JP2002365236A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 欠陥の見逃しや、近接した欠陥の画像の重な
りを防止して、欠陥計数誤差が低減する。 【解決手段】 ウェーハ７の表面を微分干渉顕微鏡で撮
影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を
計数する欠陥検査方法である。撮影画像中で輝度が変化
する点を基に欠陥を検出する。撮影画像に対して空間フ
ィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当該強
調した部分を２値化することによって近接した欠陥も重
なることなく検出し、その検出した部分の特徴量を基に
欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する。欠陥検
査装置１は、上記機能を有する境界強調部１２、欠陥検
出部１３及び欠陥計数部１４からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微分干渉顕微鏡を
利用してシリコンウェーハ等の検査対象物の表面の欠陥
を検査する欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェーハ等の結晶欠陥としては
ＯＳＦやＢＭＤ等がある。シリコンウェーハをエッチン
グすると、その表面に深さ数μｍの小さな穴であるエッ
チピットが現れることがある。このエッチピットのうち
シリコンウェーハの面指数に対応する規則性を持ったも
のが酸化誘起積層欠陥（Oxidation induced Stacking F
ault：ＯＳＦ）、不規則な形状のものが酸化析出物、微
小転位、積層欠陥の集合体（Bulk MicroDefecd：ＢＭ
Ｄ）である。これらＯＳＦやＢＭＤの検査は通常、顕微
鏡を利用した目視検査で行われる。目視検査で上記欠陥
を観察し、検査視野内に何個の欠陥があるかを計数し、
その個数からウェーハの品質保証、品質管理が行われ
る。

【０００３】また、顕微鏡画像の画面を撮影し、その画
像を処理することで欠陥を検出し、欠陥個数を計数する
方法も提案されている。この例としては、特開昭６１−
１９４７３７号公報記載の「シリコンウェーハのＯＳＦ
密度検査方法」や特公平６−７１０３８号記載の「結晶
欠陥認識処理方法」がある。

【０００４】ここでは、撮影画像に対して所定のしきい
値を設定し２値化することで欠陥を検出し、その欠陥の
特徴量を基に欠陥か否かを判断し、欠陥個数を計数して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の検査方法では、１視野数百μｍ角の領域内の欠陥の
個数を計数することになるが、ウェーハ全面を検査する
となると、数百から数万視野を検査しなければならな
い。目視検査の場合は、１視野の検査に少なくとも１秒
程度の時間は必要となり、時間がかかりすぎる。また、
検査員の疲労の程度等の人的要因によって、検査結果に
ばらつきが生じてしまう。

【０００６】また、顕微鏡画像を処理して欠陥個数を計
数する方法では、上記目視検査における問題は解消する
が、この方法では次の問題がある。即ち、欠陥検出が、
撮影画像に対して単に２値化することによって検出され
ているため、図２（ａ）のように欠陥が検査視野内に多
く発生している場合、図２（ｂ）のように近接した複数
の欠陥が重なって１個の欠陥と判断されてしまうことが
ある。特に、ＢＭＤでは大量の欠陥が発生することが少
なくないため、欠陥が重なって検出されることが多く、
品質保証及び品質管理上問題となる。

【０００７】さらに、通常の顕微鏡を利用している場
合、深さ数μｍの欠陥を撮影すると、コントラストがよ
く出ないで見逃してしまうことがあり、この点でも品質
保証及び品質管理上問題となる。

【０００８】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たもので、人的ミスを解消すると共に、微小な欠陥や近
接した欠陥を正確に識別して、欠陥検出精度を向上させ
た欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に第１の発明に係る欠陥検査方法は、検査対象物の表面
を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によって表面に観
察される欠陥の個数を計数する欠陥検査方法において、
撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を検出するこ
とを特徴とする。

【００１０】上記構成により、微分干渉顕微鏡で撮影す
ると、欠陥部分は他の面に対して凹凸があるため、撮影
画像のうち欠陥部分で輝度が変化する。このため、輝度
が変化する点には欠陥が存在すると判断でき、その点を
基に欠陥を検出する。

