KR100515491B1 - 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치와 방법 및 컴퓨터판독 가능한 기록매체 - Google Patents

반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치와 방법 및 컴퓨터판독 가능한 기록매체 Download PDF

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Abstract

CMP가 행해진 반도체의 기판(9)의 패턴을 검사하는 검사장치(1)에 있어서, 기판(9)의 패턴의 2차원 화상을 취득하는 광학 헤드부(11) 및 연산처리를 행하는 컴퓨터(13)를 설치한다. 컴퓨터(13)에는 미리 기준화상 및 기준화상의 에지화상이 준비되어 있으며, 취득화상과 기준화상과의 패턴 매칭이 행해진 후에 차분화상이 구해진다. 차분화상에서 에지화상이 나타내는 에지영역을 제외하고 화소치의 절대치의 평균과 소정의 문턱치가 비교되어 금속 잔막의 유무가 검출된다.

Description

반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치와 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{APPARATUS AND METHOD OF INSPECTING PATTERN ON SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND COMPUTER-READABLE MEDIUM}
본 발명은 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 기술에 관한 것이다.
반도체 기판(이하 "기판"이라고 한다.)의 회로형성 공정에 있어서, 근래 대머신(damascene) 공정의 이용이 주류로 되고 있는 중이다. 대머신 공정에서는 우선 도 1에 도시한 바와 같이 절연체인 산화 실리콘(SiO2, 이하 "산화막"이라고 한다.)(91)에 배선용 홈(911)이 형성되고, 홈(911)의 안에 배선용 금속이 매립된다. 배선용 금속으로는 배선을 형성하는 배선 금속(92)과 배선 금속의 이온이 산화막 중으로 확산하는 것을 방지하기 위한 배리어 메탈(barrier metal)(93)이 매립된다.
금속이 홈(911)에 매립된 후는 도 2에 도시한 바와 같이 배선경로를 횡단하는 것과 같은 형태의 여분의 금속이 제거되고, 적정한 배선이 형성된다. 여분의 금속을 제거하는 방법으로는 대부분의 경우에 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 "CMP"로 약칭한다.)가 이용된다. CMP에 의해 여분의 금속이 제거되는 동시에 나중의 포토리소그래피 공정에서 요구되는 기판 표면의 평탄도가 얻어진다.
대머신 공정을 이용하는 회로형성 공정에서는 여분의 금속의 제거가 완료했는지 여부를 검지하는 것(연마에서의 종점 검지)이 필요하게 된다. 종래부터, 종점 검지방법으로는 단위 시간당의 연삭량에서 연마종료 예정시간을 구하여 연마 종료 예정시간에 연마가 종료하는 것으로 간주하는 방법, 또는 연마 테이블의 회전 토크의 변화에 의해 연마의 종점 검지를 행하는 방법이 이용되고 있다.
그렇지만, 연마종료 예정시간이나 회전 토크의 변화에 의해 종점을 구하는 방법에서는 기판 상의 미세영역에 금속이 남아서 회로에 단락이 생겼는지 여부를 확인할 수 없다. 그러한 이유로 현재는 연마종료 후의 기판을 적절히 발취하여 검사 담당자가 현미경으로 금속의 나머지(이하, "금속 잔막" 이라고 한다.)가 존재하는지 여부를 검사하거나, 절단에 의해 반도체 칩(이하, "칩"이라고 한다.)이 된 후에 테스터(tester)를 이용하여 단락의 유무를 검사하도록 하고 있다.
금속 잔막의 검사에서 검사 담당자가 현미경을 이용하여 검사를 행하는 경우, 검사 담당자는 미세 패턴을 장시간 관찰할 필요가 있고, 당연히 담당자의 피로의 정도가 높아진다. 그러한 결과로 검사의 질이 편차가 생길 염려가 있다.
또한, 테스터(tester)를 이용하는 검사는 기판에서 칩을 잘라내어 반출한 후에 행해지는 검사로서, 검사결과가 연마처리 후 상당 시간을 경과한 후에 얻어지기 때문에 검사결과를 효율 좋게 이용할 수 없다.
본 발명은 비접촉, 비파괴로서 안정하게 반도체 기판 상의 패턴 검사를 행하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치에 적용된다.
본 발명의 일 국면에는, 장치는 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치로서 반도체 기판에 조명광을 조사하는 조명부와, 반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상의 데이터를 취득하는 촬상부와, 상기 2차원 화상의 데이터에 대하여 연산처리를 행하는 연산부와, 기준화상의 데이터를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 연산부가 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응 시켜, 상기 기준화상과 상기 2차원 화상의 서로 대응하는 화소치의 차를 구함으로써 차분화상의 데이터를 생성한다.
본 발명에 의하면, 비접촉, 비파괴로서 안정하게 반도체 기판 상의 패턴 검사를 행할 수 있다.
바람직하게는 상기 연산부가 상기 차분화상에 의거하여 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하고, 상기 지표치와 소정의 문턱치를 비교함으로써 검사결과를 취득하며, 또한, 상기 기억부가 상기 기준화상에서 에지(edge)를 추출한 에지화상 데이터를 기억하고 있으며 상기 지표치가 구해지는 때에 상기 차분화상에서 상기 에지화상이 나타나는 에지영역에 대응하는 화소가 실질적으로 제외된다.
이에 의해 검사 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 다른 국면으로는, 장치는 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치로서, 반도체 기판에 조명광을 조사하는 조명부와, 반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상의 데이터를 취득하는 촬상부와, 상기 2차원 화상의 데이터에 대하여 연산처리를 행하는 연산부와, 기준화상의 데이터를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 연산부가 상기 기준화상과 상기 2차원 화상의 각각에 대해서 서로 대응하는 영역에서의 화소치의 히스토그램(histogram)을 취득하며, 상기 기준화상에 의거하는 제1 히스토그램과 상기 2차원 화상에 의거하는 제2 히스토그램의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구한다.
본 발명에 의하면, 비접촉, 비파괴로서 안정하게 반도체 기판 상의 패턴 검사를 행하는 것이 가능하다.
바람직하게는 상기 연산부가 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 공통부분의 면적을 상기 지표치로서 구하고, 더욱 바람직하게는 상기 연산부가 상기 지표치를 구하는 때에, 상기 제1 히스토그램의 면적과 상기 제2 히스토그램의 면적을 같게 하거나, 또는, 상기 연산부가 상기 지표치를 구하는 때에, 양 히스토그램의 중심이 일치하도록 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 상대적 위치관계가 변경된다.
이에 의해 검사 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로는 상기 조명부가 복수 종류의 조명광 중의 어느 하나를 선택하여 반도체 기판에 조사한다. 이에 의해 반도체 기판의 특성에 따른 콘트라스트(contrast)가 높은 2차원 화상을 취득할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는 상기 연산부가 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는 때에, 상기 기준화상에 대하여 상기 2차원 화상을 실질적으로 임의 각도 회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 상관이 구해진다. 이에 의해 반도체 기판의 방향에 관계없이 검사를 행할 수 있다.
본 발명의 목적과 다른 목적, 특징, 국면, 이점 등은 첨부 도면과 함께 본 발명의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
도 3은 대머신 공정에 의해 배선 패턴이 형성된 반도체 기판(9)의 검사를 행하는 반도체 기판 검사장치(이하, "검사장치"라고 한다.)(1)의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
검사장치(1)는 기판(9)을 촬상하는 것에 의해 2차원 화상의 데이터를 취득하는 광학 헤드(head)부(11), 기판(9)를 지지하여 광학 헤드부(11)에 대하여 기판(9)을 상대적으로 이동시키는 스테이지(stage)부(12) 및 광학 헤드부(11)와 스테이지부(12)에 접속된 컴퓨터(13)를 가진다.
광학 헤드부(11)는 기판(9)에 조명광을 전하는 동시에 기판(9)에서의 광(光)이 입사하는 광학계(111)와, 광학계(111)에 의해 결상된 기판(9)의 상을 전기적 신호로 변환하는 촬상 장치(112) 및 복수 종류의 조명광 중 어느 하나를 선택하여 광학계(111)로 출사함으로써 기판(9)에 조명광을 조사하는 광원 유닛(2)을 가진다.
