JP2004093211A - 非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】試料の欠陥の種類を判別できる非破壊検査装置を提供する。
【解決手段】この発明の非破壊検査装置１は、レーザ光源１０、照射光学系１２、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、制御・画像処理装置１８、および表示装置２０を有している。照射光学系１２には、光スキャナ１２２が含まれている。照射光学系は、レーザビームをウェーハ５に照射する。このレーザビームによってウェーハが走査される。ＳＱＵＩＤ磁束計は、レーザ光の照射により誘起された磁場を検出する。制御・画像処理装置は、磁束計によって取得された磁場分布データから良品の磁場分布データを減算し、差分データを生成する。差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較することにより、欠陥の有無が判定される。二つのしきい値を使用するので、２種類の欠陥を判別できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造では、半導体ウェーハ上に複数のダイ（チップ）を形成した後、ウェーハ検査が行われる。ウェーハ検査には、非破壊検査装置が用いられる。非破壊検査装置の一例として、走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡が知られている。ＳＱＵＩＤ顕微鏡は、試料の表面にレーザスポット光を照射し、それによって誘起された磁場の強度をＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉磁束計）で検出する。磁場強度の分布は、ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号を用いて画像化される。この画像を観察することにより、ウェーハを検査できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、試料の欠陥の有無を調べることはできても、欠陥の種類を判別することはできない。そこで、この発明は、試料の欠陥の種類を判別できる非破壊検査装置の提供を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の態様は、試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置である。この装置は、照射手段、走査手段、磁場検出手段、減算手段、比較手段、および判定手段を備えている。照射手段は、試料にレーザ光を照射する。走査手段は、試料上におけるレーザ光の照射位置を移動させて試料を走査する。磁場検出手段は、試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する。減算手段は、磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する。比較手段は、差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する。判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第１しきい値以上のとき、その照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第２しきい値以下のとき、その照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。
【０００５】
差分データが正負の二つのしきい値と比較されるので、２種類の欠陥を判別できる。標準分布データよりも強い磁場を誘起する欠陥は、第１しきい値を用いて判定される。また、標準分布データよりも弱い磁場を誘起する欠陥は、第２しきい値を用いて判定される。
【０００６】
この発明の第２の態様は、試料上の同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置である。この装置は、照射手段、走査手段、磁場検出手段、減算手段、比較手段、および判定手段を備えている。照射手段は、試料にレーザ光を照射する。走査手段は、試料上におけるレーザ光の照射位置を移動させて試料上の前記領域を走査する。磁場検出手段は、前記領域の走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する。減算手段は、第１の領域の磁場分布データから第２の領域の磁場分布データを減算して、第１の差分データを生成する。また、減算手段は、第２の領域の磁場分布データから第３の領域の磁場分布データを減算して、第２の差分データを生成する。比較手段は、第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する。また、比較手段は、第２差分データを第１しきい値および第２しきい値と比較する。判定手段は、比較手段による比較の結果に応じて、第２領域における欠陥の有無を判定する。判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第２しきい値以下かつ第２差分データが第１しきい値以上のとき、第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第１しきい値以上かつ第２差分データが第２しきい値以下のとき、前記第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。
【０００７】
第１および第２差分データがそれぞれ正負の二つのしきい値と比較されるので、２種類の欠陥を判別できる。正常な試料よりも強い磁場を誘起する欠陥は、第１しきい値を用いて判定される。また、正常な試料よりも弱い磁場を誘起する欠陥は、第２しきい値を用いて判定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【０００９】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る非破壊検査装置１の構成を示す概略図である。装置１は、走査型レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡である。装置１は、試料として、半導体ウェーハ５を検査する。
【００１０】
図２は、半導体ウェーハ５の表面を示す平面図である。ウェーハ５は、複数のダイ５２を有している。これらのダイ５２は、ウェーハ５の表面上で２次元的に配列されている。各ダイ５２には、所定の構造が形成されている。この構造は、半導体デバイスパターンである。これらのダイ５２は、すべて同じデバイスパターンを有することを予定されている。非破壊検査装置１は、各ダイ５２のデバイスパターンにおける欠陥の有無を検査する。
【００１１】
再び、図１を参照する。非破壊検査装置１は、ＩＲレーザ光源１０、照射光学系１２、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、および制御・画像処理装置１８を有している。ＩＲレーザ光源１０は、照射光学系１２に光学的に結合されている。ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４およびＳＱＵＩＤ磁束計１６は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。装置１は、フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７、ＳＱＵＩＤコントローラ１９、表示装置２０、Ｚ軸ステージ２２、ステージコントローラ２４、および近赤外線照明装置２６をさらに有している。フォトダイオード１１は、照射光学系１２に光学的に結合されている。フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７および２４、ＳＱＵＩＤコントローラ１９、表示装置２０ならびに照明装置２６は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。Ｚ軸ステージ２２は、照明光学系１２に取り付けられている。
【００１２】
装置１によるウェーハ５の検査の際、ウェーハ５は、ＸＹθステージ１４上に載置される。ＸＹθステージ１４の上面には、チャック１５が設置されている。チャック１５は、ウェーハ５の裏面のエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。この実施形態では、チャック１５は透明であり、ＩＲレーザ光源１０から発する赤外レーザ光および照明装置２６から発する近赤外照明光を透過させる。
【００１３】
なお、透明チャックの代わりに、環状のチャックを使用してもよい。環状チャックも、透明チャックと同様に、ウェーハ５の裏面５ｂのエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。ＩＲレーザ光源１０からのレーザ光は、環状チャックの中央開口部を通過してウェーハ５に照射される。このため、環状チャックは、透明でなくてもよい。
【００１４】
ＩＲレーザ光源１０は、赤外レーザ光を発する発光素子である。ＩＲレーザ光源１０には、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。光ファイバ４０の他端は、照射光学系１２に光学的に接続されている。ＩＲレーザ光源１０から発したレーザ光は、光ファイバ４０に入射し、光ファイバ４０によって伝搬され、照射光学系１２に入射する。
【００１５】
