(57)【要約】【課題】メモリセル領域とその周囲の周辺回路領域とが混在して形成される基板の表面の外観検査を行う際に、これら双方の領域において最適な検査条件を達成する。【解決手段】基板２を回転させることにより基板２の表面内の第１方向Ｄ１とこれに直交する第２方向Ｄ２とを各々主走査方向に方向付けたそれぞれの状態において、撮像手段１４で基板２を走査することにより、基板２の表面上の指定領域９０ａの周囲の領域９１ａ、９３ａ、９３ｂにおいて、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２にそれぞれ沿って撮像手段１４で基板２を主走査できるようにする。【選択図】図３
2009192371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面の画像を検査する外観検査装置であって、
前記基板の表面の画像を取得する撮像部と、
前記基板と前記撮像部とを所定の主走査方向及び副走査方向に沿って相対的に移動させて前記撮像部で前記基板を走査する移動部と、
前記基板を回転させる回転部と、
前記回転部により前記基板の表面内の第１方向とこれに直交する第２方向とを各々前記主走査方向に方向付けることにより、前記表面上の指定領域の周囲の領域において、前記第１方向及び前記第２方向にそれぞれ沿って前記撮像部で前記基板を主走査させる制御部と、
を備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記回転部により回転される前記基板の向きに応じて、前記基板を照明する照明光の偏光方向を調整するための偏光方向調整部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記偏光方向調整部は、前記第１方向を前記主走査方向へ沿わせたときと第２方向を前記主走査方向へ沿わせたときとの間で、前記撮像部により得られる画像の明度の差が所定の範囲内となるように、前記偏光方向を調整することを特徴とする請求項２に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記指定領域上を通って主走査するときと前記指定領域上を通らないで主走査するときとの間で、前記撮像部により取得する画像の拡大倍率を変化させる倍率変更部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記指定領域として、半導体チップに形成されるメモリセル領域が指定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の外観検査装置。
【請求項６】
基板と所定の撮像手段とを所定の主走査方向及び副走査方向に相対的に移動させて前記撮像手段で前記基板を走査することにより得られる前記基板の表面の画像を検査する外観検査方法であって、
前記基板の表面内の第１方向を前記主走査方向へ方向付けて、前記表面上の指定領域の周囲の領域において前記撮像部で前記基板を走査し、
前記基板を回転させることにより第１方向に直交する前記基板の表面内の第２方向を前記主走査方向へ方向付けて、前記指定領域の周囲の領域において前記撮像部で前記基板を走査する、ことを特徴とする外観検査方法。
【請求項７】
回転される前記基板の向きに応じて、前記基板を照明する照明光の偏光方向を調整することを特徴とする請求項６に記載の外観検査方法。
【請求項８】
前記第１方向を前記主走査方向へ沿わせたときと第２方向を前記主走査方向へ沿わせたときとの間で、前記撮像手段により得られる画像の明度の差が所定の範囲内となるように、前記偏光方向を調整することを特徴とする請求項７に記載の外観検査方法。
【請求項９】
前記指定領域上を通って主走査するときと前記指定領域上を通らないで主走査するときとの間で、前記撮像手段により取得する画像の拡大倍率を変化させることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の外観検査方法。
【請求項１０】
前記指定領域として、半導体チップに形成されるメモリセル領域が指定されることを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項に記載の外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板表面を撮像部で走査することにより基板表面の画像を取得し、取得した画像を検査して基板の表面に存在する欠陥を検出する外観検査に関する。より詳しくは、半導体ウエハのようなメモリセル領域とその周囲の周辺回路領域とが混在して形成される基板の表面の外観検査を行う際に、メモリセル領域と周辺回路領域の双方において、最適な検査条件を実現する技術に関する。または周辺回路領域のみを高速に検査することができる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの半導体装置等の製造は多数の工数から成り立っており、最終及び途中の工程での欠陥の発生具合を検査して製造工程にフィードバックすることが歩留まり向上の上からも重要である。製造工程の途中で欠陥を検出するために、半導体ウエハなどの試料の表面に形成されたパターンを撮像し、これにより得られた画像を検査することにより試料表面に存在する欠陥を検出する外観検査が広く行われている。
【０００３】
図１は、従来の外観検査装置の概略構成図である。外観検査装置１は、２次元方向に自在に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台（チャックステージ）１２が設けられている。この試料台１２の上に検査対象となる試料である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と示す）２を載置して固定する。ステージ１１は、Ｘ方向及びＹ方向の２次元方向に移動し、また試料台１２をＺ方向に昇降させることでウエハ２を３次元方向に移動させることが可能である。
