JPS5950218B2 - パタ−ン検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えば、ＬＳＩのウエフアーのパターンの
傷を検査する検査装置に関する。

半導体ウエフアーには、物理的な傷、変色、パターンの
欠け、パターンの変形、ゴミの付着など（以下、これら
を区別する必要がないときには、まとめて「傷」と呼ぶ
）を生じることがあるが、これらはいずれも目視により
判別できる。

そこで、テレビカメラで半導体ウエフアーを撮像してそ
の傷を自動的に判別する方法が考えられている。

すなわち、第１図Ａが正常なウエフアー、第１図Ｂが傷
のあるウエフアーを示すものとし、１はウエフアーのパ
ターン、２Ａは物理的な傷、２Ｂは変色、２Ｃはパター
ンの欠けを示すものとすれば、第１図Ｂの鎖線３の位置
に対応する輝度信号（輝度レベル）Ｓｙは、第１図Ｃに
示すようになる。従つて、この輝度信号を設計パターン
と比較したり、あるいは別のチツプの同一部分の輝度信
号と比較するなどの方法により傷の判別ができる。

しかし、前者の方法では、設計パターンを記憶する必要
があり、このため、きわめて大容量の記憶装置を必要と
し、後者の方法では、パターンの１位置ずれやパターン
の境界付近の傷の判別が困難である。さらに、両者とも
、輝度信号中のノイズを傷によるものとみなしてしまう
欠点もある。この発明は、このような点にかんがみ、Ｂ
ＢＤ．ＣＣＤや大容量メモリのように繰り返しパノター
ンを有するＬＳＩウエフアーにおいて、その傷を検査す
る検査装置を提供しようとするものである。

このため、この発明においては、被検査ウエフアーをテ
レビカメラで撮像すると共に、このと２き、１つの画面
内に２つ以上の繰り返しパターンがあるように撮像し、
その２つのパターンを比較することにより傷を判別する
ものである。

ただし、この場合、この発明においては、以下の点を考
慮する。 ２すな
わち、テレビカメラを使用する検査方法は、基本的には
周囲との輝度の違いから傷を判別するものであるが、こ
の発明においては、この輝度の違いから傷と判定するた
め、次のようにする。
３１周囲と傷との境界部分では、輝
度が変化するので、この輝度変化から傷を判別すること
になるが、この輝度変化を抽出するには、輝度の差をと
ればよい。しかし、輝度信号の性質から近接する２つの
３画素の差をとつたのでは、ノイズまで輝度変化による
ものとみなして周囲と傷との境界部分と判定してしまう
。

また、逆に、あまり離れた２つの画素の差をとつたので
は、ノイズの心配はなくなるが、境界部分が広くなつて
しまう。 ４従つて、第２図に示すように、差をとる
べき２つの画素の距離は、ちようど境界部分をカバーす
る大きさ、すなわち、４〜６画素位とする。以上の説明
は１次元の考え方であるが、輝度信号は垂直方向に並べ
れば２次元情報とみなすことができ、画像自体も２次元
である。

従つて、境界部分を正確に抽出するには、水平方向及び
垂直方向について考える必要がある。このためには、水
平方向及び垂直方向についての単純和をとればよく、す
なわち、例えば第３図に示すように、画素をａ，（例え
ばｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）とするとき、の計算を行え
ば、境界部分を抽出できる。

そして、この計算であれば、簡単であり、輝度信号の処
理も容易である。なお、この計算結果は、見かけ上１＝
ｊ＝２．５の画素ａ１，のレベルを示すことになる。り
輝度信号をデジタル処理する場合、その輝度信号を１
サンプルにつき８ビツトのデジタル信号に量子化したと
すれば、ｉ式の計算結果も８ビツトの情報となる。

しかし、境界部分だけを抽出するのに、８ビツトの情報
では、かえつて処理が煩雑になつてしまう。そこで、こ
の処理を簡単化するためには、８ビツトの情報を所定の
スレツシヨールドレベルで１ビツト （２値）の情報に
変換すればよい。

