JP6049101B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料の傷、異物当の欠陥を検出する検査装置に関する。

半導体素子は、シリコンウエハに各種の処理を施すことにより制作される。半導体製造工程の過程で、シリコンウエハ上に傷が付く、または異物が付着すると、半導体素子の動作不良が発生することになる。

このため、ウエハ上の傷や異物等の欠陥を検出し、その結果を半導体製造工程にフィードバックすることは、歩留まりを向上させる上で重要である。半導体ウエハ上の欠陥の検出に使用させるのがいわゆる検査装置であり、光を使用して欠陥の検出を行う装置は、光学式検査装置と呼ばれる場合もある。

光学式検査装置は、パターンの形成されていないいわゆるベアウエハを検査する表面検査装置、パターンの形成されたウエハを検査するパターン付ウエハ検査装置に大別される。

パターン付ウエハ検査装置においては、特許文献１に開示されているように、ダイどうしの比較や、セル部どうしの比較を行い、差画像を算出し、閾値判定を行って欠陥を検出する技術が知られている。

ここで、ダイとは、集積回路が焼き付けてあるシリコンウエハーチップであり、セル部とは、ダイの内部に形成された最小繰り返しパターンが形成された領域である。

特開２００７−３３０７３号公報

上記特許文献１に記載の技術においては、ダイどうしやセル部どうしの位置合わせ処理を行う必要があるが、セル部の周辺には、ペリ部と呼ばれる回路パターンが形成されている。このペリ部は、複数のセル部のそれぞれについて、同一のパターンを有するものではない。例えば、あるセル部の左領域には、Ａパターンが形成され、右領域にはＢパターンが形成され、他のセル部の左領域には、Ｂパターンが形成され、右領域にはＣパターンが形成されることがある。

このため、同一ダイ内の互いに隣接するセルどうしを位置合わせして差分を検出したとすると、それぞれのセルの周辺の左領域のペリどうしまたは右領域のペリどうしが異なっている場合は、それを差分として検出し、正確な欠陥検出を行えない場合がある。

一方、ダイどうしで比較するためには、ダイとダイとの位置合わせを行う必要があるが、ダイのサイズが大きい場合は、位置ずれを発生し易く、正しく位置合わせ処理を行えない場合もある。

したがって、従来の技術においては、欠陥の検出精度を向上することが困難であった。

本発明の目的は、セル部の周辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

検査装置において、検査対象物は、互いに同一の回路パターンを有するように形成された複数のセル部及びこれら複数のセル部の各々の両辺に形成され、回路パターンが形成された複数のペリ部からなる集積回路を有するダイが複数形成され、複数のペリ部は、複数種類の回路パターンを有し、演算処理部は、一つのダイに形成された複数のセル部のうち、その両辺の一方に形成されたペリ部の回路パターンと両辺の他方に形成されたペリ部の回路パターンとの配列順序が同一のセル部を抽出し、ペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行い、差分画像を算出し、算出した差分が閾値以下か否かを判断することにより欠陥を検出する。

セル部の周辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することができる。

本発明の実施例１が適用される欠陥検査装置の全体概略構成図である。 パターン付ウエハ２００上に配列されたダイ２０１〜２Ｎ１の説明図である。 セル部とその両辺のペリ部の断面イメージを表した図である。 ダイにおけるセル部どうしの位置合わせについての説明図である。 ダイにおけるセル部どうしの位置合わせについての説明図である。 演算処理部の欠陥判断処理に関する内部機能ブロック図である。 第２の方法による欠陥検査の動作フローチャートである。 第１の方法による欠陥検査の動作フローチャートである。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例２の説明図である。 本発明の実施例３における統計的閾値を得る方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

なお、本発明の実施形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１が適用される欠陥検査装置１０００の全体概略構成図である。図１において、検査装置は、パターン付ウエハである被検査対象２００は、搬送系（搬送部）としてのステージ（支持台）４００上に搭載される。照明系（照明部）３００は、被検査対象２００上に照明光３０１を照明し、線状の照明領域１０４を形成する。

