JPH04348050A - 材料表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、結晶材料その他の材料の表面上の欠陥などの
測定評価を高速かつ確実に行えるようにした材料表面検
査装置に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体ウェハなどの結晶材料その他の材料の表面
上の欠陥などを測定および観察する装置が知られている
。例えば、特開昭６０−１０１９４２号公報や特公昭６
２−３３７４４号公報には、ウェハ状試料（被検体）に
対してエッチングなどの処理を施すことにより生じるエ
ッチピット（結晶欠陥に起因する窪みまたは溝）などの
欠陥を測定および観察する装置が開示されている。

第１９図に、従来のこの種の結晶材料の欠陥を測定およ
び観察する装置の概略構成を示す。

同図において、１は評価測定対象（被検体）としてのエ
ッチングなどの処理を施したウェハ試料、２はこのウェ
ハ試料１を載置するステージを示す。

このステージ２は、縦方向（Ｘ方向、図の紙面に垂直な
方向）、横方向（Ｙ方向、図の左右方向）、および高さ
方向（Ｚ方向、図の上下方向）に移動できるように、パ
ルスモーター（ステッピングモーター）などを有する駆
動機構（各方向のステージ）２ｂ、２ｃ、２ｄを備えて
いる。３はＸ、Ｙ、２方向の各ステージ２ｂ、２ｃ、２
ｄの各パルスモータに対する駆動信号を送出するパルス
モータコントローラ、１３はパルスモータコントローラ
３からの駆動信号に基づいてパルス信号をパルスモータ
に出力するパルスモータドライバを示す。

４はステージ２に載置されたウェハ試料１を観察および
計測するための顕微鏡を示す。この顕微鏡４には、試料
１を照明する光源である照明ランプ（ハロゲンランプ）
５と、試料１の静止画像を撮影するためのＴＶカメラ６
とが取付けられている。１４は顕微鏡４の自動焦点機構
を制御する顕微鏡コントロールユニットを示す。

また、７は前記ＴＶカメラ６により静止画像データを入
力しこの画像データに基づいて試料１のエッチピットな
どの欠陥を評価する画像処理装置、８は前記ステージ２
のパルスモータコントローラー３および画像処理装置７
などとの間でデータや命令の送受信を行い、取り込んだ
画像データの処理などを指示するコンピュータを示す。

９は画像処理装置７に取り込んだ画像データを表示する
ためのモニタである。

以上のような構成を有する従来装置において、試料の表
面の検査は以下のように行われる。

まず、試料１をステージ２上にセットする。コンピュー
タ８はパルスモータコントローラ３に対し指令を与え、
ステージ２をあらかじめ設定された位置で停止するよう
に移動させる。そして、照明ランプ５の照明下で、顕微
鏡４を通した試料１の拡大像を得る。この拡大像は、Ｔ
Ｖカメラ６を介して画像データとして画像処理装置７に
画像入力される。次に、画像処理装置７およびコンピュ
ータ８において、この画像データを画像処理し、結晶欠
陥の分布、個数、形状および密度などを計測（算出）評
価する。

以上の処理が終了すると、試料１の次の測定位置にステ
ージ２を移動し、静止した状態で前記と同様な処理を繰
り返す。このようにして、ウェハ試料の欠陥を測定評価
する。

第２０Ａ図は、ウェハ試料１の全面を測定する様子を示
す。各矩形４１は顕微鏡４を通して拡大像を得ることの
できる観察範囲、言い換えれば画像データを１度に取り
込むことが可能な範囲（例えば、０．５ｍｍ×０．５ｍ
ｍあるいは１ｍｍ×１ｍｍ程度の範囲）を示す。ステー
ジ２を移動させ、観察範囲である各矩形領域４１を矢印
４２のような順で順次計測していき、ウェハ試料１の全
面の欠陥を測定する。

第２０Ｂ図は、ウェハ試料１の所定の箇所を測定する様
子を示す。各矩形４３は、第２０Ａ図の矩形４１と同じ
顕微鏡４を通して拡大像を得ることのできる観察範囲を
示す。ステージ２を移動させ、観察範囲である各矩形領
域４３を順に計測していき、ウェハ試料１のこれらの範
囲の欠陥を測定する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の材料表面検査装置
では、画像データ取得時にステージ２を一旦静止させ、
停止期間中に画像データを処理するため、ステージ２の
移動速度を上げることができない。また、ステージ移動
時間と画像データを処理する時間とが別になる。したが
って、一つの試料に対する計測時間が長くなり、特に第
２０Ａ図のようにウェハ全面にわたり測定を行う場合に
は、装置の処理能力が低い。例えば、従来の市販の装置
を用いて、直径がφ６インチの半導体ウェハの全面を計
測すると、約１０時間の計測時間を必要とした。

