KR20220044741A - 웨이퍼 외관 검사 장치 및 방법 - Google Patents

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도모히로 나카타
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토레이 엔지니어링 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

마이크로 검사를 위해 취득한 작은 구획의 확대 화상에 기초하여, 매크로 검사의 범주인 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착 등을 자동적으로 검사할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하는 것. 구체적으로는, 반복 패턴이 형성된 웨이퍼의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 화상과 미리 등록된 기준 화상을 비교하여 검사하는, 웨이퍼 외관 검사 장치 및 방법에 있어서, 검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴을, 축차적으로 촬상 장소를 변경하면서 분할 촬상하고, 분할 촬상한 화상을 결합시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 압축하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성하고, 당해 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 미리 생성·등록해 둔 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상과 비교하여, 검사 대상 웨이퍼를 매크로 검사한다.

Description

웨이퍼 외관 검사 장치 및 방법
본 발명은, 웨이퍼 상에 형성된 디바이스 칩 등의 반복 외관 패턴 또는 검사 대상 웨이퍼에 설정된 무패턴 구획의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 검사 화상과 미리 등록된 기준 화상을 비교하여, 당해 디바이스 칩 등의 검사를 행하는 웨이퍼 외관 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스는, 1매의 반도체 웨이퍼 상에 다수의 반도체 디바이스 회로(즉, 디바이스 칩의 반복 외관 패턴)가 형성된 후, 개개의 칩 부품으로 개편화되고, 당해 칩 부품이 패키징되어, 전자 부품으로서 단체로 출하되거나 전기 제품에 내장되거나 한다.
그리고, 개개의 칩 부품이 개편화되기 전에, 웨이퍼 상에 형성된 디바이스 칩의 반복 외관 패턴을 촬상한 검사 화상과 기준 화상을 비교하여, 배선 패턴 등의 결락이나 쇼트, 선폭 이상, 이물의 부착 등이 없는지 여부 검사(소위, 외관 검사. 패턴 검사, 마이크로 검사라고도 함)가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
한편, 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착이 없는지 여부를 눈으로 보는 검사(소위, 매크로 검사)가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 2).
일본 특허 공개 제2007-155610호 공보 일본 특허 공개 평9-186209호 공보
마이크로 검사와 마찬가지로 매크로 검사도 검사 장치에서의 자동화가 요구되었다. 그러나, 종래의 자동 검사 장치는, 마이크로 검사에 특화된 것이며 복수의 칩에 걸친 검사에 대응하고 있지 않았기 때문에, 매크로 검사의 범주인 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착 등을 검사할 수 없었다.
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며,
마이크로 검사를 위해 취득한 작은 구획의 확대 화상에 기초하여, 매크로 검사의 범주인 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착 등을 자동적으로 검사할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 일 양태는,
검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴 또는 검사 대상 웨이퍼에 설정된 무패턴 구획의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 화상을 미리 등록된 기준 화상과 비교하여 검사하는, 웨이퍼 외관 검사 장치에 있어서,
반복 패턴 또는 무패턴 구획마다 설정된 검사 대상 부위를 촬상하는 촬상부와,
촬상부에서 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리부와,
검사 대상 부위의 화상에 대한, 양부 판정의 기준이 되는 기준 화상을 미리 등록해 두는 기준 화상 등록부와,
검사 대상 부위를 촬상한 검사 화상을 기준 화상과 비교하여, 당해 검사 대상 부위에 잠재하는 결함을 검사하는 비교 검사부를 구비하고,
비교 검사부는,
검사 대상 부위 내에 잠재하는 결함을 검사하는 마이크로 검사 모드와,
복수의 검사 대상 부위에 걸쳐 검사 대상 웨이퍼에 잠재하는 결함을 검사하는 매크로 검사 모드를 구비하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 다른 일 양태는,
검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴 또는 무패턴 구획의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 화상과 미리 등록된 기준 화상을 비교하여 검사하는, 웨이퍼 외관 검사 방법에 있어서,
웨이퍼를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지 수단과,
반복 패턴 또는 무패턴 구획마다 설정된 소정 범위를 촬상하는 촬상 수단과,
웨이퍼 보유 지지부와 촬상부를 상대 이동시키는 상대 이동 수단과,
촬상부에서 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리 수단을 사용하고,
검사 기준이 되는 기준 웨이퍼를 보유 지지하는 스텝과,
기준 웨이퍼에 형성된 반복 패턴을, 축차적으로 촬상 장소를 변경하면서 분할 촬상하고, 당해 분할 촬상된 기준 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 압축하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성하는 스텝과,
검사 대상 웨이퍼를 보유 지지하는 스텝과,
검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴을, 축차적으로 촬상 장소를 변경하면서 분할 촬상하고, 당해 분할 촬상된 검사 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 압축하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성하는 스텝과,
스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상과 비교하여, 검사 대상 웨이퍼를 매크로 검사하는 스텝을 갖고 있다.
