(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上のパターンを検査する半導体基板検査装置であって、
半導体基板に照明光を照射する照明部と、
半導体基板上のパターンの２次元画像のデータを取得する撮像部と、
前記２次元画像のデータに対して演算処理を行う演算部と、
基準画像のデータを記憶する記憶部と、
を備え、
前記演算部が、前記基準画像と前記２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得し、前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求めることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体基板検査装置であって、
前記第１のヒストグラムが予め前記記憶部に記憶されていることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が、前記基準画像の画素と前記２次元画像の画素とを対応付けを行うことを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が前記基準画像の画素と前記２次元画像の画素との対応付けを行う際に、前記基準画像に対して前記２次元画像を実質的に任意の角度回転させて前記基準画像と前記２次元画像との相関が求められることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が、前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの共通部分の面積を前記指標値として求めることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が前記指標値を求める際に、前記第１のヒストグラムの面積と前記第２のヒストグラムの面積とを等しくすることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が前記指標値を求める際に、両ヒストグラムの中心が一致するように前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの相対的位置関係が変更されることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項８】
請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、
前記演算部が、動的計画法により前記指標値を求めることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、
前記照明部が、単色光を前記照明光として出射することを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、
前記照明部が、複数種類の照明光のうちのいずれかを選択して半導体基板に照射することを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、
前記基準画像が、適正な化学機械的研磨が施された半導体基板の画像であることを特徴とする半導体基板検査装置。
【請求項１２】
半導体基板上のパターンを検査する半導体基板検査方法であって、
半導体基板に照明光を照射する工程と、
半導体基板上のパターンの２次元画像のデータを取得する工程と、
予め準備された基準画像と前記２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得する工程と、
前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求める工程と、
を有することを特徴とする半導体基板検査方法。
【請求項１３】
コンピュータに半導体基板の検査を実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、予め準備された基準画像と、半導体基板を撮像することにより得られた２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得する工程と、
前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求める工程と、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上のパターンを検査する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板（以下、「基板」という。）の回路形成工程において、近年、ダマシン工程の利用が主流になりつつある。ダマシン工程では、まず、図１に示すように、絶縁体である酸化シリコン（ＳiＯ2、以下、「酸化膜」という。）９１に配線用の溝９１１が形成され、溝９１１の中に配線用の金属が埋め込まれる。配線用の金属としては、配線を形成する配線金属９２と、配線金属のイオンが酸化膜中に拡散することを防止するためのバリアメタル９３とが埋め込まれる。