さらに、被検体であるウェハ試料上にゴミなどの異物が
付着している場合や、ウェハ試料上に傷がある場合は、
これらと検査すべきエッチピットとを識別することが困
難であった。これらのゴミや傷が計測の誤差とならない
ように画像処理装置７やコンピュータ８においてエッチ
ピットとそれ以外のものとを形状認識することも考えら
れるが、これらを十分に区別することはできない。

本発明は、上述した事情に鑑み、ステージの移動速度を
高め、かつ画像入力のためにステージを静止させること
なく、所要の画像入力をきわめて簡単かつ適切に行うこ
とができ、従来より高速な材料表面検査装置を得ること
を目的とする。また本発明は、被検体の表面上にゴミな
どの異物や傷がある場合でも、誤差なく確実にエッチピ
ットとそれ以外のものを識別することのできる材料表面
検査装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る材料表面検査装置は、平板状の被検体の表
面を観察・検査する材料表面検査装置であって、該被検
体を載置して移動可能なステージと、該ステージ上の被
検体を照明する照明手段と、該被検体の一部分の像を画
像データとして取込む撮像手段と、該画像データに基づ
いて被検体の欠陥を評価する画像処理手段と、上記ステ
ージの移動途中において、これに載置された被検体が所
定位置に至ったとき、これに同期して、上記照明手段を
閃光させるとともに、上記撮像手段により画像データを
取込む同期制御手段とを具備することを特徴とする。

被検体の位置に同期して照明手段の閃光と画像データの
取込みを行う代りに、ステージの移動開始の時点から所
定の時間間隔で照明手段を閃光させ画像データを取込む
ようにしてもよい。

また、本発明は、平板状の被検体の表面を観察・検査す
る材料表面検査装置であって、複数の異なる波長の照明
光を、該被検体表面に対してそれぞれ異なる所定の方向
から入射させて、該被検体表面を照明する照明手段と、
該複数の異なる波長の照明光による被検体の像を、それ
ぞれ波長別の画像データとして取込む撮像手段と、該波
長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価する画
像処理手段とを具備することを特徴とする。

さらに本発明は、平板状の被検体の表面を観察・検査す
る材料表面検査装置であって、該被検体を載置して移動
可能なステージと、複数の異なる波長の照明光を、該ス
テージ上の被検体の表面に対してそれぞれ異なる所定の
方向から入射させて、該被検体表面を照明する照明手段
と、該複数の異なる波長の照明光による被検体の一部分
の像を、それぞれ波長別の画像データとして取込む撮像
手段と、該波長別の画像データに基づいて被検体の欠陥
を評価する画像処理手段と、上記ステージの移動途中に
おいて、これに載置された被検体が所定位置に至ったと
き、これに同期して、上記照明手段を閃光させるととも
に、上記撮像手段により波長別の画像データを取込む同
期制御手段とを具備することを特徴とする。

上記と同様に、被検体の位置に同期して照明手段の閃光
と画像データの取込みを行う代りに、ステージの移動開
始の時点から所定の時間間隔で照明手段を閃光させ画像
データを取込むようにしてもよい。

画像処理手段は、例えば波長別の各画像データ間で排他
的論理和を算出することにより被検体の欠陥を評価する
。

前記ステージは、好ましくは、前記被検体を載置するス
テージ板と、該ステージ板を高速に移動させる駆動機構
とを備える。また、前記照明手段としては例えばストロ
ボライトを用いる。前記撮像手段は、好ましくは、自動
焦点機構を有する顕微鏡と、該顕微鏡に取付けられた撮
像素子とを備える。

［作用］ 本発明によれば、ステージ上に載置された例えばウェハ
試料などの被検体を高速で移動させながら、ステージに
載置された被検体が所定位置に至ったとき、あるいは所
定時間間隔で、照明手段を閃光させ同時に撮像手段によ
り画像データを静止画像として取込むことができる。こ
の画像データを画像処理することにより、ウェハ試料の
欠陥の計測評価を自動的にしかも高効率に行えるもので
ある。

