JPH11194098A

JPH11194098A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JPH11194098A
Application number: JP36922197A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yonezawa; 栄二米澤
Original assignee: Nidek Co Ltd
Current assignee: Nidek Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】モアレの影響を排除して欠陥情報を検出で
き、これによって信頼性の高いマクロ検査の自動化を可
能にする。【解決手段】繰返しパターンを有する被検物上のある
第１位置のパターンと第２位置のパターンとを比較する
ことに基づいて被検物上の欠陥を検査する欠陥検査装置
において、被検物表面の略全体又は分割された領域を撮
像するための撮像素子を持つ撮像光学系と、被検物に対
して撮像光学系を相対的に移動する移動手段と、撮像素
子の画素に対する第１位置のパターンの位置関係と撮像
素子の画素に対する移動後の第２位置のパターンの位置
関係が略同一になるように移動手段を制御する移動制御
手段と、移動前後で撮像素子により撮像された２つの画
像データの比較に基づいて欠陥を検出する欠陥検出手段
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン付き半導
体ウエハや液晶ガラス基板等の繰返しパターンを持つ被
検物の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来技術】繰り返しパターンのチップが形成された半
導体ウエハ（以下、単にウエハという）を巨視的に検査
するいわゆるマクロ検査は、従来、ウエハに強力な光を
斜めから照射し、その散乱光や回折光の状態をオペレー
タが目視で観察して、ウエハ表面のキズやごみ、レジス
ト塗布不良、露光不良等の欠陥を検査していた。

【０００３】このようなマクロ検査は、オペレータが習
熟すれば一瞬にして良否を判定でき、高スループットの
検査が可能であるが、オペレータ自身がウエハに接近す
ることによる汚染の発生やクリーン度の維持が難しく、
製品の歩留まりの向上に大きな障害となる。また、オペ
レータには検査能力のバラツキや見落としがあるため、
安定した品質の確保に難点があり、優秀な人材の確保や
育成にも多大な費用と時間を要する。そこでマクロ検査
の自動化が望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】マクロ検査の自動化と
しては、ＣＣＤ等の撮像素子によりウエハ全体を撮像
し、その画像データを画像処理して欠陥を抽出する方法
が考えられる。しかし、普通に撮像したのでは、検査対
象のチップパターンに対するＣＣＤの画素が粗いため、
撮像素子の画素周期とチップパターンの周期との関係に
よりモアレが発生して疑似欠陥の原因となり、微小な欠
陥が抽出できない。ズームレンズを使用してモアレの発
生を抑える対応も考えられるが、一般に、チップパター
ンの縦横の周期、ＣＣＤの縦横（水平、垂直）の画素周
期はそれぞれ異なるため、モアレを完全に生じないよう
することはできない。

【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、モアレの
影響を排除して欠陥情報を検出でき、これによって信頼
性の高いマクロ検査の自動化を可能にする装置を提供す
ることを技術課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。

【０００７】（１）繰返しパターンを有する被検物上
のある第１位置のパターンと第２位置のパターンとを比
較することに基づいて前記被検物上の欠陥を検査する欠
陥検査装置において、前記被検物表面の略全体又は分割
された領域を撮像するための撮像素子を持つ撮像光学系
と、前記被検物に対して前記撮像光学系を相対的に移動
する移動手段と、前記撮像素子の画素に対する前記第１
位置のパターンの位置関係と前記撮像素子の画素に対す
る移動後の前記第２位置のパターンの位置関係が略同一
になるように前記移動手段を制御する移動制御手段と、
該移動制御手段による移動前後で前記撮像素子により撮
像された２つの画像データの比較に基づいて被検物上の
欠陥を検出する欠陥検出手段と、を備えることを特徴と
する。

【０００８】（２）（１）の欠陥検査装置において、
前記移動制御手段は被検物が有するパターンの繰返しピ
ッチの正数倍分移動させることを特徴とする。

【０００９】（３）（１）の欠陥検査装置において、
前記移動制御手段は前記被検物が有するパターンの繰返
しピッチに対する前記撮像素子の画素数に基づいて前記
移動手段を制御することを特徴とする。

