型性、フィルファクタ、エッジ強さのいずれか１つまたは全てに基づいて最も大きいものから最も短いものまで欠陥を分類するであろう。さらに、アルゴリズムはユーザ定義の判定基準を満たすそれらの欠陥だけを欠陥のある関心領域（ＤＲＯＩ）を算出するのに選ぶ。欠陥（または複数の欠陥）がステップ６１６で検出されるかまたは識別される場合、半導体ウェーハ１２上のＤＲＯＩがステップ６１８で算出される。好ましくは、ＤＲＯＩはステップ６１８でＣＰＵによって動的に算出される。ＣＰＵは好ましくは、ＤＲＯＩの計算を可能にするためにプログラムされる（すなわち、一連の計算命令またはソフトウェアを含むかまたは具体化する）。

ステップ６２０では、第２の加工画像の対応するＤＲＯＩが検査される。より詳しくは、第２の加工画像は２Ｄウェーハ走査プロセス４００中に第２の画像収集装置３４によって収集される第２の画像である。すなわち、 第２の画像のＤＲＯＩ（それは第１の画像の対応画像）が、第２の加工画像のサブピクセル位置合わせを実行した後にステップ６２０で検査される。第２の加工画像のＤＲＯＩの検査が、好ましくはステップ６１６で検出される欠陥の確認を容易にする。更に好ましくは、ステップ６２０がステップ６０６で検出される欠陥の分類を容易にする。

システム１０が、画像全体の代わりに第２の加工画像のＤＲＯＩを処理する。加えて、ステップ６１６で、何の欠陥も見いだされない場合、この方法はステップ６１８より前方へスキップする。これは、第２の加工画像を処理するために必要な合計資源または処理帯域幅を更に減少させる。この種の高機能な処理順序が先行するステップの結果に基づいて動的に決定するということを直ちに、認識されることができる。これは、システム１０スループットまたは時間当たりウェーハの改善を容易にする。

ステップ６２２では、検出欠陥、より詳しくは欠陥の場所または位置、同じく、それの分類が保存される。好ましくは、検出欠陥ならびにそれの位置および分類が、ＣＰＵのデータベース内に保存される。代わりとして検出欠陥ならびにそれの位置および分類が、代替データベースまたはメモリ空間内に保存される。

ステップ６０２から６２２が、２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に収集される画像を処理するために任意の回数繰り返されるかまたはループ化されることができる。２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に収集される画像の各々がメモリ作業空間内に順にロードされ、かつ半導体ウェーハ１２上に存在するかもしれない欠陥の検出を容易にするために処理される。ステップ６０２から６２２およびそれの繰り返しは、ウェーハ走査走行パスに沿った複像収集位置のいずれかで半導体ウェーハ１２上に存在するかもしれない、欠陥の検出、確認および分類の少なくとも１つを容易にする。

ステップ６２４では、２Ｄ画像処理プロセス６００によって検出された、複数の欠陥の各々ならびにそれの位置および分類が、好ましくはＣＰＵのデータベース内に、まとめられて保存される。代わりとして欠陥ならびにそれの位置および分類が代替データベースまたはメモリ空間内にまとめられて保存される。

２Ｄ画像処理プロセスは、好ましくは自動プロセスである。好ましくは、ＣＰＵは、２Ｄ画像処理プロセスを自動的に実行するために、一連の計算命令またはソフトウェアプログラムをプログラムされるかまたは含む。代わりとして２Ｄ画像処理プロセスは必要に応じて少なくとも１つの手入力によって容易にされることができる。

方法４００のステップ４１６の２Ｄ画像処理プロセス６００の完了は、明視野照明、ＤＨＡ照明およびＤＬＡ照明を用いて検出される、欠陥ならびにそれの位置および分類の統合および記憶に結びつく。

方法４００の以降のステップ４１８では、第１の例示的な三次元（３Ｄ）ウェーハ走査プロセス７００が実行される。好ましくは、半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状のそれに伴う形成を容易にするために、第１の３Ｄウェーハ走査プロセス７００が半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状画像の収集を可能にする。半導体ウェーハ１２は、ステップ４０８で算出される、ウェーハ走査走行パスに沿った複像収集位置の任意の１つ以上で半導体ウェーハ１２の３Ｄ画像を収集するための算出ウェーハ走査走行パスに沿って変位される。第１の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７００のプロセス流れ図が、図２４内に示される。
例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７００

３Ｄウェーハ走査プロセスのステップ７０２では、細線照明が細線照明器５２によって供給されるかまたはそれから放射される。ステップ７０４において、細線照明はミラー設定５４によって検査位置に向けられる。

以降のステップ７０６では、細線照明は、検査位置に置かれる、半導体ウェーハ１２またはそれの一部、によって反射される。半導体ウェーハ１２から反射された細線照明は、ステップ７０８で無限遠で補正された収差を有する３Ｄ形状対物レンズ５８中を透過される。ステップ７０８での３Ｄ形状対物レンズ５８中の細線照明の透過は、細線照明を平行にする。

