JPH04142055A

JPH04142055A - 半導体ウェーハの外観検査装置

Info

Publication number: JPH04142055A
Application number: JP2264434A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sato; 賢治佐藤
Original assignee: NEC Yamagata Ltd
Current assignee: NEC Yamagata Ltd
Priority date: 1990-10-01
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1992-05-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体ウェーハの外観検査装置に関し、特に外
観を光学的に画像認識し、それを画像処理することによ
り、外観上の欠陥を判定する半導体ウェーハの外観検査
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の半導体ウェーハの外観検査装置（以降、
単に外観検査装置と称す）は、顕微鏡とＣＣＤカメラを
備え、半導体ウェーハく以降、単にウェーハと称す）表
面の回路パタンを光学的に観察し、その画像をディジタ
ル化することにより、種々の画像処理を行ない、微小な
欠陥を認識し判定することができる。

近年、急激な回路パタンの微細化により、過去に行なわ
れていた顕微鏡チエツクや検出感度の低い外観検査装置
による観察判定では、対応が困難となった。このため、
これらの顕微鏡の高感度化れば、観察領域も小さくなる
ことがら、同じ面積の検査にも時間が大幅にががるよう
になってきている。

その対応として、画像処理の高速化や、ウェーハの搬送
、ウェーハステージの移動速度の高速化等により外観検
査のトータル作業の高速化を進めているが、現状、速い
ものでおよそ２５〜３５分／ｃｍ２以上（観察領域が０
．５ｐｍ程度の場合〉程度である。これが、もし１５０
＋ｎｍφウェーハ全面検査となると実にトータル検査時
間が７０時間以上必要とあり、まだまた満足できる速さ
が得られていない。

更に、外観検査の基本的な欠陥の判定方法は、一般にあ
る回路バタンと隣接するチップの同一回路パタンとの比
較判定方式がとられている。すなわち、同一回路バタン
にて、画像処理し、異なる箇所を欠陥と判定する方法が
とられ、形状の違い１色の違い、明暗の違い等で認識判
定していた。

一方、検出感度の高密度化は、自動的に観察倍率を高く
することから、観察面の焦点深度が浅くなり、感度の限
界の大きな障害となっている。

次に従来の外観検査装置について図面を参照して説明す
る。

第５図に従来の半導体ウェーハの外観検査装置の一例を
示すブロック図である。この外観検査装置は、同図に示
すように、ウェーハ７ｔを搭載するステージ６ａと、ウ
ェーハ７を観察し、撮像する顕微鏡部４及びカメラ部３
と、カメラ部３からの画像信号を処理〆し、記憶された
画像パターンと比較し、異なる所を欠陥として認識する
画像処理部１ａと、画像パターンを描画するモニタ１０
と、画像出力をプリントアウトするプリンタ１１と、ス
テージ６ａを一定間隔でＸＹ力方向移動させるとともに
カメラ部３及び顕微鏡部４とを同期動作させる本体コン
トローラ５ａとで構成されている。

次に、この外観検査装置の動作を説明する。まず、ウェ
ーハ７の一回路領域（以下ペレットと呼ぶ）に位置決め
し、顕微鏡部４及びカメラ部３でペレットの回路パター
ンを撮像する。次に、画像処理部１ａにより画像信号を
画像処理し、記憶する。次に、ウェーハ７には、複数の
ペレットが存在するので、画像処理部１ａは隣接するペ
レット２個または３個のそれぞれのペレット内における
同一回路パタンの画像を比較することにより、異なる点
を欠陥として認識する。通常、この欠陥は、それぞれの
ペレットの同一バタン部に発生することはほとんどない
ため、このように、比較することにより欠陥を認識でき
る。

また、画像処理部１ａは、比較検査のための画像記憶領
域を比較するのに必要な個数分を記憶する記憶部をもち
、必要に応じてディスクに書き込み保存できる。さらに
、これら記憶された画像記憶領域の画像はモニタ１０や
プリンタ１１に表示できる。

〔発明か解決しようとする課題〕

上述した従来の外観検査装置は、最高感度での焦点深度
は０．５μｍ程度である。しかしながら、半導体装置の
微細化は高さ方向に構造が広がり、例えば、多層配線、
多層膜構造における基板面と最上層の保護膜等との距離
は、２μｍ、　３μｍ、４μｍとなり、大きくなる傾向
である。従って高怒度、高倍率の外観検査装置では、浅
い焦点深度のため観察できる面が限られてしまう。この
ため、焦点面から離れた層に存在する欠陥は検出できな
いという問題点があった。また、焦点を変えながら複数
回検査するとなると・莫大な時間を費やすため、実用的
でないという問題点があった。

