(57)【要約】【課題】装置コストが増大することなく、検査対象の形態に応じた欠陥種別に迅速に分類可能な外観検査方法および外観検査装置の提供。【解決手段】外観検査装置では、ウェハ２外観の撮像画像において所定方向Ｄに並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイルに基いて、欠け９１や異物９２などの欠陥種別に分類する。輝度プロファイルは、検査対象であるウェハ２外観を実際に撮像して得られる特性であり、欠陥の形態を明確に示すため、良品パターン等との比較による場合と比べて、欠陥分類の確実性が格段に増す。このため、ウェハ２の外観検査を最終的な欠陥分類に至るまで自動化でき、目視検査（レビュー）が不要となり、検査時間を大幅に短縮できる。また、三次元測定機などの高価な装置を用いずに済むので、装置コストが高騰しない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの外観を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程により得られた撮像画像において所定方向に並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイルを取得する輝度プロファイル取得工程と、
前記輝度プロファイルを基に前記ウェハの欠陥種別を判定して各欠陥種別に分類する欠陥分類工程とを備える
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の外観検査方法において、
前記ウェハの略全体の全体画像を所定の第１倍率で撮像し、この全体画像と所定のパターンデータとに基いて、欠陥の有無と当該欠陥の前記ウェハにおける位置とを取得する全体検査工程を前記撮像工程の前段に備え、
前記撮像工程は、前記全体検査工程で欠陥有とされた場合に実施され、この撮像工程では、前記欠陥の位置を前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像する
ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項３】
ウェハの外観を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた撮像画像において所定方向に並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイルを取得する輝度プロファイル取得手段と、
前記輝度プロファイルを基に前記ウェハの欠陥種別を判定して各欠陥種別に分類する欠陥分類手段とを備える
ことを特徴とする外観検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の外観検査装置において、
前記撮像手段は、所定の第１倍率のレンズ構成を有する本体と、対物レンズとを有し、
前記撮像手段の撮像倍率は、前記対物レンズを使用しない際における前記第１倍率と、前記本体と共に前記対物レンズを使用した際における前記第１倍率よりも高い第２倍率とに切替可能とされている
ことを特徴とする外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の外観を検査する外観検査方法および外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体集積回路が実装され、多数のＩＣ（Integrated Circuit）チップに個片化される半導体ウェハの外観検査については、半導体パターンに関し、良品パターンと比較する方法や、隣接パターンと比較する方法、設計データと比較する方法などが採られてきた。例えば、特許文献１では、ＣＣＤ（charge-coupled device）による撮像画像に基いて、欠陥の特徴パラメータをパターン化し、このパターンデータとの比較により、良否判断を行っている。また、特許文献２では、正規化相関法によるパターンマッチングにより良否判断している。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１５９３３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７１７０号公報