照明領域１０４からの光は、斜方検出系（斜方検出部）１００、１０１、上方検出系（上方検出部）８００によって検出される。上方検出系８００は、対物レンズ８０５、結像レンズ８０９を有している。斜方検出系（斜方検出部）１００、１０１も同様に、対物レンズ、結像レンズを有している。

また、斜方検出系１００、１０１、上方検出系８００は、フーリエ面に配置された空間フィルタ、ズームレンズも含むものである。さらに、斜方検出系１００、１０１、上方検出系８００は、１次元ＣＣＤラインセンサ、２次元ＴＤＩセンサ等のセンサ１０２、１０３、８０２を有しており、これらにより結像された暗視野像が検出される。センサ１０２、１０３、８０２によって検出された暗視野像は、検出信号として演算処理系（演算処理部）７０１に送信され、得られた暗視野像から欠陥が検出される。

演算処理系７０１により得られた画像は、表示装置７０２によって表示される。２０５は、基準チップであり、８０３は顕微鏡である。制御装置７０３は、顕微鏡８０３、ステージ４００、表示装置７０２、演算処理系７０１の動作を制御する。

図２は、パターン付ウエハ２００上に配列されたダイ２０１〜２Ｎ１の説明図である（Ｎは自然数）。図２において、ダイ２０１〜２Ｎ１は、互いに同一の仕様で製作されているため、ダイ２０１を例として、ダイ内のパターン配列を説明する。

ダイ２０１には、互いに同一のパターンが繰り返して製作された複数のセル部２０２〜２０ｎが形成されている。そして、セル部の両辺には、ペリ部が形成されている。これらの構造は、ダイ内に形成された周期的な構造（繰り返し構造）と表現することができる。

ペリ部には上述したようにセル部の周辺回路パターンが形成されているが、すべて同一の回路パターンが形成されているわけではなく、図２に示したように、パターンＡ、Ｂ、Ｃのように、複数種類となっている。

このため、例えば、セル部２０２の両辺にはペリ部ＡとＢとが形成され、セル部２０３の両辺には、ペリ部ＢとＣとが形成されている。

図３は、セル部２０２とその両辺のペリ部の断面イメージ（図３の（ａ））と、セル部２０３とその両辺のペリ部の断面イメージ（図３の（ｂ））とを表した図である。セル部２０２と２０３とは、同一形状であるが、両辺のペリ部の相違により影響を受けて、断面イメージが異なるものとなっている。

セル部２０２とセル部２０３とを比較検査し、差分を算出して欠陥の有無を判断した場合、ペリ部近傍のセル部領域で虚報が発生しているため、セル部２０２と２０３とは同一であるにもかかわらず、大きな差分が発生することになる。よって、正確な欠陥の検出が行えない場合が生じてしまう。

本発明の実施例１においては、ペリ部近傍のセル部領域で虚報が発生することを防止するため、両辺のペリ部が同一のセル部どうしを位置合わせして、差分を検出し、欠陥の有無を判断することにより、虚報の発生を防止するものである。

例えば、セル部２０２と２０６は、周辺ペリ部が共にＡＢであるから、セル部２０２と２０６とを位置合わせして、差分を検出し、欠陥の有無を判断する。また、セル部２０３と２０７は、両辺（周辺）ペリ部が共にＢＣであるから、セル部２０３と２０７とが互いに重なるように位置合わせして、差分を検出し、欠陥の有無を判断する。セル部２０４と２０８、セル部２０５と２０９も同様である。

次に、セル部どうしの位置合わせについて説明する。図４、図５は、ダイ２０１におけるセル部どうしの位置合わせについての説明図である。図４、図５に示した例は、暗視野画像中の暗い部分と明るい部分との境界の座標を使用する例である。

