JPH0324064B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は半導体ウエハ表面検査の省力化を目
的とした半導体ウエハ表面の検査装置にかかるも
のである。

半導体ウエハ製造工程では、特に指定された工
程において、その処理結果の良否を判定するため
に半導体ウエハ表面の微細パターンを顕微鏡で拡
大し作業者が目視検査を行なつている。この検査
は半導体ウエハ全面にわたつてなされるのではな
く、第１図に示すように半導体ウエハ１上にある
特定の位置数個所を検査位置として抽出して検査
している。第１図の２，３，４，５は検査位置の
一例である。

従来は顕微鏡下に設置された載物台上に半導体
ウエハ１を載せ、作業者が手動で検査位置を顕微
鏡の視野内に位置決めをし、焦点合わせをした
後、目視検査を行なつていた。このような一連の
目視作業は顕微鏡下での作業であるため著しく疲
労を伴い、また作業能率を悪くしていた。

そこで、半導体ウエハの検査位置のパターンを
自動的に表示器上に表示させて検査の作業能率の
向上が試みられている。第２図は半導体ウエハの
検査位置のパターンを自動的に拡大表示する従来
装置を示すブロツク構成図で、図において６は半
導体ウエハ１を載せ、３軸方向に移動可能な載物
台、７はこの載物台６の位置を制御する数値制御
装置、８は数値制御装置７に制御位置情報を与え
る入力媒体、９は拡大レンズをもつ撮像装置、１
０は撮像装置で得られた映像信号を画像としてブ
ラウン管上に表示する表示器である。

この装置では載物台６上の所定位置に正確に置
かれた被検査半導体ウエハ１について、予め定め
られた検査位置情報をデイジタル情報として入力
媒体８から数値制御装置７に与え、これによつて
数値制御装置７は載物台６の位置制御を行い、撮
像装置９に所望の検査位置のパターンが撮像され
るようになつている。

ところが、上記従来装置はオープンループ制御
系であり、その位置ぎめ精度の上で次のような問
題点があつた。すなわち、第３図は半導体ウエハ
上のパターン位置のばらつき状況を示す平面図
で、図示のように、例えばウエハ１ａと１ｂとの
間には△Ｘ，△Ｙの差異がある。このような状況
では第２図に示した従来装置では所望の検査位置
を撮像装置９の視野内に入れることができない。
第４図は撮像装置９の視野の一例を示す図で、検
査位置２を視野１１ａに入れるべき位置制御して
も上述のような理由で、第４図Ａに示すように検
査位置２が視野１１ａから外れて、その検査がで
きないことがある。このように、各半導体ウエハ
間でそのウエハ基板に対するウエハパターンの位
置精度が悪いので、検査位置を所望の拡大倍率で
観察するための拡大レンズによる視野の位置ぎめ
精度がよくても、従来装置のような予め定められ
た検査位置情報のみによるオープンループ位置制
御では検査位置を視野内に確実に捕捉することが
できない。

また、半導体ウエハの厚みにもばらつきがあ
り、このばらつきがレンズ系の焦点深度の範囲を
超えているため、前以て与えられる位置情報によ
る位置決めだけでは鮮明な画像を得られない。

この発明は以上のような点に鑑みてなされたも
ので、自動焦点合わせ機能により焦点合わせが可
能な低倍率のレンズ系のもとで視野を広くした状
態で予め定められた検査位置の情報に従つて、検
査部分が視野内に入るように位置決めをし、パタ
ーン認識によつて検査位置を検出し、検出した位
置情報によつて高倍率のレンズ系の視野の範囲内
に検査位置が入るように位置決めをやりなおし、
同じく自動焦点合わせ機能により焦点合わせが可
能な高倍率のレンズ系に切換えて検査を行なうよ
うにすることによつて、半導体ウエハ表面の検査
位置を高倍率のレンズ系の視野内に自動的に捕捉
して検査をすることのできる装置を提供すること
を目的としている。