광원 유닛(2)은 조명광의 종류에 따라 복수의 광원(21)을 가지고, 광원 구동부(22)가 복수의 광원(21)을 이동시킴으로써, 조명광의 절환이 행해진다. 광원(21)으로는 기판(9)의 표면 특성에 따른 조명광을 출사하는 것이 복수 준비되지만, 다층막의 시인성을 향상하기 위하여 적어도 단색광을 출사하는 것이 포함된다. 물론, 복수의 광원(21)에는 백색광이나 전구색의 광을 출사하는 것이 포함되어도 좋다.
스테이지부(12)는 기판(9)을 지지하는 스테이지(121) 및 스테이지(121)를 수평면 내에서 이동시키는 스테이지 구동부(122)를 가진다. 또한, 스테이지 구동부(122)에 스테이지(121)를 수평면 내에서 회전시키는 기구가 추가되어도 좋다.
컴퓨터(13)는 도 4에 도시한 바와 같이, 각종 연산처리를 행하는 CPU(31), 기본 프로그램을 기억하는 ROM(32) 및 각종 정보를 기억하는 RAM(33)을 버스라인으로 접속한 일반적인 컴퓨터 시스템 구성으로 되어 있다. 버스라인에는 또한 정보기억을 행하는 고정 디스크(34), 각종 정보의 표시를 행하는 디스플레이(35), 조작자로부터 입력을 받아들이는 키보드(36a) 및 마우스(36b), 광 디스크, 자기 디스크, 광자기 디스크 등의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체(8)로부터 정보의 판독을 행하는 판독장치(37), 그리고 촬상 장치(112), 광원 유닛(2) 및 스테이지 구동부(122)와 통신을 행하는 통신부(38)가 적절한 인터페이스(I/F)를 통하여 접속 되어 있다.
컴퓨터(13)에는 사전에 판독장치(37)를 통하여 기록매체(8)에서 프로그램(341)이 판독되어, 고정 디스크(34)에 기억된다. 그리고, 프로그램(341)이 RAM(33)에 복사되는 동시에 CPU(31)가 RAM(33) 내의 프로그램에 따라 연산처리를 실행함으로써(즉, 컴퓨터가 프로그램을 실행하는 것에 의해), 컴퓨터(13)가 각종 구성을 제어하여 검사를 실행한다. 또한, 기록매체(8)는 컴퓨터가 판독 가능한 프로그램을 포함하는 것이면, 메모리 카드, 고정 디스크 등의 다른 종류의 컴퓨터 판독 가능한 기록매체이어도 좋다.
도 5는 CPU(31)가 프로그램(341)에 따라 동작함으로써, CPU(31), ROM(32), RAM(33) 등이 실현하는 기능구성을 나타내는 블록도이다. 도 5에 있어서 제어부(41), 매칭부(42), 차분화상 생성부(43) 및 판정부(44)가 CPU(31) 등에 의해 실현되는 기능을 나타낸다. 또 이들 기능은 전용의 전기적 회로에 의해 실현되어도 좋고, 부분적으로 전기적 회로가 이용되어도 좋다.
제어부(41)는 촬상 장치(112)에서의 화상 신호를 받아들여 고정 디스크(34)에 취득화상 데이터(342)로서 기억하거나, 광원 유닛(2)이나 스테이지 구동부(122)의 동작을 제어한다. 매칭부(42)는 촬상 장치(112)에 의해 취득된 화상(이하, "취득화상"이라고 한다.)과 후술하는 기준화상과의 패턴 매칭을 행하여, 차분화상 생성부(43)는 취득화상과 기준화상과의 차분화상을 구하고, 판정부(44)는 기판(9) 상에 금속 잔막이 존재하는지 여부를 판정한다.
검사장치(1)에는 검사동작이 행해지기 전에 검사를 위한 준비동작이 행해진다. 도 6은 준비동작으로서 검사에 이용되는 각종 데이터의 집합인 레시피를 등록하는 동작의 흐름을 나타내는 도면이다.
레시피 등록에서는 우선 미리 적정한 CMP가 행해진 기준 기판이 스테이지부(12)에 로드된다(스텝 S111). 다음에 검사개소의 막종류에 따라 조명광이 선택된다(스텝 S112). 즉, 조작자가 컴퓨터(3)의 키보드(36a)나 마우스(36b)를 조작함으로써 조명광이 선택되고, 조작에 따라서 제어부(41)가 광원 유닛(2)의 광원 구동부(22)를 구동하는 동시에 선택된 광원(21)을 점등한다.
조명광은 결함으로 검출하고 싶은 금속이나 박막 등의 특성에 의거하여 콘트라스트가 높은 화상이 얻어지는 것이 선택되고, 바람직하게는 단색광이 선택된다. 이에 의해, 검사개소의 특성에 따른 S/N비가 높은 화상을 얻을 수 있다.
계속하여, 조작자의 조작에 의거하여 스테이지(121)가 이동하고, 기준 기판 상의 특정 칩내의 검사개소가 광학 헤드부(11)의 바로 아래로 이동한다(스텝 S113). 그 후, 촬상 장치(112)가 촬상을 행함으로써 기준이 되는 패턴을 나타내는 기준화상의 데이터가 기준화상 데이터(303)(도 5 참조)로서 고정 디스크(34)에 기억된다(스텝 S114).
도 7은 기판(9) 상의 1개의 칩(94)에 상당하는 영역에 있어서, 복수의 검사개소(941)를 예시하는 도면이고, 도 8은 기판(9) 상의 칩(94) 중 검사 대상이 되는 것(평행 사선을 부가한 것)의 위치를 예시하는 도면이다. 도 7에 도시한 바와 같이 1회의 촬상으로는 1개의 칩(94) 내의 한정된 영역만이 촬상대상이 된다. 1개의 칩(94) 내에는 하층 상태나 배선 패턴의 상태에 의거하여 미리 금속 잔막이 존재할 가능성이 높은 장소가 경험상 파악되며, 그러한 장소가 검사개소(941)로서 정해진다.
또, 도 8에 도시한 바와 같이 1개의 기판(9) 상에서도 CMP 특성으로부터 금속 잔막이 존재하기 쉬운 칩(94)의 위치가 경험상 판명되고 있다. 그래서, 후술의 검사동작에서는 검사대상이 되는 전체의 칩(94)의 각 검사개소(941)가 검사대상이 된다. 또한, 레시피 등록 때에는, 1개의 칩(94)에 대하여만 각종 조건의 취득이 행해진다. 그리고, 후술의 검사 때에는 레시피가 각 칩(94)에 대하여 적용된다.
기준화상 데이터(303)의 취득이 완료하면, 조작자에 의해 기판(9) 상의 패턴의 양부(良否)를 판정하기 위한 문턱치가 설정된다(스텝 S115). 문턱치는 조작자의 경험에 의거하여 설정되어도 좋으며, 별도 준비된 불량기판을 이용하여 행하여도 좋다.
불량기판이 이용되는 경우의 동작에 관해서는 도시를 생략하고 있지만, 우선, 불량기판의 검사개소(941)의 화상 데이터가 취득되어, 기준화상과 불량기판의 화상과의 차분화상이 구해진다. 그리고, 후술의 지표치(문턱치와 비교되는 값으로서, 상세히는 검사동작을 참조)와 같은 방법으로 값이 구해지고, 구해진 값에 기초하여 조작자가 문턱치를 설정한다.
다음에, 기준화상 에지를 일정 폭의 선으로 추출한 에지화상이 생성된다(스텝 S116). 예를 들면, 기준화상이 도 9에 나타내어진 것인 경우, 도 10에 도시되는 에지화상이 생성되며, 고정 디스크(34)에 에지화상 데이터(304)(도 5 참조)로서 기억된다. 또, 에지화상의 생성 때에, 화상의 주연부(주변 가장자리)도 에지로 간주된다.
