JPS6031235A - パタ−ン比較検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は同一パターンを有するチップを多数配列した半
導体ウェハやマスクなどのパターンの欠陥をパターンの
比較により検査する方式の半導体ウェハなどのパターン
比較検査装置に係り、特に比較パターンの位置ずれを検
出して正確に位置合わせを行なう方式の半導体ウェハな
どのパターン比較検査装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のこの種の方式のたとえば半導体ウェハのパターン
比較検査装置を例示するウェハ上面図を第１図に示す。

第１図において、以下各図面を通じて同一符号または記
号は同一または相当部分を示すものとし、半導体回路を
多数形成した半導体ウェハ１上の同一パターンを比較検
査するため、ウェハ１の２つずつのチップのパターンを
２つの画像検出器たとえばリニアイメージセンサ２ａ、
２ｂにより検出してそのパターンの画像を比較検査する
ものである。第１図は画像検出器たとえばリニアイメー
ジセンサ２ａ、２ｂがいまそれぞれチップａ、ｂの上方
にあって左右両チップα、ｂのパターンを比較している
状態を示しており、この状態からウェハ１をＸ方向に移
動させることにより、リニアイメージセンサ２ａ、２ｂ
がウェハ１上を走査して、同一パターンを有するチップ
α、ｂなどを等間隔に多数配列しｔ、ニー　ＬＳＩ　半
導体ウェハ１などのチップのパターンを順次比較検査し
つつ不一致部を欠陥とし判定することができる。また、
第２図は第１図のリー　ニアイメージセンサのチップ上
の走査エリアを例示する上面図である。第２図はたとえ
ば画像検出器のリニアイメージセンサ２ｂが１チツグｂ
上を走査するときの走査エリアの状態を示しており、内
部走査のリニアイメージセンサ２ｂの受光部の長さすな
わち視野により決まる走査幅Ｗ。

をもってＸ方向に走査するが、とのＸ方向の走査はウェ
ハ端のナツプまで行くとつぎにＹ方向に走査幅Ｗ、たけ
移動して隣接エリアに移り同様に走査を行なう。

このように半導体ウェハ１のチップ上を走査しながらパ
ターン画像を比較するさい、２つの画像検出器たとえば
リニアイメージセンサ２α。

２ｂの間隔は常時チップのピッチの正確な整数倍とし、
またＸ方向の走査方向に関しては正しく平行度を保持す
る必要がある。このための従来装置における位置合わせ
方式としては、比較検査中のパターン画像を用いて検査
と併行してパターン相互の位置ずれ量を常時測定し、走
査がチップ間の空白部にきたタイミングでリニアイメー
ジセンサの位置合わせを行なうようにしていた。しかし
ながらこの種の従来方式では、検査中のパターンに異常
があったり何らかの原因で検査中の位置ずれ量測定が部
分的にも正常にできなくなった場合などにリニアイメー
ジセンサの位置合わせが不可能となる欠点があった。

また一方であらかじめ検査前にウエノ・の谷チップの位
置ずれ量を測定してリニアイメージセンサの位置合わせ
な行なう方式をとると、検査までの時間の経過とともに
温度変動などのため試料ウェハや装置の検出系機構部分
の機械的寸法が変化し、測定値と検査中の真の位置ずれ
量に差が生じて、正確な位置合わせが不可能となるなど
の欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、検
査中の位置ずれ量測定が不可能となった場合にも即時に
適切な位置ずれ量を判断して温度変動などによる試料ウ
ェハや装置機構部の寸法変動の影響をうけることなく常
に安定した正確な位置合わせが実現できる半導体ウェハ
などのパターン比較検査装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、同一パターンを有するチップを複数個だけ等
間隔に配列したＬＳｉウェハなどの試料につき、同試料
内の異なるチップ上のパターン（あるいはパターン設計
データとチップ上パターン）を比較して不一致部を欠陥
として判定するさい、比較パターンの位置ずれをチップ
間の空白部で修正して位置合わせする方式のパターン比
較検査装置において、パターン位置合わせ方式としてチ
ップ列ごとに先ず位置ずれ測定に適したパターン部分を
利用して列内全チップの位置ずれ量を測定して初期位置
ずれ量として保持し、続いて列内テップの検査中の位置
ずれ量を測定するとともにその測定量と初期値４ずれ量
との差を補正量としてめ、通常の位置合わせには検貸中
の位置ずれ量す用いるとともに、検査中測定に異常が認
められた時には近傍Ｐ７プの上記補正量により当該チッ
プの初期位置ずれ量を補正して用いるようにした半導体
などのパターン比較検査装置である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図［１１１Ｖｃより説明する
。