近赤外線照明装置２６は、近赤外照明光を発する。照明装置２６には、光ファイバ４２の一端が光学的に接続されている。光ファイバ４２の他端は、照射光学系１２に光学的に接続されている。照明装置２６から発した照明光は、光ファイバ４２に入射し、光ファイバ４２によって伝搬され、照射光学系１２に入射する。
【００１６】
フォトダイオード１１は、ウェーハ５で反射されて照射光学系１２から出射する赤外レーザ光を受光する光検出素子である。フォトダイオード１１は、受光した赤外レーザ光の強度に応じた出力信号を生成する。この出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。フォトダイオード１１と照射光学系１２内の光スキャナ１２２との間には、図示しないコンデンサレンズが配置されている。このコンデンサレンズは、照射光学系１２内に設置されている。光スキャナ１２２からのレーザ光は、このコンデンサレンズによって集光され、フォトダイオード１１へ送られる。
【００１７】
照射光学系１２は、ＩＲレーザ光源１０から赤外レーザ光を受け取り、そのレーザ光からレーザビームを形成してウェーハ５へ照射する。また、照射光学系１２は、照明装置２６から近赤外照明光を受け取り、その照明光をウェーハ５へ照射する。照射光学系１２は、ＸＹθステージ１４の下方に配置されている。照射光学系１２から出射する赤外レーザビームおよび近赤外照明光は、ＸＹθステージ１４の開口部を通ってチャック１５に入射する。レーザビームおよび照明光は、チャック１５を透過して、ウェーハ５に到達する。こうして、ウェーハ５の裏面側からレーザビームおよび照明光が照射される。
【００１８】
照射光学系１２は、光スキャナ１２２、光路設定部１２４、電動レボルバ１２５、対物レンズ１２６、および近赤外線カメラ１２７を有している。光路設定部１２４は、ビームスプリッタ、反射ミラーおよびズーム式瞳投影レンズを含んでいる。
【００１９】
光スキャナ１２２には、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。したがって、光スキャナ１２２は、光ファイバ４０を介してＩＲレーザ光源１０に光学的に接続されている。光スキャナ１２２と光ファイバ４０との間には、図示しないコリメータレンズが配置されている。このコリメータレンズは、照射光学系１２内に設置されている。光源１０からのレーザ光は、光ファイバ４０から出射すると、コリメータレンズによって集束され、レーザビームとなる。このレーザビームは、光スキャナ１２２に向かう。
【００２０】
光スキャナ１２２は、このレーザビームを反射して、光路設定部１２４へ送る。この反射角度は可変である。反射角度を連続的に変化させると、レーザビームが連続的に移動する。これが、レーザビームの走査である。光スキャナ１２２は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２に駆動信号を送って光スキャナを作動させる。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２によるレーザビームの反射角度を制御でき、したがってレーザビームの移動（走査）を制御できる。
【００２１】
光路設定部１２４は、光スキャナ１２２から送られるレーザビームをレボルバ１２５に向かわせる。光路設定部１２４には、光ファイバ４２の一端が光学的に接続されている。したがって、光路設定部１２４は、光ファイバ４２を介して近赤外線照明装置２６に光学的に接続されている。照明装置２６からの近赤外線照明光は、光ファイバ４２から出射すると、光路設定部１２４に入射する。光路設定部１２４は、この照明光をレボルバ１２５へ送る。
【００２２】
レボルバ１２５には、倍率の異なる複数の対物レンズ１２６が装着されている。レボルバ１２５は、光路設定部１２４から送られる光を、これらの対物レンズ１２６の一つに入射させる。レーザビームは、対物レンズ１２６によってウェーハ上に縮小投影される。この結果、レーザビームは、ウェーハ５上でスポット光を成す。レボルバ１２５は、回転機構を有している。レボルバ１２５を回転させることにより、光路設定部１２４からの光の光路上に配置される対物レンズ１２６を切り換えられる。
【００２３】
近赤外線カメラ１２７は、光路設定部１２４に光学的に結合されている。カメラ１２７は、ウェーハ５で反射された近赤外照明光を受光する。これにより、ウェーハ５を撮像できる。なお、ウェーハ５は、チャック１５へのロードの前に、プリアライメントされる。プリアライメントにより、ウェーハ５は、カメラ１２７の視野内に配置される。このプリアライメントは、例えば、プリアライナを用いて実行される。カメラ１２７は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。カメラ１２７は、ウェーハ５の撮像信号を制御・画像処理装置１８に送る。制御・画像処理装置１８は、この撮像信号からウェーハ５の画像データを生成する。この画像データは、ウェーハ５のアライメントに利用される。
【００２４】
Ｚ軸ステージ２２は、Ｚ軸方向に沿って照射光学系１２を平行移動させることができる。Ｚ軸方向は、ウェーハ５の主表面と実質的に垂直である。Ｚ軸ステージ２２の駆動によって、カメラ１２７とウェーハ５との距離を調整できる。Ｚ軸ステージ２２は、カメラ１２７によってウェーハ５を撮像するときのオートフォーカスに使用される。
【００２５】
Ｚ軸ステージ２２は、ステージコントローラ２４を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ステージコントローラ２４は、制御・画像処理装置１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、Ｚ軸ステージ２２の移動の向きおよび移動量をステージコントローラ２４に指示する。ステージコントローラ２４は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＺ軸ステージ２２に送る。Ｚ軸ステージ２２は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、Ｚ軸ステージ２２は、制御・画像処理装置１８が指示する向きおよび移動量だけ照射光学系１２を移動させる。
【００２６】
ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５の主表面と実質的に平行な平面内で、ウェーハ５およびチャック１５を平行移動および回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５およびチャック１５をＸ方向に沿って平行移動させることができる。また、ＸＹθステージ１４は、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿ってウェーハ５およびチャック１５を平行移動させることができる。さらに、ＸＹθステージ１４は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸の周りにウェーハ５およびチャック１５を回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、照射光学系１２から出射するレーザビームに対して相対的にウェーハ５を移動させることができる。したがって、ＸＹθステージ１４の駆動により、ウェーハ５におけるレーザビームの照射位置を変えることができる。
【００２７】
ＸＹθステージ１４は、ステージコントローラ１７を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ステージコントローラ１７は、制御・画像処理装置１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、ステージ１４の移動方向および移動量をステージコントローラ１７に指示する。ステージコントローラ１７は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＸＹθステージ１４に送る。ＸＹθステージ１４は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、ＸＹθステージ１４は、制御・画像処理装置１８が指示する移動方向および移動量だけウェーハ５を移動させる。
【００２８】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５の上方に設置されている。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって発生する磁場を検出する。赤外レーザ光がウェーハ５に照射されると、熱起電力または光起電力が発生する。この熱起電力または光起電力は、ウェーハ５内に電流を生じさせる。この電流によって、磁場が誘起される。この磁場は、ウェーハ５の構造を反映する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、この誘起磁場を検出する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、検出した磁場の強度に応じた出力電圧信号（計測磁場信号）を生成する。この信号は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して制御・画像処理装置１８へ送られる。
