JP2009103494A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷の影響を受けることなく、精度の高い表面欠陥検査を行うことができるような表面検査装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る表面検査装置では、カメラ５により複数の回転位置において撮像取得された複数の検査画像において、所定輝度よりも明るい輝度を有する部分を、ホルダ２によるウェハＷの回転とともに回転移動する回転移動部分と、ウェハＷの回転に拘わらず相対的に静止される静止部分とに区分けし、当該静止部分を検査画像から除いて得られた画像から、散乱光を検出するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、散乱光を利用して被検物の表面上に付着したゴミ等を検出する表面検査装置に関する。

半導体ウェハ等は表面に多数の回路素子パターンを形成して構成されており、その表面に欠陥が存在すると回路素子パターンからなるチップもしくはパネルの性能を損なうことになるので、表面欠陥の検査は非常に重要である。このため、半導体ウェハ等の表面欠陥の検査を行う装置は従来から種々のものが知られている。このような表面検査装置は、半導体ウェハ等の表面に所定の検査光（正反射光、回折光、散乱光を発生させるのに適した光）を照射し、この表面からの反射光、回折光または散乱光を集光光学系により集光し、この集光した光をカメラの撮像素子に照射させてその受像面に被検物の表面の像を形成し（被検物の表面をカメラにより撮像し）、得られた画像に基づいて、被検物となる半導体ウェハの表面におけるパターン欠陥、膜圧むら、傷の有無、異物の付着等を検査するように構成されている。（例えば、特許文献１を参照）。

例えば、散乱光を用いて表面検査を行う装置は、主として半導体ウェハ等の表面の傷、ゴミ付着等を検出するための装置であり、ウェハの表面に横方向から浅い入射角で光を照射し、この入射光の正反射光も回折光も受けない位置に配設したカメラによりウェハ表面を撮像し、ウェハ表面からの散乱光の有無を検出するように構成される。ウェハ表面に傷、ごみの付着等があると、これら傷、ゴミに当たった光が散乱光として周囲に反射するため、カメラはこの散乱光を撮像してその位置に輝点を有する画像が得られるので、この画像から傷、ゴミの有無およびその存在位置を検出するようになっている。
特開２００３−２８６２１号公報

ところで、このようなカメラにより半導体ウェハ等の表面を撮像してその表面欠陥の検査を行うときに、カメラの撮像素子に光が入射しないのに一定輝度以上の信号を出力する、いわゆる白傷があると、この部分に傷、ゴミの付着があると誤った判断を行い、検査が不正確となるという問題がある。この問題は従来から考慮されており、表面検査を行う前に、カメラの撮像素子の撮像面に光が入射しない状態で撮像して得られた画像から所定輝度以上の輝度を有するカメラ画像位置を検出し、カメラのこの位置に対応する部分の画像を検査画像として使用しないようにしている。

しかしながら、カメラの撮像素子に存在する上記白傷には、恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷も存在する。このため、表面検査を行う前に、真性黒画像から所定輝度以上の輝度を有するカメラ画像位置を検出し、この位置に対応する部分の画像を検査画像として使用しないようにしても、実際のウェハの表面欠陥検査のときに、ウェハからの光が無いのに所定以上の輝度を発生する白傷が現れて、誤って傷、ゴミがあると判断されることがあり、検査精度が低下するという問題が生じていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷の影響を受けることなく、精度の高い表面欠陥検査を行うことができるような表面検査装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、被検物の表面を照明する照明部と、暗視野照明を利用して前記照明部によって照明された前記被検物の表面を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記被検物の画像から前記被検物の表面で生じた散乱光を検出することで前記被検物の表面を検査する検査部と、前記撮像部に対して前記被検物を回転させる回転駆動部とを備え、前記撮像部は、前記回転駆動部を用いて前記被検物を回転させた複数の異なる回転位置において前記被検物の表面を撮像し、前記検査部は、前記撮像部により前記複数の回転位置において撮像取得された複数の検査画像において、所定輝度よりも明るい信号を有する部分を、前記回転駆動部による前記被検物の回転とともに回転移動する回転移動部分と、前記被検物の回転に拘わらず相対的に静止される静止部分とに区分けし、前記静止部分を前記検査画像から除いて得られた画像から、前記散乱光を検出するようになっている。