이와 같은 웨이퍼 외관 검사 장치 및 방법에 의하면, 마이크로 검사를 위해 취득한 작은 구획의 확대 화상에 기초하여, 매크로 검사의 범주인 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착 등을 자동적으로 검사할 수 있다.
하나의 검사 장치로 마이크로 검사도 매크로 검사도 자동으로 행할 수 있다.
도 1은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 촬상의 모습을 도시하는 개념도이다.
도 3은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 기준 웨이퍼 및 검사 대상이 되는 웨이퍼와 디바이스 칩의 배치예를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 라지 사이즈의 매크로 검사용 화상의 이미지를 도시하는 화상도이다.
도 5는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 스몰 사이즈의 매크로 검사용 화상 및 차분의 이미지를 도시하는 화상도이다.
도 6은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 흐름도이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면을 사용하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 직교 좌표계의 3축을 X, Y, Z라 하고, 수평 방향을 X 방향, Y 방향으로 표현하고, XY 평면에 수직인 방향(즉, 중력 방향)을 Z 방향으로 표현한다. 또한, Z 방향은, 중력을 거스르는 방향을 상, 중력이 작용하는 방향을 하로 표현한다. 또한, Z 방향을 중심축으로 하여 회전하는 방향을 θ 방향으로 한다.
도 1은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 1에는, 본 발명에 관한 웨이퍼 외관 검사 장치(1)를 구성하는 각 부가 개략적으로 도시되어 있다.
웨이퍼 외관 검사 장치(1)는, 검사 대상 웨이퍼 W에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴을 촬상하고, 기준 화상 Pf와 비교하여, 당해 검사 대상 웨이퍼 W 및 당해 디바이스 칩 C의 검사를 행하는 것이다.
구체적으로는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)는, 검사 대상 웨이퍼 W 상에 설정한 촬상 영역 F의 촬상 장소를 축차적으로 변화시키면서, 웨이퍼 W 전체면에 걸쳐 검사 대상 부위를 촬상하고, 촬상된 화상을 처리하여 검사 화상 Px를 생성한다. 그리고, 검사 화상 Px를 기준 화상 Pd와 비교함으로써, 디바이스 칩 C의 회로 패턴에 쇼트나 단선 등이 없는지, 이물이나 흠집 등이 부착되어 있지 않은지 등, 웨이퍼 W 전체면에 걸쳐 원하는 검사(즉, 마이크로 검사)를 자동적으로 행하는 것이다. 또한, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)는, 검사 화상 Px(소위, 분할 화상)를 처리하여 매크로 검사용 검사 화상 Pm(소위, 전체 화상)을 생성하고, 당해 매크로 검사용 검사 화상 Pm을 미리 등록된 매크로 검사용 기준 화상 Pf와 비교하여, 웨이퍼 W 전체의 매크로 검사를 자동적으로 행하는 것이다.
보다 구체적으로는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)는, 웨이퍼 보유 지지부(2), 촬상부(3), 상대 이동부(4), 칩 레이아웃 등록부(5), 기준 화상 등록부(6), 화상 처리부(7), 비교 검사부(8), 제어부 CN 등을 구비하고 있다.
웨이퍼 보유 지지부(2)는, 웨이퍼 W를 보유 지지하는 것이다.
구체적으로는, 웨이퍼 보유 지지부(2)는, 웨이퍼 W를 하면측으로부터 수평 상태를 유지하면서 지지하는 것이다. 보다 구체적으로는, 웨이퍼 보유 지지부(2)는, 상면이 수평인 적재대(20)를 구비하고 있다.
적재대(20)는, 웨이퍼 W와 접촉하는 부분에 홈부나 구멍부가 마련되어 있고, 이들 홈부나 구멍부는, 전환 밸브 등을 통해 진공 펌프 등의 부압 발생 수단과 접속되어 있다. 그리고, 웨이퍼 보유 지지부(2)는, 이들 홈부나 구멍부를 부압 상태 혹은 대기 해방 상태로 전환함으로써, 웨이퍼 W를 보유 지지하거나 보유 지지 해제하거나 할 수 있다.
촬상부(3)는, 검사 대상 부위를 촬상하고, 당해 검사 대상 부위가 포함된 화상을 촬상하는 것이다.
여기서, 검사 대상 부위가 포함된 화상이란, 검사 대상 웨이퍼 W에 형성된 검사 대상이 되는 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 일부 또는 전부의 부위를 포함하여 촬상된 화상이며, 디바이스 칩 C마다의 검사 대상 부위를 분할하여 촬상한 것(즉, 디바이스 칩 C마다의 검사 대상 부위의 내외에, 촬상 영역 F가 다수 설정되어 있음)이나, 1개 또는 복수의 디바이스 칩 C의 검사 대상 부위를 포함하는 넓은 범위를 촬상한 것(즉, 촬상 영역 F 내에 디바이스 칩 C마다의 검사 대상 부위가 1개 또는 복수 설정되어 있음)을 말한다. 또한, 디바이스 칩 C의 배열(개수나 피치 등)이나 요구되는 검사 정밀도 등이 검사 품종마다 다르기 때문에, 촬상부(3)에서 촬상하는 범위(즉, 촬상 에어리어)의 사이즈나 위치, 간격 등은, 각각의 검사 품종에 적응시켜 등록되어 있다.
