JPH0410968B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、LSIウエハなどのパターンの外観を
自動的に検出するウエハ上のパターン検出方法及
びその装置に関するものである。

［発明の背景］ 半導体素子は、Si基板上に成膜、露光、エツチ
ングをくり返しながら作られていくが、Si基板上
には、この時、一度に多数の素子がマトリツク上
に規則正しく形成される。ところで、この製作の
過程で、ゴミあるいは、プロセス条件の不備など
で、正しく必要とされるパターンが形成されない
と半導体素子としての機能が果せなくなるため、
各パターンの形成過程でパターンの欠陥、あるい
は、プロセス条件の適否を検査するのが通常であ
る、従来、これらの検査は、人間が顕微鏡で目視
で行つていたため、能率が悪い上に、パターン巾
が微細化するにつれて信頼度も低下してきてい
る。このため、これらの検査を自動化する動きが
最近活発となつてきている。ところで、この自動
化の動きは、パターンに存在する形状欠陥を検査
することに主眼を置いたもので、従来より提案さ
れている代表的な検査装置を第１図に示す。LSI
ウエハ１には、全く同一の回路パターン２ａ，２
ｂ……を有する複数個のチツプが規則正しく配列
されているので、近接する２つのチツプの同一パ
ターン２ａ，２ｂ……同志を照明光３ａ，３ｂで
照明し、２つの対物レンズ４ａ，４ｂで拡大し、
撮像管５ａ，５ｂに結像させ電気信号に変換後、
２値化回路６ａ，６ｂにより２値化する。この２
値化信号同志を比較回路７で比較し、差位が認め
られたら欠陥として見いだすものである。しか
し、この装置では、回路パターンが微細化するに
従い、より小さな欠陥をも検出するために、対物
レンズの倍率を上げ、撮像管により大きな拡大像
を作る必要がある。これに伴い、一度に見られる
領域が狭くなり検査時間が大巾に増加するなどの
問題がある。また、この装置では、形状欠陥の検
査は可能であるが、製作工程中に生ずる、パター
ンの膜厚さむら、あるいはエツチング後に行う洗
浄の良否等は、検査できないため、再度人間によ
る目視検査が必要となり、必ずしも大巾な原価低
減、歩留り向上などにつながらない問題があつ
た。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、半導体ウエハにおいて、プロセス条件によ
つて生じる膜厚むら等の欠陥および洗浄不良等の
汚れの欠陥を非常に能率良く検査でき、しかも詳
細に検査する必要のあるパターンの形状欠陥をも
確実に検査できるようにしたウエハ上のパターン
検出方法およびその装置を提供することにある。

［発明の概要］ 本発明は、上記目的を達成するために、ウエハ
製造プロセスの不安定によつて生じる膜厚むら、
汚れなどによる欠陥は、表面の色が変化している
ことに着目して、ウエハ上の隣接した本来同一で
あるパターンついて、各々のパターンからの光像
を、低倍率対物レンズを通して低倍率でマクロ的
に結像すると共に分光手段により分光して光電変
換手段で受光して各々の低倍率色相画像信号を検
出し、該検出された各低倍率色相画像信号同志を
比較してその差位を求め、該差位が所定値以上の
とき色相欠陥（膜圧むら、汚れ等の原因による色
相欠陥）と判定する色相欠陥検出工程と、該色相
欠陥検出工程で色相欠陥と判定した後、前記低倍
率対物レンズを高倍率対物レンズに切換える対物
レンズ切換工程と、ウエハ上の隣接した本来同一
であるパターンついて、各々のパターンからの光
像を、対物レンズ切換工程で切換られた高倍率対
物レンズを通して高倍率で拡大結像して光電変換
手段で受光して各々の拡大画像信号を検出し、前
記検出された各拡大画像信号同志を比較してその
差位により形状欠陥を検出する形状欠陥検出工程
とを有することを特徴とするウエハ上のパターン
検出方法であり、また、第２の発明は、ウエハ上
の隣接した本来同一であるパターンについて、
各々のパターンからの光像を結像させる対物レン
ズを低倍率対物レンズを高倍率対物レンズに切換
える対物レンズ切換手段と、該対物レンズ切換手
段により対物レンズを低倍率対物レンズに切換え
た状態で前記各々のパターンからの光像を低倍率
でマクロ的に結像すると共に分光手段により分光
して光電変換手段で受光して各々の低倍率色相画
像信号を検出する色相画像検出手段を有し、該色
相画像検出手段で検出された各低倍率色相画像信
号同志を比較してその差位がが所定値以上のとき
色相欠陥と判定する色相欠陥検出手段と、前記対
物レンズ切換手段により対物レンズを高倍率対物
レンズに切換えた状態で前記各々のパターンから
の光像を、高倍率で拡大結像して光電変換手段で
