(57)【要約】【課題】繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、この繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査において、一部のパターンが欠けた不完全な単位パターンにおいても欠陥検出を可能にする。【解決手段】試料１００の繰り返しパターンに対応して試料の撮像画像に繰り返し現れる単位パターンＤ１〜Ｄ４のそれぞれの対応する部分同士を比較することにより欠陥を検出する欠陥検査欠陥検出装置５０において、各単位パターンの領域Ｄ１〜Ｄ４を複数のフレームに分割したフレーム（１〜３２）の単位で欠陥検出処理を行う対象領域を指定する。【選択図】図２
2009097958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、該繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、前記試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
前記単位パターン１つの領域を複数のフレームに分割した前記フレームの単位で、前記検査画像において欠陥の検出処理を行う対象領域が指定されることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記単位パターン１つの領域内の各部の範囲をそれぞれ示す前記複数のフレームのうちのフレーム毎に、そのフレームについて前記欠陥の検出処理を行う前記単位パターンが指定されることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記複数のフレームのうちのフレーム毎に、そのフレームについて前記欠陥の検出処理が行われる前記単位パターンを指定するパターン指定情報を記憶する記憶部と、
前記検査画像を前記フレーム毎に分けた画像である各フレーム画像が、前記複数のフレームのうちのいずれのフレームの範囲の画像であるかを識別するフレーム識別部と、
前記フレーム画像が、前記検査画像内のいずれの単位パターンに含まれるかを識別する単位パターン識別部と、
前記フレーム画像について識別されたフレームと単位パターンが、前記パターン指定情報において前記欠陥の検出処理の対象であると指定されているとき、前記フレーム画像において前記欠陥の検出処理を行う欠陥検出部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記試料は半導体ウエハであり、前記単位パターンは前記半導体ウエハの表面に繰り返し形成されたダイの１つを撮像して生じるパターンであり、
前記半導体ウエハの周辺に形成された欠けたダイを撮像してできた欠けた単位パターンに含まれるフレームを欠陥の検出処理を行う対象領域として指定す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欠陥検出装置。
【請求項５】
繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、該繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、前記試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出方法であって、
前記単位パターン１つの領域を複数のフレームに分割し、
前記検査画像において欠陥の検出処理を行う対象領域を前記フレームの単位で指定する、
ことを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項６】
前記単位パターン１つの領域内の各部の範囲をそれぞれ示す前記複数のフレームのうちのフレーム毎に、そのフレームについて前記欠陥の検出処理を行う前記単位パターンを指定することを特徴とする請求項５に記載の欠陥検出方法。
【請求項７】
前記複数のフレームのうちのフレーム毎に、そのフレームについて前記欠陥の検出処理が行われる前記単位パターンを指定するパターン指定情報を作成し、
前記検査画像を前記フレーム毎に分けた画像である各フレーム画像が、前記複数のフレームのうちのいずれのフレームの範囲の画像であるかを識別し、
前記フレーム画像が、前記検査画像内のいずれの単位パターンに含まれるかを識別し、
前記フレーム画像について識別されたフレームと単位パターンが、前記パターン指定情報において前記欠陥の検出処理の対象であると指定されているとき、前記フレーム画像において前記欠陥の検出処理を行う、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の欠陥検出方法。
【請求項８】
前記試料は半導体ウエハであり、前記単位パターンは前記半導体ウエハの表面に繰り返し形成されたダイの１つを撮像して生じるパターンであり、
前記半導体ウエハの周辺に形成された欠けたダイを撮像してできた欠けた単位パターンに含まれるフレームを欠陥の検出処理を行う対象領域として指定することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置及び方法に関する。より詳しくは、試料の表面に生成された繰り返しパターン中の不完全な部分についても欠陥検査を行うことを可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハや、フォトマスク用基板、並びに液晶表示パネル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、フォトマスク用基板、液晶表示パネル用基板、液晶デバイス用基板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パターン欠陥検査が広く行われている（例えば、下記特許文献１）。
以下の説明では、半導体ウエハ上に形成されたパターンの欠陥を検査する半導体ウエハ用欠陥検査装置を例として説明する。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、半導体メモリ用フォトマスク用基板や、液晶デバイス用基板、液晶表示パネル用基板などの半導体装置を検査する欠陥検査装置にも広く適用可能である。
【０００３】
図１は、検査対象（試料）となる半導体ウエハ１００（以下、「ウエハ」と記す）上のダイ（チップ）の配列を示す図である。ウエハ１００上には、複数のダイ１０１ａ、１０１ｂ、…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、繰り返しパターンが形成されている。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、ウエハ１００の撮像画像は、１つのダイを撮像した画像を単位パターンとして、この単位パターンが複数回繰り返す画像となり、各ダイの撮像画像である単位パターン間において対応する部分の画素値は本来同様の値となる。