ステップ７１０では、平行にされた細線照明が次いでステップ７１２で３Ｄ形状カメラ５６に入る前にチューブレンズ６０を通過する。チューブレンズ６０は好ましくは、３Ｄ形状カメラ５６の画像収集平面上へ平行にされた細線照明の焦点を合わせる。３Ｄ画像収集平面に焦点を合わせられた細線照明は、ステップ７１４で半導体ウェーハ１２の第１の３Ｄ形状画像の収集を可能にする。３Ｄ形状対物レンズ５８とチューブレンズ６０との間の細線照明の平行は、その間の光学部品または付属品の導入の容易さを促進し、および、３Ｄ形状カメラ５６の柔軟な位置決めおよび再構成を可能にする。

前述のように、細線照明はレーザーまたは広帯域光ファイバー照明光源によって供給される。加えて、細線照明は好ましくはそこに配置される半導体ウェーハ１２の水平面に関して指定された角度で検査位置に向けられる。細線照明が検査位置に向けられる角度は、好ましくは当業者に公知の技法を用いて必要に応じて可変的である。細線照明の波長が、必要に応じて選ばれてかつ変更されることができることもまた、当業者によって認識される。好ましくは、細線照明の広帯域波長が欠陥検出、検証および分類の少なくとも１つの正確度を高めるために選ばれる。

第１の３Ｄ画像が、画像信号に変換されてかつステップ７１６でＣＰＵに伝送される。ステップ７１８では、第１の３Ｄ画像が３Ｄ高さ測定、共面性測定、欠陥を検出して分類することの少なくとも１つに対してＣＰＵによって処理される。

好ましくは、ステップ７０２から７１８が、対応する数の３Ｄ画像を収集して、収集された３Ｄ画像をＣＰＵに伝送するために、任意の回数繰り返されることができる。ステップ７０２から７１８は、ウェーハ走査走行パスまたはウェーハ全体に沿った選択された画像収集位置のどちらかで実行されることができる。

好ましくは、第１の３Ｄウェーハ走査プロセス７００は、例示的な方法３００がそれによって半導体ウェーハを検査する正確度を高める。より詳しくは、第１の３Ｄウェーハ走査プロセス７００は方法３００によって欠陥検出の正確度を高める。この種の検査は、詳細３Ｄ計量詳細この種の共面性、個々のダイの、同じくウェーハ全体の、はんだ球、金バンプ、反りのような３次元構造体の高さを与える。

好ましくは、３Ｄ画像の処理の、ステップ７１８の結果およびそれの繰り返しが、ＣＰＵのデータベース内に保存される。代わりとして３Ｄ画像の処理のステップ７１８の結果およびそれの繰り返しが、必要に応じて代替データベースまたはメモリ空間内に保存される。

例示的な第２の三次元（３Ｄ）ウェーハ走査プロセス７５０もまた、第１の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７００の代わりに用いられることができる。例示的な第２の３Ｄウェーハ走査プロセス７５０の光レイパスが図２５内に示され、および、例示的な第２の３Ｄウェーハ走査プロセス７５０の対応するプロセス流れ図は図２６に示すようである。

第２の３Ｄウェーハ走査プロセス７５０のステップ７５２では、細線照明器５２が細線照明を供給する。ステップ７５４では、細線照明は反射器組立体８０によって検査位置に向けられる。反射器組立体８０は、あるいは、プリズム組立体または２つのミラーもしくはプリズム設定として公知である。

ステップ７５６では、細線照明は半導体ウェーハ１２によって反射される。半導体ウェーハ１２によって反射される細線照明は、半導体ウェーハ１２の表面形状に従い異なる方向に反射されることができる。例えば、半導体ウェーハ１２上の構造上のおよび幾何学的変動によって細線照明が半導体ウェーハ１２によって異なる方向に反射される可能性がある（別名照明の分散）。

半導体ウェーハ１２の表面形状に従い、半導体ウェーハ１２から反射される細線照明は、異なる方向に分散する可能性がある。複数の方向に半導体ウェーハ１２から反射される細線照明の分散は、半導体ウェーハ１２の表面形状の正確な測定を得ることをむずかしくする可能性がある。換言すれば、複数の方向に半導体ウェーハ１２から反射される細線照明の分散は半導体ウェーハ１２の正確な３Ｄ画像を収集することをむずかしくする可能性がある。これは、複数の方向に半導体ウェーハ１２から反射される細線照明の分散が、３Ｄ形状カメラ５６に入る不適切に減少されたかまたは増大された量の細線照明に、およびそれによってそれぞれより薄暗いまたはより明るい画像の収集に結びつく可能性があるからである。あまりに薄暗いかまたはあまりに明るい画像から、正確な測定を導き出すことは、むずかしい。したがって、あまりに薄暗いかまたはあまりに明るい画像を用いて半導体ウェーハ１２の正確な表面形状を得ることは、むずかしい。

半導体ウェーハ１２によって反射された細線照明は、反射器組立体８０によって受け取られる。より詳しくは、反射器組立体８０は複数の方向に反射される細線照明を収集するために構成される。好ましくは、反射器組立体８０は第１の対のミラーまたはプリズム８２および第２の対のミラーまたはプリズム８４を備える。ステップ７５８では、反射された細線照明は２つの光パス、すなわち、第１の対のミラーまたはプリズム８２経由でまたはそれによって向けられる第１の光パス、および第２の対のミラーまたはプリズム８４経由でまたはそれによって向けられる第２の光パスに沿って進行する。反射器組立体が必要に応じて異なる数の光パスに沿って収集された反射された細線照明を向けるために構成されることができることは、当業者によって理解されよう。