また、複数の異なる波長の照明光を、被検体表面に対し
てそれぞれ異なる所定の方向から入射させ、得られた波
長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価するよ
うにすれば、被検体上のゴミや傷などによる計測誤差を
可及的に除去できる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成を示す。同図において、前述した第１９図
と同一または相当する部分には、同一の番号を付してそ
の説明は省略する。

第１図において、２ａはウェハを固定するためのバキュ
ームチャック付きのサンプルステージ、２ｂ、２ｃ、２
ｄはそれぞれパルスモーターを有するＸ、Ｙ、Ｚ方向の
電動式ステージ駆動機構を示す。サンプルステージ２ａ
はθ方向（Ｚ方向回りの回転方向）の回転駆動機構（不
図示）を内蔵している。これらの駆動機構によりステー
ジをＸ（縦方向）、Ｙ（横方向）、Ｚ（高さ方向）、θ
（回転方向）に高速に移動させることができる。

このようなステージ駆動機構２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、
パルスモータードライバ１３、パルスモーターコントロ
ーラー３により、ウェハ試料１のいずれの場所も顕微鏡
４の視野内に入るように、ステージ２を精密に移動させ
ることができる。

顕微鏡４には、ＴＶカメラ６、ストロボライト１１、お
よび顕微鏡４の自動焦点機構を制御する顕微鏡コントロ
ールユニット１４が取付けられている。

第２図は、第１図の装置のストロボライト１１、顕微鏡
４およびＴＶカメラ６などの部分の概略を示す断面図で
ある。１５はハーフミラーを示す。

ストロボライト１１から出射した光は、ハーフミラー１
５により反射され、顕微鏡４の光学系を介して被検体で
あるウェハ試料１に照射される。ウェハ試料１からの光
は、ハーフミラー１５を透過してＴＶカメラ６に入射す
る。

再び第１図を参照して、１２はトリガ発生装置を示す。

トリガ発生装置１２は、パルスモーターコントローラ３
から取り出した信号に基づいて、ストロボ発光および画
像取り込み用のトリガ信号を生成する。ストロボ発光用
のトリガ信号はストロボドライバ１０に出力され、これ
に応じてストロボドライバ１０はストロボ１１を閃光さ
せる。

画像取り込み用のトリガ信号は画像処理装置７に出力さ
れ、これに応じて画像処理装置７はＴＶカメラ６から画
像データを取り込む。したがって、ストロボ閃光タイミ
ングと同期して、ウェハ試料１の高速移動状態でのウェ
ハ表面の顕微鏡瞬時画像を静止画像として取り込むこと
となる。画像処理装置７は、コンピュータ８と共働して
、この画像データに基づき試料１の欠陥の計測評価を行
う。

以上のような構成を有する装置において、試料１の表面
の検査は以下のように行われる。

まず、試料１をステージ２上にセットする。コンピュー
タ８はパルスモータコントローラ３に対し所定のパルス
信号を出力するよう指令を与える。

パルスモータコントローラ３は、コンピュータ８からの
指令に基づき、ステージ２が所定の方向に連続的に高速
移動するように（例えば、第２０Ａ図に示すように、検
査範囲である矩形領域４１が矢印４２のような順で順次
計測されるように）、ステージ２の各パルスモーターに
対してパルス信号を出力する。これにより、ステージ２
は連続的に（すなわちステップ移動でなく）移動する。

トリガ発生装置１２は、パルスモータコントローラ３か
ら出力されるパルス信号に基づき、ストロボ発光および
画像取り込み用のトリガ信号を生成する。具体的には、
パルスモーター（ステッピングモーター）コントローラ
３からモーター駆動用（ステージ駆動用）のパルス信号
を取り出し、このパルス信号を分周することによりトリ
ガ信号を生成している。ステッピングモーターは１パル
ス信号により１ステップ進む。例えば、１０相のステッ
ピングモーターでは、所定のパルス信号が１個入力する
とモーターは１／１０回転する。パルス信号が１個入力
することによりステージが１μｍ進むとし、またこのパ
ルス信号を１／１０００に分周した信号をトリガにする
と、ステージ２が１ｍｍ（１０００μｍ）進むごとにト
リガ発生装置１２からトリガ信号が出力される。このト
リガ信号に応じて、ストロボドライバ１０はストロボ１
１を発光させ、画像処理装置７は画像データの取り込み
を行う。この場合、ステージ２の移動速度にかかわらず
、ステージ２の移動距離（すなわち、ステージ２の位置
）に応じて画像データの取り込みが成される。