【０００３】
金属が溝９１１に埋め込まれた後は、図２に示すように配線経路を横断するような余分な金属が除去され、適正な配線が形成される。余分な金属を除去する方法としては、多くの場合、化学機械的研磨（Chemichal Mechanical Polishing、以下、「ＣＭＰ」と略す。）が用いられる。ＣＭＰにより、余分な金属が除去されるとともに後のフォトリソグラフィー工程に要求される基板表面の平坦度が得られる。
【０００４】
ダマシン工程を利用する回路形成工程では、余分な金属の除去が完了したか否かを検知すること（研磨における終点検知）が必要になる。従来より、終点検知手法としては、単位時間当たりの研削量から研磨終了予定時間を求め、研磨終了予定時間に研磨が終了するものとみなす手法、または、研磨テーブルの回転トルクの変化により研磨の終点検知を行う手法が用いられている。
【０００５】
しかしながら、研磨終了予定時間や回転トルクの変化により終点を求める手法では、基板上の微細な領域に金属が残って回路に短絡が生じているか否かを確認することができない。そのため、現在では研磨終了後の基板を適宜抜き取って検査担当者が顕微鏡で金属の残り（以下、「メタル残膜」という。）が存在するか否かを検査したり、切断により半導体チップ（以下、「チップ」という。）となった後にテスタを用いて短絡の有無を検査するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
メタル残膜の検査に際して、検査担当者が顕微鏡を用いて検査を行う場合、検査担当者は微細パターンを長時間観察する必要があり、当然、担当者の疲労の度合いが高くなる。その結果、検査の質のばらつきが生じる恐れがある。
【０００７】
また、テスタを用いる検査は基板からチップを切り出した後に行われる検査であり、検査結果が研磨処理から相当の時間を経過した後に得られることから検査結果を効率よく利用することができない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板を切断してチップを生成する前に、非接触、非破壊にて安定した基板パターンの検査を行うことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体基板上のパターンを検査する半導体基板検査装置であって、半導体基板に照明光を照射する照明部と、半導体基板上のパターンの２次元画像のデータを取得する撮像部と、前記２次元画像のデータに対して演算処理を行う演算部と、基準画像のデータを記憶する記憶部とを備え、前記演算部が、前記基準画像と前記２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得し、前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求める。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体基板検査装置であって、前記第１のヒストグラムが予め前記記憶部に記憶されている。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が、前記基準画像の画素と前記２次元画像の画素とを対応付けを行う。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が前記基準画像の画素と前記２次元画像の画素との対応付けを行う際に、前記基準画像に対して前記２次元画像を実質的に任意の角度回転させて前記基準画像と前記２次元画像との相関が求められる。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が、前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの共通部分の面積を前記指標値として求める。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が前記指標値を求める際に、前記第１のヒストグラムの面積と前記第２のヒストグラムの面積とを等しくする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が前記指標値を求める際に、両ヒストグラムの中心が一致するように前記第１のヒストグラムと前記第２のヒストグラムとの相対的位置関係が変更される。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、前記演算部が、動的計画法により前記指標値を求める。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、前記照明部が、単色光を前記照明光として出射する。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、前記照明部が、複数種類の照明光のうちのいずれかを選択して半導体基板に照射する。