JP6820891B2 - ウェーハの検査システム及び方法 - 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及び方法に関する。

製造された半導体構造体、例えば半導体ウェーハ及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領域に増大する機能（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。したがって、半導体ウェーハ上の潜在的欠陥のサイズは典型的には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及び検査手順を改善する益々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は、その上に存在する欠陥、例えば表面微粒子、損傷、起伏及び他の不ぞろい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、その製造中に欠陥のある半導体ウェーハを除去するか又は抜き取ることが必須である。

半導体検査システム及びプロセスにおいて進歩があった。例えば、より高解像度の画像処理システム、高速のコンピュータ及び高精度機械処理システムを作動してきた。加えて、半導体ウェーハ検査システム、方法及び技法は、歴史的には明視野照明、暗視野照明及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微小粒子は画像取込装置の集光開口から光を散乱し、それによって画像取込装置に戻されるエネルギの低下をもたらす。粒子がレンズ又はデジタル化画素の光点分布関数と比較して小さい時、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が困難になる。加えて、小さい粒径に起因するエネルギの非常に小量の低下が、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をもたらす。上記の現象を克服するために、半導体検査システムはより大きな解像度を有するハイエンドのカメラを備えて、半導体ウェーハのより小さい表面積領域の画像を取込している。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、これは暗欠陥を検査する時、欠陥のサイズを推定するために有利である。

暗視野照明及びその利点は従来技術において一般に周知である。暗視野画像形成は幾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は光線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は表面微粒子、損傷及び他の不ぞろい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射することである。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又は透明対象物上の表面不ぞろい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斜さ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、典型的に明視野及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及びマクロ構造体はその両方とも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又は角度、観察方向及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及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難しい。これは、半導体ウェーハがいくつかの層の材料から成るからである。材料の各層は異なって、例えば異なる速度で、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又は反射率を有する。したがって、単一波長又は狭帯域の波長の光又は照明の使用が典型的に取込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る。単一波長又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又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（即ち、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、例えば明視野及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又は装置は、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）複数照明を備える複数画像取込装置（ＭＩＣＤ=Multiple Image Capture Devices）
ＭＩＣＤは、複数画像取込装置及び複数照明を用いる。ＭＩＣＤは、波長スペクトラムを狭帯域にセグメント化し、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において、各画像取込装置が空間フィルタ又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（即ち、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及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、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、例えば劣化画質及び設計非柔軟性の欠点に陥る。劣化画質は、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機器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法は典型的には取込画像の品質を呈することなく単一画像取込装置による異なる波長の照明の取込を可能にすることはない。

（２）複数照明を備える単一画像取込装置（ＳＩＣＤ=Single Image Capture Device）
ＳＩＣＤ法は、セグメント化された波長又は広帯域波長のどちらかの、複数照明を取込むための単一画像取込装置を用いる。しかしながら、ウェーハが動く間に、同時に複数照明レスポンスを得ることは可能ではない。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している間に画像取込を必要とし、それはウェーハ検査システムの処理能力に影響を及ぼす。

広帯域明視野及び暗視野又は一般に複数照明を用い、かつ複像取込装置を用いる同時、独立、高速の画像取込を使用する半導体ウェーハ検査システムは、その実際の実現及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又は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、かつ劣った画質及び柔軟でないシステム装備が欠点である。他方では、ＳＩＣＤを用いる装置はシステム処理能力の低下に陥り、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。

明視野照明及び暗視野照明装置の両方を利用する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に開示されている（ＫＬＡ１）。ＫＬＡ１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及び暗視野画像を取込む複数カメラを用いる。取込された明視野及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又は共に処理される。加えて、ＫＬＡ１の光検査システムは明視野及び暗視野照明の別々の光源を用いて明視野及び暗視野画像を同時に取込む。ＫＬＡ１は、明視野及び暗視野画像の取込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、狭帯域照明源及び空間フィルタを用いて同時画像取込を達成する。ＫＬＡ１の光システムでは、カメラの１台が狭帯域レーザー及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、明視野照明及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、異なる半導体ウェーハを画像形成するためには不適切であり、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ものである。カメラはそれぞれの照明と確実に連結され、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と組み合わせる柔軟性がない。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、それらは例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、明視野及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光又は照明源及びフィルタで複数の検査パス（したがって、システムの処理能力に影響を及ぼす複数の走査）を実行する必要があり、それによって複数の明視野及び暗視野画像を取込む。

明視野及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）及び特許文献３（ＡＵＧＴＥＣＨ２）に開示される。ＡＵＧＴＥＣＨ１及び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及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及びＡＵＧＴＥＣＨ２の光検査システムは単一カメラセンサを使用し、先に説明したＳＩＣＤ法に属する。したがって、ＡＵＧＴＥＣＨ１及びＡＵＧＴＥＣＨ２の半導体ウェーハの検査は、明視野画像形成によって又は暗視野画像形成によって又は明視野画像形成及び暗視野画像形成の組合せによって実行され、明視野画像形成及び暗視野画像形成の各々は他方が完了されると実行される。ＡＵＧＴＥＣＨ１及びＡＵＧＴＥＣＨ２の検査システムは、同時、高速又はウェーハが動いている間における、かつ独立した明視野及び暗視野画像形成が可能ではない。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、製造処理能力の低下及び資源の使用の増大をもたらす。

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、即ち基準画像を利用する。基準画像の導出は、典型的に既知の又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取込し、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又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又は不整合性である。この種の基準画像を用いる光検査システムは、典型的に不正確な又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。半導体ウェーハの益々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益々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、多くの統計的技法及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、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、加算平均又は平均のいずれかを標準偏差と共に用いてゴールデン基準画素を算出する。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、任意の欠陥又はノイズ画素が基準画素の最終的な加算平均又は平均値に干渉して影響を及ぼす。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するが、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又はユーザフレンドリなシーケンスも持たない。この種の特別なシーケンスは、最終的な基準画素値に影響を及ぼす画素を除去する。

特許文献４（ＡＵＧＴＥＣＨ３）は、半導体ウェーハ検査に用いられるゴールデン画像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に開示される方法は、「既知の良質」又は「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、手動で又はユーザ実行される。次いで、統計的計算式又は技法が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及び標準偏差を用い、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、異物又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、不整合性及び誤りに受けやすいことは、当業者にとって明らかである。

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明するためのフラッシュ又はストローブランプを用いる。異なるフラッシュ又はストローブ間の不整合性が、温度差異、電子的不整合性及び他と異なるフラッシュ又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ることである。この種の差異及び不整合性は、「良い」半導体ウェーハでさえもともと内在するものである。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。加えて、照明強度及び均一性は、ウェーハの平面性、表面の異なる位置の実装及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及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取込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、表面反射率及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及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及び方法は、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、照明装置、フィルタ、偏光板、ミラー及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又は除去は、一般に光学組立体全体の再配置及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又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準備時間を必要とする。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及び方法が存在している。しかしながら、技術的な専門知識及び動作上のノウハウが現在欠如しているため、既存の半導体ウェーハ検査システムは、柔軟にデザインし構成されてウェーハが動く間に検査のため同時の明視野及び暗視野画像形成を使用することができない。また、半導体ウェーハの資源効率的な、柔軟な、正確な及び迅速な検査を可能にするための半導体ウェーハ検査システム及び方法に対する必要性もある。これは、特に半導体ウェーハの電気回路の増加している複雑さ及び半導体産業の向上している品質基準を前提としている。

米国特許第５，８２２，０５５号明細書 米国特許第６，８２６，２９８号明細書 米国特許第６，９３７，７５３号明細書 米国特許第６，３２４，２９８号明細書

構成的及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及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及び方法を欠如していることが現在存在している。加えて、それの構成部品、例えば照明装置、カメラ、対物レンズ、フィルタ及びミラーが柔軟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存在している。半導体ウェーハの電気回路構成の増加している複雑さ及び半導体産業によって設定される向上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及び整合性はますます決定的なものである。半導体ウェーハの取込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及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取込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又はプロセスに対する必要性が存在している。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チップ及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及び方法を提供する。この検査システムは、２次元（２Ｄ）及び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台の画像取込装置を含む。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利用して、対応するコントラスト照明の画像を取込む。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１パスで完了される。３Ｄウェーハ検査は、少なくとも１台の画像取込装置及び少なくとも１台の細線照明装置を備える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画像を取込むために動く間、レーザー又は広帯域照明光源のいずれか又は両方である細線照明装置によって供給される細線照明が半導体ウェーハに差し向けられる。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の態様にしたがえば、検査システムが開示され、これは第１の広帯域照明及び第２の広帯域照明を供給するための照明装置と、ウェーハから反射される第１の広帯域照明及び第２の広帯域照明の少なくとも１つを受け取るための第１の画像取込モジュールと、ウェーハから反射される第１の広帯域照明及び第２の広帯域照明の少なくとも１つを受け取るための第２の画像取込装置とを備える。第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置は、それぞれウェーハの第１の画像及び第２の画像を取込むために第１の広帯域照明及び第２の広帯域照明の少なくとも１つを順次に受け取るために構成される。ウェーハは、第１の画像と第２の画像の取込の間で或る距離だけ空間的に変位される。

本発明の実施態様の第２の態様にしたがえば、半導体構造体を検査するためのシステムが開示され、これは広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明を供給するための照明装置並びに複数の画像取込装置を備え、複数の画像取込装置の各々はウェーハによって反射される広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明の各々を受け取ることが可能である。この複数の画像取込装置は、ウェーハのそれぞれ第１のコントラスト画像及び第２のコントラスト画像の取込のために広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明の１つの順次の受取りのために構成される。ウェーハが動く間、第１のコントラスト画像の取込及び第２のコントラスト画像の取込が生じる。

