(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの全域もしくは一部の撮像原画像を採取し、ウェハ上のダイを検査領域単位として領域分割する検査領域分割手段と、互いに隣接する検査領域同士を関連付け、相互に比較し合うダイの関連付けを設定する検査領域関連付け手段と、相互に関連付けされた検査領域同士の濃淡比較において正規化相関を用いる濃淡比較手段と、その正規化相関値が所定の閾値を下回るか否かを判定する判定手段を備え、正規化相関値が所定の閾値を下回る領域をマクロ異常を含むダイとして出力し、前記マクロ異常を含むダイから、複数のダイにまたがるマクロ異常を検出するように構成されていることを特徴とする半導体ウェハのマクロ検査装置。
【請求項２】
正規化相関の演算を行う際に、互いに隣接する領域のうち、一方の領域については、与えられた領域の演算に加えて、周辺８近傍に１画素ずらした領域の正規化相関値を算出し、合計９つの正規化相関値の中から最大値を選出し、これを代表値として判定を行うように構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのマクロ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェアの膜厚異常や露光現象不良といった、いわゆるミクロ検査と呼ばれる顕微鏡検査では検出が不可能な、マクロ異常を自動的に検出する半導体ウェハのマクロ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェアのマクロ検査において、カセットからのウェハのローディングやウェハのハンドリング等は、省力化やクリーン度維持を目的として自動化が進んでいるが、検査部分については人間の目視観察に頼りきっているのが現状で、自動化に関する技術は数少ない。
【０００３】
マクロ検査の自動化を実現するものとして、特開平１０−１４４７４７号公報に見られるように、半導体ウェハのダイの繰り返し性を利用し、ウェハ上の１つまたは複数のダイからなる基準領域を基準テンプレートとして、他の検査領域とのテンプレートマッチングによって比較し、一致度の低い場所を欠陥として出力するというマクロ検査方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のマクロ検査方法では、照明のムラとマクロ異常によるムラとを正確に分離できないという問題がある。
【０００５】
例えば、図１１に示すように、基準となるテンプレート検査領域内の濃淡ヒストグラムに対して、検査対象の濃淡ヒストグラムのプロフィールにマクロ異常による形状変化を伴う場合（ｂ）、これを不良として検出できるが、良品のために濃淡プロフィールの形状はそのままで、照明ムラの影響でプロフィール全体が基準画像（ａ）に対して左右にシフトするような場合（ｃ）には、これを良品ではなくマクロ異常として誤検出してしまう。
【０００６】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、半導体ウェハのマクロ異常を常に正確に検出することのできる半導体ウェハのマクロ検査装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置は、半導体ウェハの全域もしくは一部の撮像原画像を採取し、ウェハ上のダイを検査領域単位として領域分割する検査領域分割手段と、互いに隣接する検査領域同士を関連付け、相互に比較し合うダイの関連付けを設定する検査領域関連付け手段と、相互に関連付けされた検査領域同士の濃淡比較において正規化相関を用いる濃淡比較手段と、その正規化相関値が所定の閾値を下回るか否かを判定する判定手段を備え、正規化相関値が所定の閾値を下回る領域をマクロ異常を含むダイとして出力し、前記マクロ異常を含むダイから、複数のダイにまたがるマクロ異常を検出するように構成されていることによって特徴づけられる。
【０００８】
本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置において、正規化相関値の演算を行う際に、互いに隣接する領域のうち、一方の領域については、与えられた領域に加えて、周辺８近傍に１画素ずらした領域の正規化相関値を算出し、合計９つの正規化相関値の中から最大値（最も一致度の高い領域での値）を選出し、これを代表値として判定を行うように構成してもよい。
【０００９】
本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置によれば、エリアセンサやラインセンサ等を使って半導体ウェハの全域もしくは一部の撮像原画像を採取し、ウェハ上のダイを検査領域単位とした領域分割を行った上で、互いに隣接するダイ同士の濃淡比較を行うので、ウェハ上の広い範囲にまたがって濃淡ムラとして発生するマクロ異常を抽出することができる。さらに、ダイ同士の濃淡比較において正規化相関を用いることにより、照明ムラの影響を受けにくいマクロ異常検査が可能になる。