【００１０】（４）（１）の欠陥検査装置において、
前記欠陥検出手段は前記移動手段による移動前後の２つ
の画像データについて前記第１パターンと第２パターン
が対応するように差分処理した後の画像データに基づい
て欠陥を検出することを特徴とする。

【００１１】（５）（１）の欠陥検査装置において、
前記被検物を略平行光により照する照明光学系を備え、
該照明光学系は前記撮像光学系に対して正反射した像が
撮像されるように配置した明視野照明光学系と乱反射し
た像が撮像されるように配置した暗視野照明光学系を備
えることを特徴とする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は実施例の装置の概略構成図である。

【００１３】１は明視野照明光学系を示し、ハロゲンラ
ンプ等の明視野照明用光源２、集光レンズ３、絞り４、
後述する撮像光学系２０の光軸と照明光軸とを同軸にす
るハーフミラー５、検査対象であるウエハ８より一回り
大きい径を持つコリメータレンズ６を備える。光源２か
ら発せられた光は集光レンズ３、絞り４を経た後、ハー
フミラー５で反射し、コリメータレンズ６により略平行
光にされ、ＸＹステージ７に載置されたウエハ８の略全
面領域を垂直方向から照明する。

【００１４】１０は暗視野照明光学系を示し、ハロゲン
ランプ等の明視野照明用光源１１、レンズ１２を備え
る。光源１１はレンズ１２の前側焦点付近に配置され、
光源１１から発した光はレンズ１２により略平行光束に
されて、ウエハ８の略全面領域を斜め方向から照明す
る。

【００１５】２０は撮像光学系を示し、ＣＣＤカメラ２
１、結像レンズ２２、絞り２３、明視野照明光学系１と
共用されるハーフミラー５及びコリメータレンズ６を備
える。絞り２３はコリメータレンズ６の焦点付近に配置
され、結像レンズ２２は絞り２３の近傍に配置されてい
る。なお、ＣＣＤカメラ２１は微細化したチップパター
ンを検査するために高解像度のものが好ましい。また、
ＣＣＤカメラ２１の撮像素子面はモアレの発生で変化す
る欠陥レベルを評価しやすくするために、僅かにデフォ
ーカスとなる位置に配置されている。

【００１６】明視野照明光学系１により照明されたウエ
ハ８からの正反射光は、コリメータレンズ６により収束
され、ハーフミラー５、絞り２３を経て結像レンズ２２
に入射し、結像レンズ２２によりウエハ８のほぼ全面の
像がＣＣＤカメラ２１の撮像素子面に結像する（検査対
象物は分割して撮像することもできる）。明視野照明光
学系１の照明によりＣＣＤカメラ２１はウエハ８の明視
野画像を得る。暗視野照明光学系１０により照明された
ウエハ８からの散乱反射光は、同様の光路を経てＣＣＤ
カメラ２１の撮像素子面に捕らえられ、ＣＣＤカメラ２
１はウエハ８のほぼ全面の暗視野画像を得る。

【００１７】３０は画像処理装置であり、ＣＣＤカメラ
２１からの画像をＡ／Ｄ変換等の所定の処理を施して取
り込んだ後、ノイズ除去、シェーディング補正、撮像素
子の感度補正等の必要な前処理（ＣＣＤカメラ２１から
画像を取り込むときに行っても良い）を施して欠陥検出
を行う。３１はディスプレイであり、画像処理装置３０
に取り込まれた画像等を表示する。３２はＸＹステージ
７を駆動する駆動装置、３５はウエハを収納する図示な
きキャリアとＸＹステージ７との間でウエハの受け渡し
を行う搬送装置である。３３は各装置や光源２、３の点
灯を制御する制御装置、３４は制御装置に接続されたキ
ーボード等の入力装置である。以上のような装置におけ
る動作を説明する。まず、検査対象であるウエハ８を搬
送装置３５により搬送してＸＹステージ７に載置する。
ウエハ８は、図示しないオリフラ（Orientational Fla
t）検出機構により検出されたオリフラを基準にして、
ＣＣＤカメラ２１の画素の配列方向とウエハ８上に形成
されたチップの配列方向が一致するように、載置され
る。