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体基板検査装置であって、前記基準画像が、適正な化学機械的研磨が施された半導体基板の画像である。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、半導体基板上のパターンを検査する半導体基板検査方法であって、半導体基板に照明光を照射する工程と、半導体基板上のパターンの２次元画像のデータを取得する工程と、予め準備された基準画像と前記２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得する工程と、前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求める工程とを有する。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、コンピュータに半導体基板の検査を実行させるプログラムであって、前記プログラムのコンピュータによる実行は、前記コンピュータに、予め準備された基準画像と、半導体基板を撮像することにより得られた２次元画像とのそれぞれについて互いの対応する領域における画素の値のヒストグラムを取得する工程と、前記基準画像に基づく第１のヒストグラムと前記２次元画像に基づく第２のヒストグラムとの類似の程度を示す指標値を求める工程とを実行させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図３はダマシン工程により配線パターンが形成された半導体の基板９の検査を行う半導体基板検査装置（以下、「検査装置」という。）１の全体構成を示す図である。
【００２３】
検査装置１は、基板９を撮像することにより２次元画像のデータを取得する光学ヘッド部１１、基板９を支持して光学ヘッド部１１に対して基板９を相対的に移動させるステージ部１２、および、光学ヘッド部１１およびステージ部１２に接続されたコンピュータ１３を有する。
【００２４】
光学ヘッド部１１は、基板９に照明光を導くとともに基板９からの光が入射する光学系１１１、光学系１１１により結像された基板９の像を電気的信号に変換する撮像デバイス１１２、および、複数種類の照明光のうちいずれかを選択して光学系１１１へと出射することにより、基板９に照明光を照射する光源ユニット２を有する。
【００２５】
光源ユニット２は、照明光の種類に応じた複数の光源２１を有し、光源駆動部２２が複数の光源２１を移動させることにより、照明光の切り替えが行われる。光源２１としては、基板９の表面の特性に応じた照明光を出射するものが複数準備されるが、多層膜の視認性を向上するために少なくとも単色光を出射するものが含まれる。もちろん、複数の光源２１には白色光や電球色の光を出射するものが含まれてよい。
【００２６】
ステージ部１２は基板９を支持するステージ１２１、および、ステージ１２１を水平面内で移動させるステージ駆動部１２２を有する。なお、ステージ駆動部１２２にステージ１２１を水平面内で回転させる機構が追加されてもよい。
【００２７】
コンピュータ１３は、図４に示すように、各種演算処理を行うＣＰＵ３１、基本プログラムを記憶するＲＯＭ３２および各種情報を記憶するＲＡＭ３３をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムの構成となっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク３４、各種情報の表示を行うディスプレイ３５、操作者からの入力を受け付けるキーボード３６ａおよびマウス３６ｂ、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体８から情報の読み取りを行う読取装置３７、並びに、撮像デバイス１１２、光源ユニット２およびステージ駆動部１２２と通信を行う通信部３８が、適宜、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）を介する等して接続される。
【００２８】
コンピュータ１３には、事前に読取装置３７を介して記録媒体８からプログラム３４１が読み出され、固定ディスク３４に記憶される。そして、プログラム３４１がＲＡＭ３３にコピーされるとともにＣＰＵ３１がＲＡＭ３３内のプログラムに従って演算処理を実行することにより（すなわち、コンピュータがプログラムを実行することにより）、コンピュータ１３が各種構成を制御して検査を実行する。
【００２９】
図５は、ＣＰＵ３１がプログラム３４１に従って動作することにより、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３等が実現する機能構成を示すブロック図である。図５において制御部４１、マッチング部４２、ヒストグラム生成部４３および判定部４４がＣＰＵ３１等により実現される機能を示す。なお、これらの機能は専用の電気的回路により実現されてもよく、部分的に電気的回路が用いられてもよい。
