(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、
画像取込装置毎の撮影レンズの倍率およびディストーションによる誤差を記憶した記憶手段と、
一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、前記記憶手段に記憶された前記一の画像取込装置および前記他の画像取込装置の前記誤差に基づいて前記参照画像を補正し、前記他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段とを有し、
前記他の画像取込装置においては、前記参照画像補正手段により補正された前記補正参照画像と、前記他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における前記検査試料ウエハの欠陥を検出することを特徴とする画像比較装置。
【請求項２】
参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、
画像取込装置毎の輝度むらを記憶した記憶手段と、
一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、前記記憶手段に記憶された前記一の画像取込装置および前記他の画像取込装置の試料平面内の輝度むらに基づいて前記参照画像を補正し、前記他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段とを有し、
前記他の画像取り込み装置においては、前記参照画像補正手段により補正された前記補正参照画像と、前記他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における前記検査試料ウエハの欠陥を検出することを特徴とする画像比較装置。
【請求項３】
参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、
画像取込装置毎の撮影レンズの倍率およびディストーションによる誤差と輝度むらを記憶した記憶手段と、
一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、前記記憶手段に記憶された前記一の画像取込装置および前記他の画像取込装置の前記誤差と前記輝度むらに基づいて前記参照画像を補正し、前記他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段を有し、
前記他の画像取込装置においては、前記参照画像補正手段により補正された前記補正参照画像と、前記他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における前記検査試料ウエハの欠陥を検出することを特徴とする画像比較装置。
【請求項４】
前記輝度むらは、照明むらおよびカメラの感度むらであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の画像比較装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の画像比較装置と、
前記画像比較装置で検出した補正参照画像と試料画像との差異から検査ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有することを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項６】
請求項１に記載の画像比較装置と、
前記画像比較装置で検出した前記補正参照画像と前記試料画像との差異から前記検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、
前記複数のウエハ検査装置に接続され、前記複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ前記参照画像と前記少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された前記誤差とを記憶し、前記検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に前記参照画像と前記誤差とを転送するコンピュータとを有することを特徴とするウエハ検査システム。
【請求項７】
請求項３に記載の画像比較装置と、
前記画像比較装置で検出した前記補正参照画像と前記試料画像との差異から前記検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、
前記複数のウエハ検査装置に接続され、前記複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ参照画像と前記少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された前記誤差と前記輝度むらとを記憶し、前記検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に前記参照画像と前記誤差と前記輝度むらとを転送するコンピュータとを有することを特徴とするウエハ検査システム。
【請求項８】
請求項２に記載の画像比較装置と、
前記画像比較装置で検出した前記補正参照画像と前記試料画像との差異から前記検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、
前記複数のウエハ検査装置に接続され、前記複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ参照画像と前記少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された輝度むらとを記憶し、前記検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に前記参照画像と前記輝度むらとを転送するコンピュータとを有することを特徴とするウエハ検査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるウエハの外観検査装置等に用いるのに適した画像比較装置、これを用いたウエハ検査装置およびウエハ検査システムに関する。