【０００４】
試料台１２の上方には、ウエハ２の表面の光学像を撮像するための撮像素子１４が設けられる。撮像素子１４には１次元又は２次元のＣＣＤセンサ、好適にはＴＤＩセンサなどのイメージセンサが使用される。対物レンズ１３によってウエハ２の表面の光学像が撮像素子１４の受光面に投影されると、撮像素子１４の受光面に結像する光学像を電気信号に変換する。
撮像素子１４として１次元のＴＤＩセンサが採用されることがある。ＴＤＩセンサが採用される場合には、ステージ１１を移動することにより撮像素子１４とウエハ２とが相対的に移動し、これによってウエハ２に対して撮像素子１４をＸ方向及び／又はＹ方向に走査されることによってウエハ２の表面の２次元画像が取得される。
撮像素子１４から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像記憶部２０に記憶される。
【０００５】
外観検査装置１は、ウエハ２を照明するための光源１５を有する。光源１５から生じる照明光は集光レンズ１６により集光された後に、偏光ビームスプリッタ１７によって対物レンズ１３の方向へ反射され、対物レンズ１３を通過してウエハ２の表面へ入射する。ビームスプリッタ１７は対物レンズ１３の光軸上に配置されており、対物レンズ１３から撮像素子１４へ投影されるウエハ２の表面の光学像の投影光を透過する。
【０００６】
ウエハ２上には、図２に示すように複数のダイ（チップ）３がＸ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。各ダイには同じパターンが形成されるので、これらのダイを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各ダイの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。
したがって２つのダイを撮像した画像間での本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差）を検出すると、両方のダイに欠陥がない場合に比べて一方のダイに欠陥がある場合にグレイレベル差が大きくなり、このような大きなグレイレベル差を検出することによりダイ上に存在する欠陥を検出できる。このように各ダイを１つの繰り返し単位と見なして、反復する基本パターン同士のパターン比較によって欠陥を検出する方法を「ダイトゥダイ比較」と呼ぶ。
【０００７】
各ダイ３の内部にも、そのメモリセル領域内に繰り返しパターンが形成される。参照符号１０２はダイ３ａ内の領域の一部の拡大図であり、この領域では複数のメモリセル領域４がＸ方向とＹ方向にそれぞれ繰返しマトリクス状に配列されている。１つのメモリセル領域内には、各メモリセル（以下、単に「セル」と示す）を基本パターンとして、複数のセルが規則的に繰り返し現れる繰り返しパターンが形成される。メモリセル領域４の周囲の領域５は「周辺回路領域」と呼ばれる。
【０００８】
各セルを構成するパターンは互いに等しいので、これらのセルを撮像した画像同士は本来同一となるはずであり、各セルの撮像画像の対応する部分同士の画素値は本来同様の値となる。したがって２つのセルを撮像した撮像画像間において本来同一となるべき対応箇所同士の画素値のグレイレベル差を検出すると、両方のセルに欠陥がない場合に比べて一方のセルに欠陥がある場合にグレイレベル差信号が大きくなり、このような大きなグレイレベル差を検出することによりセル上に存在する欠陥を検出できる。このように各セルを１つの繰り返し単位とみなして、反復する基本パターン同士のパターン比較によって欠陥を検出する方法を「セルトゥセル比較」と呼ぶ。
【０００９】
ダイトゥダイ比較及びセルトゥセル比較では、隣り合う２つの基本パターン同士を撮像した画像を比較するのが一般的である（シングルティテクション）。これではどちらの基本パターンに欠陥があるか分からない。したがって、更に異なる側に隣接する基本パターンとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が閾値より大きくなった場合にその基本パターンに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。
以下、簡単のためダイトゥダイ比較を行う場合について、外観検査装置１の各部の動作を説明する。セルトゥセル比較を行う場合であっても、比較するパターンの単位がダイからセルになるだけで他の動作は同じである。
【００１０】
図１に戻り、外観検査装置１は、画像記憶部２０に記憶されたウエハ２の画像において、対応する２つのダイの撮像画像の対応箇所同士のグレイレベル差を算出するための差分検出部２１を備える。
図２の示す走査経路１０１のように、図示のＸ方向及びＹ方向をそれぞれ主走査方向及び副走査方向として、ステージ１１がＸ方向へ移動することによって、１次元ＴＤＩセンサである撮像素子１４でウエハ２を走査する間に、撮像素子１４の出力信号を取り込むと、画像記憶部２０にウエハ２の２次元画像が蓄積される。差分検出部２１は、ステージ１１の位置情報に基づいて、隣接する２つのダイの対応箇所の部分画像を画像記憶部１５から取り出し、その一つを検査画像とし他方を参照画像とする。そして検査画像と参照画像との間の対応箇所の画素同士のグレイレベル差信号を算出して欠陥検出部２２に出力する。
【００１１】