【００３０】
制御部４１は、撮像デバイス１１２からの画像信号を受け取って固定ディスク３４に取得画像データ３４２として記憶したり、光源ユニット２やステージ駆動部１２２の動作を制御する。マッチング部４２は、撮像デバイス１１２により取得された画像（以下、「取得画像」という。）と後述の基準画像とのパターンマッチングを行い、ヒストグラム生成部４３は取得画像から画素値の度数に関するヒストグラムを求め、判定部４４は、基板９上にメタル残膜が存在するか否かを判定する。
【００３１】
検査装置１では、検査動作が行われる前に検査のための準備動作が行われる。図６は準備動作として、検査に利用される各種データの集合であるレシピを登録する動作の流れを示す図である。
【００３２】
レシピの登録では、まず、予め適正なＣＭＰが施された基準基板がステージ部１２にロードされる（ステップＳ１１）。次に、検査箇所の膜種に応じて照明光が選択される（ステップＳ１２）。すなわち、操作者がコンピュータ３のキーボード３６ａやマウス３６ｂを操作することにより照明光が選択され、操作に応じて制御部４１が光源ユニット２の光源駆動部２２を駆動するとともに選択された光源２１を点灯する。
【００３３】
照明光は、欠陥として検出したい金属や薄膜等の特性に基づいてコントラストの高い画像が得られるものが選択され、好ましくは単色光が選択される。これにより、検査箇所の特性に応じたＳ／Ｎ比の高い画像を得ることができる。
【００３４】
続いて、操作者の操作に基づいてステージ１２１が移動し、基準基板上の特定のチップ内の検査箇所が光学ヘッド部１１の真下へと移動する（ステップＳ１３）。その後、撮像デバイス１１２が撮像を行うことにより、基準となるパターンを示す基準画像のデータが基準画像データ３０３（図５参照）として固定ディスク３４に記憶される（ステップＳ１４）。
【００３５】
図７は基板９上の１つのチップ９４に相当する領域において、複数の検査箇所９４１を例示する図であり、図８は基板９上のチップ９４のうち検査対象となるもの（平行斜線を付すもの）の位置を例示する図である。図７に示すように１回の撮像では１つのチップ９４内の限られた領域のみが撮像対象となる。１つのチップ９４内には、下層の状態や配線パターンの状態に基づいて予めメタル残膜が存在する可能性の高い場所が経験上把握されており、そのような場所が検査箇所９４１内の検査領域９４２として設定される（ステップＳ１５）。図９は基準画像に設定された検査領域９４２を例示する図である。
【００３６】
また、図８に示すように１枚の基板９上においてもＣＭＰの特性からメタル残膜が存在しやすいチップ９４の位置が経験上判明している。そこで、後述の検査動作では、検査対象となる全てのチップ９４の各検査箇所９４１が検査対象とされる。なお、レシピの登録の際には、１つのチップ９４に対してのみ各種条件の取得が行われる。そして、後述の検査の際にはレシピが各チップ９４に対して適用される。
【００３７】
次に、検査領域９４２の画素値に基づいて基準ヒストグラムの生成が行われる（ステップＳ１６）。基準ヒストグラムは面積が１となるように正規化されており、検査領域９４２において画素値ｉの度数（すなわち、画素数）がＨ０［ｉ］の場合に、基準ヒストグラムの度数Ｎ０［ｉ］は数１に示す演算により求められる。求められた基準ヒストグラムのデータは固定ディスク３４に基準ヒストグラムデータ３０４（図５参照）として記憶される。
【００３８】
【数１】
0003767739.tif 000002
【００３９】
基準ヒストグラムが取得されると、操作者により基板９上のパターンの良否を判定するためのしきい値が設定される（ステップＳ１７）。しきい値は操作者の経験に基づいて設定されてもよく、別途準備された不良基板を用いて行われてもよい。
【００４０】
不良基板が用いられる場合の動作については図示を省略しているが、まず、不良基板の検査領域９４２の画像データが取得され、検査領域９４２の正規化されたヒストグラムが求められる。そして、後述の指標値（しきい値と比較される値であり、詳細については検査動作を参照）と同様の手法にて値が求められ、求められた値に基づいて操作者がしきい値を設定する。
【００４１】
１つの検査箇所９４１についてステップＳ１２〜Ｓ１７が完了すると、同一チップ９４内の次の検査箇所９４１に対してステップＳ１２〜Ｓ１７が繰り返される（ステップＳ１８）。ステップＳ１２〜Ｓ１７が１つのチップ９４内の全ての検査箇所９４１に対して実行されると、基板９上の検査対象となるチップ（以下、「対象チップ」という。）９４の選択が行われる（ステップＳ１９）。例えば、図８において平行斜線が施されたチップ９４が対象チップとして選択される。
【００４２】
