JP2009063365A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多量の画像データの中から被検物の欠陥を含む画像データをより短時間で容易に抽出することができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る検査装置は、被検物において所定方向にずれた複数の範囲をそれぞれ撮像する撮像カメラ３０と、撮像カメラ３０により撮像された複数の画像において画像毎にデータ圧縮処理を行い圧縮画像データを生成する圧縮処理部４２と、圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、被検物における欠陥の有無を検査する検査部４４とを有して構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検物に対して欠陥の有無を検査する検査装置及び検査方法に関する。

近年、半導体ウェハに形成される回路素子パターンの集積度が高くなるとともに、半導体製造工程でウェハの表面処理に用いられる薄膜の種類が増加している。これに伴い、ウェハの端部付近の欠陥検査が重要となってきている。ウェハの端部付近に異物等の欠陥があると、後の工程で異物等がウェハの表面側に回り込んで悪影響を及ぼし、ウェハから作り出される回路素子の歩留まりに影響する。

そこで、半導体ウェハ等の円盤状に形成された被検物の端面周辺（例えば、アペックスや上下のベベル）を複数の方向から観察して、異物や膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込み等といった欠陥の有無を検査する検査装置が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような検査装置には、レーザ光等の照射により生じる散乱光を利用して異物等を検出する構成のものや、ラインセンサにより被検物の画像を帯状に形成して異物等を検出する構成のもの等がある。

特開２００４‐３２５３８９号公報

また、画像取得装置により被検物の端面周辺の画像を部分的に１枚ずつ取得して、複数の画像データから異物等の欠陥を検出する構成のものもあるが、小さな欠陥を認識できる高い分解能を有する画像取得装置を使用すると、画像取得枚数（画像データ）が非常に多くなり、例えば、１０倍の対物レンズで１２インチウェハの端面（アペックス）の観察を行った場合、画像取得枚数は１４００枚程度になる。このような多量の画像データから被検物の欠陥を含む画像データのみを抽出するには、全ての画像を１枚ずつ確認する場合、時間がかかり困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、多量の画像データの中から被検物の欠陥を含む画像データをより短時間で容易に抽出することができる検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決して目的を達成するため、本発明に係る検査装置は、被検物において所定方向にずれた複数の範囲をそれぞれ撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された複数の画像において画像毎にデータ圧縮処理を行い圧縮画像データを生成する圧縮処理部と、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記被検物における欠陥の有無を検査する検査部とを有して構成される。

上記検査装置において、前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記複数の画像から前記欠陥を含む画像を抽出することが好ましい。

上記検査装置において、前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズが所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することが好ましい。

上記検査装置において、前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズと所定の欠陥情報を含む標本データサイズとの比較により、前記欠陥の欠陥量を推測することが好ましい。

上記検査装置において、前記検査部による検査結果を表示する表示部をさらに有することが好ましい。

上記検査装置において、略円盤状に形成された前記被検物の回転対称軸を回転軸として、前記被検物の外周端部と前記撮像部とを前記所定方向へ相対移動するように回転駆動させる相対移動部をさらに有し、前記撮像部は、前記回転軸と直交する方向から前記被検物の外周端部または外周端部近傍を連続的に撮像することが好ましい。

また、本発明に係る検査方法は、被検物において所定方向にずれた複数の範囲をそれぞれ撮像する撮像工程と、前記撮像工程により撮像された複数の画像において画像毎にデータ圧縮処理を行い圧縮画像データを生成する圧縮処理工程と、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記被検物における欠陥の有無を検査する検査工程とを有している。

上記の検査方法では、前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記複数の画像から前記欠陥を含む画像を抽出することが好ましい。

上記の検査方法では、前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズが所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することが好ましい。

上記の検査方法では、前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズと所定の欠陥情報を含む標本データサイズとの比較により、前記欠陥の欠陥量を推測することが好ましい。

本発明によれば、被検物を撮像した複数の画像の中から被検物の欠陥を含む画像を短時間で容易に抽出することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置の一例を図１に示しており、この検査装置１は、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の端部及び端部近傍における欠陥（傷、異物の付着等）の有無を検査するものである。

被検物であるウェハ１０は薄い円盤状に形成されており、その表面には、ウェハ１０から取り出される複数の半導体チップ（チップ領域）に対応した回路パターン（図示せず）が形成するために、絶縁膜、電極配線膜、半導体膜等の薄膜（図示せず）が多層にわたって形成される。図２に示すように、ウェハ１０の表面（上面）における外周端部内側には、上ベベル部１１がリング状に形成され、この上ベベル部１１の内側に回路パターンが形成されることになる。また、ウェハ１０の裏面（下面）における外周端部内側には、下ベベル部１２がウェハ１０を基準に上ベベル部１１と表裏対称に形成される。そして、上ベベル部１１と下ベベル部１２とに繋がるウェハ端面がアペックス部１３となる。

