JP4886981B2

JP4886981B2 - チップ検査装置及びチップ検査方法

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Publication number: JP4886981B2
Application number: JP2004320746A
Authority: JP
Inventors: 英樹添田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: JP2006133025A

Description

本発明は、外観検査技術に関し、特に、光学式のウェハパターン検査装置におけるチップ検査技術に関する。

ウェハプロセスにおいては、例えばシリコン単結晶などからなるウェハ面内に多数の半導体素子（チップ）を形成する。この際、リソグラフィ技術によってウェハ上にパターンを転写し、種々の加工処理等を行うことにより、所定数だけ重ね合わされたパターンが多層状に構成されることになる。このような場合に、個々のパターンが予め決められた所定の形状に形成されることが、半導体素子の歩留まりの向上や所定の特性を実現する上で極めて重要である。そこで、通常、個々のパターンを形成する度に、すなわち各層毎に光学的な非破壊検査が行われる。

かかる検査装置としては、例えば、ウェハ上に格子状に規則的に配列形成されたチップのピッチの整数倍の距離をおいて、光学式顕微鏡とＣＣＤカメラ等の撮像素子とのセットにより検査チップと比較チップとの２つの濃淡画像データを取得し、この２つのチップの同一ポイントにおける画像の濃淡差が予め設定した欠陥判定しきい値よりも大きい場合に、その場所をパターン欠陥として抽出する。

従来、このようなウェハのパターン検査方法としては、隣接する２チップを比較する方法が広く用いられてきた。図２は、かかる従来の検査方法の概要を示した図であり、簡単のため１チップを検査する場合の概要について示す図である。図２において、３つの互いに隣接するチップＡ、Ｂ、Ｃのうち、チップＡとチップＣとの間のチップＢ２０２の検査を行う場合に、チップＡ２０１、チップＢ２０２、チップＣ２０３を順次スキャンし、それらの差画像Ａ−Ｂ２０５、差画像Ｂ−Ｃ２０６とで連続して欠陥２０４を検出した時にチップＢ２０２に欠陥があると判定することができる。

チップ検査の効率化を図るための技術として、例えば、ウェハの同一走査内に配列された複数のチップを所定個のチップ毎に分割したグループを作り、各グループ内のチップの画像を比較してダブルディテクションを行うようにする技術がある。この技術では、例えば、第１から第３の３個のチップの１グループとした場合には、画像の取り込みと並行して、第１チップと第２チップ、第１チップと第３チップ、第２チップと第３チップの順に比較する（特許文献１参照）。

また、光学式ウェハ外観検査装置としては、その他、図３に記載されているものが知られている。図３はウェハのある列の全チップを検査する場合の検査方法の概略を示した図である。図３において、例えばＸ−Ｙステージにより、チップＡ３０１からチップＧ３０７までの７チップを順次スキャンする。この間、例えばチップＤ３０４に関しては、取得した差画像Ｃ−Ｄ３１１と差画像Ｄ−Ｅ３１２とにおいて連続して欠陥を検出するとチップＤに欠陥ありと判定される。同様にチップＦ３０６に関しては、差画像Ｅ−Ｆ３１３と差画像Ｆ−Ｇ３１４とにおいて連続して欠陥を検出すると、欠陥ありと判定することができる。

特開平１１−３３７４９７号公報

上記特許文献１に記載のチップ比較方法では、１個のチップを検査するためには、３個のチップをスキャンする必要があった。どちらのチップに欠陥があるのか判定するために、２チップの比較で連続して同じ場所に欠陥が検出された場合に、そのチップに欠陥があると判定するためである。同様にＮ個のチップを検査する為には、Ｎ＋２個のチップをスキャンする必要があった。

また、図３に記載の技術においても、検査対象チップ行の左端に存在するチップＡ３０１の欠陥については、チップＡ３０１からチップＧ３０７までを順次スキャンするだけでは、欠陥があるか否かの判定が不可能である。なぜなら、１回の順次スキャンにおいては、Ａに関連する差画像としては差画像Ａ−Ｂ３０９しか得ることができず、これでは欠陥がチップＡ３０１にあるのかチップＢ３０２にあるのか判定できないからである。