欠陥検出部２２は、差分検出部２１から入力したグレイレベル差と所定の欠陥検出閾値とを比較して、検査画像に含まれる欠陥を検出する。すなわち欠陥検出部２２は、グレイレベル差信号が欠陥検出閾値を超える場合には、このようなグレイレベル差信号を算出した画素の位置に、検査画像が欠陥を含んでいると判断する。
そして欠陥検出部２２は、検出した欠陥の位置、大きさ、検査画像と参照画像との間のグレイレベル差、これらの画像のグレイレベル値等の情報を含む欠陥情報を検出した欠陥毎に作成して出力する。
【００１２】
【特許文献１】特開２０００−１６４６５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図２に示したメモリセル領域４は配線密度が極めて密である一方で、周辺回路領域５では配線密度が比較的粗である。またメモリセル領域４と周辺回路領域５との間ではパターンにより生じる偏光、膜質に起因する屈折率や吸収率が異なる。したがって、メモリセル領域４の検査及び周辺回路領域５の検査の両方の検査に最適な画像を同時に取得することは難しく、これらの領域の双方においてそれぞれ最高の欠陥検出感度を両立することは難しい。
またメモリセル領域内の欠陥は修復可能であるので、半導体デバイスメーカによってはメモリセル領域４の検査を省略し、周辺回路領域５のみで検査を行うこともある。
【００１４】
このような問題点に鑑み、本発明は、メモリセル領域とその周囲の周辺回路領域とが混在して形成される基板の表面の外観検査を行う際に、メモリセル領域と周辺回路領域の双方の検査を行う場合には、これら双方の領域において最適な検査条件を達成することを目的の一つとする。
または、本発明は、メモリセル領域とその周囲の周辺回路領域とが混在して形成される基板の表面の外観検査を行う際に、周辺回路領域のみの検査を行う場合には周辺回路領域を高速に検査することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本装置及び本方法では、基板を回転させることにより基板の表面内の第１方向とこれに直交する第２方向とを各々主走査方向に方向付けたそれぞれの状態において、撮像手段で基板を走査することにより、基板表面上の指定領域の周囲の領域において、第１方向及び第２方向にそれぞれ沿って撮像手段で基板を主走査できるようにする。
【００１６】
図３の（Ａ）及び図３の（Ｂ）は本装置及び本方法の原理説明図である。図３の（Ａ）及び（Ｂ）の領域９０ａは、検査対象である基板の表面上にて指定された指定領域であり、方向線Ｄ１は基板の表面内において定められる第１方向であり、方向線Ｄ２は基板の表面内において第１方向に直交するように定められた第２方向である。
また図示の主走査方向及び副走査方向は、それぞれ、基板と撮像手段と相対的に移動させて撮像手段で基板を走査する際の主走査方向及び副走査方向である。
いま、指定領域９０ａと、その周囲にある周辺領域９１ａ、９３ａ及び９３ｂの画像を撮像することを考える。
【００１７】
周辺領域９１ａは、指定領域９０ａの周辺の領域のうち、第１方向Ｄ１に沿って周辺領域９１ａから移動しても指定領域９０ａに至らない領域であり、かつ第２方向Ｄ２に沿って周辺領域９１ａから移動することにより指定領域９０ａに至ることができる領域である。周辺領域９１ａは、指定領域９０ａから見て第２方向Ｄ２に沿った方位に存在する。
周辺領域９３ａ及び９３ｂは、指定領域９０ａの周辺の領域のうち、第２方向Ｄ２に沿ってこれらの周辺領域から移動しても指定領域９０ａに至らない領域であり、かつ第１方向Ｄ１に沿ってこれらの周辺領域から移動することにより指定領域９０ａに至ることができる領域である。周辺領域９３ａ及び９３ｂは、指定領域９０ａから見て第１方向Ｄ１に沿った方位に存在する。
【００１８】
図３の（Ａ）に示すように、第１方向Ｄ１を主走査方向に沿わせて周辺領域９１ａの画像を撮像する場合には、例えば経路９２のように主走査方向に沿って撮像手段で基板上を走査しても、指定領域９０ａを撮像することはない。
したがって、指定領域が領域９０ａ、９０ｂのように第１方向Ｄ１に沿って反復して存在すれば、たとえ周辺領域と指定領域９０ａとを撮像する際の最適な撮影条件が異なっていても、これら領域９０ａ、９０ｂから見てそれぞれ第２方向Ｄ２に沿った方位に存在する周辺領域９１ａ及び９１ｂを１回の主走査で連続して走査する際に、周辺領域に適した撮影条件にしたまま変更せずに最適な撮影条件のまま画像を得ることができる。
【００１９】
しかしながら、図３の（Ａ）に示すように、主走査方向に沿う経路９４に沿って、周辺領域９３ａ及び９３ｂを１度の主走査で連続して走査しようとすると、途中で指定領域９０ａも走査される。したがって指定領域９０ａと周辺領域とを撮像する際の最適な撮影条件が異なっていると、１回の主走査の間に撮影条件を変更しなければ、指定領域９０ａ及び周辺領域９３ａ、９３ｂのいずれかにおいて最適な撮影条件で撮像を行うことができない。
【００２０】
そこで本装置及び本方法では、図３の（Ｂ）に示すように、基板を回転させて第２方向Ｄ２を主走査方向に沿わせることにより、指定領域９０ａから見て第１方向Ｄ１に沿った方位に存在する周辺領域９３ａが、指定領域９０ａから見て副走査方向に存在するように基板を方向付ける。
このように基板の向きを変えることによって、指定領域が領域９０ａ、９０ｃのように第２方向Ｄ２に沿って反復して存在する場合に、これら領域９０ａ、９０ｃから見てそれぞれ第１方向Ｄ１に沿った方位に存在する周辺領域９３ａ及び９３ｄを撮像する際に、周辺領域に適した撮影条件にしたまま変更せずに最適な撮影条件のまま画像を得ることができる。
【００２１】
また、指定領域を除いた周辺領域の検査だけを行う場合には、図３の（Ａ）に示すように第１方向Ｄ１を主走査方向に向けた状態と、図３の（Ｂ）に示すように第２方向Ｄ２を主走査方向に向けた状態のそれぞれにおいて、指定領域が走査されない領域９５及び９６のみにおいて主走査すれば、指定領域内を走査することなくその周辺領域のみを漏らさず走査することができるため、検査の高速化が図られることになる。