本発明の実施態様の第３の態様にしたがえば、検査システムが開示され、これは広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明の少なくとも１つを受け取るための第１の画像取込装置と、広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明の少なくとも１つを受け取るための第２の画像取込装置とを備える。第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置の各々による広帯域第１のコントラスト照明及び広帯域第２のコントラスト照明を受け取ることで、ウェーハのそれぞれ第１のコントラスト画像及び第２のコントラスト画像の取込を可能にする。第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置は、ウェーハが動く間、第１のコントラスト画像及び第２のコントラスト画像の順次の取込を可能にするために空間的に構成される。

本発明の実施態様の第４の態様にしたがえば、検査システムが開示され、これは第１の広帯域照明を供給するための照明装置と、ウェーハの第１の画像を取込むためにウェーハから反射される第１の広帯域照明を受け取るための第１の画像取込モジュールと、ウェーハの第２の画像を取込むためにウェーハから反射される第１の広帯域照明を受け取るための第２の画像取込装置とを備える。第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置は、第１の画像及び第２の画像を順次に取込むために構成される。ウェーハは、第１の画像と第２の画像の取込の間で空間的に変位される。空間変位は、第１の画像及び第２の画像の各々に対してエンコーダ値に基づいて順次算出される。

本発明の例示的な実施態様は下記の図面を参照して以下に記載される。

本発明の例示的な一実施態様にしたが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に強調される表示部「Ａ」にしたがう図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内に強調される表示部「Ｂ」にしたがう図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内に強調される表示部「Ｃ」にしたがう図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内に強調される表示部「Ｄ」にしたがう図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-照明装置、低角度暗視野照明装置、高角度暗視野照明装置、第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置の間の照明の光線パスを示す。 図９の明視野照明装置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の光線パスの流れ図である。 図９の高角度暗視野照明装置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の光線パスの流れ図である。 図９の低角度暗視野照明装置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の光線パスの流れ図である。 図１のシステムの細線照明装置と３Ｄ画像取込装置又はカメラとの間の照明の光線パスを示す。 図１のシステムの点検明視野照明装置、点検暗視野照明装置及び点検画像取込装置の間の照明の光線パスを示す。 図１４の点検明視野照明装置と点検画像取込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の光線パスの流れ図である。 図１４の点検暗視野照明装置と点検画像取込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の光線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の方法の実行中に取込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の画像取込装置による第１の画像の取込及び第２の画像取込装置による第２の画像の取込に対するタイミング図を示す。 図１の第１の画像取込装置によって取込される第１の画像を示す。 図１の第２の画像取込装置によって取込される第２の画像を示す。 ウェーハが移動している時、第１の画像及び第２の画像の取込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の画像及び図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装置と３Ｄ画像取込装置又はカメラとの間の照明の例示的な光線パスを示す。 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。 図１７の方法の方法ステップで実行される例示的な点検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及びダイの検査は、半導体構造体の製造又は製作において次第に高まる重大なステップである。半導体ウェーハのための強化している品質基準に結び付けられる半導体ウェーハの回路の増加する複雑さは、半導体ウェーハ検査システム及び方法の改善に対して増加する必要性に至った。

構成的又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及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及び方法が欠如していることが現在存在している。加えて、それの構成部品、例えば照明装置、カメラ、対物レンズ、フィルタ及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及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及び整合性は次第に高まって重大である。半導体ウェーハの取込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及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取込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又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システム及び方法を提供する。

簡潔及び明快にするために、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。しかしながら、これは、動作上、機能的又は性能特性のような本発明の種々の実施態様の間で行き渡っている基本原理が必要とされる他の応用例から本発明を除外しないことは当業者によって理解される。例えば、本発明によって提供されるシステム及び方法は、半導体ダイ、ＬＥＤチップ及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及び図２に示すように半導体ウェーハ１２を検査するための例示的なシステム１０は本発明の第１の実施態様にしたがって提供される。また、システム１０は必要に応じて他の半導体デバイス又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又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）又はフィルムフレームカセットホルダ、ＸＹ変位テーブル２２及び少なくとも一組の４個の振動絶縁装置２４（図１及び図２に示す）を備える。

図７及び図８で示す光検査ヘッド１４は、複数の照明装置及び画像取込装置を備える。好ましくは、光検査ヘッド１４は明視野照明装置２６、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０を含む。追加的な暗視野照明装置が必要に応じてシステム１０内に組み込むことができることは当業者によって理解される。低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０が単一暗視野照明装置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できることは当業者によって更に理解される。

明視野照明装置２６、別名明視野照明光源又は明視野照明エミッタは、明視野照明又は光を供給するか又は放射する。明視野照明装置２６は、例えばフラッシュランプ又は白色発光ダイオードである。好ましくは、明視野照明装置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。しかしながら、明視野照明が代替波長及び光学的性質にできることは当業者によって理解される。

明視野照明装置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装置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装置２６から放射される明視野照明の方向付けを容易にする。

低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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又は供給する。暗視野照明装置は、それらの対応する画像取込装置に入る直接透過された（又は散乱されない）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又は光源である。一般に、暗視野画像を取込むための画像取込装置は、サンプル又は対象物によって散乱された照明又は光を受け取る。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。明視野照明及び暗視野照明は、コントラスト照明の例である。

低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０は、例えばフラッシュランプ又は白色発光ダイオードである。好ましくは、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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有する広帯域暗視野照明である。あるいは、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０は異なる波長又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（又はウェーハテーブル１６の水平面に対して）、低角度暗視野照明装置２８は高角度暗視野照明装置３０と比較するとより低角度である。例えば、低角度暗視野照明装置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、高角度暗視野照明装置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、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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。

低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々は、好ましくは第２の及び第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の及び第３の光ファイバの両方が、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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装置２８から放射される暗視野照明の方向付けを容易にし、第３の光ファイバが高角度暗視野照明装置３０から放射される暗視野照明の方向付けを容易にする。明視野照明装置２６、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々によって供給される照明は、制御することができ、かつ連続的に供給されるか又はパルス状にされるかのどちらかにすることができる。

明視野照明及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の検査及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、明視野照明及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の異なる感度又は反射又は分極に起因して望ましくなく影響されることはないことを意味する。

好ましくは、それぞれ明視野照明装置２６及び暗視野照明装置２８、３０によって供給される明視野照明及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の材料にしたが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、明視野照明及び暗視野照明の各々の強度は、半導体ウェーハ１２の取込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の画像取込装置３２（すなわち第１のカメラ）及び第２の画像取込装置３４（すなわち第２のカメラ）を更に備える。第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の各々は、明視野照明装置２６によって供給される明視野照明並びに低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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の画像取込装置３２によって受け取られるか又はそれに入る明視野及び暗視野照明は、好ましくは対応する画像の取込のために第１の画像取込平面に焦点を合わせられる。第２の画像取込装置３４によって受け取られるか又はそれに入る明視野及び暗視野照明は、好ましくは対応する画像の取込のために第２の画像取込平面に焦点を合わせられる。

第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４は、モノクロ又はカラーのどちらかの画像を取込む。好ましくは、単一又は３チップカラーセンサを用いて、ウェーハ１２のカラー画像を取込む能力は、欠陥検出の正確度及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のカラー画像を取込む能力は好ましくは、半導体ウェーハ１２上の欠陥の誤った検出及び対応してその誤った不合格を減少するのを助ける。

光検査ヘッド１４は、第１の画像取込装置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の画像取込装置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及び第２のチューブレンズ３８の各々は、好ましくは共通の光特性及び機能を共有する。したがって、チューブレンズ３６及び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及び第２のチューブレンズ３８と称される。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）又は検査のために配置される半導体ウェーハ１２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、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倍及び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、高性能補正収差を有する。しかしながら、この複数の対物レンズの各々がそれの異なる拡大倍率及び性能を達成するために変更されるか又は再設計できることは当業者によって理解される。

低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々は、そこからの暗視野照明を好ましくは検査位置に配置される半導体ウェーハ１２の方へ差し向けるか又は焦点合わせるための焦点合せ手段又はメカニズムを備える。低角度暗視野照明装置２８とウェーハ１２の水平面との間の角度及び高角度暗視野照明装置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、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々は、検査位置に関して固定された空間位置を有する。代替的には、低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々の位置は、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、明視野照明及び暗視野照明の両方は、検査位置に焦点合わせられる。検査位置に焦点を合わせられる明視野照明及び暗視野照明は、検査位置に置かれる半導体ウェーハ１２又はその一部を照明する。

図６に示すように、システム１０はウェーハスタック２０又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は、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）又はウェーハチャックに順次ロードされるか又は積み換えられる。好ましくは、吸気又は真空がウェーハテーブル１６に加えられて、半導体ウェーハ１２をその上に固定する。ウェーハテーブル１６は、好ましくは所定の数の小開口又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及びフレーム（両方とも図示せず）の信頼性が高い平坦な位置を可能にする。また、ウェーハテーブル１６は、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及び図２に示す）に連結され、それはＸＹ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、したがって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、代替的に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又はエアーギャップ線形ポジショナは、システム１０の他のものからウェーハテーブル１６に伝送される振動の最小の影響でＸＹ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又はそ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及びウェーハテーブル１６の組立体は、衝撃又は振動を吸収して組立体及び他のモジュール又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又は振動絶縁装置２４（図２に示す）に取り付けられる。代替メカニズム又は装置がウェーハテーブル１６に連結されるか又はそれとともに用いて、その変位を制御し、検査位置での半導体ウェーハ１２の高精度精密位置決めを容易にすることができることは当業者によって認識される。

