JPS6273716A

JPS6273716A - 検査装置

Info

Publication number: JPS6273716A
Application number: JP60214030A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukahara; 博之塚原; Tetsuo Hizuka; 哲男肥塚; Noriyuki Hiraoka; 平岡　規之; Masahito Nakajima; 雅人中島
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-04

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】〔発明の概要〕本発明はウェハーパターンの検査装置において。

ウェハーを載置したステージを移ぜＪさせる七共に上記
ステージ上のウェハーを撮像する撮像素子を移動させて
、ウェハーを移りＪさせるステージの精度を上げなくて
もよいようにし、更にウェハー」ニの繰り返しパターン
を検出するための検出手段を有するウェハーの検査装置
に関するものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明はウェハーの検査装置に係り、特に繰り返しパタ
ーンのあるウェハーの検出に有効な検出手段を有し、ウ
ェハーを移動させるステージの外に、該ウェハーのパタ
ーンを撮１象する撮像素子も移動させるようにした検査
装置に関する。

〔従来の技術〕

ウェハーは近年益々大型化し、逆にウェハー上に形成さ
れるパターンは益々？ｉｌｉ、綱化し、ＩＣからＬＳ　
１．更にＶ　Ｌ　Ｓ　Ｉに変化してきている。このよう
なウェハー上の微細のパターンを撮像して検査を１テう
ために、従来ではウェハーをステージ上に配設して、照
明系を介して上記ウェハーを照明し、その照明されたウ
ェハー上の７．マターンを例えば−次元を最像素子によ
り光学系を通して撮像し。

その撮像出力に基づいてウェハー上のパターンを映像化
して検査を行うようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記した従来のウェハーパターン検査装置のウェハーを
載置するステージとに例えば５インチのウェハーを乗せ
、このウェハーのパターン線幅が１μｍであるとすれば
、このような線幅のパターンを撮像するために上記ステ
ージを動かすための精度は最低０．５μｍの精度を必要
とする。更にステージ上に乗せられるウェハーが大型化
しているためステージそのものも大きくなり、高精度の
送り機構を必要とし、更に大口径のウェハーの端から端
までを光学系の焦点位置に合わさなけれ、ばならないた
め平滑度も高めなくてはならず高価となり、温度環境も
一定に保たなければならない等の多くの欠点を有してい
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記欠点に鑑みなされたものであり。

その目的とするところはウェハーパターン検査に必要な
画像入力部、すなわち撮像手段を廉価に高性能に構成さ
せようとするもので、その手段は。

被検体を載置してＸまたはｙ軸方向に移動させる第１の
移動手段と。

」二記被検体を証明する証明手段と。

上記被検体を撮像する撮像センサを移動させる第２の移
動手段を有する撮像手段を具備し。

上記第１の移動手段で被検体の所定位置を上記撮（象手
段の撮像センサの光路に粗い位置決めを行い。

上記第２の移動手段で所定位置に移動させて被検体の画
像パターンを撮像してなることを特徴とする検査装置によって達成される。

〔作　　用〕

本発明のウェハーパターン検査装置はウェハーを載置す
るステージを中精度のステージとし、これに女１してウ
ェハーの１Ｒ像を行う撮像センサを移動するステージ上
に配設し、更に、ウェハー上の繰り返しパターンを検出
するだめのｘｙ軸方向センサによって得た位置検出信号
及び上記撮像センサからの映像信号に基づいて検査論理
回路を動作させて、パターン検査を行うようにしたもの
である。