【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、このようなパターン比較による検査方法によって検出できるのは、結局、良品パターンや隣接パターンとの違いのみであって、実際の欠陥の形態を捉え、この欠陥の形態に応じた欠陥種別に正確に分類することは困難であった。すなわち、このようなパターン比較により、欠陥分類を実施したとしても誤検出が多いため、最終的に、半導体パターンの欠け、異物存在などの各欠陥種別への分類を実施するには、人手による目視検査（レビュー）に負うところが大きかった。したがって、検査時間が長く掛かってしまっていた。
一方、実際の欠陥の形態を正確に捉えて欠陥分類を行うために、三次元測定機などによりウェハの表面形状を測定することも考えられるが、このような三次元測定機を用いることで装置コストが高騰し、また、人手による目視検査と同様、検査時間に長時間掛かるという問題がある。
【０００５】
このような問題に鑑みて、本発明の目的は、装置コストが増大することなく、検査対象の形態に応じた欠陥種別に迅速に分類可能な外観検査方法および外観検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の外観検査方法は、ウェハの外観を撮像する撮像工程と、前記撮像工程により得られた撮像画像において所定方向に並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイルを取得する輝度プロファイル取得工程と、前記輝度プロファイルを基に前記ウェハの欠陥種別を判定して各欠陥種別に分類する欠陥分類工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の外観検査装置は、ウェハの外観を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により得られた撮像画像において所定方向に並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイルを取得する輝度プロファイル取得手段と、前記輝度プロファイルを基に前記ウェハの欠陥種別を判定して各欠陥種別に分類する欠陥分類手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、ウェハの外観検査における欠陥の分類について本件出願人が鋭意探求した結果、撮像画像中で所定方向に並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイル（画素配列方向に沿った輝度レベル相違）には、半導体パターンの欠けや異物存在などの欠陥種別ごとに特徴があるという新たな知見を得た。この知見を基に本発明が為された。
【０００９】
前記の発明によれば、撮像画像における輝度プロファイルに基いて欠陥種別を容易に判定でき、各欠陥種別に分類できる。つまり、三次元測定機などの高価な装置や複雑なアルゴリズムを用いずに済むので、ウェハの外観検査に要するコストが高騰しない。
また、輝度プロファイルは、検査対象を実際に撮像して得られ、欠陥の形態を明確に示すため、良品パターンや隣接パターンとの比較による場合と比べて、欠陥分類の確実性が格段に増す。これにより、ウェハの外観検査を最終的な欠陥分類に至るまで人手を介さずに装置によって完全に自動化することも差し支えない。これにより、目視検査（レビュー）によって欠陥を確認しなくとも欠陥分類が可能となるため、検査時間を大幅に短縮できる。
【００１０】
本発明のウェハの外観検査方法では、前記ウェハの略全体の全体画像を所定の第１倍率で撮像し、この全体画像と所定のパターンデータとに基いて、欠陥の有無と当該欠陥の前記ウェハにおける位置とを取得する全体検査工程を前記撮像工程の前段に備え、前記撮像工程は、前記全体検査工程で欠陥有とされた場合に実施され、この撮像工程では、前記欠陥の位置を前記第１倍率よりも高い第２倍率で撮像することが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、全体検査工程で欠陥検出された場合に、その欠陥の位置についてのみ、輝度プロファイルを取得して改めて精査することにより、半導体パターンの欠け、異物、あるいは欠陥無し、などの欠陥分類を行えばよいので、撮像工程、輝度プロファイル取得工程、および欠陥分類工程をウェハ全体について行う場合よりも、検査が効率化され、検査時間を短縮できる。
