(57)【要約】【課題】  基板検査装置および方法において、位置基準部の製作誤差や、基板の配置誤差があっても、基板上の検査位置に撮像手段を正確かつ容易に移動することができ、検査効率を向上できるようにする。【解決手段】  ステージで移動可能なウエハ保持部に保持されたウエハ４のオリフラ４ａを、顕微鏡で拡大して、画像データを取得し、画像処理手段を用いてエッジ位置を測定し、保持基準位置Ｌ１に対する角度ずれθ０を求める。ウエハ４上のチップの代表位置データを測定してから、角度ずれθ０により補正を加える。これらのデータを参照することにより、オリフラ４ａの位置ずれても所定のチップに検査位置を移動できるようにする。【選択図】      図７
2005310833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置基準部を有する基板を検査する基板検査装置であって、
被検体を略所定位置に保持するための基板保持部と、
保持された被検体の像を撮像して、画像データとして取得する撮像手段と、
該撮像手段により取得された画像データを検査のために画像処理する画像処理手段と、
前記基板保持部に保持された被検体に対する前記撮像手段の位置を相対的に移動させるとともに、移動時の位置データを取得する移動手段と、
該移動手段による移動量を制御する移動制御手段とを備え、
前記画像処理手段が、前記位置基準部の画像データと、前記位置基準部を撮像する際に移動手段が取得する位置データとから、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを検出できるようにしたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
前記検出された被検体の位置ずれを前記移動制御手段に入力することにより、検査時に、前記位置ずれを補正して前記移動手段を動作させることができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
【請求項３】
検査対象が、被検体上に形成された複数のパターンであって、
前記画像処理手段が、前記パターン上に設けられた２箇所以上の検出パターンに対してパターンマッチング処理を行うことにより、２以上の位置情報を取得し、該２以上の位置情報から、前記パターンの前記位置基準部に対する代表位置データを取得できるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
【請求項４】
前記複数のパターンの前記位置基準部に対する位置データ、および前記複数のパターンの検査結果の情報を被検体ごとに記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された情報を互いに関係づけたマッピング情報として取り出すことができるようにした情報出力手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の基板検査装置。
【請求項５】
前記記憶手段に記憶された前記複数の位置データから前記位置基準部に対する前記複数の位置データの位置ずれの回帰係数を算出する位置ずれ回帰手段を備え、
該位置ずれ回帰手段により算出された前記回帰係数を被検体ごとの情報として前記記憶手段に記憶し、前記マッピング情報に加えたことを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
【請求項６】
前記位置基準部の位置ずれを被検体ごとに記憶し、検出された位置ずれを解析する位置ずれ解析手段と、
該位置ずれ解析手段の解析結果を出力する判定出力手段とを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の基板検査装置。
【請求項７】
位置基準部を有する基板を検査する基板検査方法であって、
被検体を略所定位置に保持し、
被検体の検査に先立って、
保持された被検体の前記位置基準部を撮像して、撮像位置ごとの画像データを取得し、該画像データおよびその撮像位置データから、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを検出し、
検査時に、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを補正して検査位置の移動を行うことを特徴とする基板検査方法。
【請求項８】
検査対象が、被検体上に形成された複数のパターンであって、
前記パターン上に設けられた２箇所以上の検出パターンに対してパターンマッチング処理を行うことにより、前記パターンの前記位置基準部に対する位置データを取得することを特徴とする請求項７に記載の基板検査方法。
【請求項９】
位置基準部と複数のパターンの配列を有する基板を検査する基板検査方法であって、
検査に先立って、
前記位置基準部の位置データと前記複数のパターンの代表位置データとを検出し、
前記位置基準部を基準として前記パターンの代表位置データを補正した補正代表位置データを算出することを特徴とする基板検査方法。
【請求項１０】
基板を略所定位置に保持し、
保持された基板の前記位置基準部を撮像して、撮像位置ごとの画像データを取得し、
該画像データおよびその撮像位置データから、前記位置基準部の位置データを算出することを特徴とする請求項９に記載の基板検査方法。
【請求項１１】
検査時に、前記補正代表位置データに基づいて、検査位置への移動を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の基板検査方法。
【請求項１２】
前記複数のパターンの代表位置データを、少なくとも１列のパターンに対して検出し、
該少なくとも１列の代表位置パターンを補正して補正代表データを算出し、
検査時に、
前記少なくとも１列の補正代表位置データを基準として、前記少なくとも１列以外の列の検査位置へ移動することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の基板検査方法。
【請求項１３】
