WO2022255043A1 - ウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法 - Google Patents

ウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法 Download PDF

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WO2022255043A1
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達弥 長田
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Definitions

  • the present disclosure relates to a wafer visual inspection apparatus and a wafer visual inspection method.
  • Defects on the film-forming surface of a wafer (film-coated wafer) on which a film is formed on a bare wafer are more difficult to detect than defects on bare wafers due to the influence of the film attached to the wafer. It is desired to improve the quality of film-coated wafers by detecting defects on the film-coated surface of the wafer.
  • an object of the present disclosure is to propose a wafer visual inspection apparatus and a wafer visual inspection method that can improve the quality of film-coated wafers.
  • An embodiment of the present disclosure for solving the above problems is as follows. [1] generating a plurality of whole images of the wafer surface including part images photographed by dividing the wafer surface into a plurality of regions along the circumferential direction; generating an average image based on the plurality of whole images; A visual inspection apparatus comprising a control unit that detects an abnormality of the wafer surface based on. [2] The appearance inspection apparatus according to [1] above, wherein the control unit generates each of the plurality of overall images based on the parts images captured with different luminances.
  • the visual inspection apparatus detects an abnormality of the wafer surface based on a difference between an average luminance in a central region including the center of the wafer surface and an average luminance in a peripheral region other than the central region in the average image.
  • the visual inspection apparatus according to any one of [1] to [5] above.
  • [7] Generating a plurality of whole images of the wafer surface including part images photographed by dividing the wafer surface into a plurality of regions along the circumferential direction; generating an average image based on the plurality of global images; and detecting an abnormality of the wafer surface based on the average image.
  • the appearance inspection method according to [7] above, further comprising generating each of the plurality of overall images based on the parts images captured at different luminances.
  • the quality of the film-coated wafer can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an appearance inspection system according to an embodiment;
  • FIG. It is a figure which shows an example of the whole image produced
  • FIG. 4 is a graph showing an example of average brightness in an average image of each portion of a wafer; 4 is a flow chart showing an example procedure of an appearance inspection method according to one embodiment.
  • a wafer visual inspection system 100 includes a visual inspection device 10 , an imaging device 20 , and a transport device 30 .
  • the imaging device 20 or the conveying device 30 may be included in the visual inspection device 10 .
  • the appearance inspection system 100 may inspect the appearance of the wafer surface including the front surface or the back surface of the wafer.
  • Wafers include silicon wafers and the like.
  • the appearance inspection system 100 inspects the appearance of the surface of a wafer formed by forming a thin film such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) film on a polished wafer or an epitaxial wafer.
  • the type of thin film may be, for example, an oxide film such as a silicon oxide film or a nitride film such as a silicon nitride film.
  • the type of thin film is not limited to oxide or nitride films, but may be other various materials.
  • the thickness of the thin film may be, for example, approximately 250 nm to 450 nm.
  • the thickness of the thin film may be 250 nm or less, or may be 450 nm or more.
  • the wafer is transported to the imaging device 20 by the transport device 30, and the front surface or the back surface of the wafer is photographed by the imaging device 20.
  • the imaging device 20 outputs the photographed image of the wafer to the visual inspection device 10 .
  • the appearance inspection apparatus 10 inspects the appearance of the front surface or the back surface of the wafer based on the image of the wafer.
  • the visual inspection apparatus 10 includes a control section 12, an input section 14, and an output section 16.
  • the control unit 12 controls each component of the visual inspection apparatus 10 .
  • the control unit 12 acquires information or data such as an image of the wafer from the input unit 14 .
  • the control unit 12 outputs a processing result based on the information or data through the output unit 16 .
  • Control unit 12 may include at least one processor.
  • the processor can execute programs that implement various functions of the controller 12 .
  • a processor may be implemented as a single integrated circuit. An integrated circuit is also called an IC (Integrated Circuit).
  • a processor may be implemented as a plurality of communicatively coupled integrated and discrete circuits. Processors may be implemented based on various other known technologies.
  • the control unit 12 may further include a storage unit.
  • the storage unit stores, for example, an image of the wafer or a visual inspection result based on the image of the wafer.
  • the storage unit may include an electromagnetic storage medium such as a magnetic disk, or may include a memory such as a semiconductor memory or a magnetic memory.
  • the storage unit may include non-transitory computer-readable media.
  • the storage unit stores various information, programs executed by the control unit 12, and the like.
  • the storage section may function as a work memory for the control section 12 . At least part of the storage unit may be configured separately from the control unit 12 .
  • the input unit 14 acquires the wafer image from the imaging device 20 and outputs it to the control unit 12 .
  • the output unit 16 outputs information or data regarding the processing result in the control unit 12 .
  • the input unit 14 or the output unit 16 may include a communication device that transmits and receives information or data to and from another device such as the imaging device 20 or the transport device 30.
  • a communication device may be communicatively connected to other devices via a network.
  • a communication device may be communicatively connected to another device by wire or wirelessly.
  • a communication device may include a communication module that connects to a network or other device.
  • the communication module may include a communication interface such as LAN (Local Area Network).
  • the communication module may comprise a communication interface for contactless communication such as infrared communication or NFC (Near Field communication) communication.
  • the communication module may realize communication by various communication schemes such as 4G or 5G.
  • the communication method executed by the communication device is not limited to the examples described above, and may include other various methods.