구체적으로는, 촬상부(3)는, 경통(30), 조명부(31), 하프 미러(32), 복수의 대물 렌즈(33a, 33b), 리볼버 기구(34), 촬상 카메라(35) 등을 구비하고 있다.
경통(30)은, 조명부(31), 하프 미러(32), 대물 렌즈(33a, 33b), 리볼버 기구(34), 촬상 카메라(35) 등을 소정의 자세로 고정하고, 조명광이나 관찰광을 도광하는 것이다. 경통(30)은, 연결 금속 부재 등(도시하지 않음)을 통해 장치 프레임(1f)에 설치되어 있다.
조명부(31)는, 촬상에 필요한 조명광 L1을 방출하는 것이다. 구체적으로는, 조명부(31)는, 레이저 다이오드나 메탈 할라이드 램프, 크세논 램프, LED 조명 등을 예시할 수 있다.
하프 미러(32)는, 조명부(31)로부터 방출된 조명광 L1을 반사시켜 웨이퍼 W측에 조사하고, 웨이퍼 W측으로부터 입사한 광(반사광, 산란광) L2를 촬상 카메라(35)측에 통과시키는 것이다.
대물 렌즈(33a, 33b)는, 워크 W 상의 촬상 에어리어의 상을, 각각 다른 소정의 관찰 배율로 촬상 카메라(35)의 촬상 소자(36)에 결상시키는 것이다.
리볼버 기구(34)는, 대물 렌즈(33a, 33b) 중 어느 것을 사용할지 전환하는 것이다. 구체적으로는, 리볼버 기구(34)는, 수동 또는 외부로부터의 신호 제어에 기초하여, 소정의 각도씩 회전 및 정지하는 것이다.
촬상 카메라(35)는, 워크 W 상의 촬상 영역 F를 촬상하고, 촬상 소자(36)에 결상시킨 화상을 취득하는 것이다. 취득한 화상은, 영상 신호나 영상 데이터로서 외부에 출력되고, 화상 처리부(7)에서 처리되어 검사 화상 Px나 기준 화상 Pd가 생성된다. 또한, 이들 검사 화상 Px나 기준 화상 Pd는, 워크 W 전체를 넓게 일괄 촬상한 것이 아니라, 워크 W를 소정의 구획 영역마다 분할하여 촬상한 것이기 때문에, 분할 촬상된 검사 화상 Px, 분할 촬상된 기준 화상 Pd라 한다.
상대 이동부(4)는, 웨이퍼 보유 지지부(2)와 촬상부(3)를 상대 이동시키는 것이다.
구체적으로는, 상대 이동부(4)는, X축 슬라이더(41)와, Y축 슬라이더(42)와, 회전 기구(43)를 구비하여 구성되어 있다.
X축 슬라이더(41)는, 장치 프레임(1f) 상에 설치되어 있고, Y축 슬라이더(42)를 X 방향으로 임의의 속도로 이동시켜, 임의의 위치에서 정지시키는 것이다. 구체적으로는, X축 슬라이더는, X 방향으로 연장되는 한 쌍의 레일과, 그 레일 상을 이동하는 슬라이더부와, 슬라이더부를 이동 및 정지시키는 슬라이더 구동부로 구성되어 있다. 슬라이더 구동부는, 제어부 CN으로부터의 신호 제어에 의해 회전하고 정지하는 서보 모터나 펄스 모터와 볼 나사 기구를 조합한 것이나, 리니어 모터 기구 등으로 구성할 수 있다. 또한, X축 슬라이더(41)에는, 슬라이더부의 현재 위치나 이동량을 검출하기 위한 인코더가 구비되어 있다. 또한, 이 인코더는, 리니어 스케일이라 불리는 직선형의 부재에 미세한 요철이 소정 피치로 새겨진 것이나, 볼 나사를 회전시키는 모터의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더 등을 예시할 수 있다.
Y축 슬라이더(42)는, 제어부 CN으로부터 출력되는 제어 신호에 기초하여, 회전 기구(43)를 Y 방향으로 임의의 속도로 이동시켜, 임의의 위치에서 정지시키는 것이다. 구체적으로는, Y축 슬라이더는, Y 방향으로 연장되는 한 쌍의 레일과, 그 레일 상을 이동하는 슬라이더부와, 슬라이더부를 이동 및 정지시키는 슬라이더 구동부로 구성되어 있다. 슬라이더 구동부는, 제어부 CN으로부터의 신호 제어에 의해 회전하고 정지하는 서보 모터나 펄스 모터와 볼 나사 기구를 조합한 것이나, 리니어 모터 기구 등으로 구성할 수 있다. 또한, Y축 슬라이더(42)에는, 슬라이더부의 현재 위치나 이동량을 검출하기 위한 인코더가 구비되어 있다. 또한, 이 인코더는, 리니어 스케일이라 불리는 직선형의 부재에 미세한 요철이 소정 피치로 새겨진 것이나, 볼 나사를 회전시키는 모터의 회전 각도를 검출하는 로터리 인코더 등을 예시할 수 있다.