検査装置１は、ウェハ１０を支持して回転させるウェハ支持部２０と、ウェハ１０の外周端部及び外周端部近傍を撮像する撮像カメラ３０と、撮像カメラ３０で撮像されたウェハ１０の画像に対して所定の画像処理を行う画像処理部４０と、ウェハ支持部２０や撮像カメラ３０等の駆動制御を行う制御部５０とを主体に構成される。

ウェハ支持部２０は、基台２１と、基台２１から上方に垂直に延びて設けられた回転軸２２と、回転軸２２の上端部に略水平に取り付けられて上面側でウェハ１０を支持するウェハホルダ２３とを有して構成される。ウェハホルダ２３の内部には真空吸着機構（図示せず）が設けられており、真空吸着機構による真空吸着を利用してウェハホルダ２３上のウェハ１０が吸着保持される。

基台２１の内部には、回転軸２２を回転駆動させる回転駆動機構（図示せず）が設けられており、回転駆動機構により回転軸２２を回転させることで、回転軸２２に取り付けられたウェハホルダ２３とともに、ウェハホルダ２３上に吸着保持されたウェハ１０がウェハ１０の中心（回転対称軸Ｏ）を回転軸として回転駆動される。なお、ウェハホルダ２３はウェハ１０より径の小さい略円盤状に形成されており、ウェハホルダ２３上にウェハ１０が吸着保持された状態で、上ベベル部１１、下ベベル部１２、及びアペックス部１３を含むウェハ１０の外周端部近傍がウェハホルダ２３からはみ出るようになっている。

撮像カメラ３０は、図示しない拡大撮影光学系及び落射照明を備えた鏡筒部３１と、イメージセンサ３２が内蔵されたカメラ本体３３とを主体に構成されており、落射照明による照明光が拡大撮影光学系を介してウェハ１０に照明されるとともに、ウェハ１０からの反射光が拡大撮影光学系を介してイメージセンサ３２に導かれ、イメージセンサ３２でウェハ１０の二次元の像（二次元の画像データ）が検出される。このような構成により、ウェハ１０の外周端部もしくは外周端部近傍の明視野像が得られる。

また、撮像カメラ３０は、ウェハ１０のアペックス部１３と対向するように配置され、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直交する方向からアペックス部１３を撮像するようになっている。これにより、ウェハ支持部２０に支持されたウェハ１０を回転させると、ウェハの外周部、すなわちアペックス部１３が周方向へ相対移動するため、アペックス部１３と対向するように配置された撮像カメラ３０は、アペックス部１３を周方向へ連続的に（複数）撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像することが可能になる。なお、撮像カメラ３０で撮像された画像データは、画像処理部４０へ出力される。

なお、検査装置１には不図示の移動装置が設けられており、図２に示すように、移動装置により撮像カメラ３０をウェハ１０の上ベベル部１１と対向する位置（一点鎖線で示す位置）、下ベベル部１２と対向する位置（二点鎖線で示す位置）、もしくはアペックス部１３と対向する位置（実線で示す位置）に移動させることができる。これにより、撮像カメラ３０は、ウェハ１０のアペックス部１３と同様に、上下のベベル部１１，１２をそれぞれ周方向へ連続的に（複数）撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたって上下のベベル部１１，１２をそれぞれ撮像することが可能になる。このように、本実施形態では移動装置を設けて上下のベベル部１１，１２、及びアペックス部１３をそれぞれ撮像する構成であるが、これに限らず、ウェハ１０の上ベベル部１１、下ベベル部１２、もしくはアペックス部１３と対向する位置に３つの撮像カメラ３０を設けるようにしてもよい。さらに、ウェハ支持部２０にチルト機構等を設け、ウェハ１０の上ベベル部１１、下ベベル部１２、及びアペックス部１３をそれぞれ撮像することができる構成としてもよい。

制御部５０は、各種制御を行う制御基板等から構成され、制御部５０からの制御信号によりウェハ支持部２０、撮像カメラ３０、及び画像処理部４０等の作動制御を行う。また、制御部５０には、検査パラメータ（欠陥検出で用いられる閾値など）の入力等を行うための入力部や画像表示部を備えたインターフェース部５１や、画像データ等を記憶する記憶部５２等が電気的に接続されている。