【００２９】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からの命令にしたがって、ＳＱＵＩＤ磁束計１６を作動させ、またはＳＱＵＩＤ磁束計１６の動作を停止させる。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ作動命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６に作動電力を供給する。これによりＳＱＵＩＤ磁束計１６が作動し、磁場が検出される。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ停止命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６への作動電力の供給を停止する。これにより、ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、その動作を停止する。
【００３０】
制御・画像処理装置１８は、ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、Ｚ軸ステージ２２、レボルバ１２５および照明装置２６の動作を制御する。制御・画像処理装置１８は、照射光学系１２内に配置された光スキャナ１２２の動作も制御する。
【００３１】
制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の分布を画像化することができる。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上におけるレーザ光の照射位置をピクセル位置に対応付ける。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上のある位置にレーザ光を照射したときの計測磁場信号レベルを、その照射位置に対応付けられたピクセルの輝度に変換する。これにより、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の画像データが得られる。以下では、この画像を「ＳＱＵＩＤ画像」と呼ぶことにする。ＳＱＵＩＤ画像データは、磁場の分布を示す磁場分布データでもある。ＳＱＵＩＤ画像データは、画像信号の形で処理されることがある。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２の各々についてＳＱＵＩＤ画像データを算出する。
【００３２】
制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ画像データを用いて各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２内に欠陥が存在すると判定すると、その欠陥の位置を示す画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号を受け取る。この出力信号は、ダイ５２の反射画像を表す。制御・画像処理装置１８は、必要に応じて、ダイ５２の反射画像に欠陥位置を重ねた画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、生成した画像データを表示装置２０に送る。
【００３３】
表示装置２０は、制御・画像処理装置１８から画像データを受け取る。表示装置２０は、この画像データにしたがって画像を画面上に表示する。
【００３４】
以下では、非破壊検査装置１による検査処理を説明する。装置１は、ウェーハアライメント、試料の走査、欠陥の有無の判定、および結果表示を実行する。
【００３５】
非破壊検査装置１は、まず、近赤外線カメラ１２７を用いてウェーハアライメントを実行する。制御・画像処理装置１８は、照明装置２６を発光させ、ウェーハ５の裏面全体に近赤外照明光を照射する。ウェーハ５によって反射された照明光は、対物レンズ１２６、レボルバ１２５および光路設定部１２４を通過して、カメラ１２７に入射する。これにより、カメラ１２７はウェーハ５を裏面側から撮像し、撮像信号を制御・画像処理装置１８へ送る。なお、上述のように、ウェーハ５は、カメラ１２７の視野内に位置するようにプリアライメントされている。制御・画像処理装置１８は、必要に応じてＺ軸ステージ２２を駆動し、オートフォーカスを行う。この後、制御・画像処理装置１８は、撮像されたウェーハ画像の輝度を計測し、最適な輝度が得られるように照明装置２６の発光量を制御する。
【００３６】
次いで、制御・画像処理装置１８は、撮像されたウェーハ画像に基づいて、ウェーハ５の位置を調整する。制御・画像処理装置１８は、撮像されたウェーハ画像と、あらかじめ用意されたリファレンス画像との間でパターンマッチングを行う。そして、制御・画像処理装置１８は、マッチング度が最も高くなるように、ウェーハ５の位置を調整する。ウェーハ５の位置は、ＸＹθステージ１４を用いて変更できる。ウェーハ５の位置調整は、低倍率の対物レンズ１２６を用いた粗調整と、高倍率の対物レンズ１２６を用いた微調整を含んでいる。これに応じて、粗調整用のリファレンス画像と、微調整用のリファレンス画像とがあらかじめ用意される。始めに粗調整を行い、次に微調整を行う。低倍率と高倍率の対物レンズ１２６は、レボルバ１２５を回転させることにより切り換えられる。
【００３７】
ウェーハアライメントが完了すると、非破壊検査装置１は、ウェーハ５上におけるレーザビームの照射位置を移動させて、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。照射位置の移動は、例えば、ステージスキャンと呼ばれる方法によって実行できる。ステージスキャンでは、ＸＹθステージ１４の移動により、ウェーハ５をレーザビームに対して相対的に移動させる。ステージスキャンでは、レーザビームは固定される。
【００３８】
ステージスキャンに代えて、レーザスキャンと呼ばれる方法によって照射位置を移動させることもできる。図３は、レーザスキャンによる照射位置の移動を示す概略図である。レーザスキャンでは、行列状に配列された複数の走査領域６１に順次にレーザビームが照射される。これらの走査領域は、同一の形状を有している。走査領域６１の形状および大きさは、ダイ５２の形状および大きさに加えＳＱＵＩＤ磁束計１６の感度領域、ＳＱＵＩＤ磁束計１６とウェーハ５との間の距離、および対物レンズ１２６の倍率に応じて決められる。レーザビームの照射位置は、ＸＹθステージ１４の駆動と光スキャナ１２２によるレーザビームの移動（走査）の双方を用いて移動させられる。矢印６０で示されるように、レーザビームの走査は、単一の走査領域内で照射位置を移動させるために使用される。矢印６２で示されるように、ステージ１４の駆動は、一つ走査領域６１から別の走査領域６１へ照射位置を移動させるために使用される。
【００３９】
ウェーハ５へのレーザビームの照射により、磁場が誘起される。レーザビームの照射中、ＳＱＵＩＤ磁束計１６にはＳＱＵＩＤコントローラ１９から作動電力が供給される。したがって、誘起磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される。制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６からＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して計測磁場信号を受け取る。制御・画像処理装置１８は、この計測磁場信号を用いて、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを生成する。
【００４０】
レーザビームの一部は、ウェーハ５によって反射される。反射光は、対物レンズ１２６、レボルバ１２５、光路設定部１２４および光スキャナ１２２を通過して、フォトダイオード１１に入射する。フォトダイオード１１は、この反射光を検出し、反射光の強度に応じた出力信号を生成する。フォトダイオード１１の出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。レーザビームの照射位置はウェーハ５の全体にわたって移動するから、フォトダイオード１１の出力信号は、ウェーハ５の反射画像を示す。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号に基づいて、ウェーハ５の反射画像データを生成する。
【００４１】
非破壊検査装置１は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像に基づいて、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場は、ダイ５２に含まれるデバイスの構造に応じて変化する。また、検出される磁場には、レーザビームの照射によって誘起された磁場のほかに、外部磁場がバックグラウンドノイズとして含まれることがある。このため、ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像を単独で観察しても、欠陥を精度良く検出することは難しい。そこで、制御・画像処理装置１８は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを、あらかじめ用意された良品ダイのＳＱＵＩＤ画像データと比較することにより、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。
【００４２】
以下では、図４を参照しながら、欠陥判定処理を詳しく説明する。図４は、欠陥判定処理の説明図である。図４の「計測ＳＱＵＩＤ画像」は、一つのダイ５２の走査によって生成されるＳＱＵＩＤ画像の一例である。符号７１、７２は、ダイ５２中の欠陥を示している。計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。これらの欠陥７１および７２は、同じ走査経路上に位置するものとする。計測ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、計測ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４３】