そこで、チップＡ３０１からチップＧ３０７までを順次スキャンする前に、チップＣ３０３をスキャンし差画像Ｃ−Ａ３０８を得る（図３（Ｂ））。これによりチップＡ３０１に欠陥ありと判定することができる。同様にチップＧ３０７の欠陥についても、チップＡ３０１からチップＧ３０７までを順次スキャンするだけでは、欠陥があるかどうかの判定が不可能である。なぜなら差画像Ｆ−Ｇ３１４しか得ることができず、これでは欠陥がチップＧ３０７にあるのかチップＦ３０６にあるのか判定できないからである。そこでチップＡ３０１からチップＧ３０７までを順次スキャンした後に、チップＥ３０５をスキャンし差画像Ｇ−Ｅ３１５を得る。これによりチップＧ３０７に欠陥ありと判定することができる。このように、画像メモリ部１０９が１チップ分の画像遅延しか行えない場合、検査チップ数Ｎに対してＮ＋２のスキャンを行わなければならず、検査速度を早くすることに対して妨げとなっていた。

本発明は、チップ比較においてスキャンチップ数の減少と、それに基づくチップ比較検査の検査時間の短縮を目的とする。

本発明の一観点によれば、被検査物上に規則的に配置された複数のチップを検査するチップ検査方法であって、被検査物上のある一方向に沿って撮像対象のチップを順次走査しながら、当該方向に所在する複数のチップそれぞれのチップ領域の画像を撮像する撮像ステップと、該撮像ステップによって撮像された３つ以上のチップのうちから１つだけ選択された基準チップと当該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの２チップ間の画像の比較を行い、当該比較対象チップそれぞれの基準チップとの差画像データを求める差画像データ取得ステップと、該差画像データ取得ステップによって取得された当該比較対象チップ毎の差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定する判定ステップとを有することを特徴とするチップ検査方法が提供される。

上記方法によれば、撮像するステップと差画像データを前記一方向に順次求めるステップとを並行して行うことができる。

また、上述のチップ検査方法では、撮像ステップによって撮像される３チップ以上のチップそれぞれは、被検査物上に規則的に配置された複数のチップのうちの前記一方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して形成されるチップユニット毎の構成チップであってもよい。前記チップユニットを前記一方向に順次移動させて選択するのが好ましい。

これにより、基準チップをスキャン方向に順次変更しながら欠陥検査を行うため、比較対象チップを基準チップの近くのチップのみにすることができる。

本発明の他の観点によれば、被検査物上に規則的に配置された複数のチップを検査するチップ検査装置であって、被検査物上に投下する光の投下先のチップを被検査物上のある一方向に沿って順次走査しながら、被検査物上からの反射光を基に当該方向に所在する複数のチップそれぞれのチップ領域の画像を取得する画像センサと、該画像センサによって取得されるチップ領域の画像を当該方向に複数チップ分にわたり記憶する画像メモリと、当該方向の順次走査で前記画像センサにより画像を取得された３つ以上のチップのうちから１つだけ選択された基準チップと当該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの２チップ間の画像を比較し、当該比較対象チップそれぞれの基準チップとの差画像データを求める比較部と、該比較部によって求められた当該比較対象チップ毎の差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定する判定部とを有することを特徴とするチップ検査装置が提供される。

また、上述のチップ検査装置では、画像センサによってチップ領域の画像が撮像される３チップ以上のチップそれぞれは、被検査物上に規則的に配置された複数のチップのうちの前記一方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して形成されるチップユニット毎の構成チップであってもよい。

本発明によれば、チップ比較においてスキャンチップの数を減らし、チップ比較検査の検査スキャン速度（スループット）を早くすることができるという利点がある。

以下、本発明の第１の実施の形態による光学式ウェハ外観検査装置について図面を参照しつつ説明を行う。図１は、本実施の形態による光学式ウェハ外観検査装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態による光学式ウェハ外観検査装置において、検査ウェハ１０４がＸ−Ｙステージ１０１の上に設置可能になっており、検査ウェハ１０４に対して例えばキセノンランプを用いた光源１０６から、検査光が照射できるように構成されている。光源１０６から照射された光は、検査ウェハ１０４により反射され、この反射光が検査ウェハ１０４上に設けられた対物レンズ１０５を通して１次元ＣＣＤカメラ（撮像装置）１０２により２次元画像が撮像される。尚、一般的に、検査ウェハ上には多数のチップが格子状かつ規則的に配置されている。