第３財は本発明による半導体ウェハのパターン比較検査
装置の一実施例の全体構成を示ず部分斜視図を含むブロ
ック図である。第６図に＋６いて、半導体回路の同一パ
ターンを有するチップを等間隔に多数配列した試料ＬＳ
Ｉ半導体ウェハ１は、図に示す■θ力方向微動可能な微
動テーブル６上に保持されている。このウェハ１のチッ
プのパターンを演出する２つの左右の画像検出器である
リニアイメージセンサ２ａ、２ｂからの画像信号は比較
回路６により比較され、左右側パターンの不一致部が検
出されて欠陥検出回路４に導かれる。すると欠陥検出回
路４はこのパターン不一致部の寸法や形状などを判断し
て欠陥か否かを判定する。ついでこの検出し判定された
欠陥の情報は欠陥記憶装置５に記憶し、最終的にはｉｌ
算機？に入力する。このさい、微動ステージ６は検査位
置制御回路７により位置制御される駆動回路８を介して
移動される。また同時に、２つのイメージセンサ２ｔＬ
、２ｂがウェハ１の２つの異なったチップ上のパターン
の同一部分を正しく見るように１イメージセンサ２４は
同じく検査位置制御回路７により位置制御されるイメー
ジセンサ微動機構１０を介して位置決めされる。このと
きの位置合わせを行なうため、左右の検出パターンの位
置ずれ量を測定する機能をもつ位置ずれ量測定装置１１
を設けていて、この位置ずれ量測定装置１１はパターン
比較検査中にこれと併行して画像信号を入力し測定動作
できるものであり、これにより測定された位置ずれ量に
応じて検査位置制御回路７によりイメージセンサ微動機
構１０を介し上記イメージセンサ２４の位置決めが可能
である。

ついで、第４図は第６図のウェハ１のチップ角部の部分
拡大図を含むウェハ上面図である。

また第５１囚は第６図のウェハ１のチップ列上のイメー
ジセンサ２にの走査エリアを示す上面図、第５図（Ｂ）
は同じくチップ列の位置すれ酸を示す上面図である。こ
の第４図および第５図（５）、（Ｂ）を参照して、第６
図の位置すれ量測定装置１１による位置ずれ量の測定動
作を説明１゛ると、まず第４図においてウェハ１に等間
隔に配列された同一パターンを有するチップのパターン
の比較検査を行なうべく、いまイメージセンサ２ｅＬ、
　２４はそれぞれチップａ、、Ｊ、の上方にあって、こ
れからこのチップ列の検査を開始しようとする場合であ
る。このとき検査にさきたち、たとえばイメージセンサ
２にの視野が第５図（５）においてチップ列も〜４ｎの
最初の走査幅ＷＳ、の走置エリアになるように位置決め
したうえ、Ｘ方向に微動テーブル６を移動して同列内の
全チップ潅、〜転の位置ずれ量を測定し、この測定デー
タを初期測定値すなわち初期位置ずれ童として保持する
。

