JP2014022662A - ウエハ外観検査装置及びウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象の領域を細分化し、領域毎に感度しきい値を設定する作業を容易に実行でき、検査効率の向上が可能なウエハ外観検査装置を実現する。
【解決手段】ディスプレイに表示された画像領域のうち、しきい値を設定する領域を大まかに指定すると、自動的に領域が確定される。確定された領域と、パターンが類似する領域が検索され表示される。類似する領域が選択されると、初期感度しきい値が表示され、変更が必要な場合は変更が行われる。決定されたしきい値に対応する表示色により設定した感度しきい値の領域が表示される。設定されたしきい値に従って、検査が実行される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体デバイス製造工程にあるウエハの表面欠陥を検査するウエハ外観検査装置に関する。

半導体製造工程ではウエハ外観検査装置が使用される。ウエハ外観検査装置にて自動で検査をするにはレシピを作成する必要があるが、このレシピ作成にはどうしても人手の介入が必要となる部分がある。

それらの人手を要する作業うちの一つに、検出する感度しきい値をウエハ上における場所やダイ内検査エリア上における場所によって変化させるように設定する作業がある。これは、コントラストが高い領域や低い領域が混在しており、その領域毎に感度閾値を設定することにより、検査精度を向上することができるからである。

このため、検査装置の感度向上のために、ダイ内検査エリアをより細かく分け、その細分化されたエリアそれぞれに感度しきい値を設定するニーズが高まっており、ダイ内検査エリア設定画面の背景にダイのパノラマ画像（取得した画像のうち、選択した複数部分を合成して表示した画像）を表示することで、画像を目安にダイ内検査エリアの設定をできるようにしているものがある（例えば、特許文献１）。

また、ＳＥＭ像を元にエリアを分割して検査に応用する方法や、ＳＥＭ像や光学画像と、テンプレート画像とのマッチングにより検査する方法が知られている。

特開２０１０−２８３０８８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、何千何万ものダイ内検査エリアを設定するとなると、同様の操作を膨大な回数繰り返すこととなる。

人手によるダイ内検査エリア設定では、効率が大幅に落ちる上に、ヒューマンエラーも誘発しやすくなる。しかし、精度を維持したまま、感度しきい値別に、多くのダイ内検査エリアを設定するにはどうしても人手の介入が必要となる。

このため、従来の技術においては、感度向上のための検査対象の領域細分化作業に多くの時間と労力とが必要であり、検査効率の向上化が困難となっていた。

本発明の目的は、検査対象の領域を細分化し、領域毎に感度しきい値を設定する作業を容易に実行でき、検査効率の向上が可能なウエハ外観検査装置及びウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

ウエハに光が照射され、反射された光を検出した光を画像として画像表示部に表示し、操作指令を入力する操作部から指令された画像領域を決定し、上記ウエハの他の画像領域のうち、上記決定した画像領域と表面形状パターンが類似する画像領域を検索して上記画像表示部に表示し、上記操作部からの指令に従って選択した画像領域の感度しきい値を設定する。

本発明によれば、検査対象の領域を細分化し、領域毎に感度しきい値を設定する作業を容易に実行でき、検査効率の向上が可能なウエハ外観検査装置及びウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法を実現することができる。

本発明の実施形態に係るウエハ外観検査装置の構成の例を示した図。 ウエハ外観検査装置における観察光学系の構成の例を示した図。 ウエハ外観検査装置において行われる感度指定ダイ内検査エリア設定処理の処理フローの例を示した図。 感度指定ダイ内検査エリア設定処理時の設定ダイ内検査エリア表示例を示した図。 類似ダイ内検査エリアを検索するときの操作を示した図。 検索されたダイ内検査エリアを取捨選択する操作を示した図。 類似ダイ内検査エリア検索における検索範囲の設定方法を示した図。 単一ダイ内検査エリア選択時に、画像輝度エッジに沿ったダイ内検査エリアを自動的に選択する機能を示した図。 単一ダイ内検査エリア選択時に、画像輝度エッジに沿った大きさに補正する機能を示した図。 設定ダイ内検査エリアを画像輝度エッジに沿って調整する機能を示した図。 次の操作の内容に合わせて表示する画像の縮尺を調整する機能を示した図。 設定する感度しきい値情報により表示する設定ダイ内検査エリアの色を振り分ける機能を示した図。 設定ダイ内検査エリアの画像情報により感度しきい値情報を推定する機能を示した図。 操作画面の一例を示した図。 ＣＰＵ１２０の内部機能ブロック図。