図４の「良品ＳＱＵＩＤ画像」は、良品ダイに関する計測磁場信号から生成されるＳＱＵＩＤ画像である。良品ＳＱＵＩＤ画像は、非破壊検査装置１を用いて良品ダイを事前に検査することにより取得される。良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。この走査経路は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線が示す走査経路と同一である。つまり、これらの走査経路は、それぞれ良品ダイおよび被検査ダイの同一座標を通過する。良品ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その良品ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、良品ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４４】
計測ＳＱＵＩＤ画像中の欠陥７１は、良品ダイの同一箇所に比べて高い輝度を有する。つまり、欠陥７１は、プラスの輝度方向を有している。これは、欠陥７１の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より高いことに起因する。このような欠陥をプラス欠陥と呼ぶことにする。一方、欠陥７２は、良品ダイの同一箇所に比べて低い輝度を有する。つまり、欠陥７２は、マイナスの輝度方向を有している。これは、欠陥７２の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より低いことに起因する。このような欠陥をマイナス欠陥と呼ぶことにする。このように、欠陥には、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場強度を高くするものと低くするものとがある。
【００４５】
制御・画像処理装置１８は、各ダイ５２の欠陥の有無を検査するために、各ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を良品ＳＱＵＩＤ画像と比較する。具体的には、制御・画像処理装置１８は、計測ＳＱＵＩＤ画像データから良品ＳＱＵＩＤ画像データを減算して、差画像データを生成する。生成された差画像は、図４の右側に「減算ＳＱＵＩＤ画像」として示されている。理想的な差画像では、欠陥のみが表示される。
【００４６】
図４において、差画像の下に示されている電圧信号は、その差画像の画像信号の一部である。この信号部分は、差画像中の破線に沿った走査によって得られる。差画像信号では、欠陥７１が信号の山７１ａ、すなわち信号レベルの上昇として現れる。また、差画像信号では、欠陥７２が信号の谷７２ｂ、すなわち信号レベルの降下として現れる。このように、差画像信号の山は、被検査ダイ５２のプラス欠陥を示す。また、差画像信号の谷は、被検査ダイ５２のマイナス欠陥を示す。
【００４７】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを所定のしきい値と比較する。制御・画像処理装置１８は、二つの異なるしきい値を有している。以下では、高い方のしきい値を第１しきい値、低い方のしきい値を第２しきい値と呼ぶことにする。図４では、第１しきい値が破線８１で、第２しきい値が破線８２でそれぞれ示されている。この実施形態では、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。二つのしきい値を用いるのは、プラス欠陥とマイナス欠陥を判別するためである。
【００４８】
図５は、二つのしきい値の算出方法を説明するための図である。第１および第２しきい値は、装置１を用いて、二つの良品ダイのそれぞれについてＳＱＵＩＤ画像データを取得することにより算出される。この算出は、制御・画像処理装置１８が実行する。制御・画像処理装置１８は、これらのＳＱＵＩＤ画像データの一方から他方を減算して差画像データを生成し、その差画像の輝度ヒストグラムを算出する。制御・画像処理装置１８は、輝度ヒストグラムの標準偏差も算出する。第１しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）＋（標準偏差のｋ倍）によって算出される。第２しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）−（標準偏差のｋ倍）によって算出される。ここで、ｋは所定の定数である。ｋの値は、非破壊検査装置１のオペレータが任意に設定できる。
【００４９】
また、このしきい値の算出は、ダイ中の同一位置をウェーハ全体でサンプリングして、ダイを構成するピクセル単位で設定する手法でも対応が可能である。
【００５０】
制御・画像処理装置１８は、より適切な第１および第２しきい値を得るために、マージ機能を有している。マージ機能は、しきい値を設定するためのサンプル数を増やす機能である。マージ機能は、新たに一つ以上のダイについてＳＱＵＩＤ画像を取得し、既存のＳＱＵＩＤ画像との間で減算処理を行い、輝度ヒストグラムのサンプル数を増やす。マージ機能を達成するため、輝度ヒストグラムの算出に用いられたＳＱＵＩＤ画像は、制御・画像処理装置１８内の記憶装置に保存される。
【００５１】
制御・画像処理装置１８は、第１しきい値以上の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にプラス欠陥が存在すると判定する。図４の例では、制御・画像処理装置１８は、山７１ａのうち第１しきい値８１以上の部分をプラス欠陥と判定する。また、制御・画像処理装置１８は、第２しきい値以下の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にマイナス欠陥が存在すると判定する。図４の例では、制御・画像処理装置１８は、谷７２ｂのうち第２しきい値８２以下の部分をマイナス欠陥と判定する。差画像信号の横軸座標は、ＳＱＵＩＤ画像のピクセル位置およびダイ５２におけるレーザビームの照射位置に対応している。制御・画像処理装置１８は、欠陥と判定された信号部分の横軸座標から、その欠陥の位置を算出できる。
【００５２】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像のデータを生成する。この画像データは、表示装置２０に送られる。これにより、表示装置２０の画面上では、検出された欠陥がウェーハマップ上に表示される。また、装置１のオペレータによってダイ５２が指定されると、制御・画像処理装置１８は、より詳細な結果表示用の画像データを生成する。この画像データも、表示装置２０に送られ、画面に表示される。これにより、指定されたダイ５２内の欠陥位置情報がそのダイ５２の反射画像に重ねて表示される。なお、欠陥は、その種類に応じて異なる表示態様で表示される。例えば、プラス欠陥とマイナス欠陥を違う色で表示してもよい。
【００５３】
以下では、非破壊検査装置１の利点を説明する。装置１は、主に、二つの利点を有している。
【００５４】
第１に、装置１は、欠陥の種類を判別できる。これは、計測ＳＱＵＩＤ画像信号と良品ＳＱＵＩＤ画像信号から得られる差画像信号のレベルを、正負の二つのしきい値と比較するからである。正のしきい値によってプラス欠陥の有無を判定し、負のしきい値によってマイナス欠陥を判定するので、これらの欠陥を判別できる。これら２種類の欠陥の位置は、異なる表示態様で表示される。したがって、装置１のオペレータは、欠陥の種類をその表示態様から確認できる。
【００５５】
第２に、装置１は、ウェーハ５の欠陥の有無を精度良く検査することができる。これは、計測ＳＱＵＩＤ画像信号から良品ＳＱＵＩＤ画像信号を減算するからである。差画像信号には、ウェーハ５の構造にかかわらず、欠陥のみが山または谷として現れる。バックグラウンドノイズである外部磁場は、その減算によって相殺される。したがって、精度良く欠陥を検出できる。
【００５６】
（実施形態２）
以下では、この発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態に係る非破壊検査装置は、実施形態１の装置１と同様の構成を有している。しかし、実施形態２の非破壊検査装置は、実施形態１の装置１と異なる欠陥判定処理を採用する。実施形態１では、欠陥の有無を判定するために、ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を、あらかじめ取得した良品ダイのＳＱＵＩＤ画像と比較する。しかし、実施形態２では、この代わりに、複数のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像同士を比較する。
【００５７】
図６および図７を参照しながら、異なるダイ５２間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検出処理を説明する。図６は、この欠陥検出処理の概略説明図である。図７は、この欠陥検出処理の詳細説明図である。
【００５８】
図６の左側には、（ｎ−１）番目のダイ５２とｎ番目のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ここで、ｎは２以上の整数である。以下では、（ｎ−１）番目のダイ５２をダイ（ｎ−１）と呼び、ｎ番目のダイ５２をダイ（ｎ）と呼ぶことにする。これらは、例えば、走査経路に沿って隣接して配置されたダイ５２である。符号７３、７４は、ダイ（ｎ−１）中の欠陥を示している。符号７５、７６は、ダイｎ中の欠陥を示している。欠陥７３および７５は、上述したマイナス欠陥であり、欠陥７４および７６は、上述したプラス欠陥である。各計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。各破線によって示される走査経路は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標を通過する。欠陥７３〜７６は、いずれも破線の走査経路上に位置するものとする。