なお、このチップ列の初期位置ずれ量の測定は、イメー
ジセンサ２鮨２４に対応する左右のチップのパターンを
比較することにより行なうが、このさいチップ上の安定
に測定するに適したパターン部分たとえば第４図の部分
拡大図に示すようなチップ周辺部のパターン空白部をな
すダイシングエリアＤＡとの境界にある点線で示すチッ
プ角部ＥのパターンＰのエッヂＥＧｕ測定することによ
りチップ化〜に１のＸ、Ｙ方向の位置Ｘ、〜ＸＮＹ１〜
ＹＨの初期位置すれ蓋８石を測定することができる。こ
うして同列内のチップ鳥〜薯、の初期位置ずれｉ／（ｅ
カを測定しながら右端のチップ４７Ｌまで移動したのち
、方向を反転してウェハ１の同列のチップのパターンの
比較検査を比較回路３などにより開始するが、この比較
検査と併行して位置ずれ量測定装置１１により検査中の
同列のチップのパターンの位置ずれ量の測定を行ないつ
つ、イメージセンサ２４の位置決めを行なう。このさい
、先頭チップに、の位置合わせはさきに測定し保持した
チップ町に対する初期位置ずれ景６にもとづいて実行す
るが、次のチップｂ２の位置合わせは先頭チップ化の検
査中に測定した位置ずれ童にしたがって実行する。これ
と同時に、初期位置ずれ量ｅ７．と検査中に測定した位
置ずれ量との差を位置ずれ補正量ｅ、１として記憶して
おくが、この位置ずれ補正量ｃｄは同列の各チップごと
にめておき、つまりイメージセンサ２ｋがチップ上を通
過するごとにこの補正量ｅｄを更新する。こうしてチッ
プ列ごとに初期位置ずれ量ｅ７を測定したのち、検査中
に測定した位置すれ量との差を位置ずれ補正量ｅｄとし
てめていくが、通常は検査中に測定した最新の位置すれ
量にもとづいて、各チップ間の空白部（ダイシングエリ
アＤＡ）にきたタイミングでイメージセンサ２４の位置
決めを行なう一方、検査中の位置ずれ量測定が不能にな
ったり異常が認められた場合には当該チップに最も近い
検査中に測定可能であったチップの位置ずれ補正量ｅｄ
、を用いて当該チップの初期位置ずれ量ｅＬを補正した
値で当該チップに対するイメージセンサ２４の位置決め
を行なう。なお、第５図（Ｉ３）の位置ずれ量はＸ方向
のみでかつずれ方向も一方向のずれの場合のチップα、
ｂの初期位置ずれ量ｅ、、および位置ずれ補正量ｅ、１
の様子を示しているが、Ｙ方向のずれの場合も同様であ
る。

つぎに、第６図（５）〜（Ｅ）は第６図の位置ずれ量測
定装置１１による位置ずれ量測定のためのパターンのエ
ツジ検出動作説明用のパターン平面図およびヒストグラ
ムである。第６図（５）〜（匂により第３図の位置−Ｊ
゛れ量測定装置１１によるエツジ検出動作などを説明１
−ると、まず第６１囚においてたとえばチップ上のＸ方
向の所定範囲ＸＷＩでイメージセンサ２ａ、２４の内部
走査方向であるＹ方向の所定範囲Ｙｗ、である所定のエ
リア内のパターンＰによりそれぞれ第６図（１３）、　
（Ｃ）に示すようなパターンＰのＹ方向の両ｔ１リエッ
ジＥＧｙｔ　、ＥＧｙｔをイメージセンサ２α、２ｋか
らの画像信号により検出し、これよりそれぞれ第６図■
）、（ＥＩに示すような所定範囲Ｘｗ１のエリア内のＹ
方向の両側エツジＥＧ、ｌ　、　ＥＧｔ２のヒストグラ
ムを作成して、最も度数の多いＹ座標の位置を両側エツ
ジＥＧ、、　、　ＥＧ。