本発明の目的は、かかる問題を解消する外観検査装置を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の半導体ウェーハの外観検査装置は、各層
面を表面に露出して起伏のある半導体ウェーハの表面の
一面に焦点を結ぶ顕微鏡部及び撮像カメラと、この撮像
カメラからの画像信号を処理する画像処理部とを有する
半導体ウェーハ外観検査装置において、前記焦点を結ば
れる一面よりオフセットした他面に前記顕微鏡部を焦点
合せをする機構を備え、前記一面の画像パターンと前記
他面の画像パターンとを重ね合わせて描画することを特
徴としている。

本発明の第２の半導体ウェーハの外観検査装置は、前記
重ね合せて描画される画面が３次元的に欠陥の検出位置
を表示することを特徴としている。

本発明の第３の半導体ウェーハの外観検査装置は、前記
焦点合せをする機構の代りに前記半導体ウェーハの各層
面に焦点を結ぶ複数の顕微鏡対物レンズを有することを
特徴としている。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す半導体ウェーハの外観
検査装置のブロック図、第２図は第１図のウェーハにお
ける被検査領域部の断面を拡大して示す縦断面図である
。この外観検査装置は、第１図に示すように、顕微鏡部
４の基準焦点面よりオフセット焦点面にステージ６を上
下動させる焦点オフセット設定部１２と、顕微鏡部４及
びＣＣＤカメラ部３とで撮像される光学画像を画像処理
する基準焦点画像処理部１及びオフセット焦点画像処理
部２と、画像処理された二つの画像データを重ね合せる
画像処理重ね合せ部９とを設けたことである。それ以外
は従来例と同しである。

次に、この外観検査装置の動作について説明する。まず
、ウェーハ７の一ペレットに光軸を合せるように、ステ
ージ６を移動し、ウェーハ７を位置決めする。次に、顕
微鏡部４及びＣＣＤカメラ部３で、第２図に示すウェー
ハ７より露出した基準焦点面１３を焦点深度１５を含め
た範囲内を撮像する。引続き、焦点オフセット設定部１
２により、ステージ６を下降させ、オフセット焦点面１
４に焦点合せをし、ウェーハ７より露出したオフセット
焦点面及び焦点深度１５を含めた範囲内を撮像する。次
に、これら基準焦点面１３及びオフセット焦点面１４の
画像信号を基準焦点画像処理部１及びオフセット焦点画
像処理部２て処理する。次に、これら画像処理された画
像データは、画像処理重ね合せ部９に送られ、これらの
データを処理し、欠陥位置を高解像度ＣＲＴＩＯ１又は
プリンター１１に出力する。

次に、ステージ６を１間隔だけ、ＸまたはＹ方向に動か
し、次のベレット位置を光軸に合せ、同様の動作を繰返
して行う。そして、ウェーハ７上にあるペレットについ
て全て検査する。

第３図（ａ）及び（ｂ）はウェーハ及びペレット上での
欠陥を三次元的に表示された図である。

このように基準焦点面３０及びオフセット焦点面３１で
検出される欠陥は、第３図（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、ウェーハ面上及びペレット面上で、基準焦点面１３
での焦点深度１５の範囲では欠陥Ｂ１８は結像せず検圧
できない、同様にオフセット焦点面１４での焦点深度内
では欠陥Ａ１９は結像しないこによる。こうしてウェー
ハステージ６を移動させながら同一パタンの比較検査に
て基準焦点面３０．オフセット焦点面３１のそれぞれに
ついて欠陥を検圧し、全ての欠陥を検出することができ
る。

第４図は、本発明の半導体ウェーハ外観検査装置の他の
実施例を示すブロック図である。図中のウェーハは検査
領域部を拡大して示した断面図である。この外観検査装
置は、同図に示すように、ウェーハ７の焦点を結ぶ面が
それぞれ異なる三つの対物レンズが組込まれる対物レン
ズ鏡筒１７と、この対物レンズ鏡筒１７からの光軸を選
択する光軸切換部とを有するま微鏡部を設け、対物レン
ズ鏡筒部１７の焦点合せを行う焦点合せ設定部１２ａと
、ＣＣＤカメラ部で撮像された各画像信号を画像処理す
る基準焦点画像処理部１、オフセット１焦点画像処理部
２ａ及びオフセット２焦点画像処理部２ｂと、これら画
像処理部からの画像データを重ね合せる画像処理重ね合
せ部９とを設けたことである。