【００５９】
図６において計測ＳＱＵＩＤ画像の右側に示される電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査により得られる画像信号である。ダイ（ｎ−１）の画像信号には、欠陥７３が谷７３ｂとして現れ、欠陥７４が山７４ａとして現れる。同様に、ダイ（ｎ）の画像信号には、欠陥７５が谷７５ｂとして現れ、欠陥７６が山７６ａとして現れる。
【００６０】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２に関して、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像とダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を比較する。つまり、ダイ（１）とダイ（２）、ダイ（２）とダイ（３）、…ダイ（Ｎ−１）とダイ（Ｎ）間で、それぞれ計測ＳＱＵＩＤ画像が比較される。ここで、Ｎはダイの総数である。具体的には、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像からダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を減算して、差画像信号を生成する。差画像信号の一部は、図６の右側に示されている。差画像信号では、欠陥７４および７５が山７４ａおよび７５ａとして現れ、欠陥７３および７６が谷７３ｂおよび７６ｂとして現れる。このように、この差画像信号の山は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥またはダイ（ｎ）のマイナス欠陥を示す。また、この差画像信号の谷は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥またはダイ（ｎ）のプラス欠陥を示す。差画像信号の横軸座標は、ダイの位置座標に対応する。
【００６１】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを第１および第２のしきい値と比較する。上記実施形態と同様に、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。これらのしきい値の算出方法は、図５を参照して上述した通りである。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。この信号部分の横軸座標は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標に対応する。
【００６２】
差画像信号のうち第１しきい値以上の部分は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のマイナス欠陥である可能性を有する。同様に、第２しきい値以下の部分は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のプラス欠陥である可能性を有する。欠陥がどちらのダイに含まれるのかを特定するため、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ）とダイ（ｎ＋１）間の計測ＳＱＵＩＤ画像の比較結果を利用する。以下では、図７を参照しながら、欠陥検出処理をさらに詳しく説明する。
【００６３】
図７の左側には、ダイ（１）〜（６）の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ダイ（１）、ダイ（２）、ダイ（５）およびダイ（６）は、欠陥を有さない。ダイ（３）は、マイナス欠陥７７を有している。ダイ（４）は、プラス欠陥７８を有している。図７の中央には、相隣る番号のダイ間の差画像信号が示されている。図７において「減算（ｍ−１）−ｍ」（ｍは、２以上Ｎ以下の整数。ここで、Ｎはダイの総数。）は、ダイ（ｍ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号からダイ（ｍ）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号を減算することを意味する。
【００６４】
図７に示されるように、制御・画像処理装置１８は、すべてのｍ値について順次に減算（ｍ−１）−ｍを実行する。その後、すべての差画像信号について、その信号レベルを第１および第２しきい値と比較する。減算２−３による差画像信号には、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７７ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７７ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（２）のプラス欠陥である可能性と、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性がある。
【００６５】
減算３−４による差画像信号には、減算２−３による差画像信号の山７７ａと同じ横軸位置に、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７７ｂが現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７７ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。
【００６６】
減算２−３および減算３−４によって共通に予想されるのは、ダイ（３）のマイナス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（３）にマイナス欠陥が存在すると判定する。このように、制御・画像処理装置１８は、減算２−３による差画像信号と減算３−４による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（３）中において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。
【００６７】
減算３−４による差画像信号には、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７８ｂも現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７８ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。減算４−５による差画像信号には、減算３−４信号における谷７８ｂと同じ横軸座標に、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７８ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７８ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性と、ダイ（５）のマイナス欠陥である可能性がある。減算３−４および減算４−５によって共通に予想されるのは、ダイ（４）のプラス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（４）中に欠陥が存在すると判定する。ダイ（４）における欠陥の位置座標は、差画像信号における欠陥の横軸座標から特定される。
【００６８】
このように、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号と減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（ｎ）において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。また、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号で欠陥が検出され、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ−１）に欠陥が存在すると判定する。さらに、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号で欠陥が検出され、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ＋１）に欠陥が存在すると判定する。どのダイに欠陥が存在するかが特定されれば、その欠陥が差画像信号において山であるか谷であるかに応じて、その欠陥の種類も特定される。
【００６９】
なお、「二つの差画像信号の同一の横軸座標に欠陥が検出される」とは、横軸座標が完全に一致する場合のほか、所定の許容値だけ横軸座標がずれている場合を含んでいてもよい。この場合、二つの差画像の同一画素にそれぞれ欠陥が検出される場合のほか、二つの差画像の欠陥の位置が数ピクセルずれている場合も、同一の画素に欠陥が存在するとみなされる。所定値以内のずれを許容するのは、欠陥の検出位置の誤差を考慮したものである。
【００７０】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像を生成する。表示装置２０は、その生成された画像を画面上に表示する。この画像の生成および表示は、実施形態１に関して説明した通りである。
【００７１】