のエツジ位置ＹＥＧＩ　＋　ＹＥＧｔとして判定する。

なお、のちにこのパターンＰの両側エツジＥＧｙＩ　、
　ＥＧ、。

のエツジ位置ＹＥＧＩ　＋　ＹＥＣｄからそのパターン
ＰのＹ方向の中心位置をめ、２つのイメージセンサ２ａ
、２４により検出したパターンのＹ方向の中心位置の位
置ずれ量を測定して、それにもとづきイメージセンサ２
にの位置決めが実行される。また、測定パターンのＸ方
向の左右のエツジＥＧ２１１ＥＧ、、も所定範囲ＸＷ２
１　Ｙｗ２の所定のエリア内のパターンＰについて第６
図と同様にしてイメージセンサ２ａ、２ｂにより検出し
、所定範囲ＹＷｔのエリア内のヒストグラムを作成して
、パターンのＸ方向の左右のエツジＥＧ、、　、　ＥＧ
、、のエツジ位置ＸＥＧＩ　ｒ　Ｘ　ＥＧｔと判定する
ことができる。

第７図は第６図のようなパターンエツジＥＧχ、ｌＥＧ
よ、およびＥＧ、Ｉ　、　ＥＧ、、を検出するための位
置ずれ量測定装置１１内のエツジ検出回路１１ｔＬを例
示する回路図である。このエツジ検出回路１１ａではＸ
、Ｙ方向ともイメージセンサ２ａまたは２善からの２値
画像信号を入力し、それぞれシフトレジスタ１３ａ、１
３ｂとゲート１５ａ、１５ｂ　、シフトレジスタ１２と
ゲート１４ａ、１４ｂにより連続した６画素を用いて反
転部の検出を行ない、Ｘ方向の両側エツジＥＧ、、　、
　ＥＧ、、信号およびＹ方向の両側エツジＥＧ、、　＊
　ＥＧ、信号を５る。なお、このさいイメージセンサ２
ａまたは２善の内部走査方向がＹ方向であるから、Ｘ方
向の両側エツジＥＧＺ、　、　ＥＧ、、はイメージセン
サ２ａまたは２ｂの１走査周期分のシフトレジスタ１３
４．ｉ３ｂを用いて３走査分の画像データから検出して
いる。

第８図は第７図のＹ方向の両側エツジＥＧ、、またはＥ
Ｇ、ｆ、信号から両エツジ位Ｗ　ＹＥＧＩまたはＹＥＧ
。

を判定するための位置ずれ量測定装置１１内のＹ方向エ
ツジ位置判定回路１１ｂを例示する回路図である。この
Ｙ方向エツジ位置判定回路１１ｂでは、イメージセンサ
バまたは２Ｉ！ｒの１走査内のエツジ検出回路１１ａか
らのＹ方向エツジＥＧ、ｆ、または鉛２．信号なカウン
タ１６でカウントし、そのカウント値が比較器１７によ
り設定されたしきい値′１７Ｉ（、に達した時点でのエ
ツジＥＧｙ、、またはＥＧ、！信号の値をエツジ位置Ｙ
ＥＧ＋またはＹＥＧｔと判定して、Ｙ方向エツジ位置Ｙ
ＩＣＧ＋またはＹｐ：ａｔ！信号出力する。なおりウン
タ１６はイメージセンサ２ａまたは２４の走査開始信号
ＴＲＧによりクリアする。

また第９図は第７図のＸ方向の両側エツジ田□゛１また
はＥＧ、、信号から両エツジ位置ＸＥＧ＋またはＸＥ、
。

を判定するための位置ずれ量測定装置１１内のＸ方向エ
ツジ位置判定回路１１ｃを例示する回路図である。この
Ｘ方向エツジ位置判定回路１１０では、エツジ検出回路
１１ａからのＸ方向エツジＥＧえ、またはＥＧヵ、信号
をゲート１８を介して入力し、Ｘ方向の所定範囲Ｘｗｌ
内の同信号のヒストグラムを加算器１９とＲＡＭ２０と
クロックＣをカウントし走査開始信号ＴＲＧによりクリ
アされるカウンタ２１とによりめるが、この演算は走食
開始信号ＴＲＧをカウントしスタート信号Ｓによりクリ
アされるカウンタ２２のカウント値を設定された所定範
囲Ｘｗ１と比較する比較器２３によって所定範囲Ｘｗ２
にわたって行ない、その結果が比較器２４により設定さ
れたしきい値ＴＨ，を越えた時点でのエツジＥＧｚ、ま
たはＥＧオ、信号の値をエツジ位置為Ｇ、またはＸｘａ
ｔと判定して、Ｘ方向エツジ位置ＸＥＧＩまたはＸＸａ
ｘ信号を出力する。