以下、本発明について、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例に係るウエハ外観検査装置の全体概略構成図である。

図１において、照明光学系１０３はレーザ装置１０５と反射ミラー１０４を有する。レーザ光１０６はレーザ装置１０５から反射ミラー１０４を介してウエハ１０１に対して照射される。ステージ制御部１２１によりＸＹθステージ１０２を操作することでウエハ１０１全面を検査する。

ウエハ１０１の表面に凹凸や異物があると、レーザ光１０６は散乱する。そして、散乱した光を検出光学系１０７、１１２にて検出する。検出光学系１０７は結像レンズ１０８、エリアセンサ１０９を有し、検出光学系１１２は結像レンズ１１３、エリアセンサ１１４を有する。

検出光学系１０７、１１２により散乱光が電気信号に変換され、ＡＤ変換器１１０、１１５、画像処理部１１１、１１６を介して画像データとして、動作制御部であるＣＰＵ１２０に送られる。

検査用レシピ作成時や欠陥検査評価（検出欠陥のレビューの為に）時のために検出光学系１０７、１１２とは別に観察光学系１１７がある。モニタカメラ１１８によって取得した映像は、画像キャプチャ制御部１１９、ＣＰＵ１２０にて処理され、モニタディスプレイ１２２に表示される。

図１５は、ＣＰＵ１２０の内部機能ブロック図である。図１５において、ＣＰＵ１２０は、エリア設定部１２０Ａと、類似エリア設定部１２０Ｂと、しきい値設定部１２０Ｃと、保存処理部１２０Ｄとを備える。ＣＰＵ１２０は、図１では省略してあるが、操作部１２５、設定データを保存するメモリ１２４、画像サーバ１２３、検査対象であるウエハの外観検査を行う検査部１２６と接続されている。

図２はウエハ外観検査装置における観察光学系１１７の概略構成例を示した図である。図２において、光源２０１から発せられた光が集光レンズ２０２によって集められる。集光レンズ２０２によって集められた光は、開口絞り２０３によって明るさが調整され、視野絞り２０４により観察範囲が調整される。

その後、光は、リレーレンズ２０５を介してビームスプリッタ２０６にて反射され、対物レンズ２０７を通してウエハ１０１に照射される。そして、ウエハ１０１にて反射された光は対物レンズ２０７を介してビームスプリッタ２０６を透過する。最後に結像レンズ２０８を通してモニタカメラ（エリアセンサ）１１８にて電気信号に変換される。

図３はウエハ外観検査装置において行われる感度指定ダイ内検査エリア設定処理の処理フローの例を示した図である。

まず、ダイ全体の画像を取得するステップ３０１の処理について、図１を用いて説明する。

ウエハ１０１をＸＹθステージ１０２上にロードする。そして、アライメント処理を実施し、ＸＹθステージ１０２上のウエハ１０１の傾きを補正する。ＸＹθステージ１０２を、ＸとＹ方向にステッピング移動しながらモニタカメラ１１８でウエハ１０１の画像を順に取得して、画像サーバ１２３上に保管していく。これらの作業は、ＣＰＵ１２０の制御によりすべて自動で行われる。

後の作業はサーバ１２３上に保管された取得画像を使って行うため、サーバ１２３にアクセス可能な別のＰＣ上で処理することができる。

図４は感度指定ダイ内検査エリア設定処理時の設定ダイ内検査エリア表示例を示した図であり、これを用いて図３のエリアを選択ステップ３０２について説明する。図４の（Ａ）において、４０１はダイ全体のパノラマ合成画像の模式図で、主にセルエリア部４０２とロジック部４０６とに大別される。