【０００４】
したがって、２つのダイを撮像して各画素の画素値（グレイレベル値）を取得し、２つのダイの撮像画像内の本来同一となるべき対応箇所同士の画素値の差分（グレイレベル差信号）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信号が大きくなる。
したがって２つのダイを撮像した一方の画像を検査画像とし他方の画像を基準画像として、これら画像間の対応する画素同士のグレイレベル差を検出し、このグレイレベル差を所定の検出閾値と比較して、この検出閾値を超える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（ダイトゥダイ比較）。
また、１つのダイ内にメモリセルのような繰り返しパターンが形成されている場合には、この繰り返しパターン内の本来同一となるべき対応箇所を撮像した画像同士のグレイレベル差を検出しても欠陥を検出できる（セルトゥセル比較）。
【０００５】
なお、ダイトゥダイ比較では、隣り合う２つのダイ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）。これではどちらのダイ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ダイとの比較を行い、再び同じ部分のグレイレベル差が所定の検出閾値より大きくなった場合にそのダイに欠陥があると判定する（ダブルディテクション）。セルトゥセル比較でも同様である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７７３９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２７３８５０号公報
【特許文献３】特開２００５−１３４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１に示すとおり、ウエハ１００上には、ダイ１０１ａや１０１ｂのように、１つ分のダイのパターンが全て形成されたダイ以外にも、例えばウエハ１００の周辺部分にダイ１０１ｃや１０１ｄのようにパターンの一部が欠けたパターンが形成される。以下の説明でこのようなパターンの一部が欠けたダイを「欠けダイ」と呼ぶ。
このような欠けダイ１０１ｃや１０１ｄがウエハ１００上に形成されるのは、半導体製造プロセスにおいて１度の露光で複数のダイのパターンを転写するからである。すなわちリソグラフィプロセスで使用されるフォトマスク基板には複数ダイ分のパターンが設けられ、１回の露光（ショット）により複数ダイのパターンが同時にウエハに転写される。例えば、図１に示す例では４個のダイ１０１ａ、１０１ｃ、１０１ｅ及び１０１ｆのパターンが１回の露光で転写される。したがってダイ１０１ｃが転写されるウエハ１００の周辺部に欠けダイが生じる。
【０００８】
当然、欠けダイ１０１ｃや１０１ｄは最終的な製品にはならない。しかしウエハ１００の周辺領域に形成された欠けダイ１０１ｃや１０１ｄで検出されるパターンの欠陥情報は、半導体製造プロセスの異常を検知する上で非常に有効であると期待されている。ウエハ周辺部分のパターンは最も不良箇所が生じやすく半導体製造プロセスの異常に敏感に反応するからである。
【０００９】
しかしながら、従来のパターン欠陥検査では欠けダイにおけるパターン検査を行っていなかった。それは従来のパターン検査の際には、あるダイについて検査の要否をダイ単位でしか指定できなかったために、検査対象のダイはダイ１つ分の全領域が他のダイと比較されるので、欠けダイを検査対象として指定するとパターンが欠落した領域で大量の疑欠陥を発生させてしまうからである。
【００１０】
上記問題に鑑み本発明では、複数のダイのパターンが繰り返し形成されたウエハのような、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、この繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査において、一部のパターンが欠けた不完全な単位パターンにおいても欠陥検出を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、試料の表面の繰り返しパターンに対応して試料の撮像画像に繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより欠陥を検出する欠陥検査において、単位パターン１つの領域を複数のフレームに分割し、検査画像において欠陥の検出処理を行う対象領域をフレームの単位で指定する。
【００１２】
図２は、本発明による欠陥検査方法を説明する模式図である。本発明による欠陥検査方法は、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像した撮像画像１１０において、試料表面の繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる複数の単位パターンＤ１及びＤ２の間において、互いに対応する部分同士を比較することによって、その相違部分を欠陥であると検出する欠陥検査方法である。
【００１３】
いま、単位パターンＤ１及びＤ２同士を比較することによって欠陥検出をおこなう場合を考える。単位パターンＤ１は１つの単位パターンの全パターンが形成された完全なパターンであるが、単位パターンＤ２は欠落部分１１１がある不完全なパターンである。上記の従来のダイトゥダイ比較によるパターン検査では、１つのダイを撮像した単位パターンＤ１、Ｄ２を単位として、各単位パターンにて欠陥検査を行うか否かを指定していた。
このため単位パターンＤ２にて検査を行おうとすると、欠落部分１１１についてまで単位パターンＤ１との比較処理を行ってしまい、その結果として疑欠陥を大量に検出してしまうので、単位パターンＤ２を検査対象に含めることができなかった。
【００１４】
本発明では単位パターンＤ１及びＤ２の各々１つ分の領域を複数のフレーム（Ｆ１〜Ｆ１６）に分け、フレーム単位で欠陥の検出処理を行う対象領域を指定する。
このため、検査対象のダイＤ２に欠落部分１１１があったとしても、残りのフレーム（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ５、Ｆ６、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１３及びＦ１４）だけを検査対象に指定し、欠落部分１１１については検査を禁止することができるので、欠落部分１１１において疑欠陥を発生させることなく、不完全な単位パターンＤ２についても検査を行うことができる。
