(57)【要約】【課題】表面に膜が形成されたウエハでも安定してアライメントマークと周辺部のコントラストが高い画像データを取得できるようにしたものを提供する。【解決手段】照明光となる光源と前記光源からの光を物体に照射し、また反射光を集光結像する結像光学系と前記結像光学系の集光点に設置し、物体の画像を取り込むカメラと取り込んだ画像を処理する画像処理機能からなるアライメント測定装置を備えた欠陥検査装置において、画像の取り込みを少なくとも２つの異なる波長帯域の反射光において行い、それぞれの反射光に対応した物体の画像情報を適切に演算処理することによってアライメントマークのコントラストを高めるように構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査装置において、
アライメント測定装置を有し、
前記アライメント装置は、
物体に光を照射する光源と、
前記物体からの光を結像する結像光学系と、
前記結像光学系により結像された像を取り込む撮像装置と、
前記撮像装置により取り込んだ画像を処理する画像処理部とを有し、
前記画像処理部は、少なくとも２つの異なる波長帯域の前記光を前記撮像装置で検出して取得した複数の画像を演算することによりコントラストを高める検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記光源として少なくとも２つの異なる波長帯域の光を出射する光源を有し、前記波長帯域に対応する光を検出する検査装置。
【請求項３】
検査方法において、
光を物体に照射し、
前記物体の画像を取り込み、
複数の前記画像を互いに演算することによりコントラストを高める検査方法。
【請求項４】
請求項３に記載の検査方法において、
前記光は少なくとも２つの異なる波長帯域の光である検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体の欠陥等を検査するいわゆる異物検査装置では、検査に先立ってウエハの位置合わせ（アライメント）を行うアライメント測定装置が備わっている。この種のアライメント測定装置では、ウエハ上のアライメントマークに対して照明光を照射し、反射光をＣＣＤカメラ等によって取り込み、取り込んだ画像のマーク位置を計測することでアライメントを行っている。マーク位置の計測は、基準画像をあらかじめ記憶しておき、取り込んだ画像から記憶した画像を探索する方法が一般的に知られており、探索方法として相関を用いる方法や、特徴点を抽出して比較する方法が知られている。詳しい内容は、特許文献１に記載がある。
【０００３】
画像による比較でアライメントマークを探索しているため、正常にアライメントを実行するには取り込んだ画像のマークがその周辺に対して高コントラストである必要がある。なお、照明光は白色光が用いられることが多い。また、白色光ではコントラストが得られない場合があり、その対策として波長帯域を制限する方法が一般的に知られている。波長帯域の制限方法は例えば特許文献２のように光路中にフィルタを挿入する方法、特許文献３のようにカラーＣＣＤセンサを活用する方法、特許文献４のように光源を波長帯域の異なるＬＥＤに変更し、それぞれについて光量を制御する方法等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３４０１１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２２８３１８号公報
【特許文献３】特開平６−２６０３９０号公報
【特許文献４】特開２００６−９１６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、微細化が進むに従い、リソグラフィーの工程で堆積される膜の厚さが増大している。前記のような膜厚の大きいデポ膜ウエハの場合、波長に対して反射率の変化が激しく、複数枚フィルタを用意しても、そのいずれを用いてもアライメントマークと周辺部のコントラストがカメラや光学系によるノイズと比して十分取れない問題がある。その対策として、長時間の露光や画像の積算によるノイズの低減があるが、画像取得に時間を要するため、スループットの低下は避けられない。また、フィルタの帯域幅を大きく狭めることによりコントラスト向上が期待できるが、帯域を狭めるにしたがってフィルタを透過する光量が低下するため、こちらも長時間の露光が必須である。また、フィルタは微妙な膜厚のムラにより同一工程のウエハでも、コントラストが取れない場合もある。
【０００６】
マーク探索する際に使われる画像の前処理方法として、画像の２値化や正規化があるが、ノイズの大きい画像において２値化、もしくは正規化をそのまま適応させると、ノイズを多分に含んでしまうため、アライメントマークとノイズの切り分けが難しく、正常にアライメントマークの検出ができない。
【０００７】
本発明は上記の課題を鑑み、膜厚が大きなデポ膜ウエハにおいてもアライメントマークのコントラストを安定して得られるようにしたものを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、検査装置において、アライメント測定装置を有し、前記アライメント装置は、物体に光を照射する光源と、前記物体からの光を結像する結像光学系と、前記結像光学系により結像された像を取り込む撮像装置と、前記撮像装置により取り込んだ画像を処理する画像処理部とを有し、前記画像処理部は、少なくとも２つの異なる波長帯域の前記光を前記撮像装置で検出して取得した複数の画像を演算することによりコントラストを高めることにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、前記光源として少なくとも２つの異なる波長帯域の光を出射する光源を有し、前記波長帯域に対応する光を検出することにある。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、演算処理には加算だけでなく減算が備わっていることにある。
