(57)【要約】【課題】様々な要求に対応し、改良された欠陥検査装置を提供すること。【解決手段】照明手段３および撮像手段１の光軸と検査対象４の表面とのなす角度を変化させ、前記検査対象４からの干渉光又は回折光の少なくとも一方を前記撮像手段１により撮像し、この撮像により取得された画像データから前記検査対象４の欠陥を検査する欠陥検査装置において、仮決定された異なる検査条件で前記検査対象４を前記撮像手段１により撮像し、前記各検査条件毎に前記検査対象４の画像の特徴を解析して良品画像を選択し、前記解析結果から真の欠陥を検出できる検査条件を選択・決定し、この決定された検査条件を用いて欠陥検査する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明手段および撮像手段の光軸と検査対象の表面とのなす角度を変化させ、前記検査対象からの干渉光又は回折光の少なくとも一方を前記撮像手段により撮像し、この撮像により取得された画像データから前記検査対象の欠陥を検査する欠陥検査装置において、
仮決定された異なる検査条件で前記検査対象を前記撮像手段により撮像し、前記各検査条件毎に前記検査対象の画像の特徴を解析して良品画像を選択し、前記解析結果から真の欠陥を検出できる検査条件を選択・決定し、この決定された検査条件を用いて欠陥検査することを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、欠陥検査装置に関し、例えば、半導体ウェハや液晶ガラス基板などの検査対象の欠陥検査に使用される検査条件の決定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体ウェハの製造工程においては、半導体ウェハにおける傷、ダスト、むら、汚れなどのマクロ検査が行われる、このマクロ検査は、半導体ウェハ表面に照明光を照射し、その正反射光、回折光、或いは散乱光を撮像装置により撮像し、そのデータを画像処理することによって、半導体ウェハ表面における傷、ダスト、むら、汚れなどを検出している。
【０００３】
特許文献１に、半導体ウェハの検査を行うための自動検査装置が開示されている。この自動検査装置は、半導体プロセス毎に、最適な条件設定を自動的に行わせて回折光を用いた欠陥検査を自動的にかつ効率よく行わせるための装置である。この自動検査装置では、予め良品と分かっているウェハが必要である。しかし、次のような理由により、ウェハの製造工場で良品のウェハを用意することは困難である。
【０００４】
（１）  他の特性の分かっている装置で予め検査することによって、良品ウェハを決める必要がある。従って、良品のウェハと決定するのに時間が掛かる。
（２）  良品のウェハが用意されていないような工場の立ち上げ当初から検査装置を使用したいという要求が強い。
【０００５】
（３）  多品種少量生産が主流になりつつあるので、ウェハの種類を変更するたびに、良品を用意しなければならない。
【０００６】
また、現在は、ウェハのパターンがノッチに対して４５度のもの等が製造されているが、この検査装置では、検査対象のウェハのパターンがノッチに対して０°と９０°のみであるので、このようなウェハには対応できない。
【０００７】
更に、ユーザの要求として、
（１）  半導体ウェハに対する欠陥検出感度を高くすること。
【０００８】
（２）  検査速度を速くしたり、誤検出を少なしたりすること。
【０００９】
という要求がある。しかし、欠陥検出の全ての要素（検出感度そのもの、検出方法、撮像画像の分解能、検査条件数など）を満足することはできない。例えば、従来では、検査条件数を単一と限定し、その条件をより欠陥検出しやすいものとする手法しかない。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３２５８０５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、様々な要求に対応し、改良された欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る欠陥検査装置は、照明手段および撮像手段の光軸と検査対象の表面とのなす角度を変化させ、前記検査対象からの干渉光又は回折光の少なくとも一方を前記撮像手段により撮像し、この撮像により取得された画像データから前記検査対象の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、仮決定された異なる検査条件で前記検査対象を前記撮像手段により撮像し、前記各検査条件毎に前記検査対象の画像の特徴を解析して良品画像を選択し、前記解析結果から真の欠陥を検出できる検査条件を選択・決定し、この決定された検査条件を用いて欠陥検査する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置、すなわち、半導体ウエハや液晶等のフラットパネルディスプレイのガラス基板などの検査対象の検査を行う欠陥検査装置の概略構成図である。