画像処理部４０は、図示しない回路基板等から構成され、図３に示すように、入力部４１と、圧縮処理部４２と、内部メモリ４３と、検査部４４と、出力部４５とを有している。入力部４１には、撮像カメラ３０からの画像データが入力され、さらにはインターフェース部５１で入力された検査パラメータ等が制御部５０を介して入力される。

圧縮処理部４２は、入力部４１と電気的に接続されており、入力部４１から入力された撮像カメラ３０による画像データに対して後述する所定の圧縮符号化の処理を行い、処理結果（圧縮データ）を内部メモリ４３及び出力部４５へ出力する。検査部４４は、内部メモリ４３と電気的に接続されており、内部メモリ４３に記憶された圧縮処理部４２による圧縮データのデータサイズの差異に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を検査する検査処理を行い、処理結果を出力部４５へ出力する。出力部４５は、制御部５０と電気的に接続されており、ウェハ１０の画像データや検査部４４による検査処理結果等を制御部５０へ出力する。

以上のように構成される検査装置１を用いたウェハ１０のアペックス部１３における検査方法について、図４のフローチャートを参照して以下に説明する。なお、ウェハ１０の上下のベベル部１１，１２におけるそれぞれの検査方法は、後述のアペックス部１３における検査方法と同様のため、その説明は省略する。

まず、ステップＳ１において、ウェハ１０のアペックス部１３を撮像する撮像工程を行う。この撮像工程では、ウェハ１０をウェハホルダ２３上の所定位置に載置し、ウェハホルダ２３に内蔵の真空吸着機構によりウェハホルダ２３上にウェハ１０を吸着保持させる。ウェハ１０がウェハホルダ２３上に保持されると、制御部５０からの制御信号により撮像カメラ３０をウェハ１０のアペックス部１３と対向する位置に移動させ、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直行する方向からアペックス部１３を撮像する。

さらに、制御部５０からの制御信号によりウェハ支持部２０の回転駆動機構を回転駆動させ、ウェハ１０を所定角度（ウェハ１０の中心を原点とする極座標に対応した角度であり略撮像範囲に相当する角度）だけ回転させる。そして、撮像カメラ３０により、ウェハ１０を所定角度だけ回転する毎にウェハ１０のアペックス部１３を撮像する。これにより、撮像カメラ３０はアペックス部１３を周方向へ連続的に（複数）撮像し、アペックス部１３をウェハ１０の全周にわたって撮像する。撮像カメラ３０がアペックス部１３を連続的に（複数）撮像するとき、イメージセンサ３２で連続的に検出される画像データは画像処理部４０へ出力され、画像処理部４０の入力部４１に入力された画像データは圧縮処理部４２へ送られる。

ここで、ウェハ１０全周にわたって撮像されたアペックス部１３の画像データは、非常に多くの画像データ（画像取得枚数）となり、全ての画像データを１つずつ確認して欠陥の有無を判定することは、時間がかかり困難である。したがって、後述するように画像処理部４０（圧縮処理部４２及び検査部４４）によって欠陥を含むアペックス部１３の画像データを抽出するようにしている。

次に、ステップＳ２において、アペックス部１３の画像データに対して所定の圧縮符号化を施す圧縮処理工程を行う。圧縮処理部４２は、入力部４１から撮像カメラ３０によるアペックス部１３の画像データが入力されると、所定角度毎に撮像されたアペックス部１３のそれぞれの画像データに対して、例えば、公知のＪＰＥＧ圧縮の処理を行ってアペックス部１３の画像データ毎に圧縮画像データを生成し、生成した圧縮画像データを内部メモリ４３及び出力部４５へ出力する。なお、出力部４５へ出力された圧縮画像データは、制御部５０を介して記憶部５２へ送られ、記憶部５２で記憶される。

圧縮処理部４２に入力部４１から入力される画像データは、良品状態の（欠陥を含まない）アペックス部１３を撮像した場合、アペックス部１３の表面がなめらかであるため画素同士で輝度値の変化量（光量変化）が小さい画像データとなる。一方、欠陥を含むアペックス部１３を撮像した場合、アペックス部１３の表面には異物等の欠陥による凹凸等が存在するため画素同士で輝度値の変化量が大きい画像データとなる。例えば、良品状態のアペックス部１３の画像データ（以下、正常部画像データと称する）は「００００００００００１１」、また欠陥を含むアペックス部１３の画像データ（以下、欠陥部画像データと称する）は「０４０６３１８２４２４６」というように、輝度値の変化量に任意に割り当てた数字の並びを持っている。そこで、「００００００００００１１」（正常部画像データ）を「０×１０，１×２」（正常部圧縮データ）のように画像データの持つ冗長性を排除する処理（圧縮処理）を行うと、正常部画像データのデータサイズは非常に小さく圧縮される。一方、上記と同様に、欠陥部画像データの圧縮処理を行うと、「０×２，１，２×２，３，４×３，６×２，８」（欠陥部圧縮データ）となり、欠陥部画像データのデータサイズはあまり圧縮されず小さくならない。