【００１８】ウエハ８の載置が完了したら、検査を開始
する。制御装置３３は光源２を点灯して、明視野照明光
によりウエハ８を照明する。この照明により反射する正
反射光による像をＣＣＤカメラ２１が撮像する。ＣＣＤ
カメラ２１からの画像データは画像処理装置３０に取り
込まれ、明視野照明光による１枚目の画像データが記憶
される。

【００１９】続いて、制御装置３３は光源２を消灯する
とともに光源１１を点灯して、暗視野照明光によりウエ
ハ８を照明する。ウエハ８で乱反射した光がＣＣＤカメ
ラ２１に入射し、ＣＣＤカメラ２１からの画像データは
画像処理装置３０に取り込まれ、暗視野照明光による１
枚目の画像データが記憶される。

【００２０】次に、制御装置３３はウエハ８上のチップ
の配列方向に１チップ分（パターンの１ピッチ分）ずれ
るように駆動装置３２を駆動制御してＸＹステージ７を
移動する。この移動量は、ウエハ８上に形成されたチッ
プの大きさのデータに基づいて容易に決定できる。その
後、前述と同様に光源２及び光源２１により照明された
ウエハ８の像をＣＣＤカメラ２１でそれぞれ撮像し、明
視野照明光及び暗視野照明光による２枚目の画像データ
を画像処理装置３０に取り込んで記憶する。２枚目の画
像データが取り込まれると、画像処理装置３０は１枚目
の画像データとの比較による画像処理を施して欠陥検出
を行う。

【００２１】画像処理装置３０が行う欠陥検出について
説明する。繰り返し性のあるパターンの中から僅かな違
いを検出する方法として、隣り合うパターンの画像同士
を差分演算する方法（パターンマッチング）がある。と
ころが、ウエハ全体を撮像した画像では、検査対象のチ
ップパターンに対するＣＣＤカメラの画素は粗く、撮像
する画像にはモアレが発生する。ウエハに形成される実
際のチップのピッチはＣＣＤの画素ピッチの正数倍でな
いため、１枚の画像データから隣り合うパターンの画像
同士を比較しても、画素と隣り合うチップのパターンは
位置ずれを起こしてしまう。チップが形成されたウエハ
を検査する場合、チップのパターンは輝度差が大きくて
細かいため、この僅かな位置ずれでも大量の疑似欠陥が
発生してしまう。さらに、ＣＣＤカメラの有効受光面積
は１００％でないので（画素間には隙間がある）、受光
されなかったパターンの輝度情報は失われてしまう。こ
のような要因により発生する疑似欠陥は、通常の平均化
処理を施しても除去できず、本来の欠陥を正確に検出す
ることはできない。

【００２２】そこで、本実施例では、パターンと画素の
関係が一致するように１チップ分（パターンの１ピッチ
分）ずらして撮像した２枚の画像データを用いることに
より、モアレ等による疑似欠陥の発生を無くして本来の
欠陥を検出する。この検出方法を図２を使用して説明す
る。ここでは明視野照明による移動前後の２枚の画像デ
ータを例にとって説明する。

【００２３】図２（ａ）はウエハの移動前におけるＣＣ
Ｄカメラの画素に対する、２つの隣り合うチップ１及び
チップ２のパターンの位置関係を模式的に示した図であ
り、図２（ｂ）はそのときの画像データの輝度信号を示
した図である。（ｃ）、（ｄ）は、同様に移動後のもの
をそれぞれ模式的に示した図である（相対的に光学系側
を移動したときのものと同じになる）。ここでチップ１
側のパターンに欠陥パターン５０があるものとする。図
２（ａ）のチップ１のパターンに対する画素の位置関係
は、１チップのピッチ分ずらしたものである図２（ｃ）
のチップ２のパターンと画素の位置関係は同じなる。従
って、図２（ｂ）におけるチップ１のパターンの画像デ
ータと、図２（ｄ）におけるチップ２のパターンの画像
データにはそれぞれ同じモアレが発生していることにな
り、この２つの画像データを差分処理すれば、図２
（ｅ）に示すように、欠陥のデータ５０だけが残り、モ
アレ等による疑似欠陥の発生のない欠陥検査ができる。