前記代表位置データを検出する際、各パターン上の２箇所以上の検出パターンの位置を測定することにより検出することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の基板検査方法。
【請求項１４】
前記２箇所以上の検出パターンの位置を、パターンマッチング処理を用いて測定することを特徴とする請求項１３に記載の基板検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置基準部を有する基板を検査する基板検査装置および方法に関する。例えば半導体ウエハ、液晶基板などの検査を行うための基板検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造の前工程では、まず、半導体ウエハの表面に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、この酸化膜上にシリコン窒化膜を堆積させる。
次にフォトリソグラフィー工程を行う。半導体ウエハの表面上にフォトレジスト（感光性樹脂）の薄膜を塗布する。このフォトレジストの塗布はコータ（塗布装置）によってフォトレジストの液体を半導体ウエハの表面に滴下し、この半導体ウエハを高速回転することにより行われる。
次にステッパーなどの露光装置において、半導体の回路パターンが形成されたマスクを通して紫外線をフォトレジストが塗布された半導体ウエハに照射する。これにより半導体の回路パターンをフォトレジストに転写（露光）する。そしてデベロッパー（現像装置）により現像を行う。
現像が終了すると、半導体ウエハ表面上に形成されたレジストパターンの外観（マクロ）検査が行われる。このマクロ検査は、半導体上の表面に照明光を照射し、その正反射光、回折光、散乱光などを撮像装置により撮像する。そして、その画像データを画像処理することにより、半導体ウエハ表面の傷、ダスト、むら、汚れなどの欠陥を検出している。このマクロ検査の結果から、必要により顕微鏡や撮像装置などを使った拡大観察（ミクロ検査）を行い、欠陥の詳細が調べられる。
次に、半導体ウエハの表面上に残ったレジストパターンをマスクにして半導体ウエハの表面上の酸化膜とシリコン窒化膜を連続的に選択除去（エッチング）する。
そして、半導体ウエハのレジストパターンをアッシングすることにより除去する（レジスト剥離）。そして、半導体の洗浄が行われ不純物が取り除かれる。
これ以降、フォトレジストの塗布から半導体ウエハの洗浄までの工程が繰り返され、ウエハの表面上に複数層のパターンが形成される。
【０００３】
近年、マスクの回路パターンを半導体ウエハの面上に転写する露光装置では、ＬＳＩ等の半導体装置は微細化、高密度化が進んでいる。マスクの回路パターンを、例えばウエハ上の１チップ分の露光を行った後、ウエハを一定距離移動（ステッピング）させ、再びマスクの回路パターンを露光することを繰り返すステップアンドリピート法が主流になっている。
この方法では、まず、例えば位置基準部のウエハ端部に形成された直線状のオリフラ（オリエンテーションフラット）やノッチ（切欠き部）を利用してステージ上の部材に押し当てる。それによりプリアライメントを行う。そして、その位置で最初の露光をステージを移動させながら行う。そして２回目以降は最初の露光によって形成されたパターンを用いてアライメントをしながら露光が行われる。
このためウエハ上に形成されたチップの位置の精度は１回目の露光位置を決めるプリアライメント時の精度やウエハを移動させるステージ移動精度に大きく依存している。
したがって露光装置のステージの精度や位置基準部を使用したプリアライメントの精度により、本来整列すべき位置とは少しずつ異なった位置や角度に転写される。
特許文献１には、ウエハ上から選択された所定の個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたアライメントマークの座標位置を計測し、この計測結果を統計処理してウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式が開示されている。
また特許文献２には、ショット領域内またはウエハ自体の非線形な歪みにも対応するよう各ショット領域とレチクルの露光パターンとを高精度の位置合わせできる位置合わせ方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭６１−４４４２９号公報（第２−１０頁、図３）
【特許文献２】特開平９−７９２１号公報（第５頁、図１、５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の方法はいずれも、同じ露光装置内だけで適用できる方法である。つまり、ウエハ自体が持つ位置基準部を使用した方法ではなく、装置によりプリアライメントによる誤差が異なるため、同一の露光装置以外の装置に位置座標データを受け渡してもそのまま適用することができないものとなっている。
そのため、マクロ検査により欠陥を発見したとき、その詳細観察するためにミクロ検査を行う場合、マクロ検査装置によって欠陥の位置座標を記録して、ミクロ検査装置上でその位置座標を指定して拡大観察しても、欠陥が見当たらず一旦低倍率にして欠陥位置を探した後、再度拡大観察しなければならず、検査時間が増大するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、基板の配置誤差等があっても基板上の検査位置を観察位置に正確に短時間で移動させることができ、検査効率を向上することができる基板検査装置および方法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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、位置基準部を有する基板を検査する基板検査装置であって、被検体を略所定位置に保持するための基板保持部と、保持された被検体の像を撮像して、画像データとして取得する撮像手段と、該撮像手段により取得された画像データを検査のために画像処理する画像処理手段と、前記基板保持部に保持された被検体に対する前記撮像手段の位置を相対的に移動させるとともに、移動時の位置データを取得する移動手段と、該移動手段による移動量を制御する移動制御手段とを備え、前記画像処理手段が、前記位置基準部の画像データと、前記位置基準部を撮像する際に移動手段が取得する位置データとから、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを検出できるようにした構成とする。