【００１５】
本発明の第１形態によれば、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、この繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置が提供される。本欠陥検出装置では、単位パターン１つの領域を複数のフレームに分割したフレームの単位で、検査画像において欠陥の検出処理を行う対象領域が指定される。
【００１６】
本発明の第２形態によれば、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、この繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出方法が提供される。本欠陥検出方法では、単位パターン１つの領域を複数のフレームに分割し、検査画像において欠陥の検出処理を行う対象領域をフレームの単位で指定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、この繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査において、一部のパターンが欠けた不完全な単位パターンにおいても欠陥検出を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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３は、本発明の実施例による半導体ウエハ検査用の欠陥検査装置５０のブロック図である。以下、欠陥検査装置５０によりダイトゥダイ比較を行うための構成と動作を説明する。
欠陥検査装置５０には、３次元方向に移動可能なステージ５１が設けられており、ステージ５１の上面には試料台（チャックステージ）５２が設けられている。この試料台５２の上に検査対象となる試料であるウエハ１００を載置して固定する。
【００１９】
ステージ５１の上方には、ウエハ１００の表面を撮像した画像信号を出力する撮像部５３が設けられ、撮像部５３から出力されるアナログ画像信号はアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）５４によりディジタル形式の画像データに変換される。本実施例では、撮像部５３はＴＤＩカメラのような１次元ラインセンサで構成される。ＡＤＣ５４から出力されるディジタル形式の画像データは画像処理部６０に入力され、画像処理部６０は入力された画像データに基づいて所定の画像処理を行いウエハ１００の表面に存在する欠陥を検出する。
【００２０】
図４は、ウエハ１００上のチップ１０１（ダイ）のパターンの画像を撮像部５３で取り込むための走査経路の例を示す図である。図１に示すように、ウエハ１００上には多数の半導体チップ（ダイ）１０１が規則的に配列するように形成される。経路１０２のような走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査し、ウエハ１００の全面の画像を取得する。なお、この走査経路では、ある列のダイの下側部分を右側に走査した後同じ列のダイの上側部分を左側に走査しているが、ある列のダイの下側部分を右側に走査した後次の列の下側部分を左側に走査するなどの変形例もあり得る。
【００２１】
図５は、より詳細に走査の状況を説明する図である。この例では、１列のダイ１０１の画像を４回の走査１０２−１〜１０２−４で取得している。１回の走査によって得られる画像は、画像生成に用いる１次元イメージセンサの受光面の長さに対応する幅Ｗを有する細長い帯状画像であり、「スワス画像」と呼ばれる。図示の例では走査１０２−１によってスワス画像ＳＷ１が得られ、走査１０２−２ではスワス画像ＳＷ２が得られる。
【００２２】
図３に戻り、ステージ５１を移動させることにより撮像部５３をウエハ１００に対して相対移動させて図５に示すように主走査方向１０２−１〜１０２−４に撮像部５３を走査させると、１回の主走査ごとに帯状のスワス画像が得られる。
欠陥検査装置５０は、ＡＤＣ５４を経由してウエハ１００のスワス画像を入力すると、１つのスワス画像を所定の大きさの「フレーム」と呼ばれる小領域毎に区分される。上述のダイ比較及び／又はセル比較等の欠陥検出処理はこのフレーム単位に行われる。フレーム単位に分割された１つの画像を、以下の説明で「フレーム画像」と示すことがある。図６はスワス画像を複数のフレーム画像に区分する様子を示す図である。
【００２３】
スワスＳＷは、まず主走査方向と直交する方向、すなわち１次元ラインセンサの撮像部５３が出力する１次元画素列の画素が配列される方向に関してＮ分割される。例えば、撮像部５３から１次元画像データを読み出す際に、１次元画素列を所定の画素数毎にＮ分割することによって、スワスＳＷがチャネル１〜チャネルＮの複数のチャネルの画像データに分割される。
【００２４】
各チャネルごとに区分された画像データは、さらに主走査方向について所定の画素数（図示の例ではｉ個の画素）毎に分割される。すなわち、主走査方向における各画素の座標を「ライン」と称するとすると、図示の例の各チャネルの画像データは、ライン１〜ラインｉの範囲の画像データ、ライン（ｉ＋１）〜ライン（２×ｉ）の範囲の画像データ、…に分割される。
したがってダイ比較及び／又はセル比較等の欠陥検出処理の単位である１フレームは、１つのスワスＳＷを、撮像部５３が出力する１次元画素列の画素の配列方向にＮ個のチャネルに分割し、さらに主走査方向にｉライン毎に分割した小領域となる。
【００２５】
図３に戻り、画像処理部６０はＮ個に区分けされた各チャネルの画像データにおいてそれぞれ欠陥検出処理を行い検出された欠陥に関する欠陥情報を出力するＮ個のマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰＮと、各マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰＮにおいてそれぞれ並列に検査された各チャネルの画像データから検出された欠陥情報を、各マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰＮから受信してこれらを統合する画像処理管理部ＩＰＭを備える。
マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰＮは、互いに同様の構成を有している。以下の説明において、Ｎ個のマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰＮを総称するために、これらのユニットＭＰ１〜ＭＰＮのうちのｘ番目のものを「ＭＰｘ」と示すことがある。
【００２６】
図７は、図３に示す各マルチプロセッシングユニットの概略構成図である。１つのマルチプロセッシングユニットＭＰｘには、各々Ｍ個の複数のプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭが設けられる。  以下の説明において、ｘ番目のマルチプロセッシングユニットＭＰｘに設けられたＭ個のプロセッシングユニットをそれぞれ「ＰＵｘ１」〜「ＰＵｘＭ」と示し、これらＭ個のプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭを総称するために、これらのユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭのうちのｙ番目のものを「ＰＵｘｙ」と示すことがある。
【００２７】
各マルチプロセッシングユニットＭＰｘに入力された１チャネルの画像データは、さらにフレーム単位に分割され、Ｍ個のプロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭがそれぞれ１度に１つのフレーム画像に対する欠陥検査処理を行うことにより、１つのマルチプロセッシングユニットＭＰｘにてＭ個のフレーム画像における欠陥検査処理を並列に実行する。各プロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭは、欠陥を検出するとこの欠陥に関する欠陥情報を欠陥毎に作成して出力する。
各プロセッシングユニットＰＵｘ１〜ＰＵｘＭから並列に出力された欠陥情報は、各マルチプロセッシングユニットＭＰｘ毎に設けられた処理回路ＳＢＣにより一連の欠陥情報にまとめられてＩＰＭに送信される。処理回路ＳＢＣは例えば単一の基板上に構成された計算手段であるシングルボードコンピュータで構成してよい。
【００２８】
各プロセッシングユニットＰＵｘｙもまた互いに同様の構成を有している。ここで図７に示されるプロセッシングユニットＰＵｘ１の構成を代表して説明すると、プロセッシングユニットＰＵｘ１は、プロセッサエレメントＰＥｘ１と、メモリＭｘ１と、後述するラインカウンタＬＣｘ１とを備える。メモリＭｘ１には、各プロセッシングユニットＰＵｘ１に入力されたフレーム画像７１と、各プロセッシングユニットＰＵｘ１が検出した欠陥情報７２と、後述するダイ指定情報７３が記憶される。
以下、ｘ番目のマルチプロセッシングユニットＭＰｘ内のｙ番目のプロセッシングユニットＰＵｘｙに設けられた、上記プロセッサエレメント、ラインカウンタ及びメモリを、それぞれプロセッサエレメントＰＥｘｙと、ラインカウンタＬＣｘｙ及びメモリＭｘｙと記すこととする。
【００２９】
以下、本実施例による欠陥検査装置５０のフレームの設定例を示す。図８は、撮像部５３でウエハ１００を走査して得られる１つのダイを撮像して得られる画像Ｄの例を示す図である。本例では１つのダイ幅は撮像部１３のラインセンサ幅よりも大きいため、１つのダイ画像Ｄが、図示のＡ１方向の走査により得られるスワス画像ＳＷ１と、図示のＡ２方向の走査により得られるスワス画像ＳＷ２と、の２つのスワス画像ＳＷ１及びＳＷ２で作成される。
【００３０】
また欠陥検出には、欠陥検査装置５０の４つのマルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰ４が使用され、撮像部１３が出力する撮像画像はチャネル１〜チャネル４に分割される。
本構成例では、マルチプロセッシングユニットＭＰ１〜ＭＰ４は、それぞれ４つのプロセッシングユニットＰＵ１１〜ＰＵ１４、ＰＵ２１〜ＰＵ２４、ＰＵ３１〜ＰＵ３４及びＰＵ４１〜ＰＵ４４を有しており、各チャネルの撮像画像を４つのフレーム画像に分割する。
【００３１】
したがって本例では、図８に示すように１つのダイ画像Ｄを３２個のフレーム画像に分割し、それぞれのフレームに対してフレーム番号を定める。各フレーム画像で欠陥検出を行うプロセッシングユニットを以下の通り定める。
【００３２】
スワス画像ＳＷ１のチャネル１に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号１〜４が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号１〜４のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ１１〜ＰＵ１４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ１のチャネル２に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号５〜８が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号５〜８のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ２１〜ＰＵ２４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ１のチャネル３に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号９〜１２が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号９〜１２のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ３１〜ＰＵ３４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ１のチャネル４に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号１３〜１６が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号１３〜１６のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ４１〜ＰＵ４４が欠陥検査を行う。
【００３３】