第１の光パスおよび第２の光パスの各々に沿って進行する細線照明は、ステップ７６０で対物レンズ５８を通過する。３Ｄ形状対物レンズ５８を通過する２つの細線照明は、平行にされる。第１の対のミラーまたはプリズム８２および第２の対のミラーまたはプリズム８４は、好ましくは対称的に配置される。

ステップ７６２では、２つの平行にされた細線照明はチューブレンズ６０を通過する。２つの細線照明は、次いでステップ７６４で３Ｄ形状カメラ５６に入る。チューブレンズ６０は、３Ｄ形状カメラ５６の画像収集平面上への２つの細線照明の焦点合せを容易にする。３Ｄ形状カメラ５６の画像収集平面上への２つの細線照明の焦点合せは、ステップ７６６で半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状画像の２つのビューの収集を可能にする。

反射器組立体８０の使用なしで、複数の方向に半導体ウェーハ１２から反射される細線照明の分散は３Ｄ形状カメラ５６に入る不適切に減少されたかまたは増大された量の細線照明に、およびそれによってそれぞれあまりに薄暗いかまたはあまりに明るい画像の収集に、結びつく可能性がある。この種の画像は、典型的に廃棄される。あまりに薄暗いかまたはあまりに明るい画像の使用は、半導体ウェーハ１２の、不正確な３Ｄ輪郭づけまたは、表面形状の測定に結びつく可能性がある。

第２の３Ｄウェーハ走査プロセス７５０を実行するシステム１０の能力は、単一３Ｄ画像収集装置５６を用いた半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状の２つのビューの収集を可能にする。２つのビューが、ウェーハの３Ｄ輪郭づけまたは検査の正確度を改善する。加えて、２つの対称的に配置されたミラーまたはプリズム８２、８４の使用が、異なる方向に半導体ウェーハ１２から反射される照明が３Ｄ画像収集装置５６による収集のためにリダイレクトされることを可能にする。反射器組立体８０が３Ｄ画像収集装置５６の単一露光によって収集されるべき複数の方向（例えば２、３、４および５つの方向）に、半導体ウェーハ１２から反射される照明を向けるために構成されることができることは、当業者によって理解されよう。

ウェーハの同じ形状の２つのビューを受け取るために、既存の装置は複像収集装置を用いて高価な、大きなかつ複雑な設定を用いる。ウェーハのむらがある形状に起因し、反射レイが複像収集装置に所定のレイパスで一貫して戻らない。すなわち、 半導体ウェーハ１２の表面上の構造上のおよび幾何学的変動に起因する照明の分散が典型的に半導体ウェーハ１２の中で収集される単一ビュー画像の不正確さに結びつく。

半導体ウェーハ１２からの反射レイの強弱の変動（すなわち分散）を克服するために、本システム１０は、異なる方向に半導体ウェーハ１２から反射される照明が３Ｄ画像収集装置５６によって収集されることを可能にする。これは、半導体ウェーハ１２の３Ｄ輪郭づけおよび検査の正確度を改善するのを助ける。単一カメラ、より詳しくは３Ｄ画像収集装置５６の使用がまたシステム１０のコストおよびスペース効率も高める。さらに、半導体ウェーハ１２の複数ビューを収集するための単一対物レンズおよび単一チューブレンズ（この場合、対物レンズ５８およびチューブレンズ６０）を用いる能力は、較正の容易さおよび正確度を高める。

第１の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７００または第２の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７５０の完了の後、全ての検出欠陥ならびにそれの位置および分類が、好ましくはステップ４１６および４１８を実行することによって得られる半導体ウェーハ１２上に、まとめられる。欠陥の統合ならびにそれの位置および分類は、ステップ４２０での検査走査走行パスの計算を容易にする。好ましくは、検査走査走行パスはウェーハ走査走行パスに沿って半導体ウェーハ１２上で検出される欠陥の位置に基づいて算出される。加えて、検査走査走行パスに沿った欠陥画像収集位置は、ステップ４２０で算出されるかまたは決定される。欠陥がステップ４１６および４１８中に検出された半導体ウェーハ１２上の位置（すなわち半導体ウェーハ１２のＤＲＯＩ）と、欠陥画像収集位置は好ましくは一致する。

例示的な方法４００のステップ４２２では、例示的な検査プロセス８００が実行される。検査プロセス８００は、ステップ４１６および４１８で検出される欠陥の検査を可能にする。好ましくは、検査プロセス８００は第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂおよび第３のモード８００ｃの少なくとも１つ経由で生じる。例示的な検査プロセス８００のプロセス流れ図が、図２７内に示される。
例示的な検査プロセス８００

前述のように、検査プロセス８００は好ましくは３つの検査モード、すなわち、第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂおよび第３のモード８００ｃを含む。ステップ８０２では、検査モード（すなわち第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂおよび第３のモード８００ｃの１つ）が選ばれる。
検査プロセス８００の第１のモード８００ａ