【００２２】
本装置及び本方法では、基板を回転させるときに基板の向きに応じて、基板を照明する照明光の偏光方向を調整してもよい。このとき第１方向を主走査方向へ沿わせたときと第２方向を主走査方向へ沿わせたときとの間で、撮像手段により得られる画像の明度の差が所定の範囲内となるように偏光方向を調整してもよい。
本装置及び本方法では、指定領域上を通って主走査するときと指定領域上を通らないで主走査するときとの間で、撮像手段により取得する画像の拡大倍率を変化させる。
【発明の効果】
【００２３】
メモリセル領域と周辺回路領域の双方の検査を行う場合には、これら領域のそれぞれにおいて検査の最適な画像を取得することが可能となる。
周辺回路領域のみの検査を行う場合には、周辺回路領域の検査を高速に実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付する図面を参照して本発明の実施例を説明する。図４は、本発明の実施例による外観検査装置の概略構成図である。図４に示す外観検査装置１は、図１を参照して説明した外観検査装置に類似する構成を有しており、同一の構成要素に対して同一の参照符号を付する。また、図４に示す各構成要素は、図１において同じ参照符号を付して示された各構成要素と同じ機能を少なくとも有しており、既に説明した機能については記載の重複を避けるために詳しい説明を省略する。
【００２５】
外観検査装置１は、Ｘ−Ｙ方向に自在に移動可能なステージ１１が設けられており、ステージ１１の上面には試料台１２が設けられており、ステージ１１はＺ軸を回転軸とするθ方向へ試料台１２を回転させることができる。この試料台１２の上にはウエハ２を載置して固定する。
試料台１２の上方には、拡大倍率が異なる複数の対物レンズ１３ａ及び１３ａと、これら対物レンズ１３ａ及び１３ａのうちからウエハ２の観察に使用する一方を選択するためのリボルバ１３ｃと、１次元のＴＤＩセンサである撮像素子１４が設けられる。以下の説明において、複数の対物レンズ１３ａ及び１３ａのうちウエハ２の観察に供するためにリボルバ１３ｃによって選択された対物レンズを、単に「対物レンズ１３」と記載することがある。
【００２６】
撮像素子１４は、対物レンズ１３により投影され撮像素子１４の受光面に結像するウエハ２の表面の光学像を電気信号に変換する。１次元のＴＤＩセンサである撮像素子１４は、Ｘ及びＹ方向に複数の受光素子が配列された２次元ＣＣＤセンサにより構成され、撮像素子１４でウエハ２を走査する際に、受光面上のウエハ２の光学像が走査する速度に同期して、像の走査方向に配列されたＣＣＤ素子の電荷を転送しながら蓄積させる。
本構成例では、ＴＤＩセンサの走査方向がＸ方向となるように撮像素子１４が固定されており、ステージ１１がＸ方向に移動することによりＴＤＩセンサによるウエハ２の走査が行われる。このため本構成例では、ステージ１１をＸ方向に移動することによって主走査が行われ、ステージ１１をＹ方向に移動することによって副走査が行われる。
また、ＴＤＩセンサを１回主走査することにより得られる、ＴＤＩセンサのラインセンサ幅×主走査長の大きさの領域はスワス（swath）と呼ばれる。
【００２７】
撮像素子１４から出力される画像信号は、多値のディジタル信号（グレイレベル信号）に変換された後に画像記憶部２０に記憶される。
外観検査装置１は、ウエハ２を照明するための光源１５を有する。光源１５から生じる照明光は集光レンズ１６により集光された後に、偏光ビームスプリッタ１７により対物レンズ１３の方向へ反射され、対物レンズ１３を通過してウエハ２の表面へ入射する。偏光ビームスプリッタ１７は、対物レンズ１３の光軸上に配置されており、対物レンズ１３から撮像素子１４へ投影されるウエハ２の表面の光学像の投影光を透過する。
対物レンズ１３の光軸上には、偏光ビームスプリッタ１７で反射して直線偏光された照明光が通過するλ／２波長板１８と、λ／２波長板１８を通過した照明光を円偏光にするλ／４波長板１９が設けられている。
【００２８】
以下簡単のため外観検査装置１の各部を、ダイトゥダイ比較を行う場合の機能を示しながら説明する。しかし外観検査装置１の各部は、セルトゥセル比較を行うために使用されてもよい。この場合には比較するパターンの単位がダイからセルになるだけで他の動作は同じである。
外観検査装置１は、画像記憶部２０に記憶されたウエハ２の画像において、２つのダイの撮像画像の対応箇所同士のグレイレベル差を算出する差分検出部２１と、差分検出部２１から入力したグレイレベル差と所定の欠陥検出閾値とを比較して、グレイレベル差信号が欠陥検出閾値を超える画素の位置を欠陥として検出する欠陥検出部２２と、後述する欠陥選別部２３を備える。
【００２９】
図示する通り外観検査装置１は、制御部３０と、表示部４１と、入力部４２と、記憶部５０を備える。
制御部３０は、コンピュータなどの計算手段によって実現してよく、外観検査装置１全体の動作を管理し所定の検査シーケンスを実行するための諸動作を外観検査装置１の各部に指令する。
表示部４１は、制御部３０の動作の際にオペレータに必要な情報を出力するユーザインタフェースを少なくとも含み、ＣＲＴ等のディスプレイ装置やプリンタ等により実現してよい。
【００３０】
入力部４１は、制御部３０の動作に必要な情報をオペレータに入力する際に使用されるユーザインタフェースを少なくとも含み、キーボート、マウス、ディジタイザ、ペン入力インタフェース等により実現してよい。