実施形態２の非破壊検査装置は、実施形態１の装置１と同じ利点を有している。すなわち、実施形態２の非破壊検査装置は、欠陥の種類を判別できる。これは、二つのダイの計測ＳＱＵＩＤ画像信号から得られる差画像信号のレベルを、正負の二つのしきい値と比較するからである。また、実施形態２の非破壊検査装置は、ウェーハ５の欠陥の有無を精度良く検査することができる。これは、二つのダイ５２間で計測ＳＱＵＩＤ画像信号を減算するからである。
【００７２】
（実施形態３）
この発明の第３の実施形態を説明する。図８は、この実施形態に係る非破壊検査装置１ａの構成を示す概略図である。装置１ａは、３本のレーザビームをウェーハ５に照射する点および３個のＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃを備えている点で、１本のレーザビームと１個のＳＱＵＩＤ磁束計１６を使用する図１の装置１と異なっている。
【００７３】
非破壊検査装置１ａでは、ＩＲレーザ光源１０と光スキャナ１２２との間にファイバ分岐器２５が配置されている。光源１０とファイバ分岐器２５とは、光ファイバ４０を介して光学的に接続されている。ファイバ分岐器２５と光スキャナ１２２とは、３本の光ファイバ４３ａ、４３ｂおよび４３ｃを介して光学的に接続されている。光源１０からのレーザ光は、ファイバ分岐器２５によって３本のレーザ光に分岐される。これら３本のレーザ光は、それぞれ光ファイバ４３ａ〜４３ｃによって照射光学系１２ａ内へ伝送される。
【００７４】
照射光学系１２ａは、光スキャナ１２２、光路設定部１２４、近赤外線カメラ１２７、集光ズームレンズ１２８およびレンズ移動機構１２９を有している。光スキャナ１２２と光ファイバ４３ａ〜４３ｃの各々との間には、それぞれ図示しないコリメータレンズが配置されている。これらのコリメータレンズは、照射光学系１２ａ内に設置されている。ファイバ分岐器２５からの３本のレーザ光は、光ファイバ４３ａ〜４３ｃから出射すると、それぞれコリメータレンズによってレーザビームに変換される。これら３本のレーザビームは、光スキャナ１２２に向かう。光スキャナ１２２は、これらのレーザビームを反射して、光路設定部１２４へ送る。光路設定部１２４は、これらのレーザビームを集光ズームレンズ１２８に向かわせる。
【００７５】
集光ズームレンズ１２８は、対物レンズとして機能する。集光ズームレンズ１２８は、レンズ移動機構１２９により内部のレンズを移動させる。その結果、レンズの焦点距離が変わるので、ズーム比を調整することができる。
【００７６】
レンズ移動機構１２９は、コントローラ１３０を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。コントローラ１３０は、制御・画像処理装置１８からズーム命令を受け取る。このズーム命令は、レンズ移動機構１２９の移動の向きおよび移動量をコントローラ１３０に指示する。コントローラ１３０は、ズーム命令に応答して駆動信号を生成し、この駆動信号をレンズ移動機構１２９に送る。レンズ移動機構１２９は、この駆動信号に応答して駆動する。この結果、レンズ移動機構１２９は、制御・画像処理装置１８が指示する向きおよび移動量だけ集光ズームレンズ１２８を移動させる。
【００７７】
集光ズームレンズ１２８は、光路設定部１２４から３本のレーザビームを受光すると、これらのレーザビームをそれぞれ３本の平行な光束に集光する。これらの光束の間隔は、ズームレンズ１２８のズーム比によって決まる。ズームレンズ１２８を透過した３本のレーザビームは、ＸＹθステージ１４の開口部を通過し、チャック１５を透過して、ウェーハ５に照射される。これらのレーザビームはズームレンズ１２８によって縮小投影されるので、ウェーハ５上でスポット光を成す。これらのレーザビームの照射位置は、等間隔に配置される。なお、近赤外線照明装置２６からの照明光も、ズームレンズ１２８を透過してウェーハ５に照射される。
【００７８】
フォトダイオード１１には、３本の光ファイバ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃを介して照射光学系１２に光学的に接続されている。ウェーハ５に照射された各レーザビームの一部は、ウェーハ５によって反射される。３本の反射光は、集光ズームレンズ１２８、光路設定部１２４および光スキャナ１２２を通過して、光ファイバ４１ａ〜４１ｃにそれぞれ入射する。これらの反射光は、光ファイバ４１ａ〜４１ｃによって伝搬され、フォトダイオード１１に入射する。
【００７９】
ウェーハ５の上方には、３個のＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ、１６ｂおよび１６ｃが設置されている。磁束計１６ａ〜１６ｃは、等間隔に配置されている。磁束計１６ａ〜１６ｃは、それぞれＳＱＵＩＤコントローラ１９ａ〜１９ｃを介して、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。磁束計１６ａ〜１６ｃおよびコントローラ１９ａ〜１９ｃの機能は、実施形態１の磁束計１６およびコントローラ１９と同じである。
【００８０】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃは、位置調整機構２８に取り付けられている。位置調整機構２８は、ウェーハ５の表面に実質的に平行な平面内で磁束計１６ａ〜１６ｃを移動させ、これらの間隔を調整する。位置調整機構２８は、コントローラ２９を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。コントローラ２９は、制御・画像処理装置１８から位置調整命令を受け取る。この位置調整命令は、磁束計１６ａ〜１６ｃの間隔をコントローラ２９に指示する。コントローラ２９は、位置調整命令に応答して駆動信号を生成し、この駆動信号を位置調整機構２８に送る。位置調整機構２８は、この駆動信号に応答して駆動する。この結果、位置調整機構２８は、制御・画像処理装置１８が指示する距離にヘッド間隔を調整する。
【００８１】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃと位置調整機構２８は、一つの磁場検出装置を構成している。磁束計１６ａ〜１６ｃは、この磁場検出装置の検出ヘッドとして機能する。
【００８２】
以下では、非破壊検査装置１ａによる検査処理を説明する。装置１ａは、ウェーハアライメント、試料の走査、欠陥の有無の判定、および結果表示を実行する。
【００８３】
ウェーハアライメントでは、実施形態１と同様にオートフォーカスおよび輝度調整が行われる。この後、制御・画像処理装置１８は、カメラ１２７によって撮像されたウェーハ画像と、あらかじめ用意されたリファレンス画像との間でパターンマッチングを行い、マッチング度が最も高くなるようにウェーハ５の位置を調整する。ウェーハ５の位置は、ＸＹθステージ１４を用いて変更できる。ウェーハ５の位置調整は、低倍率のウェーハ画像を用いた粗調整と、高倍率のウェーハ画像を用いた微調整を含んでいる。これに応じて、粗調整用のリファレンス画像と、微調整用のリファレンス画像とがあらかじめ用意される。始めに粗調整を行い、次に微調整を行う。低倍率および高倍率のウェーハ画像は、ズームレンズ１２８のズーム比を切り換えて撮像される。
【００８４】
ウェーハアライメントが完了すると、非破壊検査装置１ａは、ウェーハ５上における３本のレーザビームの照射位置を移動させて、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。照射位置の移動は、実施形態１に関して説明したステージスキャンおよびレーザスキャンのいずれによっても実行できる。
【００８５】
３本のレーザビームは、隣接する３個のダイ５２に同時に照射される。これにより、隣接する３個のダイ５２が同時に走査される。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５の走査を開始する前に、レーザビームの間隔を調整する。これにより、３本のレーザビームが３個のダイ５２の実質的に同一の位置座標に同時に照射されるようになる。
【００８６】
制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５の走査を開始する前に、ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃの間隔も調整する。これにより、３個の磁束計１６ａ〜１６ｃが、それぞれ３本のレーザビームの照射位置に対向するように位置決めされる。
【００８７】
３本のレーザビームを用いたウェーハ５の走査により、３個のダイ５２で同時に磁場が誘起される。各ダイ５２の誘起磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃによって検出される。制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃからの計測磁場信号を用いて、３個のダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを生成する。このように、この実施形態では、３個のダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データが一括して取得される。非破壊検査装置１ａは、３個のダイ５２の一括走査を繰り返すことにより、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。
【００８８】
各レーザビームの一部は、ウェーハ５によって反射され、フォトダイオード１１に到達する。各レーザビームが一つのダイ５２を走査すれば、フォトダイオード１１の出力信号は、そのダイ５２の反射画像を示すことになる。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号に基づいて、ダイ５２の反射画像データを生成する。この実施形態では３個のダイ５２が同時に走査されるので、３個のダイ５２の反射画像が一括して取得される。