半導体ウェーハ１２の検査は、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が動いている間に実行される。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ているとき半導体ウェーハ１２の画像、例えば明視野画像及び暗視野画像の取込が好ましくは生じる。代替的には、すべての新たな半導体ウェーハ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のソフトウェア制御によって）その停止の選択をする場合、画像形成手段により停止して高解像度画像を取込むことができる。

前述のように、システム１０は第１のチューブレンズ３６及び第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の画像取込装置３２との間に配置される。照明は、第１の画像取込装置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は対物レンズ４０と第２の画像取込装置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、第２の画像取込装置３４に入る前にミラー又はプリズム４７によって偏向される。

複数の対物レンズ４０の各々は高性能補正収差を有する。したがって、対物レンズ４０を通過した後に照明又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及び第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及び第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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の各々の位置決めの容易さ及び柔軟性を高める。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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置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及び第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又は付属品の導入及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の他のものを再構成する必要性なしに特に対物レンズ４０と第１のチューブレンズ３６及び第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又は付属品の現場導入及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はシステム１０の構成部品の柔軟な及び現場設計及び再構成を可能にすることが当業者によって認識される。本発明のシステム１０は、システム１０との間で光学部品又は付属品の導入及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の画像取込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の画像取込平面上への平行にされた照明の焦点合せを容易にする。この説明においてチューブレンズがシステム１０に使用されると記載されているが、代替光デバイス又はメカニズムが用いられて、照明、特に明視野照明及び暗視野照明の平行、次いでそれぞれ第１の画像取込平面及び第２の画像取込平面のどちらかへの焦点合せを可能にすることが当業者によって認識される。

第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の空間位置は、第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４によって占められる空間を減少するように決定され、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）ようになる。

好ましくは、システム１０は複数のビーム分割器及びミラー又は反射面を更に備える。ビーム分割器及びミラー又は反射面は、好ましくは低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置３０の各々から明視野照明並びに暗視野照明を差し向けるために配置される。

好ましくは、システム１０は記憶メモリ又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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４と電気的に通信可能で又はそれに連結される。第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４によって取込される画像は、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、特にそれに対して伝送される画像を処理し、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プログラム可能（プログラマブル）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、特に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ＣＰＵによって制御される。代替的には、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（プログラマブル）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（プログラマブル）である。加えて、ＣＰＵは好ましくはプログラムされてデータベース内に被処理情報、特に被処理画像及び検出された欠陥を記憶する。画像の取込、取込画像の処理及び半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出に関する更なる詳細は以下に説明する。

以上で与えられる説明を用いて、当業者によって理解されるように、明視野照明装置２６から放射されるか又は供給される明視野照明及び低角度暗視野照明装置２８及び高角度暗視野照明装置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又はＤＬＡ照明及び暗視野高角度又はＤＨＡ照明とそれぞれ称する）は、各々異なる光線パス又は光線路をたどる。

明視野照明によってたどられる例示的な第１の光線パス１００の流れ図は図１０に示される。

第１の光線パス１００のステップ１０２において、明視野照明又は光が明視野照明装置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装置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装置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の反射面４６又は第１のミラーによって反射される。第１の反射面４６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の方へ差し向けられる。

ステップ１０６において、第１のビーム分割器４８は、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。しかしながら、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又は透過される明視野照明の強度又は量を制御するために必要に応じて調整できることは当業者によって理解される。

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差し向けられる。特に、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の方へ差し向けられる。ステップ１０８において、明視野照明装置２６は対物レンズ４０によって検査位置又は検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に焦点が合わせられる。

明視野照明装置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は、検査位置に置かれる半導体ウェーハ１２、特に、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。

ステップ１１２で、半導体ウェーハ１２によって反射される明視野照明は、対物レンズ４０を通過する。前述のように、対物レンズ４０は高性能補正収差を有する。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の方へ差し向けられる。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することができる。立方ビーム分割器５０はそれによって受け取られる照明を２つの光パスに分割するので、立方ビーム分割器５０が好ましい。したがって、立方ビーム分割器５０の構成及び形状は、この目的のためより良い性能及び位置合わせを提供することが当業者によって認識される。第２のビーム分割器５０によって反射されるか又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又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の画像取込装置３２の方へ進行する。明視野照明はステップ１２０で第１の画像取込装置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の画像取込装置３２の第１の画像取込平面上へ焦点を合わせする助けをする。第１の画像取込平面上に焦点を合わせられる明視野照明は第１の画像取込装置３２による明視野画像の取込を可能にする。

第１の画像取込平面によって取込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に伝送されるか又はダウンロードされる。また、ＣＰＵへの画像信号の伝送はデータ転送として公知である。次いで、転送された明視野画像はＣＰＵで処理され、それに記憶されることのうち少なくとも１つが実行される。

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の画像取込装置３４の方へ進行する。明視野照明はステップ１２４で第２の画像取込装置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の画像取込平面上へ焦点を合わせする助けをする。第２の画像取込平面に焦点を合わせられる明視野照明は第２の画像取込装置３４による明視野画像の取込を可能にする。

第２の画像取込平面によって取込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に伝送されるか又はダウンロードされる。また、プログラマブルコントローラへの画像信号の伝送は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、それに記憶されることのうち少なくとも１つが実行される。

暗視野高角度（ＤＨＡ）照明によってたどられる例示的な第２の光線パス２００の流れ図は図１１に示される。

第２の光線パス２００のステップ２０２において、ＤＨＡ照明が高角度暗視野照明装置３０によって供給される。前述のように、第２の光ファイバは好ましくは高角度暗視野照明装置３０から供給されるＤＨＡ照明を方向付ける助けをする。好ましくは、ＤＨＡ照明は光学部品又は付属品、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、検査位置に差し向けられるＤＨＡ照明は検査位置に置かれる半導体ウェーハ１２又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。高性能補正収差を有する対物レンズ４０はステップ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の方へ差し向けられる。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、その一部が第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の方へ差し向けられる。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照明の透過又は反射は第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の画像取込装置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の画像取込装置３２の第１の画像取込平面上へ平行にされたＤＨＡ照明が焦点を合わせる助けをする。第１の画像取込平面に焦点を合わせられるＤＨＡ照明は、暗視野画像、特に第１の画像取込装置３２による暗視野高角度（ＤＨＡ）画像の取込を可能にする。

一方、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照明はステップ２１８で第２の画像取込装置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の画像取込装置３４の第２の画像取込平面上へ平行にされたＤＨＡ照明が焦点を合わせる助けをする。第２の画像取込位置に焦点を合わせられるＤＨＡ照明は暗視野画像、特に第２の画像取込装置３４による暗視野高角度（ＤＨＡ）画像の取込を可能にする。

暗視野低角度（ＤＬＡ）照明によってたどられる例示的な第３の光線パス２５０の流れ図は図１２に示される

第３の光線パス２００のステップ２５２において、ＤＬＡ照明は低角度暗視野照明装置２８によって供給される。第３の光ファイバは好ましくは低角度暗視野照明装置２８によって供給されるＤＬＡ照明を方向付ける助けをする。好ましくは、ＤＬＡ照明は光学部品又は付属品、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、検査位置に差し向けられるＤＬＡ照明は検査位置に置かれる半導体ウェーハ１２又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ＤＬＡ照明はステップ２５６で対物レンズ４０を通過する。高性能補正収差を有する対物レンズ４０はステップ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の方へ差し向けられる。ステップ２５８において、ＤＬＡ照明は第１のビーム分割器４８に当たり、その一部が第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の方へ差し向けられる。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照明の透過又は反射は第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の画像取込装置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の画像取込装置３２の第１の画像取込平面上へ平行にされたＤＬＡ照明が焦点を合わせる助けをする。第１の画像取込平面に焦点を合わせられるＤＬＡ照明は、暗視野画像、特に第１の画像取込装置３２による暗視野低角度（ＤＬＡ）画像の取込を可能にする。

一方、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照明はステップ２６８で第２の画像取込装置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の画像取込装置３４の第２の画像取込平面上へ平行にされたＤＬＡ照明が焦点を合わせる助けをする。第２の画像取込位置に焦点を合わせられるＤＬＡ照明は暗視野画像、特に第２の画像取込装置３４による暗視野低角度（ＤＬＡ）画像の取込を可能にする。

ＤＨＡ照明及び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光線パスをたどることは、以上で与えられる説明から当業者によって認識される。しかしながら、ＤＨＡ照明の第２の光線パス２００及びＤＬＡ照明の第３の光線パス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照明及び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することができる。例えば、ＤＨＡ照明及び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のタイプ又はシステム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したがい調整することができる。

第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の各々によって取込されるＤＨＡ画像及びＤＬＡ画像は好ましくは画像信号に変換され、その後ＣＰＵに伝送されるか又はダウンロードされる。また、ＣＰＵに対する画像信号の伝送はデータ転送として公知である。転送されたＤＨＡ画像及び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つが実行される。

前述のように、第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置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及び第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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の空間位置決めを容易にする。他の光学部品又は付属品、例えばミラーが明視野照明、ＤＨＡ照明及びＤＬＡ照明を方向付けるために、かつ第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の空間位置決めを容易にするために使用できることが、当業者によって更に認識される。好ましくは、第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の空間位置は検査位置に関して固定される。第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置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及び効率のとも１つを高める。例えば、検査位置に対する第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４の固定された空間位置は、典型的にモバイル画像取込装置又はカメラの使用と関連する較正ロス及び調整フィードバックロスを好ましくは減少する。

システム１０の光検査ヘッド１４は、好ましくは第３の照明装置（以下に細線照明装置５２と称する）を更に備える。細線照明装置５２は細線照明エミッタとも称する。細線照明装置５２は、細線照明を放射するか又は供給する。細線照明装置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。代替的には、細線照明装置５２は広帯域細線照明を供給する広帯域照明装置である。細線照明は、好ましくは検査位置に、特に検査位置に配置される半導体ウェーハ１２に必要に応じて変更できる所定の角度で差し向けられる。ミラー素子５４又はミラーは、好ましくは検査位置に細線照明を差し向けるために細線照明装置５２に対して所定の位置に連結されるか又は配置される。