회전 기구(43)는, 적재대(20)를 θ 방향으로 임의의 속도로 회전시켜, 임의의 각도로 정지시키는 것이다. 구체적으로는, 회전 기구(43)는, 다이렉트 드라이브 모터 등의, 외부 기기로부터의 신호 제어에 의해 임의의 각도로 회전/정지시키는 것을 예시할 수 있다. 회전 기구(43)의 회전하는 측의 부재 상에는, 웨이퍼 보유 지지부(2)의 적재대(20)가 설치되어 있다.
상대 이동부(4)는, 이와 같은 구성을 하고 있기 때문에, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W를 보유 지지한 채로, 웨이퍼 W를 촬상부(3)에 대하여 XYθ 방향으로 각각 독립시켜 또는 복합적으로, 소정의 속도나 각도로 상대 이동시키거나, 임의의 위치·각도로 정지시키거나 할 수 있다.
도 2는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 촬상의 모습을 도시하는 개념도이다.
도 2에는, 웨이퍼 W에 대하여 촬상부(3)의 촬상 카메라(35)를 화살표 Vs로 나타내는 방향으로 상대 이동시키면서, 웨이퍼 W 상에 이격 배치되어 있는 복수의 디바이스 칩 C(2, 1) 내지 C(5, 1)의 촬상 장소를 축차적으로 변화시켜, 검사 대상 부위를 촬상(즉, 웨이퍼 W를 분할 촬상)하는 모습이 도시되어 있다. 또한 현 시각에서는, 디바이스 칩 C(4, 1)의 검사 대상 부위를 포함하는 촬상 영역 F를 촬상 카메라(35)의 촬상 소자에 결상시켜 촬상하고 있는 모습이 도시되어 있다.
도 3은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 기준 웨이퍼 Wf 및 검사 대상이 되는 웨이퍼 W와 디바이스 칩 C의 배치예를 도시하는 평면도이다.
도 3의 (a)에는, 검사 기준이 되는 기준 웨이퍼 Wf와, 당해 기준 웨이퍼 Wf 상에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 배치 이미지가 도시되어 있다. 또한, 도 3의 (a)에는, 당해 기준 웨이퍼 Wf에 대하여 분할 촬상된 기준 화상 Pd와 디바이스 칩 C의 위치 관계가 도시되어 있다.
도 3의 (b)에는, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W 상에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 배치 이미지와, 당해 웨이퍼 W에 잠재하는 오염 X의 일례가 도시되어 있다. 또한, 도 3의 (b)에는, 당해 웨이퍼 W에 대하여 분할 촬상된 검사 화상 Px와 디바이스 칩 C의 위치 관계가 도시되어 있다. 또한, 웨이퍼 W에 잠재하는 오염 X는, 매크로 검사에 있어서의 검출 대상의 결함의 한 유형이며, 분할 촬상된 검사 화상 Px의 복수에 걸쳐 걸치도록 넓게 분포하고 있다.
칩 레이아웃 등록부(5)는, 웨이퍼 W의 기준 자세 및 기준 위치에 대한 당해 웨이퍼의 디바이스 칩 C의 배치 정보를 규정하는 칩 레이아웃을 등록하는 것이다.
또한, 칩 레이아웃에는, 웨이퍼 W의 노치 Wk를 바로 아래로 향하게 한 상태를 기준 자세로 하고, 이 자세에서의 웨이퍼 W의 중심을 XY 방향의 기준 위치(원점이라고도 함)로 하여, 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 종횡 배열이나 피치, 오프셋 정보 등(즉, 배치 정보)이 규정되어 있다.
구체적으로는, 칩 레이아웃 등록부(5)에는, 검사 품종마다 칩 레이아웃을 규정하는 데이터가 등록되어 있다. 그 때문에, 당해 칩 레이아웃에 기초하여 촬상을 행하면, 도 3에 도시한 바와 같은 기준 화상 Pd나 검사 화상 Px를 분할 촬상하여 취득할 수 있다.
기준 화상 등록부(6)는, 검사의 기준이 되는 기준 화상을 등록하는 것이다.
구체적으로는, 기준 화상 등록부(6)에는, 분할 촬상된 기준 화상 Pd(소위, 분할 화상)와, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf(소위, 전체 화상)가 등록되어 있다.
분할 촬상된 기준 화상 Pd는, 웨이퍼 W 상에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴이 정상인 상태의 기준을 나타내는 것이다.
구체적으로는, 분할 촬상된 기준 화상 Pd는, 마이크로 검사에 있어서, 분할 촬상된 검사 화상 Px와의 비교 대상이 되며, 각 화소나 화소군에 대하여 휘도값의 차분이나 분산값 등이 미리 설정된 범위 내이면 정상으로 판정하고, 당해 범위 외이면 이상으로 판정하기 위한 기준이 되는 것이다.