ここで、全体検査工程では、低い倍率で撮像してウェハの全体画像を迅速に得つつ、パターンデータとの比較によって欠陥検出を簡易に行うことができる。一方、その後の撮像工程では、撮像倍率が高倍率であって焦点深度が浅いことから、欠陥の種別ごとの特徴が際立った輝度プロファイルが得られるので、欠陥分類を正確に行うことができる。
なお、全体検査工程において複数の欠陥が検出された場合は、各欠陥ごとに、撮像工程における処理、輝度プロファイル取得工程における処理、および欠陥分類工程における処理をそれぞれ行う。
【００１２】
本発明のウェハの外観検査装置では、前記撮像手段は、所定の第１倍率のレンズ構成を有する本体と、対物レンズとを有し、前記撮像手段の撮像倍率は、前記対物レンズを使用しない際における前記第１倍率と、前記本体と共に前記対物レンズを使用した際における前記第１倍率よりも高い第２倍率とに切替可能とされていることが好ましい。
【００１３】
この発明によれば、撮像倍率が切替可能であることにより、ウェハにおける撮像範囲が異なる段階的な検査が可能となる。すなわち、第１倍率によりウェハの略全体の全体画像を撮像し、この全体画像を基に欠陥検出を行い、欠陥が検出された位置を第２倍率で撮像することにより、欠陥種別に応じた特徴が際立った輝度プロファイルが得られるので、この輝度プロファイルを基に欠陥分類を行えばよい。つまり、検査の効率化および適正化が図られる。
【００１４】
また、対物レンズの使用、不使用によって第１倍率と第２倍率との切替が実現するので、ウェハ全体における欠陥を検出する際の撮像手段と、欠陥が検出された位置について再度検査する際の撮像手段とを共用できることになり、欠陥の形状を知るためにレーザー装置を必要とする場合などと比べて、装置コストを低廉にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における外観検査装置１の構成外略図である。外観検査装置１は、半導体ウェハ２を載置するテーブル３と、テーブル３をＸ方向およびＹ方向に駆動する駆動装置３１と、テーブル３の上方に設けられ、ウェハ２を撮像する撮像手段としてのカメラ４と、モニタ５Ａを有する画像処理装置５とを備えている。なお、テーブル３上には、搬送機６によってウェハ２が順次搬送される。
【００１６】
カメラ４は、カラーＣＣＤが設けられた本体４１と、対物レンズ４２と、対物レンズ４２を本体４１の光軸に同軸となる位置または本体４１の光軸から外れた位置に移動させる移動機構（図示せず）とを有する。すなわち、カメラ４の撮像倍率は、本体４１のレンズ構成による第１倍率と、本体４１と対物レンズ４２とを同軸に組み合わせた際の第２倍率とに切替可能となっている。
【００１７】
なお、第１倍率と第２倍率との差は任意に設定可能であるが、第２倍率が第１倍率に対して２倍以上であることが好ましい。本実施形態に限らず、複数の対物レンズを選択的に用いたり、あるいは本体４１におけるレンズのズームなどにより、第２倍率を第１倍率に対して例えば、５倍〜１００倍とすることも可能である。
【００１８】
画像処理装置５には、カメラ４と、テーブル３の駆動装置３１と、搬送機６とがそれぞれ接続され、カメラ４により撮像された撮像画像は、画像処理装置５内部の処理手段に取り込まれる。この画像処理装置５により、カメラ４と駆動装置３１との同期が図られる。
【００１９】
図２は、平面略円形状のウェハ２の平面を示す。ウェハ２外周の直線状の部分は、テーブル３への位置決め用に形成されたオリフラ２Ａである。
ウェハ２は、集積回路を構成する半導体パターンがエッチングやプリントなどによりウェハ２の表面に形成された後、ダイシング、スライシングなどによって多数のチップ２０に個片化される。１つのチップ２０を拡大して示したように、チップ２０には、複数の微細な半導体パターン２１が形成されている。
【００２０】
図３は、画像処理装置５の内部構成を示すブロック図である。画像処理装置５は、ウェハ２を撮像した際の撮像画像における輝度プロファイルデータを取得する輝度プロファイル取得手段５１と、取得された輝度プロファイルに基いて欠陥種別を判定し、各欠陥種別に分類する欠陥分類手段５２とを有して構成されている。これらの手段５１，５２は、画像処理装置５が実装するＣＰＵなどの制御手段５０にそれぞれ読み込まれて実行される。
【００２１】
以下、図４のフロー図を参照し、外観検査装置１による欠陥検出および欠陥分類の工程について説明する。当該工程は、大略、ウェハ２全体を検査する全体検査工程Ｐ１と、全体検査工程Ｐ１の結果に応じてウェハ２の一部を検査し、欠陥分類を行う欠陥分類工程Ｐ２とによって構成されている。