〔実　施　例〕

以下１本発明のウェハーパターンを検査するための検査
装置を図面について詳記する。

第１図は本発明の撮像光学系の一実ｆｌｆ６例を示す模
式図であり、ウェハー１は第２図に示ずＸ及びｙ軸方向
に移動可能なウェハーステージ１２上に載置されている
。２はウェハー表面を照明するための照明系を示すもの
で照明手段２ｃからの照明光はレンズ２ｂ、２ａを通じ
て第２のハーフミラ−３ｂに入射されて、このハーフミ
ラ−で反射した照明光が第２のレンズ４ｂを通じてウェ
ハー１のパターンを照明する。ウェハー１のパターンで
反射されたパターン像は第２のレンズ４ｂ＝第２のハー
フミラ−３ｂ→第１のハーフミラ−３ａ−＋レンズ４ｃ
を通じてＸ軸およびｙ軸方向に沿って並べられたライン
センサからなるＸ方向位置センサ５とＸ方向位置センサ
６の撮像素子面に結像されウェハー上に形成したチップ
の外形位置を検出する。これらＸ方向位置センサ５とＸ
方向位置センサ６は位置センサ微調機構７によってＸ軸
とｙ軸方向位置が微調整できる。

ウェハー１の反射光は更に第２のレンズ４ｂ−第２のハ
ーフミラ−３ｂ−第１のハーフミラ−３ａ−第１のレン
ズ４ａを通じて一次元撮像センサ１１に結像する。−次
元撮像センサ１１はウェハーパターンを撮像して映像パ
ターンを出力するものでセンサステージ１０の下端に配
され、矢印Ａ−Ａで示すようにセンサステージ１０はモ
ータ８で移動する。エンコーダ９はセンサステージ１０
の位置センサとして利用される。この様な光学系を持っ
た撮像手段１７を含む検査装置の構成を第２図に示す。

ウェハーステージ１２はＸ軸ステージ１２ａ及びｙ軸ス
テージ１２ｂをＸ軸及びｙ軸方向に移動させるだめの駆
動モータ１２Ｃ１１２ｄと、Ｉ７．Ｕ−ダ１２ｅ、２３
ｆ並びに螺杆１２ｇ、１２ｈ等で構成され、　１ｌｉｉ
像手段１７からは一次元撮像センサ１１とＸ及びＸ方向
位置センサ５，６から映像信号１１ａとＸ及びｙ方向位
置信号５ａ、５ｂが取り出されて、上記Ｘ及びｙ方向位
置信号５ａ、５ｂは位置検出回路１４に加えられ、映像
信号１１ａは画像入力回路１５に加えられる。画像入力
回路１５＆ご入力された映（象信号は画像メモリ１６に
メモリされて画像メモリ１Ｇから検査論理回路１８に出
力される。位置検出回路１４の出力も検査論理回路Ｉ８
に加えられる。

ステージコントローラ１３は撮１象手段１７内のセンサ
ステージ１０の制御だけではな（ウェハーステージ１２
のコントロールも行うようになさり。

ている。

更に上記ステージコントローラ１３１位置検出回路１４
、画像入力回路１５等は図示し７ないコンピュータでコ
ントロールされている。上記の検査装置の構成に於いて
、その動作を説明するに先づコンピュータからの指令で
ステージコントｌコーラ１３が動作し、ウェハーステー
ジ１２を順次撮像手段１７の光学系の視野内に入るよう
に駆動モータ１２ｃ、１２ｄを回転させて、Ｘ及びｙ軸
ステージ１２ａ、１２ｂを所定位置に移動させる。ステ
ージの移動位置はエンコーダ１２ｅ、１２ｆで検出し、
この検出出力はコンピュータやステージコントローラ１
３にフィードバックされる。次に第１図で述べたごとく
Ｘ方向位置センサ５とＸ方向位置センサ６によってｘ、
ｙ方向位置信号５ａ。

６ａが被検体であるウェハー内のＩ　Ｃ千ノブ外形位置
を検出する。この検出方法を第３図乃至第６図によって
説明する。第３図はウェハー上のチップの視野を示す図
、第４図は撮像の手順を示す図で第４図（Δ）は位置セ
ンＪＪ−波形、第４図（Ｂ）ば撮像視野とＩＣチップ領
域の関係を示す図、第５図は第２図で示した位置検出回
路の詳細図、第６図は第４図（Ａ）で説明したＸ方向位
置センサ信号波形の実測波形を示すものである。第２図
に示した位置検出回路１４は第５１ｙ１（１示されてい
る様にＸ又Ｉｔ　）一方向位置セン”）　５　、　　（
６）からのＸ又はｙ方向位置信号５　ａ、　　（６ａ）
をアナログ−ディジタル変換回路１４ａに加えてディジ
タル変換した信号をラインメモリ１４ｂに格納させて）
。