検査プロセス８００の第１のモード８００ａのステップ８０４では、方法４００のステップ４１６で実行される２Ｄ画像処理プロセス６００中に検出される全ての欠陥の第１の画像および第２の画像が、まとめられて保存される。

ステップ８０６では、半導体ウェーハ１２上に検出される欠陥の、まとめられて保存された第１の画像および第２の画像が、オフライン検査のために外部記憶装置またはサーバーへアップロードされるかまたは転送される。

ステップ８０８では、半導体ウェーハ１２（すなわちウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）がアンロードされ、および、第２のウェーハがロボットアームによってウェーハテーブル１６上へウェーハスタック２０からロードされる。ステップ８１０では、ステップ８０４から８０８の各々が、第２のウェーハに対して繰り返される。

ステップ８０４から８１０が、順に、ウェーハスタック２０のウェーハの数に従い、任意の回数繰り返される。ステップ８０４から８１０の繰り返しは、ウェーハスタック２０の各ウェーハに対して得られる第１の画像および第２の画像の統合および保存、ならびにオフライン検査のための外部記憶装置またはサーバーへの、第１の画像および第２の画像のアップロードに結びつく。第１のモード８００ａがユーザ介入の必要がなくかつ製造に影響を及ぼすことなくステップ８０４から８１０の自動実行を可能にすることは、当業者によって認識されよう。ユーザが保存された画像のオフライン検査を実行することができる間、この方法は製造を続けることを可能にする。この方法はシステム１０稼働率同じく生産性を増大する。
検査プロセス８００の第２のモード８００ｂ

検査プロセス８００の第２のモード８００ｂのステップ８２０では、複数の検査画像が、ステップ４２０で算出される、欠陥画像収集位置の各々で収集される。より詳しくは、検査明視野画像および検査暗視野画像が、図１４内に示される検査画像収集装置６０を用いてステップ４２０で算出される、欠陥画像収集位置の各々で収集される。すなわち、明視野照明器６２を用いて検査明視野画像および暗視野照明器６４を用いて検査暗視野画像が、ステップ４１６の２Ｄ画像処理プロセス６００によって検出される、各欠陥の中で収集される。複数の検査画像の各々が、検査画像収集装置６０によって収集される。好ましくは、複数の検査画像の各々は、カラーの画像である。

それぞれ明視野検査画像および暗視野検査画像を収集するために用いられる明視野照明および暗視野照明の強度が、必要に応じて決定されかつ変更されることができることが本記述の開示によって提供されることが当業者によって理解されよう。例えば、複数の検査画像を収集するために用いられる照度は、システム１０のユーザが検査することを望むウェーハ欠陥のタイプに基づいてまたは半導体ウェーハ１２の材料に基づいて選ばれることができる。ユーザによって設定される明視野および暗視野照明の種々の組合せおよび種々の強度レベルを用いて複数の検査画像を収集することもまた、可能である。

ステップ８２２では、ステップ４２０で算出される、欠陥画像収集位置の各々で収集される複数の検査画像がまとめられて保存される。欠陥画像収集位置の各々で収集された、まとめられて保存された検査画像が次いで、ステップ８２４でオフライン検査のための外部記憶装置またはサーバーにアップロードされる。

ステップ８２６では、半導体ウェーハ１２（すなわちウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）がアンロードされ、および、第２の半導体ウェーハ１２がロボットウェーハハンドラ１８によってウェーハテーブル１６上へウェーハスタック２０からロードされる。ステップ８２８では、ステップ４０２から４２２の各々が、第２の半導体ウェーハ１２に対して繰り返される。第２の半導体ウェーハ１２上で検出された欠陥の、まとめられて保存された第１の画像および第２の画像が、外部記憶装置またはサーバーにアップロードされる。

検査プロセス８００の第２のモード８００ｂでは、ステップ８２０から８２８が、ウェーハスタック２０の半導体ウェーハの数に従い、任意の回数繰り返されることができる。ステップ８２０から８２８の繰り返しは、ウェーハスタック２０の各ウェーハに対して得られる収集された明視野検査画像および暗視野検査画像の統合および保存、ならびにオフライン検査のための外部記憶装置またはサーバーへの、第１の画像および第２の画像のアップロードに結びつく。

ユーザが保存された画像のオフライン検査を実行することができる間、このモードは製造を続けることを可能にする。このモードは、機械効率に影響を及ぼすことなくオフライン検査のために種々の組合せ照明で各欠陥の複像を収集することを可能にしてかつ生産性を改善する。
検査プロセス８００の第３のモード８００ｃ

検査プロセス８００の第３のモード８００ｃは好ましくは、手入力、より詳しくはユーザによる入力またはコマンドによって初期化される。ステップ８４０において、ユーザが第１の欠陥画像収集位置で第１の検査明視野画像および第１の検査暗視野画像を収集する。ステップ８４２では、ユーザは収集された第１の検査明視野画像および第１の検査暗視野画像を手動で検査するかまたはチェックする。好ましくは、第１の検査明視野画像および第１の検査暗視野画像はユーザによってそれの目視検査を容易にするためにスクリーンまたはモニタ上に表示される。ユーザは、明視野および暗視野照明器を用いて異なる照明組合せで欠陥を観察することが可能である。