この発明によれば、被検体を基板保持部の略所定位置に保持し、撮像手段を基板保持部上に相対的に移動させて撮像して位置基準部の画像データを撮像手段の位置データとともに取得し、画像処理手段により位置基準部の所定位置に対する位置ずれを検出できるので、基板保持部に対する被検体の位置ずれがあっても、撮像手段を検査位置に正確かつ容易に相対移動させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の基板検査装置において、前記検出された被検体の位置ずれを前記移動制御手段に入力することにより、検査時に、前記位置ずれを補正して前記移動手段を動作させることができるようにした構成とする。
この発明によれば、被検体の位置ずれを移動制御手段に入力することにより、検査時に位置ずれを補正して移動手段を動作させることができるので、位置ずれがない場合のように容易に検査を行うことができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の基板検査装置において、検査対象が、被検体上に形成された複数のパターンであって、前記画像処理手段が、前記パターン上に設けられた２箇所以上の検出パターンに対してパターンマッチング処理を行うことにより、２以上の位置情報を取得し、該２以上の位置情報から、前記パターンの前記位置基準部に対する代表位置データを取得できるようにした構成とする。
この発明によれば、パターン上に設けられた２箇所以上の検出パターンから、２以上の位置情報を取得し、パターンの位置基準部に対する代表位置データを取得できるようにするので、少なくとも２箇所の位置情報に基づいた代表位置データを取得することができる。そのためパターンの変形や歪みによる影響を低減した代表位置データを取得できる。
【０００９】
代表位置データの精度を上げるには、パターン内の互いに離れた位置に存在するより多くの検出パターンから位置情報を検出することが好ましい。例えば、検出パターンの位置は、パターンが設けられるチップの外周部近傍にあることが望ましい。そして検出箇所は多いことが好ましい。特に、チップが矩形状に形成される場合には、その矩形の隅部の４箇所とすることが好ましい。
【００１０】
パターンマッチング処理は、検出パターンの形状に応じて特定部位の位置情報が取得できれば、適宜の処理を採用することができる。例えば、検出パターンが十字であれば、撮像された画像の中から、十字の参照パターンとマッチングする画像データを取りだし、特徴抽出処理により、十字の中心線を抽出しその交点の座標を位置情報とする処理などを採用できる。
また、検出パターンは、検出のためだけに設けられるとは限らず、例えば回路配線などのパターンの一部であってもよい。
【００１１】
パターンの代表位置データは、パターンの基板上の位置を代表するもので、代表位置データを原点とする適宜の座標を設定してパターン内の位置指定が可能となるものである。パターンの変形や歪みの影響を低減するためには、検出パターンの位置情報を適宜の重み付けをして加重平均してもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の基板検査装置において、前記複数のパターンの前記位置基準部に対する位置データ、および前記複数のパターンの検査結果の情報を被検体ごとに記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報を互いに関係づけたマッピング情報として取り出すことができるようにした情報出力手段とを備える構成とする。
この発明によれば、記憶手段にパターンの位置基準部に対する位置データ、およびパターンの検査結果の情報を記憶して蓄積し、情報出力手段によりそれらの情報を互いに関係づけたマッピング情報として取り出すことができるので、被検体ごとの検査結果情報に応じて検査を行うことが容易となる。
例えば、被検体の再検査を行う場合、被検体を基板保持部に保持して、位置基準部の位置ずれを検出し、情報出力手段によるマッピング情報から、補修したパターンの位置データを取りだし、位置ずれを補正した位置に、撮像手段を移動し、補修したパターンのみを再検査することができる。その際、位置データは位置基準部を基準としているので、位置ずれ補正により、撮像手段を最初の検査位置に正確に移動できる。そのため、検査位置を試行錯誤して位置決めしなくてよいので、検査時間が短縮できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の基板検査装置において、前記記憶手段に記憶された前記複数の位置データから前記位置基準部に対する前記複数の位置データの位置ずれの回帰係数を算出する位置ずれ回帰手段を備え、該位置ずれ回帰手段により算出された前記回帰係数を被検体ごとの情報として前記記憶手段に記憶し、前記マッピング情報に加えた構成とする。
この発明によれば、位置ずれ回帰手段により、複数のパターンの位置データから位置ずれの回帰係数を算出するので、このような回帰係数で表される回帰式の座標に沿って撮像手段を移動させることにより、各パターンからの位置ずれが最も少ない軌跡に沿って移動できるので、検査の効率を向上できる。
回帰次数は、位置データの数により適宜の次数を採用できるが、１次とすれば、データ数が少なくなり、移動制御も容易となるので好ましい。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の基板検査装置において、前記位置基準部の位置ずれを被検体ごとに記憶し、検出された位置ずれを解析する位置ずれ解析手段と、該位置ずれ解析手段の解析結果を出力する判定出力手段とを備える構成とする。