画像サーバ１２３に接続されたＰＣやディスプレイ１２２にてダイ全体のパノラマ合成画像４０１を表示する。そして、パノラマ合成画像４０１上でドラッグ＆ドロップで大まかにダイ内エリア４０７を選択する（図３のステップ３０２）。

次に、図４を用いて、図３のエリアの拡大ステップ３０３、微調整ステップ３０４から終点確定ステップ３０７について説明する。

ディスプレイ１２２にて、ダイ内エリア４０７を拡大すると、拡大エリア４０３のようにダイ内エリア４０７が図４の（Ｂ）のように拡大表示される（図３のステップ３０３）。始点ハンドル４０４と終点ハンドル４０５をドラッグ＆ドロップすることにより、選択する範囲の微調整をおこなう（図３のステップ３０４〜３０７）。

図８、図９、図１０は、図４の始点ハンドル４０４と終点ハンドル４０５の微調整を自動的にサポートする機能についての説明図である（図３のステップ３０４〜３０７に対応する）。

図８は、ある単一のダイ内検査エリア選択時に、ダブルクリックにより画像輝度エッジに沿ったエリアを自動的に選択する機能を説明する図である。また、図９は、ドラッグ＆ドロップにより画像輝度エッジに沿ったエリアを自動的に選択する機能を説明する図である。

図８の（Ａ）において、ダブルクリックで選択する場合、選択したいエリア８０１の内部でダブルクリックする。図８の（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ１２０の画像処理系でエッジを抽出した画像８０２を生成する。クリックされたポイントから上下左右の４方向に探索し、最初に到達するエッジを検出する。そうすることで、図８の（Ｃ）に示すように、エッジ（黒枠）に沿った矩形領域８０３を選択することができる。

図９に示すように、ドラッグ＆ドロップで選択する場合、マウスポインタを近づけると、候補となる最も近いコーナ９０１をハイライトする（図９の（Ａ））。そして、図９の（Ｃ）に示すように、ドラッグ＆ドロップしたときに、ドラッグ開始点と終点の近辺のコーナに属するエッジで囲まれたエリアを選択されたエリア９０３（補正ありの選択ハイライト）として設定する。９０２は、補正なしの選択ハイライトである。

図１０は選択されたエリアを画像輝度エッジに沿った形に調整する機能の説明図である。この図１０を用いて選択エリアの微調整（図３のステップ３０４〜３０７）の作業負担を軽減する方法について説明する。

図１０の（Ａ）において、ある領域１００２が選択されている状態のときに、画面に表示されたエッジフィットボタン１００１を押下する。図１０の（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ１２０の画像処理系でエッジを抽出した画像８０２を生成し、領域１００２の４つの辺の近辺のエッジ１００３を検出する。それぞれの検出したエッジが矩形になるように整形し（図１０の（Ｃ））、それを新たな選択エリア１００４とする（図１０の（Ｄ））。

図１１は、作業内容に合わせて表示する画像の縮尺を調整する機能を説明する図である。図３に示した拡大表示ステップ３０３や縮小ステップ３０８のような表示する画像の縮尺を変更するタイミングは決まっている。よって、ステップ３０２にて設定した領域（図１１の（Ａ））のサイズに合わせて自動的に拡大エリア４０３を表示する（図１１の（Ｂ））。そして図３の終点確定ステップ３０７の処理がなされた時点で元の縮尺画像４０１に自動的に戻す（ステップ３０８）。

ステップ３０２〜３０８の動作は、操作部１２５からの操作指令、デイスプレイ１２２の表示内容に従って、エリア設定部１２０Ａにより実行される。

図５と図７は類似なダイ内検査エリアを検索するときの操作を説明する図であり、図６はその検索されたダイ内検査エリアを取捨選択する操作を説明する図である。これら図５〜図７を用いて図３のステップ３０９を説明する。