에지화상 생성에서는 우선 기준화상에 중합되는 오퍼레이터가 준비된다. 도 11은 오퍼레이터를 예시하는 도면으로, 오퍼레이터는 종횡으로 홀수개의 화소를 나열한 사이즈가 된다. 그리고, 기준화상에 중합된 오퍼레이터의 중앙 화소(도 11에 있어서 평행사선을 부가하는 화소)치와 다른 화소치와의 차의 절대치가 가산되고, 가산치가 소정치를 초과하는 경우에 에지화상에 대응하는 화소치가 1로 되며, 소정치 이하인 경우에 화소치가 0으로 된다. 또한, 이 방법에 의한 에지 검출은 지향성을 가지지 않기 때문에 통상 행해지는 방향 마다 에지 검출에 비하여 간단히 행할 수 있다.
물론, 복수 사이즈의 오퍼레이터가 1개의 기준화상에 적용되어도 좋고, 이 경우 오퍼레이터의 사이즈의 영향을 없애기 위하여 상술의 가산치가 오퍼레이터의 화소수로 제산(除算)된다. 복수 사이즈의 오퍼레이터를 기준화상에 적용함으로써, 검사 때에 여러가지 패턴에 대하여 적절한 판단을 행할 수 있는 에지화상이 생성된다.
1개의 검사개소(941)에 관해서 스텝(S112 ~ S116)이 완료하면, 동일 칩(94) 내의 다음 검사개소(941)에 대하여 스텝(S112 ~ S116)이 반복된다(스텝 S117). 스텝(S112 ~ S116)이 1개의 칩(94) 내의 모든 검사개소(941)에 대해 실행되면, 기판(9) 상의 검사대상이 되는 칩(이하, "대상 칩"이라고 한다.)(94)의 선택이 행해진다(스텝 S118). 예를 들면, 도 8에 있어서 평행사선이 행해진 칩(94)이 대상 칩으로 선택된다.
그 후, 이상의 동작에 관련되는 정보가 도 5에 도시한 바와 같이 고정 디스크(34) 내에 레시피(343)로서 등록된다(즉, 레시피(343)에서 나타내지는 데이터 구조로서 보존된다)(스텝 S119). 도 5에 도시한 조명 데이터(301)는 검사개소(941)마다 스텝(S112)에서 선택된 조명광의 종류를 나타내고, 위치 데이터(302)는 스텝(S113)에서 특정된 검사개소(941)의 위치 및 수를 나타내며, 기준화상 데이터(303)는 스텝(S114)에서 취득된 각 검사개소(941)의 화상 데이터이고, 에지화상 데이터(304)는 스텝(S116)에서 생성된 각 검사개소(941)의 화상 데이터이며, 문턱치(305)는 각 검사개소(941)에 대하여 스텝(S115)에서 설치된 값을 나타낸다.
마지막으로 기준기판이 스테이지(121)에서 언로드되어, 레시피 등록 동작이 종료한다(스텝 S120).
도 12 및 도 13은 1개의 기판(이하, "대상기판"이라고 한다.)(9)에 대하여 검사가 행해지는 때의 검사장치(1)의 동작의 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 검사동작에 관해서 도 3 내지 도 5를 참조하면서 도 12 및 도 13에 따라 설명한다.
먼저, 대상기판(9)이 스테이지부(12)의 스테이지(121) 상에 로드된다(스텝 S131). 대상기판(9)은 CMP 장치 또는 CMP 장치를 가지는 설비 라인에서 자동적으로 로드되도 좋고, 작업자가 적절히 스테이지(121) 상에 기판(9)을 재치(載置)하여도 좋다.
검사장치(1)에서는 로드된 대상기판(9)이 앞의 검사기판(9)과 동종인지 여부를 컴퓨터(13)가 확인하고(스텝 S132), 동종 기판이 아닌 경우에는 대상기판(9)의 종류에 따른 레시피(343)가 로드된다(스텝 S133). 즉, 레시피(343)가 고정 디스크(34)에서 판독되어 RAM(33)에 기억되고, CPU(31)에 의하는 레시피(343)의 참조가 가능하게 된다. 또한, 레시피의 로드는 고정 디스크(34) 내의 1개의 레시피(343)를 특정만 하는 동작이어도 좋다. 또한, 도 5에는 편의상 고정 디스크(34) 내의 레시피(343)에 대하여 각종 데이터의 흐름을 나타내고 있다.
다음에, 제어부(41)의 제어에 따라 촬상 장치(112)가 낮은 배율로 촬상을 행하여, 얻어진 화상과 미리 준비된 패턴(노치(notch) 형상이나 특징적인 패턴)이 CPU(31)에 의해 비교되어 대상기판(9)의 스테이지(121) 상의 대략의 위치 및 방향이 검출된다. 제어부(41)는 프리얼라인먼트(prealignment)로서, 검출결과에 의거하여 대상기판(9)의 최초 검사대상이 되는 칩(94)이 광학 헤드부(11)의 대략 하방에 위치하도록 스테이지 구동부(122)를 제어한다(스텝 S134).
프리얼라인먼트가 완료하면, 제어부(41)가 레시피(343)의 조명 데이터(301)을 참조하여 광원 구동부(22)를 제어하고, 검사개소(941)에 적당한 조명광을 출사하는 광원(21)을 광학계(111)로의 광도입 위치에 위치시킴과 동시에 선택된 광원(21)을 점등한다. 이것에 의해 선택된 조명광이 광학계(111)를 통하여 대상기판(9)에 조사된다(스텝 S135).
또한, 제어부(41)는 레시피(343)의 위치 데이터(302)를 참조하여 최초의 검사가 행해지는 대상 칩(94)의 최초 검사개소(941)가 광학 헤드부(11)의 바로 아래에 위치하도록 스테이지(121)를 이동시킨다(스텝 S136). 그리고, 촬상 장치(112)가 광학계(111)를 통하여 검사개소(941)의 화상을 신호로서 취득하고, 화상신호가 촬상 장치(112) 중의 회로 또는 제어부(41)에 있어서 디지털 데이터로 변환되어, 취득화상 데이터(342)로서 고정 디스크(34)에 기억된다(스텝 S137). 도 14는 도 9에 나타낸 기준화상에 대응하여 취득된 취득화상을 예시하는 도면이다.
취득화상 데이터(342) 및 기준화상 데이터(303)는 매칭부(42)로 보내지고, 예를 들면, 정규화 상관법에 의한 패턴 매칭을 이용하여 취득화상과 기준화상과의 위치관계가 더욱 상세하게 조사된다(스텝 S138). 구체적으로는 기준화상에 대하여 취득화상을 여러가지 위치 및 방향으로 중합하고, 각 화상에 있어서 중합된 영역의 모든 화소치를 요소로서 가지는 벡터가 구해져, 양 화상에 대응하는 2개 벡터의 내적이 산출된다. 그리고, 내적이 최대로 될 때의 취득화상의 위치 및 방향이 구해진다.
또한, 패턴 매칭에서는 기준화상에 대하여 취득화상을 실질적으로 임의 각도 회전시키면서 기준화상과 취득화상과의 상관(내적)이 구해진다. 이것에 의해 기판(9)의 방향에 관계 없이 양 화상의 대응관계가 구해진다. 예를 들면, CMP 장치와 같이 기판(9)을 회전시키면서 처리하는 장치에서 기판(9)이 자동적으로 로드되는 경우, 로드 직후의 기판(9)은 임의 방향을 향하는 것으로 된다. 이러한 경우에 있어서도 검사장치(1)에서는 스테이지(121)를 회전시키지 않고 패턴 매칭을 행할 수 있다.
패턴 매칭에 의해, 도 15에 도시한 바와 같이 기준화상(951)을 이동 벡터(v)만큼 평행이동하여 소정의 원점을 중심으로 각도 θ회전시킴으로써 기준화상(951)을 취득화상(952)에 대응시키는 것이 가능하다고 판정하면, 기준화상(951)과 취득화상(952)과의 중합 영역(도 15에 있어서 평행사선을 부가하는 영역)에서 수 1에 의한 연산에 의해서 취득화상(952)의 좌표계에서의 1개의 화소 위치 벡터(p)를 기준화상(951)의 좌표계에서의 대응화소의 위치 벡터(q)로 변환하는 것이 가능하게 된다. 다만, 수 1에 있어서 A(-θ)는 각도(-θ) 만큼 위치 벡터를 회전시키는 행렬이다.