【００２２】
全体検査工程Ｐ１は、ウェハ外観検査工程Ｐ１１と、欠陥検出工程Ｐ１２と、欠陥座標および大きさ取得工程Ｐ１３とを有する。この全体検査工程Ｐ１では先ず、駆動装置３１によりテーブル３をＸ方向およびＹ方向に駆動して、ウェハ２表面全体をカメラ４により何度かに亘って第１倍率で撮像する（Ｐ１１）。このとき、対物レンズ４２は使用しない。そして、画像処理装置５において、撮像画像と所定のパターンデータとの比較により、欠陥の検出を行う（Ｐ１２）。この際、欠陥の座標および大きさを取得しておく（Ｐ１３）。なお、複数の欠陥が検出された場合は、各欠陥について座標および大きさを取得して画像処理装置５の記憶手段に保持しておく。
この全体検査工程Ｐ１の欠陥検出工程Ｐ１２において、欠陥が検出されない場合は（Ｎｏ）、検査を終了する。
【００２３】
以上の全体検査工程Ｐ１で欠陥が検出された場合は、その欠陥の位置について、欠陥分類工程Ｐ２においてさらに詳細な検査を行う。
欠陥分類工程Ｐ２は、撮像工程としての欠陥画像取り込み工程Ｐ２１と、輝度プロファイル取得工程Ｐ２２と、欠陥分類工程Ｐ２３と、データ保存工程Ｐ２４とを有する。
【００２４】
欠陥画像取り込み工程Ｐ２１では、対物レンズ４２を使用して第２倍率で、ウェハ２における欠陥位置のみを撮像する。このとき撮像されるウェハ２の領域は、欠陥座標および大きさ取得工程Ｐ１３で取得されたデータを基に決められる。なお、互いに近接する複数の欠陥を対物レンズ４２を使用したカメラ４の視野に納め、これらを同時に撮像してもよい。
そして、欠陥画像取り込み工程Ｐ２１で得られた撮像画像に基いて、次の輝度プロファイル取得工程Ｐ２２において、画像処理装置５が実装する輝度プロファイル取得手段５１により、輝度プロファイルを取得する。
【００２５】
ここで、図５に、欠陥画像取り込み工程Ｐ２１において画像処理装置５に取り込まれた撮像画像の例を示す。ウェハ２表面の各半導体パターン２１のうち、図５中央のものには、当該パターンの形成過程において、欠け９１が生じている。なお、パターン２１に付着した汚れについても、以下の欠陥分類においてこの欠け９１と略同様に考えることができる。
また、図５において、互いに隣接するパターン２１とパターン２１との間には、塵埃などの異物９２が存在している。
【００２６】
この図５に示す場合において、輝度プロファイル取得手段５１によって得られた輝度プロファイルを図６、図７にそれぞれ示す。
図６は、図５中、欠け９１の位置で矢印方向Ｄに並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイル９１Ｐを示し、図７は、図５中、異物９２の位置で矢印方向Ｄに並んだ各画素の輝度を示す輝度プロファイル９２Ｐを示す。
図６に示す欠け９１に係る輝度プロファイル９１Ｐの例では、欠陥のエッジ部９１１を除くと、ほぼ平坦な状態であるのに対して、図７に示す異物９２に係る輝度プロファイル９２Ｐの例では、欠陥のエッジ部９２１を除くと凸状となっている。すなわち、高倍率で撮像した場合、焦点深度が浅いことにより、ウェハ２表面から突出する異物９２の部分でピントのボケが発生し、異物９２の表面とウェハ２表面との間で輝度レベルの違いがはっきりと出る。つまり、各輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐはそれぞれ、欠け９１や異物９２のウェハ２表面からの高さにほぼ倣い、これらの輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐ間には明確な差異が生じる。このため、撮像画像における各輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐに基いて、欠け９１の場合と異物９２の場合とを明確に区別できる。
【００２７】
図４に戻り、欠陥分類工程Ｐ２３では、輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐに基いて、欠け９１または異物９２などの欠陥種別を欠陥分類手段５２によって分類する。
ここで、半導体パターン２１に付着した汚れについても、欠け９１と略同様に、ウェハ２表面から殆ど突出しておらず、図６に示した輝度プロファイル９１Ｐに似た輝度プロファイルが得られるため、本実施形態では、パターンの欠けとパターンの汚れとを同じ欠陥種別に分類する。