記憶部５０には、制御部３０により実行され外観検査装置１に以下に説明する検査処理を行わせる制御用プログラム５１や、制御用プログラム５１の動作に必要な領域種別指定データ５２及び検査レシピデータ５３が記憶される。領域種別指定データ５２及び検査レシピデータ５３については後述する。
【００３１】
外観検査装置１は、ステージ駆動部４３、ステージ位置検出部４４、リボルバ回転部４５及び光学素子回転部４６を備える。
ステージ駆動部４３は、制御部３０から出力される駆動信号に従って、ステージ１１をＸ−Ｙ平面内で移動させ、また試料台１２をθ方向に回転させる。ステージ位置検出部４４は、ステージ１１をＸ−Ｙ平面内位置及び試料台１２のθ方向回転角度を検出し、これら位置情報及び回転角度情報を制御部３０へ出力する。
リボルバ回転部４５は、リボルバ１３ｃを回転させ、対物レンズ１３ａ及び１３ｂのうち、制御部３０から出力される倍率指示信号によって指示される拡大倍率を有する一方の対物レンズを、ウエハ２の観察に供する対物レンズ１３として選択する。
光学素子回転部４６は、制御部３０からの指示に従ってλ／２波長板１８とλ／４波長板１９を同時に回転させることにより、ウエハ２へ入射する照明光の偏光面の向きを変化させる。
【００３２】
図５は、制御部３０が制御用プログラム５１を実行することにより実現される機能の機能ブロック図である。図示するとおり、制御用プログラム５１により実現される制御部３０の機能ブロックは、走査動作制御部３１と、駆動信号生成部３２と、セル領域設定部３３と、周辺回路領域決定部３４と、レシピ指定部３５と、アライメント部３６と、画像明度調整部３７と、を備える。
走査動作制御部３１は、ステージ１１の動作を制御することにより、外観検査装置１による検査の間に行われる撮像素子１４によるウエハ２の走査動作を制御する。駆動信号生成部３２は、走査動作制御部３１により決定されるステージ１１のＸＹ方向位置及び試料台１２の回転角度に従って、ステージ１１を駆動する駆動信号を生成してステージ１１へ出力する。
セル領域設定部３３は、画像記憶部２０に記憶されたウエハ２の画像を表示部４１へ表示して、表示部４１に表示されたウエハ２の画像内においてメモリセル領域を設定させるユーザインタフェースを生成し、ユーザが入力部４２を用いて指定するメモリセル領域の指定結果を受信する。
周辺回路領域決定部３４は、セル領域設定部３３により設定されたメモリセル領域の位置情報に基づいて、ウエハ２の画像内の周辺回路領域を決定する。決定された周辺回路領域の位置情報は記憶部５０内に領域種別指定データ５２として記憶される。
【００３３】
走査動作制御部３１が、ステージ位置検出部４４から入力する現在のステージ位置情報と領域種別指定データ５２とに基づいて、撮像素子１４により走査されるスワスがメモリセル領域を含むか否かを判定すると、レシピ指定部３５はその判定結果に従って、メモリセル領域を含むスワスとそうでないスワスについてそれぞれ指定された検査レシピを記憶部５０内の検査レシピデータ５３から読み出して、差分検出部２１及び欠陥検出部２２へ出力する。
【００３４】
アライメント部３６は、ウエハ２上に形成された所定のアライメントマークを撮像した画像の位置と方向に基づいて、ウエハ２のＸＹ平面内の位置とθ方向の回転角度のアライメントを行う。
画像明度調整部３７は、光学素子回転部４６によってλ／２波長板１８及びλ／４波長板１９を回転させることにより、撮像素子１４の受光面に結像するウエハ２の光学像の状態を変化させ、撮像素子１４により取得されるウエハ２の画像信号の明度を調整する。
【００３５】
図６は、図５に示す走査動作制御部３１の構成例を示すブロック図である。図示するとおり走査動作制御部３１は、走査方向決定部６０と、領域判定部６１と、走査速度指定部６２と、走査線間隔指定部６３と、倍率変更部６４を備える。
走査方向決定部６０は、記憶部５０内に記憶された制御用プログラム５１により指定される検査シーケンスに従って、ウエハ２の表面内のいずれの方向を撮像素子１４による主走査方向とすべきか、すなわちウエハ２の表面内のいずれの方向をＸ方向に向けるべきかを決定する。走査方向決定部６０は決定した結果を示す走査方向指示信号を、領域判定部６１及び画像明度調整部３７、及び駆動信号生成部３２へ出力する。走査方向指示信号は、ウエハ２の表面内のいずれの方向が撮像素子１４による主走査方向に向いているかを示す。
【００３６】
領域判定部６１は、走査方向決定部６０が決定した走査方向を示す走査方向指示信号と、ステージ位置検出部４４から入力する現在のステージ位置情報と、領域種別指定データ５２とに基づいて、撮像素子１４で走査されるスワスが、メモリセル領域を含む領域であるかメモリセル領域を含まない領域であるかを判定する。領域判定部６１は、その判定結果である領域種別指示信号を、走査速度指定部６２、走査線間隔指定部６３、倍率変更部６４及びレシピ指定部３５へ出力する。領域種別指示信号は、撮像素子１４により走査されるスワスが、メモリセル領域を含む領域であるかメモリセル領域を含まない領域であるかの種別を示す。
【００３７】
走査速度指定部６２は、領域種別指示信号に従って、撮像素子１４により走査されるスワスが、メモリセル領域を含む領域であるかメモリセル領域を含まない領域であるかに応じて、撮像素子１４でウエハ２を主走査する間の走査速度を選択する。そして選択した走査速度を駆動信号生成部３２に指示する。駆動信号生成部３２は、指示された走査速度でステージ１１が移動するようにステージ１１を駆動する駆動信号を生成する。
【００３８】
走査線間隔指定部６３は、領域種別指示信号に従って、現在、撮像素子１４により走査されるスワスが、メモリセル領域を含む領域であるかメモリセル領域を含まない領域であるかに応じて、撮像素子１４でウエハ２を走査する際の１回の副走査の長さ、すなわち連続する２回の主走査間のピッチを選択する。そして選択した副走査長を駆動信号生成部３２に指示する。駆動信号生成部３２は、１回の副走査の距離が指示された副走査長となるようにステージ１１を駆動する駆動信号を生成する。