図１に示す状態において、Ｘ−Ｙステージ１０１を例えばＸ方向にスキャンさせることにより、２次元画像として撮像された画像データに基づく検査を行うことができる。破線によって囲まれた例えばパーソナルコンピュータによって機能する画像比較部１０３は、Ｘ−Ｙステージ１０１が１チップ分をスキャンする時間分、検出された画像を画像メモリ部１０９で遅延させ、遅延画像と検出画像の差をＸ−ＹステージのＸ方向のスキャンとリアルタイムに計算し、検査チップ１０７と比較チップ１０８との同一ポイントの差画像を得ることができる。なお、画像メモリ部１０９は、例えばシフトレジスタ回路により構成され、入力信号を例えば１チップ分だけ遅延させる遅延回路として機能する。近年、大容量のメモリを簡単に取得することが可能になり、数チップ分の画像メモリを設け、数チップ分の遅延画像を得ることが可能になった。

図４（Ａ）から（Ｃ）までは、本実施の形態によるチップ比較検査技術の概要を示す原理図であり、数チップ分の画像遅延を用いて、例えば１ウェハ内のある行の全チップを検査する場合の検査手法の例を示す図である。適宜、図１を参照して説明を行う。図４（Ａ）に示す例では、検査対象チップは、チップ４０１からチップ４０７までの１行の７チップであり、そのうちの１つのチップ４０１を基準チップとして定義する。

Ｘ−Ｙステージ１０１により、基準チップＡ４０１からチップＧ４０７までを順次スキャンする。この間、画像比較部１０３により、図４（Ｂ）に示すように、基準チップＡ４０１とその他のチップＢ４０２からＧ４０７までとの差画像Ｂ−Ａ４０８から差画像Ｇ−Ａ４１３までのデータを、順次、求めることができる。

ここで、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥は、基準チップＡ４０１の欠陥（チップ左下端の欠陥）と判断できる。また、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、基準チップＡ４０１には欠陥がないと判断できる。差画像Ｂ−Ａ４０８から差画像Ｇ−Ａ４１３までに共通の欠陥以外の、１つの差画像でしか検出されなかった欠陥がある場合は、それぞれのチップの欠陥であると判定できる。例えば、差画像Ｄ−Ａ４１０のみで検出された左上隅の欠陥はチップＤの欠陥であり、差画像Ｆ−Ａ４１２のみで検出された右下隅の欠陥はチップＦの欠陥であり、差画像Ｇ−Ａ４１３のみで検出された右上隅の欠陥はチップＧの欠陥であると判断できる。

このように、本実施の形態による欠陥検査技術を用いると、検査対象チップ分のスキャンをするだけで、全てのチップの欠陥に関する検査が可能になり、チップ比較検査の検査時間（スループット）を早くすることができる。また、端部のチップを基準チップとして選択することで、基準チップの位置が明確になるという利点がある。

すなわち、図４（Ａ）でチップ４０２をスキャンすると、その下に位置する図４（Ｂ）の差画像Ｂ−Ａ４０８が画像比較部１０３により求まる。次いで、チップ４０３をスキャンすると、その下に位置する図４（Ｂ）の差画像Ｃ−Ａ４０９が画像比較部１０３により求まる。このように、チップのスキャンと並行してリアルタイムに差画像データを簡単に得ることができる上に、スキャンチップ数を従来よりも少なくすることができるため、検査に要する時間を短縮することができる。すなわち、チップＧ４０７をスキャンした直後に差画像Ｇ−Ａまでが得られるため、チップのスキャンの終了と実質的に同じ時点で欠陥チップの特定ができるという利点がある。また、図４に示す例では、実際には、チップ４０３をスキャンした時点で、チップ４０１において欠陥があることと、その位置とが推定できる。

尚、同じ箇所に同様の形状の欠陥が発見される確率は非常に少ないので、実際には欠陥が存在するにもかかわらず差画像で欠陥がなくなるように観察される確率は極めて少ないため、問題は生じにくい。また、上記のように行方向に順次スキャンする方法は一例であり、列方向にスキャンする方法にも適用可能である。また、実際の処理は、例えばパーソナルコンピュータ内に格納されるプログラム処理に基づいて行うことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態による光学式ウェハ外観検査装置について図面を参照しつつ説明を行う。本発明の第１の実施の形態による光学式ウェハ外観検査技術の欠点は、例えばチップ基準Ａ４０１とチップＧ４０７とのように遠くのチップ同士を比較しなければならず、Ｘ−Ｙステージ１０１の精度によっては画像比較のパターンマッチングが難しくなる可能性がある。本実施の形態による光学式ウェハ外観検査技術は、基準チップを順次変更する点に特徴を有する。図５（Ａ）から（Ｃ）までは、本実施の形態による基準チップを順次変更する方法の例を示す図である。図５に示す方法では、基準チップＡ５０１と差画像を算出する対象チップは、全検査対象チップＡ５０１からＧ５０７までのうちチップＢ５０２とチップＣ５０３との２チップのみである。