その後、以上の動作に関連する情報が、図５に示すように固定ディスク３４内にレシピ３４３として登録される（すなわち、レシピ３４３にて示されるデータ構造にて保存される）（ステップＳ２０）。図５に示す照明データ３０１は検査箇所９４１ごとにステップＳ１２にて選択された照明光の種類を示し、位置データ３０２はステップＳ１３にて特定される検査箇所９４１の位置および数並びにステップＳ１５にて設定される検査領域９４２の範囲を示し、基準画像データ３０３はステップＳ１４にて取得された各検査箇所９４１の画像データであり、基準ヒストグラムデータ３０４はステップＳ１６にて生成された各検査領域９４２に関するヒストグラムのデータであり、しきい値３０５は各検査箇所９４１に対してステップＳ１７にて設置された値を示す。
【００４３】
最後に、基準基板がステージ１２１からアンロードされ、レシピ登録の動作が完了する（ステップＳ２１）。
【００４４】
図１０および図１１は、１つの基板（以下、「対象基板」という。）９に対して検査が行われる際の検査装置１の動作の流れを示す図である。以下、検査動作について図３ないし図５を参照しながら図１０および図１１に沿って説明を行う。
【００４５】
まず、対象基板９がステージ部１２のステージ１２１上にロードされる（ステップＳ３１）。対象基板９はＣＭＰ装置またはＣＭＰ装置を有する設備ラインから自動的にロードされてもよく、作業者が適宜、ステージ１２１上に基板９を載置してもよい。
【００４６】
検査装置１では、ロードされた対象基板９が前の検査の基板９と同種であるか否かをコンピュータ１３が確認し（ステップＳ３２）、同種の基板でない場合には対象基板９の種類の応じたレシピ３４３がロードされる（ステップＳ３３）。すなわち、レシピ３４３が固定ディスク３４から読み出されてＲＡＭ３３に記憶され、ＣＰＵ３１によるレシピ３４３の参照が可能とされる。なお、レシピのロードは固定ディスク３４内の１つのレシピ３４３を特定するのみの動作であってもよい。また、図５では便宜上、固定ディスク３４内のレシピ３４３に対して各種データの流れを図示している。
【００４７】
次に、制御部４１の制御に従って撮像デバイス１１２が低い倍率にて撮像を行い、得られた画像と予め準備されたパターン（ノッチ形状や特徴的なパターン）とがＣＰＵ３１により比較されて対象基板９のステージ１２１上のおよその位置および向きが検出される。制御部４１はプリアライメントとして、検出結果に基づいて対象基板９の最初の検査対象となるチップ９４が光学ヘッド部１１のおよそ下方に位置するようにステージ駆動部１２２を制御する（ステップＳ３４）。
【００４８】
プリアライメントが完了すると、制御部４１がレシピ３４３の照明データ３０１を参照して光源駆動部２２を制御し、検査箇所９４１に適した照明光を出射する光源２１を光学系１１１への光導入位置に位置させるとともに選択された光源２１を点灯する。これにより、選択された照明光が光学系１１１を介して対象基板９に照射される（ステップＳ３５）。
【００４９】
さらに、制御部４１はレシピ３４３の位置データ３０２を参照して最初の検査が行われる対象チップ９４の最初の検査箇所９４１が光学ヘッド部１１の真下に位置するようにステージ１２１を移動させる（ステップＳ３６）。そして、撮像デバイス１１２が光学系１１１を介して検査箇所９４１の画像を信号として取得し、画像信号が撮像デバイス１１２中の回路または制御部４１においてデジタルデータに変換され、取得画像データ３４２として固定ディスク３４に記憶される（ステップＳ３７）。図１２は図９に示す基準画像に対応して取得された取得画像を例示する図である。
【００５０】
取得画像データ３４２および基準画像データ３０３は、マッチング部４２へと送られ、例えば、正規化相関法によるパターンマッチングを用いて取得画像と基準画像との位置関係がさらに詳細に調べられる（ステップＳ３８）。具体的には、基準画像に対して取得画像を様々な位置および向きにて重ね合わせ、各画像において重なり合った領域の全画素値を要素として有するベクトルが求められ、両画像に対応する２つのベクトルの内積が算出される。そして、内積が最も大きくなるときの取得画像の位置および向きが求められる。
【００５１】
なお、パターンマッチングでは基準画像に対して取得画像を実質的に任意の角度回転させつつ基準画像と取得画像との相関（内積）が求められる。これにより、基板９の向きに関係なく両画像の対応関係が求められる。例えば、ＣＭＰ装置のように基板９を回転させながら処理する装置から基板９が自動的にロードされる場合、ロード直後の基板９は任意の方向を向くこととなる。このような場合であっても、検査装置１ではステージ１２１を回転させることなくパターンマッチングを行うことができる。また、パターンマッチングにより、後述の判定における精度を高めることができる。
【００５２】
パターンマッチングにより、図１３に示すように基準画像９５１を移動ベクトルｖだけ平行移動して所定の原点を中心に角度θ回転させることにより、基準画像９５１を取得画像９５２に対応付けることができと判明すると、基準画像９５１と取得画像９５２との重なり合う領域（図１３において平行斜線を付す領域）において、数２による演算により、取得画像９５２の座標系における１つの画素の位置ベクトルｐを基準画像９５１の座標系における対応画素の位置ベクトルｑへと変換することが可能となる。ただし、数２においてＡ（−θ）は、角度（−θ）だけ位置ベクトルを回転させる行列である。