【００１１】第２の発明に係る欠陥検査方法は、第１の
発明に係る欠陥検査方法において、撮影画像に対して空
間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当
該強調した部分を２値化することによって欠陥を検出
し、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを
判別して欠陥個数を計数することを特徴とする。

【００１２】上記構成により、空間フィルタを適用して
輝度が変化する部分を強調することで、欠陥を確実に認
識することができる。近接した複数の欠陥も１つ１つの
欠陥として明確に識別した状態で認識することができ
る。空間フィルタで強調した部分を２値化することで欠
陥が明確になり、容易に検出することができる。次い
で、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを
判別することで、欠陥のみの個数を計数することができ
る。

【００１３】第３の発明に係る欠陥検査装置は、検査対
象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によっ
て表面に観察される欠陥の個数を計数する欠陥検査装置
において、撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を
検出する欠陥検出部を備えて構成されたことを特徴とす
る。

【００１４】上記構成により、微分干渉顕微鏡は、撮影
した欠陥部分の凹凸を輝度の変化として表示するため、
欠陥検出部は、撮影画像中で輝度が変化する点を基にし
て欠陥を検出する。

【００１５】第４の発明に係る欠陥検査装置は、第３の
発明に係る欠陥検査装置において、撮影画像に対して空
間フィルタを適用して輝度が変化する境界部分を強調す
ると共にその部分を２値化して明確な欠陥画像にする境
界強調部と、当該境界強調部で強調されて明確化された
欠陥を検出する欠陥検出部と、当該欠陥検出部で検出し
た部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個
数を計数する欠陥計数部とを備えて構成されたことを特
徴とする。

【００１６】上記構成により、境界強調部は、空間フィ
ルタを用いて境界部分を強調し、欠陥の存在を明確にす
る。欠陥が近接して複数存在する場合でも、１つ１つの
欠陥として明確に識別した状態で認識する。欠陥検出部
は、境界強調部の空間フィルタで強調された部分を２値
化して欠陥を明確にして検出する。次いで、検出した部
分の特徴量を基に、欠陥計数部で欠陥かノイズかを判別
し、欠陥のみの個数を計数する。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の欠陥検査方法及び欠陥検
査装置は、微分干渉顕微鏡を利用し、数μｍの僅かな深
さの欠陥も見逃すことなくコントラストよく画像化し
て、欠陥検出精度を向上させたものである。微分干渉顕
微鏡では、光路差による光の干渉を利用しており、光の
波長の数倍から１／１０００程度の欠陥の高低差まで輝
度差として検出することができる。ただし、欠陥が近接
している場合は欠陥画像が重なることがあるため、本発
明では、輝度差と共に輝度の変化を利用する。欠陥の凹
凸部分では輝度が変化する。このため、輝度の変化を検
出することで、近接した複数の欠陥でも１つ１つの欠陥
として明確に識別した状態で検出することができる。ま
た、空間フィルタを用いれば、欠陥の境界部分を強調す
ることができる。これにより、僅かな深さの欠陥も見逃
すことなく、かつ近接した複数の欠陥を正確に識別して
正確な個数を検出することができるようになる。

【００１８】以下、本発明の実施形態を添付図面に基づ
いて説明する。

【００１９】図１に本実施形態に係るシリコンウェーハ
の欠陥検査装置１の構成を示す。なおここでは、ＢＭＤ
検査について説明する。

【００２０】欠陥検査装置１は図示するように、ＸＹス
テージ２と、微分干渉顕微鏡３と、ステージコントロー
ラ４と、画像処理装置５とから構成されている。

【００２１】ＸＹステージ２は、載置されたウェーハ７
を支持し、微分干渉顕微鏡３の位置に合わせてＸＹ方向
に正確に移動させる。必要に応じてウェーハ７を昇降さ
せたり、回転させる機能も備える。

【００２２】微分干渉顕微鏡３は、ウェーハ７の断面を
観察するための装置で、ＣＣＤカメラ等により取り込ん
だウェーハ７の断面の画像を電気信号に変換して画像処
理装置５に送信する。この微分干渉顕微鏡３は、光の光
路差を干渉でとらえ、光路差が存在して干渉が生じる限
り、それを高低差（段差）として検出することができ
る。この結果、光の波長の数倍から１／１０００程度の
欠陥の高低差を検出することができる。