スワス画像ＳＷ２のチャネル１に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号２０〜１７が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号２０〜１７のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ１１〜ＰＵ１４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ２のチャネル２に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号２４〜２１が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号２４〜２１のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ２１〜ＰＵ２４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ２のチャネル３に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号２８〜２５が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号２８〜２５のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ３１〜ＰＵ３４が欠陥検査を行う。
スワス画像ＳＷ２のチャネル４に含まれる４つのフレームに対して撮像される順にフレーム番号３２〜２９が割り当てられる。そしてこれらフレーム番号３２〜２９のフレーム画像に対して、それぞれプロセッシングユニットＰＵ４１〜ＰＵ４４が欠陥検査を行う。
【００３４】
各プロセッシングユニットＰＵｘｙのプロセッサエレメントＰＥｘｙは、マルチプロセッシングユニットＭＰｘに入力された各チャネルの画像データ中から、自分が欠陥検査処理を行うフレーム画像を選んでメモリＭｘｙに記憶する。このため、まず各プロセッシングユニットＰＵｘｙには、自ら検査を行うべきフレーム画像が存在するラインの範囲が指定される。
【００３５】
図３に示すように欠陥検査装置５０は、ステージ５１を駆動するステージ制御部５５と、ステージ５１の位置を測定するステージ位置測定部５６と、ダイスイッチ信号生成部５８とを備える。ステージ制御部５５がステージ５１を駆動して、ウエハ１００を撮像部５３で走査するとき、ダイスイッチ信号生成部５８は、ステージ位置測定部５６により測定されたステージ５１の位置情報と既知のウエハ１００のデザイン情報とに基づいて、ダイスイッチ信号を生成する。ここでダイスイッチ信号は、例えば、撮像部５３がウエハ１００上のダイの領域を撮像している間は「１」を示し、ダイでない領域、例えばダイとダイの間の領域を撮像している間は「０」を示す。ことにより、撮像部５３がダイの領域を撮像中であるか否かを示す。
【００３６】
各プロセッシングユニットＰＵｘｙのそれぞれに設けられたラインカウンタＬＣｘｙはダイスイッチ信号を入力する。ラインカウンタＬＣｘｙは、ダイスイッチ信号が「１」になってから現在までに入力した画像データのライン数をカウントし、ダイスイッチ信号が「０」になったときにカウント値をリセットする。
プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ラインカウンタＬＣｘｙによりカウントされたライン数が、自らが欠陥検査処理を行うフレーム画像に対応する範囲内であるか否かを判断し、範囲内である場合にはフレーム画像をメモリＭｘｙに記憶する。
【００３７】
以下、図９を参照して各プロセッシングユニットＰＵｘｙが行う欠陥検査処理を説明する。図９は、各プロセッシングユニットＰＵｘｙが１つのフレーム画像を入力する度に行う欠陥検査処理のフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１０では、図３に示すダイ番号識別部５９が、撮像部５３が現在撮像しているのが、ウエハ１００上に形成された複数のダイのうちのいずれであるかを、ステージ５１の位置情報と既知のウエハ１００のデザイン情報とに基づいて識別し、識別したダイに対して予め定められているダイ番号を各プロセッシングユニットＰＵｘｙのプロセッサエレメントＰＥｘｙへ通知する。
いま図１０に示すように、欠陥検査装置５０は、撮像部５３でウエハ１００上の５つのダイの領域を走査してダイ番号Ｄ１〜Ｄ５のダイを撮像するものとし、そのうちダイＤ４はウエハ１００の周辺にあり、そのダイ画像の図示ＲＤの部分が欠落しているものとする。またダイＤ１は、ダイＤ５とダイＤ２に挟まれている中間ダイであるものとする。撮像画像中の各ダイＤ１〜Ｄ５を撮像した部分は図８を参照して説明したように３２個のフレーム画像に分割される。
【００３９】
ステップＳ１１では、各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、撮像部５３が現在撮像しているスワス画像から、自らが欠陥検査処理を行うフレーム画像を識別してメモリＭｘｙに記憶する。
各プロセッシングユニットＰＵｘｙに入力されるのは、スワス画像中の１チャネルの画像だけであるから、各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ラインカウンタＬＣｘｙが示すライン数が、自らが欠陥検査処理を行うフレーム画像に対応する範囲内であるか否かを判断することにより、自らが欠陥検査処理を行うフレーム画像を識別することができる。
【００４０】
また各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、現在入力したフレーム画像が、図８に示す矢印Ａ１方向に走査中に得られるスワスＳＷ１に含まれるフレーム画像であるのか、矢印Ａ２方向に走査中に得られるスワスＳＷ２に含まれるフレーム画像であるのかを識別する。
【００４１】
図３に示すように欠陥検査装置５０は、ステージ制御部５５がステージ５１を駆動する駆動信号にしたがって、ステージの走査方向を示す走査方向信号を生成する走査方向信号生成部５７を備える。各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、この走査方向信号に基づいて、入力フレーム画像がスワスＳＷ１及びスワスＳＷ２のいずれに含まれるフレームであるのかを判定する。例えば上述の例のプロセッサエレメントＰＥ１２の例であれば、入力フレーム画像が、スワスＳＷ１に含まれるフレーム番号２のフレーム画像であるのか、スワスＳＷ２に含まれるフレーム番号１９のフレーム画像であるのかを判定する。
【００４２】
このように、プロセッシングユニットＰＵｘｙ毎に設けられたラインカウンタＬＣｘｙ及びプロセッサエレメントＰＥｘｙと、ダイスイッチ信号生成部５８は、プロセッシングユニットＰＵｘｙにより処理を行うように予め割り当てられたフレーム画像を、撮像部５３が撮像したスワスＳＷ１及びスワスＳＷ２のそれぞれから１つずつ識別し、かつそのフレーム画像がスワスＳＷ１及びＳＷ２のいずれから切り出されるフレーム画像であるものであるのかを識別する。これらダイスイッチ信号生成部５８、ラインカウンタＬＣｘｙ及びプロセッサエレメントＰＥｘｙは、特許請求の範囲に記載されるフレーム識別部に対応する。