【００２４】なお、差分処理する２つのチップのパター
ンの画素に対する位置関係を同じにするために、上記の
説明では１チップ分ずらすものとしたが、繰返しピッチ
の正数倍をずらすようにしても良い。また、１チップ分
まるまる移動しなくても、１つのチップのパターンがい
くつの画素上にかかるか（画素数の割合）により、最小
限の移動量で画素との位置関係を同じにできる。例え
ば、１つのチップの繰返しピッチが２０．５画素分であ
れば、０．５画素分の微小移動で画素とパターンの位置
関係は同じになる。この場合、単にＣＣＤカメラ２１を
移動しても良いので（光学歪みの影響が少ないことが望
ましい）、移動機構が簡素化できる。

【００２５】また、ＣＣＤカメラ２１の画素の配列方向
とウエハ８上に形成されたチップの配列方向が必ずしも
一致するように、ウエハ８の方向を決めて載置しなくて
も良い。この場合、ＣＣＤカメラ２１からの画像データ
を処理して、差分処理するチップのパターンと画素の位
置関係が同じになる方向及び移動量を求め、そのデータ
に基づいてウエハ８を移動すれば良い。

【００２６】次に、任意の方向に繰り返し性のあるパタ
ーンにおいて、パターン間のパターンマッチングによっ
て検出した欠陥がいずれに存在するかを特定する方法
を、図３及び図４のフローチャートを使用して説明す
る。

【００２７】いま、図３（ａ）に示すように、繰り返し
性のあるチップパターン中に欠陥の形状がお互い重なり
合う同じ欠陥パターン６０ａ、６０ｂが連続してあり、
さらに形状の異なる欠陥パターン６１、６２、６３があ
るものとする（欠陥パターンは模式的に示している）。
これを先に説明したようにウエハの移動前後の１チップ
分ずらした２枚の画像データを用いて差分処理する。任
意の一定の間隔で配列している同形状パターンのｎ番目
のパターンデータをＰ(ｎ)、ｎ＋１番目のパターンデー
タをＰ(ｎ＋１)、この２つのパターンデータを差分処理
した差分データをＳ(ｎ)とし（ｎは配列間隔を単位とす
る配列座標）、Ｓ(ｎ)＝Ｐ(ｎ)−Ｐ(ｎ＋１) ……式（１）によりＳ(ｎ)を計算するものと定義する（STEP-1、STEP
-2）。

【００２８】図３（ａ）の画像データＰに対して、式
（１）による差分計算を行うと、各座標における差分デ
ータＳには、図３（ｂ）のように欠陥データ７０〜７５
が得られる。ここで、式（１）により欠陥データ７０、
７３は「−」の差分データとなり、欠陥データ７１、７
２，７５は「＋」の差分データ、欠陥データ７４は
「−」と「＋」が混在した差分データとなる。

【００２９】次に、同じ欠陥がＫ個連続する可能性があ
るとすると、差分データＳが擬似的に無欠陥というデー
タになるのはＫ−１個しか連続しない。つまり、差分デ
ータＳにＫ個の無欠陥データ（所定の信号レベルの値よ
り小さいもの）が並んでいる場合、画像データＰ上での
その座標に相当するパターンは間違いなく無欠陥である
と判別できる。従って、連続して無欠陥データがＫ個並
んでいる部分を捜して、この座標を無欠陥の座標として
覚えておき、検索の基準とする（STEP-3）。図３の例で
は、Ｋ＝２と設定した場合、無欠陥データは差分データ
Ｓ上の座標（ｉ＋４）と座標（ｉ＋５）として得られ
る。