画像処理装置７による画像データの取り込みは、まずス
トロボ１１の発光下で顕微鏡４を通した試料１の拡大像
を得、この拡大像をＴＶカメラ６を介して画像データと
して画像処理装置７に画像入力する。次に、画像処理装
置７およびコンピュータ８において、この画像データを
画像処理し、結晶欠陥の分布、個数、形状および密度な
どを計測（算出）する。

以上の処理は、試料１を移動しながら連続的に行う。例
えば、第２０Ａ図のように、観察範囲である各矩形領域
４１が矢印４２のような順で観察されるように試料１を
連続的に移動し、移動している間に上記の計測を行う。

このようにして、ウェハ試料１の欠陥を測定する。

ステージは連続的に移動し、停止せずに、ストロボの発
光により画像データを取込み、ステージの移動中に画像
処理（計測）を行っているので、従来例のようにステー
ジの移動・停止を繰返すことがなく、ステージの移動中
に画像処理を行う分、処理スピードが上がる。ステージ
の移動速度は画像処理の処理速度まで上げることができ
、全体の処理スピードはほぼ画像処理の速度に依存する
こととなる。上述の従来例で処理速度を上げようとする
と、ステージは急加速・急停止を繰返さなければならず
、装置が大掛かりとなる。また、従来例のようにストロ
ボは使用せず、ステージを連続的に移動させて画像デー
タ取込みを行うことも考えられるが、画像が流れてしま
い（いわゆるブレた写真のようになる）計測できない。

なお、上述の従来装置で計測したところ１画面当りの処
理時間が１〜２秒であったが、上記の実施例の装置では
１画面当り１１／１０〜２／１０秒であった。

なお、上述したウェハ試料１を載置するサンプルステー
ジ２ａの移動制御は、ＸＹＺの３軸で行っているが、結
晶欠陥の分布を知るためには上記移動（表面のスキャン
）には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、
第３図のようにサンプルステージ２ａを回転させながら
、顕微鏡４の対物レンズ４ａをウェハ１の中心部から横
または縦方向に移動させて画像を取り込み、ウェハ１の
結晶欠陥を測定評価するようにしてもよい。この場合、
ステージは一定速度で高速回転させておき、対物レンズ
は視野範囲の幅づつ横にステップ移動させ、各位置で一
周分の画像をストロボによりサンプリング取り込みする
。取り込み画像はリング状のデータを集めたようなイメ
ージとなる。

またステージ２の駆動系においても、本実施例ではパル
スモーターを用いたが、これに限定されることなく、サ
ーボモーターあるいは超音波モーターなど各種の駆動系
を用いることができる。

さらに、トリガ発生装置１２のタイミング信号を作り出
す機能をコンピュータ８で代用させ、コンピュータ８で
トリガ信号を作り出してもよい。

また、トリガ発生装置をステージ駆動コントローラ３ま
たはストロボ１１のドライブ回路部１０に内蔵しても良
い。ステージ部（モーター部）にエンコーダ（センサ）
を取り付けて、その信号からトリガ信号を生成してもよ
い。

また、パルスモータコントローラ３から出力される位置
情報に応じてトリガ信号を出力するようにしているが、
これに限らず、測定開始時点から所定の時間間隔で画像
データを取り込み測定するようにしてもよい。

さらに、ここではストロボを用いた画像入力について述
べてきたが、ストロボを用いず同様の効果の得られる機
構を備えてもよい。例えば、ＣＣＤなどの固体撮像カメ
ラにおいて撮像素子が電気的なシャッター機能を持つシ
ャッターカメラや、撮像素子の前に高速のシャッターを
備えたＴＶカメラを用いても、全く同様な効果を得るこ
とができる。

次に、第４〜１８図を参照して、第２の実施例を説明す
る。

第４図は、本発明の第２の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成を示す。同図において、前述した第１９図
と同一または相当する部分には、同一の番号を付してそ
の説明は省略する。

第４図において、２ａはウェハを固定するためのバキュ
ームチャック付きのサンプルステージ、２ｅはサンプル
ステージ２ａをθ方向（Ｚ方向回りの回転方向）に回転
させるθステージ駆動機構である。θステージ駆動機構
２ｅはＸ、Ｙ、Ｚ方向の電動式ステージ駆動機構２ｂ、
２ｃ、２ｄの上に構成されている。このようなステージ
駆動機構２ｂ、２ｃ、２ｄ、パルスモータードライバ１
３、パルスモーターコントローラー３により、ウェハ試
料１のいずれの場所も顕微鏡４の視野内に入るように、
ステージ２を精密に移動させることができる。また、試
料１を回転させ角度を変えることにより次に述べる照射
光の方向と欠陥の方向を合致させることができる。