【００５３】
【数２】
0003767739.tif 000003
【００５４】
取得画像データ３４２、移動ベクトルｖ、回転角度θおよび検査領域を示す位置データ３０２はヒストグラム生成部４３に入力され、基準画像中の検査領域に対応する取得画像中の検査領域が特定される（ステップＳ３９）。ヒストグラム生成部４３は取得画像中の検査領域の画素値の度数を示すヒストグラムを生成し（ステップＳ４０）、さらにこのヒストグラムを正規化して対象ヒストグラムを生成する（ステップＳ４１）。対象ヒストグラムは基準ヒストグラムと同様の手法により生成される。すなわち、検査領域において画素値ｉの度数がＨ１［ｉ］であるものとすると、数３により対象ヒストグラムの度数Ｎ１［ｉ］が求められる。
【００５５】
【数３】
0003767739.tif 000004
【００５６】
なお、数３による演算により対象ヒストグラムの面積は基準ヒストグラムの面積と等しくなることから、ステップＳ４１は検査領域のヒストグラムの面積を基準ヒストグラムの面積に等しくなるように対象ヒストグラムの度数を修正する工程であるといえる。
【００５７】
次に、判定部４４がレシピ３４３内の基準ヒストグラムデータ３０４を読み込んで基準ヒストグラムを取得し、ヒストグラム生成部４３から対象ヒストグラムを取得する。そして、これらのヒストグラムを用いて検査領域内のパターンの判定を行う（ステップＳ５１）。図１４は判定部４４による判定処理の流れを示す図である。
【００５８】
判定部４４では、まず、基準ヒストグラムおよび対象ヒストグラムの中心が一致するように対象ヒストグラムの移動（検査領域の明度補正に対応する。）が行われる（ステップＳ５１１）。ヒストグラムの中心はおよその中心を示すものであればどのようなものであってもよく、例えば、ヒストグラムの重心や中間値が中心とされる。対象ヒストグラムの移動により、光源２１の明るさが変化した場合であっても正確な判定を行うことが実現される。なお、基準ヒストグラムが移動されてもよく、基準ヒストグラムと対象ヒストグラムとの相対的位置関係の変更であればよい。
【００５９】
図１５は基準ヒストグラム９６０を例示する図であり、図１６は対象ヒストグラム９６１を例示する図である。図１５において基準ヒストグラム９６０の中間値に対応する画素値がｐｃ１であり、図１６において対象ヒストグラム９６１の中間値に対応する画素値がｐｃ２であるものとした場合、図１６において点９７に対応する画素値がｐｃ１となるように対象ヒストグラム９６１全体が水平方向（画素値の軸方向）に移動される。図１７は基準ヒストグラム９６０と移動後の対象ヒストグラム９６２とを重ねて示す図である。
【００６０】
次に、判定部４４は基準ヒストグラム９６０と移動後の対象ヒストグラム９６２との重なり合う部分（すなわち、共通部分）の面積Ｓ１（図１７において平行斜線を付す領域の面積）を求める（ステップＳ５１２）。具体的には、画素値ｉに対する基準ヒストグラム９６０の度数Ｎ０［ｉ］、移動後の対象ヒストグラム９６２の度数Ｎ１ｓ［ｉ］を用いて、数４に示す演算により面積Ｓ１が求められる。
【００６１】
【数４】
0003767739.tif 000005
【００６２】
そして、面積Ｓ１がとしきい値３０５とが比較され（ステップＳ５１３）、面積Ｓ１がしきい値３０５を下回る場合にはメタル残膜が存在すると判定され、面積Ｓ１がしきい値３０５以上の場合にはメタル残膜が存在しないと判定される（ステップＳ５１３）。以上のように、検査装置１では上記面積Ｓ１が基準ヒストグラムと対象ヒストグラムとの類似の程度を示す指標値として利用される。
【００６３】
なお、ヒストグラムの正規化および移動を行って両ヒストグラムの重なり度合いを指標値とすることにより、指標値と判定結果との関係を安定させることができ、レシピ登録の際のしきい値の設定（図６：ステップＳ１７）を容易に行うことができる。
【００６４】
１つの検査箇所９４１に対する検査が完了すると、対象チップ９４において未検査の次の検査箇所９４１が存在するか確認され（ステップＳ５２）、未検査の検査箇所９４１が存在する場合にはステップＳ３５〜Ｓ４１およびステップＳ５１が繰り返される。さらに、１つの対象チップ９４の全ての検査箇所９４１の検査が完了すると、未検査の次の対象チップ９４が存在するか確認され（ステップＳ５３）、未検査の対象チップ９４が存在する場合には、新たな対象チップ９４の各検査箇所９４１に対してステップＳ３５〜Ｓ４１およびステップＳ５１が繰り返される。
【００６５】
全ての対象チップ９４の全ての検査箇所９４１の検査が完了すると、検査結果の一覧がディスプレイ３５に表示される（ステップＳ５４）。検査装置１の担当者はキーボード３６ａやマウス３６ｂを用いてメタル残膜が存在する検査結果が得られた検査箇所９４１を選択することが可能とされており、操作者が検査箇所９４１を選択することにより、検査結果に対応する取得画像やヒストグラムがディスプレイ３５に表示される（ステップＳ５５，Ｓ５６）。これにより、操作者がメタル残膜の様子を２次元的な分布として的確に把握することができる。