【０００２】
【従来技術】
最近においては、半導体デバイスの高集積化が進んでおり、これに伴って検査・測定器の分野でも、ウエハやレチクル上のパターン欠陥を観察する装置に要求される分解能は微細化の一途をたどっている。一方、ウエハの外観検査においては、検査機の分解能向上の要求は少ないものの製造コスト低減のための要求などから、従来は目視に頼っていたレジストの塗布むらや露光むら、傷などを自動的に検査する自動外観検査装置に対する要望が増している。
【０００３】
従来目視で行っていたウエハの外観検査を、自動でしかも熟練した検査担当者が行う場合と同程度の効率（スループット）で行うには、検査するウエハの画像を複数に分割せず一括して取込処理するのが好ましい。このため、この種の自動外観検査装置では、検査するウエハ全面を均一な光源で照明し、二次元カメラでウエハ全面を一度に撮影して検査画像を取り込む方式が一般的に採用されている。そして、このようにして取り込まれた検査試料の画像（試料画像）は、あらかじめ同様の方法で撮影され記憶させておいた正常なウエハの画像（参照画像）と比較され、試料画像と参照画像との差異をコンピュータ内において適当なアルゴリズムで処理することによって、検査試料の良否が自動的に判断されるようになっている。
【０００４】
この種のウエハの自動外観検査装置は、例えば、半導体製造ラインの中に複数設置されるとともにオンラインで繋がれ、どの装置で、どの種のウエハの、どの工程の検査を行うかなどといったことは、オンラインを介して集中制御されるようになっていることが多い。この場合、各装置に対するウエハの種類、工程等が一義的に決まっているのではなく、各装置の稼動状況に応じて効率良く稼動制御される。このため、このように集中制御される各検査装置の検査能力は全て等しく、どの検査装置を用いても同一の検査結果が得られることが求められる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の検査装置においては、ウエハを照明する照明光の強度をウエハ全面で完全に均一にするのは非常に難しく、装置毎に固有のむらがあるし、ウエハの画像を取り込むためのカメラも画素毎に感度むらがある。さらに、カメラレンズの倍率やディストーションなどが検査装置毎に微妙に異なる。このため、たとえ同一のウエハを撮影しても取り込まれた画像は各検査装置毎に異なったものとなる。
【０００６】
ここで、複数の検査装置を用いて自動検査を行う場合で、ある検査装置を用いて取り込まれた正常なウエハ（参照試料）の撮影画像を参照画像として用いる場合に、この参照画像を取り込んだ検査装置では正確な検査は可能であるが、別の装置によりこの参照画像を用いて検査すると、上記のような装置毎の照明むら、カメラの感度むら、撮影レンズの倍率差およびディストーションの差等により、異なった検査結果となるおそれがあるという問題がある。このため、本来は正常であるウエハを欠陥ウエハであると判断したり、欠陥ウエハであるのに正常であると判断するおそれがある。
【０００７】
このような問題を避けるため、たとえ検査試料が同一工程における同一種のウエハであっても、この検査に用いる複数の検査装置それぞれについて同一の正常ウエハを用いて参照画像を取り込み、個々の検査装置それぞれに固有の参照画像を設定することが考えられる。しかしながら、この場合には、各装置それぞれにおいて参照画像を取り込むとともにそれを区別して記憶しておく必要があり、同一工程の同一種のウエハであっても、装置の数だけ参照画像が必要で、しかも、各参照画像と各検査装置との対応関係も設定記憶する必要があり、参照画像データ管理が複雑化するという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みたもので、複数の検査装置を用いる場合に、一つの参照画像を全ての検査装置で共用できるような画像比較装置、これを用いたウエハ検査装置およびウエハ検査システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、第１の本発明は、参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、画像取込装置毎の撮影レンズの倍率およびディストーションによる誤差を記憶した記憶手段と、一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、記憶手段に記憶された一の画像取込装置および他の画像取込装置の誤差に基づいて参照画像を補正し、他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段とを有する画像比較装置である。そしてこの画像比較装置は、他の画像取込装置においては、参照画像補正手段により補正された補正参照画像と、他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における検査試料ウエハの欠陥を検出する。
また、第２の本発明は、参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、画像取込装置毎の輝度むらを記憶した記憶手段と、一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、記憶手段に記憶された一の画像取込装置および他の画像取込装置の試料平面内の輝度むらに基づいて参照画像を補正し、他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段とを有する画像比較装置である。そしてこの画像比較装置は、他の画像取り込み装置においては、参照画像補正手段により補正された補正参照画像と、他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における検査試料ウエハの欠陥を検出する。
