JP3620470B2

JP3620470B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置

Info

Publication number: JP3620470B2
Application number: JP2001174233A
Authority: JP
Inventors: 廣一横山; 豊中島
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002365236A

Description

【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 Fault：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：ＢＭＤ）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、撮影画像中で欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部において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、撮影画像中で欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部において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。即ち、ウェーハ７に発生する欠陥の場合、通常１つの欠陥に１つの凹部があるため、その１つの欠陥において凹部の最も底の部分を境に傾斜角度が反転する。例えば図３において欠陥の部分を微分干渉顕微鏡で左から右方向に走査すると、凹部においては、初めは右下がり方向に傾斜し、凹部の最も底の部分を境にして、右上がり方向に傾斜する。この傾斜を微分干渉顕微鏡で計測した場合、傾斜方向が反転すると輝度が変化する。図３においては、右下がり方向の傾斜を白、右上がり方向の傾斜を黒として検出されるため、凹部の最も底の部分を境にして、左側が白、右側が黒となっている。このように、凹部の最も底の部分を境にして、輝度が変化している。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】
輝度の変化は欠陥のエッジ部でも起こるが、この欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部でも輝度が変化する。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。ただしこの場合は、従来と同様に欠陥のエッジ部を検出することとなり、重なり合った欠陥は１つの欠陥として検出される。
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。
【００３０】
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欠陥画像の中でエッジ部を除く欠陥の凹部の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（ｂ）（ｅ）に対して図５（ｃ）（ｆ）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（ｄ）（ｇ）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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
［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。
【００３５】
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。
【００３６】
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Ｓ１）。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）。
【００３７】
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。
【００３８】
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（ｄ）（ｇ）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。
【００３９】
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）。
【００４０】
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。
【００４１】
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１５０００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。
【００４２】
［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、撮影画像中で欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部で白から黒へ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。
【００４３】
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。
【００４４】
［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。
【００４５】
（２）上記実施形態では、欠陥としてＢＭＤ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。
【００４６】
（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。
【００４７】
【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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。

Claims

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、
撮影画像中で欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部において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。
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。
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、
撮影画像中で欠陥のエッジ部を除く欠陥の凹部において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。
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。