システム１０の光検査ヘッド１４は、好ましくは第３の画像取込装置（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、３Ｄ画像取込平面（図示せず）に焦点を合わせられ、それによって半導体ウェーハ１２の３Ｄ画像を取込む。細線照明装置５２及び３Ｄ形状カメラ５６を備える３Ｄ光学機器は図１３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は高性能補正収差を有する。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及び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画像取込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及び３Ｄ形状カメラ５６と共にチューブレンズ６０の使用は３Ｄ形状カメラ５６の柔軟な位置決め及び再構成を容易にする。加えて、３Ｄ形状対物レンズ５８及び３Ｄ形状カメラ５６と共にチューブレンズ６０の使用は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又は付属品を導入する容易さを可能にする。

細線照明装置５２及び３Ｄ形状カメラ５６は、好ましくは半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状走査及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、細線照明装置５２及び３Ｄ形状カメラ５６はＣＰＵに連結され、それが細線照明装置５２及び３Ｄ形状カメラ５６の動作を調整するか又は同期する助けをする。更に好ましくは、半導体ウェーハ１２の自動３Ｄ形状走査及び検査はシステム１０によって実行される。半導体ウェーハ１２のこの自動３Ｄ形状走査及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は点検画像取込装置６１を備える。点検画像取込装置６１は、例えばカラーカメラである。点検画像取込装置６１は好ましくはカラー画像を取込む。代替的には、点検画像取込装置６１はモノクロ画像を取込む。点検画像取込装置６１は、好ましくは半導体ウェーハ１２の検査画像を取込し、半導体ウェーハ１２上で検出される欠陥を確認し、分類し、検査することのうち少なくとも１つを実行する。

光検査ヘッド１４は、それぞれ明視野照明及び暗視野照明を供給するための点検明視野照明装置６２及び検査暗視野照明装置６４を更に備える。点検画像取込装置６１は、それぞれ点検明視野照明装置６２及び点検暗視野照明装置６４によって供給され、半導体ウェーハ１２によって反射される明視野照明及び暗視野照明を受け取り、半導体ウェーハ１２の点検画像を取込む。代替的には、点検画像取込装置６１は代替照明装置、例えば上記の照明装置の１つによって供給される照明を取込し、半導体ウェーハ１２の点検画像を取込む。点検画像取込装置６１は、好ましくは半導体ウェーハ１２の高解像度画像を取込む。

点検視野照明装置６２、点検暗視野照明装置６４、点検画像取込装置６１及びその間にある照明パターンを示す図は図１４に与えられる。点検視野照明装置６２で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の光線パス３００の流れ図は図１５に示される。

第４の光線パス３００のステップ３０２において、明視野照明が点検明視野照明装置６２によって供給される。点検明視野照明装置６２によって供給される明視野照明が、第１の反射面６６に差し向けられる。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の方へ差し向けられる。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は、それによって反射されて検査位置の方へ差し向けられる。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又はそ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、点検対物レンズ７０は高性能補正収差を有する。したがって、ステップ３１０で点検対物レンズ７０を通過する明視野照明は点検対物レンズ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、その一部は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。次いで、明視野照明はステップ３１６で点検画像取込装置６１に入る前にステップ３１４で点検チューブレンズ７２を通過する。点検チューブレンズ７２は平行にされた明視野照明を点検画像取込装置６１の画像取込平面上へ焦点合わせをする。点検画像取込装置６１の画像取込平面に焦点合わせられる明視野照明は、ステップ３１８で点検明視野画像の取込を容易にする。

点検対物レンズ７０と点検チューブレンズ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及び付属品の導入の容易さを促進する。加えて、点検対物レンズ７０と点検チューブレンズ７２との間の明視野照明の平行は好ましくは点検画像取込装置６１の必要に応じて柔軟な位置決め及び再構成を可能にする。

点検暗視野照明装置６４で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の光線パス３５０の流れ図は図１６に示される。

第５の光線パス３５０のステップ３５２において、暗視野照明は点検暗視野照明装置６４によって供給される。点検暗視野照明装置６４によって供給される暗視野照明は好ましくは検査位置に直接焦点合わせられる。加えて、点検暗視野照明装置６４によって供給される暗視野照明は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差し向けられる。この所定の角度は好ましくは高角度であって、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又はその一部によって反射される。次いで、反射された暗視野照明はステップ３５６で点検対物レンズ７０を通過する。ステップ３５６で点検対物レンズ７０を通過する暗視野照明は点検対物レンズ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、そ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。次いで、暗視野照明はステップ３６２で点検画像取込装置６１に入る前にステップ３６０で点検チューブレンズ７２を通過する。第４のチューブレンズ７２は平行にされた暗視野照明を点検画像取込装置６１の画像取込平面上へ焦点合わせをする。点検画像取込装置６１の画像取込平面に焦点合わせられる暗視野照明はステップ３６４での点検暗視野画像の取込を容易にする。点検対物レンズ７０と点検チューブレンズ７２との間の明視野照明及び暗視野照明の各々の平行はシステム１０の設計及び構成の容易さを高める。特に、点検対物レンズ７０と点検チューブレンズ７２との間の明視野照明及び暗視野照明の各々の平行はシステム１０の他の構成部品と共に点検画像取込装置６１の位置決め又は構成の容易さを高め、それによって半導体ウェーハ１２が動く間に点検明視野画像及び点検暗視野画像の取込を容易にする。

取込された点検明視野画像及び取込された点検暗視野画像は、好ましくは画像信号に変換されて点検画像取込装置６１からプログラマブルコントローラまで伝送され、ここでそれらが処理され、データベース内に記憶されるか又は保存されることができる。

点検画像取込装置６１は検査位置に対して固定された空間位置を有する。点検画像取込装置６１の固定空間位置は典型的にモバイル画像取込装置又はカメラの使用と関連する較正ロス及び調整フィードバックロスを好ましくは減少させ、それによって取込される点検明視野画像及び点検暗視野画像の品質を高める（注：先の記載は点検画像取込装置の固定位置の利点を強調するもので、チューブレンズの使用によって可能にされる）。

更に、システム１０は振動絶縁装置２４を備え、こ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又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を支持して安定する助けをする。各振動絶縁装置２４は好ましくは圧縮可能な構造体又は吸収筒缶であり、これは地面振動を吸収し、それによってシステム１０への地面振動の伝導を防ぐための緩衝器として機能する。システム１０に対する望まない振動又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の画像取込装置３２、第２の画像取込装置３４、３Ｄ形状カメラ５６及び点検カメラ６１の各々によって取込される画像の品質を高め、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助けをする。

半導体ウェーハ１２を検査するための例示的な方法４００は本発明の一実施態様にしたがって提供される。例示的な方法４００の方法流れ図は図１７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、分類及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は基準画像（別名ゴールデン基準）を利用し、これと半導体ウェーハ１２の取込画像が半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出、分類及び検査のうち少なくとも１つのために比較される。明確にするため、例示的な基準画像作成プロセス９００の説明が例示的な方法４００の説明の前に与えられる。例示的な基準画像作成プロセス９００は図１８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（手法）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又は導き出される。代替的には、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。代替的には、レシピは外部データベース又はメモリ空間内に記憶される。

所定の基準領域の各々は未知の品質である半導体ウェーハ１２上の位置を代表する。複数の基準領域の使用は、半導体ウェーハ１２上の異なる位置で又は複数のウェーハの間で表面変動の可能性を補正する助けをする。この種の表面変動は、差別的平面性及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できることは、当業者によって理解される。代替的には、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できる。

ステップ９０４において、第１の基準領域が選択される。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の取込位置の中で取込される。特に、ｎ画像が選択された基準領域の各所定の位置で取込される。選択された基準領域の所定の位置の数及び位置は、必要に応じてソフトウェアプログラム及び手入力の少なくとも１つによって容易に変更できる。

ｎ画像は、必要に応じて第１の画像取込装置３２、第２の画像取込装置３４、及び点検画像取込装置６２の少なくとも１つを用いて取込むことができる。代替的には、ｎ画像が異なる画像取込装置を用いて取込される。ｎ画像の取込のために用いられる照明は必要に応じて変更することができ、例えば明視野照明、ＤＨＡ照明及びＤＬＡ照明の１つ又は組合せである。ｎ画像の取込のために用いられる照明のカラー及び強度は必要に応じて選ばれて変更することができる。

各位置での複像の取込は、好ましくは基準画像の取込中に用いられる照明、光学機器及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及び分類上の望まない影響又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は各指定された照明条件に対して取込むことができる。好ましくは、各指定された照明条件での複像の取込が、フラッシュ毎又はストローブ毎の照明変動の正常化又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。代替的には、ｎ画像は必要に応じて外部データベース又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で取込されたｎ画像は、位置合わせされて前処理される。好ましくは、ステップ９０６で取込されたｎ画像の下位画素は、登録される。ｎ画像の下位画素の登録は、好ましくはバイナリ、グレイスケール又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、バンプ又はパッドを含むが、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。特に、選択された基準領域の所定の位置の各々で取込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は半導体ウェーハ１２（又は複数のウェーハ）上の異なる位置又は領域でカラー変動を正規化するか又は補正する助けをする。更に好ましくは、ｎ画像の各々の基準強度の計算は半導体ウェーハ１２（又は複数のウェーハ）上の異なる位置又は領域での他の表面変動を含むか又は補正する助けをする。

ステップ９１０はｎ基準強度の計算をもたらし、ｎ基準強度の各々は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、最大及び最小強度を含むが、これに限定されるものではない。