なお、全体検査工程Ｐ１で検出された欠陥について、欠陥分類工程Ｐ２では欠陥無しと判定する場合も有り得る。これは例えば、半導体パターン２１は薄膜として形成されており、その膜厚による屈折率の変化によって色付きが表れる場合があることから、その色付きが全体検査工程Ｐ１では欠陥として検出された場合などがある。
最後に、欠陥種別ごとに分類されたデータを記憶手段に保存し（Ｐ２４）、ウェハ２の外観検査を終了する。
【００２８】
以上述べた本実施形態は、次のような効果を奏する。
（１）外観検査装置１によれば、撮像画像における輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐ（図６、図７）の解析に基いて欠け９１や異物９２などの欠陥種別に容易に分類できる。つまり、三次元測定機などの高価な装置や複雑なアルゴリズムを用いずに済むので、ウェハ２の外観検査に要するコストが高騰しない。
また、輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐは、検査対象であるウェハ２外観を実際に撮像して得られる特性であり、欠陥の形態を明確に示すため、良品パターンや隣接パターンとの比較による場合と比べて、欠陥分類の確実性が格段に増す。これにより、目視検査（レビュー）が不要となり、検査時間を大幅に短縮できる。
【００２９】
（２）また、全体検査工程Ｐ１で欠陥検出された場合に、その欠陥の位置についてのみ、輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐを取得して改めて精査することにより、半導体パターン２１の欠け９１、異物９２、あるいは欠陥無し、などの欠陥分類を行えばよいので、欠陥分類工程Ｐ２をウェハ２全体について行う場合よりも、検査が効率化され、検査時間を短縮できる。
ここで、全体検査工程Ｐ１では、低い第１倍率で撮像してウェハ２の全体画像を迅速に得つつ、パターンデータとの比較により欠陥検出を簡易に実施できる。一方、その後の欠陥分類工程Ｐ２では、撮像倍率が高い第２倍率であって焦点深度が浅いことから、欠陥の種別ごとの特徴が際立った輝度プロファイル９１Ｐ，９２Ｐが得られ、欠陥分類を正確に実施できる。
【００３０】
（３）さらに、対物レンズ４２を本体４１に組み合わせることで、カメラ４の倍率が切替可能となるので、ウェハ２全体を検査する場合と、欠陥が検出された位置について再度検査する場合とで、カメラ４を共用できる。すなわち、欠陥の形状を得るためにレーザーを用いることなどが不要であって、対物レンズ４２のみを追加すれば足りるから、装置コストを低廉にできる。
【００３１】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態における半導体ウェハの外観検査装置の構成外略図。
【図２】前記実施形態における半導体ウェハの平面図。
【図３】前記実施形態における画像処理装置の内部構成を示すブロック図。
【図４】前記実施形態における外観検査工程を示すフロー図。
【図５】前記実施形態における欠陥画像取り込み工程により得られたウェハ外観における欠陥の撮像画像を示す図。
【図６】前記実施形態における欠陥（欠け）に係る輝度プロファイルを示す図。
【図７】前記実施形態における欠陥（異物）に係る輝度プロファイルを示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・外観検査装置、２・・・ウェハ、４・・・カメラ（撮像手段）、５・・・画像処理装置、４１・・・本体、４２・・・対物レンズ、５１・・・輝度プロファイル取得手段、５２・・・欠陥分類手段、９１・・・欠け（欠陥）、９１Ｐ・・・輝度プロファイル、９２・・・異物（欠陥）、９２Ｐ・・・輝度プロファイル、Ｐ１・・・全体検査工程、Ｐ２１・・・欠陥画像取り込み工程（撮像工程）、Ｐ２２・・・輝度プロファイル取得工程、Ｐ２３・・・欠陥分類工程、Ｄ・・・矢印方向（所定方向）。
【図１】
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【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】
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【図７】
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