[수 1]
q = A(-θ)ㆍ(p - v)
취득화상(952)에서 기준화상(951)에 대응하는 화소가 존재하지 않는 화소에는 마이너스의 화소치 등과 같은 연산대상 외를 나타내는 값이 설정된다. 이에 의해, 취득화상(952) 중 실제로 연산대상이 되는 검사개소(941)의 영역(이하, "검사영역"이라고 한다.)이 특정된다(스텝 S139).
취득화상 데이터(342), 기준화상 데이터(303), 양 화상을 포개기 위한 이동 벡터(v), 회전각도(θ) 및 검사영역은 차분화상 생성부(43)에 입력되고, 양 화상이 중합된 부분에 관하여 양 화상이 대응하는 화소치의 차를 화소치로서 가지는 차분화상 데이터가 생성된다(스텝 S140). 도 16은 도 9에 나타내는 기준화상 및 도 14에 나타내는 취득화상에서 구해진 차분화상을 예시하는 도면이다.
차분화상 데이터 및 레시피(343) 내의 에지화상 데이터(304)는 판정부(44)로 보내지고, 차분화상이 에지화상에 의해 마스크된다(스텝 S141). 예를 들면, 에지 화상에서 값이 1 화소(즉, 에지영역의 화소)에 대응하는 차분화상의 화소치가, 판정 연산에서 제외되는 특별한 값으로 된다. 그리고, 차분화상에서 제외해야 할 화소 이외의 화소치의 절대치의 평균치가 구해져, 평균치와 레시피(343) 내의 문턱치(305)가 비교된다.
평균치가 문턱치(305) 이상인 경우에는 금속 잔막이 존재하는 것으로 판정되고, 평균치가 문턱치(305)를 하회하는 경우에는 금속 잔막이 존재하지 않는 것으로 판정된다(스텝 S151). 이상과 같이, 검사장치(1)에는 상기 평균치가 기준화상과 취득화상과의 유사 정도를 나타내는 지표치로서 이용된다.
통상, 기준화상과 취득화상과의 매칭은 적어도 1화소 이하의 오차를 수반한다. 즉, 1개의 화소에 대하여 패턴 에지가 어디에 위치하는가에 의해 에지에 대응하는 화소치가 변화한다. 또한, 화소치의 양자화 때에도 오차가 생긴다. 따라서, 패턴 매칭 후에 차분화상을 구하면, 패턴 에지에 대응하는 화소치의 절대치가 크게 되버린다. 그래서, 판정부(44)에서는 에지화상을 이용하여 에지에 대응하는 화소를 실질적으로 제외하여 판정을 행하는 것에 의해서 검사 정밀도를 높이고 있다.
1개의 검사개소(941)에 대한 검사가 완료하면, 대상 칩(94)에서 미검사된 다음 검사개소(941)가 존재하는가 확인하여(스텝 S152), 미검사의 검사개소(941)가 존재하는 경우에는 스텝(S135 ~ S141 및 S151)이 반복된다. 또한, 1개의 대상 칩(94)의 모든 검사개소(941)의 검사가 완료하면, 미검사된 다음 대상 칩(94)이 존재하는가 확인하여(스텝 S153), 미검사된 대상 칩(94)가 존재하는 경우에는 새로운 대상 칩(94)의 각 검사개소(941)에 대하여 스텝(S135 ~ S141 및 S151)이 반복된다.
모든 대상 칩(94)의 모든 검사개소(941)의 검사가 왼료하면, 검사결과의 일람이 디스플레이(35)에 표시된다(스텝 S154). 검사장치(1)의 담당자는 키보드(36a)나 마우스(36b)를 이용하여 금속 잔막이 존재하는 검사결과가 얻어진 검사개소(941)을 선택하는 것이 가능하게 되어 있으며, 조작자가 검사개소(941)을 선택함으로써, 검사결과에 대응하는 차분화상(또는, 취득화상)이 디스플레이(35)에 표시된다(스텝 S155, S156). 이에 의해 조작자가 금속 잔막의 모양을 2차원적 분포로서 정확히 파악할 수 있다.
조작자에 의해 검사결과가 파악되면 대상기판(9)이 스테이지(121)에서 언로드된다(스텝 S157). 또한, 기판처리 라인에서 대상기판(9)을 자동적으로 로드 및 언로드 가능하게 함으로써, 검사장치(1)를 인라인화할 수 있다. 검사결과는 언로드된 대상기판(9)에서 얻어지는 칩(94)을 처리하거나, 칩(94)의 양, 불량을 검사하는 다른 장치로 보내져 이용된다. 이에 의해 다른 장치에서의 처리나 검사 효율이 향상된다.
또한, 검사결과에 따라서는 대상기판(9)에 대한 CMP가 재실행되어도 좋다. 이에 의해, 불충분한 CMP가 행해진 대상기판(9)에서 칩(94)의 수율을 향상할 수 있다.
이상과 같이, 검사장치(1)에서는 기판(9)의 패턴 검사를 자동적으로 행할 수 있는 동시에 불량 개소를 2차원 화상으로 정확히 파악할 수 있기 때문에, 검사담당자의 부담을 저감할 수 있고, 또한, 비접촉, 비파괴로서 반도체 기판의 패턴 검사를 안정하게 행할 수 있다.
다음으로 검사장치(1)의 그 밖의 동작예에 관해서 설명한다. 또한, 검사장치(1)의 구성은 도 3 및 도 4와 같다.
도 17은 다른 동작예에 있어서, CPU(31)가 프로그램(341)에 따라 동작함으로써 CPU(31), ROM(32), RAM(33) 등이 실현하는 기능구성을 나타내는 블록도이다. 도 17에서는, 도 5에서 나타내는 차분화상 생성부(43)를 대신하여 취득화상에서 화소치의 도수에 관한 히스토그램(histogram)을 구하는 히스토그램 생성부(43a)가 설치된 구성을 도시하고 있다. 이들 기능은 전용의 전기적 회로에 의해 실현되어도 좋으며, 부분적으로 전기적 회로가 이용되어도 좋다.
도 18은 준비동작으로 검사에 이용되는 각종 데이터 집합인 레시피를 등록하는 동작의 흐름을 나타내는 도면이다.
레시피 등록에서는 우선, 도 6과 같이 기준 기판이 스테이지부(12)에 로드되고(스텝 S211), 검사개소의 막종류에 따라 조명광이 선택된다(스텝 S212).
계속해서, 기준 기판상의 특정 칩내의 검사개소가 광학헤드부(11)의 바로 아래로 이동하고(스텝 S213), 촬상 장치(112)가 촬상을 행함으로써 기준이 되는 패턴을 나타내는 기준화상의 데이터가 기준화상 데이터(303)(도 17 참조)로서 고정 디스크(34)에 기억된다(스텝 S214).
도 19는 기판(9) 상의 1개의 칩(94)에 상당하는 영역에서, 복수의 검사개소(941)를 예시하는 도면이고, 기판(9) 상의 칩(94) 중 특정의 것만이 도 8에 도시한 바와 같이 검사대상이 된다. 도 19에 도시한 바와 같이 1회의 촬상에서는 1개의 칩(94) 내의 한정된 영역만이 촬상대상이 된다. 1개의 칩(94) 내에는 하층 상태나 배선 패턴의 상태에 의거하여 미리 금속 잔막이 존재할 가능성이 높은 장소가 경험상 파악되어 있으며, 그러한 장소가 검사개소(941) 내의 검사영역(942)으로 설정된다(스텝 S215). 도 20은 기준화상에 설정된 검사영역(942)을 예시하는 도면이다.
다음으로 검사영역(942)의 화소치에 의거하여 기준 히스토그램의 생성이 행해진다(스텝 S216). 기준 히스토그램(histogram)은 면적이 1이 되도록 정규화되어 있으며, 검사영역(942)에서 화소치(i)의 도수(즉, 화소수)가 Ho [i]인 경우에 기준 히스토그램의 도수 No [i]는 수2 로 나타내는 연산에 의해 구해진다. 구해진 기준 히스토그램의 데이터는 고정 디스크(34)에 기준 히스토그램 데이터(304a)(도 17 참조)로서 기억된다.