この場合、境界抽出の計算値は、輝度の差であるから、
シエーデイングなどに対して依存度は少なく安定してい
る。従つて計算値を１ビツト化するときのスレツシヨー
ルドレベルは一定に固定できる。また、計算値は、ｉ式
の処理によリデジタル値に近い状態になつているので、
スレツシヨールドレベルの設定も自由度がある。従つて
、計算値をａ１，、スレツシヨールドレべルをＶｔｈと
するとき、と２値化するものである。

なお、この境界の抽出計算は、画面内のすべての画素に
ついて行うものである（厳密には、抽出枠をｎｘｍ、画
面をＶＸｈの画素とすると、 （ｖ−ｎ＋１）×（ｈ−
ｍ＋１）画素だけ計算の対象となる）。

３以上の処理により境界部分の抽出はできるが、この抽
出された境界部分が、傷とその周囲との境界部分である
か、パターンとその周囲との境界部分であるかを判別す
る必要がある。

このため、この発明においては、上述のように、２つの
繰り返５し部分を比較して傷による境界部分だけを抽出
して傷の有無を判定するものである。すなわち、一般に
傷はランダムな場所に存在すると考えられるので、２つ
の繰り返し部分を比較したとき、その比較内容が一致す
れｌば、これはパターンであり、一致しなければ、傷で
あると考えられる。ただし、例えば第４図に示すように
、パターン１， １の繰り返し周期には、正規の値Ｔに
対して数画素分の誤差△Ｔを生じていることがあ，る。

また、パターン１の幅（境界の幅）Ｗにも誤差ΔＷを生
じていることがある。そして、これら誤差があると、比
較内容は、その部分で一致しないが、これらは傷と判定
してはならない〜 そこで、この比較は次のように行う。

すなわち、隣り合う繰り返し部分に、ｆＸｇ画素の判定
枠（判定範囲）をそれぞれ設定する。この場合、この判
定枠の大きさは、判定する最小の傷を含む程度の大きさ
で、かつ、その中に２つ以，上の境界が同時に存在しな
い程度の大きさとされる。例えば第５図に示すように、
パターン１が繰り返し周期Ｔで形成されている場合、傷
２に対して、判定枠３が適切な大きさであり、判定枠３
Ａは小さすぎ、判定枠３Ｂは大きすぎる。なお、この判
定枠３， ３の間の距離が繰り返し周期Ｔになるもので
あり、この判定枠３， ３は画面内のすべての画素に対
して順次形成される。

そして、判定枠の一方を３Ｘ、他方を３Ｙとするとき、
これら判定枠３Ｘ，３Ｙ内の対応する画素について次の
個数Ｐ．Ｑを数える。

〔Ｐ：Ｘ１，＝１でｙ１Ｊ＝０である画素数Ｑ：Ｘｕ＝
１でｙｉｊ＝１である画素数〕ただし、Ｘ１Ｊ， ｙ１
，は、判定枠３Ｘ，３Ｙの点ｊ，ｉにおける画素の１ビ
ツト化した値（２項のａ１，）である。

この場合、パターン１が完全に一致していれば、その画
素についてＸ１，：１、ｙ１，＝１であり、傷２に対し
てＸ１ｊ＝１、ｙｉｊ＝０となる。

そして、画素数Ｐは、次の２つの場合を含んでいること
になる。ａ本当に傷２の境界である場合 ｂパターン１の誤差（第４図）であつて傷２ではない場
合従つて、画素数Ｐからはｂ項の場合の画素を減じる必
要があるが、ｂ項の情報だけを抽出することは、一般に
困難である。

しかし、ｂ項のパターン１の誤差のうち、繰り返し周期
Ｔのずれ△Ｔは小さくすることができ、従つて、パター
ン１の誤差はパターン幅Ｗの誤差△Ｗについて考えれば
よい。

そして、ｂ項の場合、その回りには、必ずパターン１が
あつてＸ１，＝１、ｙ１，＝１であり、これは画素数Ｑ
に求められている。そこで、判定枠３Ｘ，３Ｙ内のパタ
ーン１，１について考えると、誤差△Ｗを与えるパター
ン幅Ｗの組み合わせは、第６図Ａ−Ｄで代表され、ｂ項
による画素数をＳとすれば、Ｐ．Ｑ、Ｓの関係は、同図
中に示すようになる。