【００８９】
非破壊検査装置１は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像に基づいて、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。欠陥判定処理は、図７を参照して上述したものと同じである。つまり、制御・画像処理装置１８は、複数のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像同士を比較して、ダイ５２中の欠陥の有無を判定する。検出された欠陥の位置情報は、上記実施形態と同様にして、表示装置２０の画面上に表示される。
【００９０】
なお、ウェーハ５は、ダイ５２が３個並んでいない部分を含んでいる可能性もある。この場合、制御・画像処理装置１８は、実施形態１と同様に被検査ダイを良品ダイと比較するか、あるいは２個の被検査ダイを比較することによって、欠陥の有無を判定する。
【００９１】
実施形態３の非破壊検査装置１ａは、実施形態２の非破壊検査装置と同じ利点に加えて、次のような利点を有している。すなわち、非破壊検査装置１ａは、３個のダイ５２を同時に走査するので、比較に必要なＳＱＵＩＤ画像データを迅速に取得できる。したがって、装置１ａは、ウェーハ５を高速に検査できる。
【００９２】
３個のダイについてＳＱＵＩＤ画像データを一括して取得することは、本実施形態で採用する欠陥判定処理において重要な意義を有する。この欠陥判定処理では、第１のダイと第２のダイの比較によって検出された欠陥がどちらのダイに存在するかを特定するために、第２のダイと第３のダイの比較結果を利用する。この実施形態では第１〜第３ダイのＳＱＵＩＤ画像データを一括して取得できるので、第１および第２ダイ間の比較ならびに第２および第３ダイ間の比較をリアルタイムで実行することが可能である。これにより、ウェーハ５の検査をいっそう迅速に行える。
【００９３】
第１および第２ダイ間の比較ならびに２および第３ダイ間の比較をリアルタイムで実行する場合、１個のダイが、連続する２回の一括走査で重複して走査されるようにするとよい。具体的に述べると、第ｉ回目の一括走査では、ダイ（２ｉ−１）、ダイ（２ｉ）およびダイ（２ｉ＋１）（ここで、ｉは自然数）が同時に走査される。例えば、１回目の一括走査でダイ（１）、ダイ（２）およびダイ（３）を走査し、２回目の一括走査でダイ（３）、ダイ（４）、ダイ（５）を走査する。ダイ（３）は、１回目と２回目の一括走査で重複して走査される。この場合、１回目の一括走査に応じて、ダイ（１）とダイ（２）の比較およびダイ（２）とダイ（３）の比較をリアルタイムに実行できる。また、２回目の一括走査によって、ダイ（３）とダイ（４）の比較およびダイ（４）とダイ（５）の比較をリアルタイムに実行できる。
【００９４】
逆に、二つの一括走査でダイの重複がない場合、非破壊検査装置１ａは、少なくとも一部のダイについてＳＱＵＩＤ画像信号を保存しなければならない。例えば、１回目の一括走査でダイ（１）、ダイ（２）およびダイ（３）を走査し、２回目の一括走査でダイ（４）、ダイ（５）、ダイ（６）を走査するとする。ダイ（３）とダイ（４）の比較を実行するためには、１回目の走査により取得されたダイ（３）のＳＱＵＩＤ画像データを保存しておく必要がある。このため、ダイ間のＳＱＵＩＤ画像データを完全にリアルタイムで比較することはできない。上述のように、連続する二つの一括走査で一つのダイを重複して走査すれば、ダイのＳＱＵＩＤ画像データを保存する必要がなくなり、ダイ間のＳＱＵＩＤ画像データをリアルタイムに比較できる。
【００９５】
（実施形態４）
この発明の第４の実施形態を説明する。図９は、この実施形態に係る非破壊検査装置１ｂの構成を示す概略図である。装置１ｂは、照射光学系の構成が実施形態３の非破壊検査装置１ａと異なっている。実施形態３の装置１ａでは、欠陥検出の際、集光ズームレンズ１２８のズーム比がダイ５２の間隔によって決定されてしまう。これに対し、実施形態４は、対物レンズとしてのズームレンズの使用を避けている。以下では、装置１ｂの照射光学系１２ｂを中心に説明する。
【００９６】
照射光学系１２ｂは、３本の鏡筒３０ａ、３０ｂおよび３０ｃ、位置調整機構３２、ビームスプリッタ３５、ならびに近赤外線カメラ１２７を有している。位置調整機構３２は、鏡筒３０ａ〜３０ｃに取り付けられている。鏡筒３０ａ〜３０ｃは、それぞれ光スキャナ３１ａ〜３１ｃを収容している。光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、それぞれ光ファイバ４３ａ〜４３ｃを介してファイバ分岐器２５に光学的に接続されている。また、光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、それぞれ光ファイバ４１ａ〜４１ｃを介してフォトダイオード１１に光学的に接続されている。
【００９７】
光スキャナ３１ａ〜３１ｃと光ファイバ４３ａ〜４３ｃの間には、それぞれ図示しないコリメータレンズが配置されている。これらのコリメータレンズは、鏡筒３０ａ〜３０ｃにそれぞれ収容されている。ファイバ分岐器２５からの３本のレーザ光は、光ファイバ４３ａ〜４３ｃから出射すると、それぞれコリメータレンズによってレーザビームに変換される。これら３本のレーザビームは、それぞれ光スキャナ３１ａ〜３１ｃに向かう。光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、これらのレーザビームを反射して、鏡筒３０ａ〜３０ｃ内の対物レンズ（図示せず）へ送る。これらの対物レンズは、それぞれレボルバ（図示せず）に装着されている。これらの対物レンズは、いずれもズームレンズではない。３本のレーザビームは、これらの対物レンズをそれぞれ透過してＸＹθステージ１４に向かう。これらのレーザビームは、ＸＹθステージ１４の開口部を通過し、チャック１５を透過してウェーハ５に照射される。これらのレーザビームは、対物レンズによって縮小投影されるので、ウェーハ５上でスポット光を成す。
【００９８】
光スキャナ３１ａ〜３１ｃと光ファイバ４１ａ〜４１ｃの間には、それぞれ図示しないコンデンサレンズが配置されている。これらのコンデンサレンズは、それぞれ鏡筒３０ａ〜３０ｃ内に収容されている。光スキャナ３１ａ〜３１ｃからのレーザ光は、これらのコンデンサレンズによって集光され、それぞれ光ファイバ４１ａ〜４１ｃに入射する。
【００９９】
光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、スキャンコントローラ３７を介して制御・処理装置１８に電気的に接続されている。スキャンコントローラ３７は、制御・画像処理装置１８からスキャン命令を受け取る。このスキャン命令は、光スキャナ３１ａ〜３１ｃによるレーザビームの反射角度をスキャンコントローラ３７に指示する。スキャンコントローラ３７は、スキャン命令に応答してスキャナ駆動信号を生成し、このスキャナ駆動信号を光スキャナ３１ａ〜３１ｃに送る。光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、共通のスキャナ駆動信号に応答して駆動する。この結果、光スキャナ３１ａ〜３１ｃは、制御・画像処理装置１８が指示する角度にレーザビームを反射する。反射角度を連続的に変化させれば、レーザビームが移動してウェーハ５を走査する。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ３１ａ〜３１ｃに共通の走査を行わせる。
【０１００】
位置調整機構３２は、ウェーハ５の表面に実質的に平行な平面内で鏡筒３０ａ〜３０ｃを移動させ、これらの鏡筒の間隔を調整する。位置調整機構３２は、コントローラ３８を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。コントローラ３８は、制御・画像処理装置１８から位置調整命令を受け取る。この位置調整命令は、鏡筒３０ａ〜３０ｃの間隔をコントローラ３８に指示する。コントローラ３８は、位置調整命令に応答して駆動信号を生成し、この駆動信号を位置調整機構３２に送る。位置調整機構３２は、この駆動信号に応答して駆動する。この結果、位置調整機構３２は、制御・画像処理装置１８が指示する距離に鏡筒の間隔を調整する。これに応じて、３本のレーザビームの間隔が調整される。
【０１０１】
中央の鏡筒３０ｂには、ビームスプリッタ３３が収容されている。鏡筒３０ｂと近赤外線照明装置２６との間には、ビームスプリッタ３５が配置されている。照明装置２６からの照明光は、光ファイバ４２を介してビームスプリッタ３５へ送られる。この照明光は、ビームスプリッタ３５を透過して、鏡筒３０ｂ内のビームスプリッタ３３に入射する。ビームスプリッタ３３によって反射された照明光は、鏡筒３０ｂ内の対物レンズを透過してウェーハ５に照射される。ウェーハ５で反射された照明光は、ビームスプリッタ３３および３５を介して近赤外線カメラ１２７に受光される。これにより、ウェーハ５を撮像できる。撮像された画像は、ウェーハアライメントに使用される。
【０１０２】
以下では、非破壊検査装置１ｂによる検査処理を説明する。装置１ｂは、ウェーハアライメント、試料の走査、欠陥の有無の判定、および結果表示を実行する。
【０１０３】
ウェーハアライメントは実施形態１と同様に実行される。粗調整用のウェーハ画像と微調整用のウェーハ画像は、低倍率と高倍率の対物レンズを切り換えることにより撮像される。
【０１０４】
ウェーハアライメントが完了すると、非破壊検査装置１ｂは、ウェーハ５上における３本のレーザビームの照射位置を移動させて、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。照射位置の移動は、実施形態１に関して説明したステージスキャンおよびレーザスキャンのいずれによっても実行できる。