[수 2]
기준 히스토그램이 취득되면, 조작자에 의해 기판(9) 상의 패턴의 양부(良否)를 판정하기 위한 문턱치가 설정된다(스텝 S217). 문턱치는 조작자의 경험에 의거하여 설정되도 좋으며, 별도 준비된 불량기판을 이용하여 행해져도 좋다.
불량기판이 이용되는 경우의 동작에 관해서는 도시를 생략하지만, 우선, 불량기판의 검사영역(942)의 화상 데이터가 취득되고, 검사영역(942)의 정규화된 히스토그램이 구해진다. 그리고, 후술의 지표치(문턱치와 비교되는 값이고, 상세에 관해서는 검사동작을 참조)와 같은 방법으로 값이 구해지고, 구해진 값에 의거하여 조작자가 문턱치를 설정한다.
1개의 검사개소(941)에 관해서 스텝(S212 ~ S217)이 완료하면, 동일 칩(94) 내의 다음 검사개소(941)에 대하여 스텝(S212 ~ S217)이 반복된다(스텝 S218). 스텝(S212 ~ S217)이 1개의 칩(94) 내의 모든 검사개소(941)에 대하여 실행되면, 기판(9) 상의 검사대상이 되는 칩(이하, "대상 칩"이라고 한다.)(94)의 선택이 행해진다(스텝 S219). 예를 들면, 도 8에서 평행사선이 그어진 칩(94)이 대상 칩으로 선택된다.
그 후, 이상의 동작에 관련된 정보가 도 17에 도시한 바와 같이 고정 디스크(34) 내에 레시피(343)로서 등록된다(즉, 레시피(343)에서 표시되는 데이터 구조로서 보존된다)(스텝 S220). 도 17에 나타내는 조명 데이터(301)는 검사개소(941) 마다 스텝(S212)에서 선택된 조명광의 종류를 나타내고, 위치 데이터(302)는 스텝(S213)에서 특정되는 검사개소(941)의 위치 및 수 그리고 스텝(S215)에서 설정되는 검사영역(942)의 범위를 나타내며, 기준화상 데이터(303)는 스텝(S214)에서 취득된 각 검사개소(941)의 화상 데이터이고, 기준 히스토그램 데이터(304a)는 스텝(S216)에서 생성된 각 검사영역(942)에 관한 히스토그램 데이터이며, 문턱치(305)는 각 검사개소(941)에 대하여 스텝(S217)에서 설치된 값을 나타낸다.
마지막으로, 기준기판이 스테이지(121)로부터 언로드되고, 레시피 등록 동작이 완료한다(스텝 S221).
도 21 및 도 22는 1개의 기판(이하, "대상기판"이라고 한다)(9)에 대하여 검사가 행해지는 때 검사장치(1)의 동작 흐름을 나타내는 도면이다. 이하, 검사동작에 관해서 도 3, 도4 및 도 17을 참조하면서 도 21 및 도 22에 따라서 설명을 한다.
검사동작의 전반은 도 12와 같다. 우선, 대상기판(9)이 스테이지부(12)의 스테이지(121) 상에 로드되고(스텝 S231), 로드된 대상기판(9)이 앞에 검사된 기판(9)과 동종인지 여부를 컴퓨터(13)가 확인하며(스텝 S32), 동종 기판이 아닌 경우에는 대상기판(9)의 종류에 따른 레시피(343)가 로드된다(스텝 S233).
다음에, 제어부(41)의 제어에 따라 촬상 장치(112)가 낮은 배율에서 촬상을 행하고, 대상기판(9)의 스테이지(121) 상의 대략의 위치 및 방향이 검출되며, 제어부(41)는 프리얼라인먼트, 대상기판(9)의 최초 검사대상이 되는 칩(94)이 광학 헤드부(11)의 대략 하방에 위치하도록 스테이지 구동부(122)를 제어한다(스텝 S234). 그리고 제어부(41)가 레시피(343)의 조명 데이터(301)를 참조하여 광원구동부(22)를 제어하고, 선택된 조명광이 광학계(111)를 통하여 대상기판(9)에 조사된다(스텝 S235).
또한, 제어부(41)는 레시피(343)의 위치 데이터(302)를 참조하여 최초 검사가 행해지는 대상 칩(94)의 최초 검사개소(941)가 광학 헤드부(11)의 바로 아래에 위치하도록 스테이지(121)를 이동시킨다(스텝 S236). 촬상 장치(112)가 광학계(111)를 통하여 검사개소(941)의 화상을 신호로서 취득하고, 화상신호가 촬상 장치(112) 중의 회로 또는 제어부(41)에서 디지털 데이터로 변환되어, 취득화상 데이터(342)로서 고정 데이터(34)에 기억된다(스텝 S237).
취득화상 데이터(342) 및 기준화상 데이터(303)는 매칭부(42)로 보내지고, 도 12의 경우와 같은 방법에 의해 취득화상과 기준화상과의 위치관계가 더욱 상세히 조사된다(스텝 S238).
또한, 패턴 매칭에서는 기준화상에 대하여 취득화상을 실질적으로 임의 각도 회전시키면서 기준화상과 취득화상과의 상관(내적)이 구해진다. 이에 의해, 기판(9)의 방향에 관계없이 양화상의 대응관계가 구해진다. 예를 들면, CMP 장치와 같이 기판(9)을 회전시키면서 처리하는 장치에서 기판(9)이 자동적으로 로드되는 경우, 로드 직후의 기판(9)은 임의의 방향을 향하게 된다. 이와 같은 경우에서도, 검사장치(1)에서 스테이지(121)를 회전시키지 않고 패턴 매칭을 행할 수 있다. 또, 패턴 매칭에 의해, 후술하는 판정에서 정밀도를 높일 수 있다.
패턴 매칭에 의해서, 기준화상(951)을 이동 벡터(v) 만큼 평행이동하여 소정의 원점을 중심으로 각도(θ) 회전 시킴으로써, 기준화상(951)을 취득화상(952)에 대응시키는 것이 가능하다고 판정하면, 기준화상(951)과 취득화상(952)과의 중합영역(도 15 참조)에 있어서, 상기의 수1 에 의한 연산에 의해 취득화상(952)의 좌표계에서의 1개의 화소 위치 벡터(p)를 기준화상(951)의 좌표계에서의 대응화소의 위치벡터(q)로 변환하는 것이 가능하게 된다.
취득화상 데이터(342), 이동 벡터(v), 회전각도(θ) 및 검사영역을 나타내는 위치 데이터(302)는 히스토그램 생성부(43a)에 입력되고, 기준화상 중의 검사영역에 대응하는 취득화상 중의 검사영역이 특정된다(스텝 S239). 히스토그램 생성부(43a)는 취득화상 중의 검사영역의 화소치의 도수를 나타내는 히스토그램을 생성하고(스텝 S240), 또한, 이 히스토그램을 정규화하여 대상 히스토그램을 생성한다(스텝 S241). 대상 히스토그램은 기준 히스토그램과 같은 방법에 의해 생성된다. 즉, 검사영역에서 화소치(i)의 도수가 H1[i] 인 것으로 하면, 수 3에 의해 대상 히스토그램의 도수 N1 [i] 이 구해진다.
[수 3]
또한, 수 3에 의한 연산에 의해 대상 히스토그램의 면적은 기준 히스토그램의 면적과 같게 되는 것으로부터 스텝(S241)은 검사영역의 히스토그램의 면적을 기준 히스토그램의 면적과 같도록 대상 히스토그램의 도수를 수정하는 공정에 해당된다.
다음에, 판정부(44)가 레시피(343) 내의 기준 히스토그램 데이터(304a)를 읽어 들여 기준 히스토그램을 취득하고, 히스토그램 생성부(43a)로부터 대상 히스토그램을 취득한다. 그리고, 이들 히스토그램을 이용하여 검사영역 내의 패턴의 판정을 행한다(스텝 S251). 도 23은 판정부(44)에 의한 판정처리의 흐름을 나타내는 도면이다.