【００２３】さらに、高低差による検出の不具合部分を
解消するために、輝度の変化を判断要素として用いる。
高低差の検出だけでは、近接した複数の欠陥の識別が正
確にできない場合がある。これに対して輝度の変化は、
凹凸を検出することができるが、その凹凸は個々の欠陥
に存在するため、凹凸の検出によって個々の欠陥の存在
を確実にとらえることができる。通常、ウェーハ７に発
生する欠陥は１つの凹部を有する。１つの欠陥に１つの
凹部がある。このため、輝度の変化をとらえることで１
つ１つの欠陥を識別でき、欠陥の個数を検出することが
できる。これにより、ウェーハ７の表面に存在する微小
な凹凸である欠陥を正確に検出する。

【００２４】ステージコントローラ４は、ウェーハ７の
検査対象面を微分干渉顕微鏡３の視野に合わせるために
ＸＹステージ２を制御する装置である。

【００２５】画像処理装置５は、ウェーハ７の検査対象
面の画像を取り込んで処理するための装置である。この
画像処理装置５は、ＸＹステージ２及び微分干渉顕微鏡
３に接続され、ステージコントローラ４を介してＸＹス
テージ２を制御し、ウェーハ７の検査対象面を微分干渉
顕微鏡３の直下に移動させる。微分干渉顕微鏡３の画像
は電気信号として画像処理装置５に取り込まれる。

【００２６】画像処理装置５は具体的には、画像撮影部
１１と、境界強調部１２と、欠陥検出部１３と、欠陥計
数部１４とから構成されている。

【００２７】画像撮影部１１は、微分干渉顕微鏡３から
取り込んだ撮影画像を処理し、境界強調処理のために境
界強調部１２へ送る。

【００２８】境界強調部１２は撮影画像中で輝度が変化
する点を基にして欠陥を画像処理する部分である。この
境界強調部１２は、撮影画像に対して空間フィルタを適
用して輝度が変化する境界部分を強調すると共にその部
分を２値化して明確な欠陥画像にする。

【００２９】欠陥の凹部では輝度が変化する。図３にお
いては、左から右へ向けて輝度が白から黒に変化するこ
とが分かる。この場合、輝度変化の位置はシャー量を変
化させることで調整できる。ここでは、欠陥の中心に白
黒の境界がくるように調整している。他の位置（例えば
欠陥の縁）に調整してもよい。

【００３０】ＢＭＤにおいて、図２（ａ）のように欠陥
の発生個数が多いと、図２（ｂ）のように欠陥が重なっ
た状態で観察されることがある。これは、画像全体を微
分して、輝度むらの除去及び欠陥のエッジ強調を行い、
その画像を２値化して検出を行うためである。この場
合、互いに重なっているため、１つの欠陥と判断されて
しまい、欠陥個数を正確に検出することができなくな
る。

【００３１】これを解消するために、微分干渉顕微鏡３
で撮影した画像をＸＹステージ２によって一方向へ移動
させて白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出する。
これにより、１つの境界部分を１つの欠陥として認識す
る。ウェーハ７における欠陥の形状により、画像の移動
に伴う白から黒への境界部分は、通常１つの欠陥に１つ
存在する。従って、１つの上記境界部分を検出すれば、
それは１つの欠陥と判断できる。これにより、欠陥の画
像が重なることなく、それぞれ別の欠陥として認識する
ことができる。白黒の境界部は、空間フィルタを適用し
て強調する。この空間フィルタの例を図４に示す。この
空間フィルタによる処理で、図５（ａ）（ｄ）に対して
図５（ｂ）（ｅ）のような画像が得られる。この強調画
像に対して、所定しきい値で２値化して、図５（ｃ）
（ｆ）のように、欠陥を明確なコントラストの画像とし
て表示させる。

【００３２】欠陥検出部１３は、境界強調部１２で強調
されて明確化された欠陥を、パターン認識等の画像処理
によって検出する。この場合、近接した複数の欠陥で
も、画像が重なっていないため、欠陥の画像を正確に検
出する。