以下この発明の一実施例を図に従つて説明す
る。

第５図はこの発明の一実施例としての半導体ウ
エハ表面の検査装置の構成を示すブロツク図であ
る。図において、第２図の従来装置と同等部分は
同一符号で示し、その説明を省略する。９ａはこ
の実施例に用いる撮像装置で、後述の計算機から
の指令によつて自動的に低倍率と高倍率に切り換
えが可能で、その倍率に応じて半導体ウエハ１の
表面パターンの一部を拡大する拡大部１２とこの
拡大部１２からの画像を電気信号に変換する撮像
部１３とからなつている。１４はこの実施例装置
の各部に動作指令を送り、各種情報を授受し、情
報処理を行い、装置全体の制御を行なう計算機、
１５は撮像装置９ａからの映像信号を２次微分
し、かつ２値化する２次微分２値化回路、１６は
２次微分２値化回路１５からの出力信号を入力と
して一走査線上にある黒点の数を計数し、その計
数値を計算機１４に送出する黒点計数回路、１７
は２次微分２値化回路１５の出力信号を受け計算
機１４から指定される走査線番号の一走査線の映
像信号部分だけを等分割してサンプリングし、そ
のサンプリング値を計算機１４のメモリに送り込
む一走査線情報ラツチ回路、１８は計算機１４か
らの指令によつて載物台６を駆動し、また、撮像
装置９ａの拡大部１２の倍率を切替える駆動装
置、１９は検査時に必要な情報を検査前に記憶す
る時に使用される教示用操作盤であり、検査され
る半導体ウエハ１とほぼ同じ位置に検査位置をも
つテキストとなるウエハを載物台６に乗せて操作
盤１９上のスイツチ類の操作によつて検査位置の
位置決めと座標の記憶を行なう。

本実施例では検査位置を検出するために検査位
置から正確に一定方向に一定距離離れた位置に特
定のパターン（パイロツトマーク）を設けこのパ
イロツトマークの位置を検出しさらに前以て与え
られるパイロツトマークと検査位置の距離情報と
から検査位置を算出する方法を用いている。本実
施例では、パイロツトマークとして第６図の半導
体ウエハ１上の２１，２２，２３，２４に示すよ
うなスクライブライン２０（後の工程で半導体ウ
エハから各半導体チツプに分割する時に使用され
る分割線）の交点を使用している。検査位置２，
３，４，５と検査位置のあるチツプの角（スクラ
イブラインの交点）は正確な距離関係を持つてい
る。

次に本実施例の動作の説明を行なう。

まず検査作業を行なう前に、スクライブライン
２０を拡大部１２の低倍率のレンズ系の視野内に
入れるだけの精度をもつ位置決めをするためのス
クライブライン２０の位置情報およびスクライブ
ライン２０を検出した後検査位置２〜５を拡大部
１２の高倍率のレンズ系の視野に位置決めするた
めのスクライブライン２０と検査位置２〜５との
距離情報の二種類の情報が、一枚の半導体ウエハ
１上の検査位置の数だけ必要でる。第５図の教示
用操作盤１９を用いてスクライブライン２０の位
置およびスクライブライン２０と検査位置２〜５
との距離の記憶を行なう。第７図は教示用操作盤
１９のスイツチの配置を示す平面図で、２５，２
６はレンズ倍率切換用スイツチであり、スイツチ
２５は低倍率への切換、スイツチ２６は高倍率へ
の切換を行なう。２７は載物台６の上昇移動用、
２８は載物台６の下降移動用スイツチであり、こ
の二つのスイツチ２７，２８で焦点合せを行な
う。２９および３０はそれぞれそれぞれ載物台６
の左および右方向への移動用スイツチであり、３
１および３２はそれぞれ載物台６の前および後方
向への移動用スイツチである。３３は教示操作
〔スクライブライン２０の位置とスクライブライ
ン２０と検査位置２〜５の距離とを記憶するこ
と〕開始を知らせるスイツチ、３４は教示操作が
終了したことを知らせるスイツチである。３５は
スクライブライン２０の位置教示用スイツチ、３
６はスクライブライン２０と検査位置２〜５との
距離教示用スイツチである。

この教示用操作盤６の操方法とスクライブライ
ン２０の位置およびスクライブラインと検査位置
との距離の記憶方法を以下(イ)〜(ヘ)に述べる。

(イ) 検査される半導体ウエハ１とほぼ同じ位置に
パイロツトマークと検査位置をもつウエハを載
物台６に設置し、教示開始スイツチ３３を押
す。この操作で、位置情報のメモリへの登録が
可能となる。