この発明によれば、位置ずれ解析手段により位置ずれを解析し、その解析結果が判定出力手段に出力されるので、検出された位置ずれに応じて、必要な処置を行うことができる。
例えば、基板の製造装置の経時劣化に対処するために、被検体の位置ずれ量の経時的変化を解析し、位置ずれ量の大きさや方向などの特性に所定値以上の傾向性が認められた場合に、基板製造装置の点検を行うべきであるという警報を発するようにしておくことができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、位置基準部を有する基板を検査する基板検査方法であって、被検体を略所定位置に保持し、被検体の検査に先立って、保持された被検体の前記位置基準部を撮像して、撮像位置ごとの画像データを取得し、該画像データおよびその撮像位置データから、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを検出し、検査時に、被検体の前記所定位置に対する位置ずれを補正して検査位置の移動を行う方法とする。
この発明によれば、請求項１または２に記載の発明に係る基板検査装置を好適に用いることができる基板検査方法となる。したがって、請求項１または２に記載の発明と同様の作用効果を有する。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の基板検査方法において、検査対象が、被検体上に形成された複数のパターンであって、前記パターン上に設けられた２箇所以上の検出パターンに対してパターンマッチング処理を行うことにより、前記パターンの前記位置基準部に対する位置データを取得する方法とする。
この発明によれば、請求項３に記載の発明に係る基板検査装置を好適に用いることができる基板検査方法となる。したがって、請求項３に記載の発明と同様の作用効果を有する。
【００１７】
請求項９に記載の発明では、位置基準部と複数のパターンの配列を有する基板を検査する基板検査方法であって、検査に先立って、前記位置基準部の位置データと前記複数のパターンの代表位置データとを検出し、前記位置基準部を基準として前記パターンの代表位置データを補正した補正代表位置データを算出する方法とする。
この発明によれば、位置基準部に対する複数のパターンの補正代表位置データが得られるので、検査ごとに位置基準部の配置がばらついても、各パターンの配置位置を正確に参照することができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の基板検査方法において、基板を略所定位置に保持し、保持された基板の前記位置基準部を撮像して、撮像位置ごとの画像データを取得し、該画像データおよびその撮像位置データから、前記位置基準部の位置データを算出する方法とする。
この発明によれば、位置基準部を撮像して画像データおよびその撮像位置データから位置データを算出するので、基板検査のための撮像手段を用いて位置データを取得することができる。
【００１９】
請求項１１に記載の発明では、請求項９または１０に記載の基板検査方法において、検査時に、前記補正代表位置データに基づいて、検査位置への移動を行う方法とする。
この発明によれば、補正代表位置データに基づき検査位置への移動を行うので、検査ごとの位置基準部の配置にばらつきがあっても正確な移動を行うことができる。
【００２０】
請求項１２に記載の発明では、請求項７〜９のいずれかに記載の基板検査方法において、前記複数のパターンの代表位置データを、少なくとも１列のパターンに対して検出し、該少なくとも１列の代表位置パターンを補正して補正代表データを算出し、検査時に、前記少なくとも１列の補正代表位置データを基準として、前記少なくとも１列以外の列の検査位置へ移動する方法とする。
この発明によれば、少なくとも１列のパターンの代表位置データを検出し、その補正代表位置データを基準として、代表位置データを検出した１列以外の列の検査位置へ移動するので、代表位置データの検出および補正代表位置データの算出の手間を削減することができ、検査効率を向上することができる。特に、各列が、パターンの形成時の位置基準部の配置ずれなどにより同方向にずれている場合には、正確な検査位置へ移動することができる。
【００２１】
請求項１３に記載の発明では、請求項７〜１０のいずれかに記載の基板検査方法において、前記代表位置データを検出する際、各パターン上の２箇所以上の検出パターンの位置を測定することにより検出する方法とする。
この発明によれば、各パターン上の２箇所以上の検出パターンの位置を測定することにより代表位置データを検出するので、正確な検出が可能となり、パターンの変形や歪みによる影響を低減した代表位置データを取得できる。
【００２２】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の基板検査方法において、前記２箇所以上の検出パターンの位置を、パターンマッチング処理を用いて測定する方法とする。
この発明によれば、パターンマッチング処理により検出パターンの位置を検出するので、高精度かつ迅速な位置検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の基板検査装置および方法によれば、基板の配置誤差などに起因する被検体の位置ずれがあっても、基板上の検査位置を観察位置に正確かつ容易に移動することができるから、検査時間を短縮し、検査のスループット効率を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の概略構成について説明するための概念図である。図２は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の被検体について説明するための平面説明図である。図３は、被検体内に形成されるチップの位置を検出する検出パターンについて説明するための模式図である。
【００２５】
本発明の実施形態に係る基板検査装置について説明する。