【０１０５】
３本のレーザビームは、隣接する３個のダイ５２に同時に照射される。これにより、隣接する３個のダイ５２が一括走査される。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５の走査を開始する前に、レーザビームの間隔を調整する。このビーム間隔の調整により、３本のレーザビームが３個のダイ５２の実質的に同一の位置座標に同時に照射されるようになる。
【０１０６】
制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５の走査を開始する前に、ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃのヘッドの間隔も調整する。３個のヘッドは、３本のレーザビームの照射位置に対向するように位置決めされる。
【０１０７】
３本のレーザビームを用いたウェーハ５の走査により、３個のダイ５２で同時に磁場が誘起される。各ダイ５２の誘起磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６ａ〜１６ｃによって検出される。これにより、実施形態３と同様に、３個のダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データが一括して取得される。
【０１０８】
各レーザビームの一部は、ウェーハ５によって反射され、フォトダイオード１１に到達する。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号に基づいて、ダイ５２の反射画像データを生成する。実施形態３と同様に、３個のダイの反射画像が一括して取得される。
【０１０９】
ウェーハ５の走査の後、非破壊検査装置１は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像に基づいて、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。欠陥判定処理は、実施形態３と同じである。検出された欠陥の位置情報は、上記実施形態と同様にして、表示装置２０の画面上に表示される。
【０１１０】
実施形態４の非破壊検査装置１ｂは、実施形態３の非破壊検査装置１ａと同じ利点を有している。すなわち、非破壊検査装置１ｂは、ウェーハ５の欠陥をその種類を判別しながら精度良く検査できる。さらに、装置１ｂは、３個のダイ５２を同時に走査するので、比較に必要なＳＱＵＩＤ画像データを迅速に取得し、ウェーハ５を高速に検査できる。
【０１１１】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
この発明の非破壊検査装置は、二つの磁場分布データ間の差分データを求め、その差分データを二つのしきい値と比較するので、２種類の欠陥を判別できる。また、差分データを求めるための減算によってバックグラウンドノイズが相殺されるので、精度良く欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の非破壊検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】ウェーハ５の表面を示す概略平面図である。
【図３】ウェーハ５の走査方法の一例を示す概略平面図である。
【図４】被検査ダイと良品ダイとのＳＱＵＩＤ画像の比較による欠陥判定処理の説明図である。
【図５】第１および第２しきい値の算出方法の説明図である
【図６】異なるダイ間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥判定処理の概略説明図である。
【図７】図６の欠陥判定処理の詳細説明図である。
【図８】第３実施形態の被破壊検査装置１ａの構成を示す概略図である。
【図９】第４実施形態の被破壊検査装置１ｂの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ…非破壊検査装置、５…ウェーハ、１０…赤外レーザ光光源、１１…フォトダイオード、１２…照射手段としての照射光学系、１４…走査手段としてのＸＹθステージ、１６…磁場検出手段としてのＳＱＵＩＤ磁束計、１８…減算手段、比較手段、判定手段および画像生成手段としての制御・画像処理装置、２０…表示装置、５２…ダイ、３１ａ〜３１ｃおよび１２０…走査手段としての光スキャナ。

Claims (9)

1. 試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   前記磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する減算手段と、
   前記差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第１しきい値以上のとき、当該照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第２しきい値以下のとき、当該照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する判定手段と、
   を備える非破壊検査装置。
2. 試料上の同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料上の前記領域を走査する走査手段と、
   前記領域の走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   第１の前記領域の磁場分布データから第２の前記領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成するとともに、前記第２領域の磁場分布データから第３の前記領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する減算手段と、
   前記第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較するとともに、前記第２差分データを前記第１および第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果に応じて、前記第２領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第２しきい値以下かつ前記第２差分データが前記第１しきい値以上のとき、前記第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第１しきい値以上かつ前記第２差分データが前記第２しきい値以下のとき、前記第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する
   非破壊検査装置。
3. 前記照射手段は、３本のレーザ光をそれぞれ３個の前記領域に同時に照射し、
   前記走査手段は、前記３本のレーザ光の照射位置をそれぞれ前記３個の領域内で移動させて、前記３個の領域を一括走査し、この一括走査を繰り返すことにより、すべての前記領域を走査し、
   前記第１、第２および第３領域は、１回の前記一括走査によって走査される前記３個の領域である
   請求項２記載の非破壊検査装置。
4. 前記走査手段は、連続する２回の前記一括走査において１個の前記領域を重複して走査する、請求項３記載の非破壊検査装置。
5. 前記走査手段は、
   前記３本のレーザ光をそれぞれ移動させる３個の光スキャナと、
   前記３個の光スキャナを移動させて、前記３本のレーザ光の間隔を変更するスキャナ位置調整機構と、
   を備えている
   請求項３または４記載の非破壊検査装置。
6. 前記磁場検出手段は、個別に磁場を検出して前記磁場分布データを取得する３個の検出ヘッドを有している、請求項３〜５のいずれかに記載の非破壊検査装置。
7. 前記磁場検出手段は、前記３個の検出ヘッドを移動させてこれらの間隔を変更するヘッド位置調整機構をさらに備えている、請求項６記載の非破壊検査装置。
8. 前記判定手段によって判定された欠陥の位置を示す画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段によって生成された画像を画面上に表示する表示装置と、
   をさらに備える請求項１または２記載の非破壊検査装置であって、
   前記画像において前記第１の種類の欠陥は、第１の表示態様で表示され、
   前記画像において前記第２の種類の欠陥は、前記第１表示態様と異なる第２の表示態様で表示される
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。
9. 前記第１および第２しきい値を算出するしきい値決定手段をさらに備える請求項１または２記載の被破壊検査装置であって、
   前記しきい値決定手段は、
   二つの正常な試料の磁場分布データの一方から他方を減算して、正常試料間の差分データを生成し、
   前記正常試料間差分データのヒストグラムを算出するとともに、前記正常試料間差分データの標準偏差を算出し、
   前記ヒストグラムにおいて最大の頻度を有する差分データ値を特定し、
   前記最大の頻度を有する差分データ値に前記標準偏差の定数倍を加算して前記第１しきい値を算出し、
   前記最大の頻度を有する差分データ値から前記標準偏差の定数倍を減算して前記第２しきい値を算出する
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。

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