顕微鏡４には、異なった波長の単色光を特定の方向から
照射するための光学系１７が設けられている。光源５は
一般的なハロゲンランプであるが、この光学系１７にお
けるカラーフィルタとスリットによる暗視野照明（後述
する）により上記のような異なった波長の単色光の特定
方向からの照射を実現している。ＴＶカメラ６はカラー
のＴＶカメラであり、照射光である異なった波長の単色
光の波長別に画像を取り込める。

このような照明とＴＶカメラ６により得られたカラーの
顕微鏡画像の画像データは画像処理装置７に入力し、画
像処理装置７およびコンピュータ８によりウェハ試料１
の欠陥の計測評価が行われる。

第４図の装置の動作を詳細に説明する前に、ウェハ試料
の表面に現れる欠陥であるエッチピットにつき説明する
。

ウェハ試料の表面に現れるエッチピットは、ある特定の
面しか持たないものが多い。例えば、シリコン（Ｓｉ）
ウェハの面（１００）の積層欠陥のエッチピットは、面
（１１０）に平行な方向に長く、面（１００）とは１１
°程度の角度を持った面で形成されている。

第５図は、Ｓｉウェハ５０の表面の酸素による積層欠陥
（ＯＳＦ）を示す。第６図はＳｉウェハ表面のＯＳＦエ
ッチピットの走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）による像、第
７図は１つのエッチピットのＳＥＭ像を示す。第８図は
第７図のＬ−Ｌ′断面図を示す。なお、実際のエッチピ
ットの大きさは幅２〜３μｍ、長さ１０数μｍ程度であ
り、第５図では拡大して図示している。

第５〜８図において、Ｓｉウェハ５０における酸素によ
る積層欠陥（ＯＳＦ）の場合、エッチピットとしては５
１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの４つの方向の結晶面し
か現れない。したがって、ある一方向の照射光を当てる
ことにより一つの方向の結晶面のみを観測することがで
きる。

第９図は、Ｓｉウェハ５０の表面上のエッチピット５１
に、異なる２つの方向から別波長の光を照射している様
子を示す。５２は顕微鏡４（第４図）の対物レンズなど
の光学系、５３は対物レンズを示す。光学系５２は対物
レンズ５３の近傍に照射光の光路変更用のミラー５６、
５７を備えている。

この実施例の装置では、赤色の照射光の光束５４と青色
の照射光の光束５５を光学系５２に導入し、図のように
それぞれミラー５６、５７にて反射させる。これにより
、Ｓｉウェハ５０の表面に対し別の方向から赤色光束５
４と青色光束５５を入射させる。Ｓｉウェハ５０の表面
の各光束５４、５５の入射位置にエッチピット５１が存
在していたとする。上述したようにエッチピット５１と
しては、特定の結晶面が現れる。第９図のようにエッチ
ピット５１が面５８と面５９とからなる場合、図の左側
から入射している青色光束５５はエッチピット５１の面
５９で反射され、面５８に入射する。面５８はＳｉウェ
ハ５０の表面にほぼ垂直に切り立っているので、以後こ
の青色の光が対物レンズ５３に至ることはない。一方、
図の右側から入射している赤色光束５４はエッチピット
５１の面５９で反射され、上方に向かって対物レンズ５
３に入射する。そして、赤色の反射光６０として検出さ
れる。

第１０図は、第４図の光学系１７および顕微鏡４の部分
断面図を示す。同図において、光源５はハロゲンランプ
６１を有する。光学系１７は、集光レンズ６２、および
フィルタ６４を有する。顕微鏡４は、ハーフミラー７８
、対物レンズ５３、照射光の光路変更用ミラー５６、５
７、集光レンズ６３を有する。フィルタ６４の代りに付
番６５の位置に同様のフィルタを設置してもよい。

第１１図は、フィルタ６４（または６５）を示す。フィ
ルタ６４は、中央部に遮光領域７３を、周辺部に遮光領
域７４を有する。７５ａ〜７５ｄは所定の波長の光を透
過する４つの透過光領域である。この実施例では、領域
７５ａ、７５ｃが赤色光束を透過し、領域７５ｂ、７５
ｄが青色光束を透過するようにしてある。