このラインメモリは輝度レベルが０〜２５５階調の第６
図に示すようなものである。上記したＸ又はＸ方向位置
センサ５，６及びレンズ４Ｃは一次元撮像センサ１１及
びレンズ系４ａに比べて高ＩＷ像となるように選択され
ている。第１３図に示すように被検体のＩＣチップ１９
は一次元撮像センナ１１の撮（象視野２１に入るように
ウェハーステージ１２を移動させる。Ｘ及びｙ力向位置
尤ンザξ）。

６のＸ方向位置センサ視野２３．ｙ方向位置センサ視野
２２は隣接するＩＣ千ノブを切り離すために設けられて
いるストソー１２０内に入る様に了め第１図で示した位
置センザ微稠機構７でセソディングされている。第４図
（Ａ）はＸ及びＸ方向位置センサ５，６の信号波形でＩ
　Ｃ千ノブ１９部分に比べてストリート２０部分は信号
し・ベルが低いのでこの部分を検出する。先づう・イン
メ王り１４ｂからの出力が位置検出論理ｉＧＳ回路１４
　Ｃ，内で定めた所定の信号基準Ｓ、より下がって９次
にこのレー・ルより上ったときの間隔が所定のマージン
を持った値ｃｉｙであったとき、立も上がった位置をｙ
軸の原点ｙｏとする。又同様にＸ方向も所定の信号基準
Ｓ８より下って１次にこのレベルより」二かったときの
間隔が所定のマージンを持った値ｄｘであったとき、立
ち上がった位置をＸ軸の原点ｘａとして、これを検出す
る。この実測波形が第６図に示されている。この様にＸ
及びＸ方向位置センサ５．６ど９位置検出回路１４で求
めたストリーＩ・２０とＩ　Ｃ，チップ１９部分のＸ方
向とＸ方向の境界ｘｏ＋　　ｙＯを検出する。この値を
検査論理回路１８に加える。一方撮像手段１７の一次元
撮像センサ１１の撮像視野２１は第４図（Ｂ）に示すよ
うに所定位置に来るようにステージコントローラ１３か
らの指令でモータ８を駆動してセンサステージ１０を移
動される。−次元撮像セン９１１の位置を表すエンコー
ダ９の出力パルスに同期して映像信号１１ａは画像入力
量ｆ路１５に加える。該画像入力回路１５では映像アナ
ログ信号をディジタル変換して、且つ画像メモリ１６に
変換されたディジタルデータを書き込むためのアドレス
を発生させ、チップのディジタル画像情報を画像メモリ
１６に書き込み、第４図（１３）に示すように検査論理
回路１８に与えられた画像メモリ１６のデータに基づい
てｘｏ、ｙｏを位置からＩＣチップ１９の領域、＋１７
ｘＸ６ｙの検査が行われる。

第７図は本発明の他の実施例を示す光学系の模式図であ
り、第１図と同一部分には同一・符号を付して重複説明
を省略するも、第１図ではＸ方向及びｙ方向位置センサ
は一次元ラインセンサであったが第７図の場合は二次元
の撮像センサ２４を用いるためｘ、Ｘ方向センサ微調機
構２５も第・１図の構成とは異なるものとなる。この構
成Ｇごよるとウェハー１上のＩＣチップ１９の境界であ
るストリート２０を第３図の様に検出することが出来な
いので第８図の各センサの視野図に示すように。

