JP2009063367A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents
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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各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理部40と、画像処理部40による処理結果を表示する表示部とを有して構成される。
【選択図】 図3
【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各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理部40と、画像処理部40による処理結果を表示する表示部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観察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。
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各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理部と、前記画像処理部による処理結果を表示する表示部とを有して構成される。
上記検査装置において、前記画像処理部は、前記複数の画像中の互いに異なる画像との信号の差分を得ることにより、前記欠陥信号を抽出することが好ましい。
上記検査装置において、前記画像処理部は、前記欠陥信号を抽出して得られる複数の抽出画像をそれぞれ重ね合わせた処理結果画像を作成することが好ましい。
上記検査装置において、前記画像処理部は、前記被検物における所定の範囲毎に前記処理結果画像を作成することが好ましい。
上記検査装置において、前記画像処理部は、複数の被検物毎に得られる前記処理結果画像をそれぞれ重ね合わせた全体処理結果画像を作成することが好ましい。
上記検査装置において、前記画像処理部により得られた前記欠陥信号と、前記欠陥信号が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成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。
上記検査装置において、前記撮像部が前記被検物の全周にわたって前記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の各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理工程と、前記画像処理工程による処理結果を表示する表示工程とを有している。
上記の検査方法では、前記画像処理工程は、前記複数の画像の互いに異なる画像との信号の差分を得ることにより、前記欠陥信号を抽出することが好ましい。
上記の検査方法では、前記画像処理工程は、前記欠陥信号を抽出して得られる複数の抽出画像をそれぞれ重ね合わせた処理結果画像を作成することが好ましい。
上記の検査方法では、前記表示工程は、前記表示された情報から前記欠陥が選択された場合に、前記抽出前の画像であって選択された前記欠陥に対応する画像を表示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対物レンズを介してウェハ10に照明されるとともに、ウェハ10からの反射光が対物レンズ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、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、内部メモリ42と、合成処理部43と、ヒストグラム作成部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る。入力部41に入力された画像データは、入力部41と電気的に接続された内部メモリ42に出力され、内部メモリ42において記憶される。
合成処理部43は、内部メモリ42と電気的に接続されており、内部メモリ42に記憶された撮像カメラ30による画像データに対して後述する抽出処理及び合成処理を行い、処理結果をヒストグラム作成部44及び出力部45へ出力する。ヒストグラム作成部44は、合成処理部43と電気的に接続されており、合成処理部43から抽出処理結果が入力されると、入力された抽出処理結果に基づいて差分の輝度に関するヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムを出力部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の画像データや合成処理部43による合成処理結果、ヒストグラム作成部44によるヒストグラムのデータ等を制御部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、撮像範囲と略一致している)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内部メモリ42へ送られる。
撮像カメラ30によりウェハ10の全周にわたる所定角度毎に撮像されたアペックス部13の画像データは、内部メモリ42においてアペックス部13における角度位置(ウェハ10の中心を原点とする極座標に対応した角度位置)を基準に並び換えて(ソートして)記憶され、記憶されたアペックス部13の画像データを合成処理部43及び出力部45へ出力される。出力部45へ出力されたアペックス部13の画像データは、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。
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各画像データ内における欠陥情報のみを抽出する抽出処理工程を行う。この抽出処理工程は、合成処理部43が内部メモリ42に記憶されたウェハ10の全周にわたってアペックス部13における角度位置の順に並ぶ画像データに対して行う。
この抽出処理工程において、合成処理部43は、ウェハ10の全周にわたってアペックス部13における角度位置の順に並ぶ複数の画像において、複数の画像から基画像を設定し、この基画像とその他の画像との差分をそれぞれ得る。例えば、図5(a)に示すように、ウェハ10の全周にわたってアペックス部13における角度位置の順に並ぶn枚(nは自然数)の画像I1,I2,I3,・・・,In-1,Inにおいて、基画像I1と各画像I2,I3,・・・,In-1,Inとの信号(具体的には、各画像における輝度)の差分を得る。このとき、基画像I1を構成する(複数の)画素と各画像I2,I3,・・・,In-1,Inをそれぞれ構成する(複数の)画素とをウェハ10の周方向に対応させてそれぞれの(画素毎の)信号の差分を得る。
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)撮像した画像は、欠陥部以外には一様な画像となる。したがって、上記のように、基画像とその他の画像との差分をそれぞれ得る処理を行うと、アペックス部13の各画像内における欠陥部のみを抽出することが可能となる。また、基画像I1と各画像Inとの差分ではなく、隣り合う画像の差(I3とI4の差,…,In-1とInの差)を求めても良い。
このように画素毎の差分が得られると、合成処理部43は、図5(b)に示すように、画素毎の信号の差分に基づいたn−1枚の差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1を作成するとともに、図5(c)に示すように、基画像I1及び差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1をそれぞれ重ね合わせて一枚の処理結果画像Kを作成する合成処理工程を行う(ステップS3)。そして、合成処理部43は作成した処理結果画像K及び差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1の画像データをヒストグラム作成部44及び出力部45へ出力する。なお、出力部45へ出力された処理結果画像Kの画像データは、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。