特に、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又は加算平均であり、これは一組の数又はｎ数の中心傾向又は標準値を示す。次に、この一組の数は逓倍され、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は下記に示される：

算術平均又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及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で取込される第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算出される。特に、標準偏差は幾何学的な標準偏差であり、こ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載する。標準偏差を得るための計算式は下記に示される：

ここで、μｇは一組の数｛Ａ１、Ａ２、．．．、Ａｎ｝の幾何平均である。

ステップ９１４において、取込されるｎ画像は、半導体ウェーハ１２又は第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、一時的に保存される。また、ステップ９１２で算出される統計情報は、好ましくはステップ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。代替的には、上記のデータは必要に応じて代替データベース又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か否かが判定される。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及び９１２によって得られる情報に対する依存で実行される。代替的には、ステップ９１６は手動で容易にされるか又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すことができる。第１の基準領域のいかなる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９１８でステップ９０４から９１６が所定の数の基準領域の次の基準領域（本説明のために第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は、好ましくはソフトウェア制御されて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及び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。代替的には、ステップ９１８は手動で容易にされるか又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取込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す必要がある場合、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すことができる。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。しかしながら、以下の諸ステップと相補的な追加的なステップ又は技法が基準画像の計算において実行できることは当業者によって理解される。

ステップ９２２において、規定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、規定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の規定済み限界及び範囲はソフトウェアで選ばれて判定されるか又は手動で判定することができる。ステップ９２４では、規定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の規定済み値はソフトウェアで選ばれて判定されるか又は手動で判定することができる。ステップ９２６では、所定の値又は範囲から外れる基準強度を有する画素がステップ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は特定の画素強度の画素を有する画像の識別を容易にする。特に、ステップ９２２から９２６は識別されるべき規定済み限界又は範囲から外れる基準強度を有する画素を有する画像の識別、例えば「望ましくない」画像の識別を可能にする。特に、ステップ９２２から９２６は基準画像計算から「望ましくない」画素を除去して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助けをする。

「望ましくない」画像は廃棄される。これは、欠陥のあるデータ又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又は存在を防ぐ。ステップ９２８では、規定済み限界及び範囲内の画素（すなわち廃棄されない画像）を有す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は以下の画像データの導出をもたらす：
（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及び最小強度
（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は基準画像を代表する。基準画像は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。基準画像及びそれらの対応する画像データは好ましくはＣＰＵのデータベース内に保存される。代替的には、基準画像及びそれらの対応する画像データは代替データベース又はメモリ空間内に保存される。ステップ９２２から９２６は基準画像及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又はサイズを減少する助けをし、それによって方法４００はより高い速度又は正確度で実行されることを可能にすることは当業者によって認識される。

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視覚化するために２５５に正規化される。しかしながら、各画素の加算平均強度が基準画像を表示して視覚化するために代替値に正規化できることは当業者によって理解される。

ステップ９０４から９２８は第１の画像取込装置３２、第２の画像取込装置３４及び点検カメラの少なくとも１つによって対応する数の画像を取込むために所定の回数繰り返すことができる。加えて、ステップ９０４から９２８は、必要に応じて、異なる照明又は照明条件、例えば明視野照明、ＤＨＡ照明、ＤＬＡ照明及び細線照明で画像を取込むために繰り返すことができる。ステップ９０４から９２８の繰り返しは、複数の照明又は照明条件に対して必要に応じて複像取込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取込された画像の品質の変動に対して半導体ウェーハ１２（又は複数のウェーハ）の複数の基準領域に対する複数の照明条件での基準画像の導出は計測性及び必要とされる所での補正を確実にする。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）での基準画像の取込は、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及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制御されることの少なくとも１つである。代替的には、ステップ９０４から９２８の少なくとも１つは必要であれば手動で補助することができる。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は未知の品質の半導体ウェーハ１２のその後取込された画像との比較のために用いられ、それによって半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出、分類及び検査の少なくとも１つを可能にする。

前述のように、本発明は半導体ウェーハ１２の検査のための例示的な方法４００を提供し、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、分類し、検査することのうち少なくとも１つを行う。

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はウェーハテーブル１６上へロードされる。好ましくは、半導体ウェーハ１２は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。吸気又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）又はバーコードを備える。ウェーハＩＤ番号又はバーコードは、半導体ウェーハ１２の表面上に、特に半導体ウェーハ１２の表面の周辺で彫刻されるか又はタグを付けられる。ウェーハＩＤ番号又はバーコードは半導体ウェーハ１２を識別して半導体ウェーハ１２がウェーハテーブル１６上へ正しく又は適切にロードされる。

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することができる。代替的には、ウェーハマップは外部データベース又はプロセッサから読み出すことができる。さらに代替的には、ウェーハマップは当業者に公知の方法又は技法を用いて、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又は導出することができる。

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取込されるか又は決定され、ウェーハＸ、Ｙ並進及び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、ウェーハ走査パス及び複数の画像取込位置が算出されるか又は決定される。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パス及び複数の画像取込位置の計算を容易にする。好ましくは、ウェーハ走査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、検査領域、ウェーハ走査速度及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。複数の画像取込位置の各々は画像が取込されるべき半導体ウェーハ１２上の位置を反映するか又はこれに対応する。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取込位置の各々は変更することができる。当業者に公知の技法を用いて必要に応じて、画像取込位置の数も変更することができる。

好ましくは、ステップ４０４から４０８がシステム１０によって、特にシステム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つは代替プロセッサによって又はその助けを借りて実行することができる。

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、得られるか又は作り出される。例示的な二次元（２Ｄ）ウェーハ走査プロセス５００のプロセス流れ図は図１９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の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４による明視野画像及び暗視野画像の取込を可能にする。

２Ｄウェーハ走査プロセス５００のステップ５０２では、第１の画像取込装置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、例えば明視野照明装置２６によって供給される明視野照明、高角度暗視野照明装置３０によって供給されるＤＨＡ照明又は低角度暗視野照明装置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、システム１０の照明装置（２８、３０、５２、６４及び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。

画像取込装置３２及び３４は明視野照明装置２６、ＤＨＡ照明装置３０及びＤＬＡ照明装置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。画像取込装置３２によって用いられる第１の照明及び画像取込装置３４によって用いられる第２の照明に対する幾つかの可能な組合せが図２０のテーブルに示される。第１の画像取込装置３２及び第２の画像取込装置３４が実質的に類似した照明を用いる場合、この種の構成の処理能力は可能な全ての構成で最高のものとなる。

本説明のために、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ぶことができる。したがって、第１の照明は明視野照明装置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及び５０４が同時に実行される。ステップ５０２及び５０４の性能は、図２２ａに示すように、第１の画像取込装置３２による第１の画像の取込を可能にする。ステップ５０６では、第１の画像取込装置３２によって取込される第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又は記憶メモリに記憶される。

ステップ５０８では、第２の画像取込装置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。本説明のために、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装置３０によって供給されるＤＨＡ照明である。しかしながら、第１の照明及び第２の照明が必要に応じて代替照明、例えば図２０のテーブルで示す構成と異なるものにできることは当業者によって認識される。

好ましくは、ステップ５０８及び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及び５１０の実行と並行して生じる。ステップ５０８及び５１０の実行は図２２ｂに示すように、第２の画像取込装置３４による第２の画像の取込を可能にする。ステップ５１２では、第２の画像取込装置３４によって取込される第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又は記憶メモリに記憶される。

第１の画像取込装置３２の露光、第１の照明の供給、第２の画像取込装置３４の露光、第２の照明の供給及びデータ転送プロセスを示す図表が図２１に与えられる。ステップ５０２から５１２は任意の回数繰り返して対応するセット数の半導体ウェーハ１２の第１の画像及び第２の画像を取込むことができる。特に、ステップ５０２から５１２は、好ましくは繰り返されて、ステップ４０８で算出されるウェーハ走査パスに沿った複数の画像取込位置の各々で半導体ウェーハ１２の第１の照明及び第２の照明による画像を取込む。

前述したように、第１の画像及び第２の画像の各々は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、データベース又は記憶メモリに記憶される。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がウェーハ走査パスに沿って動く間、第１の画像及び第２の画像の取込が実行される。したがって、半導体ウェーハ１２がステップ５０２、５０４（また、好ましくは同時に生じる）とステップ５０８、５１０（また、好ましくは同時に生じる）との間のウェーハ走査パスに沿って所定の距離だけ変位されることを当業者は認識できる。所定の距離はウェーハ走査パスに沿った半導体ウェーハ１２の変位の速度及びステップ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。所定の距離は例えばＣＰＵによって、必要に応じて制御されて変更することができる。所定の距離の制御及び変動はソフトウェア又は手動で促進されることの少なくとも１つである。

したがって、第２の画像上へ重畳されるか又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の画像及び第２の画像の取込に起因する得られる画像オフセットを実証する第１の画像及び第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パスに沿った半導体ウェーハ１２の変位の速度及びステップ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及び変動はソフトウェア又は手動で促進されることのうち少なくとも１つである。

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及び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エンコーダ値が用いられ、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。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下位画素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及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することができる。

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パスに沿った算出画像取込位置での半導体ウェーハ１２の複像の取込をもたらす。

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上の欠陥を識別し又は検出し、分類し、まとめ、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のプロセス流れ図は図２３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で取込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又は検出し、分類し、まとめ、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メモリ作業空間内にロードされる。第１の加工画像は２Ｄウェーハ走査プロセス中に取込され保存される複数の第１の画像及び第２の画像から選ばれる。本説明のために、第１の加工画像は２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に第１の画像取込装置３２によって取込される第１の画像を代表する。