【００１４】
図１において、回転可能なステージ５上には検査対象として半導体ウェハ４が載置され、その斜め上方に照明部３が配置されるとともに、この照明部３から半導体ウェハ４を介して対向位置に撮像部１が配置されている。また、照明部３又は撮像部１は図示矢印Ｅ、Ｅ′方向に回動可能になっており、照明部３から照明光を半導体ウェハ４に照射したときの半導体ウェハ４からの干渉光と回折光とを撮像部１により撮像するのに最適な照明角度θｉ又は撮像角度θｄに設定できる。
【００１５】
そして、撮像部１に所望の波長の光が入力するように、干渉フィルタ２が設けられている。なお、図１においては、干渉フィルタ２は、照明部３とウェハ４との間及びウェハ４と撮像部１との間に配置されているが、照明部３とウェハ４との間又はウェハ４と撮像部１との間のいずれか一方の間に配置されていれば良い。また、ウェハ４を搭載するステージ５は、図中矢印Ｆ方向に回転可能になっており、半導体ウェハ４を照明部３の照明方向に対して所望の回転角度に設定できる。
【００１６】
以下具体的な構成を説明する。
本発明に係る欠陥検査装置は、例えば検査対象として半導体ウェハ４の欠陥検査を行うのに必要な干渉光と±ｎ次回折光が取り込める最適な照明角度になるように照明部３を自動設定するように構成されている。更に、照明方向に対して、例えば検査対象のパターンが所望の方向に向くように、ステージ５を回転できるようになっている。
【００１７】
ＣＰＵからなる主制御部９には、プログラムメモリ１４、画像メモリ１０、入力部１５及び第１〜第３の出力部１１〜１３が接続されている。そして、プログラムメモリ１４に記憶されているプログラムを実行することにより撮像角度算出手段１６、照明角度算出手段１７、照明照度算出手段１８、最適条件算出手段１９及び欠陥検出手段２０に割り当てられた各機能が作動する。また、第１〜第３の出力部１１〜１３には、それぞれ、撮像角度設定部６と、照明角度設定部７と、ステージ角度設定部８とが接続されている。
【００１８】
プログラムメモリ１４は、主制御部９によって読み取り可能であって、半導体ウェハ４の設計情報に基づいて干渉光又は回折光を撮像する最適な照明角度θｉ、撮像角度θｄを求め、撮像部又は照明部３を設定するためのプログラムが記憶されている。
【００１９】
画像メモリ１０には、撮像部１から出力され、デジタル化された画像信号に係る画像データが記憶される。
【００２０】
入力部１５は、例えばキーボードやマウスにより、半導体ウェハ４の設計情報として、例えば半導体ウェハ４のパターンピッチ、反射率、パターン形状、膜厚、又は照明部３から出力される照明光の波長などの各種情報を取り込む。
【００２１】
撮像角度算出手段１６は、入力部１５から取り込まれた半導体ウェハ４の設計情報（パターンピッチ）や照明条件（照明角度、波長）に基づいて半導体ウェハ４からの干渉光又は回折光を撮像部１により撮像するのに最適な照明角度に対する回折角度θｄ（すなわち、撮像角度）を求める。
【００２２】
この撮像角度算出手段１６は、半導体ウェハ４からの回折光のうち所望の±ｎ次回折光の回折角度を（１）式によって求めることができる。（１）式において、回折角度をθｄ、照明光の照明角度をθｉ、次数をｍ、半導体ウェハ４のパターンピッチをｐ、照明光の波長をλとすると、
ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ＝ｍλ／ｐ  …（１）
を演算することにより所望の±ｎ次の回折角度θｄを求めることができる。例えば、照明角度θｉを固定した状態で次数ｍを決め、これらのデータと、パターンピッチＰと波長λを入力部１５から入力することにより、照明角度θｉに対する所望の次数ｍの回折角度θｄを求めることができる。また、撮像角度θｄを固定した状態で次数ｍを求め、これらのデータと、パターンピッチＰと波長λを入力部１５から入力することにより、撮像角度θｄ方向に次数ｍの回折光が発生する照明角度θｉを求めることができる。撮像角度算出手段１６で求められたｍ次回折光を取り込める回折角度θｄ（又は照明角度θｉ）は第１の出力部１１を介して撮像角度設定部６（又は照明角度設定部７）に入力する。撮像角度設定部６（又は照明角度設定部７）は、入力した回折角度θｄ（又は照明角度θｉ）に基づいて矢印Ｅ′方向（照明部３を矢印Ｅ方向）の回動する。