보다 구체적으로는, 기준 화상 Pd는, 미리 선정된 양품 화상을 대표하는 1개의 화상이나, 복수의 양품 화상을 미리 선정하여 평균화한 것, 양품 학습법에 기초하여 생성한 것 등을 예시할 수 있다.
한편, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf는, 웨이퍼 W 전체로서 정상인 상태의 기준을 나타내는 것이다. 구체적으로는, 기준 화상 등록부(6)에는, 검사 품종마다 스몰 사이즈의 기준 화상 Pf의 데이터가 등록되어 있다.
화상 처리부(7)는, 촬상부(3)에서 촬상된 화상을 처리하는 것이다.
구체적으로는, 화상 처리부(7)는, 촬상부(3)의 촬상 카메라(35)로 촬상된 화상을 취득하고, 촬상 영역 F 중으로부터 검사에 필요한 부위를 추출(트리밍이라고도 함)하는 처리를 행하여 검사 화상 Px나 기준 화상 Pd를 생성하거나, 복수의 분할 화상끼리를 서로 연결시켜 1개의 화상을 생성하는 처리를 하거나, 압축 처리(화상을 구성하는 화소수를 씨닝하여 저해상도화하거나, 휘도값 등의 분해능을 낮추거나 하는 처리)를 하거나 하는 기능을 구비하고 있다. 또한, 화상 처리부(7)는, 기울기 보정이나 밝기 보정, 쉐이딩 보정, 화상의 만곡 보정 등의 처리를 행하는 기능을 구비하고 있어, 적절히 처리를 행하도록 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 화상 처리부(7)는, 분할 촬상된 기준 화상 Pd를 서로 연결시켜 1개의 전체 화상(즉, 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 PF)을 생성하거나, 분할 촬상된 검사 화상 Px를 서로 연결시켜 1개의 전체 화상(즉, 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 PM)을 생성하거나 한다. 또한, 화상 처리부(7)는, 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 PF를 압축 처리하여, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf를 생성하고, 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 PM을 압축 처리하여, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 Pm을 생성한다.
도 4는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 라지 사이즈의 매크로 검사용 화상의 이미지를 도시하는 화상도이다.
도 4의 (a)에는, 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 PF의 이미지가 예시되어 있고, 도 4의 (b)에는, 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 PM의 이미지가 예시되어 있다. 또한, 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 PM에는, 웨이퍼 W에 잠재하는 오염 X가 포함되어 있다.
도 5는 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 스몰 사이즈의 매크로 검사용 화상 및 차분의 이미지를 도시하는 화상도이다.
도 5의 (a)에는 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf의 이미지가 예시되어 있고, 도 5의 (b)에는 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 Pm의 이미지가 예시되어 있다. 또한, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 Pm에는, 웨이퍼 W에 잠재하는 오염 X가 포함되어 있다.
도 5의 (c)는 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 Pm을 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf와 비교(즉, 휘도값을 차분)한 후의 이미지가 예시되어 있다.
비교 검사부(8)는, 화상 처리부(7)에서 생성된 매크로 검사용 검사 화상 Pm을 매크로 검사용 기준 화상 Pf와 비교하여, 검사 대상 부위에 대하여 검사하는 것이다.
구체적으로는, 화상 처리부(7)는, 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 검사 대상 부위가 포함된 검사 화상 Pk와 기준 화상 Pf의 대응하는 화소끼리를 비교하여, 각 화소나 화소군에 대하여 휘도값의 차분이나 분산값 등이 미리 설정된 범위 내이면 정상으로 판정하고, 당해 범위 외이면 이상으로 판정한다.
그 때문에, 화상 처리부(7)에서 검사 화상 Pk와 기준 화상 Pf를 비교 처리하여, 휘도값의 차분이 기준 범위 외에 있는 부분을 추출함으로써, 오염 X를 검출(즉, 매크로 검사)할 수 있다.
본 발명에 관한 칩 레이아웃 등록부(5), 기준 화상 등록부(6), 화상 처리부(7), 비교 검사부(8)는, 화상 처리 기능을 구비한 컴퓨터 CP(즉, 하드웨어)와, 그 실행 프로그램 등(즉, 소프트웨어)으로 구성되어 있다.
보다 구체적으로는, 칩 레이아웃 등록부(5)나 기준 화상 등록부(6)는, 컴퓨터 CP의 기억부(레지스터, 메모리 등)나 기록 매체(HDD, SSD 등) 등의 일부로 구성되어 있다. 화상 처리부(7)는, 컴퓨터 CP의 화상 처리부(소위, GPU)로 구성되어 있다. 비교 검사부(8)는, 컴퓨터 CP의 연산 처리부 및 실행 프로그램으로 구성되어 있다.
컴퓨터 CP는, 예를 들어 이하와 같은 기능이나 역할을 담당하고 있다.
·검사 품종마다의 촬상 배율 및 촬상 위치, 촬상 루트 T, 촬상 간격(피치, 인터벌), 이송 속도 등의 정보(소위, 검사 수순)의 등록
·검사 품종마다의 검사 조건(검사 대상 부위의 휘도값이나 분산값 등의 정상 범위 등)의 등록
·유저 인터페이스(키보드, SW, 모니터 등)와 접속되어, 각종 정보의 입출력
·제어부 CN이나 외부의 호스트 컴퓨터 등과 접속되어, 신호나 데이터의 입출력
또한, 검사 품종마다의 검사 수순이나 검사 조건은, 레시피 정보, 검사 레시피라고도 불린다.