図５の（Ａ）において、ダイ内の検索したいエリア５０１が選択された状態のときに類似エリア検索ボタン１００５を押下する。すると、検索対象エリア５０１をテンプレート画像としたパターンマッチングを行い、図５の（Ｂ）に示すように、類似した表面形状パターンを持っているエリア５０２を類似エリアとしてハイライトする。

しかし、広大なダイ全体のパノラマ合成画像４０１を対象にマッチングを行うと処理に時間がかかることが予想される。そこで、範囲を限定して検索する方法を用いる。

図７は類似ダイ内検査エリア検索ステップ３０９における検索範囲の設定方法を説明する図である。また、図１４は、ディスプレイ１２２に表示される操作画面例を示す図である。これら図７、図１４を用いて範囲を限定して検索する方法について説明する。

セルエリア部はある一定の範囲にまとまって存在する傾向がある。図７の（Ａ）に示す領域７０２のようなセルエリア部を検索対象エリアとすると、図１４に示した検索範囲設定（エリア検索）ボタン１４０８を押下後、破線７０１のような矩形領域の検索エリアをドラッグ＆ドロップにより設定する。

その後、図５に示したような類似エリア検索ボタン１００５を押下してマッチングを行う。という流れとなる。

検索対象エリアが図７の（Ｂ）に示すようにロジック部の場合には、次のようになる。

ロジック部は一定の方向に並んで存在する傾向にある。図７に示す領域７０４のようなロジック部を検索対象エリアとすると、検索範囲設定（ライン検索）ボタン１４０８を押下後、マウスクリックにより縦または横といった方位と、幅７０３のような検索エリアの幅を設定する。

その後、類似エリア検索ボタン１００５を押下してマッチングを行うという流れとなる。

マッチングの結果、図５の（Ｂ）に示すように、類似エリア５０２がハイライトされると同時に、類似エリアリスト５０７が表示される。この類似エリアリスト５０７は、エリアNo.と、そのエリアのＸＹ座標を示したリストである。類似エリアリスト５０７には類似度が高い順番に検索候補（領域５０３〜５０６）が表示される。

その後、再度画像内をドラッグすることで、類似エリア５０２の中から、さらにエリアを選択することができる（図６の（Ａ）の類似エリア６０１）。選択された類似エリア６０１は類似エリア５０２とは別の色でハイライトされる。また、図６の（Ｂ）に示すように、類似エリアリスト５０７は、類似エリア６０１と同期しており、類似エリア６０１で選択されたエリアは部分６０２のようにハイライトされる。

その後、確定ボタン１４１7を押下することで、選択された類似エリアのみが確定した選択エリア６０３として残る（図６の（Ｃ））。逆に、Deleteボタン１４１４を押下することで、選択された検索候補６０１のみを検索候補から削除することもできる。

ステップ３０９は、類似エリア設定部１２０Ｂにより実行される。

図１３は設定ダイ内検査エリアの画像情報により感度しきい値情報を推定する機能を説明する図であり、図３のステップ３１０に該当する処理である。エリアを細分化し、それぞれにしきい値をもたせる理由の一つとして、ロジック部１３０２のような画像コントラストが高いエリアの方が、セルエリア部１３０１のようなコントラストが低いエリアよりも、実際には欠陥が無いのに欠陥があると誤判定しやすい傾向にあるためである。

これは欠陥検出時、２つの画像の差分を取るときに、高コントラストの領域の方がピクセル間にて生じる誤差（量子化誤差）が顕在化しやすいためである。

よって、エリア内の画像コントラスト（例えは各画素の濃淡レベルのσ値（画像の輝度のばらつき）に応じた値を、初期値として自動的に設定する。そして、初期値として設定された値を画面に表示し（図１４に示したしきい表示部）、操作者により変更される。感度しきい値が設定された初期値のままでよければ、変更操作は不要である。