第１０、１１図を参照して、赤色と青色の２つの光を異
なる方向からウェハ５０の表面に入射させる方式を説明
する。

光源５のランプ６１から射出した光（白色）は、集光レ
ンズ６２により平行光束７１となり、フィルタ６４に入
射する。フィルタ６４の領域７５ａ〜７５ｄを透過した
光は、四半域ごとに交互に赤と青が隣合っている断面が
リング状の光束７６、７７となり、ハーフミラー７８に
至る。光束７６、７７はハーフミラー７８で反射され、
さらに光路変更用ミラー５６、５７で反射されて、ウェ
ハ５０に至る。以上のようにして、波長の異なる（赤と
青）光をそれぞれウェハ５０の表面に対して異なる方向
から入射させる。

上述したようにエッチピットの態様により所定の方向か
ら入射した光のみが反射光として対物レンズ５３に入射
する。この反射光はハーフミラー７８を透過し、集光レ
ンズ６３を介してＴＶカメラ６の撮像面８０に至る。こ
れによりＴＶカメラ６による画像データの取得が成され
る。ＴＶカメラ６はカラーカメラであるから、赤色の反
射光の画像データと青色の反射光の画像データを分離し
て取得することができる。

なお、第１０図の構成では付番６４あるいは６５の位置
にフィルタを設置し、ウェハに入射する光を分光してい
るが、付番８１の位置にフィルタを設置し反射光を分光
するようにしてもよい。

以上のようにして得た各波長ごとの反射光の画像データ
は、第４図に画像処理装置７およびコンピュータ８にお
いて加算することにより、すべての欠陥を観測できる。

一方、ウェハ表面のゴミなどの異物に光を照射した場合
には、いずれの方向から光を照射した場合でも画像に現
れる。以上のことから４つの方向の照射光より得たそれ
ぞれの画像間で排他的論理和（ＥＸ−ＯＲ）を取ること
により、ウェハ表面のごみなどの異物のみを画面から消
去すること、あるいは簡単に消去可能な程度まで異物の
画像レベルを下げることができる。

第１２図は、このような画像処理により異物や傷に係る
画像データを除去している様子を示す。

ウェハ試料５０上には複数のエッチピット５１のほかゴ
ミ９１が存在している。このウェハ試料５０に、青色光
束と赤色光束とを平面図で見て互いに直交するような方
向から入射させて、各色における画像データを得る。９
２は青色光束による画像データ、９３は赤色光束による
画像データをそれぞれ示す。青色光束による画像データ
９２は、図の縦方向に沿うエッチピットとゴミ９１の像
９１ａを含む。赤色光束による画像データ９３は、図の
横方向に沿うエッチピットとゴミ９１の像９１ｂを含む
。

９４は各色別の画像データ９２、９３の排他的論理和（
ＥＸ−ＯＲ）をとった画像データである。

排他的論理和をとることにより、ゴミの像データ９１ａ
、９１ｂが消去され、エッチピットの像データのみが残
っている。

なお、付番９５に示すように２つのエッチピットが重な
る部分は、単純に排他的論理和を取るのみでは消去され
てしまうので、ゴミなどと区別するための処理を行って
いる。これは例えば、第１３図に示すように画像データ
１０１を一旦膨脹させ、画像データ１０２のように重な
り領域１０３を小さくしてから穴埋めし、画像データ１
０４のようにする。その後、画像データ１０４を収縮（
細線化）し、適正な画像データ１０５を得ればよい。

また、エッチピットの重なりは、得られた画像の周囲長
さ対面積を求めることによっても判断することができる
。

第１４図は、周囲長さ対面積を円形状の像と長方形状の
像とで求めたグラフである。横軸が周囲長さ、縦軸が面
積Ｓを示す。１１１は円形状の像の周囲長さ対面積のグ
ラフ、１１２は長方形状の像の周囲長さ対面積のグラフ
である。これらを分離する場合は、例えば判断したい像
の周囲長さと面積を算出し、ハッチ領域１１３に入るな
ら長方形状、ハッチ領域１１３に入らないなら円形状と
判断できる。

一般に、酸素による積層欠陥が原因となって表出するエ
ッチピットでは長さがばらついているが、長さのヒスト
グラムを計測し、ある一定の以上の周囲長さがある場合
はピットが重なっていると判断できる。例えば第１４図
で、平均の周囲長さが３５μｍとすると点Ｂに位置する
ピットは２つ重なっていると判断する。