二次元撮像センサ２４の視野内でＩＣチ、ブ上の特徴を
持ったパターン位置をパターンマツチング法により検出
する。この二次元撮像センサ視野はｘ、Ｘ方向センサ微
調機構２５によって、ＩＣチップ」−の特徴のあるパタ
ーン位置に移動可能である。又この二次元撮像センサ２
４から得られた一次元信号は位置検出回路１４に加えら
れ、該位置検出回路１４内ではパターンマツチング法に
よって位置検出を行う。この位置検出回路内に第９図に
示すようなテンプレート２６を格納している。

第１０図に示すように二次元センサ撮像画ｉ？！２８内
でテンプレートと相関をとって最も大きい相関度を持つ
位置を検出する。

、二のようにしてテンプレートによって第１０図に示す
二次元センサ撮像画像２８のように検出位置２７が検出
される。尚第９図でテンプレート中２６ａはパット、２
６ｂはスクラッチパットを示す。

以上のように、第１図に示した実施例と同じように・：
ノエハーステージ１２で撮像手段１７の光学系位置に所
望のＩＣチップを組み合わせに次元撮像センサ２・１と
位置検出回路１４によって精位置を求め、予め教えてお
いた位置との補正量を求める。これによって↑最（象セ
ンサの載置されたセンサステージが動かされて被検体Ｉ
Ｃチップの画像情報が得られるので検査論理回路を動か
せてパターン検出等を行うことが可能となる。

第１１図は本発明の検査装置の更に他の実施例を示すも
ので、第１１図の場合の光学系は被検体ＩＣチップが短
い一次元撮像センサ１１だけではＦＡＩＬＳ　ＩＪＪし
きれない場合のもので一つの一次元撮像センサ１１を互
いに直交するように配置し５たセンサステージ１０の下
端に設げセンサステージを互いに垂直な２軸で移動可能
としたもので矢印へ−Ａ及びＢ−Ｂ方向に移動可能であ
る。又第１図と第７図で示したｘ、Ｘ方向のセンサが取
り除かれている。このような撮像センサ１１の撮像視野
２１を第１２図に示す。センサステージ１０はＡ−Ｂ−
Ｃで示すように移動して画像入力はＡＣ位置で行うよう
になされている。この構成のでン体的な構成を第１３図
に示す。ステーパジコントロ・−ラ１３はウェハース辷
−ジ１２とセンスステージ１０を制御する。上７記・”
２二１−ハースヌーパ；　１２によ−１．て被検体ＩＣ
チップ１つを撮像視野内に移動させ２次にセンサステー
ジ１０を動かしながら画像信号１１ａを上記−次元撮像
センサ１１から画像入力回路１５に加えて、この直列的
な映像信号をディジタル変換して、ディジタル変換され
た並列的なディジタルデータを画像メモリ１６に書き込
む。

この場合に第１２図のＡＣのディジタルデータを画像メ
モリ１６ａ、１６ｂに書き込むＡＣに対応する画像デー
タは夫々位置検出回路１４で正確な位置決めを行い、検
査論理回路１日は画像メモリ１６ａ、１６ｂ内のパター
ンデータと位置検出回路１４からの位置データを基にパ
ターン検査を行う。

第１４図は本発明の検査装置の更に他の実施例を示すも
ので、第１１図と異なる点はセンサステージ１０はＡ−
Ａ方向のみ移動可能で二つの一次元撮像センサ１１．１
１Ｘは互いに直線状に配してもよいが二つの一次元撮像
センサ１１．ｌｌｘの受光面の両端にケーシングがある
ため第１４図に示すように互い違いに平行になるように
センサステージ１０の下端に配設する。この場合の撮像
視野２１は第１５図に示すＡ’、Ｂ’はそれぞれ一次元
撮像センサ［１，ｌｌｘの軌跡であり、第１３図に示す
と同様の検査装置によってパターン検査を行うことが出
来る。