本実施形態の基板検査装置５０の概略構成は、図１に示すように、ステージ１、顕微鏡２、ＣＣＤカメラ６（撮像手段）、制御ユニット５からなる。符号４は、基板検査装置５０により検査するウエハ（被検体）を示す。
【００２６】
まずウエハ４について説明する。
ウエハ４は、図２に示すように、例えばＩＣチップなどの半導体部品を製作するために薄くスライスして鏡面加工などされたシリコン結晶板であり、略円板状の端部に直線状に切断されたオリフラ４ａ（位置基準部）を有する。
オリフラ４ａは、ウエハ４を露光するための露光装置や、基板検査装置５０に保持する際に、所定位置に位置決めするためのものである。
ウエハ４は、露光前の状態では、オリフラ４ａが形成された無地の平板であるが、半導体製造工程に基づいて、レジスト塗布、露光、エッチングなどの諸工程を繰り返して、複数に区切られた所定範囲に回路パターン（以下、単にパターンと称する）が多層に亘って形成され、最終的にそれら所定範囲間を切断して、個々のＩＣチップが形成される。
【００２７】
各チップ１５は、オリフラ４ａに略平行な線上に所定間隔をおいて複数形成され、例えば格子状などの規則的な配列によりウエハ４の略全体を覆うように形成される。
ウエハ４の検査は、露光前と、露光してパターンが新たに形成されたときに行われる。そこで、以下ではチップ１５は、回路が完成された状態だけでなく、その製造過程において、切断を予定して複数に仮想的に区切られた所定範囲内に、何らかのパターンが設けられた状態を意味するものとする。
【００２８】
図２は、そのようなチップ１５…を基板検査装置５０に保持したときのオリフラ４ａから距離ｄの位置に配列（オリフラ４ａに隣接する配列から数えてｍ番目とする）を抜出して模式的に示している。図中のｘｙ座標系は基板検査装置５０に固定された座標系である（各図共通）。
ウエハ４は、所定位置である基板検査装置５０の保持基準位置Ｌ１にオリフラ４ａを合わせるように保持されるが、実際にはある程度の配置誤差が生じ、例えば、保持基準位置Ｌ１に対して角度θ０だけ傾斜している。また、保持基準位置Ｌ１を決めるための突き当て部が基板検査装置５０のステージ１３の有する基準座標に対して傾斜している場合もある。そして、ｋ個のチップ１５が保持基準位置Ｌ１からｙ方向に距離ｄ離れた平行線Ｌ２の近傍に、ｙ方向にそれぞれ位置ずれを持ちながら並んでいる。この位置ずれは、例えば露光装置の移動手段の真直度誤差などにより生じる。
またｋ個のチップ原点１５ａに対する近似直線は、平行線Ｌ２から角度θ０とは一般に異なる角度θの傾斜を有している。これは、例えば、露光装置の位置決め部の狂いなどにより生じる。
【００２９】
図３は、チップ１５に第１回目の露光で形成されるパターンの一例を示している。チップ１５は、仮想の矩形領域１５ｃの内部に設けられる。チップ原点１５ａは、矩形領域１５ｃの位置を代表する点で、本実施形態では矩形領域１５ｃの４隅の座標の平均座標で表される。
検出パターン１５ｂは、パターンの変形や歪みによる位置ずれを検出するために、矩形領域１５ｃの４隅のそれぞれの近傍に設けられている。
検出パターン１５ｂの種類は、その特徴部から特定の位置を測定できればどのようなパターンでもよい。例えば、ドットや十字線などにより、それぞれドットの中心、十字線の交点などを特徴部として、位置を測定することができる。図示の例では、矩形領域１５ｃに沿って設けられた枠状パターン１５Ａと、矩形領域１５ｃの各辺に平行なラインパターンを組み合わせた枝状パターン１５Ｂが形成されている。これらはラインの適宜の交点を特徴部として位置を測定できる。
また検出パターン１５ｂは、位置検出専用のパターンでもよいが、回路パターンの一部を兼用してもよい。
【００３０】
ステージ１は、図１に示したように、ウエハ保持部１１（基板保持部）、ＸＹステージ１３（移動手段）、Ｚθステージ１２（移動手段）とからなる。
ウエハ保持部１１は、ウエハ４を所定位置に位置決めして支持するためのもので、特に図示しないが、ウエハ４のオリフラ４ａをおよその基準位置に案内するガイド面とその位置を保持する吸着固定手段を備えている。
ＸＹステージ１３は、ウエハ保持部１１で保持したウエハ４を面内の２軸方向に移動する精密移動ステージである。
Ｚθステージ１２は、同じくウエハ４を面外方向への移動と、移動方向を中心とした回転移動が可能な精密移動ステージである。
【００３１】
顕微鏡２は、ウエハ保持部１１に保持されたウエハ４の表面の像を拡大観察するための光学顕微鏡である。先端には、倍率切替可能な複数の対物レンズ２ａを備えている。顕微鏡２の倍率および解像度は、検査すべきパターンを所望の精度で観察できるように適宜選択される。また図示しないが、顕微鏡２は、被検体を照明するための照明手段を備えている。
本実施形態では、ウエハ４が透明でないため、反射型の照明によりウエハ４の反射光を顕微鏡２で観察する構成とされているが、被検体が透過性を有する基板の場合には、透過型の照明を採用できる。
【００３２】
ＣＣＤカメラ６は、顕微鏡２によるウエハ４の像を撮像して、その画像データを取得するためのものである。本実施形態では、顕微鏡２およびＣＣＤカメラ６を固定し、ステージ１によりウエハ４を相対的に移動できるようにしている。しかし、相対的な移動ができればよく、ウエハ保持部１１を固定して、顕微鏡２およびＣＣＤカメラ６を移動できるようにしてもよい。
【００３３】
制御ユニット５は、基板検査装置５０の全般的な制御を行うもので、例えばウエハ保持部１１、ステージ１、顕微鏡２およびＣＣＤカメラ６の動作制御と、ＣＣＤカメラ６により取得された画像データの画像処理と、その画像処理により得られる検査結果の管理などを行うものである。例えば適宜の入出力インターフェースを備えるマイクロコンピュータおよび制御回路などから構成される。
図４は、制御ユニット５の概略構成を説明するための機能ブロック図である。図５は、制御ユニット５に含まれる画像処理ユニット７の概略構成を説明するための機能ブロック図である。
【００３４】