図１２は、設定する感度しきい値により、表示する設定ダイ内検査エリアの色を振り分ける一例を示した図であり、図３のステップ３１１の処理に該当する。である。

図１２に示す例の場合は、赤から紫までの７色（Ｃ１〜Ｃ７）が設定され、しきい値は、Ｃ１からＣ７に向かうにつれ、小から大となる設定である。このように、設定したエリアの感度しきい値の区別のために、表示する色を設定する。しきい値と対応させた色相の色を自動的に表示することによって、設定値の入力ミス・データ飛びなどが、色という形で顕在化させることができる。

ステップ３１０、３１１の処理はしきい値設定部１２０Ｃにより実行される。

以上の処理により１グループの設定が完了する。他にも設定したい領域があればステップ３０２に戻り、ステップ３０２〜３１１を実行する。

そして、全ダイ内検査エリアの設定が終了したら、保存処理部１２０Ｄによりメモリ１２４に設定を保存し、検査部１２６にエリア設定ファイルを転送する。検査部１２６は、転送されたエリア設定ファイルを用いて被検査対象を検査する。以上が検査の一連の流れとなる。

図１４は、ディスプレイ１２２に表示される操作画面の一例を示す図である。図１４において、パノラマ画像表示領域１４０１の下方には、自動エッジフィットボタン１４１０、しきい値自動入力ボタン１４１１、色自動設定ボタン１４１２、エッジフィットボタン１４１３、Ｄｅｌｅｔｅボタン１４１４、エリア設定ボタン１４１５が表示されている。

また、上下左右移動ボタン１４０２、拡大縮小ボタン１４０３〜１４０５、オートボタン１４０６、検索開始ボタン１４０７、検索エリア設定ボタン１４０８、検索結果表示領域１４０９、エリア設定領域１４１６、確定ボタン１４１７、エリアリスト領域１４１８、読込ボタン１４１９、保存ボタン１４２０．キャンセルボタン１４２１、終了ボタン１４２２である。

図１４の操作画面を使用して、設定したしきい値毎に、検査対象の領域を細分化する作業を実行することができる。

以上のように、本発明の一実施例によれば、検査対象の領域を細分化し、領域毎に感度しきい値を設定する作業を容易に実行でき、検査効率の向上が可能なウエハ外観検査装置及びウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法を実現することができる。

これにより、ウエハ外観検査装置の操作の一部を自動化、簡略化することで、人手による繰り返し作業の工数、作業負担を減らすことができる。

１０１・・・ウエハ、 １０２・・・ＸＹθステージ、 １０３・・・照明光学系、 １０４・・・反射ミラー、 １０５・・・レーザ装置、 １０６・・・レーザ光、 １０７・・・検出光学系a、 １０８・・・結像レンズａ、 １０９・・・エリアセンサa、 １１０・・・ＡＤ変換器ａ、 １１１・・・画像処理部a、 １１２・・・検出光学系b、 １１３・・・結像レンズｂ、 １１４・・・エリアセンサb、 １１５・・・ＡＤ変換器b、 １１６・・・画像処理部b、 １１７・・・観察光学系、 １１８・・・モニタカメラ、 １１９・・・画像キャプチャ制御部、 １２０・・・ＣＰＵ、 １２１・・・ステージ制御部、 １２２・・・ディスプレイ、 １２３・・・画像サーバ、 １２４・・・メモリ、 １２５・・・操作部、 １２６・・・検査部、 ２０１・・・光源、 ２０２・・・集光レンズ、 ２０３・・・開口絞り、 ２０４・・・視野絞り、 ２０５・・・リレーレンズ、 ２０６・・・ビームスプリッタ、 ２０７・・・対物レンズ、 ２０８・・・結像レンズ、 ４０１・・・パノラマ合成画像、 ４０２・・・セルエリア部、 ４０３・・・拡大画像、 ４０４・・・始点ハンドラ、 ４０５・・・終点ハンドラ、 ４０６・・・ロジック部、 ４０７・・・ダイ内エリア、 ５０１・・・検索対象エリア、 ５０２・・・類似エリアハイライト、 ５０３・・・類似エリア1、 ５０４・・・類似エリア２、 ５０５・・・類似エリア３、 ５０６・・・類似エリア４、 ５０７・・・類似エリアリスト、 ６０１・・・選択類似エリアハイライト、 ６０２・・・リスト内にて６０１に対応したエリア、 ６０３・・・確定後選択エリアハイライト、 ７０１・・・検索エリア（エリア選択タイプ）、 ７０２・・・セルエリア部選択ハイライト、 ７０３・・・検索エリア（ライン選択タイプ）、 ７０４・・・ロジック部選択ハイライト、 ８０１・・・選択したい領域、 ８０２・・・エッジ抽出画像、 ８０３・・・選択された領域、 ９０１・・・選択候補コーナーハイライト、 ９０２・・・補正なし選択ハイライト、 ９０３・・・補正あり選択ハイライト、 １００１・・・エッジフィットボタン、 １００２・・・処理前選択ハイライト、 １００３・・・抽出されたエッジ、 １００４・・・処理後の選択ハイライト、 １３０１・・・セルエリア部、 １３０２・・・ロジック部