そして、一般には、パターン幅Ｗが第６図Ａ，Ｄに示す
ように極端に異なることはなく、第６図Ｂ，Ｃに示すよ
うな範囲におさまる。従つて、一般には、Ｓ＜（Ｑ であり、かつ、両者は場所的に接近している。

すなわち、このことは、判定枠内では、ｂ項による画素
数Ｓを除く代わりに、画素数Ｑを除いてもよいことを示
している。この点について第７図により吟味すると、第
７図Ａに示すように、判定枠３Ｘ内に傷２があり、判定
枠３Ｙ内に何もない場合には、Ｐ〉０、Ｑ＝０で問題な
い。

また、第７図Ｂに示すように、判定枠３Ｘ内にパターン
１及び傷２があり、判定枠３Ｙ内にパターン１がある場
合には、Ｐ＞Ｏ．Ｑ〉０であり、パターン１について第
６図Ａのときには傷２に対して過大評価され、第６図Ｂ
−Ｄのときには過小評価されるが、一般には、第６図Ｂ
，Ｃのときが多く、過小評価気味になる。しかし、判定
枠３Ｘ，３Ｙがすべての画素にとられるので、いずれ第
７図Ａにおきかわり、従つて、問題ない。さらに、第７
図Ｃに示すように、判定枠３Ｘ，３Ｙにパターン１があ
る場合には、Ｓ＝Ｐで゛あり、パターン１について第６
図Ｂ，Ｃのときには問題がなく、第６図Ａ，Ｄのときは
ほとんどないので、やはり問題ない。

また、第７図Ｄに示すように、何もない場合には、Ｐ＝
０、Ｑ＝０で問題ない。以上のことから、ｂ項による画
素数Ｓの代わりに、画素数Ｑを減じることは意味がある
。

従つて、欠陥ランタをＲとすれば、と定義でき、この式
は、判定枠内における実際の傷の重要度を上述の意味で
示していることになる（重要度という意味は、例えば判
定枠の面積内でどの位の面積が傷とみなされたかを示し
、その割り合いが、で得られる）。

この発明は、以上の１〜３項の考えに基づいて傷の判定
を行うものである。

すなわち、輝度信号からｉ式により境界抽出信号を得、
この信号をス，レツシヨールドレベルＶｔｈで１ビツト
の信号に２値化し、この信号をｆＸｇの画素分ずつパタ
ーン周期Ｔだけずらして切り出す（判定枠３Ｘ，３Ｙの
形成）。そして、この切り出された全画素について値Ｐ
．Ｑを求めてランクＲを計算し、スレツ．シヨールドレ
ベルＲｔｈにより、１画面内の少なくとも１つのＲ＞Ｒ
ｔｈ・・・・・・ｉｖならば、その画面に傷があると判
定する。

なお、判定枠の個数（ランクＲの個数でもある）は、１
画面がｖＸｈ画素、判定枠がｆ＞（ｇ画素、パターン周
期Ｔがｋ画素とすると、 （Ｖ−ｆ＋１）×（ｈ−ｇ−
ｋ＋１）個できる。以下この発明の一例について説明し
よう。

なお、この例においては、ｉ．ｊ＝１〜４、ｆ＝ｇ＝８
である。第８図において、１１は傷が検査される半導体
ウエフアーを示し、このウエフア−１１は顕微鏡１２に
よつて像が拡大され繰り返し部分が少なくとも２サイク
ルにわたつてテレビカメラ１３により撮像される。

なお、このとき、ウエフア−１１は光源１４により照明
される。また、１５は制御信号形成回路を示し、この回
路１５において水平及び垂直同期パルスが形成され、こ
のパルスがカメラ１３に供給されて水平及び垂直偏向が
行われると共に、形成回路１５においては、タイミング
信号など各種の制御信号も形成され、これら信号はそれ
ぞれ必要な回路に供給される。