また、第３の本発明は、参照ウエハおよび検査試料ウエハの画像を画像取込装置により取り込んで得られた参照画像および試料画像を比較し、これら両画像の差異を検出する装置であって、画像取込装置毎の撮影レンズの倍率およびディストーションによる誤差と輝度むらを記憶した記憶手段と、一の画像取込装置により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置に使用する場合に、記憶手段に記憶された一の画像取込装置および他の画像取込装置の誤差と輝度むらに基づいて参照画像を補正し、他の画像取込装置に適合する補正参照画像を作り出す参照画像補正手段を有する画像比較装置である。そしてこの画像比較装置は、他の画像取込装置においては、参照画像補正手段により補正された補正参照画像と、他の画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異に基づいて半導体製造工程における検査試料ウエハの欠陥を検出する。
なお、このような第２および第３の本発明において、輝度むらは、照明むらおよびカメラの感度むらであることが好ましい。
また、第４の本発明は、第１〜第３の本発明のいずれかに記載の画像比較装置と、この画像比較装置で検出した補正参照画像と試料画像との差異から検査ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有するウエハ検査装置である。
また、第５の本発明は、第１の本発明に記載の画像比較装置と、この画像比較装置で検出した補正参照画像と試料画像との差異から検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、これら複数のウエハ検査装置に接続され、複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ参照画像と少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された誤差とを記憶し、検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に参照画像と誤差とを転送するコンピュータとを有するウエハ検査システムである。
また、第６の本発明は、第３の本発明に記載の画像比較装置と、この画像比較装置で検出した補正参照画像と試料画像との差異から検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、これら複数のウエハ検査装置に接続され、複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ参照画像と少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された誤差と輝度むらとを記憶し、検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に参照画像と誤差と輝度むらとを転送するコンピュータとを有するウエハ検査システムである。
また、第７の本発明は、第２の本発明に記載の画像比較装置と、この画像比較装置で検出した補正参照画像と試料画像との差異から検査試料ウエハの欠陥を検出する欠陥検出装置とを有する複数のウエハ検査装置と、これら複数のウエハ検査装置に接続され、複数のウエハ検査装置のうち少なくとも一つのウエハ検査装置で取り込んだ参照画像と少なくとも一つのウエハ検査装置の画像比較装置内の記憶手段に記憶された輝度むらとを記憶し、検査試料ウエハが搬送されるウエハ検査装置に参照画像と輝度むらとを転送するコンピュータとを有するウエハ検査システムである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、半導体製造工程におけるウエハの外観検査を自動的に行う自動外観検査装置に使用される画像処理装置を例にして図面を参照して説明する。
【００１１】
図１に、この自動外観検査装置の構成を模式的に表している。この装置においては、光源１からの光が照明光学系２を通して試料ステージ４の上のウエハ（検査試料）３の全面に照射される。なお、ウエハ３は、検査試料であるウエハを格納しているカセット（図示せず）から、オートローダ等の機構系（図示せず）によって抜き出され、試料ステージ４の上に搬送されて載置されている。なお、試料ステージ４は、水平方向（ｘ−ｙ方向）および回転方向（θ方向）に微動調整可能である。
【００１２】
このウエハ３の全面の画像を取り込むために、ＣＣＤカメラ５が、ウエハ全面を無駄なく撮影できる倍率に設定されて所定の位置に取り付けられている。このようにしてＣＣＤカメラ５によって撮影されたウエハ３の画像信号は、カメラコントロールユニット６内でデジタル信号に変換され、検査試料画像として装置制御コンピュータ７内のフレームメモリ８に転送されて記憶される。ここで、装置制御コンピュータ７は、予め準備され記憶していた正常ウエハの画像を参照画像として呼び出し、上記のようにフレームメモリ８に取り込んだ検査試料画像と比較検査を行い、検査試料上の傷や異物、塗布されたレジストのむら、露光むらなどの欠陥の有無を検出する。
【００１３】
以上のように構成された自動外観検査装置が、本発明に係る画像比較を備えている。この画像比較装置では、まず装置毎の画像取込に関する誤差、すなわち画素毎の輝度むらと平面内の位置誤差を測定する。ここでいう画素毎の輝度むらとは、試料面内の照明系の照明むらと、撮像系に使用するＣＣＤカメラの画素毎の感度むらの合成されたものであり、平面内の位置誤差とは撮像レンズとＣＣＤカメラを合わせた撮像系の倍率誤差とひずみ誤差の合成されたものである。