제어부 CN은, 예를 들어 이하와 같은 기능이나 역할을 담당하고 있다.
·웨이퍼 보유 지지부(2)에 대하여, 웨이퍼 W의 보유 지지/해제의 신호를 출력
·리볼버 기구(34)를 제어하여, 사용하는 대물 렌즈(촬상 배율)를 전환한다
·조명부(31)에 대하여, 발광 트리거를 출력한다
·촬상 카메라(35)에 대하여, 촬상 트리거를 출력한다
·상대 이동부(4)의 구동 제어: X축 슬라이더(41), Y축 슬라이더(42), 회전 기구(43)의 현재 위치를 모니터링하면서, 구동용 신호를 출력한다
·상대 이동부(4)(X축 슬라이더(41), Y축 슬라이더(42), 회전 기구(43))의 현재 위치 정보를 컴퓨터 CP에 출력한다
·검사 레시피에 기초하여 각 부를 제어
또한, 제어부(9)로부터 촬상부(3)로의 촬상 트리거의 출력은, 하기와 같은 방식을 예시할 수 있다.
·X 방향으로 스캔 이동시키면서, 소정 거리 이동할 때마다 조명광 L1을 극단시간 발광(소위, 스트로보 발광)시키는 방식.
·혹은, 소정 위치로 이동 및 정지시켜 조명광 L1을 조사하여 촬상하는(소위, 스텝 & 리피트) 방식.
또한, 촬상 트리거란, 촬상 카메라(35)나 화상 처리부(7)에 대한 화상 캡쳐 지시, 조명광 L1의 발광 지시 등을 의미한다. 구체적으로는, 촬상 트리거로서, (케이스 1) 촬상 카메라(35)로 촬상 가능한 시간(소위, 노광 시간) 동안에, 조명광 L1을 스트로보 발광시키거나, (케이스 2) 조명광 L1이 조사되고 있는 시간 내에, 촬상시키거나 한다. 혹은, 촬상 트리거는, 촬상 카메라(35)에 대한 지시에 한하지 않고, (케이스 3) 화상을 취득하는 화상 처리 장치에 대한 화상 캡쳐 지시여도 된다. 그렇게 함으로써, 촬상 카메라(35)로부터 영상 신호나 영상 데이터가 축차적으로 출력되는 형태에도 대응할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제어부 CN은, 컴퓨터나 프로그래머블 로직 컨트롤러 등(즉, 하드웨어)과, 그 실행 프로그램 등(즉, 소프트웨어)으로 구성되어 있다.
[기준 화상 등록 및 검사 플로]
도 6은 본 발명을 구현화하는 형태의 일례에 있어서의 흐름도이다.
도 6의 (a)에는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)를 사용하여 웨이퍼 W의 매크로 검사를 행하기 위한 매크로 검사용 기준 화상 Pf를 등록하는 수순이, 일련의 플로로서 스텝마다 나타내어져 있다. 또한, 이들 일련의 플로를 실행할 수 있도록, 컴퓨터 CP나 제어부 CN의 실행 프로그램이 등록되어 있다.
도 6의 (b)에는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)를 사용하여 웨이퍼 W에 배치되어 있는 디바이스 칩 C를 촬상·검사하는 수순이, 일련의 플로로서 스텝마다 나타내어져 있다.
검사에 앞서서, 매크로 검사용 기준 화상을 이하의 수순으로 생성하여, 등록해 둔다. 이 일련의 플로를 행하는 모드를 「매크로 검사용 기준 화상 생성 모드」라 칭한다.
우선, 등록하는 레시피를 선택하고, 기준 웨이퍼 Wf를 적재대(20)에 적재한다(스텝 s1). 그리고, 기준 웨이퍼 Wf를 얼라인먼트한다(스텝 s2).
기준 웨이퍼 Wf를 상대 이동시키면서 기준 화상 Pd를 촬상하고(스텝 s3), 당해 기준 화상 Ps를 기준 화상 등록부(6)에 등록한다(스텝 s4).
그리고, 기준 웨이퍼 Wf 전체에 걸쳐 촬상을 행하였는지 여부를 판정하고(스텝 s5), 촬상이 종료되지 않았으면 상술한 스텝 s2 내지 s5를 반복한다. 한편, 촬상이 종료되었으면, 기준 화상 Pd를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 PF를 생성하고, 당해 기준 화상 PF를 압축 처리하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf를 생성한다(스텝 s6). 그리고, 당해 기준 화상 Pf를 기준 화상 등록부(6)에 등록한다(스텝 s7).