【００１１】
この構成によれば、異なる波長帯域で取得した画像の中で、特にアライメントマークと周辺部の濃淡が逆転している２枚の画像を使って、適切な補正を行った上で減算処理することによって、背景のノイズをなくすことができ、アライメントマークのみを抽出することができる。
【００１２】
本発明の第４の特徴は、本発明に係るカメラはカラーカメラ等複数の波長帯域を独立に検出することにある。
【００１３】
この構成によれば、異なる波長帯域の画像を同時に取得することができるため、物理的にフィルタを切り替える必要がなく、スループットの低下がない。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように構成した本発明によれば、厚い膜が堆積したウエハや膜厚にムラがあるようなウエハであっても、コントラストの高い画像を得られるようにすることによって、信頼性の高いウエハ検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例における異物検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例における検査動作のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例におけるアライメント測定装置の構成例を示す図である。
【図４】デポ膜ウエハの反射率の波長特性を示す図である。
【図５】本発明の実施例における画像情報の選択、演算処理登録画面である。
【図６】図５の操作をフローチャートで表したものである。
【図７】演算によるマーク検出方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施例に係わる異物検査装置の概略構成を示す図である。本実施例の異物検査装置は、異物検出系の照明手段１０，異物検出系の検出手段２０（結像手段２０ａ，受光手段２０ｂ），Ｘスケール３０，Ｙスケール４０，表面高さ位置検出系の照明部５０，表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ），処理装置１００，ステージＺの制御装置２００、及び、画像表示装置３００，アライメント測定装置４００から構成されている。
【００１８】
表面にチップ２が形成されたウエハ１は、図示しないウエハテーブル（ステージＺ）上に搬送された際、まずアライメント測定装置４００でＸ方向，Ｙ方向のオフセット、及び角度θ補正がなされる。
【００１９】
照明手段１０は、検査光として所定の波長のレーザー光を発生し、その光ビームを被検査物であるウエハ１の表面へ照射する。ステージＺがＹ方向及びＸ方向へ移動することによって、レーザー装置１０から照射された光ビームがウエハ１の表面を走査する。
【００２０】
つまり、ステージＺを縦横の水平方向に移動させてウエハ１の表面全体に検査光の走査を行うことができる。
【００２１】
受光手段２０ｂは、例えばＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサ，ＣＣＤセンサ，光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等からなり、ウエハ１の表面で発生した散乱光を受光して、その強度を電気信号に変換し、画像信号として処理装置１００へ出力する。
【００２２】
Ｘスケール３０及びＹスケール４０は、例えばレーザースケール等からなり、ウエハ１のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、その位置情報を処理装置１００へ出力する。
【００２３】
処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０，異物検出画像処理部１２０，異物判定部１３０，座標管理部１４０、及び検査結果記憶部１５０から構成されている。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器１１０は、受光手段２０ｂから入力したアナログ信号の画像信号を、ディジタル信号の画像信号に変換して出力する。
【００２５】
異物検出画像処理部１２０は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号を入力して遅延することにより、検査光の走査で現在光ビームが照射されているチップの１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップの画像信号を出力する。
【００２６】
異物判定部１３０は、判定回路１３１及び係数テーブル１３２，１３３を含んで構成されている。係数テーブル１３２，１３３には、しきい値を変更するための係数が座標情報と対応付けて格納されている。
【００２７】
係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理部１４０からの座標情報を入力して、その座標情報に対応付けて格納されている係数を、判定回路１３１へ出力する。
【００２８】