(ロ) 第７図のスイツチ２５〜３２を操作して低倍
率のレンズ系の視野内に第６図に示した半導体
ウエハ１上の検査位置２〜５近くのスクライブ
ライン２０の交点２１〜２４のうちの一つ、例
えば交点２１を入れる。第８図Ａにその様子を
示す。図中ｃは視野の中心、ｄはスクライブラ
イン２０の交点、ａは視野の中心ｃとスクライ
ブラインの交点ｄとの距離を表わす。

(ハ) スクライブライン位置教示スイツチ３５を押
すと、画面内のスクライブライン２０の交点の
位置ｄを検出し画面の中心ｃとの距離ａを補正
し、スクライブライン２０の交点の位置ｄの座
標を計算機１４内のメモリに登録する。第９図
はメモリ内の領域を表わしたもので、その領域
３７，３８および３９にそれぞれｎ個のスクラ
イブライン２０のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標
を順次登録するようになつている。なお領域４
０，４１および４２は、スクライブライン２０
と検査位置２〜５の距離情報をＸ方向の距離、
Ｙ方向の距離およびＺ方向の距離に分けて順次
登録する領域である。

(ニ) 高倍率のレンズ系に切換え視野内の中心付近
に検査位置〔この例では検査位置２）を入れ
る。第８図Ｂにそのようすを示す。図中、ｅは
視野の中心である。

(ホ) 第７図のスクライブラインと検査位置の距離
教示用スイツチ３６を押すと、視野の中心（第
８図Ｂのｅ）の座標から、上記(ハ)の操作で記憶
したスクライブライン２０の交点（第８図Ａの
ｄ）の座標を減算し結果を上記第９図に示すメ
モリ内の領域４０，４１および４２に記憶す
る。

(ヘ) (ロ)〜(ホ)の操作をテキストウエハ上のすべての
検査位置について繰り返し、完了時に教示終了
スイツチ３４を押す。これで自動検査が可能と
なる。

以上の方法で得られたスクライブライン２０の
位置情報およびスクライブライン２０と検査位置
２〜５との距離情報をもとにして実際に検査され
る半導体ウエハ１について、検査位置の視野内へ
の位置決めを自動的に行なう。以下(ト)〜（ヨ）に
検査位置を高倍率のレンズ系の視野内に自動的に
位置決めする処理手順の概略を示す。

(ト) レンズ系を低倍率にし、スクライブライン２
０の位置情報をもとに載物台６が移動する。視
野内にはスクライブライン２０が入つてくる。

(チ) 自動焦点合わせをする。

(リ) スクライブライン２０の位置検出を行ない、
この検出値、およびあらかじめ教示されたスク
ライブライン２０と例えば検査位置２との距離
情報をもとにして検査位置２を算出する （ヌ） (リ)によつて算出された位置に載物台６を
自動的に位置決めし、高倍率のレンズ系に切換
える。視野内に例えば検査位置２が入つてく
る。