受光して各々の拡大画像信号を検出する拡大画像
検出手段を有し、該拡大画像検出手段により検出
された各拡大画像信号同志を比較してその差位に
より形状欠陥を検出する形状欠陥検出手段とを備
えたことを特徴とするウエハ上のパターン検出装
置である。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を第２図により説明す
る図において、１はウエハなどの被検査物であ
る。８および９は、対物レンズにして顕微鏡のレ
ボルバーの如き切換機構（図示せず）により選択
して使用できる構造になつている。８および９の
対物レンズの関係は、例えば８は10倍程度の低倍
率、９は、60倍程度の高倍率に構成する。１０
は、ウエハ１面上を照明する光源、１１，１２は
各々ハーフミラーにして光源からの直進光を通過
させ、対物レンズからの光を各々図右方向に曲げ
る役目をもつている。１３は、ハーフミラーにし
て、光の一部を通過させ、一部を反射することに
より分岐する役目をもつている。ハーフミラー１
４もハーフミラー１３と同様である。また１５は
ミラーにして光を曲げる役目をもつている。１
６，１７，１８は、色フイルターにして、フイル
ターに入る光の各々一定波長のみを通過させ光電
変換器１９，２０，２１に入る波長を特定してい
る。２２は、演算器にして、光電変換器１９，２
０，２１により変換された画像信号に演算処理を
行うものである。例えば、色フイルタとして赤、
青、黄の波長を選択し、これによる光電変換器の
電気信号より色相を求めるといつた演算を行う。
２３は、記憶回路にして、ウエハ上に形成されて
いる１チツプ分の色相データを記憶するものであ
る。２４は比較判定器にして記憶回路２３に記憶
されているデータと現在検査して得られているデ
ータを比較し、両者の間に差位があるか否かを比
較するものである。一方、光電変換器２５は、ハ
ーフミラー１１により反射された光の像を電気信
号に変換するものである。２６は、記憶回路にし
て１チツプ分の画像データを記憶するものであ
る。２７は、比較判定器にして、記憶回路２６の
データと現在検査して得られているデータとを比
較し、両者の間の差位をみるものである。以上の
構成において以下検査方法を記す。ウエハを所定
のXYテーブル（図示せず）に載置した後、低倍
の対物レンズ８を選択する。対物レンズ８による
ウエハ表面のパターンの像の光は、ハーフミラー
１２により右方向に曲げられ、ハーフミラー１
３，１４、ミラー１５により３光路に分岐され、
さらに色フイルター１６，１７，１８により分光
される。この分光された各々の光は、光電変換器
１９，２０，２１により電気信号に変換され演算
器に入力される。演算器で、この３種類の入力信
号より色相を求め、結果を順次記憶回路２３に入
れる。ウエハを載置しているXYステージを走査
し、ウエハ形成されている１チツプ分のデータを
記憶回路２３に入れ終つたら、さらにXYステー
ジを走査し、次のチツプのデータを順次演算器２
２によりはき出す。このはき出しのタイミングに
合せながら記憶回路２３に収納されているデータ
を同期してはきだす。これは、記憶回路２３によ
り収納されている１チツプ前の同一ヶ所のデータ
であるので、この記憶回路２３からのデータと現
在演算器より得られたデータを比較判定器２４に
より比較すれば、本来正しい色相をもつチツプ同
志であれば、この２つのデータの間には差位がな
い。ところが、プロセス条件が不安定になつて膜
厚むら等の欠陥が生じたり、またエツチング後の
洗浄がわるく、汚れ等の欠陥が生じたりした場
合、表面の変化が生じて、この２つのデータの間
に差位が生じることになる。そこで、ある一定の
差位が生じた色相欠陥を、比較判定器２４により
表示すれば、色相変化によるウエハの欠陥検査が
可能となる。の色相欠陥検査は、パターンの大き
さに関係ないため、低倍率でマクロ的に検査で
き、検査時間の大幅な短縮が可能となる。

しかしながら、この低倍率でマクロ的な検査方
法では、パターンの小さな形状欠陥をみつけるこ
とができない。そこで、パターンの小さな形状欠
陥を検査するために、まず切換機構（図示せず）
を作動させて、高倍率の対物レンズ９を選択す
る。そして、対物レンズ９からのパターンの光像
は、ハーフミラー１１により、光電検出器２５に
導かれて結像する。ここで、画像信号に変換さ
れ、まず１チツプ分の明るさ画像データが記憶回
路２６に貯えられる。そこで、比較判定器２５
は、次のチツプにより得られる画像信号と上記記
憶回路２６に貯えられた画像データと比較して不
一致判定することにより、パターンの形状欠陥を
検査することができる。

以上説明したように、切換機構（図示せず）を