図４において、セル部２０２については、点線２１２で示すように、ペリ部５０１、５０２の一部を含む領域の暗視野像を得る。また、セル部２０３については、点線２１３で示すように、ペリ部５０２、５０３の一部を含む領域の暗視野像を得る。また、セル部２０４については、点線２１４で示すように、ペリ部５０３、５０４の一部を含む領域の暗視野像を得て、セル部２０５については、点線２１５で示すように、ペリ部５０４、５０５の一部を含む領域の暗視野像を得る。また、セル部２０６については、点線２１６で示すように、ペリ部５０５、５０６の一部を含む領域の暗視野像を得る。以降、同様にして各セル部について暗視野像を得ていく。

図５は、セル部２０２と２０６との位置合わせを例として、セル部どうしの位置合わせについての説明するための図である。

図５の（ａ）は、図４の点線２１２で示した部分の領域の暗視野像３００１を示し、図５の（ｂ）は、図４の点線２１６で示した部分の領域の暗視野像３００２を示す。

演算処理部７０１は、暗視野像３００１について、セル部２０２の暗視野像とペリ部５０１の暗視野像３０５及びペリ部５０２の暗視野像３０６との境界点３０１、３０２、３０３、３０４の座標を算出する。同様に、演算処理部７０１は、暗視野像３００２について、セル部２０６の暗視野像とペリ部５０５の暗視野像３１２及びペリ部５０６の暗視野像３１３との境界点３０８、３０９、３１０、３１１の座標を算出する。

そして、演算処理部７０１は、境界点３０１の座標及び境界点３０８の座標と、境界点３０２の座標及び境界点３０９の座標と、境界点３０３の座標及び境界点３１０の座標と、境界点３０４の座標及び境界点３１１の座標とのうちの少なくとも一組（望ましくは全て）の、座標の距離が、許容範囲内となるように（望ましくは一致させる）、暗視野像３００１及び３００２のうち少なくとも一つを移動させる。

暗視野像３００１と３００２との位置合わせのための移動距離は、ダイ２０１と２１１とで位置合わせする場合の移動距離より短いので、位置ずれの影響は少なく、より正確な位置合わせが可能となる。

同様にして、他のセル部の位置合わせを実行していく。

なお、上述した例は、セル部どうしの位置合わせについて、暗視野画像中の暗い部分と明るい部分との境界の座標を使用する例であるが、他の方法を用いてセル部どうしの位置合わせを行うことも可能である。例えば、異なる暗視野像中で共通して出現する特徴的な信号の振る舞いを使用して位置合わせを行うこともできる。

上述したセル部どうしの位置合わせが行われた後に、画像の差分を算出する処理が行われるが、画像の差分を算出する方法は、２種類存在する。

第１の方法は、上述したセル部どうしの位置合わせを行った後に、ダイ単位で差分を算出する方法である。

第２の方法は、ダイ内のセル部の、位置合わせを行った後暗視野像どうしの差分を算出する方法である。

いずれの方法を選択するかは、オペレータ等が任意に選択可能なように、表示装置７０２に選択ボタンを表示することも可能である。

そして、第１の方法または第２の方法で算出された差分画像について、閾値を用いて欠陥が存在するか否かが判断される。

図６は、演算処理部７０１の欠陥判断処理に関する内部機能ブロック図である。図６において、演算処理部７０１は、検査対象物の画像を形成する画像処理部７０１ａと、セル抽出部７０１ｂと、セル移動部７０１ｃと、差分算出部７０１ｄと、欠陥判断部７０１ｅとを備えている。なお、図１では図示を省略したが、本発明の実施例１の検査装置には、キーボード、マウス等の操作部７０４が備えられており、この操作部７０４からの指令により、画像処理の方法等が画像処理部７０１ａに指示される。

図７は、上述した第２の方法による欠陥検査の動作フローチャートである。図７のステップＳ１において、検出光学系１００、１０１、８００からの信号に基づいて画像理部７０１ａが処理した画像について、セル抽出部７０１ｂは、一つのダイにて、複数のセル部のうち、両側のペリ部のパターンの配列順序が同一のセルを抽出する（例えば、図２に示したセル部２０２と２０６、セル部２０３と２０７）。