（ル） 自動焦点合わせをする。

（ヲ） 目視検査とした後次の検査位置の位置決
めを(ト)〜（ル）の手順を繰り返して行なう。す
べての検査位置２〜５についてこの手順を繰り
返す。

このようにして、検査位置２〜５を順次高倍率
のレンズ系の視野内に自動的に位置決めすること
が可能でる。

次にこの手順の中の自動焦点合わせの方法と、
スクライブラインの位置検出の方法を図について
説明する。

自動焦点合わせの方法を第１０〜１４図を用い
て説明する。この処理は２次微分かれた映像信号
を黒レベルに近い値をもつ閾値で２値化して２次
微分２値化信号を得、Ｚ方向（焦点合わせの方
向）に載物台６を寸動させつつそれぞれの位置で
の上記２次微分２値化信号の一画面分の黒領域を
計数し、黒数が最大となる位置を焦点の合つた位
置とする処理である。第１０図は半導体ウエハ表
面パターンの一部であり、１１は視野の範囲、Ｓ
は一走査線を示す。第１１図は第１０図の走査線
Ｓにおける映像信号を示す波形図で、第１１図Ａ
はレンズ焦点がずれた場合、第１１図Ｂはレンズ
焦点が合つた場合を示す。図示のように、焦点が
合うとパターンの輪郭部分での映像信号の変化率
が大きくなることを示している。第１２図は第１
１図の信号を時間的に２次微分した信号に直流分
と同期信号を加えたものであり、第１２図Ａは焦
点がずれている第１１図Ａの場合に対応し、第１
２図Ｂは焦点が合つた第１１図Ｂの場合に対応す
る。第１２図に示すように焦点が合つてくる程、
この２次微分信号のパターンの輪郭部分での振巾
は大きくなる。第１２図のＴに示す電圧レベルで
２次微分信号を２値化し、その信号を画面に表示
すると第１３図のようになり、焦点が合つた状態
で第１３図Ｂに示すようにパターンの輪郭が抽出
される。焦点がずれると２次微分信号は閾値を横
切らず第１３図Ａに示すように真白な画面とな
る。このようなことから、第１２図にＴで示よう
に焦点が合つた時の２次微分信号の最小値よりも
少し上に閾値を設定して２次微分信号の２値化を
行ない、焦点が合う付近でのみパターンの輪郭を
黒く出力することを利用して、画面上の黒領域の
計数値が最大となる位置を焦点位置とすることが
できる。実施例では、第５図に示した黒点計数回
路１６からの出力を一画面分加算することで一画
面上の黒領域の計数値を計算している。

次に検査位置の検出方法を第１４図および第１
５図を用いて説明する。

第１４図に縦方向と横方向に２次微分された２
値化されたスクライブラインの交点付近の画像を
示す。この画像はパターンの輪郭だけが抽出され
たものである。本実施例ではまずスクライブライ
ン２０の交点の左上角ｄの視野１１の中心ｃから
のずれ量△ｘ，△ｙを画像の縦，横の投影法を使
つてもとめこの量ａ→＝（△ｘ，△ｙ，０）と検査
位置２とスクライブライン２０の交点の左上角ｄ
との距離情報ｂ→とを載物台６の位置座標にベクト
ル的に加算して検査位置の座標を求めている。

第１５図Ａは第１４図と同様の２次微分２値化
されたスクライブラインの交点付近の画面であ
る。第１５図を用いてスクライブラインの左上角
の位置の画面中心からのずれ量を求める方法を説
明する。まず。第５図の黒点計数回路１６を用い
て各走査線ごとの黒点数を求める（横方向の投影
を求める。）第１５図Ｂにその結果である投影図
を示す。横軸に計数された黒点数、縦軸に査線の
番号を取つている。この投影図の中で黒点数があ
る閾値を越える走査線の位置を２カ所記憶する。
第１５図ではＵとＶの走査線を記憶する。この二
つがスクライブラインの上側の輪郭と下側の輪郭
に当るものとみなす。次に、第５図の一走査線情
報ラツチ回路１７を用いて上の処理で求めた走査
線Ｕから数ライン上の走査線数本（第１５図Ａに
Ｙで示す）と走査線Ｖから数ライン下に走査線数
本（第１５図ＡにＺで示す。）の走査線データを
記憶し、この記憶された数本のデータのみを使用
して縦方向に黒点を計数する（縦方向の投影を求
める）。第１５図Ｃにその結果の一例を示す。縦
軸に黒点数，横軸に画面の横方向の画素番号をと
つている。この第１５図Ｃの投影図で黒点数があ
る閾値を越える画素番号２カ所Ｗ，およびＸをそ
れぞれスクライブラインの左側の輪郭，および右
側の輪郭とみなし、そのうちの左側のものＷを記
憶する。最後にスクライブラインの上側の輪郭Ｕ
と縦方向の中心との差をとり、またスクライブラ
インの左側の輪郭Ｗと横方向の中心との差をと
り、それぞれの値を換算して実際の距離に直しス
クライブラインの左上角ｄと画面中心ｃからのず
れ量△ｙ，△ｘとする。

なお、上記実施例では、検査位置の検出の際、
パイロツトマークとしてスクライブラインを使用
した場合について説明したが、ウエハパターン上
に位置検出のための任意のパイロツトマークを設
定してもよい。また投影法を用いてパイロツトマ
ークの位置検出を行つているが、パターンマツチ
ング法など他のパターン認識技術を用いることも
できる。