【００１０】
さらに、本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置において、正規化相関を算出する際に、互いに隣接する領域のうち、一方の領域については、与えられた領域についてのみ演算するのではなく、周辺８近傍に１画素ずらした領域の正規化相関値を算出し、合計９つの正規化相関値の中から最大値（最も一致度の高い領域での値）を選出し、これを代表値として採用するようにすれば、画像の水平分解能の量子化誤差の影響を受け難くした、誤検出の少ないより正確なマクロ異常検査が可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。
【００１２】
図１は本発明の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【００１３】
画像入力手段１は、エリアセンサあるいはラインセンサ等であって、検査対象となる半導体ウェハの全域もしくは一部分を撮像する。その撮像原画像は画像処理装置２に入力され、図３に示すようなＭ×Ｎの２次元配列濃淡データとして画像フレームメモリ等に格納される。
【００１４】
画像処理装置２は、検査領域分割手段２１、検査領域関連付け手段２２、濃淡比較手段２３及び判定手段２４などによって構成されており、後述する処理により、半導体ウェハのマクロ異常を検出するように構成されている。
【００１５】
次に、本実施形態をより具体的に説明する。
【００１６】
半導体ウェハを撮像した場合、図３に示すように水平垂直方向に規則的に並んだダイＤ・・Ｄとともに、濃淡ムラとしてマクロ異常Ｅが観察されることがある。ここで述べるマクロ異常とは、ウェハ製造プロセスにおける膜厚異常や、露光現像不良などによってできる不良で、顕微鏡を用いたいわゆるミクロ検査では発見できない種類の不良のことであり、本実施形態では、このマクロ異常Ｅの検出を行うものとする。そのマクロ異常検出の主な処理の流れは、図２の処理フローに示す通りである。
【００１７】
まず、画像入力手段１からの撮像原画像を採り込み（Ｓ1 ）、半導体ウェハ上のダイを検査領域単位として領域分割する（Ｓ2 ）。次いで互いに隣接する検査領域同士を関連付け、相互に比較し合うダイの関連付けを設定した後（Ｓ3 ）、相互に関連付けされた検査領域間の濃淡比較、つまり関連付けされた検査領域間の正規化相関値を算出し（Ｓ4 ）、その正規化相関値の演算値が閾値を下回るか否かを判定し（Ｓ5 ）、正規化相関値の演算値が閾値を下回っている場合、その領域を異常箇所として出力する（Ｓ6 ）。そして、以上のステップＳ4 及びＳ5 の各処理（ステップＳ6 の処理も含む）を半導体ウェハの各検査領域について実行し（Ｓ7 ）、全ての検査領域の検査が完了した時点で処理を終了する。
【００１８】
次に、図３に示すような撮像画像に対する検査領域の設定方法と、濃淡比較のための関連付け方法について説明する。
【００１９】
まず、検査対象は完全な形で画像の中に入ってくるダイのみを対象とし、相互に濃淡比較する検査領域の関連付けを設定する。この関連付けの規則は、照明ムラの影響を極力避けるために、なるべく隣接している方が望ましい。その例として、図４（ａ）のような横方向主体の場合や、図４（ｂ）のような縦方向主体の場合を挙げておく。なお、図４（ａ）及び（ｂ）において矢印は関連付けを意味し、その両端の検査領域が相互に濃淡比較される対象となる。
【００２０】
次に、相互に関連付けされた検査領域間の濃淡比較方法、つまり正規化相関について説明する。
【００２１】
まず、図５に示すように、検査領域Ｒn,Ｒn+1 から１画素内側に狭めた領域を、基本とする正規化相関演算対象領域とする。検査領域Ｒn の中の演算対象領域に含まれる画素濃淡値の配列ベクトルをＰn 、同様に検査領域Ｒn+1 に対する配列ベクトルをＰn+1 とし、これらの配列間の正規化相関値をＮＲとすれば、正規化相関は次の式（１）によって算出される。
【００２２】
【数１】
0003654501.tif 000002
【００２３】
この式（１）の左辺：ＮＲは２つの配列ベクトル間の余弦を意味し、一致度が高いほど大きな値（最大値で１）をとる。
【００２４】
以下、正規化相関演算について更に詳しく説明する。
【００２５】
まず、２つの検査領域Ｒn,Ｒn+1 が、例えば図６に示すように、８×５＝４０画素の画素配列からなる場合、図６の太線で囲まれた領域に対する正規化相関演算は、具体的には次のようになる。
【００２６】
まず、Ｒn を構成する４０画素の濃淡値を
Ｉi （ｉ＝１，２，３・・４０）
同様にＲn+1 を構成する４０個画素の濃淡値を
Ｊi （ｉ＝１，２，３・・４０）
とすると、正規化相関演算対象領域に含まれる６×３＝１８個の画素濃淡値を要素とする配列ベクトルＰn,Ｐn+1 は