【００２３】
照明照度算出手段１８は、照明部３の角度を所定の角度（例えば＋２０°〜−２０°）の範囲で可変したときに撮像部１の撮像により得られた画像データを画像メモリ１０から読み取り、この画像データの輝度分布からｍ次回折光が最もよく発生する照明角度θｉ′を求める。
【００２４】
照明角度算出手段１７は、撮像部１の撮像角度を固定した状態において、撮像角度算出手段１６により算出されたｍ次の回折光が撮像部１で取り込める照明角度θｉに設定するための指令を、第２の出力部１２を介して照明角度設定部７に送出する。照明角度設定部７は、この指令に基づいて照明部３の光軸とウェハ４との角度（以下、単に「照射角度」と称する）が所定の角度になるように、照明部３を回動させる。
【００２５】
更に、照明角度算出手段１７は、照明照度算出手段１８により求められた実際の輝度分布と撮像角度算出手段１６により算出されたｍ次の回折光が撮像部１に入射する照明角度θｉとを比較する。そして、このｍ次の回折光に対応する照明角度θｉに最も近い輝度分布のピークを真のｍ次回折光を撮像部１方向に発生させる照明角度θｉとし、更に、その照射角度θｉ′に照明部３を設定するための指令を第２の出力部１２を介して照明角度設定部７に送出する。
【００２６】
照明角度設定部７は、照明角度算出手段１７から指示された照明角度θｉ′に従って照明部３を回動させ、照明部３の角度を指示された照明に設定する。又、この照明角度設定部７は、照明部３と撮像部１の両方とを半導体ウェハ４の上方で回動させ、半導体ウェハ４に対する照射角度と撮像角度を変化させることもできる。
【００２７】
また、ステージ５は、例えば、設計情報（パターンの配列方向）に基づいて第３の出力部１３を介してステージ角度設定部８に回転角度が入力されると、入力部１５で設定した回転角度に、例えば、０°、４５°、９０°、０°〜９０°（又は１８０°）まで１°きざみで回転する。これにより、ウェハのパターンの向きに柔軟に対応できるよう。
【００２８】
欠陥検出手段２０は、最適な回折光を撮像できる回折角度になるように照明部３の照明角度が設定された状態で、撮像部１の撮像により得られた画像データを画像メモリ１０から読み取り、この画像データを画像処理して半導体ウェハ４の表面における傷、ダスト、むら、汚れなどを検査する。
【００２９】
図２及び図３を参照して、上記のように構成された欠陥検査装置の動作を説明する。
図２は、検査条件決定のための流れを示すフローチャート（「第１の手順」と称する）であり、図３は、検査条件設定後における良品の選定のためのフローチャート（「第２の手順」と称する）である。なお、検査条件には、照明条件（照明部３の波長λや照明角度など）、撮像条件（撮像部３の撮像角度等）、ステージ条件（ステージ６の回転角度等）及びしきい値等がある。
【００３０】
図２に示す第１の手順においては、まず、設計データなどから、検査条件の仮決定を行う（ステップＡ１）。この場合において、欠陥検査装置の全ての検査条件から検査対象のウェハに対して、欠陥検出に有効な可能性のある全ての条件を自動的に求める。
具体的には、干渉画像については、照明光の波長として、６００ｎｍと６４０ｎｍの２条件（これには限定されない）を選択する。また、回折画像については、照明部３を可動範囲内で動かして得られた照明角度に対する画像輝度のグラフから輝度がピークとなる全ての±ｍ時の回折光の回折角度を選択する。なお、この場合において、回折画像の条件設定について、１枚のウェハで求めても良いし、複数のウェハを使ってその全ての情報（合成画像や各画像の偏差中心など）から求めても良い。
【００３１】
仮決定した全ての検査条件で良否が不明な半導体ウェハを良品候補として撮像部１で撮像し、この画像データを画像メモリ１０又は図示しない記憶媒体に保存する（ステップＡ２）。具体的には、ステップＡ１で仮決定した全ての検査条件で、半導体ウェハを撮像し、取得した画像を検査条件毎に分けて保存する。
【００３２】