【００６６】
操作者により検査結果が把握されると対象基板９がステージ１２１からアンロードされる（ステップＳ５７）。なお、基板処理ラインから対象基板９を自動的にロードおよびアンロード可能とすることにより、検査装置１をインライン化することができる。検査結果は、アンロードされた対象基板９から得られるチップ９４を処理したり、チップ９４の良、不良を検査する他の装置へと送られて利用される。これにより、他の装置における処理や検査の効率が向上される。
【００６７】
なお、検査結果によっては対象基板９に対するＣＭＰが再実行されてもよい。これにより、不十分なＣＭＰが行われた対象基板９からのチップ９４の歩留まりを向上することができる。
【００６８】
以上のように、検査装置１ではヒストグラムを利用することにより基板９のパターン検査を精度よく自動的に行うことができる。また、不良箇所を２次元の画像として的確に把握することができるため、検査担当者の負担を低減することができ、かつ、非接触、非破壊にて半導体基板のパターンの検査を安定して行うことができる。ヒストグラムの中心値を一致させることにより、薄膜の厚さによる画素値のシフトの効果を除去することもでき、誤判定を低減することが実現される。
【００６９】
また、ヒストグラムを撮像領域内の検査領域に限定して生成するため、メタル残膜の存在する可能性の高い部分のみを精度よく検査することができる。
【００７０】
次に、ヒストグラムを用いる判定部４４の処理の他の例について説明する。基準ヒストグラムと対象ヒストグラムとの類似の程度を示す指標値として最も簡単なものは、両ヒストグラムの距離（度数の相違の累積）である。例えば、図１８に示す基準ヒストグラム９６０と対象ヒストグラム９６１との場合、数５にて示す演算により、平行斜線を付す領域の面積Ｓ２が指標値として求められる。
【００７１】
【数５】
0003767739.tif 000006
【００７２】
面積Ｓ２が指標値として用いられる場合、判定部４４では面積Ｓ２がしきい値３０５以上の場合にメタル残膜が存在すると判定され、面積Ｓ２がしきい値３０５を下回る場合にメタル残膜が存在しないと判定される。
【００７３】
また、基準ヒストグラムと対象ヒストグラムとの類似の程度は一次元の波形に対する動的計画法により求められてもよい。動的計画法を用いる場合、ヒストグラムは正規化されなくてもよく、基準画像および取得画像の検査領域における画素値のヒストグラムがそのまま利用されてもよい。以下、基準ヒストグラムおよび対象ヒストグラムに動的計画法を適用する例について説明を行う。
【００７４】
まず、判定部４４が基準ヒストグラムおよび対象ヒストグラムにおいて度数が０でない最も小さな画素値ｐｓ１およびｐｓ２をそれぞれ検出する。そして、画素値ｐｓ１〜２５５の範囲と、画素値ｐｓ２〜２５５の範囲とを動的計画法における経路範囲に設定する。これにより、ヒストグラムの分布が偏っている場合であっても適切な判定が実現される。図１９は経路範囲を示す図であり、始点Ｐｓの座標が（ｐｓ１，ｐｓ２）であり、終点Ｐｅの座標が（２５５，２５５）である様子を示している。
【００７５】
次に、数６によりｄ（ｉ，ｊ）を定義し、座標（ｉ，ｊ）における累積距離ｇ（ｉ，ｊ）を数７により定義する。ただし、初期値ｇ（ｐｓ１，ｐｓ２）はｄ（ｐｓ１，ｐｓ２）とされる。
【００７６】
【数６】
0003767739.tif 000007
【００７７】
【数７】
0003767739.tif 000008
【００７８】
ｄ（ｉ，ｊ）は、基準ヒストグラムの画素値ｉにおける度数Ｎ０［ｉ］と対象ヒストグラムの画素値ｊにおける度数Ｎ１［ｊ］との差の絶対値であり、座標（ｉ，ｊ）に向かう際に累積距離ｇに加算される値の単位とされる。数７は図２０に示すように、水平または垂直方向に移動して座標（ｉ，ｊ）に至る際には累積距離ｇにｄ（ｉ，ｊ）が加算され、斜めに移動する際には２倍の加算が行われることを示している。そして、これらの移動により得られる３つの値のうち最小のものが座標（ｉ，ｊ）における累積距離ｇ（ｉ，ｊ）とされる。
【００７９】
判定部４４は、終点Ｐｅにおける累積距離ｇ（２５５，２５５）を求め、この累積距離が判定の指標値とされる。そして、指標値が所定のしきい値以上の場合にメタル残膜が存在すると判定し、指標値がしきい値を下回る場合にメタル残膜が存在しないと判定する。動的計画法を利用することにより、精度の高い検査が実現される。なお、動的計画法として既知の他の手法が用いられてもよい。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００８１】
例えば、上記実施の形態において、パターンマッチングの後にステージ１２１が移動したり、回転してもよい。これにより、より精度の高い検査が可能となる。光学ヘッド部１１とステージ１２１とは相対的に移動可能であればよく、例えば、光学ヘッド部１１がステージ１２１に対して移動可能とされてもよい。
【００８２】