そして、カメラ１３からの輝度信号Ｓｙが、プロセスア
ンプ２１を通じてＡ−Ｄコンバータ２２に供給されて例
えば１サンプルにつき８ビツトのデジタル信号に変換さ
れ、この信号が、最大で３水平期間＋３画素分の記憶容
量を有するメモリ回路２３に供給される。

このメモリ回路２３は、例えば第９図に示すように、１
水平期間分のメモリ回路（遅延回路）２３１と、１画素
分のメモリ回路（遅延回路） ２３２とにより構成され
、第３図に示す画素ａ，１， ａ１４（１＝１〜４），
ａ１，， ａ４，（ｊ＝１〜４）のデジタル信号が同
時に取り出され、この信号が演算回路２４に供給されて
ｉ式に示す演算処理により境界を示すデジタル信号ａ，
が取り出される。

そして、この信号ａ，，が比較回路２５に供給されると
共に、スレツシヨールドレベル設定回路２６からスレツ
シヨールドレベルＶｔｈを示す信号が比較回路２５に供
給され、信号ａｉｊはｉｉ式に示すように２値化される
。そして、この信号ａ，が、最大で７水平期間十ｎ画素
分の記憶容量を有するメモリ回路２７に供給されて信号
Ｘ１，， ｙ１、（１． ｊ＝１〜８）が取り出される
。

なお、この場合、メモリ回路２７は、メモリ回路２３と
同様に構成でき、値ｋは、パターン周期Ｔに対応した画
素数であり、これは設定回路２９により変更できるよう
にされ、従つて、判定枠３Ｘ，３Ｙの間隔を変更できる
ようにされている。また、この信号Ｘ１，， ｙ１，は
、判定枠３Ｘ，３Ｙの信号であるが、ある判定枠につい
ての傷２の判定が終了したら、次の判定枠は、水平方向
（または垂直方向）に１画素分だけシフトされてその判
定枠についての傷２の判定が行われる。すなわち、判定
枠３Ｘ，３Ｙは、１回の判定ごとに１画素分ずつ移動す
るように、メモリ回路２７のアクセスが行われる。そし
て、この信号Ｘ１ｊ， ｙ１，が、比較回路２９に供給
されて一致不一致が画素ごとに判別され、すなわち、画
素ごとにＸ，ｊ＝１、かつ、ｙｌｊ＝Ｏであるか、ある
いはＸ，＝ｙ１，＝１であるかが判別され、この判別出
力が、カウンタ３１に供給されて．画素数Ｐがカウント
されると共に、カウンタ３２に供給されて画素数Ｑがカ
ウントされ、これら力ウント値Ｐ．Ｑが演算回路３３に
供給されてｉｉｉ式によりランクＲが計算される。

そして、この計算値Ｒが比較回路３４に供給されると共
に、スレツｌシヨールドレベル設定回路３５からスレツ
シヨールドレベルＲｔｈを示す信号が比較回路３５に供
給されてｉｖ式にしたがつて傷２の判定が行われ、この
判定結果が表示手段３６に供給されて表示される。
１なお
、この場合、例えばアンプ２１からの輝度信号Ｓｙが映
像アンプ４１を通じて受像管４２に供給され、ウエフア
−１１の像がモニタされる。また、この場合、画面の左
右上下の端の区間では、ｉ式の演算及び判定枠３Ｘ，３
Ｙの形成がで署きないので、この区間について傷２の判
定及びモニタ画像はマスクされる。すなわち、設定回路
５］Ｘ，５２Ｘにおいて、水平方向における傷２の判定
（モニタ画像の表示）のスタート点及びストツプ点を示
す信号が形４成され、これらスタート信号及びストツプ
信号が比較回路５３Ｘ， ５４Ｘに供給されると共に、
形成回路１５からテレビカメラ１３の水平走査位置を示
す信号が比較回路５３Ｘ， ５４Ｘに供給され、比較回
路５３Ｘ， ５４Ｘからは、テレビカメラ１３の水平走
査が、傷２の判定のスタート点及びストツプ点に達した
ときパルスが取り出される。