【００１４】
このような画像取込に関する誤差を測定するために、規格化された標準サンプルを１枚準備する。このサンプルはＣＣＤカメラの全撮影領域をカバーする大きさで、表面の反射率が全面にわたってできるだけ均一なものが望ましい。また、位置測定をするために測定しやすいパターンを適当な間隔で全面に配したものを使用する。このような標準サンプルの一例を図２に示す。
【００１５】
画像取込に関する誤差の測定に当たっては、まず標準サンプルを試料ステージに設置し、標準サンプルとＣＣＤカメラとの回転誤差がなくなるように、また、サンプルの中心とＣＣＤカメラ５の中心が一致するように試料ステージ４を微調整移動させる。その後、光源１を点灯してサンプルを照明し、ＣＣＤカメラ５でサンプルを撮影する。このようにして撮影された画像を標準画像として取り込み、この標準画像の各画素毎の輝度情報および画像上のパターン位置情報を数値化し、この自動外観検査装置の装置定数として装置制御コンピュータ７のメモリ８に記憶させる。
【００１６】
このような標準サンプルを用いた標準画像の取り込みおよびこの標準画像に基づく装置定数の設定記憶は、各自動外観検査装置毎に、例えば、工場出荷前に全て同一の標準サンプルを用いて行われる。このため、半導体製造装置に付随して設置された状態で、全ての自動外観検査装置はそれぞれ固有の装置定数を有している。
【００１７】
このようにして構成された自動外観検査装置を使用して本発明に係る画像比較検査を行う方法を説明する。通常は、図３に示すように、ウエハの検査のために複数の自動外観検査装置Ａ，Ｂ，・・・（ここでは装置ＡおよびＢのみを示している）が設置され、これら複数の装置はオンラインで装置全体をコントロールするオンラインコンピュータＺに繋がれている。このため、オンラインコンピュータＺを介して各装置Ａ，Ｂ，・・・間で情報の交換が可能であり、オンラインコンピュータＺにより全装置を統合管理できる。
【００１８】
ウエハの検査を行う場合には、まず、検査対象となるウエハについての正常サンプル（欠陥を有していないサンプル）の画像をいずれか一つの自動外観検査装置（例えば、装置Ａ）により取り込んでメモリに参照画像として記憶する。この装置Ａにおいて撮影されて取り込まれた正常サンプルウエハの画像（参照画像）は装置Ａの装置定数とともに、オンラインコンピュータＺのメモリに記憶される。オンラインコンピュータＺは、ウエハ検査の要求があると、全検査装置 Ａ，Ｂ，・・・の稼働状況を調べ、空いている検査装置（例えば、装置Ｂ）に検査対象ウエハを搬送するようにオペレータに指示すると同時に、この検査装置Ｂにオンライン通信回線を介して装置Ａにより撮影された参照画像と装置Ａの装置定数を転送する。
【００１９】
検査装置Ｂにおいては、このように転送されてきた参照画像と装置Ａの装置定数と自分（装置Ｂ）の装置定数とを比較し、まず、参照画像上の同一測定点の座標が同じになるように各画素毎の位置補正係数を算出する。測定座標の間に位置する画素の座標は近傍の複数の測定座標から内挿することにより補正係数を算出し、全画素の位置補正係数を求める。そして、この位置補正係数を用いて参照画像の位置を補正する。次に、装置ＡおよびＢの装置定数に含まれる画素毎の輝度の比を求め、参照画像の同一画素の輝度情報にこの比を乗じる。
【００２０】
この二つの補正操作により、検査装置Ａで撮影された参照画像は、同一の正常サンプルウエハを検査装置Ｂで撮影したものとほぼ等価な画像（補正参照画像）に変換される。そこで、検査装置Ｂにおいては、検査ウエハの撮影を行って試料画像を取り込み、この試料画像と補正参照画像とを比較してウエハ欠陥の有無の検査を行う。
【００２１】
上記例においては、ある検査装置で取り込まれた参照画像を別の検査装置用に補正変換して補正参照画像を得る作動を検査装置上のコンピュータにより行ったが、全ての検査装置の装置係数をオンラインコンピュータに予め記憶登録しておき、オンラインコンピュータで実際に検査する装置用に参照画像を補正し、この補正により得られた補正参照画像を対象となる装置に転送するようにしても良い。また、参照画像の変換方法についても、必ずしもここに記述した方法である必要はなく、画像取り込み装置の精度、分解能などに合わせて適当な方法を選択すればよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ある一つの画像取込装置（第１画像取込装置）により取り込んで得られた参照画像を他の画像取込装置（第２画像取込装置）に使用する場合には、記憶手段に記憶された第１画像取込装置および第２画像取込装置の画像検出特性（装置係数）の差異に基づいてこの参照画像を補正して第２画像取込装置に適合する参照画像を作り出し、このように補正された補正参照画像と第２画像取込装置により取り込まれた試料画像との差異を検出するようになっている。このため、複数の装置のうちのいずれかを用いて参照画像を取り込むだけで、他の装置についてもこの参照画像を用いて、各装置毎の照明むら、カメラの感度むら、撮影レンズの倍率、ディストーション等の差の影響を受けずに、正確な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の比較装置を備えたウエハの自動外観検査装置の構成を示す斜視図である。
【図２】画像取り込み誤差検出のために用いられる標準サンプルの例を示す斜視図である。
【図３】複数の検査装置とオンラインコンピュータから構成される自動外観検査装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  光源
２  照明光学系
３  ウエハ
４  試料ステージ
５  ＣＣＤカメラ
６  カメラコントロールユニット
７  装置制御コンピュータ
【図１】
0003865156.tif 000002
【図２】
0003865156.tif 000003
【図３】
0003865156.tif 000004