次に、ステップＳ２において、セル移動部７０１ｃは、ペリのパターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように、セル部を移動し、位置合わせを行う。

続いて、ステップＳ３において、差分算出部７０１ｄは、一つのダイ内で位置合わせをしたセル部どうしの差分を算出する。そして、ステップＳ４において、欠陥判断部７０１ｅは、算出した差分が閾値以下か否かを判断し、閾値を超えていれば、欠陥ありと判断し（ステップＳ５）、閾値以下であれば、欠陥なしと判断する（ステップＳ６）。

欠陥有無の判断結果は、欠陥判断部７０１ｅから表示装置７０２に伝達され、表示装置７０２にて、表示される。

図８は、上述した第１の方法による欠陥検査の動作フローチャートである。

図８において、ステップＳ１、Ｓ２は、図７に示したフローチャートと同様である。そして、ステップＳ７において、セル移動部７０１ｃは、検査を行うダイの最終ダイについてセル部の位置合わせを行ったか否かを判断し、最終ダイでなければ、次のダイ内のセル部について、位置合わせを行うために、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ７において、最終ダイについてセル部の位置合わせを行ったことを判断した場合は、ステップＳ８に進み、差分算出部７０１ｄは、ダイどうしが互いに重なるように位置合わせを行い、ダイ単位で差分を算出する。以降は、図７に示したステップＳ４〜Ｓ５と同様な処理がなされる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、同一ダイ内において、両辺のペリ部の配列順序が同一のセル部どうしの位置合わせを行い、差分を算出して欠陥の有無を判断しているので、セル部の両辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することができる。

また、本発明の実施例１においては、周辺のペリ部の配列順序が同一のセル部どうしの位置合わせを行い、複数のダイどうしで差分を抽出して欠陥の有無を判断することもできる。この場合も、セル部の両辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図９、図１０は本発明の実施例２の説明図である。実施例１においては、パターン付ウエハに形成された複数のダイは、互いに同一の仕様で製作され、一種類のダイである。しかし、パターン付ウエハに形成された複数のダイは、一種類とは限らず、複数種類のダイが形成されている場合がある。

例えば、図９に示すように、パターン付ウエハの一部４０１には、互いに異なる種類のダイＡ（２３１、２３２）、Ｂ（２３３）、Ｃ（２３４、２３５）、Ｄ（２３６〜２３９）が分布している場合がある。

図１０は、ダイＡ、Ｂについての詳細説明図である。ダイＡ内のセル部５００１の幅ＷＡと、ダイＢのセル部５００２の幅ＷＢとは異なっている。さらに、セル部５００１の左右のペリ部の種類（Ａ３、Ａ１）と、セル部５００２の左右のペリ部の種類（Ｂ３、Ｂ２）も異なっている。

このため、本発明の実施例２においては、ダイの種類に応じて、暗視野像を得る領域の範囲（大きさ）、位置合わせの際に使用する境界点の位置、位置合わせの際に許容できるずれ幅を変更して、位置合わせを行い、差分を算出する。このダイにおける位置合わせの方法及び差分の算出については、実施例１と同様に実行する。

暗視野像を得る領域の範囲、位置合わせの際に使用する境界点の位置、位置合わせの際に許容できるずれ幅の変更は、図６に示した操作部７０１ａからの指令により行われる。操作部７０１ａからの指令は、ダイの種類毎に、オペレータが設定することができる。

検査装置の全体構成、演算処理部７０１の内部機能構成については、実施例１と同様であるので、図示及び説明は省略する。

本発明の実施例２によれば、パターン付ウエハの一部に、互いに異なる種類のダイが分布している場合であっても、セル部の周辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することができる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。