【００２７】
【数２】
0003654501.tif 000003
【００２８】
となる。
【００２９】
また、この例の場合、式（１）の左辺ＮＲの数学的な意味は、１８次元空間における２つの配列ベクトルＰn とＰn+1 のなす角θの余弦（ＣＯＳθ）となる。従って、２つの正規化相関演算対象領域の濃淡パターンが酷似している場合、θ≒０つまりＮＲ≒１となる。さらに、照明ムラ等によって、領域内全体の濃淡パターンが定数倍される場合には、配列ベクトルの大きさが定数倍されるだけであるので、θは不変つまり照明ムラによる影響は受けなくなる。
【００３０】
ここで、ダイサイズと画素サイズを元にして正規化相関演算対象領域を自動生成する場合、対象領域のサイズと位置は、ダイサイズが画素サイズの定数倍になっていないと、量子化誤差により図７の様にずれる場合がある。この状態で、そのまま正規化相関値を算出すると、対象領域の濃淡パターンのコントラストが大きい場合は一致度が低く出て、不良として誤検査される可能性がある。
【００３１】
これを防止するため、Ｒn+1 側の対象領域については周辺８近傍に対する正規化相関値を算出した上で、合計９つの正規化相関値の中から、最も大きな（一致度の高い）場合を代表値として判定に用いる方法を採る。具体的には、図７に示す例の場合、図８に示すように、左上近傍を１画素ずらした場合（近傍１：図９参照）の正規化相関値が最も高くなり、これを代表値とする。
【００３２】
なお、以上のような量子化誤差防止処理を行う場合、Ｒn+1 の周辺８近傍の取り方は図９に示す要領にて行う。
【００３３】
以上の正規化相関を行った後、図２に示すように、あらかじめ設定したおいた閾値と正規化相関値とを比較し、正規化相関値が閾値を下回る場合、上記２つの検査領域Ｒn 、Ｒn+1 はマクロ異常を含む領域として出力する。
【００３４】
そして、上記した処理を画像内のすべての関連付けに対して行うことにより、マクロ異常を検出することが可能となる。例えば、図３のような画像に対して、図４（ａ）の関連付けを用いた場合、マクロ異常は図１０のような形で検出されることになる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置によれば、エリアセンサやラインセンサ等を使って半導体ウェハ全域もしくは一部の撮像原画像を採取し、ウェハ上のダイを検査領域単位とした領域分割を行った上で、互いに隣接するダイ同士の濃淡比較を行っているので、ウェハ上の広い範囲にまたがって濃淡ムラとして発生するマクロ異常を抽出することができる。しかも、ダイ同士の濃淡比較において正規化相関を用いているので、照明ムラの影響を受けにくい自動マクロ異常検査が可能となる。
【００３６】
また、本発明の半導体ウェハのマクロ検査装置において、正規化相関を算出する際に、互いに隣接する領域のうち、一方の領域については、与えられた領域についてのみ演算するのではなく、周辺８近傍に１画素ずらした領域の正規化相関値を算出し、合計９つの正規化相関値の中から最大値（最も一致度の高い領域での値）を選出し、これを代表値として判定を行うようにすれば、画像の水平分解能の量子化誤差の影響を受け難くした、誤検出の少ないより正確なマクロ異常検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】マクロ異常検出の処理フローを示す図である。
【図３】マクロ対象画像の例を示す図である。
【図４】検査領域関連付け処理の例を示す図である。
【図５】正規化領域の演算対象領域を示す図である。
【図６】正規化領域の演算対象領域の具体例を示す図である。
【図７】正規化相関演算の際に発生する量子化誤差の説明図である。
【図８】量子化誤差を防止する処理の説明図である。
【図９】周辺８近傍の取り方の要領を示す図である。
【図１０】マクロ異常検出例を示す図である。
【図１１】従来のマクロ検査方法の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１  画像入力手段
２  画像処理装置
２１  検査領域分割手段
２２  検査領域関連付け手段
２３  濃淡比較手段
２４  判定手段
Ｄ  ダイ
Ｅ  マクロ異常
【図１】
0003654501.tif 000004
【図２】
0003654501.tif 000005
【図３】
0003654501.tif 000006
【図４】
0003654501.tif 000007
【図５】
0003654501.tif 000008
【図６】
0003654501.tif 000009
【図７】
0003654501.tif 000010
【図８】
0003654501.tif 000011
【図９】
0003654501.tif 000012
【図１０】
0003654501.tif 000013
【図１１】
0003654501.tif 000014