図５（Ｂ）に示すように、差画像Ｂ−Ａ５０８と差画像Ｃ−Ａ５０９との２つの連続した差画像において検出された欠陥は基準チップＡ５０１の欠陥と推定できる。或いは、差画像Ｂ−Ａ５０８と差画像Ｃ−Ａ５０９との２つの連続した差画像において同じ位置に同様の形状で欠陥が検出されなかった場合には、基準チップＡ５０１には欠陥がないと推定できる。一方のみで検出された欠陥、すなわち１つの差画像でしか検出されなかった欠陥は、それぞれのチップの欠陥であると判定できる。基準チップＡ５０１に関して、チップＢ５０２とチップＣ５０３との差画像Ｂ−Ａ５０８及び差画像Ｃ−Ａ５０９を取得する。ここでは、差画像Ｂ−Ａ５０８及び差画像Ｃ−Ａ５０９の両方において同じ位置に同様の形状の欠陥が存在するため、チップＡ５０１の欠陥であることがわかる。次に、基準チップをチップＣ５０３とし、検査対象チップをチップＣ５０３、チップＤ５０４、チップＥ５０５として検査を行う。この場合には、差画像Ｄ−Ｃ５１０と差画像Ｅ−Ｃ５１１において差画像Ｄ−Ｃ５１０にのみ欠陥が見られ、これより、チップＤ５０４に欠陥があることがわかる。次に、基準チップをチップＥ５０５とし、検査対象チップをチップＥ５０５、チップＦ５０６、チップＧ５０７として検査を行う。この場合には、差画像Ｆ−Ｅ５１２と差画像Ｇ−Ｅの両方に、かつ、異なる位置に欠陥が見られ、これより、基準チップＥ５０５以外の２つのチップＦ５０６とチップＧ５０７とにそれぞれ欠陥があることがわかる。

本実施の形態による光学式ウェハ外観検査技術によれば、基準チップをスキャン方向に順次変更しながら欠陥検査を行うため、比較対象チップを基準チップの近くのチップのみにすることができる。従って、チップ比較検査の検査時間（スループット）を早くすることができる上に、位置合わせの精度の良いチップの範囲内において欠陥の検査に関する比較を行うため精度の高い検査を行うことができるという利点がある。尚、本実施の形態においては、基準チップを含めた比較対象チップが３つの場合について説明したが、３以上であれば、例えば４チップを比較対象チップとしても良い。

本発明は、半導体チップの欠陥装置、欠陥装置用のプログラムにも適用することができる。

本実施の形態による光学式ウェハ外観検査装置の一構成例を示すブロック図である。隣接する２チップを比較する従来のウェハのパターン検査方法の概要を示す図であり、簡単のため１チップを検査する場合の概要について示す図である。ウェハのある行の全チップを検査する従来のウェハのパターン検査方法の概要を示す図である。図４（Ａ）から（Ｃ）までは、本発明の第１の実施の形態によるチップ比較検査技術の概要を示す原理図であり、数チップ分の画像遅延を用いて、例えば１ウェハ内のある行の全チップを検査する場合のウェハのパターンの検査方法の例を示す図である。図５（Ａ）から（Ｃ）までは、本発明の第２の実施の形態による基準チップを順次変更するウェハのパターンの検査方法の例を示す図である。

符号の説明

１０１：Ｘ−Ｙステージ、１０２：２次元ＣＣＤカメラ、１０３：画像比較部、１０４：検査ウェハ、１０５：対物レンズ、１０６：光源、１０７：検査チップ、１０８：比較チップ、１０９：画像メモリ部。