【００３０】なお、上記のＫの値は検査対象の種類や各
製造工程、あるいは状況に応じた値を経験的に設定する
ことができる。例えば、ウエハ上のキズやゴミを検査す
る場合、欠陥が連続することはあっても同じ形状のもの
が規則的に並ぶことはほとんど考えられないので、Ｋ＝
１で実用上問題ないが、余裕を考えて２以上でも良い。
また、レジストの場合、ウエハを回転させながら塗布す
るため、塗布量が不足するとウエハ周辺部に塗布されな
い部分ができる。この部分の欠陥状態は全く同じである
ため、擬似的に無欠陥領域と判定される可能性がある。
これを避けるためにはＫを大きくすれば良いが、余りに
も大きな欠陥についてはその形状や程度を厳密に検査し
ても実用上の意味は薄い。従って、Ｋの値は検査対象の
状況に応じた値を経験的に決定する。

【００３１】次に、この無欠陥の座標から座標上のプラ
ス方向及びマイナス方向にそれぞれ差分データＳを検索
する。まずプラス方向に検索していき、所定の信号レベ
ルの値より大きいデータの座標を検出する（STEP-4）。
所定の値より大きいものがあった場合には、初めに検出
された差分データはその座標＋１における画像データＰ
に存在する欠陥パターンのゴーストであるので、検出さ
れた差分データの符号を反転したものを、その座標＋１
の座標の欠陥データとする（STEP-5、STEP-6）。差分デ
ータの符号を反転するのは、差分処理を行っているの
で、検索の方向によって欠陥データの極性が反転したも
のを修正するためである。図３の例では、座標（ｉ＋
６）に欠陥データ７３が初めに検出されるので、この符
号を反転することにより、画像データＰでの座標（ｉ＋
７）の欠陥６２が求まる。

【００３２】この検出ができたら、差分データＳ上の座
標を＋１更新し（STEP-8）、この差分データから画像デ
ータＰの同じ座標の欠陥データを差し引く（STEP-9）。
この処理を行ったデータが所定の信号レベルの値より大
きければ欠陥があると判定でき（STEP- 10）、この場合
はSTEP-9の処理後の差分データの符号を反転したものを
この座標＋１の画像データＰにおける欠陥データとする
（STEP- 11）。図３の例では、差分データＳの座標（ｉ
＋７）の欠陥データ７４から画像データＰでの座標（ｉ
＋７）の欠陥６２を差し引き、その符号を反転したもの
が画像データＰでの座標（ｉ＋８）の欠陥６３として特
定できる。以後、同様のことを座標上のプラス方向に繰
り返していけば、画像データＰにおける純粋な欠陥デー
タが得られる。

【００３３】座標上のプラス方向の全ての検索ができた
ら（STEP-７）、覚えておいた無欠陥の座標に検索開始
点として（STEP- 12）、今度は座標上のマイナス方向へ
差分データを検索し、所定の信号レベルの値より大きい
データの座標を検索する（STEP- 13）。所定の値より大
きいものがあった場合には（STEP- 14）、初めに検出さ
れた差分データは、式（１）の差分処理により、その座
標における画像データＰでの本来の欠陥データとするこ
とができる（STEP- 15）。図３の例では、差分データＳ
での座標（ｉ＋３）の欠陥データ７２がそのまま画像デ
ータＰでの欠陥６１として求まる。

【００３４】この検出ができ、マイナス方向への検索が
残っている場合は（STEP- 16）、差分データＳ上の座標
を−１更新し（STEP- 17）、この座標の差分データに画
像データＰ上での＋１の座標の欠陥データを加算する
（STEP- 18）。この処理を行ったデータが所定の信号レ
ベルの値より大きければ欠陥があると判定でき（STEP-1
9）、そのデータを画像データＰにおける同じ座標上の
欠陥データとする（STEP- 20）。以後、同様のことを座
標上のマイナス方向に繰り返していけば、欠陥が連続し
ている場合でも正確な欠陥データを特定することができ
る。