なお、上述の発明において、前記検査部は、前記被検物が同じ向きに重なるように前記複数の検査画像をそれぞれ合成した合成画像において、前記所定輝度よりも明るい信号を有する部分を、前記合成画像上で重なるように現れる前記回転移動部分と、前記合成画像上で散らばるように現れる前記静止部分とに区分けし、前記合成画像から前記静止部分を除いて残った前記回転移動部分を、前記散乱光として検出することが好ましい。

また、上述の発明において、前記静止部分は、前記合成画像上で円弧に沿って並ぶように現れ、前記検査部は、前記合成画像上で円弧に沿って並ぶ前記静止部分を検出した後に除くことが好ましい。

また、上述の発明において、前記被検物は略円盤状に形成されたウェハであることが好ましい。

本発明によれば、恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷の影響を除去して、精度の高い表面欠陥検査を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る表面検査装置の一例を示しており、この装置は散乱光により半導体ウェハＷの表面欠陥（傷、ゴミ）等を検出するようになっている。この表面検査装置は、ウェハＷを回転可能に保持するホルダ２を有し、図示しない搬送装置により搬送されてくるウェハＷがこのホルダ２の上に載置され真空吸着等の手段を用いて回転可能に保持される。

この装置はさらに、ホルダ２に保持されたウェハＷの表面に浅い（小さい）入射角で検査用照明光Ｌｉを照射する照明光源１と、この検査用照明光Ｌｉの照射を受けたウェハＷの表面からの正反射光Ｌo(1)および回折光Ｌo(2)を受けない位置に配置されてウェハＷの表面を撮像するカメラ５と、このカメラ５の撮像素子（イメージデバイス）６により変換されたウェハＷの表面の画像信号を受けて画像処理を行う画像処理装置１０と、画像処理装置１０により処理されたウェハ表面画像を表示するディスプレイ装置１５とを備える。なお、画像処理装置１０は、後述する画像補正装置１１を備えている。

この表面検査装置によるウェハＷの表面検査について以下に説明する。この装置を用いて検査を行うには、まず、上述したように、不図示の搬送装置により検査対象となるウェハＷをホルダ２の上面に搬送載置し、ホルダ２に内蔵の真空吸引装置によりウェハＷを吸着して保持させる（このときウェハＷの中心はホルダ２の回転中心に一致させる）。そして、照明光源１からウェハＷの表面に検査用照明光Ｌｉを照射する。この検査用照明光ＬｉはウェハＷの表面において正反射されて正反射光Ｌo(1)が図示のように出射する。また、ウェハＷの表面には回路パターンが周期的に繰り返されて形成されており、この回路パターンを形成する線の繰り返しピッチと検査用照明光Ｌｉの波長とに対応した方向に回折光Ｌo(2)が図示のように出射する。よって、正反射光Ｌo(1)を受光する位置にカメラをおいてウェハＷの表面の撮像を行えば、正反射光に基づく表面検査が可能であり、回折光Ｌo(2)を受光する位置にカメラをおいてウェハＷの表面の撮像を行えば、回折光に基づく表面検査が可能である。

本実施形態の表面検査装置では、これら正反射光Ｌo(1)および回折光Ｌo(2)のいずれも受けない位置にカメラ５を配設し、暗視野照明を利用してウェハＷの表面を撮像するように構成している。このようにしてカメラ５の撮像素子６によりウェハＷの表面を撮像した場合、カメラ５には正反射光Ｌo(1)も回折光Ｌo(2)も入射しないため、ウェハＷの表面に傷、ゴミ、ほこりの付着などがなく正常なウェハＷであれば、撮像素子６からの撮像信号を画像処理装置１０により処理してディスプレイ１５の画面１６に表示される画像としては、真っ黒な画像が得られるだけである。

しかしながら、ウェハＷの表面に例えば傷（もしくはゴミ）ｄが存在した場合には、この傷ｄに照射された検査用照明光Ｌｉがここで乱反射され、その乱反射光である散乱光Ｌo(3)の一部がカメラ５にも入射する。このため、撮像素子６からの撮像信号を画像処理装置１０により処理してディスプレイ１５の画面１６に表示される画像には、傷ｄの位置を示す輝点（所定輝度よりも明るい輝度を有する部分）が現れ、これによりウェハＷにおける傷、ゴミ等の存在を検出できる。