また、ダイ番号識別部５９は、撮像部５３が撮像中のダイ番号を識別することにより、現在プロセッシングユニットＰＵｘｙに入力中のフレーム画像が、ダイを撮像した基本パターンのいずれのダイ画像に含まれるかを識別する。ダイ番号識別部５９は、特許請求の範囲に記載される単位パターン識別部に対応する。
【００４３】
ステップＳ１２では、各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ１０におけるダイ番号の識別結果と、ステップＳ１１におけるフレームの識別結果にしたがって、入力フレーム画像が欠陥検査の対象であるか否かを判定する。
各プロセッサユニットＰＵｘｙのメモリＭｘｙには、それぞれの各プロセッサユニットＰＵｘｙに入力される各フレーム画像のフレーム番号毎に、各フレーム番号のフレーム画像について欠陥検査を行うべきダイのダイ番号を指定するダイ指定情報７３が保存されている。
【００４４】
図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に、例としてプロセッサユニットＰＵ１１〜ＰＵ１４のメモリＭ１１〜Ｍ１４にそれぞれ記憶されるダイ指定情報７３を示す。図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に示したダイ指定情報は図１０に示したダイＤ１〜Ｄ４の画像の例に対応している。図のダイ指定情報７３において、値「０」はそのダイ番号のそのフレームは検査対象でないことを示し、それ以外の値は検査対象でないことを示す。
【００４５】
プロセッサユニットＰＵ１１による検査対象となるフレーム番号１及び２０のフレームについては、例えば図１０に示すように、ダイＤ１〜Ｄ４は全てフレーム番号１のフレームの部分のパターンが形成されているが、ダイＤ４はフレーム番号２０のフレームの部分のパターンが欠落している。このため図１１の（Ａ）に示すように、フレーム番号１のフレーム画像は、ダイ番号Ｄ１〜Ｄ４の全てについて検査対象として指定されているが、フレーム番号２０のフレーム画像についてはダイＤ４が検査対象として指定されていない。
【００４６】
またプロセッサユニットＰＵ１３による検査対象となるフレーム番号３及び１８のフレームについては、例えば図１０に示すようにダイＤ１〜Ｄ４は全てフレーム番号１８のフレームの部分のパターンが形成されているが、ダイＤ４はフレーム番号３のフレームの部分のパターンが欠落している。このため図１１の（Ｃ）に示すように、フレーム番号１８のフレーム画像は、ダイ番号Ｄ１〜Ｄ４の全てについて検査対象として指定されているが、フレーム番号３のフレーム画像についてはダイＤ４が検査対象として指定されていない。
【００４７】
図９のステップＳ１２において、各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、入力するフレーム画像が欠陥検査の対象でないと判定するとそのフレーム画像に対する処理を終了する。入力するフレーム画像が欠陥検査対象であると、ステップＳ１３に進んでそのフレーム画像の入力を完了させ、入力したフレーム画像をメモリＭｘｙに保存する。
【００４８】
ステップＳ１４において、各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ１３で入力したフレーム画像（以下「本フレーム画像」と示す）を入力する以前に、本フレーム画像と比較して欠陥検出を行うことができるフレーム画像が入力されたか否かを判定する。
例えば図１２に示すように主走査方向に沿ってダイＤ５、Ｄ１及びＤ２の順序で各ダイのフレーム１〜１６の部分のフレーム画像を撮像するように、ウエハ１００上を撮像部５３で１回走査する場合を考える。
【００４９】
ダイＤ１のフレーム１〜１６を撮像しているときには、ダイＤ１のフレーム１〜１６と比較して欠陥検出を行うダイＤ５のフレーム１〜１６が既に入力されている。したがってダイＤ１のフレーム１〜１６を撮像しているときにはステップＳ１４の判定結果は「ＹＥＳ」となる。
しかし走査の開始端であるダイＤ５のフレーム１〜１６を撮像しているときには、ダイＤ５の撮像よりも先に、ダイＤ５のフレーム１〜１６と比較して欠陥検出を行うフレーム画像が入力されていないので、ダイＤ５のフレーム１〜１６を撮像しているときにはステップＳ１４の判定結果は「ＮＯ」となる。
【００５０】
図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に例示するダイ指定情報７３において、各ダイに含まれる各フレームについて、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査するとき、１回の主走査において、そのフレームを含んでいるダイがそのフレームと同じフレーム番号のフレームを含む最初に走査されるダイであるか否か、すなわち、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００を走査するとき、そのフレームのフレーム画像を入力する前に、そのフレームと比較して欠陥検出を行うことができるフレーム画像が入力されているか否かを指定する。
【００５１】
例えば図１０に示すダイＤ３のフレーム２０のフレーム画像を入力するとき、撮像部５３はウエハ１００をＳＷ２の走査方向に沿って走査する。したがってダイＤ３のフレーム２０の前にはダイＤ４が走査されるが、ダイＤ４のフレーム２０の部分にはパターンが欠落している。したがってダイＤ３のフレーム２０のフレーム画像を入力する際には、その以前にこのフレーム画像と比較できる他のフレーム画像が入力されていない。
そこで、図１１の（Ａ）に示すように、ダイＤ３のフレーム２０に関するダイ指定情報７３として、撮像部５３による１回の主走査において、ダイＤ３がそのフレーム番号２０のフレームを含む最初のダイであることを示す値「３」を指定する。
【００５２】
そして、ステップＳ１４において各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ１０におけるダイ番号の識別結果と、ステップＳ１１におけるフレームの識別結果にしたがって、識別されたダイとフレームについて指定されたダイ指定情報７３を参照し、入力したフレーム画像が、撮像部５３による１回の主走査において、そのフレームと同じフレーム番号のフレームを含む最初に走査されたダイのフレーム画像であるか否かを判定する。
【００５３】