Claims

被検査物上に規則的に配置された複数のチップを検査するチップ検査方法であって、
被検査物上のある一方向に沿って撮像対象のチップを順次走査しながら、当該方向に所在する複数のチップそれぞれのチップ領域の画像を撮像する撮像ステップと、
該撮像ステップによって撮像された３つ以上のチップのうちから１つだけ選択された基準チップと当該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの２チップ間の画像の比較を行い、当該比較対象チップそれぞれの基準チップとの差画像データを求める差画像データ取得ステップと、
該差画像データ取得ステップによって取得された当該比較対象チップ毎の差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定する判定ステップと
を有することを特徴とするチップ検査方法。
前記撮像ステップによって撮像される３チップ以上のチップそれぞれは、被検査物上に規則的に配置された複数のチップのうちの前記一方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して形成されるチップユニット毎の構成チップである
ことを特徴とする請求項１に記載のチップ検査方法。
前記撮像ステップによってチップ領域の画像が撮像される３チップ以上のチップの取得先のチップユニットを、前記チップ群内で前記一方向に順次移動させて選択する
ことを特徴とする請求項２に記載のチップ検査方法。
被検査物上に規則的に配置された複数のチップを検査するチップ検査装置であって、
被検査物上に投下する光の投下先のチップを被検査物上のある一方向に沿って順次走査しながら、被検査物上からの反射光を基に当該方向に所在する複数のチップそれぞれのチップ領域の画像を取得する画像センサと、
該画像センサによって取得されるチップ領域の画像を当該方向に複数チップ分にわたり記憶する画像メモリと、
当該方向の順次走査で前記画像センサにより画像を取得された３つ以上のチップのうちから１つだけ選択された基準チップと当該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの２チップ間の画像を比較し、当該比較対象チップそれぞれの基準チップとの差画像データを求める比較部と、
該比較部によって求められた当該比較対象チップ毎の差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定する判定部と
を有することを特徴とするチップ検査装置。
前記画像センサによってチップ領域の画像が撮像される３チップ以上のチップそれぞれは、被検査物上に規則的に配置された複数のチップのうちの前記一方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して形成されるチップユニット毎の構成チップである
ことを特徴とする請求項４に記載のチップ検査装置。
被検査物上に配置された複数のチップを検査するチップ検査方法であって、
被検査物上のある方向に沿ってチップを３チップ以上走査しながら各チップのチップ領域の画像を撮像するステップと、
複数の前記チップのうちから選択された基準チップと該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの間の画像の比較により得られる、該比較対象チップそれぞれの前記基準チップとの差画像データを前記方向に沿って順番に求めるステップと、
前記比較対象チップそれぞれの前記基準チップとの差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定するステップと
を有することを特徴とするチップ検査方法。
前記走査しながら撮像される３チップ以上の各チップは、被検査物上に配置された複数のチップのうちの前記方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して形成されるチップユニット毎の構成チップである
ことを特徴とする請求項６に記載のチップ検査方法。
被検査物上に配置された複数のチップを検査するチップ検査装置であって、
被検査物上に投下された光の反射光を受光し、被検査物上のある方向に走査しながら当該方向に所在する３チップ以上のチップそれぞれのチップ領域の画像を取得する画像センサと、
該画像センサが取得した画像を当該方向に複数チップ分にわたり記憶する画像メモリと、
前記３チップ以上の複数のチップのうちから選択された一の基準チップと該基準チップ以外の比較対象チップそれぞれとの間の画像を比較し、該比較対象チップそれぞれの前記基準チップとの差画像データを前記方向に沿って順番に求める比較部と、
前記比較対象チップそれぞれの前記基準チップとの差画像データを基に、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥がある場合は、当該欠陥を前記基準チップの欠陥と判定し、差画像データの全てに共通の位置に同様の形状で検出された欠陥が存在しない場合には、前記基準チップには欠陥がないと判定する一方、どの差画像データにおいても共通の位置に同様の形状で検出された欠陥以外の、１つの差画像データでしか検出されなかった欠陥がある場合は、当該欠陥を当該１つの差画像データに対応する前記比較対象チップの欠陥であると判定する判定部と
を有することを特徴とするチップ検査装置。
前記画像センサによってチップ領域の画像が撮像される３チップ以上のチップそれぞれは、被検査物上に規則的に配置された複数のチップのうちの前記方向に所在するチップ群の複数のチップを、前記チップの走査順を基に分割して複数形成されるチップユニット毎の構成チップである
ことを特徴とする請求項８に記載のチップ検査装置。