以上のような処理はコンピュータ８および画像処理装置
７において比較的簡単なソフトウェアで実現することが
でき処理も高速である。

第１５Ａ〜１８Ｂ図は、上記の実施例により測定したウ
ェハの結晶構造を示す写真である。

第１５Ａ図はウェハ上の酸素による積層欠陥であるエッ
チピットを示す写真であり、左方にある楕円形のものは
ウェハ上のゴミである。第１５Ｂ図は第１５Ａ図の２値
化像で、ゴミの像は２値化してもそのまま残ることがわ
かる。

第１６Ａ図および第１７Ａ図は、本装置により色別に光
の照射方向を変えて第１５Ａ図と同じ場所を撮影したも
のである。エッチピットはそれぞれ一方向のものに分解
できる。第１６Ｂ図および第１７Ｂ図は、第１６Ａ図お
よび第１７Ａ図をそれぞれ２値化したものである。

第１８Ａ図および第１８Ｂ図は、第１６Ｂ図および第１
７Ｂ図との間での画像の排他的論理和（ＥＸＯＲ）演算
を行ったデータおよびその反転画像である。第１８Ａ図
および第１８Ｂ図では、ゴミがほとんど消えており、画
像処理で消せる程度の点になっていることがわかる。

なお、上記の実施例では、カラーＴＶカメラで容易に分
離可能な２色の照射光（例えば赤（Ｒ）と青（Ｂ）を用
いて、対向する結晶面に（第５図５１ａ、５１ｂおよび
５１ｃ、５１ｄ）同色の光を照射し、カラーＴＶカメラ
から同時に得られるＲ画面とＢ画面の画面間演算を行う
ことでゴミの画像を消去し、結晶欠陥を測定・評価して
いる。

この実施例で用いた試料はシリコンウェハであり、表出
している結晶面は４つであるから、２色の照射光で十分
であったが、これに限らず、他の半導体、例えばＧａＡ
ｓのように６つの結晶面が表出しているような場合は照
射光の種類を増やすなどにより対応可能である。

光源についてはハロゲンランプとフィルタを用いたが、
これに限定することなく単色光を発することができれば
どのような光源でもよい。

上記の実施例では計測対象を結晶材料（ウェハ）として
述べてきたが、本発明の適用対象はこれに限られない。

例えば、結晶材料に限定せず他の物質（ガラスなどの非
晶質、あるいはセラミックスなどの多結晶など）の計測
および評価に応用することもできる。

上記第２の実施例で光源をストロボライトとし第１の実
施例で説明したような制御を行ってもよい。すなわち第
１の実施例と第２の実施例とを組み合わせることもでき
る。このような組み合わせにより、非常に高速度でかつ
ゴミや傷の影響を排除した正確なエッチピットの測定評
価を行うことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係わる材料表面検査装置
によれば、ステージ上の被検体の表面画像をステージの
移動に同期して照明手段を閃光させ同時に画像データを
画像処理手段に取り込むようにしているので、ステージ
を静止させることなく、結晶などの被検体の欠陥の計測
を行うことができる。したがって、被検体の欠陥の計測
や評価を高速に処理することが可能で、これにより装置
の処理能力を増大させるという優れた効果がある。

また、複数の異なる波長の照明光を被検体表面に対して
それぞれ異なる所定の方向から入射させ、その波長別の
画像データを得て被検体の欠陥を評価するようにしてい
るので、被検体の表面上にゴミなどの異物や傷がある場
合でも、誤差なく確実にエッチピットとそれ以外のもの
を識別することができ、精度のよい測定評価が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成ブロック図、 第２図は、第１図の装置のストロボライト、顕微鏡およ
びＴＶカメラなどの部分の概略断面図、第３図は、サン
プルステージと顕微鏡の動作の一例を示す斜視図、 第４図は、本発明の第２の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成を示すブロック図、第５図は、Ｓｉウェハ
の表面の酸素による積層欠陥（ＯＳＦ）を示す図、 第６図は、Ｓｉウェハ表面のＯＳＦエッチピットの結晶
構造を示す走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、 第７図は、１つのエッチピットの結晶構造を示す走査形
電子顕微鏡写真、 第８図は、第７図のＬ−Ｌ′断面図、 第９図は、Ｓｉウェハの表面上のエッチピットに、異な
る２つの方向から別波長の光を照射している様子を示す
断面図、 第１０図は、第４図の光学系１７および顕微鏡４の部分
断面図、 第１１図は、フィルタを示す図、 第１２図は、画像処理により異物や傷を除去している様
子を示す概念図、 第１３図は、画像データを膨張および収縮させてエッチ
ピットの重なりを判別する様子を示す概念図、 第１４図は、周囲長さ対面積を円形状の像と長方形状の
像とで求めたグラフ、 第１５Ａ〜１８Ｂ図は、上記の実施例により測定したウ
ェハの結晶構造を示す写真、 第１９図は、従来の材料欠陥計測装置の概略構成ブロッ
ク図、 第２０Ａ図および第２０Ｂ図は、被検体であるウェハの
欠陥を測定する様子を示す平面図である。 １…ウェハ試料、２ａ…サンプルステージ、２ｂ、２ｃ
、２ｄ…ステージ駆動機構、３…パルスモーターコント
ローラー、４…顕微鏡、６…ＴＶカメラ、７…画像処理
装置、８…コンピュータ、９…モニタディスプレイ、１
０…ストロボドライバ、１１…ストロボランプ、１２…
トリガ信号発生装置、１３…パルスモータドライバ、１
４…顕微鏡コントロールユニット。 特許出願人　三井金属鉱業株式会社 代理人　弁理士　伊東辰雄 代理人　弁理士　伊東哲也