Claims (9)

1. ウエハに光を照射する光照射部と、
   上記ウエハから反射した光を検出する検出部と、
   上記検出部により検出された光を画像に変換する画像処理部と、
   画像表示部と、
   操作指令を入力する操作部と、
   上記操作部から指令された画像領域を決定し、上記ウエハの他の画像領域のうち、上記決定した画像領域と表面形状パターンが類似する画像領域を検索して上記画像表示部に表示し、上記操作部からの指令に従って選択した画像領域の感度しきい値を設定する動作制御部と、
   上記動作制御部により設定された感度しきい値に基づいて、上記ウエハの外観検査を行う検査部と、
   を備えることを特徴とするウエハ外観検査装置。
2. 請求項１に記載のウエハ外観検査装置において、
   上記動作制御部は、上記表面形状パターンが類似する画像領域の領域番号及び座標を類似度が高い順に配列して、上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置。
3. 請求項２に記載のウエハ外観検査装置において、
   上記動作制御部は、上記表面形状パターンが類似する画像領域を他の画像領域と区別するため、ハイライト表示して上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置。
4. 請求項１に記載のウエハ外観検査装置において、
   上記動作制御部は、設定された感度しきい値毎に定められた表示色で、画像領域を上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置。
5. 請求項１に記載のウエハ外観検査装置において、
   上記動作制御部により設定された画像領域毎の感度しきい値を格納するメモリを備え、
   上記動作制御部は、上記操作部から指令された画像領域を決定するエリア設定部と、上記決定した画像領域と表面形状パターンが類似する画像領域を検索して設定する類似エリア設定部と、上記操作部からの指令に従って選択した画像領域の感度しきい値を設定するしきい値設定部と、設定された上記画像領域毎の感度しきい値を格納する保存処理部と、を備えることを特徴とするウエハ外観検査装置。
6. ウエハに光が照射され、反射された光を検出した光を画像として画像表示部に表示し、操作指令を入力する操作部から指令された画像領域を決定し、
   上記ウエハの他の画像領域のうち、上記決定した画像領域と表面形状パターンが類似する画像領域を検索して上記画像表示部に表示し、
   上記操作部からの指令に従って選択した画像領域の感度しきい値を設定することを特徴とするウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法。
7. 請求項６に記載のウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法において、
   上記表面形状パターンが類似する画像領域の領域番号及び座標を類似度が高い順に配列して、上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法。
8. 請求項７に記載のウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法において、
   上記表面形状パターンが類似する画像領域を他の画像領域と区別するため、ハイライト表示して上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法。
9. 請求項６に記載のウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法において、
   設定された感度しきい値毎に定められた表示色で、画像領域を上記画像表示部に表示することを特徴とするウエハ外観検査装置における感度しきい値設定方法。

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