そして、これらパルスがＲＳフリツプフロツプ回路５５
Ｘに供給されて傷２の判定を行う区間に対応した期間に
“゜１゛になるブランキング信号が形成され、この信号
が表示手段３６に供給されて傷２の判定の可能な水平区
間についてのみ判定結果の表示が行われると共に、この
信号がアンプ４１に供給されて水平方向にづいてブラン
キングが行われ、判定のできない左右両側の区間のブラ
ンキングが行われる。そして、垂直方向についても同様
の処理が行われるもので、水平方向の回路５１Ｘ〜５５
Ｘと対応する回路には同一数字にサフイツクスＸに代え
てサフイツクスＹをつけて説明は省略する。

こうして、半導体ウエフア−１１の傷２を検査できるが
、この場合、特にこの発明によれば、パターン１の繰り
返し性を利用しているので、判定枠３Ｘ，３Ｙを同一画
面内に形成でき、従つて、画面が１つでよいので、テレ
ビカメラ１３などの信号系及び顕微鏡１２などの光学系
は１組でよい。さらに、メモリ回路２７の記憶容量が判
定枠３Ｘ，３Ｙの大きさ、すなわち、例えば７水平期間
分でよく、簡単である。また、傷２では画質の悪さから
生じるノイズは、ｉｉｉ式の処理により傷２と判定され
ることがない。

さらに、パターン１の欠け２Ｃや微少な傷２などその種
類にかかわらず判定ないし発見できる。すなわち、判定
枠３Ｘ，３Ｙの大きさを変えることにより発見したい傷
２の大きさに応じて強調できる。また、ｉ式の処理によ
り信号の微分を行つているので、変色部分あるいは黒部
の上の黒い傷でも、すべて発見ないし判定できる。

さらに、パターン１の周期Ｔのずれに対しても、ｉｉｉ
式の処理により誤りが少なくなる。また、判定枠３Ｘ，
３Ｙを全画素について移動させるので、パターン１の境
界付近の傷２の発見ないし判定も確実にできる。ところ
で、テレビカメラを使用して傷の検査を行う場合、特に
上述のように、パターン１の繰り返し性を利用している
場合には、第１０図に示すように、テレビカメラの水平
走査方向が、パターン１の繰り返し方向４Ａに一致して
いなければならず、鎖線４Ｂに示すように角度θがある
と、正確な検査はできない。

第１１図は、この角度θをＯにしてテレビカメラの水平
走査方向を、パターン１の繰り返し方向４Ａに一致させ
るための装置の一例を示す。

この装置においては、第１２図に示すように、画面上方
の走査線５Ａの信号と、画面下方でパターン１の垂直方
向の繰り返し周期の整数倍離れた位置の走査線５Ｂの信
号とを比較し、その一致数が最大となるようにウエフア
−１１を回転するものである。すなわち、６１はターン
テーブル、６２はその回転駆動用のモータを示し、半導
体ウエフア−１１は、ターンテーブル６１一土に角度θ
がほぼＯになるように配置される。

そして、制御回路６５からのドライブ電圧がドライブ回
路６４を通じてモ一夕６２に供給されると共に、ターン
テーブル６１の回転位置が検出手段６３により検出され
、その検出信号が検出回路６４を通じて制御回路６５に
供給される。こうして、ターンテーブル６５は、制御回
路６５の出力により△θずつステツプ的に回転させられ
る。なお、この回転範囲は、θ＝０に対して所定の範囲
、例えば±９０゜でよい。そして、ターンテーブル６１
の回転位置が、初期値にセツトされ、比較回路２５から
の１ビツト化された信号ａ，，が、メモリ回路７１に供
給されて走査線５Ａの信号ａ，３が書き込まれると共に
、比較回路２５からの信号ａ１，が比較回路７２に供給
され、比較回路２５から走査線５Ｂの信号ａｉ，が得ら
れるとき、メモリ回路７１から走査線５Ａの信号ａ１，
が読み出されて比較回路７２において両信号ａ１，が比
較される。なお、この場合、実際には、走査線５Ａ，
５Ｂはそれぞれ数水平期間分とされ、従つて、比較回路
７２における比較も、，数水平期間分について行われる
。そして、この比較出力がカウンタ回路７３に供給され
て走査線５Ａの信号と走査線５Ｂの信号とが一致した数
がカウントされ、このカウント値がメモリ回路７４に記
憶されると共に、このときのＩターンテーブル１１の回
転位置を示す信号が、検出回路６４からメモリ回路７４
に供給されて記憶される。