判定回路１３１には、異物検出画像処理部１２０から隣接するチップ相互の画像信号の差分が入力され、係数テーブル１３２，１３３からしきい値を変更するための係数が入力される。
【００２９】
判定回路１３１は、予め定められた値に係数テーブル１３２，１３３から入力した係数を掛け算して、しきい値を作成する。
【００３０】
そして、画像信号の差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以上である場合に異物と判定して、検査結果を検査結果記憶部１５０へ出力する。
【００３１】
判定回路１３１はまた、判定に用いたしきい値の情報を検査結果記憶部１５０へ出力する。
【００３２】
座標管理部１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力したウエハ１の位置情報に基づき、ウエハ１上の現在光ビームが照射されている位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を出力する。
【００３３】
検査結果記憶部１５０は、異物判定部１３０から入力した検査結果と、座標管理部１４０から入力した座標情報とを対応付けて記憶する。
【００３４】
検査結果記憶部１５０は、また、異物判定部１３０から入力したしきい値の情報を、検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。
【００３５】
異物検出系の照明手段１０は、被検査物に検査光を照射する。
【００３６】
異物検出系の検出手段２０は、被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する。
【００３７】
表面高さ位置検出系の照明部５０は、被検査物に表面高さ位置検出の検出光を照射する。
【００３８】
表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ）を、被検査物の表面高さ位置を検出する。表面高さ位置検出手段は、被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有する。
【００３９】
異物判定部１３０を、光強度検出手段が検出した光強度データより被検査物の表面に存在する異物の有無を検査ないし判定する異物判定手段という。
【００４０】
ステージＺ制御装置２００は、ステージを上下動させて被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段を制御する。
【００４１】
図２に検査を行う際のフローを示す。２０３〜２１６がアライメント動作である。
【００４２】
それでは、本実施例におけるアライメント測定装置４００について説明する。
【００４３】
ウエハ１に照射される照明光をプリズム４０７を用いて波長帯域で分解し、波長域ごとに取り込まれた画像の差を出力するように構成されたアライメント測定装置４００について、図３を用いて説明を行う。アライメント測定装置４００は光源４０１と光源４０１から放射された照明光をウエハ１の第１チップのアライメントマーク２ａ，第２チップのアライメントマーク２ｂ上に集光する照明光学系と、ウエハ１からの反射光をプリズム４０７により色分解し、撮像装置の一例である３個のＣＣＤカメラ４０８，４０９，４１０に集光する結像光学系と、３個のＣＣＤカメラ４０８，４０９，４１０で取得した画像情報を演算処理し、画像を最適化させて出力する演算処理部４１１，基準アライメント画像、及び組み合わせ、演算方法を記憶した外部記憶部４１２から構成される。
【００４４】
このアライメント測定装置４００において、光源４０１から出射した照明光は投影レンズ４０２で平行光に変換され、ハーフミラー４０３で反射され第１対物レンズ４０４で集光されてウエハ１の第１チップのアライメントマーク２ａに照射される。ウエハ１で反射した反射光は対物レンズ４０４で平行光に変換された後、ハーフミラー４０３を透過して第２対物レンズ４０５および結像レンズ４０６により、プリズム４０７で波長帯域に分割された後、３個のＣＣＤカメラ４０８，４０９，４１０の撮像素子に結像されて画像情報が取得される。
【００４５】
ＣＣＤカメラ４０８，４０９，４１０で得られた画像情報は演算処理部４１１に入力される。演算処理部４１１は入力された画像情報について、あらかじめ記憶させておいた画像選択，演算方法を外部記憶部４１２から読み出して、その通りに演算し、コントラストの高い画像情報を形成する。もし選択，演算方法が記憶されていない場合は、後で説明する方法で新しく登録する。画像形成後は形成された画像情報を計測画像として外部記憶部に保存しておいた基準アライメントマーク画像とのパターンマッチングを行い、アライメントマークの実座標を取得する。ウエハ１内の異なる２個のチップについてアライメントマークの座標取得を行い、計算することでＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向の座標ズレを補正（アライメント）する。次に、異なる波長帯域の画像を取得し、演算によりコントラストを高める場合の構成について説明する。
【００４６】
このように構成されたアライメント測定装置４００は、アライメントマークとその周辺部の反射率の差を利用してアライメントマークを認識し、計測を行うわけだが、ウエハ１が酸化膜，窒化膜等、表面に膜の堆積したデポ膜ウエハの場合、例えば図４に示すように、この第１チップのアライメントマーク２ａ，第２チップのアライメントマーク２ｂとその周辺部の反射率は膜厚と波長によって周期的に変化し、大小関係が逆転する。即ち、波長によって、取得画像においてアライメントマークとその周辺部の濃淡が反転する場合がある。