倍率変更部６４は、領域種別指示信号に従って、現在、撮像素子１４により走査されるスワスが、メモリセル領域を含む領域であるかメモリセル領域を含まない領域であるかに応じて、対物レンズの拡大倍率を選択する。そして選択した拡大倍率を指示する倍率指示信号をリボルバ回転部４５へ出力する。
【００３９】
図７は、本発明の実施例による外観検査方法のフローチャートである。ステップＳ１〜ステップＳ４では、検査対象となるウエハについて検査レシピを作成する。
ステップＳ１において、検査対象のウエハと同じパターンが形成されたウエハを試料台１２上に載置する。アライメント部３６は、ウエハ２上に形成された所定のアライメントマークを撮像した画像の位置と方向に基づいて、ウエハ２のＸＹ平面内の位置とθ方向の回転角度のアライメントを行う。
【００４０】
図２に示すウエハと同様に、検査対象のウエハ２には行列状にメモリセル領域が形成されている。図８はウエハ２上に形成されたメモリセル領域を示す図である。図示する通り、ウエハ２の上には、ウエハ２の表面内において第１方向Ｄ１と、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２に沿って、複数のメモリセル領域４が形成されており、各メモリセル領域４の間には周辺回路領域５が形成されている。ステップＳ１によるアライメントを行うことによって、ウエハ２の表面上の第１方向Ｄ１がステージ１１のＸ方向に一致される。
【００４１】
ステップＳ２において、セル領域設定部３３は、ウエハ２を撮像素子１４で撮像した画像を表示部４１へ表示して、ユーザにメモリセル領域４を設定させるユーザインタフェースを生成する。そしてユーザが入力部４２を用いてメモリセル領域４を指定すると、この指定結果を受信する。セル領域設定部３３は、複数のメモリセル領域４についてユーザがそれぞれ指定した指定情報を受信してもよい。またメモリセル領域４は既知の繰り返しピッチで反復して形成されるので、１つのメモリセル領域４だけをユーザに指定させて、その他のメモリセル領域４は既知の反復ピッチに従って、自動的に決定してもよい。
【００４２】
ステップＳ３において、周辺回路領域決定部３４は、セル領域設定部３３により設定されたメモリセル領域４の位置情報に基づいて、ウエハ２の画像内の周辺回路領域５を決定する。そして、ウエハ２の画像を、第１方向Ｄ１に沿う主走査線に沿ってスワスを取得したときに、スワスにメモリセル領域が含まれる領域Ｒ１と、メモリセル領域が含まれない領域Ｒ２に区分けする。区分けの例を図８に示す。
また周辺回路領域決定部３４は、ウエハ２の画像を、第２方向Ｄ２に沿う主走査線に沿ってスワスを取得したときに、スワスにメモリセル領域が含まれる領域Ｒ３と、メモリセル領域が含まれない領域Ｒ４に区分けする。区分けの例を図９に示す。
周辺回路領域決定部３４は、各種別の領域Ｒ１〜Ｒ４がウエハ２の画像上の何処に存在しているかを示す領域種別指定データ５２を記憶部５０に記憶する。
【００４３】
ステップＳ４において、各種別の領域Ｒ１〜Ｒ４毎に、それぞれの領域を差分検出部２１及び欠陥検出部２２で検査する際に用いる検査レシピを設定する。検査レシピには例えば、欠陥検出部２２にて使用する欠陥検出閾値や光源１６の強度などが存在する。
また、後述するとおり各種別の領域Ｒ１〜Ｒ４のいずれを走査するかによって対物レンズ１３の倍率を変更するので、差分検出部２１により比較される２つのパターン間の画素間隔を検査レシピで指定してもよい。設定された検査レシピは検査レシピデータ５３として記憶部５０に記憶される。
なお、後述するとおり種別Ｒ３の領域について検査を行わない場合には、種別Ｒ３の領域についての検査レシピを省略してもよい。
【００４４】
ステップＳ５において、検査対象のウエハを試料台１２上に載置する。ステップＳ６において、アライメント部３６は、ウエハ２上に形成された所定のアライメントマークを撮像した画像の位置と方向に基づいて、ウエハ２のＸＹ平面内の位置とθ方向の回転角度のアライメントを行う。このアライメントによってウエハ２の表面上の第１方向Ｄ１がステージ１１のＸ方向に一致される。
ステップＳ７において、第１方向Ｄ１を主走査方向に沿わせた状態で、撮像素子１４でウエハ２の走査を行う第１の走査を行う。
図１０は、図７に示す第１の走査ルーチンＳ７内の処理を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ２０では、走査動作制御部１１は、撮像素子１４がウエハ２上の走査の開始位置に位置するようにステージ１１を移動させる。ステップＳ２１では、領域判定部６１は、現在の撮像素子１４により走査されるスワスが各種別の領域Ｒ１〜Ｒ４であるかを判定する。第１の走査ルーチンＳ７の間は走査方向決定部６０は、ウエハ２の表面内の第１方向Ｄ１がＸ方向に向いていることを示す走査方向指示信号を出力している。したがって、領域判定部６１は、ステージ位置検出部４４で検出されるステージ位置のＹ座標に従って、現在のスワスがＲ１及びＲ２のいずれの種別の領域であるかを判定する。
【００４６】
ステップＳ２２では、走査速度指定部６２、走査線間隔指定部６３及び倍率変更部６４は、領域種別指示信号に従って、撮像素子１４によりウエハ２を走査する際の主走査の走査速度、副走査の走査長及び対物レンズ１３の拡大倍率を決定する。
倍率変更部６４は、例えば、メモリセル領域４を含む種別Ｒ１の領域では、対物レンズ１３の拡大倍率を比較的低いＭ１にして検査速度を向上させ、メモリセル領域４を含まない種別Ｒ２の領域では、拡大倍率を比較的大きいＭ２にして検査感度を向上させてもよい。リボルバ回転部４５は、決定された拡大倍率と同じ倍率を有する対物レンズ１３を撮影に使用する。