ステップ８４４では、ユーザは第１の欠陥画像収集位置に対応する欠陥を受け入れるかまたは不合格にするかまたは再分類する。ステップ８４０から８４４が次いで、ステップ４２０で算出される、ありとあらゆる欠陥画像収集位置に対して順に繰り返される。

ステップ８４０から８４４がありとあらゆる欠陥画像収集位置に対して順に繰り返されたあと、正欠陥およびそれらの分類が次いでステップ８４６でまとめられて保存される。まとめられ保存された正欠陥およびそれらの分類が、次いでステップ８４８で外部記憶装置またはサーバーへアップロードされるかまたは転送される。検査プロセス８００の第３のモード８００ｃでは、半導体ウェーハ１２（すなわちウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）はステップ８４６の完了の後でだけアンロードされる。したがって、検査プロセスの第３のモード８００ｃが各ウェーハの目視検査または検査を遂行するために連続的なユーザ存在を必要とすることは、当業者によって認識されよう。

検査プロセス８００のステップ８４８では、半導体ウェーハ１２（すなわちウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）がアンロードされ、および、ロボットウェーハハンドラ１８が次いでウェーハスタック２０からウェーハテーブル１６上へ第２の半導体ウェーハ１２をロードする。ステップ８４０から８４８が、検査されるべき半導体ウェーハ１２の数（またはウェーハスタック２０内の半導体ウェーハ１２の数）に従い任意の回数繰り返される。

上記の記述によって提供される開示によって、検査プロセスの第１のモード８００ａおよび第２のモード８００ｂが、外部記憶装置またはサーバーへの収集画像の比較的無差別の統合、記憶およびアップロードを遂行するということが、当業者によって理解されよう。第１のモード８００ａおよび第２のモード８００ｂは、自動検査プロセスを代表する。ユーザは必要とされる限り、収集画像のオフライン検査のために外部記憶装置またはサーバーにアクセスすることが可能である。第１のモード８００ａおよび第２のモード８００ｂは、ウェーハスタック２０のウェーハの各々の連続検査または連続画像収集、統合、アップロードおよび記憶を可能にする。

３つの検査モードだけ、すなわち、第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂおよび第３のモード８００ｃが本記述内に記載されているとはいえ、当業者が３つの検査モード８００ａ、８００ｂおよび８００ｃの各々のステップの代替検査プロセスまたは異なる置換または組合せを使用することができることは、当業者によって認識されよう。加えて、３つの検査モード８０００ａ、８００ｂおよび８００ｃの各々が、本発明の範囲内において、公知技術の方法を用いて必要に応じて、修正されるかまたは変更されることができることは、当業者によって認識されよう。

検査プロセス８００の実行の後、確認された欠陥ならびにそれの位置および分類が、ステップ４２６でまとめられて保存される。確認された欠陥ならびにそれの位置および分類は、データベース内にまたは外部データベースもしくはメモリ空間内にまとめられて保存される。ウェーハマップもまた、ステップ４２６でアップデートされる。

前述したように、収集された明視野画像、ＤＨＡ画像およびＤＬＡ画像の各々が半導体ウェーハ１２上の欠陥を識別するかまたは検出するために対応するゴールデン基準即ち基準画像と比較される。（図１８に示す）本発明によって提供される例示的な基準画像作成プロセス９００は、この種の基準画像の作成または導出を容易にする。基準画像作成プロセス９００がまた、トレーニングプロセスと称することができることは、当業者によって理解されよう。

前述したように、２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に収集される２Ｄ明視野画像、２Ｄ ＤＨＡ画像、２Ｄ ＤＬＡ画像の各々が、基準画像作成プロセス９００によって作り出されるそれらの対応する基準画像と好ましくは照合される。

例示的な比較プロセスは、２Ｄ画像処理プロセス６００ですでに記載されている。しかしながら、増大された明快さのために、加工画像と基準画像との間の照合の概要が、下で提供される。第１に、選択された加工画像のサブピクセル位置合わせがテンプレート、トレース、バンプ、パッドおよび他のユニークなパターンを含むがこれに限らず既知の基準を用いて実行される。第２に、加工画像が収集された画像収集位置での半導体ウェーハ１２の基準強度が、算出される。加工画像と照合するための適切な基準画像が、次いで選ばれる。適切な基準画像は、好ましくは基準画像作成プロセス９００によって作り出される複数の基準画像から選ばれる。

ＣＰＵは、加工画像が照合される適切な基準画像の選択および抽出を可能にするために好ましくはプログラムされる。好ましくは、基準画像作成プロセス９００による基準画像の各画素の正規化平均または幾何学的平均、標準偏差、最大および最小強度の、計算および記憶が、加工画像が比較される適切な基準画像を抽出する速度および正確度を高める。

加工画像の各画素に対する対応する定量的データが、次いで算出される。定量的データは、たとえば加工画像の各画素の正規化平均または幾何学的平均、標準偏差、最大および最小強度である。加工画像の各画素に対する定量的データ値は、次いで選択された基準画像の各画素の対応するデータ値に対して参照されるかまたは確認される。