合成処理部43からヒストグラム作成部44へ差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1の画像データが送られると、次のステップS4において、ヒストグラム作成工程を行う。このヒストグラム作成工程において、ヒストグラム作成部44は、差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1の各画像内での信号の差分値の平均値と、各差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1に対応したアペックス部13における角度位置との関係を表すヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムのデータを出力部45へ出力する。なお、出力部45へ出力されたヒストグラムのデータは、制御部50を介して記憶部52に送られ、記憶部52に記憶される。
そして、ステップS5では、制御部50により、記憶部52に記憶された合成処理部43により作成された処理結果画像Kや、ヒストグラム作成部44により作成されたヒストグラム等をインターフェース部51の画像表示部で表示させる表示工程を行う。インターフェース部51の画像表示部で表示される処理結果画像K等を確認することによってウェハ10のアペックス部13における欠陥の有無を検査する。なお、処理結果画像Kの中で詳細を見たい欠陥候補がある場合には、処理結果画像Kにおいてポインティングデバイス等を用いて欠陥を指定できるようにしても良い。その場合、指定された欠陥候補はその座標から対応する差分画像Jmもしくは基画像Imを表示することができる。
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の全周にわたってアペックス部13における角度位置の順に並ぶn枚(nは自然数)の画像I1,I2,I3,・・・,In-1,Inに対して、基画像I1と各画像I2,I3,・・・,In-1,Inとの信号(具体的には、各画像における輝度)の差分を得る抽出処理工程によって、アペックス部13の各画像内における欠陥部のみを抽出することができる。さらに基画像I1及び差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1をそれぞれ重ね合わせて一枚の処理結果画像Kを作成する合成処理工程を有しており、この処理結果画像Kをインターフェース部51の画像表示部で表示させる表示工程を有しているため、ウェハ10の画像を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、上述の実施形態において、ウェハ10の全周にわたってアペックス部13における角度位置の順に並ぶn枚(nは自然数)の画像I1,I2,I3,・・・,In-1,Inに対して抽出処理工程及び合成処理工程を行って、一枚の処理結果画像Kを作成しているが、これに限られるものではなく、合成処理工程において、アペックス部13における角度位置の順に並ぶ差分画像J1,J2,・・・,Jn-2,Jn-1をアペックス部13の所定の範囲毎に基画像I1と重ね合わせてそれぞれ処理結果画像を作成し、この各処理結果画像をインターフェース部51の画像表示部で表示させることによって、アペックス部13のどの角度位置に欠陥が存在するかを容易に検出することができる。
さらに、上述の実施形態において、一枚のウェハ10における画像に対して抽出処理工程及び合成処理工程を行っているが、これに限られるものではなく、複数のウェハにおいて取得した画像に対し、同様に抽出処理工程及び合成処理工程を行うことによって複数のウェハにおいて一枚の全体処理結果画像を作成し、この全体処理結果画像をインターフェース部51の画像表示部で表示させることによって、ロット、時間内の処理ウェハ全体の検査結果について一枚の全体処理結果画像を確認することで判別することができる。
また、表示工程において、インターフェース部51の画像表示部に合成処理部43により作成された処理結果画像K、ヒストグラム作成部44により作成されたヒストグラムが表示される。これにより、処理結果画像Kにおいて確認された欠陥のアペックス部13における角度位置をヒストグラムで認識することができ、さらに記憶部52に記憶された画像データの中からこの角度位置における画像を容易に抽出することが可能である。
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、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、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、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32としてCCDやCMOSといった2次元増幅型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像信号を得て1枚の画像とした後に圧縮処理をすれば、以降は2次元センサの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。
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
43 合成処理部
44 ヒストグラム作成部
50 制御部
51 インターフェース部(表示部)
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
43 合成処理部
44 ヒストグラム作成部
50 制御部
51 インターフェース部(表示部)
Claims (12)
- 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各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理部と、
前記画像処理部による処理結果を表示する表示部とを有することを特徴とする検査装置。 - 前記画像処理部は、前記複数の画像中の互いに異なる画像との信号の差分を得ることにより、前記欠陥信号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。
- 前記画像処理部は、前記欠陥信号を抽出して得られる複数の抽出画像をそれぞれ重ね合わせた処理結果画像を作成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。
- 前記画像処理部は、前記被検物における所定の範囲毎に前記処理結果画像を作成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。
- 前記画像処理部は、複数の被検物毎に得られる前記処理結果画像をそれぞれ重ね合わせた全体処理結果画像を作成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。
- 前記画像処理部により得られた前記欠陥信号と、前記欠陥信号が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成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。
- 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6のうちいずれか一項に記載の検査装置。 - 前記撮像部が前記被検物の全周にわたって前記撮像することを特徴とする請求項7に記載の検査装置。
- 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の各画像内で前記被検物における欠陥を示す欠陥信号を抽出する画像処理工程と、
前記画像処理工程による処理結果を表示する表示工程とを有することを特徴とする検査方法。 - 前記画像処理工程は、前記複数の画像の互いに異なる画像との信号の差分を得ることにより、前記欠陥信号を抽出することを特徴とする請求項9に記載の検査方法。
- 前記画像処理工程は、前記欠陥信号を抽出して得られる複数の抽出画像をそれぞれ重ね合わせた処理結果画像を作成することを特徴とする請求項9もしくは請求項10に記載の検査方法。
- 前記表示工程は、前記表示された情報から前記欠陥が選択された場合に、前記抽出前の画像であって選択された前記欠陥に対応する画像を表示することを特徴とする請求項9から請求項11のうちいずれか一項に記載の検査方法。
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