制御ユニット５は、図４に示すように、メイン制御部２３、表示部２６（情報出力手段、判定出力手段）、操作部２７、画像取込部２０、移動制御部２１（移動制御手段）、画像処理ユニット７（画像処理手段）、メモリ部２４（記憶手段）、外部記憶部２５（記憶手段）、および位置ずれ解析部２２（位置ずれ解析手段）を備えている。
【００３５】
メイン制御部２３は、例えば操作パネル、キーボードなどの入力手段を有する操作部２７からの入力信号に応じて、顕微鏡２、ＣＣＤカメラ６、画像取込部２０、画像処理ユニット７、移動制御部２１、および位置ずれ解析部２２などの動作を制御するとともに、それらから伝送されるデータ信号を、メモリ部２４、外部記憶部２５に記憶したり、モニタやプリンタなどの出力機器を備える表示部２６にその内容を表示したりする制御を行うものである。
顕微鏡２に対する制御には、照明光制御、倍率選択制御などが含まれる。
ＣＣＤカメラ６に対する制御には、露出、フォーカス、倍率などの撮像パラメータの制御が含まれる。
【００３６】
画像取込部２０は、ＣＣＤカメラ６により取得された画像データを画面フレームごと取り込むためのものである。取り込まれた画像データは、表示部２６に表示され、必要に応じてメモリ部２４、外部記憶部２５に記憶される。
【００３７】
移動制御部２１は、メイン制御部２３からの制御信号に応じて、ステージ１の移動を制御するとともに、移動後の位置座標を取得して、メイン制御部２３に対して出力できるようになっている。ウエハ保持部１１に保持されたウエハ４上の任意の部位を顕微鏡２の視野範囲に移動させることができるようになっている。
【００３８】
画像処理ユニット７は、入力された画像データに画像処理演算を施して、画像の解析を行うもので、図５に示すように、動作モード選択手段２８により選択可能とされた、検査画像処理部２９、基準位置検出部３０、およびチップ位置検出部３３の機能ブロックを備える。
検査画像処理部２９は、パターンの欠陥検出を行うための画像処理を行い、その結果を検査データとして出力するようになっている。例えば正常なパターンサンプルと画像データとを比較し、正常パターンと一致しなければ、欠陥があることを示すフラグを立てるようにする。また、必要に応じて、抽出された欠陥の画像を表示部２６に表示できるようになっている。
【００３９】
基準位置検出部３０は、オリフラ４ａに沿って複数の画像データを取得しそれぞれに対してオリフラ４ａのエッジ部の位置データを取得するためのエッジ位置抽出手段３１と、それらの位置データの回帰分析処理を行うことにより、ウエハ保持部１１の保持基準位置Ｌ１または基板検査装置５０のステージ１３の持つ基準座標に対するオリフラ４ａの角度ずれを含む位置ずれを検出する回帰処理手段３２（位置ずれ回帰手段）とからなる。
【００４０】
チップ位置検出部３３は、検出パターン１５ｂを撮像した画像データと検出パターン１５ｂのパターンサンプルとのパターンマッチングを行うパターンマッチング手段３４と、それにより求められる画像データ中の４つの検出パターン１５ｂの位置データからチップの代表位置データを取得する位置データ取得手段３５とからなる。
【００４１】
位置ずれ解析部２２は、チップ位置検出部３３で取得された各チップ１５の位置データと、基準位置検出部３０により検出された位置ずれデータとを解析して、露光装置の劣化または異常がないかどうか判定するためのものである。
【００４２】
次に、本実施形態の基板検査装置５０を用いた基板検査方法について説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る基板検査方法について説明するためのフローチャートである。図７は、被検体の基準位置測定工程を説明するための動作説明図である。図８は、被検体の基準位置測定工程における顕微鏡視野の様子を示す模式図である。図９は、被検体の基準位置測定工程について説明するためのフローチャートである。図１０は、チップの代表位置データについて説明するための概念図である。
【００４３】
操作部２７から検査開始が指示されると、図６に示すように、ステップＳ１では、ウエハ４をウエハ保持部１１上にロードする。すなわち、検査すべきウエハ４をローディングアームなどにより、ウエハ４のオリフラ４ａがウエハ保持部１１の保持基準位置Ｌ１（図２参照）に略一致するようにアライメントして配置し吸着固定する。
【００４４】
ステップＳ２は、基板検査装置５０のステージ１３の持つ基準座標と保持基準位置Ｌ１とのずれがない場合は、保持基準位置Ｌ１とオリフラ４ａとの間に位置ずれを測定し、基板検査装置５０のステージ１３の持つ基準座標と保持基準位置Ｌ１とのずれがある場合には、基準座標に対するウエハ４の基準位置を測定する基準位置測定工程である。
本工程では、動作モード選択手段２８により、画像処理ユニット７が画像データを基準位置検出部３０で処理するように設定される。
そして、予備測定（ステップＳ１１〜Ｓ１６。図９参照、以下同じ）を行ってから、本測定（ステップＳ１７〜Ｓ２２）を行うようになっている。
【００４５】
まず図７（ａ）に示すように、ＸＹステージ１３を駆動し、カメラ視野範囲１６がオリフラ４ａ上の中央部に来るように移動させ（ステップＳ１０）、カウンタｊをｊ＝１にセットする（ステップＳ１１）。
このときカメラ視野範囲１６内には、図８に示すように、オリフラ４ａが拡大された画像が観察される（ｊ＝１）。カメラ視野中心Ｑの座標は、Ｑ（Ｘ１，Ｙ１）とする。
カメラ視野範囲１６内の画像データは、エッジ位置抽出手段３１に送られ、画像処理されてエッジ位置が抽出される。そして、例えば、直線ｘ＝Ｘ１とエッジ位置との交点ｑ１の座標が取得される。
なお、高精度の測定を行うとオリフラ４ａのギザギザが激しくなるので、エッジ位置抽出は、適宜のスムージングを行って測定精度を向上することが好ましい。
【００４６】
ステップＳ１３では、カウンタｊをチェックして所定数、例えば３回、オリフラエッジを検出したか、判定する。
ｊ＜３であれば、カメラ視野範囲１６をｘ方向へ横移動する（ステップＳ１４）。この移動量は適宜でよいが、予備測定の最後となる２回目の移動でオリフラ４ａの端部に到達する程度の大きさとする。そしてカウンタｊを更新して（ステップＳ１５）、ステップ１２を行う。