加工画像の画素と基準画像の画素との間の定量的データ値の比較が、欠陥の識別または検出を可能にする。好ましくは、所定の閾値がユーザによって設定される。加工画像の画素の定量的データ値と基準画像の画素との間の差異が、乗法、加算および定数値の１つによって所定の閾値に対して照合される。加工画像の画素の定量的データ値と基準画像の画素との間の差異が所定の閾値より大きい場合、欠陥（または複数欠陥）がフラグを立てられる。

所定の閾値は、必要に応じて変更されることができる。好ましくは、所定の閾値は方法４００の厳しさを調整するために変更される。加えて、所定の閾値は好ましくは、検出されるべき欠陥のタイプ、検査のために提示される半導体ウェーハ１２の材料または照明条件に従い必要に応じて変更される。さらに、所定の閾値は顧客のまたはさらに一般的にいえば半導体産業の要件に従い変更されることができる。

半導体ウェーハを検査するための例示的なシステム１０および例示的な方法４００が、上記されている。上の記述を提供された当業者は、システム１０および方法４００に対する変更が本発明の有効範囲から逸脱することなく、実行されることができると理解するであろう。例えば、方法４００のステップの順序およびプロセス５００、６００、７００、７５０、８００および９００のステップの順序は、本発明の範囲内において、変更されることができる。

半導体ウェーハの正確なかつ費用効果的な検査を可能にすることが、本発明のシステム１０および方法４００の一目的である。半導体ウェーハが動いている間のシステム１０および方法４００による半導体ウェーハの自動検査の能力は、半導体ウェーハの検査の効率を高める。これは、いくつかの既存の半導体ウェーハ検査システムと同様に、検査位置で個々の半導体ウェーハをそれの画像収集のために減速して止めるために、かつ画像が収集された後で検査位置からの半導体ウェーハの以降の加速および搬送のために、時間が浪費されることがないからである。複像収集の間の既知の画像オフセットは、それによってその中に存在するかもしれない欠陥を検出するために収集画像の処理を容易にする。同じ半導体ウェーハに対する画像の特定の組に関するオフセットは、半導体ウェーハ内の欠陥の座標および、その後、フレーム全体内の半導体ウェーハの位置をソフトウェアが正確に決定することを可能にする。オフセットは好ましくは、Ｘ−およびＹ−変位モータ内のエンコーダ値を読み取ることによって決定されてかつ欠陥または複数欠陥の座標を算出するために用いられる。加えて、すべての検査位置での２つの画像の使用は、より正確な半導体ウェーハ検査を容易にするための２つの異なる画像形成技術の利点を組み合わせる。

画像収集の時間同期が必要に応じて変更されることができることもまた、当業者によって理解されよう。より詳しくは、時間同期が収集画像の間の画像オフセットを補正するプログラマブルコントローラの能力を高めるために調整されることができる。本発明のシステム１０および方法４００は、検査品質の劣化を最小化するために画像の収集のための照明の供給と対応する画像収集装置の露光との間の正確な同期を容易にする。

システム１０によって用いられる照明が、高められた品質画像の収集のために光の完全可視スペクトル内にあることができる。システム１０による画像の収集のために供給される照度およびそれらの組合せは、検出されるべき欠陥のタイプ、半導体ウェーハの材料および半導体ウェーハ検査の厳しさを含むがこれに限らず複数要因に従い必要に応じて容易に選ばれて変更されることができる。本発明によって提供されるシステム１０および方法４００はまた、半導体ウェーハ上の３Ｄ要素の高さの測定および半導体ウェーハが移動する間の、３Ｄ形状画像の解析を可能にする。

本発明のシステム１０は、半導体ウェーハ構造または特性の変更の要求を満たすために頻繁な空間再構成を必要としない光設定（すなわち光検査ヘッド１４）を有する。加えて、システム１０によるチューブレンズの使用が、システム１０の、より詳しくは光検査ヘッド１４の再構成および設計の容易さを可能にする。チューブレンズの使用が光学部品および付属品のシステムへの、より詳しくは対物レンズとチューブレンズとの間の、導入の容易さを高める。

本発明のシステム１０は、システム１０に対する望まない振動を緩衝するための振動絶縁装置２４（安定器メカニズムとして集合的に公知の）を含む。振動絶縁装置２４は、第１の画像収集装置３２、第２の画像収集装置３４、３Ｄ形状カメラおよび検査画像収集装置６２によって収集される画像の品質、およびしたがって、欠陥検出の正確度を高めるのを助ける。加えて、システム１０のＸＹ−変位テーブルは検査位置に対して半導体ウェーハの正確な変位および位置合わせを可能にする。

背景技術で記載されているように、既存の基準画像導出または作成プロセスは「良い」半導体ウェーハの手動の選択を必要とし、導き出された基準画像の相対的不正確性および不整合性に結びつく。したがって、半導体ウェーハ検査の品質は悪影響を受けている。本発明のシステム１０および方法４００は、「良い」半導体ウェーハの手動の選択（すなわち主観的な選択）を伴わずに基準画像を作り出すことによって検査の高められた品質を達成する。基準画像作成プロセス９００は半導体ウェーハの異なる位置にわたる強度の異なる閾値の適用を可能にし、したがって、半導体ウェーハにわたる非線形照明変動に適応する。方法４００は、したがって、欠陥の誤ったまたは望まない検出の低減および最終的に半導体ウェーハ検査の高められた品質を容易にする。