그리고, 기준 웨이퍼 Wf를 불출하고(스텝 s8), 다음 기준 웨이퍼 Wf에 대하여 마찬가지의 처리를 행할지 여부를 판정한다(스텝 s9). 마찬가지의 처리를 행하는 경우에는, 상술한 스텝 s2 내지 s9를 반복하고, 마찬가지의 처리를 행하지 않는 경우에는, 일련의 플로를 종료한다.
이하, 통상의 검사를 행하는 수순 「마이크로 검사/매크로 검사 모드」에 대하여 설명한다.
우선, 검사 레시피를 선택하여 웨이퍼 W의 검사 모드나 순서를 결정하고, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W를 적재대(20)에 적재한다(스텝 s11). 그리고, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W를 얼라인먼트한다(스텝 s12).
검사 대상이 되는 웨이퍼 W를 상대 이동시키면서 검사 화상 Px를 촬상한다(스텝 s13). 마이크로 검사를 행할지 여부를 판단하고(스텝 s14), 마이크로 검사를 행하는 경우, 미리 등록해 둔 검사 기준에 기초하여 각 검사 화상 Px에 대하여 마이크로 검사를 행한다(스텝 s15).
그리고, 웨이퍼 W 전체에 걸쳐 촬상을 행하였는지 여부를 판정하고(스텝 s16), 촬상이 종료되지 않았으면 상술한 스텝 s12 내지 s16을 반복한다. 한편, 촬상이 종료되었으면, 매크로 검사를 행할지 여부를 판단한다(스텝 s20). 매크로 검사를 행하는 경우, 미리 등록해 둔 검사 기준에 기초하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상 Pm을 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf와 비교하여, 매크로 검사를 행한다(스텝 s21).
그리고, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W를 불출하고(스텝 s30), 다음 검사 대상이 되는 웨이퍼 W에 대하여 마찬가지의 처리를 행할지 여부를 판정한다(스텝 s31). 마찬가지의 처리를 행하는 경우에는, 상술한 스텝 s12 내지 s31을 반복하고, 마찬가지의 처리를 행하지 않는 경우에는, 일련의 플로를 종료한다.
본 발명에 관한 웨이퍼 외관 검사 장치(1) 및 웨이퍼 외관 검사 방법에 의하면, 마이크로 검사를 위해 취득한 작은 구획의 확대 화상에 기초하여, 매크로 검사의 범주인 비교적 큰 사이즈의 흠집이나 오염, 이물의 부착 등을 자동적으로 검사할 수 있다. 그 때문에, 1개의 검사 장치로 마이크로 검사도 매크로 검사도 자동으로 행할 수 있다.
[변형예]
또한 상술에서는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)에 「매크로 검사용 기준 화상 생성 모드」를 구비한 구성을 예시하였다. 이와 같은 구성이면, 1개의 검사 장치로, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf의 생성과 등록을 행하여, 매크로 검사를 행하기 위한 것이 가능하므로 바람직하다.
그러나, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)에는 「매크로 검사용 기준 화상 생성 모드」를 구비하지 않고, 외부 기록 매체(HDD, SSD, 메모리 카드 등)나 전기 통신 회선 등을 통해, 분할 촬상된 기준 화상 Pd를 외부의 컴퓨터나 처리 시스템 등에 출력하고, 당해 외부의 컴퓨터나 처리 시스템 등을 사용하여 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 PF를 생성하고, 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf를 생성하는 구성이어도 된다. 이 경우, 생성된 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상 Pf는, 외부 기록 매체(HDD, SSD, 메모리 카드 등)나 전기 통신 회선 등을 통해, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)에 전달하여, 기준 화상 등록부(6)에 등록하는 구성으로 한다. 이와 같은 구성이면, 1개의 검사 장치로 마이크로 검사도 매크로 검사도 자동으로 행할 수 있다.
또한 상술에서는, 웨이퍼 외관 검사 장치(1)로서, 검사 대상 웨이퍼 W에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴의 외관 화상을 촬상하고, 기준 화상 Pf와 비교하여, 당해 검사 대상 웨이퍼 W 및 당해 디바이스 칩 C의 검사를 행하는 구성 및 수순을 예시하였다. 그러나, 본 발명을 적용함에 있어서, 검사 대상은, 웨이퍼 W에 형성된 디바이스 칩 C의 반복 외관 패턴에 한하지 않고, 웨이퍼 W에 설정된 무패턴 구획이어도 된다. 이 경우, 기준 화상 Pd로서, 웨이퍼 W에 설정된 무패턴 구획이 정상인 상태의 기준을 나타내는 것을 미리 등록해 둔다. 그리고, 촬상부(3)에서는, 검사 대상이 되는 웨이퍼 W에 설정된 무패턴 구획을 촬상하고, 상술과 마찬가지의 수순으로 비교 검사부(8)에서 검사를 행한다.