次に、この外観検査装置の動作を説明する。まず、前述
の実施例と同様にウェーハ７をステージ６ａに載置する
。次に、ウェーハ７の一ペレットに顕微鏡部の対物レン
ズ鏡筒１７の焦点合せを行う。次に、対物レンズ鏡筒１
７の一つの対物レンズから出光される像を選択するため
に光軸切換部１６を切替え、ＣＣＤカメラ部３で撮像す
る。次に、このＣＣＤカメラ部３からの撮像信号を入力
し、基準画像処理部１が画像処理し、−時的に記憶する
。次に、光軸切換部１６が切替わり、対物レンズ鏡筒１
７の他の光を入光し、ＣＣＤカメラ部３で撮像する。次
に、ＣＣＤカメラ部３からの撮像信号をオフセット１焦
点画像処理部２ａが入力し、画像信号を処理し、−時的
に記憶する。次に、光軸切換部１６が切替わり、対物レ
ンズ鏡筒１７からの光を入光し、ＣＣＤカメラ部３で撮
像する。次に、ＣＣＤカメラ部３からの画像信号をオフ
セット２焦点画処理部２ｂに入力し、画像処理して一時
的に記憶する。

次に、ステージ６を一開隔でＸあるいはＹ方向に移動し
、次のペレットを光軸に合せる。再び前述の動作を繰返
して行う。このように全べてのウェーハの各エレットの
外観検査を行う、そして、全べて記憶された画像データ
をモニタ１０あるいはプリンタ１１に送り、三次元画像
パターンとして表示し、欠陥部を発見する。

この実施例における外観検査装置は、前述の実施例に比
べ、より検査時間が短縮出来る利点がある。特に多層構
造の半導体ウェーハについては利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、検査面の任意の焦点に対
する焦点のオフセット値を設定し、半導体ウェーハのバ
タン形成部における高さの異なる複数の面を結像し得る
顕微鏡部を設けることによって、−度に複数の層上での
欠陥部の有無の検査が出来るので、表面に段差が生じて
いても、より短時間で欠陥の有無を判定出来る半導体ウ
エーノ１外観検査装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す半導体ウェーハ外観検
査装置のブロック図、第２図は第１図のウェーハにおけ
る被検査領域部の断面を拡大して示す断面図、第３図（
ａ）及び（ｂ）はウェーハ及びペレット上での欠陥を三
次元的に表示された図、第４図は本発明の他の実施例を
示す半導体ウェーハの外観検査装置のブロック図、第５
図は従来の一例を示す半導体ウェーハの外観検査装置の
ブロック図である。１・・・基準焦点画像処理部、１ａ・・・画像処理部、
２・・・オフセット焦点画像処理部、２ａ・・・オフセ
ット１焦点画像処理部、２ｂ・・・オフセット２焦点画
像処理部、３・・・ＣＣＤカメラ部、４・・・顕微鏡部
、５．５ａ、５ｂ・・・本体コントローラ、６，６ａ・
・・ステージ、７・・・ウェーハ、８・・・ランプ、９
・・・画像処理重ね合せ部、１０・・・モニタ、１１・
・・プリンタ、１２・・・焦点オフセット設定部、１２
ａ・・・焦点合せ設定部、１３・・・基準焦点面、１４
・・・オフセット焦点面、１５・・・焦点深度、１６・
・・光軸切換部、１７・・・対物レンズ鏡筒部、１８・
・・欠陥部Ｂ、１９・・・欠陥部Ａ、２０・・・ベレッ
ト。

Claims

【特許請求の範囲】１、各層面を表面に露出して起伏のある半導体ウェーハ
の表面の一面に焦点を結ぶ顕微鏡部及び撮像カメラと、
この撮像カメラからの画像信号を処理する画像処理部と
を有する半導体ウェーハ外観検査装置において、前記焦
点を結ばれる一面よりオフセットした他面に前記顕微鏡
部を焦点合せをする機構を備え、前記一面の画像パター
ンと前記他面の画像パターンとを重ね合わせて描画する
ことを特徴とする半導体ウェーハの外観検査装置。２、前記重ね合せて描画される画面が３次元的に欠陥の
検出位置を表示することを特徴とする請求項１記載の半
導体ウェーハの外観検査装置。３、前記焦点合せをする機構の代りに前記半導体ウェー
ハの各層面に焦点を結ぶ複数の顕微鏡対物レンズを有す
ることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの外
観検査装置。