本発明は、未知の品質の半導体ウェーハの収集画像と基準画像を比較する解析的モデルを用いた自動欠陥検出を可能にする。本発明はまた、好ましくはデジタル化された画像（すなわち加工画像および基準画像）上のデジタル解析を実行することによって、自動欠陥検出を可能にする。

本発明は、製造に影響を及ぼすことなく自動検査モード（またはオフライン検査で）を可能にし、かつ機械効率を改善するが、一方、既存の装置は手動の検査モードだけを提供し、それはオペレータが複数の異なる照明強度を用いてかつそれに注目することによってすべての欠陥を判断する必要がある。

前述の方法で、本発明の実施態様によって提供される半導体ウェーハおよび構成部品を検査するための例示的なシステムおよび例示的な方法が、記載されている。例示的なシステム及び方法は、背景技術で言及された、既存の半導体検査システムおよび方法が直面する問題または課題の少なくとも１つに対処する。本発明が上記した実施態様の特定の形態、配置または構造に限られていないことは、しかしながら当業者によって理解されよう。多数の変更および／または修正が本発明の範囲内で、なされることができることは、この開示からみて当業者にとって明らかであろう。

１０ 検査システム
１２ 半導体ウェーハ
１４ 光検査ヘッド
１６ ウェーハ搬送テーブルまたはウェーハチャック
１８ ロボットウェーハハンドラ
２０ ウェーハスタックモジュール
２２ Ｘ−Ｙ変位テーブル
２４ 振動絶縁装置
２６ 明視野照明器
２８ 低角度暗視野照明器
３０ 高角度暗視野照明器
３２ 第１の画像収集装置
３４ 第２の画像収集装置
３６ 第１のチューブレンズ
３８ 第２のチューブレンズ
４０ 対物レンズ
４２ 回転可能なマウント
４４ コンデンサ
４６ 第１の反射表面
４７ ミラーまたはプリズム
４８ 第１のビーム分割器
５０ 第２のビーム分割器
５２ 細線照明器
５４ ミラー設定
５６ ３Ｄ形状カメラ
５８ ３Ｄ形状対物レンズ
６０ チューブレンズ 検査画像収集装置 検査カメラ
６２ 検査画像収集装置 検査明視野照明器
６４ 検査暗視野照明器
６６ 第１の反射面
６８ ビーム分割器
７０ 検査対物レンズ
７２ 検査チューブレンズ
８０ 反射器組立体
８２ 第１の対のミラーまたはプリズム
８４ 第２の対のミラーまたはプリズム
１００ 第１のレイパス
２００ 第２のレイパス 第３のレイパス
２５０ 第３のレイパス
３００ 第４のレイパス
３５０ 第５のレイパス
４００ 検査方法
５００ ２Ｄウェーハ走査プロセス
６００ ２Ｄ画像処理プロセス
７００ ３Ｄウェーハ走査プロセス
７５０ 第２の３Ｄウェーハ走査プロセス
８００ 検査プロセス
９００ 基準画像作成プロセス

Claims (12)