作動させて、対物レンズ８，９を切換えて、低倍
率で色相変化による欠陥検査と高倍率での形状欠
陥検査とを適宜に組み合わせておこなえば、ウエ
ハ上の色相欠陥やパターン形状欠陥を非常に能率
良く、検査することができる。例えば、まず低倍
率でウエハ全面を短時間で検査して色相欠陥を見
付け、更に色相の変化しているところは、パター
ンの形状欠陥も多く発生するので、低倍率の検査
結果である色相の変化している部分を、形状欠陥
検査の欠陥候補点とし、そして切換機構（図示せ
ず）を作動させて、対物レンズ８，９を高倍率に
切換えて、高倍率にして上記欠陥候補点について
詳細に形状欠陥検査を行う方法も可能である。ま
た、この検査装置を、製造工程においてラインに
直結して使用する場合は、色相変化による検査を
高倍率で検査することもでき、また高倍率による
形状検査により、不良解析の如く詳細な検査も可
能である。本実施例では、色相検出にハーフミラ
ーと色フイルタにより分光する方式を述べている
が、ダイクロイツクミラのように色分解ができる
他のものでも良いことはもちろんである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、対物レン
ズを比較的低倍率にしてマクロ的に色相変化を、
隣接した本来同一のパターン同志について比較し
て検査するようにしたので、半導体ウエハにおい
て、プロセス条件によつて生じる膜厚むら等の欠
陥および洗浄不良等の汚れの欠陥を非常に能率良
く検査でき、しかも上記色相変化検査データに基
いて、対物レンズを高倍率に切換えて拡大画像
を、隣接した本来同一のパターン同志について比
較して検査するようにしたので、詳細に検査する
必要のあるパターンの形状欠陥をも確実に検査で
き、検査の作業能率の向上が図れると共に不良の
半導体を作るのを低減して大幅な歩留まり向上が
図れる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパターン検出装置を示す構成
図、第２図は本発明によるパターン検出装置の一
実施例を示す構成図である。 １：ウエハ、８：対物レンズ、９：対物レン
ズ、１６，１７，１８：色フイルタ、１９，２
０，２１：光電変換器、２２：演算器、２３：記
憶回路、２４：比較判定器、２５：光電変換器、
２６：記憶回路、２７：比較判定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ウエハ上の隣接した本来同一であるパターン
   ついて、各々のパターンからの光像を、低倍率対
   物レンズを通して低倍率でマクロ的に結像すると
   共に分光手段により分光して光電変換手段で受光
   して各々の低倍率色相画像信号を検出し、該検出
   された各低倍率色相画像信号同志を比較してその
   差位が所定値以上のとき色相欠陥と判定する色相
   欠陥検出工程と、該色相欠陥検出工程で色相欠陥
   と判定した後、前記低倍率対物レンズを高倍率対
   物レンズに切換える対物レンズ切換工程と、ウエ
   ハ上の隣接した本来同一であるパターンついて、
   各々のパターンからの光像を、対物レンズ切換工
   程で切換られた高倍率対物レンズを通して高倍率
   で拡大結像して光電変換手段で受光して各々の拡
   大画像信号を検出し、該検出された各拡大画像信
   号同志を比較してその差位により形状欠陥を検出
   する形状欠陥検出工程とを有することを特徴とす
   るウエハ上のパターン検出方法。 ２ ウエハ上の隣接した本来同一であるパターン
   ついて、各々のパターンからの光像を結像させる
   対物レンズを低倍率対物レンズを高倍率対物レン
   ズに切換える対物レンズ切換手段と、該対物レン
   ズ切換手段により対物レンズを低倍率対物レンズ
   に切換えた状態で前記各々のパターンからの光像
   を低倍率でマクロ的に結像すると共に分光手段に
   より分光して光電変換手段で受光して各々の低倍
   率色相画像信号を検出する色相画像検出手段を有
   し、該色相画像検出手段で検出された各低倍率色
   相画像信号同志を比較してその差位がが所定値以
   上のとき色相欠陥と判定する色相欠陥検出手段
   と、前記対物レンズ切換手段により対物レンズを
   高倍率対物レンズに切換えた状態で前記各々のパ
   ターンからの光像を、高倍率で拡大結像して光電
   変換手段で受光して各々の拡大画像信号を検出す
   る拡大画像検出手段を有し、該拡大画像検出手段
   により検出された各拡大画像信号同志を比較して
   その差位により形状欠陥を検出する形状欠陥検出
   手段とを備えたことを特徴とするウエハ上のパタ
   ーン検出装置。