ｊ＝３であれば、すでに点ｑ１、ｑ２、ｑ３の座標値が取得されている。そこで、この３組の座標値を回帰処理手段３２に渡して、１次回帰式を計算し、オリフラ４ａの保持部基準位置Ｌ１に対する角度φを算出する（ステップＳ１６）。このような角度φは、測定範囲がオリフラ４ａの半分であり、測定点も３箇所と少ないため、概略の近似値となっている。
以上で予備測定が終了する。
【００４７】
本測定では、カウンタｊをｊ＝１にリセットする（ステップＳ１７）。そして、ｑ３の座標を新たなエッジ位置データの系列Ｐ１の座標として代入する。
ステップＳ１８では、図７（ｂ）に示したように、カメラ視野範囲１６を、ｘ方向には予備測定と逆方向に所定距離ｗ移動させ、ｙ方向には距離ｗ・ｔａｎφだけ移動させる。すなわち、角度φ方向に向けて斜め移動させる。
角度φの補正を入れて斜め移動することにより、カメラ視野範囲１６内のエッジ位置の変動は予備測定の場合よりも確実に低減される。そのため、顕微鏡２の倍率を上げてもエッジ位置がカメラ視野範囲１６外に出ないので、効率よく高精度の測定を行うことが可能となる。
【００４８】
そして、カウンタをｊ＝ｊ＋１に更新して（ステップＳ１９）、ステップＳ１２と同様にオリフラエッジ検出を行い、エッジ位置データとして、点Ｐｊを得る（ステップＳ２０）。
次にカウンタをチェックして（ステップＳ２１）、ｊ＝ｋとなるまで、ステップＳ１８〜Ｓ２０を繰り返す。ｋは、測定誤差の影響を十分小さくするために、少なくとも３より大きい値とし、オリフラ４ａを精度よく近似できるように、長さｗ・（ｋ−１）がオリフラ４ａの長さと略同等となる値とする。
そして、点Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｋの座標値（位置データ）を回帰処理手段３２に送り、角度θ０を算出する（ステップ２２）。
以上で、基準位置測定工程が終了する。
【００４９】
本実施形態の基準位置測定工程では、比較的ラフな予備測定により概略の位置ずれを測定し、その結果に基づいて本測定を行うので、本測定では個々の測定データが高精度となり、さらに予備測定よりも多い測定データにより回帰処理して角度θ０を算出するから、角度θ０を高精度に求めることができる。
【００５０】
次に、ステップＳ３（図６参照。以下同じ）では、検査を行うため指定位置のチップ１５にカメラ視野範囲１６を移動させる。
そしてチップ（パターン）の基準位置測定工程（ステップＳ４）を行う。
本工程では、動作モード選択手段２８により、画像処理ユニット７が画像データをチップ位置検出部３３で処理するように設定される。
そして指定位置のチップ１５内の検出パターン１５ｂの位置にカメラ視野範囲１６を移動させ、ＣＣＤカメラ６で撮像して、その画像データをパターンマッチング手段３４に送る。一方、検出パターン１５ｂのパターンサンプルを外部記憶部２５から取り出し、メモリ部２４に比較可能に格納しておく。そして、パターンマッチング手段３４によりパターンサンプルと画像データとのパターンマッチングを行い、画像データ内のパターンの配置状態を解析する。それにより、各検出パターン１５ｂの位置データを座標（ａｍ，ｂｍ）（ｍ＝１，２，３，４）を取得する（図１０参照）。
【００５１】
図１０に示すように、こうして取得された検出パターン１５ｂの位置は、一般には、露光装置の製作誤差やウエハ４の保持位置の誤差などにより、理想的な位置からずれて歪みも伴う。そこで、本工程では、これらの座標を位置データ取得手段３５により平均化して、チップ原点１５ａの位置の推定値（代表位置データ）Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ）を取得する。
すなわち、
ｘｉ＝（Σａｎ）／ｎ                                          ・・・（１）
ｙｉ＝（Σｂｎ）／ｎ                                          ・・・（２）
ここで、総和記号Σは、ｎについての総和を表すものとする。
なお、検出パターン１５ｂが、チップ原点１５ａから等距離に配置できない場合などは、適宜の重み付けをして加重平均するようにしてもよい。
【００５２】
そして、測定すべきチップ１５すべてが測定されたかどうか判断する（ステップＳ５）。
すべてのチップ１５の測定が終了した場合には、ステップＳ６として、角度ずれ算出工程を行う。
本工程は、位置ずれ解析部２２（図４参照）によりオリフラ４ａに対して平行に整列すべきチップ１５のオリフラ４ａに対する角度ずれを算出する工程である。
メモリ部２４に記憶されたチップ１５の位置データＰｉ（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，…，Ｉｍａｘ．ここで、Ｉｍａｘはチップ１５の総数）を、位置ずれ解析部２２に送り、整列すべき位置データごとに配列ｐｍ（ｘｎ，ｙｎ）（１≦ｍ≦Ｍ、１≦ｎ≦ｋ、ｍ，Ｍ，ｎ，ｋは正の整数）に格納する。すなわち、図２に示すように、オリフラ４ａからｍ番目の列では、ｋ個のチップ原点１５ａが、座標ｐｍ（ｘ１，ｙ１）、…、ｐｍ（ｘｋ，ｙｋ）に並んでいる。これらのデータから、各チップ１５の角度ずれθｍｎを次式により求める。
θｍｎ＝ｔａｎ−１｛（ｙｎ−ｙ１）／（ｘｎ−ｘ１）｝          ・・・（３）
したがって、各チップ１５の角度ずれ分布は、ステップ２２で算出した角度θ０を用いて、次式のΔθｍｎにより与えられる。
Δθｍｎ＝θｍｎ−θ０                                        ・・・（４）
これによって、露光装置の回路パターン露光時の軸移動とアライメントのばらつきとその傾向を解析することができる。
【００５３】
さらに、これらの角度ずれを一次回帰分析し、整列方向の角度θｍを次式より算出する。そしてオリフラ４ａに対する角度ずれΔθｍを求める。
α＝Σ（ｘｉ・ｙｉ）−（Σｘｉ・Σｙｉ）／ｋ                  ・・・（５ａ）
β＝Σ（ｘｉ・ｘｉ）−（Σｘｉ・Σｘｉ）／ｋ                  ・・・（５ｂ）