なお、本実施形態の表面検査装置においては、照明光源１からウェハＷの表面に浅い入射角で検査用照明光Ｌｉが照射されるため、ウェハＷの表面全体に均一な光が当たり難い。そのため、図２〜図５に示すように、ホルダ２によりウェハＷを９０度ずつ回転させた４つの回転位置において、ウェハＷの検査画像Ｇ１〜Ｇ４をそれぞれ撮像取得し、図６に示すように、画像補正装置１１によりウェハＷが同じ向きに重なるように４つの検査画像をそれぞれ合成した合成画像Ｇ５に基づいて、ゴミ等の存在に起因する散乱光の検出を行う。なお比較容易化のため、図２〜図６において、ウェハＷを視認できるように記載している。

ところで前述のように、カメラの撮像素子６には光を受けないのに受光信号を出力する白傷と称される欠陥が存在することがあり、この白傷が存在するとこれをウェハＷの表面の傷もしくはゴミと判断するおそれがある。このため、本実施形態における表面検査装置においては、散乱光による表面検査を行うときに、予めこの白傷を検出し、白傷が存在する部分は表面検査には用いないような補正処理を行う画像補正装置１１を画像処理装置１０内に備えている。

ここで、画像補正装置１１による白傷検出について説明する。ウェハＷの表面に傷（もしくはゴミ）ｄが存在した場合、傷ｄの位置を示す輝点は、図２〜図５に示すように、ホルダ２によるウェハＷの回転とともに回転移動し、図６に示す合成画像Ｇ５においては、ウェハＷにおける傷ｄの形成された位置に重なるように現れる。一方、カメラの撮像素子６に白傷が存在する場合、白傷ｋの位置を示す輝点は、図２〜図５に示す検査画像Ｇ１〜Ｇ４において、ウェハＷの回転に拘わらず相対的に静止しており、図６に示す合成画像Ｇ５においては、ウェハＷの回転中心Ｏを中心とした円弧Ｌに沿って並ぶように現れる。

そこで、画像補正装置１１は、画像処理装置１０が合成画像Ｇ５を生成した際、ウェハＷの回転中心Ｏを中心とした円弧に沿って３つ以上並ぶ輝点があるかどうか検出し（具体的には、ウェハＷの回転中心Ｏと或る輝点の座標から円の方程式を算出し、この円の方程式上に他の輝点が存在するか否かを判定する）、円弧に沿って３つ以上並ぶ輝点がある場合、その輝点を白傷ｋの位置を示す輝点と判断して合成画像Ｇ５から除外する補正を行う。なお、４つの検査画像Ｇ１〜Ｇ４が存在するため、白傷ｋの位置を示す輝点は、理論的に合成画像Ｇ５上で円弧に沿って４つ並ぶように現れるが、ノイズ等を考慮して、円弧に沿って並ぶ輝点の数を３つ以上としている。そして、画像処理装置１０は、白傷ｋを除外した合成画像に基づいて、ゴミ等の存在に起因する散乱光（傷ｄの位置を示す輝点）の検出を行う。このとき、合成画像Ｇ５から白傷ｋの位置を示す輝点を除いて残った傷ｄの位置を示す輝点を、散乱光として検出することになる。

このように、４つの回転位置において撮像取得される検査画像Ｇ１〜Ｇ４に現れた輝点（所定輝度よりも明るい輝度（信号）を有する部分）を、ウェハＷの回転とともに回転移動する回転移動部分（傷ｄに相当する部分）と、ウェハＷの回転に拘わらず相対的に静止される静止部分（白傷ｋに相当する部分）とに区分けし、静止部分となる白傷ｋの位置を示す輝点を各検査画像から除いて得られた画像から、散乱光を検出するようにすることで、恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷の影響を除去して、精度の高い表面欠陥検査を行うことが可能になる。

実際には、ウェハＷが同じ向きに重なるように４つの検査画像Ｇ１〜Ｇ４をそれぞれ合成した合成画像Ｇ５において、輝点（所定輝度よりも明るい輝度（信号）を有する部分）を、合成画像Ｇ５上で互いに重なるように現れる回転移動部分（傷ｄに相当する部分）と、合成画像Ｇ５上で互いに散らばるように現れる静止部分（白傷ｋに相当する部分）とに区分けし、合成画像Ｇ５から静止部分となる白傷ｋの位置を示す輝点を除いて残った回転移動部分を、散乱光として検出するようにすることで、検査用照明光Ｌｉの入射角が浅くてウェハＷの表面全体に均一な光が当たり難い場合でも、恒常的に所定以上の輝度を発生する白傷ばかりでなく、輝度が変動したり、徐々に輝度が大きくなったりする白傷の影響を除去して、精度の高い表面欠陥検査を行うことが可能になる。また、ウェハＷの表面検査を行いながら白傷を検出するため、白傷を検出するためだけに装置を停止する必要がなくなることから、トータルの検査時間を短縮することが可能になる。