ステップ６０４では、第１の加工画像の下位画素位置合わせが実行される。下位画素位置合わせは、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。これはバイナリ又はグレイスケール又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規定済み重要領域から算出される。ステップ６０４及び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することができる。必要があれば、追加的なステップが前処理に組み込むことができる。

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又は合致する。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又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は以上に詳細に記載され、図１８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は乗法又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、次いで第１の加工画像はステップ６０８で選ばれた第１の基準画像と照合されるか又はそれに対して評価される。第１の基準画像との第１の加工画像の照合又は評価は半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出又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一連の計算命令又はアルゴリズムを実施し、第１の基準画像と第１の加工画像を照合し、それによって半導体ウェーハ１２上の欠陥の検出又は識別を可能にする。

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で検出されるか又は識別される場合、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つ又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。さらに、アルゴリズムはユーザ規定の判定基準を満たすそれらの欠陥だけを選び欠陥重要領域（ＤＲＯＩ）を算出する。欠陥（又は複数の欠陥）がステップ６１６で検出されるか又は識別される場合、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、好ましくはプログラム（すなわち、一連の計算命令又はソフトウェアを含むか又は具体化する）され、ＤＲＯＩの計算を可能にする。

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。特に、第２の加工画像は２Ｄウェーハ走査プロセス４００中に第２の画像取込装置３４によって取込される第２の画像である。すなわち、第２の画像のＤＲＯＩ（第１の画像の対応画像である）は、第２の加工画像の下位画素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の検査は、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又は処理帯域幅を更に減少する。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処理能力又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、特に欠陥の位置又は位置、その分類が保存される。好ましくは、検出欠陥並びにそれの位置及び分類がＣＰＵのデータベース内に保存される。代替的には、検出欠陥並びにそれの位置及び分類が代替データベース又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中に取込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又はループ化することができる。２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に取込される画像の各々がメモリ作業空間内に順次ロードされ、かつ半導体ウェーハ１２上に存在する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及びそれの繰り返しはウェーハ走査パスに沿った複像取込位置のいずれかで半導体ウェーハ１２上に存在する欠陥の検出、確認及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並びにそれの位置及び分類が、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。代わりとして欠陥並びにそれの位置及び分類が代替データベース又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、一連の計算命令又はソフトウェアプログラムがプログラムされるか又はこれらの一連の計算命令又はソフトウェアプログラムから成る。代替的には、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することができる。

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照明及びＤＬＡ照明を用いて検出される欠陥並びにそれの位置及び分類のまとめること（統合）及び記憶をもたらす。

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形状画像の取込を可能にする。半導体ウェーハ１２は算出ウェーハ走査パスに沿って変位され、ステップ４０８で算出されるウェーハ走査パスに沿った複像取込位置の任意の１つ以上で半導体ウェーハ１２の３Ｄ画像を取込む。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装置５２によって供給されるか又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５４によって検査位置に差し向けられる。

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又はそ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で高性能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の画像取込平面上へ平行にされた細線照明の焦点を合わせる。３Ｄ画像取込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形状画像の取込を可能にする。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、その間の光学部品又は付属品の導入の容易さを促進し、３Ｄ形状カメラ５６の柔軟な位置決め及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又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差し向けられる。細線照明が検査位置に差し向けられる角度は、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可能である。細線照明の波長が、必要に応じて選ばれて変更できることも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選ばれて欠陥検出、検証及び分類の少なくとも１つの正確度を高める。

ステップ７１６で第１の３Ｄ画像が画像信号に変換されてＣＰＵに伝送される。ステップ７１８では、第１の３Ｄ画像がＣＰＵによって処理され、欠陥を３Ｄ高さ測定、平坦度（コプラナリティ）測定、検出、分類することの少なくとも１つを行なう。

好ましくは、ステップ７０２から７１８が任意の回数繰り返され、対応する数の３Ｄ画像を取込し、取込された３Ｄ画像をＣＰＵに伝送することができる。ステップ７０２から７１８は、ウェーハ走査パス又はウェーハ全体に沿った選択された画像取込位置のどちらかで実行することができる。

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。特に、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、個々のダイ及びウェーハ全体のはんだ球、金バンプ、反りのような３次元構造体の平坦度（コプラナリティ）、高さ等の３Ｄ計量詳細を与える。

好ましくは、３Ｄ画像の処理のステップ７１８の結果及びそれの繰り返しがＣＰＵのデータベース内に保存される。代替的には、３Ｄ画像の処理のステップ７１８の結果及びその繰り返しが必要に応じて代替データベース又はメモリ空間内に保存される。

また、例示的な第２の三次元（３Ｄ）ウェーハ走査プロセス７５０も第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の光線パスが図２５に示され、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に示される。

第２の３Ｄウェーハ走査プロセス７５０のステップ７５２では、細線照明装置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差し向けられる。反射器組立体８０は、代替的にはプリズム組立体又は２つのミラー又はプリズム機器として公知である。

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の表面形状にしたがい異なる方向に反射される。例えば、半導体ウェーハ１２上の構造上及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（照明の分散として知られている）。

半導体ウェーハ１２の表面形状にしたがい半導体ウェーハ１２から反射される細線照明は異なる方向に分散する。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。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画像を取込むことをむずかしくする。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又は増大された量の細線照明をもたらし、それによってそれぞれより薄暗い又はより明るい画像の取込をもたらすからである。あまりに薄暗いか又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、あまりに薄暗いか又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。特に、反射器組立体８０は複数の方向に反射される細線照明を取込むように構成される。好ましくは、反射器組立体８０は第１の対のミラー又はプリズム８２及び第２の対のミラー又はプリズム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、即ち第１の対のミラー又はプリズム８２を経由し又はそれによって差し向けられる第１の光パス及び第２の対のミラー又はプリズム８４を経由し又はそれによって差し向けられる第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取込された反射された細線照明を差し向けるように構成できることは、当業者によって理解される。

第１の光パス及び第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の対のミラー又はプリズム８２及び第２の対のミラー又はプリズム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の画像取込平面上への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の画像取込平面上への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（表示）の取込を可能にする。

反射器組立体８０の使用なしでは、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は３Ｄ形状カメラ５６に入る不適切に減少又は増大された量の細線照明及びそれによってそれぞれあまりに薄暗いか又はあまりに明るい画像の取込をもたらす可能性がある。この種の画像は典型的には廃棄される。あまりに薄暗いか又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輪郭解析又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画像取込装置５６を用いた半導体ウェーハ１２の３Ｄ形状の２つのビューの取込を可能にする。２つのビューはウェーハの３Ｄ輪郭解析又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又はプリズム８２、８４の使用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画像取込装置５６による取込のために再度差し向けることを可能にする。反射器組立体８０は３Ｄ画像取込装置５６の単一露光によって取込されるべき複数の方向（例えば２、３、４及び５つの方向）に、半導体ウェーハ１２から反射される照明を差し向けるために構成できることは、当業者によって理解される。

ウェーハの同じ形状の２つのビューを受け取るために、既存の装置は複像取込装置を用いて高価で、大きく、かつ複雑な機器を用いる。ウェーハのむらがある形状に起因し、反射光線は複像取込装置に所定の光線パスで一貫して戻らない。即ち、半導体ウェーハ１２の表面上の構造上及び幾何学的変動に起因する照明の分散は典型的には半導体ウェーハ１２の取込される単一ビュー画像の不正確さをもたらす。

半導体ウェーハ１２からの反射レイの強弱の変動（即ち、分散）を解消するために、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画像取込装置５６によって取込されることを可能にする。これは、半導体ウェーハ１２の３Ｄ輪郭解析及び検査の正確度を改善するのを助ける。また、単一カメラ、特に３Ｄ画像取込装置５６の使用はシステム１０のコスト及びスペース効率も高める。さらに、半導体ウェーハ１２の複数のビューを取込むための単一対物レンズ及び単一チューブレンズ（この場合、対物レンズ５８及びチューブレンズ６０）を用いる能力は較正の容易さ及び正確度を高める。

第１の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７００又は第２の例示的な３Ｄウェーハ走査プロセス７５０の完了の後、好ましくはステップ４１６及び４１８を実行することによって得られる半導体ウェーハ１２上の全検出欠陥並びにその位置及び分類がまとめられる。欠陥のまとめること（統合）並びにそれの位置及び分類はステップ４２０での点検走査パスの計算を容易にする。好ましくは、点検走査パスはウェーハ走査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、点検走査パスに沿った欠陥画像取込位置はステップ４２０で算出されるか又は決定される。欠陥がステップ４１６及び４１８中に検出された半導体ウェーハ１２上の位置（即ち、半導体ウェーハ１２のＤＲＯＩ）と欠陥画像取込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、例示的な点検プロセス８００が実行される。点検プロセス８００はステップ４１６及び４１８で検出される欠陥の検査を可能にする。好ましくは、点検プロセス８００は第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂ及び第３のモード８００ｃの少なくとも１つを経由して生じる。例示的な検査プロセス８００のプロセス流れ図は図２７に示される。

例示的な点検プロセス８００
前述のように、点検プロセス８００は好ましくは３つの検査モード、即ち第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂ及び第３のモード８００ｃを含む。ステップ８０２では、検査モード（即ち、第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂ及び第３のモード８００ｃの１つ）が選ばれる。

点検プロセス８００の第１のモード８００ａ
点検プロセス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の画像及び第２の画像は、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の画像及び第２の画像はオフライン検査のために外部記憶装置又はサーバーにアップロードされるか又は転送される。

ステップ８０８では、半導体ウェーハ１２（即ち、ウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）はアンロードされ、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上にウェーハスタック２０からロードされる。ステップ８１０では、ステップ８０４から８０８の各々は第２のウェーハに対して繰り返される。