판정부(44)에서는 우선 기준 히스토그램 및 대상 히스토그램의 중심이 일치하도록 대상 히스토그램의 이동(검사영역의 명도보정에 대응한다.)이 행해진다(스텝 S2511). 히스토그램의 중심은 대략 중심을 나타내는 것이면, 어느 것이나 좋고, 예를 들면, 히스토그램의 중심이나 중간치가 중심이 된다. 대상 히스토그램의 이동에 의해, 광원(21)의 밝기가 변화한 경우에 있어서도 정확한 판정을 행하는 것이 실현된다. 또한, 기준 히스토그램이 이동되어도 좋으며, 기준 히스토그램과 대상 히스토그램과의 상대적 위치관계가 변경되면 좋다.
도 24는 기준 히스토그램(960)을 예시하는 도면이고, 도 25는 대상 히스토그램(961)을 예시하는 도면이다. 도 24에서 기준 히스토그램(960)의 중간치에 대응하는 화소치가 pc1 이고, 도 25에 있어서 대상 히스토그램(961)의 중간치에 대응하는 화소치가 pc2 인 것으로 한 경우, 도 25에서 점(97)에 대응하는 화소치가 pc1 이 되도록 대상 히스토그램(961) 전체가 수평 방향(화소치의 축방향)으로 이동된다. 도 26은 기준 히스토그램(960)과 이동 후의 대상 히스토그램(962)을 포개어 나타내는 도면이다.
다음에, 판정부(44)는 기준 히스토그램(960)과 이동 후의 대상 히스토그램(962)과의 중합 부분(즉, 공통부분)의 면적(S1)(도 26에 있어서 평행사선을 부가하는 영역의 면적)을 구한다(스텝 S2512). 구체적으로는 화소치(i)에 대한 기준 히스토그램(960)의 도수 N0[i], 이동 후의 대상 히스토그램(962)의 도수 N1S[i]를 이용하여, 수 4에 나타내는 연산에 의해 면적(S1)이 구해진다.
[수 4]
그리고, 면적(S1)과 문턱치(305)가 비교되어(스텝 S2513), 면적(S1)이 문턱치(305)를 하회하는 경우에는 금속 잔막이 존재하는 것으로 판정되고, 면적(S1)이 문턱치(305) 이상의 경우에는 금속 잔막이 존재하지 않는 것으로 판정된다(스텝 S2513). 이상과 같이, 검사장치(1)에서는 상기 면적(S1)이 기준 히스토그램과 대상 히스토그램과의 유사 정도를 나타내는 지표치로서 이용된다.
또한, 히스토그램의 정규화 및 이동을 행하여 양 히스토그램의 포개지는 정도를 지표치로 함으로써, 지표치와 판정결과와의 관계를 안정시킬 수 있고, 레시피 등록 때의 문턱치의 설정(도 18: 스텝 S217)을 용이하게 행할 수 있다.
1개의 검사개소(941)에 대한 검사가 완료하면, 대상 칩(94)에서 미검사된 다음 검사개소(941)가 존재하는지 확인하여(스텝 S252), 미검사된 검사개소(941)가 존재하는 경우에는 스텝(S235 ~ S241 및 S251)이 반복된다. 또한, 1개의 대상 칩(94)의 모든 검사개소(941)의 검사가 완료하면, 미검사된 다음 대상 칩(94)이 존재하는지 확인하여(스텝 S253), 미검사된 대상 칩(94)이 존재하는 경우에는 새로운 대상 칩(94)의 각 검사개소(941)에 대하여 스텝(S235 ~ S241 및 S251)이 반복된다.
모든 대상 칩(94)의 모든 검사개소(941)의 검사가 완료하면, 검사결과의 일람이 디스플레이(35)에 표시된다(스텝 S254). 검사장치(1)의 담당자는 키보드(36a)나 마우스(36b)를 이용하여 금속 잔막이 존재하는 검사결과가 얻어진 검사개소(941)를 선택하는 것이 가능하게 되어 있으며, 조작자가 검사개소(941)를 선택함으로써 검사결과에 대응하는 취득화상이나 히스토그램이 디스플레이(35)에 표시된다(스텝 S255, S256). 이에 의해 조작자가 금속 잔막의 모양을 2차원적 분포로서 정확히 파악하는 것이 가능하다.
조작자에 의해 검사결과가 파악되면 대상기판(9)이 스테이지(121)로부터 언로드된다(스텝 S257). 또한, 기판처리 라인에서 대상기판(9)을 자동적으로 로드 및 언로드 가능하게 함으로써 검사장치(1)를 인라인화 할 수 있다. 검사결과는 언로드된 대상기판(9)에서 얻어지는 칩(94)을 처리하거나, 칩(94)의 양, 불량을 검사하는 다른 장치로 보내져 이용된다. 이에 의해 다른 장치에서의 처리나 검사의 효율이 향상된다.
또한, 검사결과에 따라서는 대상기판(9)에 대한 CMP가 재실행되어도 좋다. 이에 의해, 불충분한 CMP가 행해진 대상기판(9)에서의 칩(94)의 수율을 향상할 수 있다.
이상과 같이, 검사장치(1)에서는 히스토그램을 이용함으로써 기판(9)의 패턴검사를 정밀도 좋게 자동적으로 행할 수 있다. 또 불량개소를 2차원 화상으로서 정확히 파악할 수 있기 때문에, 검사담당자의 부담을 저감할 수 있고, 또 비접촉, 비파괴로서 반도체 기판의 패턴 검사를 안정하게 행할 수 있다. 히스토그램의 중심치를 일치시킴으로써, 박막의 두께에 의한 화소치의 시프트(shift) 효과를 제거할 수 있고, 오판정을 저감하는 것이 실현된다.
또한, 히스토그램을 촬상영역 내의 검사영역에 한정하여 생성하기 때문에, 금속 잔막이 존재하는 가능성이 높은 부분만을 정밀도 좋게 검사할 수 있다.
다음으로, 히스토그램을 이용하는 판정부(44)의 처리의 다른 예에 관해서 설명한다. 기준 히스토그램과 대상 히스토그램과의 유사 정도를 나타내는 지표치로서 가장 간단한 것은 양 히스토그램의 거리(도수의 상위의 누적)이다. 예를 들면, 도 27에 나타내는 기준 히스토그램(960)과 대상 히스토그램(961)의 경우, 수 5에 나타내는 연산에 의해 평행사선을 부가하는 영역의 면적(S2)이 지표치로서 구해진다.
[수 5]
면적(S2)이 지표치로서 이용되는 경우, 판정부(44)에는 면적(S2)이 문턱치(305) 이상인 경우에 금속 잔막이 존재하는 것으로 판정되고, 면적(S2)이 문턱치(305)를 하회하는 경우에 금속 잔막이 존재하지 않는 것으로 판정된다.
또, 기준 히스토그램과 대상 히스토그램과의 유사 정도는 일차원의 파형에 대한 동적계획법(動的計畵法)에 의해 구해도 좋다. 동적계획법을 이용하는 경우, 히스토그램은 정규화되지 않아도 좋으며, 기준화상 및 취득화상의 검사영역에서의 화소치의 히스토그램이 그대로 이용되어도 좋다. 이하, 기준 히스토그램 및 대상 히스토그램에 동적계획법을 적용하는 예에 관해서 설명을 한다.
우선, 판정부(44)가 기준 히스토그램 및 대상 히스토그램에서 도수가 0이 아닌 가장 작은 화소치(ps1 및 ps2)를 각각 검출한다. 그리고 나서, 화소치(ps1 ~ 255)의 범위와 화소치(ps2 ~ 255)의 범위를 동적계획법에서의 경로범위로 설정한다. 이것에 의해 히스토그램의 분포가 치우치는 경우에서도 적절한 판정이 실현된다. 도 28은 경로범위를 나타내는 도면이고, 시점(Ps)의 좌표가 (ps1, ps2)이고, 종점(Pe)의 좌표가 (255, 255)인 모양을 예시하고 있다.