そして、この記憶が終了すると、ターンテーブル６１は
△θだけステツプ的に回転され、再びこ！のときの走査
線５Ａ， ５Ｂの信号ａＩｊ， ａ１ｊの一致数と、タ
ーンテーブル６１の回転位置を示す信号とがメモリ回路
７４に記憶され、以下、同様の動作が繰り返される。

そして、ターンテーブル６１の各回転位置についてこの
動作が行われると、制御回路６５により走査線５Ａ，
５Ｂの信号ａ，，， ａ，，の一致数が最大であるとき
のターンテーブル６１の回転位置を示す信号が、メモリ
回路７４から読み出され、この信号が制御回路６５に供
給されてターンテーブル６１はその回転位置にセツトさ
れる。

従つて、ウエフア−１１は、テレビカメラ１３の走査線
がパターン１の繰り返し方向となるようにセツトされる
。なお、上述のｉｉｉ式において、 κ ） ｒ ● 一多ｑ′ノＩＩ−］冫〜！Ｊ レ
ハ−ｌ′ｌ）ヲｑ（としてもよい。

また、とすれば、判定枠３Ｘ，３Ｙのどちらかで傷２の
場合を示し、▲ 響 −−り Ｖ ） Ｖ ｌ
Ｊ 轟 〜 １ノ α；→′Ｉ〜２Ｖ〜とすれば、
判定枠３Ｙでの傷２を示す。

さらに、信号ａ１，を２値化しなくてもよく、また、判
定枠を３つ以上とすることもできる。

さらに、半導体ウエフア−１１のフオトマスクなどの傷
の検査を行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図、第９図〜第１２図はこの発明を説明す
るための図、第８図はこの発明の一例の系統図である。 １１は半導体ウエフアー、１３はテレビカメラ、２３，
２７はメモリ回路、２４は演算回路、２５， ２９，
３４は比較回路、３１，３２はカウンタ回路、３６は表
示手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ I 検査対象であるパターンを、このパターンの
   繰り返し部分が２サイクル以上にわたつて同一画面内に
   あるように撮像して輝度信号を得る手段と、II 上記輝
   度信号から ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔Ｎ：上記パターンの境界部分をカバーする画素の距離
   ａｉｊ：座標（ｉ、ｊ）の画素のレベル〕で示される境
   界抽出信号Ａを得る回路と、III 上記境界抽出信号Ａ
   を、 Ａ≧ＶｔｈのときにはＡ＝１ Ａ＜ＶｔｈのときにはＡ＝０ Ｖｔｈ：所定のスレツシヨールドレベル となるように２値化する回路と、 IV 上記III項による２値化信号を、判定する最小の傷
   を含むが、その中に２つ以上の境界が同時に存在しない
   大きさで、かつ、上記パターンの周期だけずれた位置の
   第１及び第２の判定枠で切り出す回路と、Ｖ 上記２値
   化信号から上記第１及び第２の判定枠内の対応する画素
   について、Ｐ：ｘｉｊ＝１でｙｉｊ＝０である画素数Ｑ
   ：ｘｉｊ＝１でｙｉｊ＝１である画素数ｘｉｊ、ｙｉｊ
   は、上記第１及び第２の判定枠の点（ｊ、ｉ）における
   画素の値で示される数値Ｐ、Ｑを得る回路と、 VI Ｐ≧ＱのときにはＲ＝Ｐ−Ｑ Ｐ＜ＱのときにはＲ＝０ で示される信号Ｒを得る回路とを有し、 VII 上記信号Ｒが所定値Ｒｔｈ以上のとき、上記パタ
   ーンに傷があると判定するようにしたパターン検査装置
   。