ステップ８０４から８１０はウェーハスタック２０のウェーハの数にしたがって順次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の画像及び第２の画像のまとめること（統合）及び保存並びに第１の画像及び第２の画像をオフライン検査のため外部記憶装置又はサーバーにアップロードすることをもたらす。第１のモード８００ａは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る。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一方、この方法は製造を継続することを可能にする。この方法はシステム１０の稼働率及び生産性を増大させる。

点検プロセス８００の第２のモード８００ｂ
点検プロセス８００の第２のモード８００ｂのステップ８２０では、複数の検査画像はステップ４２０で算出される欠陥画像取込位置の各々で取込される。特に、検査明視野画像及び検査暗視野画像は図１４に示される点検画像取込装置６１を用いてステップ４２０で算出される欠陥画像取込位置の各々で取込される。即ち、明視野照明装置６２を用いる検査明視野画像及び暗視野照明装置６４を用いる点検暗視野画像はステップ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取込される。複数の点検画像の各々は点検画像取込装置６１によって取込される。好ましくは、複数の点検画像の各々はカラー画像である。

本説明の開示によって提供され当業者によって理解されるように、明視野点検画像及び暗視野点検画像を取込むために用いられる明視野照明及び暗視野照明の強度はそれぞれ必要に応じて決定しかつ変更できる。例えば、複数の点検画像を取込む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又は半導体ウェーハ１２の材料に基づいて選択することができる。また、ユーザによって設定される明視野及び暗視野照明の種々の組合せ及び種々の強度レベルを用いて複数の点検画像を取込むことも可能である。

ステップ８２２では、ステップ４２０で算出される欠陥画像取込位置の各々で取込される複数の検査画像はまとめられて保存される。欠陥画像取込位置の各々で取込されて、まとめられ保存された点検画像は、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又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（即ち、ウェーハテーブル１６上の現在の半導体ウェーハ１２）はアンロードされ、第２の半導体ウェーハ１２は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上にウェーハスタック２０からロードされる。ステップ８２８では、ステップ４０２から４２２の各々は第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の画像及び第２の画像は外部記憶装置又はサーバーにアップロードされる。

点検プロセス８００の第２のモード８００ｂでは、ステップ８２０から８２８はウェーハスタック２０の半導体ウェーハ１２の数にしたがって任意の回数繰り返すことができる。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取込された明視野点検画像及び暗視野点検画像の統合及び保存並びに第１の画像及び第２の画像をオフライン検査のための外部記憶装置又はサーバーにアップロードすることをもたらす。

ユーザが保存された画像のオフライン点検を実行することができる一方、このモードは製造を継続す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取込むことを可能にして生産性を改善する。

検査プロセス８００の第３のモード８００ｃ
点検プロセス８００の第３のモード８００ｃは、好ましくは手動入力、特にユーザによる入力又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の欠陥画像取込位置で第１の点検明視野画像及び第１の点検暗視野画像を取込む。ステップ８４２では、ユーザは取込された第１の点検明視野画像及び第１の点検暗視野画像を手動で検査するか又はチェックする。好ましくは、第１の点検明視野画像及び第１の点検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又はモニタ上に表示される。ユーザは明視野及び暗視野照明装置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の欠陥画像取込位置に対応する欠陥を受け入れるか又は不合格にするか又は再分類する。次いで、ステップ８４０から８４４はステップ４２０で算出される１つ１つの欠陥画像取込位置に対して順次繰り返される。

ステップ８４０から８４４が１つ１つの欠陥画像取込位置に対して順次繰り返された後、次いで明白な欠陥及びそれらの分類がステップ８４６でまとめられて保存される。次いで、まとめられ保存された明白な欠陥及びそれらの分類はステップ８４８で外部記憶装置又はサーバーへアップロードされるか又は転送される。点検プロセス８００の第３のモード８００ｃでは、半導体ウェーハ１２（即ち、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の完了の後においてのみアンロードされる。したがって、点検プロセスの第３のモード８００ｃが各ウェーハの目視検査又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る。

点検プロセス８００のステップ８４８では、半導体ウェーハ１２（即ち、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、次いでロボットウェーハハンドラ１８は第２の半導体ウェーハ１２をウェーハスタック２０からウェーハテーブル１６上にロードする。ステップ８４０から８４８は検査されるべき半導体ウェーハ１２の数（又はウェーハスタック２０内の半導体ウェーハ１２の数）にしたがって任意の回数繰り返される。

上記の説明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及び第２のモード８００ｂは外部記憶装置又はサーバーへの取込画像の比較的無差別のまとめること（統合）、記憶及びアップロードを遂行するということは当業者によって理解される。第１のモード８００ａ及び第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、取込画像のオフライン検査のために外部記憶装置又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及び第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又は連続画像取込、まとめること（統合）、アップロード及び記憶を可能にする。

３つの点検モードだけ、即ち第１のモード８００ａ、第２のモード８００ｂ及び第３のモード８００ｃが本説明に記載されている一方、当業者が３つの点検モード８００ａ、８００ｂ及び８００ｃの各々のステップの代替検査プロセス又は異なる置換又は組合せを使用できることは当業者によって認識される。加えて、３つの点検モード８０００ａ、８００ｂ及び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でき又は変更できることは当業者によって認識される。

点検プロセス８００の実行の後、確認された欠陥並びにその位置及び分類がステップ４２６でまとめられて保存される。確認された欠陥並びにその位置及び分類はデータベース又は外部データベース若しくはメモリ空間にまとめられて保存される。また、ウェーハマップもステップ４２６でアップデートされる。

前述したように、取込された明視野画像、ＤＨＡ画像及び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又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。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（図１８に示す）は、この種の基準画像の作成又は導出を容易にする。また、基準画像作成プロセス９００が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る。

前述したように、２Ｄウェーハ走査プロセス５００中に取込される２Ｄ明視野画像、２Ｄ ＤＨＡ画像、２Ｄ ＤＬＡ画像の各々は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で既述されている。しかしながら、さらに明解に説明するために、加工画像と基準画像との間の照合の概要は下記に提供される。第１に、選択された加工画像の下位画素位置合わせがテンプレート、トレース、バンプ、パッド及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、加工画像が取込された画像取込位置での半導体ウェーハ１２の基準強度が算出される。次いで加工画像と照合するための適切な基準画像が選ばれる。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、好ましくは加工画像が照合される適切な基準画像の選択及び抽出を可能にするためにプログラムされる。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又は幾何学的平均、標準偏差、最大及び最小強度の計算及び記憶は、加工画像が比較される適切な基準画像を抽出する速度及び正確度を高める。

次いで加工画像の各画素に対する対応する定量的データが算出される。定量的データは例えば加工画像の各画素の正規化平均又は幾何学的平均、標準偏差、最大及び最小強度である。次いで加工画像の各画素に対する定量的データ値は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又は確認される。

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は欠陥の識別又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は乗法、加算及び定数値の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（又は複数欠陥）はフラグが立てられる。

所定の閾値は必要に応じて変更することができる。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の材料又は照明条件にしたがって必要に応じて変更される。さらに、所定の閾値は顧客又はさらに一般的には半導体産業の必要条件にしたがって変更することができる。

半導体ウェーハを検査するための例示的なシステム１０及び例示的な方法４００は上記されている。当業者は上記の説明を提供されてシステム１０及び方法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できると理解できる。例えば、方法４００のステップの順序及びプロセス５００、６００、７００、７５０、８００及び９００のステップの順序は本発明の範囲から逸脱することなく変更することができる。

本発明のシステム１０及び方法４００の目的は半導体ウェーハの正確で、費用効果のある検査を可能にすることである。半導体ウェーハが動いている間のシステム１０及び方法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取込のために減速して止めるため、かつ画像が取込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及び搬送のため時間が浪費されることがないからである。複像取込の間での既知の画像オフセットは取込画像の処理を容易にし、それによってその中に存在する欠陥を検出する。同じ半導体ウェーハに対する特定の組の画像に関するオフセットはソフトウェアが半導体ウェーハ内の欠陥の座標及び次いでフレーム全体内の半導体ウェーハの位置を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−及び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欠陥又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。

また、画像取込の時間同期は必要に応じて変更できることも当業者によって理解される。特に、時間同期が取込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することができる。本発明のシステム１０及び方法４００は検査品質の劣化を最小化するために画像の取込のための照明の供給と対応する画像取込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は高められた品質画像の取込のために全可視光スペクトル内にある。システム１０による画像の取込のために供給される照度及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及び半導体ウェーハ検査の厳格さを含む複数要因にしたがって必要に応じて容易に選択されて変更することができる。しかしながら、これは以上の複数要因に限らない。また、本発明によって提供されるシステム１０及び方法４００は半導体ウェーハが移動する間での半導体ウェーハ上の３Ｄ要素の高さの測定及び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又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学機器（即ち、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、特に光検査ヘッド１４の再構成及び設計の容易さを可能にする。チューブレンズの使用はシステム、特に対物レンズとチューブレンズとの間での光学部品及び付属品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（安定機構として公知）を備えている。振動絶縁装置２４は第１の画像取込装置３２、第２の画像取込装置３４、３Ｄ形状カメラ及び点検画像取込装置６２によって取込される画像の品質、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及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又は作成プロセスは「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及び不整合性をもたらす。したがって、半導体ウェーハ検査の品質は悪影響を受ける。本発明のシステム１０及び方法４００は「良い」半導体ウェーハの手動の選択（即ち、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。したがって、方法４００は欠陥の誤った又は望まない検出の低減及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取込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。また、本発明は好ましくはデジタル化された画像（即ち、加工画像及び基準画像）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（又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。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使用して注視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及び構成部品を検査するための例示的なシステム及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及び方法が直面する問題又は課題の少なくとも１つに対応する。しかしながら、本発明が上記した実施態様の特定の形態、配置又は構造に限られていないことは当業者によって理解される。多数の変更及び／又は修正が本発明の範囲内でなされることは、この開示からみて当業者にとって明らかである。