다음으로, 수 6에 의하여 d(i, j)를 정의하고, 좌표(i, j)에서의 누적거리 g(i, j)를 수 7에 의하여 정의한다. 단, 초기치 g(ps1, ps2)는 d(ps1, p s2)로 된다.
[수 6]
[수 7]
d(i, j)는 기준 히스토그램의 화소치(i) 에서의 도수 N0 [i]와 대상 히스토그램의 화소치(j) 에서의 도수 N1 [j]와의 차의 절대치이고, 좌표(i, j)에 향하는 때에 누적거리(g)에 가산되는 값의 단위로 된다. 수 7은 도 29에 나타내는 바와 같이, 수평 또는 수직 방향으로 이동하여 좌표(i, j)에 이르는 때에는 누적거리(g)에 d(i, j)가 가산되고, 비스듬히 이동하는 때에는 2배의 가산이 행해지는 것을 나타내고 있다. 그리고 나서, 이들의 이동에 의해 얻어지는 3개의 값 중 최소의 것이 좌표(i, j)에서의 누적거리 g(i, j)로 된다.
판정부(44)는 종점(Pe)에서의 누적거리 g(255, 255)를 구하고, 이 누적거리가 판정의 지표치가 된다. 그리고, 지표치가 소정의 문턱치 이상인 경우에 금속 잔막이 존재하는 것으로 판정하고, 지표치가 문턱치를 하회하는 경우에 금속 잔막이 존재하지 않는 것으로 판정한다. 동적계획법을 이용함으로써 정밀도가 높은 검사가 실현된다. 또한, 동적계획법으로서 공지의 다른 방법이 이용되어도 좋다.
또한 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 도 12 및 도 13 에 나타내는 동작에서는 다음과 같은 다양한 변형이 가능하다.
도 12 및 도 13에 나타내는 동작에서는 차분화상이 표시되는 것만이어도 좋다. 차분화상을 눈으로 보아서 패턴의 적부가 판단되는 경우에서도 종래와 같이 현미경을 이용하여 검사담당자가 검사를 행하는 경우에 비교하여 담당자의 부담을 대폭으로 경감할 수 있다.
차분화상의 화소치는 기준화상과 취득화상과의 화소치의 차의 절대치로 되어도 좋다. 또한, 차분화상으로부터 검사결과를 얻기 위한 방법은 상기 방법에 한정되는 것은 아니며, 적절히 변경되어도 좋다.
또한, 기준화상과 취득화상과의 화소치의 차를 소정의 문턱치로 2치화(値化)한 것이 차분화상으로 되어 표시나 판정이 행해져도 좋다. 2치화 후의 화상에 수축팽창처리를 행하여 노이즈(noise)가 제거되어도 좋다. 또, 2치화는 담당자의 조작에 의해 선택적으로 행해져도 좋다.
차분화상은 차분화상 데이터로서 존재할 필요는 없으며, 차분화상의 화소치에 상당하는 값이 연산 중에서 차례로 구해지는 것 만으로도 좋다. 즉, 실질적으로 차분화상의 화소치에 의거하여 검사를 행함으로써 적절한 검사가 실현된다.
에지화상은 실질적으로 에지에 상당하는 부분을 나타내는 화상이라면 어떠한 것이어도 좋다. 예를 들면, 통상의 에지 추출이 행해진 후에 팽창처리가 행해진 화상이 에지화상으로 되어도 좋다.
도 12 및 도 13에 나타내는 동작에서는, 에지화상의 에지영역에 대응하는 차분화상의 화소가 검사에서 연산 대상에서 제외되어 있지만, 실질적으로 연산 대상에서 제외되는 것이면, 에지화상에 의한 마스크는 다른 방법에 의해 실현되어도 좋다. 예를 들면, 단순히 에지영역에 대응하는 차분화상의 화소치가 0으로 되는 것 만이어도 좋다.
한편, 도 21 및 도 22에 나타내는 동작에서도 다음과 같은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 1개의 검사개소(941)에 대하여 1개의 검사영역(942)이 설정되지만, 검사영역(942)은 1개의 검사개소(941)에 복수 존재하여도 좋다.
또, 대상 히스토그램이 생성되는 검사영역은 기준화상과 취득화상과의 중합 영역 전체로 되어도 좋다. 또한, 검사영역은 기준화상을 복수의 영역에 분할한 것이어도 좋다. 이 경우에 예를 들면, 취득화상에 있어서 대응하는 영역이 6할을 충족하지 않는 경우에는 그 검사영역이 판정으로부터 제외된다.
도 21 및 도 22에 나타내는 동작에서는 기준 히스토그램이 미리 고정 디스크(34)에 기억되고, 판정 때에 판정부(44)가 기준 히스토그램을 취득하지만, 기준 히스토그램은 검사할 때마다 구해지는 것에 의해 취득되어도 좋다. 물론, 상기 실시 형태와 같이 기준 히스토그램을 미리 구하는 것에 의해 컴퓨터(13)에서의 연산량을 삭감할 수 있다.
또, 검사장치(1)의 기계적 구성에 관하여도 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에 있어서, 패턴 매칭 후에 스테이지(121)가 이동하거나, 회전 하여도 좋다. 이에 의해, 보다 정밀도가 높은 검사가 가능하게 된다. 광학 헤드부(11)와 스테이지(121)는 상대적으로 이동가능하면 좋고, 예를 들면, 광학 헤드부(11)가 스테이지(121)에 대하여 이동가능하게 되어도 좋다.
상기 실시 형태에서는 검사개소(941)마다 조명광의 선택이 행해지지만, 1개의 기판(9)에 대하여 조명광의 종류가 고정되어도 좋다.
검사장치(1)가 행하는 검사는 CMP의 잔막 검사에 한정되는 것은 아니며, 반도체 기판의 패턴의 결함 검사에 넓게 이용할 수 있다.
본 발명이 상세히 도시되고 설명되었지만, 상기의 설명은 모든 측면에서 예시적인 것으로, 이에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 많은 수정예와 변형이 가능하다.
청구항 1 내지 10의 발명으로는 비접촉, 비파괴로서 반도체 기판의 패턴 검사를 안정하게 행하는 것이 가능하다.
또한, 청구항 2의 발명으로는 불량 개소를 정확히 파악하는 것이 가능하다.
또한, 청구항 3의 발명으로는 자동적으로 검사를 행하는 것이 가능하다.
또한, 청구항 4의 발명으로는 검사정도를 높이는 것이 가능하다.
또한, 청구항 5 및 6의 발명으로는 반도체 기판의 특성에 따른 콘트라스트가 높은 2차원 화상을 취득하는 것이 가능하다.
또한, 청구항 7의 발명으로는 반도체 기판의 방향에 관계없이 검사를 행하는 것이 가능하다.
또한, 청구항 8의 발명으로는 금속 잔막의 검사를 적절히 행하는 것이 가능하다.