ステップＳ１４において、本フレーム画像の入力前にこれと比較可能なフレームが入力されていると判定したとき、ステップＳ１５においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、本フレーム画像と、これと比較可能な前回入力したフレーム画像とを比較し、その相違部分を欠陥として検出する。プロセッサエレメントＰＥｘｙは、検出した欠陥に関する欠陥情報をメモリＭｘｙに保存する。
【００５４】
ステップＳ１６では、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、前回入力したフレーム画像、すなわちステップＳ１５において本フレーム画像と比較された他のフレーム画像に対して、通常のダブルティテクション処理を行うことができるか否かを判定する。
例えば図１３に示すダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像が本フレーム画像であるとすると、図示の主走査方向に沿って撮像部５３が走査したとき、本フレーム画像の前にダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像が入力される。
ここでダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像は、ダイＤ３を挟む両側の隣接ダイＤ４及びダイＤ２の両方のダイのフレーム番号２のフレーム画像とも比較可能であり通常のダブルディテクション可能である。
【００５５】
前回入力したフレーム画像が通常のダブルティテクション処理を行うことができるとき、ステップＳ１７においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、前回入力したフレーム画像について通常のダブルティテクション処理を行い欠陥を検出する。図１３に示す例では、前回入力したフレーム画像であるダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像と、本フレームであるダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像との間で相違し、かつダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像とダイＤ２のフレーム番号２のフレーム画像との間でも相違する部分を欠陥であると検出する。
【００５６】
なお、図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に例示するダイ指定情報７３において、各ダイに含まれる各フレームについて、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査するとき、そのフレームに対して通常のダブルディテクション可能であるか否かを指定してもよい。図１０に示すダイの配置例及び走査経路の例にしたがう図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に例示するダイ指定情報７３では、通常のダブルディテクション可能なフレームのダイ指定情報７３の値を「１」と指定している。
各プロセッサエレメントＰＥｘｙは、前回入力されたフレームについて指定されたダイ指定情報７３を参照することにより、ステップＳ１６においてこのフレームに通常のダブルティテクション処理を行うことができるかどうか判定する。
【００５７】
ステップＳ１８では、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、本フレーム画像の入力の前々回に入力したフレーム画像に対して、開始側エッジダイ処理を行う必要があるか否かを判定する。
例えば図１４に示すダイＤ２のフレーム番号１８のフレーム画像が本フレーム画像であるとすると、図示の主走査方向に沿って撮像部５３が走査したとき、本フレーム画像の前にダイＤ３のフレーム番号１８のフレーム画像が入力され、それより前にダイＤ４のフレーム番号１８のフレーム画像が入力される。すなわちダイＤ４、Ｄ３及びＤ２の順序でフレーム番号１８のフレーム画像が入力される。
【００５８】
ここで撮像部５３が図示の走査方向に沿って１回の主走査に行うとき、ダイＤ４は、フレーム番号１８のフレーム画像を含む最初に走査されるダイであるため、ダイＤ４のフレーム番号１８のフレーム画像については、ダイＤ４を挟む両側のダイとの比較を行う通常のダブルティテクション処理を行うことができない。
そこで、このようなダイＤ４のフレーム番号１８のフレーム画像については、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ダイＤ３のフレーム番号１８のフレーム画像とダイＤ４のフレーム番号１８のフレーム画像との間で相違し、かつダイＤ２のフレーム番号１８のフレーム画像とダイＤ４のフレーム番号１８のフレーム画像との間でも相違する部分を欠陥であると検出する。このような欠陥検出処理を、本明細書において「開始側エッジダイ処理」と記す。
【００５９】
ステップＳ１８では、本フレーム画像の入力の前々回に入力されたフレーム画像のフレームについて、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査するとき、１回の主走査において、そのフレームを含んでいるダイがそのフレームと同じフレーム番号のフレームを含む最初に走査されるダイであるか否か、を判定することにより、このフレームについて開始側エッジダイ処理を行う必要があるか否かを判定する。この判定をプロセッサエレメントＰＥｘｙが行うには、前々回に入力されたフレーム画像のフレームについて指定されたダイ指定情報７３の値が、上述の「３」であるか否かを判定すればよい。
【００６０】
前々回に入力されたフレーム画像のフレームについて指定されたダイ指定情報７３の値が「３」であるとき、すなわち前々回に入力されたフレーム画像に開始側エッジダイ処理を行う必要があると判定されるとき、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ１９において本フレーム画像と前々回に入力したフレーム画像とを比較して、その相違部分を欠陥として検出する。プロセッサエレメントＰＥｘｙは、検出した欠陥に関する欠陥情報をメモリＭｘｙに保存する。
そしてステップＳ２０においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、前回入力したフレーム画像と前々回に入力したフレーム画像との間で既に検出された欠陥情報と、本フレーム画像と前々回に入力したフレーム画像との間で検出された欠陥情報との両方に含まれる欠陥を抽出することによって、開始側エッジダイ処理を行う。