各検査条件ごとに分類された半導体ウェハから、画像の特徴を解析して、良品画像と不良品画像を自動的に選別する（ステップＡ３）。具体的には、画像内のダイ部分の相似性が一定のしきい値より高いものを選択したり、画像同士のばらつきの同計量から標準偏差を求めて、一定のしきい値よりも少ないばらつきのものを選択したりすること等によって、良品画像を選択する。
【００３３】
各検査条件における画像の特徴を解析した結果から、真の欠陥を検出できる検査条件を選択・決定する（ステップＡ４）。具体的には、各検査条件における画像のばらつきを各画像の偏差量としてそれが一定のしきい値よりも大きいものや、ステップＡ３で選択された良品画像を使用した場合に、検出感度自動算出処理で得られるしきい値が一定値より大きいもの、等によって検査条件を選択・決定する。
【００３４】
次に、図３を参照して、良品画像を選定する場合の第２の手順に係る流れを説明する。
欠陥検査装置の全ての検査条件から、検査対象の半導体ウェハの設計情報に基づいて、検査条件を自動的に求める（ステップＢ１）。具体的には、干渉画像について、波長６００ｎｍと６４０ｎｍの２条件をウェハ表面の膜圧と屈折率から選択し、回折画像については、例えば、パターンピッチ（複数を選択可能）から、対応した検査条件を求める。なお、この回折画像の条件設定は、１枚のウェハで求めても良いし、複数のウェハを使ってその全ての情報（合成画像や、各画像の偏差中心等）から求めても良い。
【００３５】
このように、検査条件を設計情報に従って自動的に求めるようにすると、図２に示すフローにおける検査条件の絞り込み作業が不要であり、更に各検査条件に対して、検出される欠陥の種類がより明確であるという利点がある。その反面、キズの結果などの理論値からは分からないものを見逃す可能性がある。
【００３６】
なお、ステップＢ２はステップＡ２と同様であり、ステップＢ１で決定した全ての検査条件で、半導体ウェハを撮像し、取得した画像データを検査条件毎に分けて画像メモリ１０又は図示しない記憶媒体に保存する。また、ステップＢ３は、ステップＡ３と同様に各検査条件における良品候補から、画像の特徴を解析することで、良品画像を自動的に選択する。
【００３７】
本発明においては、第１の手順では、すべての検査を検査条件として画像を取り込んで、良品画像を選定した後に、検査条件の本決定を行っている。従って、時間は掛かるものの、正確な検査条件が設定できる。これに対し、第２の手順においては、設計値から検査条件を設定しているので、時間は短縮できるものの、第１の手順と比べてその精度は低くなる。
【００３８】
従って、両者の利点を考慮すると、第１の手順と第２の手順とを１つの装置に組み込んで、第１の手順は、工場の立ち上げ時や半導体ウェハのパターンが新たなものとなった場合に適用して、検査条件を決定し、製品のスループットが安定してきた時点で第２の手順に移行するといった運用方法が好ましい。しかし、第１の手順のみを組み込んだ欠陥検査装置や、第２の手順のみを組み込んだ欠陥検査装置のみとして、第１の手順を組み込んだ欠陥検査装置で検査条件を決定した後に、第２の手順を組み込んだ欠陥検査装置で検査を行うようにしても良い。
【００３９】
以上の手順で出来上がった検査条件として、複数の検査条件が得られるが、１つの検査条件を検査に使用しても良いし、複数の検査条件を組合わせて使用しても良い。なお、複数の検査条件を組合わせて使用する場合には、選択された検査条件を順番に実行すれば良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、様々な要求に対応した欠陥検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図。
【図２】検査条件決定のための流れを示すフローチャート。
【図３】検査条件設定後における良品の選定のためのフローチャート。
【符号の説明】
１…撮像部
２…干渉フィルタ
３…照明部
４…半導体ウェハ
５…ステージ
６…撮像角度設定部
７…照明角度設定部
８…ステージ角度設定部
９…主制御部
１０…画像メモリ
１１〜１３…第１〜第３の出力部
１１…第１の出力部
１２…第２の出力部
１３…第３の出力部
１４…プログラムメモリ
１５…入力部
１６…撮像角度算出手段
１７…照明角度算出手段
１８…照明照度算出手段
１９…最適条件算出手段
２０…欠陥検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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