さいごに第１０図は第３図の位置ずれ箪測定装置１１内
のＸ方向位置ずれ量測定回路１１ｄを例示する回路図で
ある。また第１１図（５）〜（Ｆ′）は第１０図の位置
ずれ量測定動作説明用のパターン平面図およびエツジ位
置信号波形図である。第１０図において位置ずれ量を測
定するさい、第１１図（５）。

［Ｆ］）に示すようにチップαアチップｂの所定範囲Ｘ
ｗｔ　ｌ　Ｙｗｔのエリア内のパターンＰにＸ方向のず
れがあれば、その両パターンの両側エツジＥＧｚｌａ＋
ＥＧ２１　ｂ＋　ＥＧｚｔａ　＋　ＥＧｚｔｂ信号から
えた第１１図（Ｃ）、■）。

（ト））、旧に示すようなエツジ位置ＸＥＧ、α＋　Ｘ
ＥＧＩ　ｂ＋ＸＢａｔａ　＋　ＸＢａ２ｂ信号から、図
示のような接続のシフトレジスタ２５　、２６とフリッ
プフロップ２７　、２８とゲート２９ｊＯを介して、カ
ウンタ５１，３２により左、右エツジ位置相互の位置ず
れ量ｔｌ、、ｄ、をそれぞれ測定する。なお、このさい
第１０図でチップｂの左、右エツジ位置ｘＥＧ、ｂ、ｘ
ＥＧ２ｂ１呂号を九ビットのシフトレジスタ２８　、２
９で遅らせているのは、位置ずれ量ｄ、、ｄ、が正、負
いずれの値の場合もカウンタ５１，３２が正の量のみ扱
うようにするためのオフセットであって、このオフセッ
トは減算器５２　、３３で九ビットだけ差し引（ように
しているから、したがってこの減算器３２　、３５の出
力データは符号をもつデータとなるうしかるのち平均値
回路５４によりこの左、右エツジの位置ずれ量ｄ、、ｄ
、の平均値（ｄｌ　＋ｄ２　）／２をめ、これをチップ
ａ、ｂの両パターンの位置ずれ賞ｄとして第５図の検査
位置制御回路７へ出力する。

なおＹ方向の位置ずれ量測定についても第１０図第１１
図と同様である。以上のようなノくターン位置ずれ量の
測定は前記のように検査と併行して実行され、その測定
データを検査位置制御回路７へ送ることにより、この測
定データにもとづいてイメージセンナ微動機構１０を介
してイメージセンサ２ｂの位置合わせをウェハ上のチッ
プからつぎのチップに移るパターンのない望白部にある
タイミングでおこなうが、上記検査中のパターン位置ず
れ量が測定不能のチップについては、上記と同様にして
測定可能であった近傍チップの検査前の初期位置ずれ量
と検査中の位置すれ量との差を補正量として当該チップ
の検査前の初期位置ずれ量を補正し、この補正した量を
当該チップの検査中のパターン位置ずれ電とみなして検
査位置制御回路７へ送ることによりイメージセンサ２ｂ
の位置合わせがおこなわれる。