【００４７】
このように種別Ｒ１及びＲ２の領域間で対物レンズ１３の倍率を変えると、対物レンズ１３の視野の広さも変化する。したがって走査線間隔指定部６３は、図１１に示すようにメモリセル領域４を含む種別Ｒ１の領域では、主走査の走査経路１１１間の幅すなわち副走査長を比較的広いＰ１とし、メモリセル領域４を含まない種別Ｒ２の領域では主走査の走査経路１１２間の幅を比較的狭いＰ２とする。
また、走査速度指定部６２は、種別Ｒ１の領域では主走査の速度を比較的速いＶ１とし、種別Ｒ２の領域では主走査の速度を比較的遅いＶ２とする。
【００４８】
ステップＳ２３では、駆動信号生成部３２は、走査速度指定部６２により現在指定されている走査速度でステージ１１をＸ方向に移動する駆動信号を生成することによって、第１方向Ｄ１に沿った１回の主走査を行う。
このとき差分検出部２１及び欠陥検出部２２は、主走査によって得られた画像の上で欠陥検出を行う。欠陥検出部２２にて使用する欠陥検出閾値や、差分検出部２１により比較される２つのパターン間の繰り返し周期などを含む検査レシピデータは、レシピ指定部３５によって記憶部５０から読み出されて、差分検出部２１と欠陥検出部２２へ供給される。
レシピ指定部３５は、領域判定部６１から領域種別指示信号を入力し、主走査が行われているスワスが種別Ｒ１及びＲ２の領域のいずれのであるかに応じて、種別Ｒ１及びＲ２の領域のそれぞれの領域ついて指定された検査レシピを記憶部５０から読み出す。
【００４９】
ステップＳ２４では、主走査が終了する毎に、ウエハ２について行うべき主走査が全て行われたか否かを判定する。主走査が全て行われた場合には処理を終了する。ウエハ２上にまだ主走査を行うべき領域が残っている場合には、処理はステップＳ２５に移行する。
【００５０】
ステップＳ２５では、領域判定部６１は、ステージ位置検出部４４で検出されるステージ位置のＹ座標に従って、次回の主走査で走査すべきスワスがＲ１及びＲ２のいずれの種別の領域であるかを判定し、判定した領域種別を示す領域種別指示信号を出力する。
走査速度指定部６２、走査線間隔指定部６３及び倍率変更部６４は、ステップＳ２５にて領域種別指示信号に従って、次の主走査の走査速度、次の主走査を行うＹ方向位置へ移動するための副走査の走査長、及び次の主走査において使用する対物レンズ１３の拡大倍率を決定する（ステップＳ２６、Ｓ２７）。
ステップＳ２８では、ステップＳ２７にて決定された副走査の走査長だけステージ１１をＹ方向に移動させることにより、次の主走査を行う位置へ撮像素子１４を移動させる。倍率変更部６４により決定された拡大倍率に変化があったときは、リボルバ回転部４５は、リボルバ１３ｃを回転させて決定された拡大倍率と同じ倍率を有する対物レンズ１３を撮影に使用する。
その後、処理はステップＳ２３へ移行し、以後ステップＳ２３〜Ｓ２８を繰り返す。
【００５１】
図７に戻り、第１の主走査ルーチンＳ７が終了すると、ステップＳ８において、図６に示した走査方向決定部６０が、記憶部５０内に記憶された制御用プログラム５１により指定される検査シーケンスに従って、ステージ１１のＸ方向へウエハ２の表面内の第２方向Ｄ２を向けることを指示する走査方向指示信号を出力する。この走査方向指示信号に従って駆動信号生成部３２が、回転台１２を９０度回転させる駆動信号を生成しウエハ２の向きを９０度回転させる。図１２にウエハ２を回転させた後のメモリセル領域４の方向を示す。図示するとおりウエハ２の表面上の第２方向Ｄ２がステージ１１のＸ方向（主走査方向）に一致される。
【００５２】
ステップＳ９では、ステップＳ８によるウエハ２の回転に伴ってウエハ２上のパターンの方向と照明光の偏光方向との相対的な方向関係が変わり、撮像画像へ変化が生じることを回避もしくは低減するために、画像明度調整部３７は、光学素子回転部４６によりλ／２波長板１８とλ／４波長板１９を予め定められた角度だけ回転させて、ウエハ２へ入射する照明光の偏光方向を粗調整する。
ステップＳ１０では、画像明度調整部３７は、撮像素子１４により撮像される画像の所定の領域における平均明度を検出し、検出される明度がステップＳ８による回転前の明度と等しくなるように、λ／２波長板１８とλ／４波長板１９の角度を微調整する。
【００５３】
ステップＳ１１において、第２方向Ｄ２を主走査方向に沿わせた状態で、撮像素子１４でウエハ２の走査を行う第２の走査を行う。図１３は、図７に示す第２の走査ルーチンＳ１１内の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ３０では、走査動作制御部１１は、撮像素子１４がウエハ２上の走査の開始位置に位置するようにステージ１１を移動させる。このとき走査動作制御部１１は、図９を参照して説明した領域Ｒ４から、すなわち第２方向Ｄ２に沿う主走査線に沿ってスワスを取得したときにメモリセル領域が含まれない領域から、主走査を開始するように、ステージ１１を移動させる。
【００５４】
ステップＳ３１では、走査速度指定部６２、走査線間隔指定部６３及び倍率変更部６４は、領域種別指示信号に従って、撮像素子１４によりウエハ２を走査する際の主走査の走査速度、副走査の走査長及び対物レンズ１３の拡大倍率を決定する。
第２の走査ルーチンＳ１１の間は走査方向決定部６０は、ウエハ２の表面内の第２方向Ｄ２がＸ方向に向いていることを示す走査方向指示信号を出力している。領域判定部６１は、ステージ位置検出部４４で検出されるステージ位置のＹ座標に従って、現在のスワスが３及びＲ４のいずれの種別の領域であるかを判定している。またステップＳ３０によって現在のスワスが領域Ｒ４になるようにステージ１１が位置付けられている。