このとき、合成画像Ｇ５上で円弧Ｌに沿って並ぶ静止部分（白傷ｋに相当する部分）を検出するようにすることで、容易に静止部分を検出することができる。

また特に、ウェハＷに対して本実施形態の検査を行うことで、ウェハＷの検査精度が向上するため、ウェハＷの歩留まりを向上させることができる。

なお、上述の実施形態において、ウェハ１０に対して検査を行っているが、これに限られるものではなく、液晶ガラス基板等であってもよい。

また、上述の実施形態において、ウェハＷが同じ向きに重なるように４つの検査画像Ｇ１〜Ｇ４をそれぞれ合成した合成画像Ｇ５において、輝点（所定輝度よりも明るい輝度（信号）を有する部分）を、合成画像Ｇ５上で互いに重なるように現れる回転移動部分（傷ｄに相当する部分）と、合成画像Ｇ５上で互いに散らばるように現れる静止部分（白傷ｋに相当する部分）とに区分けしているが、これに限られるものではなく、４つの検査画像Ｇ１〜Ｇ４を合成せずにそのまま比較して、輝点を回転移動部分と静止部分とに区分けするようにしてもよい。なおこのとき、前述のように、４つの検査画像Ｇ１〜Ｇ４（図２〜図５を参照）において、ウェハＷの回転とともに回転移動する輝点（傷ｄ）が回転移動部分となり、ウェハＷの回転に拘わらず相対的に静止される輝点（白傷ｋ）が静止部分となる。

本発明に係る表面検査装置の構成を示す模式図である。 暗視野照明を利用して撮像取得した検査画像の一例を示す模式図である。 図２の検査画像に対しウェハを９０度回転させて撮像取得した検査画像の模式図である。 図２の検査画像に対しウェハを１８０度回転させて撮像取得した検査画像の模式図である。 図２の検査画像に対しウェハを２７０度回転させて撮像取得した検査画像の模式図である。 合成画像の模式図である。

符号の説明

１ 照明光源（照明部） ２ ホルダ（回転駆動部）
５ カメラ（撮像部） １０ 画像処理装置（検査部）
Ｗ ウェハ（被検物）
Ｇ１ 検査画像 Ｇ２ 検査画像
Ｇ３ 検査画像 Ｇ４ 検査画像
Ｇ５ 合成画像

Claims (4)

1. 被検物の表面を照明する照明部と、
   暗視野照明を利用して前記照明部によって照明された前記被検物の表面を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記被検物の画像から前記被検物の表面で生じた散乱光を検出することで前記被検物の表面を検査する検査部と、
   前記撮像部に対して前記被検物を回転させる回転駆動部とを備え、
   前記撮像部は、前記回転駆動部を用いて前記被検物を回転させた複数の異なる回転位置において前記被検物の表面を撮像し、
   前記検査部は、前記撮像部により前記複数の回転位置において撮像取得された複数の検査画像において、所定輝度よりも明るい信号を有する部分を、前記回転駆動部による前記被検物の回転とともに回転移動する回転移動部分と、前記被検物の回転に拘わらず相対的に静止される静止部分とに区分けし、前記静止部分を前記検査画像から除いて得られた画像から、前記散乱光を検出することを特徴とする表面検査装置。
2. 前記検査部は、前記被検物が同じ向きに重なるように前記複数の検査画像をそれぞれ合成した合成画像において、前記所定輝度よりも明るい信号を有する部分を、前記合成画像上で重なるように現れる前記回転移動部分と、前記合成画像上で散らばるように現れる前記静止部分とに区分けし、前記合成画像から前記静止部分を除いて残った前記回転移動部分を、前記散乱光として検出することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記静止部分は、前記合成画像上で円弧に沿って並ぶように現れ、
   前記検査部は、前記合成画像上で円弧に沿って並ぶ前記静止部分を検出した後に除くことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
4. 前記被検物は略円盤状に形成されたウェハであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。

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