以上のように本実施例のパターン比較検査装置では、位
置ずれ量測定が安定にできるパターンを利用してまず初
期位置ずれ葉を測定し、パターン検査開始後はこれと併
行して最新の位置ずれ量を測定して、通常はこの最ｙ１
の測定データを用いて位置ずれ修正を行うとともに、最
新の初期位置ずれ量と最新の測定データとの差を位置ず
れ量の補正量として当該チップの初期位置ずれ量を補正
し、その値で位置合わせな行フヨうようにして、温度変
動などによる位置ずれ修正誤差を防止して常時安定した
位置合わせな実現することができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明のノくターン比
較検査装置によれば、検査中の位置ずれ量測定が部分的
にも不可能になった場合でも、その直前のチップにおけ
る位置ずれ修正量を参照して当該チップの位置ずれ修正
量を決めるので従来のように位置合わせが不可能となる
ことがなく、かつその直前のチップの位置ずれ量の測定
から殆んど時間が経過してい１よいためその間の温度な
どによる寸法変動ブよとは無視できるので安定した正確
な位置合わせが常時１」能であって、半導体ウェハやマ
スクなどのノくターン比較検査装置などとして広く利用
できる。

第１図は半導体ウェハのパターン比較検査装置を例示す
るウェハ上面図、第２図は第１図のイメージセンサのチ
ップ上走査エリアを例示する上面図、第３図は本発明に
よるパターン比較検査装置の一実施例を示す部分斜視図
を含む全体構成ブロック図、第４図は第３図のウェハ１
の部分拡大図をきむ上面図、第５図（５）、（Ｂ）は第
３図のイメージセンサの各チップ列上走査エリア、チッ
プ例位置ずれ量を例示する上面図、第６図（５）〜（匂
は第３図によるＹ方向パターンエツジ検出の各パターン
平面図、同パターン左、右エツジ平面図、同左、右エツ
ジヒストグラム、第７図は第３図の位置ずれ測定装置１
１のエツジ検出回路図、第８図は同じくＹ方間エツジ位
置判定回路図、第９図は同じくＸ方向エツジ位置判定回
路図、第１０図は同じ（Ｘ方向位置ずれ量測定回路図、
第１１図（５）〜（ト）は第１０図によるＸ方向エツジ
位置ずれ量測定の各チップａ、ｂの平面図、同各チップ
α、ｂの左エツジ位置、同各チップα、ｂの右エツジ位
置信号波形図である。

１・・・ウェハ、 ２ａ、２ｂ・・・画像検出器（イメージセンサ）、３・
・・比較回路、　４・・・欠陥検出回路、５・・・欠陥
記憶装置、　６・・・微動ステージ、７・・・検査位置
制御回路、８・・・駆動回路、９・・・計算機、　１０
・・・イメージセンサ微動機構、１１・・・位置ずれ量
測定装置、１１ａ・・・エツジ検出回路、１１ｂ・・・
Ｙ方向エツジ位置判定回路、１１Ｑ・・・Ｘ方向エツジ
位置判定回路、１Ｍ・・・Ｘ方向位置ずれ量測定回路。

舘　１　団 第２　回 〈−一一一憂Ｘ 第３図 ／／ 第千図 第５図 （Ａ） （β） 蕃２　図 →Ｙ １５７図 第　８　図 第７図 ■−２子　−」 箋／θ図 第　／／１ □□−」 」 −７゜ ； 斗− 一一 」− と小、ｙ）’ｂｉ　ＸＥＱ２ｂ−ｍ−」−＋’Ｗ２ 虹 第１頁の続き ０発　明　者　伏　見　智　横浜市戸塚区吉術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の同一パターンを等間隔に配列した試料を所定間
   隔ごとのパターンにつき位置合わせされる画像検出器を
   用いて比較検査するパターン比較検査装置において、上
   記位置合わせを検査前測定した初期位置ずれ量と検査中
   測定する検査中位置ずれ量を併用して、上記検査中位置
   ずれ量が得られたパターンについては該検査中位置ずれ
   量にもとづくとともに、該検査中位置ずれ量が得られな
   いパターンについては当該パターンに関する上記初期位
   置ずれ量を上記検査中位置ずれ量が得られた所定パター
   ンに関する上記初期位置ずれ量と該検査中位置ずれ量と
   の差により補正した量にもとづいて行なう手渡を備えた
   ことを特徴とするパターン比較検査装置。