【００３３】欠陥計数部１４は、欠陥検出部１３で検出
した欠陥部分の特徴量を基にそれが本当の欠陥かノイズ
かを判別して欠陥個数を計数する。特徴量としては次の
ものを用いる。欠陥の形状情報を表すものとして、検出
した欠陥の画素数である面積、欠陥の外接長方形の辺の
長さである水平方向フェレ径、垂直方向フェレ径などを
計測する。また、欠陥の輝度情報を表すものとして、検
出欠陥の平均輝度、最大輝度、最小輝度などを求める。

【００３４】ここでは、これらの特徴量をもとに欠陥が
ノイズかを判断するが、既にフィルタ処理により欠陥部
分は強調されており、その画像を２値化して欠陥を検出
しているので、検出されているものはほとんど欠陥であ
ると考えられる。その中でも、非常に微小なものは、目
視でも明瞭に検出することが困難なことから、面積Ａが
所定値ＴＨＡより小さいものはノイズ、それ以上を欠陥
として判断することとした。ここでは、しきい値として
ＴＨＡ＝３として処理を実施している。

【００３５】［欠陥検査方法］次に、上記欠陥検査装置
１を用いたシリコンウェーハの欠陥検査方法について図
６の処理フローを基に説明する。

【００３６】複数枚のへき開したウェーハ７をジグにセ
ットし、このジグをＸＹステージ２の所定位置にセット
する。ここでは、視野の垂直方向にウェーハ断面がくる
ようにセットして検査している。

【００３７】ステージコントローラ４によって制御され
たＸＹステージ２で、ウェーハ７が検査対象位置まで移
動され、微分干渉顕微鏡３にてウェーハ７の断面の画像
が撮影され、画像処理装置５で処理される（ステップＳ
１）。この状態で、ＸＹステージ２によってウェーハ７
が一方向へ移動される（ステップＳ２）。

【００３８】画像処理装置５では、連続的に移動する画
像に対して、白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出
し、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変
化する境界部分を強調する（ステップＳ３）。ここで
は、図３のように欠陥の境界が画面の縦方向に出ている
ため、図４のようなｎ×ｍサイズのフィルタを用いた。
具体的には、ｎ＝５、ｍ＝３のサイズのフィルタを用い
た。なお、このフィルタでは、絶対値は求めず、マイナ
ス値は全て０とした。このｎ、ｍ及びフィルタの値は、
欠陥の画像の状況に応じて適宜変更して対応する。

【００３９】次いで、上記境界強調画像に対して、境界
を検出するために２値化を行い、明確な欠陥画像にする
（ステップＳ４）。例えば図５（ｃ）（ｆ）のように、
明確なコントラストの欠陥画像にする。なおここでは、
境界が強調されているため、固定しきい値ｔｈ＝６０を
適用した。

【００４０】次いで、検出した欠陥の特徴量を抽出し
（ステップＳ５）、その値を基に欠陥とノイズを判別し
てノイズを除去し（ステップＳ６）、欠陥のみを計数す
る（ステップＳ７）。

【００４１】次いで、全面に対して検査を完了したか否
かを判断し（ステップＳ８）、完了していなければステ
ップＳ１に戻って上記処理を繰り返す。

【００４２】図７に従来のエッジ検出による検査結果と
本発明処理を適用した検査結果の一例を示す。従来の手
法では欠陥を少なく数える傾向にあるため、正解に対し
てマイナス側でばらついた結果となっている。これに対
して本発明処理では、ほぼ正確値と同じ値で検査できて
いることが分かる。なおここでは、１サンプル毎に１５
０００画像を撮影し、誤差の一番大きかった結果を代表
値として表示している。このように、大量の画像を処理
した場合に、優れた効果を奏する。

【００４３】［効果］以上のように、１つの欠陥の全体
をとらえて定量的に判断するのではなく、撮影画像中で
輝度が変化する点を基に欠陥を識別するようにしたの
で、各欠陥の画像が重なることがなくなり、欠陥の見逃
しが低減できる。