検査装置では、ウエハの欠陥有無判断における閾値処理の際には、暗視野像の画素の標準偏差を利用した閾値（統計的閾値）が使用されことがある。統計的閾値を使用する際には、使用する画素の数は、多ければ多いほどよい。本発明の実施例３は、実施例１または２において、統計的閾値を使用して、欠陥の有無を判断するものである。

図１１は、本発明の実施例３における統計的閾値を得る方法の説明図である。本発明の実施例３においては、上述したダイ２０１内の繰り返し構造についての、暗視野像３００１、３００２、・・・３００Ｎを使用する。

図１１において、異なる暗視野像の対応する座標の画素の値を使用して標準偏差を算出する。つまり、互いに対応する座標の画素５１０１、５２０１、・・・５Ｎ０１の値を使用して標準偏差を算出する。他の画素についても、同様にして標準偏差を算出する。この処理は、演算処理部７０1内の画像処理部７０１ａが実行する。

そして、画像処理部７０１ａは、対応する座標の画素毎の標準偏差を記憶し、欠陥検出の際に、欠陥判断部７０１ｅが画像処理部７０１ａ内に記憶された標準偏差を閾値として使用する。

このようにすれば、統計的閾値を得る際のサンプル数を多くすることができるので、より、正確な統計的閾値を得ることが可能となる。

検査装置の全体構成、演算処理部７０１の内部機能構成については、実施例１と同様であるので、図示及び説明は省略する。

本発明の実施例３においても、パターン付ウエハの一部に、互いに異なる種類のダイが分布している場合であっても、セル部の周辺に形成されたペリ部の相違に関係なく、正確に欠陥を検出可能な検査装置を実現することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、検出光学系は複数であっても単数であってもよい。検出光学系が複数の場合は、検出光学系毎に、暗視野像を得る範囲や、位置合わせの際に使用する境界点、位置合わせの際に許容できる位置ずれを変更するように構成することができる。

さらに、上述した例は、暗視野像を使用する検査装置であるが、明視野像を使用する検査装置にも、本発明は適用可能である。

１００、１０１・・・斜方検出系、１０２、１０３、８０２・・・センサ、１０４・・・照明領域、２００・・・被検査対象、３００・・・照明系、４００・・・ステージ、７０１・・・演算処理系、７０１ａ・・・画像処理部、７０１ｂ・・・セル抽出部、７０１ｃ・・・セル移動部、７０１ｄ・・・差分算出部、７０１ｅ・・・欠陥判断部、７０２・・・表示装置、７０３・・・制御装置、７０４・・・操作部、１０００・・・欠陥検査装置

Claims (12)