以上詳述したように、この発明の装置では低倍
率のレンズ系の広い視野で検査位置を検出し、そ
の後倍率のレンズ系で観察を行なう構成とし、か
つ上記両レンズ系を自動焦点合わせ機能により焦
点合わせ可能としたので、最初から高倍率のレン
ズ系で位置決めをする困難性を解消するととも
に、目視検査の為のレンズ系の倍率を従来のもの
よりも高く設定することが可能となり、さらにウ
エハの厚み、そりなどのバラツキが多いものに対
しても自動に焦点を合わせて検査できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は被検査半導体ウエハの一例を示す平面
図、第２図は従来の検査装置の構成を示すブロツ
ク構成図、第３図は半導体ウエハ上のパターン検
査のばらつき状況を示す平面図、第４図は撮像装
置の視野のレンズ倍率による変化を示すパターン
図、第５図はこの発明の一実施例を示すブロツク
構成図、第６図はこの実施例によつて検査される
半導体ウエハの一例を示す平面図、第７図はこの
実施例装置の教示用操作盤のスイツチの配置を示
す平面図、第８図Ａ，Ｂはその操作を説明するた
めの視野パターン図、第９図は計算機のメモル内
の記憶領域を示す模式図、第１０図は半導体ウエ
ハ表面パターンの一部と走査線とを示す図、第１
１図ＡおよびＢは第１０図の走査線における映像
信号のレンズ焦点の合つてない場合と合つた場合
とについてそれぞれ示す波形図、第１２図Ａおよ
びＢはそれぞれ第１１図ＡおよびＢの映像信号の
２次微分波形を示す波形図、第１３図ＡおよびＢ
はそれぞれ第１２図ＡおよびＢの波形を所定レベ
ルを基準にして２値化して画面に表示した図、第
１４図および第１５図は検査位置検出方法を説明
するためのパターン図である。 図において、１は被検査半導体ウエハ、２，
３，４，５は検査位置（検査部分）、６は載物台、
９，９ａは撮像装置、１０は表示器、１１，１１
ａ，１１ｂは視野、１２は拡大部、１３は撮像
部、１４は計算機、１５は２次微分２値化回路、
１９は教示用操作盤、２０はスクライブラインで
ある。なお、図中同一符号は同一または相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低倍率のレンズ系と高倍率のレンズ系とこれ
   らの両レンズ系を切換える切換え機構を有し切換
   えられた上記レンズ系の倍率に応じて被検査半導
   体ウエハ表面パターンの一部を拡大する拡大部
   と、 この拡大部から得られる画像を電気映像信号に
   変換する撮像部とからなる撮像装置、 この撮像装置の上記拡大部から得られる画像を
   表示する表示器、 上記半導体ウエハを載せ３次元的に移動可能な
   載物台、 上記電気映像信号を２次微分して２次微分画像
   を得る信号処理回路、 及び上記信号処理回路からの信号を信号処理し
   上記レンズ系の切り換え機構の切換えと上記両レ
   ンズ系の焦点合わせのための、及び上記半導体ウ
   エハの検査部分の検出，観察のための上記載物台
   の移動を制御する計算機を備え、 上記低倍率のレンズ系を用いて上記半導体ウエ
   ハの検査部分の位置を検出し、その後上記高倍率
   のレンズ系を用いて上記検査部分の目視検査を行
   ない、上記レンズ系の焦点合わせは上記２次微分
   画像の白領域または黒領域の大きさに基づいて行
   なうようにしたことを特徴とする半導体ウエハ表
   面の検査装置。 ２ 低倍率のレンズ系を用いて検査部分の位置を
   検出するために、当該検査部分と所定の位置関係
   にある明確な特定な形状のパイロツトマークの位
   置を検出した後、上記パイロツトマークの位置座
   標と上記所定の位置関係の情報とから上記検査部
   分の位置を導出するようにしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体ウエハ表面の
   検査装置。 ３ パイロツトマークに半導体ウエハのスクライ
   ブラインの交点を用いるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の半導体ウエハ表
   面の検査装置。 ４ 載物台に被検査半導体ウエハを載置したとき
   のパイロツトマークの標準位置の情報、および検
   査部分と上記パイロツトマークとの所定位置関係
   の情報を入力する手段を計算機に設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項または第３項記載
   の半導体ウエハ表面の検査装置。