なお、アペックス部１３はウェハ１０の周方向になめらかで略一様な（欠陥が存在しなければ一様とみなすことができる）形状であり、すなわち撮像カメラ３０によってアペックス部１３を周方向へ連続的に（複数）撮像した画像データは、欠陥の情報以外には一様な画像データとなる。したがって、上記のように各画像データにおいて圧縮処理を行うと、アペックス部１３における欠陥の有無のみに基づいて各圧縮データのデータサイズに差異が生じ、欠陥部圧縮データは正常部圧縮データのデータサイズよりも大きくなる。

圧縮処理部４２によりウェハ１０の全周にわたるアペックス部１３の画像データ毎に圧縮された圧縮データは、内部メモリ４２において圧縮データのデータサイズ順に並び換えて（ソートして）記憶される。なお、内部メモリ４２には、所定の欠陥情報を含む（アペックス部１３における欠陥の欠陥量が既知である）標本圧縮データも予め記憶されている。

圧縮処理部４２によりウェハ１０の全周にわたる所定角度毎のアペックス部１３の圧縮データが生成されると、ステップＳ３において、ウェハ１０のアペックス部１３における欠陥の有無を検査する検査工程を行う。この検査工程は、検査部４４が内部メモリ４３に記憶された複数の圧縮データに対して行う。検査部４４は、アペックス部１３の各圧縮データのデータサイズがそれぞれ内部メモリ４３に予め記憶された所定の閾値より大きいか否かを判定する。そして、アペックス部１３の圧縮データのいずれのデータサイズも所定の閾値より小さい場合、撮像カメラ３０により撮像されたウェハ１０のアペックス部１３に欠陥が無いと判定する。一方、アペックス部１３の圧縮データのいずれかのデータサイズが所定の閾値より大きい場合、アペックス部１３に欠陥があると判定し、複数の圧縮データの中から、閾値より大きいデータサイズを有する圧縮データ（欠陥部圧縮データ）を抽出する。

また、検査部４４は、アペックス部１３の各圧縮データのデータサイズが所定の閾値より大きいか否かの判定とともに、該圧縮データと内部メモリ４３に予め記憶された標本圧縮データとのデータサイズを比較することによって、該圧縮データ（欠陥部圧縮データ）に含まれる欠陥情報の情報量、すなわちアペックス部１３における欠陥の欠陥量を推測する。

なお、検査工程で用いられる閾値は、同じ種類のwafer Data内でのサイズを比較した場合に平均より大きい値等経験的に設定され、インターフェース部５１から入力されて制御部５０及び入力部４１を介して内部メモリ４３に送られる。また、検査部４４は、このような検査工程の検査結果を出力部４５へ出力し、出力部４５へ出力された検査結果のデータは、制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

そして、ステップＳ４では、制御部５０により、記憶部５２に記憶された検査部４４によるデータサイズの比較結果、及びアペックス部１３に欠陥が有ると判定した場合に抽出された欠陥部圧縮データに基づく欠陥部画像等の検査結果をインターフェース部５１の画像表示部に表示させる表示工程を行う。インターフェース部５１は、記憶部５２から欠陥部圧縮データが制御部５０を介して出力されると欠陥部圧縮データの解凍処理を行い、解凍処理された欠陥部画像（欠陥部画像データ）が画像表示部に表示される。

このように、本実施形態に係る検査装置１及び検査方法によれば、ウェハ１０（アペックス部１３もしくは上下のベベル部１１，１２）を周方向にずれた所定の範囲毎（所定角度毎）に撮像されたそれぞれの画像データに対して所定の圧縮符号化を施す圧縮処理部４２、及び圧縮処理部４２によって生成される各圧縮データのデータサイズの差異に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を検査する検査工程を有しているため、ウェハ１０の画像を目視で１枚ずつ観察する必要がないことから、ウェハ１０の検査（欠陥を含む画像の抽出）をより短時間で容易に行うことができる。