【００４４】輝度が変化する点を基に空間フィルタで強
調して２値化し、欠陥をコントラストよく撮影できるた
め、欠陥の見逃しが低減できると共に近接した欠陥の画
像の重なりがなくなり、欠陥計数誤差が低減する。これ
により、検査対象物に対するより確実な品質保証、より
正確な品質管理を行うことができる。さらに、検査員の
負担も軽減でき、省力化が図られる。

【００４５】［変形例］ （１） 上記実施形態では、検査対象物としてシリコン
ウェーハを例に説明したが、本発明の欠陥検査方法及び
欠陥検査装置はこれに限らず、表面に微小な欠陥が生じ
る全ての検査対象物に適用することができる。この場合
も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができ
る。

【００４６】（２） 上記実施形態では、欠陥としてＢ
ＭＤを例に説明したが、ＯＳＦ等の他の欠陥の場合も上
記同様にして検査することができる。

【００４７】（３） 上記実施形態では、輝度の変化と
して、白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出した
が、黒から白へ輝度が変化する境界部分を検出してもよ
いことは言うまでもない。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の欠陥検査
方法及び欠陥検査装置によれば、次のような効果を奏す
る。

【００４９】（１） 撮影画像中で輝度が変化する点を
基に欠陥を識別するようにしたので、各欠陥の画像が重
なることがなくなり、欠陥の見逃しが低減できる。

【００５０】（２） 輝度が変化する点を基に空間フィ
ルタで強調して２値化し、欠陥をコントラストよく撮影
できるため、欠陥の見逃しが低減できると共に近接した
欠陥の画像の重なりがなくなり、欠陥計数誤差が低減す
る。

【００５１】（３） これらにより、検査対象物に対す
るより確実な品質保証、より正確な品質管理を行うこと
ができると共に、検査員の負担も軽減でき、省力化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る欠陥検査装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図２】従来方法による欠陥検出結果を示す模式図であ
る。

【図３】１つの欠陥が発生している状態を示す模式図で
ある。

【図４】空間フィルタの一例を示す図である。

【図５】３つ及び１つの欠陥が発生している状態（ａ）
（ｄ）、空間フィルタを適用して強調した状態（ｂ）
（ｅ）及び境界強調画像を２値化した状態（ｃ）（ｆ）
をそれぞれ示す模式図である。

【図６】欠陥検査装置による検査処理の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図７】本発明の欠陥検査方法と従来法による検査結果
を比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１：欠陥検査装置、２：ＸＹステージ、３：微分干渉顕
微鏡、４：ステージコントローラ、５：画像処理装置、
７：ウェーハ、１１：画像撮影部、１２：境界強調部、
１３：欠陥検出部、１４：欠陥計数部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA00 AA49 CC19 DD04 DD06 FF04 FF51 JJ03 JJ26 MM03 PP12 PP24 QQ00 QQ04 QQ24 QQ31 QQ32 2G051 AA51 AB02 CA03 CC07 DA07 EA08 EA11 EA12 EB01 ED08 ED21 2H052 AA05 AF02 AF25 4M106 AA01 BA10 CB19 CB20 DB04 DB18 DB21 DJ02 DJ04 DJ17 DJ20 5B057 AA03 BA02 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE03 CE12 DA03 DB02 DB09 DC22

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮
   影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を
   計数する欠陥検査方法において、 撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を検出するこ
   とを特徴とする欠陥検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の欠陥検査方法におい
   て、 撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化す
   る部分を強調し、当該強調した部分を２値化することに
   よって欠陥を検出し、その検出した部分の特徴量を基に
   欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数することを特
   徴とする欠陥検査方法。
3. 【請求項３】 検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮
   影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を
   計数する欠陥検査装置において、 撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を検出する欠
   陥検出部を備えて構成されたことを特徴とする欠陥検査
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の欠陥検査装置におい
   て、 撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化す
   る境界部分を強調すると共にその部分を２値化して明確
   な欠陥画像にする境界強調部と、 当該境界強調部で強調されて明確化された欠陥を検出す
   る欠陥検出部と、 当該欠陥検出部で検出した部分の特徴量を基に欠陥かノ
   イズかを判別して欠陥個数を計数する欠陥計数部とを備
   えて構成されたことを特徴とする欠陥検査装置。