1: 웨이퍼 외관 검사 장치
2: 웨이퍼 보유 지지부
3: 촬상부
4: 상대 이동부
5: 검사 레시피 등록부
6: 기준 화상 등록부
7: 화상 처리부
8: 비교 검사부
1f: 장치 프레임
20: 적재대
30: 경통
31: 조명부
32: 하프 미러
33a, 33b: 대물 렌즈
34: 리볼버 기구
35: 촬상 카메라
41: X축 슬라이더
42: Y축 슬라이더
43: 회전 기구
CN: 제어부
CP: 컴퓨터
W: 웨이퍼(검사 대상)
Wf: 기준 웨이퍼
C: 디바이스 칩
F: 촬상 영역
X: 검출 대상(오염 등)
Pd: 분할 촬상된 기준 화상
PF: 매크로 검사용 기준 화상(라지 사이즈)
Pf: 매크로 검사용 기준 화상(스몰 사이즈)
Px: 촬상된 검사 화상
PM: 매크로 검사용 검사 화상(라지 사이즈)
Pm: 매크로 검사용 검사 화상(스몰 사이즈)
L1: 조명광
L2: 웨이퍼측으로부터 입사한 광(반사광, 산란광)

Claims (3)

  1. 검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴 또는 검사 대상 웨이퍼에 설정된 무패턴 구획의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 화상을 미리 등록된 기준 화상과 비교하여 검사하는, 웨이퍼 외관 검사 장치에 있어서,
    상기 반복 패턴 또는 상기 무패턴 구획마다 설정된 검사 대상 부위를 촬상하는 촬상부와,
    상기 촬상부에서 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리부와,
    상기 검사 대상 부위의 화상에 대한, 양부 판정의 기준이 되는 상기 기준 화상을 미리 등록해 두는 기준 화상 등록부와,
    상기 검사 대상 부위를 촬상한 검사 화상을 상기 기준 화상과 비교하여, 당해 검사 대상 부위에 잠재하는 결함을 검사하는 비교 검사부를 구비하고,
    상기 비교 검사부는,
    상기 검사 대상 부위 내에 잠재하는 결함을 검사하는 마이크로 검사 모드와,
    복수의 상기 검사 대상 부위에 걸쳐 상기 검사 대상 웨이퍼에 잠재하는 결함을 검사하는 매크로 검사 모드를 구비하는
    것을 특징으로 하는 웨이퍼 외관 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매크로 검사 모드의 실행에 앞서서, 상기 검사 대상 웨이퍼에 잠재하는 결함을 검사하기 위한 양부 판정의 기준이 되는 매크로 검사용 기준 화상을 생성하는 매크로 검사용 기준 화상 생성 모드를 구비하고,
    상기 매크로 검사용 기준 화상 생성 모드에서는,
    상기 촬상부에서, 검사 기준이 되는 기준 웨이퍼에 형성된 반복 패턴 또는 기준 웨이퍼에 설정된 무패턴 구획을 분할 촬상하고,
    상기 화상 처리부에서, 당해 분할 촬상된 기준 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 압축 처리하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성하고,
    상기 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 상기 기준 화상 등록부에 미리 등록하고,
    상기 매크로 검사 모드에서는,
    상기 촬상부에서, 상기 반복 패턴 또는 상기 무패턴 구획을 분할 촬상하고,
    상기 화상 처리부에서, 당해 분할 촬상된 검사 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 압축 처리하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성하고,
    상기 비교 검사부에서, 상기 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 상기 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상과 비교하여, 상기 검사 대상 웨이퍼에 잠재하는 결함을 검사하는
    것을 특징으로 하는 웨이퍼 외관 검사 장치.
  3. 검사 대상 웨이퍼에 형성된 반복 패턴 또는 검사 대상 웨이퍼에 설정된 무패턴 구획의 외관 화상을 촬상하고, 당해 촬상된 화상과 미리 등록된 기준 화상을 비교하여 검사하는, 웨이퍼 외관 검사 방법에 있어서,
    상기 검사 대상 웨이퍼를 보유 지지하는 웨이퍼 보유 지지 수단과,
    상기 반복 패턴 또는 상기 무패턴 구획마다 설정된 소정 범위를 촬상하는 촬상 수단과,
    상기 웨이퍼 보유 지지부와 상기 촬상부를 상대 이동시키는 상대 이동 수단과,
    상기 촬상부에서 촬상된 화상을 처리하는 화상 처리 수단을 사용하고,
    검사 기준이 되는 기준 웨이퍼를 보유 지지하는 스텝과,
    상기 반복 패턴 또는 상기 무패턴 구획을, 축차적으로 촬상 장소를 변경하면서 분할 촬상하고, 당해 분할 촬상된 기준 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 압축하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상을 생성하는 스텝과,
    상기 검사 대상 웨이퍼를 보유 지지하는 스텝과,
    상기 반복 패턴 또는 상기 무패턴 구획을, 축차적으로 촬상 장소를 변경하면서 분할 촬상하고, 당해 분할 촬상된 검사 화상끼리를 서로 연결시켜 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성한 후, 당해 라지 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 압축하여 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 생성하는 스텝과,
    상기 스몰 사이즈의 매크로 검사용 검사 화상을 상기 스몰 사이즈의 매크로 검사용 기준 화상과 비교하여, 상기 웨이퍼를 매크로 검사하는 스텝을 갖는 것을
    특징으로 하는 웨이퍼 외관 검사 방법.
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