上記実施の形態では、検査箇所９４１ごとに照明光の選択が行われるが、１つの基板９に対して照明光の種類が固定されてもよい。
【００８３】
検査装置１が行う検査はＣＭＰの残膜検査に限定されるものではなく、半導体基板のパターンの欠陥検査に広く利用することができる。
【００８４】
上記実施の形態では１つの検査箇所９４１に対して１つの検査領域９４２が設定されるが、検査領域９４２は１つの検査箇所９４１に複数存在してもよい。
【００８５】
また、対象ヒストグラムが生成される検査領域は基準画像と取得画像との重なり合う領域全体とされてもよい。さらに、検査領域は基準画像を複数の領域に分割したものであってもよい。この場合、例えば、取得画像において対応する領域が６割に満たない場合にはその検査領域が判定から除外される。
【００８６】
上記実施の形態では基準ヒストグラムが予め固定ディスク３４に記憶され、判定の際に判定部４４が基準ヒストグラムを取得するが、基準ヒストグラムは検査の都度求められることにより取得されてもよい。もちろん、上記実施の形態のように基準ヒストグラムを予め求めることによりコンピュータ１３における演算量を削減することができる。
【００８７】
【発明の効果】
請求項１ないし１３の発明では、非接触、非破壊にて半導体基板のパターンの検査を安定して行うことができる。
【００８８】
また、請求項２の発明では、演算量を削減することができる。
【００８９】
また、請求項３の発明では、検査精度を高めることができる。
【００９０】
また、請求項４の発明では、半導体基板の向きに関係なく検査を行うことができる。
【００９１】
また、請求項５ないし８の発明では、検査精度を高めることができる。
【００９２】
また、請求項９および１０の発明では、半導体基板の特性に応じたコントラストの高い２次元画像を取得することができる。
【００９３】
また、請求項１１の発明では、メタル残膜の検査を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に配線パターンが形成される様子を説明するための図である。
【図２】基板上に配線パターンが形成される様子を説明するための図である。
【図３】検査装置の全体構成を示す図である。
【図４】コンピュータの構成を示す図である。
【図５】コンピュータの機能構成を示すブロック図である。
【図６】レシピ登録の動作の流れを示す図である。
【図７】複数の検査箇所を例示する図である。
【図８】基板上の検査対象となるチップの位置を例示する図である。
【図９】基準画像を例示する図である。
【図１０】検査動作の流れを示す図である。
【図１１】検査動作の流れを示す図である。
【図１２】取得画像を例示する図である。
【図１３】基準画像と取得画像との重ね合わせを例示する図である。
【図１４】判定処理の流れを示す図である。
【図１５】基準ヒストグラムを例示する図である。
【図１６】対象ヒストグラムを例示する図である。
【図１７】基準ヒストグラムと対象ヒストグラムとが重ね合わされる様子を示す図である。
【図１８】指標値を求める他の例を説明するための図である。
【図１９】動的計画法における経路範囲を示す図である。
【図２０】動的計画法における累積距離を求める手法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  検査装置
２  光源ユニット
９  基板
１１  光学ヘッド部
１３  コンピュータ
３１  ＣＰＵ
３４  固定ディスク
４２  マッチング部
４３  ヒストグラム生成部
１１２  撮像デバイス
３０３  基準画像データ
３４１  プログラム
３４２  取得画像データ
９５１  基準画像
９５２  取得画像
９６０  基準ヒストグラム
９６１  対象ヒストグラム
Ｓ１６，Ｓ３５，Ｓ３７，Ｓ４１，Ｓ５１１  ステップ
【図１】
0003767739.tif 000009
【図２】
0003767739.tif 000010
【図３】
0003767739.tif 000011
【図４】
0003767739.tif 000012
【図５】
0003767739.tif 000013
【図６】
0003767739.tif 000014
【図７】
0003767739.tif 000015
【図８】
0003767739.tif 000016
【図９】
0003767739.tif 000017
【図１０】
0003767739.tif 000018
【図１１】
0003767739.tif 000019
【図１２】
0003767739.tif 000020
【図１３】
0003767739.tif 000021
【図１４】
0003767739.tif 000022
【図１５】
0003767739.tif 000023
【図１６】
0003767739.tif 000024
【図１７】
0003767739.tif 000025
【図１８】
0003767739.tif 000026
【図１９】
0003767739.tif 000027
【図２０】
0003767739.tif 000028