도 1은 기판 상의 배선 패턴이 형성되는 모양을 설명하기 위한 도면,
도 2는 기판 상의 배선 패턴이 형성되는 모양을 설명하기 위한 도면,
도 3은 검사장치의 전체 구성을 나타내는 도면,
도 4는 컴퓨터의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 컴퓨터의 기능 구성을 나타내는 블록도,
도 6은 레시피 등록의 동작 흐름을 나타내는 도면,
도 7은 복수의 검사개소를 예시하는 도면,
도 8은 기판 상의 검사대상이 되는 칩의 위치를 예시하는 도면,
도 9는 기준화상을 예시하는 도면,
도 10은 에지화상을 예시하는 도면,
도 11은 오퍼레이터를 예시하는 도면,
도 12 및 도 13은 검사동작의 흐름을 나타내는 도면,
도 14는 취득화상을 예시하는 도면,
도 15는 기준화상과 취득화상과의 중합시킴을 예시하는 도면,
도 16은 차분화상을 예시하는 도면,
도 17은 다른 동작예에서의 컴퓨터의 기능구성을 나타내는 블록도,
도 18은 레시피 등록 동작의 흐름을 나타내는 도면,
도 19는 복수의 검사개소를 예시하는 도면,
도 20은 기준화상을 예시하는 도면,
도 21 및 도 22는 검사동작의 흐름을 나타내는 도면,
도 23은 판정처리의 흐름을 나타내는 도면,
도 24는 기준 히스토그램을 예시하는 도면,
도 25는 대상 히스토그램을 예시하는 도면,
도 26은 기준 히스토그램과 대상 히스토그램이 중합되는 모양을 나타내는 도면,
도 27은 지표치를 구하는 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 28은 동적 계획법에서의 경로범위를 나타내는 도면,
도 29는 동적 계획법에서의 누적거리를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (39)

  1. 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치로서,
    반도체 기판에 조명광을 조사하는 조명부와,
    반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상의 데이터를 취득하는 촬상부와,
    상기 2차원 화상의 데이터에 대하여 연산처리를 행하는 연산부와,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 기준화상의 데이터 및 상기 기준화상으로부터 에지(edge)를 추출한 에지 화상의 데이터를 기억하는 기억부를 구비하고,
    상기 연산부가 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응 시켜, 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 서로 대응하는 화소치의 차(差)를 구함으로써 차분화상의 데이터를 생성하고, 상기 에지 화상이 나타내는 에지 영역에 대응하는 화소를 실질적으로 제외하면서 상기 차분화상에 의거하여 상기 기준화상과 상기 2차원화상과의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하고, 상기 지표값과 소정의 문턱치를 비교하는 것에 의해 검사결과를 취득하고,
    상기 기준화상의 화소와 상기 2차원화상의 화소와의 상기 대응이 행해지는 경우에, 상기 기준화상에 대하여 상기 2차원화상을 실질적으로 임의의 각도 회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원화상과의 상관이 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차분화상을 표시하는 표시부를 더 구비하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부가 단색광을 상기 조명광으로 출사하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명부가 복수 종류의 조명광 중의 어느 하나를 선택하여 반도체 기판에 조사하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기준화상이 적정한 화학기계적 연마가 행해진 반도체 기판 화상인, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  9. 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법으로서,
    반도체 기판에 조명광을 조사하는 공정과,
    상기 반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상의 데이터를 취득하는 공정과,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 미리 준비된 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는 공정과,
    상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 서로 대응하는 화소치의 차를 구함으로써 차분화상의 데이터를 생성하는 공정과,
    미리 준비된 에지화상이 나타내는 에지영역에 대응하는 화소를 실질적으로 제외하면서 상기 차분화상에 의거하여 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하고, 상기 지표치와 소정의 문턱치를 비교함으로써 검사결과를 취득하는 공정을 가지고,
    상기 대응시키는 공정에서, 상기 기준화상에 대하여 상기 2차원화상을 실질적으로 임의의 각도회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원화상과의 상관이 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조명광을 조사하는 공정에서,
    복수 종료의 조명광 중의 어느 하나가 선택되는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  11. 삭제
  12. 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,
    상기 프로그램의 컴퓨터에 의한 실행은 상기 컴퓨터에,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 미리 준비된 기준화상의 화소와 반도체 기판을 촬상함으로써 얻어진 2차원 화상의 화소를 대응시키는 공정과,
    상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 서로 대응하는 화소치의 차를 구함으로써 차분화상의 데이터를 생성하는 공정과,
    미리 준비된 에지화상이 나타내는 에지영역에 대응하는 화소를 실질적으로 제외하면서 상기 차분화상에 의거하여 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하고, 상기 지표치와 소정의 문턱치와를 비교함으로써 검사 결과를 취득하는 공정을 실행시키고,
    상기 대응시키는 공정에서, 상기 기준화상에 대하여 상기 2차원화상을 실질적으로 임의의 각도회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원화상과의 상관이 구해지는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  13. 삭제
  14. 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치로서,
    반도체 기판에 조명광을 조사하는 조명부와,
    반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상의 데이터를 취득하는 촬상부와,
    상기 2차원 화상의 데이터에 대하여 연산처리를 행하는 연산부와,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 기준화상의 데이터를 기억하는 기억부를 구비하고,
    상기 연산부가 상기 기준화상과 상기 2차원 화상의 각각에 대해서 서로 대응하는 영역에서의 화소치의 히스토그램(histogram)을 취득하고, 상기 기준화상에 의거하는 제1 히스토그램과 상기 2차원 화상에 의거하는 제2 히스토그램의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 히스토그램이 미리 상기 기억부에 기억되어 있는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는 때, 상기 기준화상에 대하여 상기 2차원 화상을 실질적으로 임의 각도 회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 상관이 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 공통부분의 면적을 상기 지표치로서 구하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 지표치를 구하는 때에, 상기 제1 히스토그램의 면적과 상기 제2 히스토그램의 면적을 동일하게 하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 연산부가 상기 지표치를 구하는 때에, 양 히스토그램의 중심이 일치하도록 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 상대적 위치관계가 변경되는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 연산부가 동적계획법(動的計畵法)에 의해 상기 지표치를 구하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 조명부가 단색광을 상기 조명광으로서 출사하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 조명부가 복수 종류의 조명광 중의 어느 하나를 선택하여 반도체 기판에 조사하는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준화상이 적정한 화학기계적 연마가 행해진 반도체 기판의 화상인, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치.
  25. 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법으로서,
    반도체 기판에 조명광을 조사하는 공정과,
    상기 반도체 기판 상의 패턴의 2차원 화상 데이터를 취득하는 공정과,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 미리 준비된 기준화상과 상기 2차원 화상과의 각각에 관해서 서로 대응하는 영역에서의 화소치의 히스토그램을 취득하는 공정과,
    상기 기준화상에 의거하는 제1 히스토그램과 상기 2차원 화상에 의거하는 제2 히스토그램과의 유사 정도를 나타내는 지표치를 구하는 공정을 가지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 히스토그램을 취득하는 공정 전에 상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는 공정을 더 가지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 대응시키는 공정에서,
    상기 기준화상에 대하여 상기 2차원 화상을 실질적으로 임의 각도 회전시켜 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 상관이 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 공통부분의 면적이 상기 지표치로서 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    상기 제1 히스토그램의 면적과 상기 제2 히스토그램의 면적이 동일하게 되는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    양 히스토그램의 중심이 일치하도록 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 상대적 위치관계가 변경되는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    동적계획법에 의하여 상기 지표치가 구해지는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  32. 제 25 항에 있어서,
    상기 조명광을 조사하는 공정에서,
    복수 종류의 조명광 중의 어느 하나가 선택되는, 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 방법.
  33. 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,
    상기 프로그램의 컴퓨터에 의한 실행은, 상기 컴퓨터에,
    반도체 기판 상의 기준이 되는 패턴을 나타내는 미리 준비된 기준화상과 반도체 기판을 촬상함으로써 얻어진 2차원 화상과의 각각에 대해서 서로 대응하는 영역에서의 화소치의 히스토그램을 취득하는 공정과,
    상기 기준화상에 의거하는 제1 히스토그램과 상기 2차원 화상에 의거하는 제2 히스토그램과의 유사 정도를 나타내는 지표를 구하는 공정을 실행시키는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 히스토그램을 취득하는 공정의 전에,
    상기 기준화상의 화소와 상기 2차원 화상의 화소를 대응시키는 공정을 더 가지는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 대응시키는 공정에서,
    상기 기준화상에 대하여 상기 2차원 화상을 실질적으로 임의 각도 회전 시켜 상기 기준화상과 상기 2차원 화상과의 상관이 구해지는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 공통부분의 면적이 상기 지표치로서 구해지는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    상기 제1 히스토그램의 면적과 상기 제2 히스토그램의 면적이 동일하게 되는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    양 히스토그램의 중심이 일치하도록 상기 제1 히스토그램과 상기 제2 히스토그램과의 상대적 위치관계가 변경되는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  39. 제 33 항에 있어서,
    상기 지표치를 구하는 공정에서,
    동적계획법에 의해 상기 지표치가 구해지는, 컴퓨터에 반도체 기판의 검사를 실행시키는 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
KR10-2002-0074247A 2001-12-07 2002-11-27 반도체 기판 상의 패턴을 검사하는 장치와 방법 및 컴퓨터판독 가능한 기록매체 KR100515491B1 (ko)

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