〔発明の効果〕

本発明は叙上の如く構成し、且つ動作させたので一次元
撮像センサを移動させながら撮像するために従来のよう
に被検体を載置したウェハーステージを長いストローク
に沿って、精度を持たせて移動させるものに比べて、ウ
ェハーステージは被検体を撮像手段の光学系位置に粗い
精度で用送するだけであるから極めて廉価に構成出来る
。又。

撮像センサ移動用のステージは小型でよい。更に位置検
出センサを設げたことによって従来装置のように一次元
撮像センサで撮像した画像から位置検出するものに比べ
て検査時間を短縮出来る特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検査装置の撮像光学系の構成図。第２図は本発明の検査装置の全体的な構成図。第３図は本発明の撮像センサ及びｘ、Ｘ方向位置センサ
のウェハー上の視野図。第４図（Ａ）はＩＣチップのストリート部分を検出する
ための波形図。第４図（Ｂ）は撮像視野はＩＣチップ領域を示す平面図
。第５図は位置検出回路の詳細を示す系統図。第６図は第４図（Ａ）で説明したＸ方向位置センザ信号
波形の実測波形図。第７図は本発明の他の実施例を示す検査装置の撮像光学
系の構成図。第８図は撮像センサ及び二次元撮像センサのウェハー上
の視野図。第９図はテンプレートの平面図。第１０図は本発明の二次元センサ撮像画像の平面図。第１１図は本発明の検査装置の更に他の実施例を示す撮
像光学系の構成図。第１２図はＩＣチップ上の撮像視野図５第１３図は本発
明の検査装置の全体的な他の実施例を示す構成図。第１４図は本発明の検査装置の更に他の実施例を示す撮
像光学系の構成図、第１５図はＩＣチップ上の撮像視野
図である。１・・・ウェハー。２・・・照明系。２ａ、　　２ｂ・・・レンズ。２Ｃ・・・照明手段。３ａ、３ｂ・・・第１及び第２のハーフミラ−２４ａ、
４ｂ・・・第１及び第２のレンズ。４Ｃ・・・レンズ。５・・・Ｘ方向位置センサ。６・・・Ｘ方向位置センサ。７・・・位置センサ微調機構。８・・・モータ。９・・・エンコーダ。１０・・・センスステージ。１１・・・−次元撮像センサ。１２・・・ウェハーステージ。１３・・・ステージコントローラ。１４・・・位置検出回路。１５・・・画像入力回路。１８・・・検査論理回路、　　　　　　　　　　　　段
１９・・・ＩＣチップ。２０・　・　・ストリート。２１・パ・撮像視野。２２・・・Ｘ方向位置センサ視野。２３・・・Ｘ方向位置センサ視野。２６・・・テンプレート。２７・・・テンプレートによる検出位置。２８・・・二次元センサ撮像画像。律１象尼子糸のり１戊第１図第５図第６図本沁明め別め欠ｈ！村″１め糧０飢字ｋ、の硝、族第７
図各ぜンサの岸先野第８図他／’１大木１佼ｊの横イ炙九学糸ル鳩瓜操イ次じし寸
杼動力向第１４図第１２図第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検体を載置してｘまたはｙ軸方向に移動させる
第１の移動手段と、上記被検体を証明する照明手段と、上記被検体を撮像する撮像センサを移動させる第２の移
動手段を有する撮像手段を具備し、上記第１の移動手段
で被検体の所定位置を上記撮像手段の撮像センサの光路
に粗い位置決めを行い、上記第２の移動手段で所定位置に移動させて被検体の画
像パターンを撮像してなることを特徴とする検査装置。
（２）前記第１の移動手段と第２の移動手段間の光路に
被検体パターン位置検出手段を設けてなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の検査装置。
（３）前記被検体パターン位置検出手段が、２つのライ
ン状一次元撮像センサであることを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の検査装置。
（４）前記被検体パターン位置検出手段が二次元撮像セ
ンサであることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の検査装置。
（５）前記第２の移動手段は互いに直交するステージで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検査
装置。
（６）前記第２の移動手段に複数の一次元撮像センサを
配設してなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の検査装置。