θｍ＝ｔａｎ−１（α／β）                                    ・・・（５）
Δθｍ＝θｍ−θ０                                            ・・・（６）
ここで、総和記号Σは、ｉについての総和をとるものとする。これらの式により補正を行ったチップ（パターン）の原点の補正代表位置データを得ることができる。
【００５４】
ステップＳ７では、以上の工程で取得された各チップ１５ごとのデータを外部記憶部２５に記憶する。このようなデータとして、特に、チップ１５の検査データ、Δθｍｎ、Δθｍなどのオリフラ４ａの位置ずれに依存しないデータを記憶し、チップ１５と関係づけたマッピング情報として被検体ごとに外部記憶部２５に記憶する。
ここで、ｍは、ｍ＝１〜Ｍのすべてを測定してもよく、また１つのｍ番目の列の傾向が他のｍ番目の列の傾向と一致する場合は、あるｍ番目の少なくとも１列の測定を行い、他の列にマッピング情報を適用してもよい。またある製造ロットですべてのウエハで同じ傾向がある場合は、最初の１枚のみを測定し、他の同じロットに適用することもできる。（ただし、プリアライメント時、保持基準位置Ｌ１への押し当てによる誤差はない場合において適用が可能である。）
それにより、その後、次工程でウエハ４を検査するとき、ウエハ保持部１１による保持位置のずれがあっても、補正代表位置データに基づいて正確に所望のチップ１５に移動して、観察したり、検査したりすることができる。そのため、検査の処理速度を向上することができる。
【００５５】
また、Δθｍなどのデータに何らかの傾向があれば、ウエハ保持部１１の保持位置に依存しない特性なので、露光装置の状態を表すものである。そこで、位置ずれ解析部２２では、これらのマッピング情報を過去のデータなどと比較するというような解析を行うことができる。
その場合、例えば、Δθｍの傾向から、露光装置の一時的な不具合や、経時劣化が推定される場合には、表示部２６に警告メッセージなどの情報を出力するようにする。このようにすれば、工程上の不具合をすばやく予測して改善することができる。また、パターン検査結果を露光装置の管理に役立てることができて好都合である。
【００５６】
なお、上記の説明では、位置基準部として、オリフラ４ａを用いた例で説明したが、位置基準部はウエハ４の位置決めに用いることができるならば、オリフラ４ａに限定されない。例えば、径方向に延びる切欠きであるノッチでもよい。その場合、保持基準位置Ｌ１は、ノッチにより規定される径方向の中心軸に直交する仮想線として決めることができる。
【００５７】
また、上記の説明では、位置ずれのうち保持基準位置Ｌ１からの角度ずれを中心に説明したが、オリフラ４ａ上の１点を原点に選択することにより、ウエハ４に固定した座標系を規定できるから、平行移動の位置ずれ成分も正確に検出できることは言うまでもない。
【００５８】
また、上記の説明では、回路パターンの検査の例で説明したが、顕微鏡により被検体を拡大して画像を検査するものであれば、検査対象は回路パターンに限定されない。
【００５９】
また、上記の説明では、被検体として半導体ウエハを例にして説明したが、位置基準部が設けられていれば、基板の材質や使用目的は異なっていてもよい。例えば、液晶基板や、一般の回路基板などでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る基板検査装置の概略構成について説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る基板検査装置の被検体について説明するための平面説明図である。
【図３】被検体内に形成されるチップの位置を検出する検出パターンについて説明するための模式図である。
【図４】制御ユニット５の概略構成を説明するための機能ブロック図である。
【図５】制御ユニット５に含まれる画像処理ユニット７の概略構成を説明するための機能ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に係る基板検査方法について説明するためのフローチャートである。
【図７】被検体の基準位置測定工程を説明するための動作説明図である。
【図８】被検体の基準位置測定工程における顕微鏡視野の様子を示す模式図である。
【図９】被検体の基準位置測定工程について説明するためのフローチャートである。
【図１０】チップの代表位置データについて説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ステージ（移動手段）
２  顕微鏡
４  ウエハ（被検体）
５  制御ユニット
６  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
７  画像処理ユニット（画像処理手段）
１１  ウエハ保持部（基板保持部）
１５  チップ
１５ａ  チップ原点
１５ｂ  検出パターン
２１  移動制御部（移動制御手段）
２２  位置ずれ解析部（位置ずれ解析手段）
２３  メイン制御部
２４  メモリ部（記憶手段）
２５  外部記憶部（記憶手段）
２６  表示部（情報出力手段、判定出力手段）
２９  検査画像処理部
３０  基準位置検出部
３１  エッジ位置抽出手段
３２  回帰処理手段（位置ずれ回帰手段）
３３  チップ位置検出部
３４  パターンマッチング手段
５０  基板検査装置
【図１】
2005310833.tif 000003
【図２】
2005310833.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005310833.tif 000006
【図５】
2005310833.tif 000007
【図６】
2005310833.tif 000008
【図７】
2005310833.tif 000009
【図８】
2005310833.tif 000010
【図９】
2005310833.tif 000011
【図１０】
2005310833.tif 000012