【００３５】図３の例では、差分データＳ上の座標を−
１更新した座標（ｉ＋２）の欠陥データ７１に画像デー
タＰ上での欠陥６１を加算したものが、座標（ｉ＋２）
の欠陥６０ｂとして特定できる。さらに、差分データＳ
上の座標（ｉ＋１）は、画像データＰ上での同一欠陥に
よる差分処理のため無欠陥となっているが、これに画像
データＰ上での座標（ｉ＋２）の欠陥６０ｂを加算する
ことにより、画像データＰ上での座標（ｉ＋１）の欠陥
６０ａを特定できる。

【００３６】なお、上記で説明した差分処理の計算を、Ｓ(ｎ)＝Ｐ(ｎ)−Ｐ(ｎ-１) とした場合には、図４のフローにおけるプラス方向、マ
イナス方向の考え方は逆になる。

【００３７】画像処理装置３０は、以上のような欠陥検
出の処理を、明視野照明光及び暗視野照明光による画像
データのそれぞれについて行う。明視野照明光の画像デ
ータによる欠陥検出では、例えば、チップパターンのフ
ォーカスぼけやレジスト塗布不良の欠陥が検出され、暗
視野照明光の画像データによる欠陥検出では、ごみやキ
ズ等の欠陥が検出される。

【００３８】画像処理装置３０による欠陥検出の情報は
制御装置３３に入力される。制御装置３３はその情報に
基づいてウエハの良否を判定し、不良候補として判定し
たウエハは、欠陥情報の履歴を付与してキャリアに収
納、又は別のキャリアに収納するように搬送装置３５に
指令する。欠陥情報の履歴が付されたウエハは、さらに
オペレータによる確認等、必要な処理が施される。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モアレの発生等による疑似欠陥を排除できるため、欠陥
の情報を高感度で検査できる。これにより信頼性の高い
マクロ検査の自動化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の装置の概略構成図である。

【図２】ウエハの移動前後でパターンと画素の関係が一
致するようにして、疑似欠陥の発生を無くして本来の欠
陥を検出する方法を説明する図である。

【図３】パターンマッチングによって検出した欠陥がい
ずれに存在するかを特定する方法を説明するための、欠
陥パターン例である。

【図４】パターンマッチングによって検出した欠陥がい
ずれに存在するかを特定する方法を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図５】パターンマッチングによって検出した欠陥がい
ずれに存在するかを特定する方法を説明するためのフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１明視野照明光学系７ＸＹステージ８ウエハ１０暗視野照明光学系２０撮像光学系２１ＣＣＤカメラ３０画像処理装置３２駆動装置３３制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繰返しパターンを有する被検物上のある
第１位置のパターンと第２位置のパターンとを比較する
ことに基づいて前記被検物上の欠陥を検査する欠陥検査
装置において、前記被検物表面の略全体又は分割された
領域を撮像するための撮像素子を持つ撮像光学系と、前
記被検物に対して前記撮像光学系を相対的に移動する移
動手段と、前記撮像素子の画素に対する前記第１位置の
パターンの位置関係と前記撮像素子の画素に対する移動
後の前記第２位置のパターンの位置関係が略同一になる
ように前記移動手段を制御する移動制御手段と、該移動
制御手段による移動前後で前記撮像素子により撮像され
た２つの画像データの比較に基づいて被検物上の欠陥を
検出する欠陥検出手段と、を備えることを特徴とする欠
陥検査装置。
【請求項２】請求項１の欠陥検査装置において、前記
移動制御手段は被検物が有するパターンの繰返しピッチ
の正数倍分移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】請求項１の欠陥検査装置において、前記
移動制御手段は前記被検物が有するパターンの繰返しピ
ッチに対する前記撮像素子の画素数に基づいて前記移動
手段を制御することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】請求項１の欠陥検査装置において、前記
欠陥検出手段は前記移動手段による移動前後の２つの画
像データについて前記第１パターンと第２パターンが対
応するように差分処理した後の画像データに基づいて欠
陥を検出することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】請求項１の欠陥検査装置において、前記
被検物を略平行光により照明する照明光学系を備え、該
照明光学系は前記撮像光学系に対して正反射した像が撮
像されるように配置した明視野照明光学系と乱反射した
像が撮像されるように配置した暗視野照明光学系を備え
ることを特徴とする欠陥検査装置。