走査速度指定部６２、走査線間隔指定部６３及び倍率変更部６４は、図１１を参照して説明した領域Ｒ２の走査と同様に、領域Ｒ４を走査するべく、それぞれ走査速度をＶ２、走査線経路間隔をＰ２及び対物レンズ倍率をＭ２に指定する。リボルバ回転部４５は、拡大倍率と同じ倍率を有する対物レンズ１３を撮影に使用する。
【００５５】
ステップＳ３２において、駆動信号生成部３２は、走査速度指定部６２により現在指定されている走査速度Ｖ２でステージ１１をＸ方向に移動する駆動信号を生成することによって、第２方向Ｄ２に沿った１回の主走査を行う。このとき差分検出部２１及び欠陥検出部２２は、主走査によって得られた画像の上で欠陥検出を行う。レシピ指定部３５は領域Ｒ４における検査に使用する検査レシピデータを記憶部５０から読み出して、差分検出部２１と欠陥検出部２２へ供給する。
【００５６】
ステップＳ３３において、主走査が終了する毎に、ウエハ２について行うべき主走査が全て行われたか否かを判定する。主走査が全て行われた場合には処理を終了する。ウエハ２上にまだ主走査を行うべき領域が残っている場合には、処理はステップＳ３４に移行する。
【００５７】
ステップＳ３５では、領域判定部６１は、ステージ位置検出部４４で検出されるステージ位置のＹ座標に従って、現在のスワスの位置から副走査長Ｐ２だけずらした次のスワスの位置が領域種別Ｒ３の領域内であるか、領域種別Ｒ４の領域内であるかを判定する。次のスワスの位置が領域種別Ｒ３の領域内であるときには、ステップＳ３６において副走査長を所定のスキップ幅Ｐ３に設定する。一方で、次のスワスの位置が領域種別Ｒ４の領域内であるときには副走査長をＰ２に設定する。スキップ幅Ｐ３は、領域種別Ｒ３を主走査しないように、Ｄ２方向におけるメモリセル領域５の既知の高さに応じて、定められている。
【００５８】
ステップＳ３８において、ステップＳ３５〜Ｓ３７にて決定された副走査の走査長だけステージ１１をＹ方向に移動させることにより、次の主走査を行う位置へ撮像素子１４を移動させる。このようにステージ１１を移動させることにより、図１２に示すように、第２方向Ｄ２に沿う主走査線に沿ってスワスを取得したときにスワスにメモリセル領域が含まれる領域Ｒ３では主走査が行われず、メモリセル領域が含まれない領域Ｒ４のみで主走査が行われる。その後、処理はステップＳ３２へ移行し、以後ステップＳ３２〜Ｓ３８を繰り返す。
【００５９】
図７に戻り、第２の主走査ルーチンＳ１１が終了すると、ステップＳ１２において欠陥選別部２３は、ステップＳ７及びＳ１１において欠陥検出部２２が検出した欠陥のうち、これらのステップによって重複して外観検査が行われた領域（図１４の領域Ｒ５部分）において、重複して検出された欠陥に関する欠陥情報のうち一方を除去して、残りの欠陥に係る欠陥情報を出力する。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、基板表面を撮像部で走査することにより基板表面の画像を取得し、取得した画像を検査して基板の表面に存在する欠陥を検出する外観検査に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来の外観検査装置の概略構成図である。
【図２】ウエハ上に配置される複数のダイとダイ内に配置されるセル領域を示す図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は本装置及び本方法の原理説明図である。
【図４】本発明の実施例による外観検査装置の概略構成図である。
【図５】図４に示す制御部３０が制御用プログラム５１を実行することにより実現される機能の機能ブロック図である。
【図６】図５に示す走査動作制御部３１の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施例による外観検査方法のフローチャートである。
【図８】ウエハ２上に形成されたメモリセル領域４を示す図（その１）である。
【図９】ウエハ２上に形成されたメモリセル領域４を示す図（その２）である。
【図１０】図７に示すルーチンＳ７内の処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１０に示す処理により走査されるメモリセル領域を示す図である。
【図１２】図１１に示すメモリセル領域を９０度回転させた状態を示す図である。
【図１３】図７に示すルーチンＳ１１内の処理を示すフローチャートである。
【図１４】第１及び第２の走査を行う領域間の重複部分を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    外観検査装置
２    半導体ウエハ
３    ダイ
４    メモリセル領域
５    周辺回路領域
１３ａ、１３ｂ    対物レンズ
１３ｃ    リボルバ
１５    光源
１６    レンズ
１７    偏向ビームスプリッタ
１８    λ／２波長板
１９    λ／４波長板
【図１】
2009192371.tif 000003
【図２】
2009192371.tif 000004
【図３】
2009192371.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009192371.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009192371.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009192371.tif 000014
【図１３】
2009192371.tif 000015
【図１４】
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