【００４７】
この波長に依存した濃淡の変化，反転によって波長帯域の広い光ほどコントラストの低下が生じるため、照明光の波長をアライメントマークと周辺部の反射率差が大きくなる波長を選択し単一波長に近い特性を持たせることによりコントラストを高めることができるが、実際のプロセスでは膜厚は完全に均一ではないため、多少の膜厚のムラから測定できない問題が生じていた。
【００４８】
そこで、本実施例は透過波長の異なる画像情報を複数取得し、アライメントマークと周辺部の濃淡が反転したものを含む２枚以上の画像について画像間で演算処理を行うことによって膜厚が多少異なっても安定してコントラストを得るようにしたものである。
【００４９】
組み合わせの選択，演算方法の登録について、図５を使って説明する。あるプロセスのウエハを検査する際に、そのウエハの組み合わせを設定していない場合、もしくはユーザーが再設定を選択した場合、図５のような画面が表示される。画面上には各周波数成分での取得画像５０１が表示されており、ユーザーはその画像を見ながら、その画像情報を使わない、加算する、減算するのいずれかを画像下のチェックボックス５０２を使って選択する。選択後５０４のボタンを押下すると、５０３部に演算後の画像が表示される。もし５０３部の画像がコントラストが十分高いとユーザーが判断した場合、５０５のボタンを押下するとアライメント動作を実行し正常終了すれば、その組み合わせが外部記憶装置４１２に記憶され操作が終了する。もしユーザーが５０３部のコントラストが不十分だと感じた場合、もしくはアライメントに失敗した場合は再度５０２の選択、５０４の押下すれば、新たな組み合わせでの演算画像が５０３に表示される。以上をフローチャートで表すと図６のようになる。
【００５０】
演算方法について図７を使って説明する。Ｙ座標を固定して、Ｘ方向に操作させた時、ある波長帯域ではパターン部（座標２０〜４０）が周辺部に比べて明るく見える図７ａのような波形が、また別の波長帯域ではパターン部が周辺部に比べて暗く見える図７ｂのような波形が取れたとする。これらの波形のノイズの標準偏差σａ，σｂは、カメラの特性、及びそのときの輝度平均値から容易に算出できる。
【００５１】
この時、図７ｂの波形に、σａ＋σｂのオフセットを加え、図７ａの波形から減算すると、図７ｃの波形を得る。つまり、周辺部のノイズを完全に除去して、パターン部だけが残るような信号が得られる。今回は簡単のために波形として説明したが、これは画像で見た時にも同様のことを行えるため、周辺部のノイズを除去した観察画像を得ることができる。
【００５２】
アライメント測定装置４００を以上のような構成とすることにより、容易にコントラストの高い画像を得ることができるようになり、アライメントを安定して行えるようになる。また、画像の取得に２種類以上の波長帯域を使用しているため、膜厚の変動によってコントラストが低下するリスクを低減できる。なお、以上の実施例では組み合わせは１通りのみの登録としていたが、高いコントラストが得られそうな組み合わせが複数ある場合は、いくつか記憶させておき、一つの組み合わせでアライメントが正常に行えなかった場合は別の組み合わせで行う等するようにすることでさらにアライメントを安定化させることができる。
【００５３】
以上の実施例においては光源に白色光を用い、プリズムで波長帯域に分解した場合について説明したが、光源に波長帯域の異なる２種類の光源を用いて異なる波長帯域の画像を時間分割的に取得しても良いし、光路中に複数のフィルタを用意し、切り替えることで画像取得しても良い。このとき、使用する光源もしくはフィルタは波長帯域の離れた狭いもの（例えば、光源に２個のレーザーを使用する等）、もしくは演算処理によって原理的に波長帯域を狭められるもの（例えば、互いに共通する透過波長の透過率が同じフィルタ）を使用すると、高い効果が期待できる。
【００５４】
また、取り込んだ画像を微分処理し、演算すればエッジが強調して表示することが可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１  ウエハ
２  チップ
２ａ  第１チップのアライメントマーク
２ｂ  第２チップのアライメントマーク
１０  照明手段
２０  検出手段（２０ａ  結像手段，２０ｂ  受光手段）
３０  Ｘスケール
４０  Ｙスケール
５０  表面高さ位置検出系の照明部
６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ）  表面高さ位置検出系の検出器
１００  処理装置
１１０  Ａ／Ｄ変換器
１２０  異物検出画像処理部
１２１  画像比較回路
１２２  しきい値演算回路
１２３  しきい値格納回路
１３０  異物判定部
１３１  判定回路
１３２，１３３  係数テーブル
１４０  座標管理部
１５０  検査結果記憶部
２００  ステージＺ制御装置
３００  画像表示装置
４００  アライメント測定装置
４０１  光源
４０７  プリズム
４０８，４０９，４１０  ＣＣＤカメラ
４１１  演算処理部
４１２  外部記憶部
５０１  取得画像
５０２  チェックボックス
５０３  演算結果画像
５０４  画像表示ボタン
５０５  保存，実行ボタン
【図１】
2011075280.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011075280.tif 000008
【図７】
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