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の被検体の表面を観察・検査する材
   料表面検査装置であって、 該被検体を載置して移動可能なステージと、該ステージ
   上の被検体を照明する照明手段と、該被検体の一部分の
   像を画像データとして取込む撮像手段と、 該画像データに基づいて被検体の欠陥を評価する画像処
   理手段と、 上記ステージの移動途中において、これに載置された被
   検体が所定位置に至ったとき、これに同期して、上記照
   明手段を閃光させるとともに、上記撮像手段により画像
   データを取込む同期制御手段と を具備することを特徴とする材料表面検査装置。
2. 【請求項２】平板状の被検体の表面を観察・検査する材
   料表面検査装置であって、 該被検体を載置して移動可能なステージと、該ステージ
   上の被検体を照明する照明手段と、該被検体の一部分の
   像を画像データとして取込む撮像手段と、 該画像データに基づいて被検体の欠陥を評価する画像処
   理手段と、 上記ステージの移動開始の時点から所定の時間間隔で、
   上記照明手段を閃光させるとともに、上記撮像手段によ
   り画像データを取込む同期制御手段と を具備することを特徴とする材料表面検査装置。
3. 【請求項３】平板状の被検体の表面を観察・検査する材
   料表面検査装置であって、 複数の異なる波長の照明光を、該被検体表面に対してそ
   れぞれ異なる所定の方向から入射させて、該被検体表面
   を照明する照明手段と、 該複数の異なる波長の照明光による被検体の像を、それ
   ぞれ波長別の画像データとして取込む撮像手段と、 該波長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価す
   る画像処理手段と を具備することを特徴とする材料表面検査装置。
4. 【請求項４】平板状の被検体の表面を観察・検査する材
   料表面検査装置であって、 該被検体を載置して移動可能なステージと、複数の異な
   る波長の照明光を、該ステージ上の被検体の表面に対し
   てそれぞれ異なる所定の方向から入射させて、該被検体
   表面を照明する照明手段と、 該複数の異なる波長の照明光による被検体の一部分の像
   を、それぞれ波長別の画像データとして取込む撮像手段
   と、 該波長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価す
   る画像処理手段と、 上記ステージの移動途中において、これに載置された被
   検体が所定位置に至ったとき、これに同期して、上記照
   明手段を閃光させるとともに、上記撮像手段により波長
   別の画像データを取込む同期制御手段と を具備することを特徴とする材料表面検査装置。
5. 【請求項５】平板状の被検体の表面を観察・検査する材
   料表面検査装置であって、 該被検体を載置して移動可能なステージと、複数の異な
   る波長の照明光を、該ステージ上の被検体の表面に対し
   てそれぞれ異なる所定の方向から入射させて、該被検体
   表面を照明する照明手段と、 該複数の異なる波長の照明光による被検体の一部分の像
   を、それぞれ波長別の画像データとして取込む撮像手段
   と、 該波長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価す
   る画像処理手段と、 上記ステージの移動開始の時点から所定の時間間隔で、
   上記照明手段を閃光させるとともに、上記撮像手段によ
   り波長別の画像データを取込む同期制御手段と を具備することを特徴とする材料表面検査装置。
6. 【請求項６】前記画像処理手段は、前記波長別の各画像
   データ間で排他的論理和を算出することによりゴミおよ
   び傷などの影響を排除し、被検体の欠陥を評価する請求
   項３、４または５に記載の材料表面検査装置。