また、圧縮処理部４２によって生成される各圧縮データのデータサイズが内部メモリ４３に予め記憶された所定の閾値より大きい場合に、ウェハ１０に欠陥が有ると判定することで、ウェハ１０の検査（欠陥を含む画像の抽出）を自動的に行うことができる。これにより、インターフェース部５１の画像表示部で必要に応じて欠陥を含む画像のみを観察することが可能になる。

さらに、圧縮処理部４２によって生成される各圧縮データのデータサイズが所定の閾値より大きいか否かの判定とともに、該各圧縮データと内部メモリ４３に予め記憶された所定の欠陥情報を含む（ウェハ１０の欠陥の欠陥量が既知である）標本圧縮データとのデータサイズを比較してウェハ１０の欠陥の欠陥量を推測するようにすることで、ウェハ１０の欠陥及び欠陥の欠陥量を自動的に検出することができる。

また、前述したように、ウェハ支持部２０によりウェハ１０を回転駆動し、ウェハ１０の回転軸と直交する方向から、撮像カメラ３０がウェハ１０のアペックス部１３もしくは上下のベベル部１１，１２を周方向へ連続的に撮像するようにすることで、ウェハ１０のアペックス部１３もしくは上下のベベル部１１，１２を高速で撮像することが可能になる。

なお、以上説明した実施形態では、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３等を撮像しているが、これに限られるものではなく、制御部５０の作動制御によりアペックス部１３等における所望の角度位置範囲についてのみ撮像するようにしてもよい。これにより、アペックス部１３等における所望の角度位置範囲についてのみ欠陥の有無を検査することができる。また、このような検査は、ウェハ１０の外周端部または外周端部近傍に限られず、例えば、ガラス基板等を検査することも可能であり、特に表面の形態が略一様な被検物に対して本実施形態を適用することが有効である。

さらに、上述の実施形態では、撮像カメラ３０のイメージセンサとしてＣＣＤやＣＭＯＳといった増幅型２次元固体撮像素子を用いることができ、またラインセンサ等の１次元センサを用いることもできる。１次元センサを用いる場合は、ウェハ１０を所定角度動かしながら得た像信号を１枚の像とした後に圧縮処理をすれば、以降は２次元センサを用いた場合と同じ処理とすることができる。また、本実施形態では明視野像を撮像したが、暗視野像にも適用することができる。

本発明に係る検査装置の概略構成図である。 被検物であるウェハの外周端部近傍を示す側面図である。 上記検査装置を構成する画像処理部を示す制御ブロック図である。 本発明に係る検査方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 検査装置
１０ ウェハ（被検物）
２０ ウェハ支持部（相対移動部）
３０ 撮像カメラ（撮像部）
４０ 画像処理部
４２ 圧縮処理部
４４ 検査部
５０ 制御部
５１ インターフェース部（表示部）

Claims (10)

1. 被検物において所定方向にずれた複数の範囲をそれぞれ撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された複数の画像において画像毎にデータ圧縮処理を行い圧縮画像データを生成する圧縮処理部と、
   前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記被検物における欠陥の有無を検査する検査部とを有することを特徴とする検査装置。
2. 前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記複数の画像から前記欠陥を含む画像を抽出することを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズが所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の検査装置。
4. 前記検査部は、前記圧縮画像データのサイズと所定の欠陥情報を含む標本データサイズとの比較により、前記欠陥の欠陥量を推測す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検査装置。
5. 前記検査部による検査結果を表示する表示部をさらに有すること特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の検査装置。
6. 略円盤状に形成された前記被検物の回転対称軸を回転軸として、前記被検物の外周端部と前記撮像部とを前記所定方向へ相対移動するように回転駆動させる相対移動部をさらに有し、
   前記撮像部は、前記回転軸と直交する方向から前記被検物の外周端部または外周端部近傍を連続的に撮像することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の検査装置。
7. 被検物において所定方向にずれた複数の範囲をそれぞれ撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程により撮像された複数の画像において画像毎にデータ圧縮処理を行い圧縮画像データを生成する圧縮処理工程と、
   前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記被検物における欠陥の有無を検査する検査工程とを有することを特徴とする検査方法。
8. 前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズの差異に基づいて、前記複数の画像から前記欠陥を含む画像を抽出することを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
9. 前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズが所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することを特徴とする請求項７もしくは請求項８に記載の検査方法。
10. 前記検査工程において、前記圧縮画像データのサイズと所定の欠陥情報を含む標本データサイズとの比較により、前記欠陥の欠陥量を推測することを特徴とする請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載の検査方法。

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