1. ウェーハを検査する一方法であって、前記方法が、
   基準画像を作り出すためのトレーニングプロセスを実行するステップであって、
   未知の品質である少なくとも１つの第１のウェーハに対応する第１の基準領域を選択するステップと、
   （ａ）第１の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、および、（ｂ）前記第１の画像収集装置とは異なる第２の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、から選択可能な異なる照明状況下で、前記第１の基準領域内の複数の位置のそれぞれにおいて前記第１の基準領域の複数の画像を収集するステップであって、前記複数の収集画像の各々が複数の画素を備える、ステップと、
   前記第１の基準領域の前記複数の収集画像の各々に対して、前記複数の収集画像の基準強度を計算し、それによって複数の基準強度を決定するステップと、
   前記複数の収集画像の各々の画素に応じて複数の統計的パラメータを算出するステップと、および、
   前記複数の収集画像から少なくとも１つの基準画像を算出するステップであって、前記少なくとも１つの基準画像の各々が、前記複数の統計的パラメータに基づいた前記複数の収集画像の統合を含む、ステップと、を含む前記トレーニングプロセスと、
   第２のウェーハの１つの領域の画像を収集するステップであって、前記第２のウェーハが未知の品質であるステップと、
   少なくとも１つの基準画像から第１の基準画像を選ぶステップと、
   前記第２のウェーハ上の欠陥の存在および欠陥のタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために前記第１の基準画像と前記第２のウェーハの１つの領域の収集された収集画像を比較するステップと、を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記複数の統計的パラメータが、前記複数の収集画像の各々の前記複数の画素の各々の前記複数の基準強度の、平均、範囲、標準偏差、統計的パラメータの組み合わせ、最大値、および、最小値の少なくとも１つを備える、方法。
3. 前記平均が、前記複数の収集画像の各々の前記複数の画素の各々の前記複数の強度の平均である、ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、明視野照明が明視野広帯域照明を備え、暗視野照明が暗視野広帯域照明を備える、方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記トレーニングプロセスが、さらに、
   前記複数の収集画像の各々を位置合わせするステップを含む、方法。
6. 請求項５に記載の方法であって、前記複数の収集画像の各々を位置合わせするステップが、
   前記複数の収集画像の各々のサブピクセルを登録するステップを含み、登録するステップが、前記第１のウェーハ上の少なくとも１つの所定の特徴に関して実行される、方法。
7. 請求項１に記載の方法であって、前記トレーニングプロセスが、さらに、
   前記基準画像およびそれの前記複数の画素の各々の前記複数の基準強度に対するそれらの対応する複数の統計的パラメータの各々を記憶するステップを含む、方法。
8. 請求項１に記載の方法であって、前記第１の基準画像と前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像を比較するステップが、
   前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像から特徴を得て、かつ前記第１の基準画像から特徴を得るステップと、
   前記第２のウェーハ上の欠陥を識別するために前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像の特徴と前記第１の基準画像の特徴とを照合するステップと、および、
   前記収集画像の特徴と、前記第１の基準画像の特徴とを比較するステップと、を含み、
   特徴を比較するステップが、
   前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像の特徴特性を計算してかつ前記第１の基準画像の特徴特性を計算するステップと、
   前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像の前記計算された特徴特性および前記第１の基準画像の計算された特徴特性を照合するステップと、を含み、
   前記計算された特徴特性が加算平均強度、強度の標準偏差、強度の範囲、最小強度および最大強度の少なくとも１つを備える、ことを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法であって、さらに、
   前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像の前記計算された特徴特性を前記第１の基準画像の前記計算された特徴特性に照合する前に前記第１の基準画像と前記第２のウェーハの前記領域の前記収集された収集画像を位置合わせするステップを含む方法。
10. 前記第２のウェーハの前記領域の前記収集画像および前記第１の基準画像が、類似した所定のコントラスト照明を用いて収集される、ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. ウェーハを検査するための一システムであって、前記システムが、
    少なくとも１つの基準画像を得るためのトレーニングプロセスを実行するための手段であって、
    未知の品質である少なくとも１つの第１のウェーハに対応する第１の基準領域を選択するステップと、
    （ａ）第１の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、および、（ｂ）前記第１の画像収集装置とは異なる第２の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、から選択可能な異なる照明状況下で、前記第１の基準領域内の複数の位置のそれぞれにおいて前記第１の基準領域の複数の画像を収集するステップであって、前記複数の収集画像の各々が複数の画素を備える、ステップと、
    前記第１の基準領域の前記複数の収集画像の各々に対して、前記複数の収集画像の基準強度を計算し、それによって複数の基準強度を決定するステップと、
    前記複数の収集画像の各々の画素に応じて複数の統計的パラメータを算出するステップと、および、
    前記複数の収集画像から少なくとも１つの基準画像を算出するステップであって、前記少なくとも１つの基準画像の各々が、前記複数の統計的パラメータに基づいた前記複数の収集画像の統合を含む、ステップと、を含む、前記トレーニングプロセスを実行するための手段と、
    第２のウェーハの１つの領域の画像を収集するための手段であって、前記第２のウェーハが未知の品質である、手段と、
    少なくとも１つの基準画像から第１の基準画像を選ぶための手段と、
    前記第２のウェーハ上の欠陥の存在および欠陥のタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために前記第１の基準画像と前記第２のウェーハの１つの領域の収集された収集画像を比較するための手段と、を備えるシステム。
12. ウェーハを検査するための方法ステップを実行するために機械によって実行可能な命令のプログラムを明らかに具体化する、前記機械によって読取り可能なプログラム記憶装置であって、前記方法ステップが、以下のステップ、すなわち、
    少なくとも１つの基準画像を作り出すためのトレーニングプロセスを実行するステップであって、
    未知の品質である少なくとも１つの第１のウェーハに対応する第１の基準領域を選択するステップと、
    （ａ）第１の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、および、（ｂ）前記第１の画像収集装置とは異なる第２の画像収集装置によって収集される、明視野照明、暗視野照明、および、明視野照明と暗視野照明の組み合わせのいずれか、から選択可能な異なる照明状況下で、前記第１の基準領域内の複数の位置のそれぞれにおいて前記第１の基準領域の複数の画像を収集するステップであって、前記複数の収集画像の各々が複数の画素を備える、ステップと、
    前記第１の基準領域の前記複数の収集画像の各々に対して、前記複数の収集画像の基準強度を計算し、それによって複数の基準強度を決定するステップと、
    前記複数の収集画像の各々の画素に応じて複数の統計的パラメータを算出するステップと、および、
    前記複数の収集画像から少なくとも１つの基準画像を算出するステップであって、前記少なくとも１つの基準画像の各々が、前記複数の統計的パラメータに基づいた前記複数の収集画像の統合を含む、ステップと、を含む前記トレーニングプロセスと、
    第２のウェーハの１つの領域の画像を収集するステップであって、前記第２のウェーハが未知の品質であるステップと、
    前記少なくとも１つの基準画像から第１の基準画像を選ぶステップと、
    前記第２のウェーハ上の欠陥の存在および欠陥のタイプの少なくとも１つをそれによって決定するために前記第１の基準画像と前記第２のウェーハの１つの領域の収集された収集画像を比較するステップと、を含む装置。