【００６１】
ステップＳ２１では、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、本フレーム画像に対して終了側エッジダイ処理を行う必要があるか否かを判定する。
例えば図１５に示すダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像が本フレーム画像であるとすると、図示の主走査方向に沿って撮像部５３が走査したとき、本フレーム画像の前にダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像が入力され、それより前にダイＤ２のフレーム番号２のフレーム画像が入力される。すなわちダイＤ２、Ｄ３及びＤ４の順序でフレーム番号２のフレーム画像が入力される。
【００６２】
ここで撮像部５３が図示の走査方向に沿って１回の主走査に行うとき、ダイＤ４は、フレーム番号２のフレーム画像を含む最後に走査されるダイであるため、ダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像については、ダイＤ４を挟む両側のダイとの比較を行う通常のダブルティテクション処理を行うことができない。
そこで、このようなダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像については、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ダイＤ３のフレーム番号２のフレーム画像とダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像との間で相違し、かつダイＤ２のフレーム番号２のフレーム画像とダイＤ４のフレーム番号２のフレーム画像との間でも相違する部分を欠陥であると検出する。このような欠陥検出処理を、本明細書において「終了側エッジダイ処理」と記す。
【００６３】
ステップＳ２１では、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査するとき、１回の主走査において、本フレーム画像のフレームを含んでいるダイがそのフレームと同じフレーム番号のフレームを含む最後に走査されるダイであるか否か、を判定することにより、この本フレーム画像について終了側エッジダイ処理を行う必要があるか否かを判定する。
【００６４】
図１１の（Ａ）〜図１１の（Ｄ）に例示するダイ指定情報７３において、各ダイに含まれる各フレームについて、所定の走査経路に沿って撮像部５３でウエハ１００上を走査するとき、１回の主走査において、そのフレームを含んでいるダイがそのフレームと同じフレーム番号のフレームを含む最後に走査されるダイであるか否か、を指定してもよい。
【００６５】
例えば図１０に示すダイＤ４のフレーム番号１のフレーム画像を入力するとき、ダイＤ４の後には、フレーム番号１のフレーム画像を入力するダイが存在しない。そこで、図１１の（Ａ）に示すように、ダイＤ４のフレーム１に関するダイ指定情報７３として、撮像部５３による１回の主走査において、ダイＤ４がそのフレーム番号１のフレームを含む最後のダイであることを示す値「２」を指定する。プロセッサエレメントＰＥｘｙは、本フレーム画像について指定されているダイ指定情報７３の値が「２」であるか否かを判定することにより、ステップＳ２１の判定を行う。
【００６６】
本フレーム画像に終了側エッジダイ処理を行う必要があると判定されるとき、プロセッサエレメントＰＥｘｙは、ステップＳ２２において本フレーム画像と前々回に入力したフレーム画像とを比較して、その相違部分を欠陥として検出する。プロセッサエレメントＰＥｘｙは、検出した欠陥に関する欠陥情報をメモリＭｘｙに保存する。
そしてステップＳ２３においてプロセッサエレメントＰＥｘｙは、本フレーム画像と前回入力したフレーム画像との間で既に検出された欠陥情報と、本フレーム画像と前々回に入力したフレーム画像との間で検出された欠陥情報との両方に含まれる欠陥を抽出することによって終了側エッジダイ処理を行う。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、繰り返しパターンが形成された試料の表面を撮像して得られる検査画像において、繰り返しパターンに対応して繰り返し現れる単位パターンのそれぞれの対応する部分同士を比較することにより、試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置及び方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】検査対象となる半導体ウエハ上のダイ（チップ）の配列を示す図である。
【図２】本発明による欠陥検査方法を説明する模式図である。
【図３】本発明の実施例による半導体ウエハ検査用の欠陥検査装置のブロック図である。
【図４】半導体ウエハ上のチップ（ダイ）のパターンの画像を撮像部で取り込むための走査経路の例を示す図である。
【図５】ウエハ上のダイを走査する様子をより詳しく示す図である。
【図６】スワス画像を複数のフレームに区分する様子を示す図である。
【図７】図３に示す各マルチプロセッシングユニットの概略構成図である。
【図８】１つのダイ画像の例を示す図である。
【図９】各プロセッシングユニットＰＵｘｙが１つのフレーム画像を入力する度に行う欠陥検査処理のフローチャートである。
【図１０】図９に示す欠陥検査処理の説明に使用するダイＤ１〜Ｄ５の画像である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｄ）は、例としてプロセッサユニットＰＵ１１〜ＰＵ１４のメモリＭ１１〜Ｍ１４にそれぞれ記憶されるダイ指定情報７３を示す図である。
【図１２】走査開始端側における画像比較処理の説明図である。
【図１３】通常のダブルディテクション処理の説明図である。
【図１４】開始側エッジダイ処理の説明図である。
【図１５】終了側エッジダイ処理の説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
５０    画像欠陥検査装置
３１    ステージ
５３    撮像部
６０    画像処理装置
ＭＰ１〜ＭＰＮ    マルチプロセッシングユニット
ＰＵｘ１〜ＰＵｘＭ    プロセッシングユニット
ＰＥｘ１    プロセッサエレメント
１００    半導体ウエハ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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