1. 検査対象物に光を照明する照明部と、
   上記検査対象物からの光を検出する検出光学部と、
   上記検出光学部からの検出信号に基づいて、上記検査対象物の欠陥を検出する演算処理部と、
   を備え、
   上記検査対象物は、互いに同一の回路パターンを有するように形成された複数のセル部及びこれら複数のセル部の各々の両辺に形成され、回路パターンが形成された複数のペリ部からなる集積回路を有するダイが複数形成され、上記複数のペリ部は、複数種類の回路パターンを有し、
   上記演算処理部は、一つの上記ダイに形成された複数のセル部のうち、その両辺の一方に形成されたペリ部の回路パターンと上記両辺の他方に形成されたペリ部の回路パターンとの配列順序が同一のセル部を抽出し、上記ペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行い、差分画像を算出し、算出した差分が閾値以下か否かを判断することにより、欠陥を検出する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、
   上記複数のダイのセル部は、同一の回路パターンを有するように形成され、上記演算処理部は、上記セル部の両辺のペリ部及びセル部を含む一定の大きさの領域を抽出し、セル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行う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、
   上記検査対象物には、セル部の回路パターンの種類が異なる複数種類のダイが形成され、上記演算処理部は、上記セルの抽出を、上記セル部の両辺のペリ部及びセル部を含む領域を抽出して行い、上記セル部の回路パターンの種類に応じて抽出する領域の大きさを変更す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、
   上記演算処理部は、
   上記検査対象物の画像を形成する画像処理部と、
   上記セル部の両辺の一方に形成されたペリ部の回路パターンと上記両辺の他方に形成されたペリ部の回路パターンとの配列順序が同一のセル部を抽出するセル抽出部と、
   上記抽出したセル部の両辺のペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行うセル移動部と、
   上記位置合わせを行ったセル部どうしの差分画像を算出する差分算出部と、
   算出した差分が閾値以下か否かを判断して欠陥を検出する欠陥判断部と、
   を有することを特徴とする検査装置。
5. 請求項４に記載の検査装置において、
   上記欠陥判断部による欠陥有無判断結果を表示する表示装置をさらに備える、ことを特徴とする検査装置。
6. 請求項１に記載の検査装置において、
   上記演算処理部は、一つのダイ内の複数のセル部の画像の互いに対応する位置の画素について、画素値の標準偏差を算出し、算出した標準偏差を上記閾値とすることを特徴とする検査装置。
7. 検査対象物を支持する支持台と、
   上記検査対象物に光を照明する照明部と、
   上記検査対象物からの反射光を検出する検出光学部と、
   上記検出光学部からの検出信号に基づいて、上記検査対象物の欠陥を検出する演算処理部と、
   を備え、
   上記検査対象物は、互いに同一の回路パターンを有するように形成された複数のセル部及びこれら複数のセル部の各々の両辺に形成され、回路パターンが形成された複数のペリ部からなる集積回路を有するダイが複数形成され、上記複数のペリ部は、複数種類の回路パターンを有し、
   上記演算処理部は、上記複数のダイのそれぞれについて、ダイに形成された複数のセル部のうち、その両辺の一方に形成されたペリ部の回路パターンと上記両辺の他方に形成されたペリ部の回路パターンとの配列順序が同一のセル部を抽出し、上記ペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行い、上記ペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせが行われた複数のダイの、ダイどうしが互いに重なるように位置合わせを行い、ダイどうしの差分画像を算出し、算出した差分が閾値以下か否かを判断することにより、欠陥を検出することを特徴とする検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置において、
   上記複数のダイのセル部は、同一の回路パターンを有するように形成され、上記演算処理部は、上記セル部の両辺のペリ部及びセル部を含む一定の大きさの領域を抽出し、セル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行うことを特徴とする検査装置。
9. 請求項７に記載の検査装置において、
   上記検査対象物には、セル部の回路パターンの種類が異なる複数種類のダイが形成され、上記演算処理部は、上記セルの抽出を、上記セル部の両辺のペリ部及びセル部を含む領域を抽出して行い、上記セル部の回路パターンの種類に応じて抽出する領域の大きさを変更することを特徴とする検査装置。
10. 請求項７に記載の検査装置において、
    上記演算処理部は、
    上記検査対象物の画像を形成する画像処理部と、
    上記セル部の両辺の一方に形成されたペリ部の回路パターンと上記両辺の他方に形成されたペリ部の回路パターンとの配列順序が同一のセル部を抽出するセル抽出部と、
    上記抽出したセル部の両辺のペリ部の回路パターンの配列順序が同一のセル部どうしが互いに重なるように位置合わせを行うセル移動部と、
    上記位置合わせを行ったセル部を有するダイどうしの差分画像を算出する差分算出部と、
    算出した差分が閾値以下か否かを判断して欠陥を検出する欠陥判断部と、
    を有することを特徴とする検査装置。
11. 請求項１０に記載の検査装置において、
    上記欠陥判断部による欠陥有無判断結果を表示する表示装置をさらに備える、ことを特徴とする検査装置。
12. 請求項７に記載の検査装置において、
    上記演算処理部は、一つのダイ内の複数のセル部の画像の互いに対応する位置の画素について、画素値の標準偏差を算出し、算出した標準偏差を上記閾値とすることを特徴とする検査装置。

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