１０・・・検査システム
１２・・・半導体ウェーハ
１４・・・光検査ヘッド
６・・・ウェーハ搬送テーブル（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・・・明視野照明装置
２８・・・低角度暗視野照明装置
３０・・・高角度暗視野照明装置
３２・・・第１の画像取込装置
３４・・・第２の画像取込装置
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の反射面
４７・・・ミラー又はプリズム
４８・・・第１のビーム分割器
５０・・・第２のビーム分割器
５２・・・細線照明装置
５４・・・ミラー
５６・・・３Ｄ形状カメラ
５８・・・３Ｄ形状対物レンズ
６１・・・点検画像取込装置（検査カメラ）
６２・・・点検明視野照明装置
６４・・・点検暗視野照明装置
６６・・・第１の反射面
６８・・・ビーム分割器
７０・・・点検対物レンズ
７２・・・点検チューブレンズ
８０・・・反射器組立体
８２・・・第１の対のミラー又はプリズム
８４・・・第２の対のミラー又はプリズム
１００・・・第１の光線パス
２００・・・第２の光線パス
２５０・・・第３の光線パス
３００・・・第４の光線パス
３５０・・・第５の光線パス
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・・・点検プロセス
９００・・・基準画像作成プロセス

Claims (14)

1. 半導体構造体を含む被検査物の光学検査方法であって、前記検査方法は、
   第１のコントラスト照明の次に及び第２のコントラスト照明を自動的に出力するように構成される検査照明装置（２６、２８、３０）を備え、
   明視野照明及び暗視野照明を出力するように構成される点検照明装置（６２、６４）を備え、
   第１の検査画像取込装置（３２）及び第２の検査画像取込装置（３４）を備え、
   点検画像取込装置（６１）を備え、
   被検査物のウェーハ走査パスを計算し、
   被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に被検査物の複数の選択された部分に対応する検査プロセス（５００）を実行し、検査プロセスは
   被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に第１のコントラスト照明を用いて第１の検査画像取込装置で被検査物の選択された部分の第１の検査画像を取込み、かつ被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に第２のコントラスト照明を用いて第２の検査画像取込装置で被検査物の選択された部分の第２の検査画像を取込むことを繰り返して実行し、
   被検査物の複数の選択された部分内の被検査物の各選択された部分の第１の検査画像及び第２の検査画像が取込まれた後、被検査物の複数の選択された部分内の被検査物の各選択された部分の欠陥識別プロセス（６００）を実行し、欠陥識別プロセスは
   欠陥の存在について被検査物の選択された部分に対応する第１の検査画像を自動的に分析し、
   第１の検査画像の分析に基づいて第１の検査画像に欠陥の存在が示される場合、欠陥の存在が示される第１の検査画像の領域に対応する欠陥重要領域（ＤＲＯＩ）を決定し、
   第２の検査画像全体を分析する代わりに、ＤＲＯＩに対応する第２の検査画像内の選択された領域を自動的に分析して欠陥が第２の検査画像の選択された領域に示されているかどうかを判定し、
   欠陥が第２の検査画像の選択された領域に示される場合、被検査物の選択された部分の明確な欠陥識別を確立し、かつ不明確な欠陥識別を確立し、
   明確な欠陥識別が発生した被検査物のこれらの選択された被検査物部分に基づいて点検走査パスを計算し、
   被検査物に対応する欠陥点検プロセス（８００）を実行し、欠陥点検プロセスは、
   明確な欠陥識別を有する被検査物の選択された部分ごとに、点検画像取込装置を用いて、被検査物の選択された部分の明視野点検画像及び暗視野点検画像のそれぞれを取込むことを特徴とする半導体構造体を含む被検査物の検査方法。
2. 点検画像取込装置と第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置のうちの少なくとも１つとを使用して被検査物の少なくとも１つの領域の複数の基準画像を取込み、取込まれた基準画像からゴールデン基準画像を数学的に導出することを特徴とする請求項１記載の検査方法。
3. 被検査物の選択された部分に対応する第１の検査画像を自動的に分析することは、第１の検査画像をゴールデン基準画像と比較することを特徴とする請求項２記載の検査方法。
4. 明確な欠陥識別を有する被検査物の第１の部分について、被検査物の第１の部分に対応する明視野点検画像と暗視野点検画像とを表示装置上に提示することから成ることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
5. 明視野点検画像及び暗視野点検画像を取込む照明は、それぞれ点検明視野照明装置（６２）及び点検暗視野照明装置（６４）によって提供されることを特徴とする請求項４記載の検査方法。
6. 第１のコントラスト照明及び第２のコントラスト照明のそれぞれは、明視野照明、暗視野照明、明視野照明の第１の組み合わせ及び明視野照明と暗視野照明の第２の異なる組み合わせのそれぞれを含むコントラスト照明形式の範囲から選択されることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
7. 第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置が第１の画像取込装置によるそれぞれの第１の検査画像の取込と第２の画像キャプチャ装置によるそれぞれの第２の検査画像の取込中に被検査物の各選択された部分の共通視野を共有する対物レンズ（４０）を含む１組の光学エレメントを備えることを特徴とする請求項１記載の検査方法。
8. 半導体構造体を含む被検査物の光学検査システムであって、前記検査システムは、
   第１のコントラスト照明の次に及び第２のコントラスト照明を自動的に出力するように構成される検査照明装置（２６、２８、３０）、
   明視野照明及び暗視野照明を出力するように構成される点検照明装置（６２、６４）、
   第１の検査画像取込装置（３２）及び第２の検査画像取込装置（３４）、
   第１の検査画像取込装置、
   第１の検査画像取込装置とは異なる第２の検査画像取込装置、
   点検画像取込装置（６１）、
   メモリ及びデータベースに結合される処理装置を備え、処理装置は
   被検査物のウェーハ走査パスを計算し、
   被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に被検査物の複数の選択された部分に対応する検査プロセス（５００）を実行し、検査プロセスは
   被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に第１のコントラスト照明を用いて第１の検査画像取込装置で被検査物の選択された部分の第１の検査画像を取込み、かつ被検査物がウェーハ走査パスに沿って１パスで移動される間に第２のコントラスト照明を用いて第２の検査画像取込装置で被検査物の選択された部分の第２の検査画像を取込むことを繰り返して実行し、
   被検査物の複数の選択された部分内の被検査物の各選択された部分の第１の検査画像及び第２の検査画像が取込まれた後、被検査物の複数の選択された部分内の被検査物の各選択された部分の欠陥識別プロセス（６００）を実行し、欠陥識別プロセスは
   欠陥の存在について被検査物の選択された部分に対応する第１の検査画像を自動的に分析し、
   第１の検査画像の分析に基づいて第１の検査画像に欠陥の存在が示される場合、
   欠陥の存在が示される第１の検査画像の領域に対応する欠陥重要領域（ＤＲＯＩ）を決定し、
   第２の検査画像全体を分析する代わりに、ＤＲＯＩに対応する第２の検査画像内の選択された領域を自動的に分析して欠陥が第２の検査画像の選択された領域に示されているかどうかを判定し、
   欠陥が第２の検査画像の選択された領域に示される場合、被検査物の選択された部分の明確な欠陥識別を確立し、かつ不明確な欠陥識別を確立し、
   明確な欠陥識別が発生した被検査物のこれらの選択された被検査物部分に基づいて点検走査パスを計算し、
   被検査物に対応する欠陥点検プロセス（８００）を実行し、欠陥点検プロセスは、
   明確な欠陥識別を有する被検査物の選択された部分ごとに、点検画像取込装置を用いて、被検査物の選択された部分の明視野点検画像及び暗視野点検画像のそれぞれを取込むことを特徴とする半導体構造体を含む被検査物の検査システム。
9. 処理装置は、数学的に導出されるゴールデン基準画像を
   点検画像取込装置と第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置のうちの少なくとも１つとを使用して被検査物の少なくとも１つの領域の複数の基準画像の取込みを実行し、
   取込まれた基準画像からゴールデン基準画像を数学的に導出することによって生成するように構成されることを特徴とする請求項８記載の検査システム。
10. 処理装置は、第１の検査画像をゴールデン基準画像と比較することで被検査物の選択された部分に対応する第１の検査画像を自動的に分析するように構成されることを特徴とする請求項９記載の検査システム。
11. 明確な欠陥識別を有する被検査物の第１の部分に対応する明視野点検画像と被検査物の第１の部分に対応する暗視野点検画像とを提示するように構成される表示装置を備えることを特徴とする請求項８記載の検査システム。
12. 明視野点検画像を取込む明視野照明を提供する点検明視野照明装置（６２）及び暗視野点検画像を取込む暗視野照明を提供する点検暗視野照明装置（６４）を備えることを特徴とする請求項１１記載の検査システム。
13. 検査照明装置は、第１のコントラスト照明及び第２のコントラスト照明のそれぞれは、明視野照明、暗視野照明、明視野照明の第１の組み合わせ及び明視野照明と暗視野照明の第２の異なる組み合わせのそれぞれを含むコントラスト照明形式の範囲から選択されるように構成されることを特徴とする請求項８記載の検査システム。
14. 第１の画像取込装置及び第２の画像取込装置が第１の画像取込装置によるそれぞれの第１の検査画像の取込と第２の画像キャプチャ装置によるそれぞれの第２の検査画像の取込中に被検査物の各選択された部分の共通視野を共有する対物レンズ（４０）を含む１組の光学エレメントを備えることを特徴とする請求項８記載の検査システム。