  • the input unit 14 may include an input device that receives input of information, data, etc. from the user.
  • the input device may include, for example, a touch panel or touch sensor, or a pointing device such as a mouse.
  • the input device may be configured including physical keys.
  • the input device may include an audio input device such as a microphone.
  • the output unit 16 may include, for example, a display device that outputs visual information such as images or characters or graphics.
  • the display device may include, for example, an LCD (Liquid Crystal Display), an organic EL (Electro-Luminescence) display or an inorganic EL display, or a PDP (Plasma Display Panel).
  • the display device is not limited to these displays, and may be configured to include other various types of displays.
  • the display device may include a light emitting device such as an LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode).
  • the display device may be configured including other various devices.
  • the output unit 16 may include an audio output device such as a speaker.
  • the imaging device 20 includes, for example, a camera or an imaging device.
  • the imaging device 20 photographs the wafer surface including the front surface or the rear surface of the wafer.
  • the imaging device 20 may include a light source that emits illumination light that illuminates the wafer surface.
  • the imaging device 20 may include, for example, an LED or a halogen lamp as a light source. In this embodiment, it is assumed that the light source is an LED.
  • the light source is configured such that the illuminance of the illumination light can be changed in at least two stages.
  • the light source may be configured such that the input power can be changed.
  • the light source may be configured to change the wavelength or spectrum of the illuminating light.
  • the light source may comprise multiple light emitting devices.
  • the imaging device 20 divides the wafer surface into a plurality of regions along each of the radial direction and the circumferential direction of the wafer and photographs them. Assume that the imaging device 20 is configured as a plurality of cameras, imaging elements, or the like arranged in the radial direction of the wafer.
  • the imaging device 20 may include a stage on which the wafer is placed. The imaging device 20 may rotate the placed wafer by rotating the stage. The imaging device 20 may divide the wafer surface into a plurality of regions along the circumferential direction of the wafer by photographing the rotating wafer from a fixed camera or imaging element.
  • the imaging device 20 divides the wafer surface into a plurality of regions along the circumferential direction of the wafer by moving a camera or an imaging device along the circumferential direction of the wafer with respect to the wafer placed on the stage. You can take pictures. Each region may partially overlap along a radial or circumferential direction. An image obtained by photographing each region is also referred to as a parts image.
  • the imaging device 20 outputs the parts image to the visual inspection device 10 .
  • the imaging device 20 outputs to the visual inspection apparatus 10 information specifying the relationship between the part image and the position within the wafer surface where the part image is captured, in association with the part image.
  • the transport device 30 transports the wafer to the imaging device 20 .
  • the transport device 30 may transport the wafer onto the stage of the imaging device 20 .
  • the transport device 30 may carry out from the imaging device 20 the wafer that has been photographed by the imaging device 20 .
  • Transport apparatus 30 may comprise an arm that is moved by a drive device such as a motor.
  • the transfer device 30 may include a hand, a suction unit, or the like that holds the wafer.
  • the imaging device 20 captures a part image of the wafer surface.
  • the imaging device 20 changes the illuminance of the illumination light in three stages, and captures the parts image at each illuminance.
  • the number of levels of illuminance may be two or four or more. That is, the imaging device 20 changes the illuminance of the illumination light in a plurality of stages, and captures the parts image at each illuminance.
  • the imaging device 20 generates a part image by photographing the wafer surface illuminated with the illumination light of each illumination intensity by varying the illumination intensity of the illumination light.
  • the imaging device 20 generates three types of parts images when changing the illuminance of the illumination light in three stages. By changing the illuminance of the illumination light, the brightness of the part images corresponding to each illuminance differs from each other.
  • the illuminance of the illumination light can be set based on the type or thickness of the thin film deposited on the wafer surface.
  • the illuminance of the illumination light may be set, for example, between 100,000 lux and 500,000 lux.
  • the illuminance of the illumination light may be set to less than 100,000 lux or may be set to 500,000 lux or more.
  • the illuminance of illumination light may be set as the power input to the light source.
  • the power input to the light source may be set, for example, between 100 Watts (W) and 500 Watts (W).
  • the power input to the light source may be set to less than 100 Watts or may be set to 500 Watts or more.
  • the control unit 12 of the visual inspection apparatus 10 acquires, from the input unit 14, a part image obtained by photographing the wafer surface illuminated by the illumination light of each illuminance by the imaging device 20.
  • the control unit 12 arranges the acquired part images at each photographing position based on the information specifying the positions within the wafer surface where the part images were photographed, so that the entire wafer surface is displayed as shown in FIG. 2, for example.
  • the control unit 12 generates an overall image 40 for each illuminance.
  • the control unit 12 When the parts image is captured with three types of illuminance, the control unit 12 generates one whole image 40 corresponding to each illuminance. That is, the control unit 12 generates three whole images 40 .
  • the control unit 12 may acquire, from the input unit 14, a part image of the wafer surface illuminated by the imaging device 20 with illumination light of different wavelengths or spectra. Controller 12 may generate global image 40 for each wavelength or spectrum.
  • the parts images include a first parts image 41, a second parts image 42, a third parts image 43, a fourth parts image 44, and a fifth parts image 45.
  • the first part image 41 corresponds to an image obtained by dividing the outermost region of the wafer surface into a plurality of regions in the circumferential direction.
  • the second part image 42, the third part image 43, and the fourth part image 44 are arranged along the circumferential direction in areas located on the second, third, and fourth turns inside the outermost periphery of the wafer surface. It corresponds to an image captured by dividing it into multiple areas.
  • the fifth part image 45 corresponds to an image of an area located in the center of the wafer surface.
  • control unit 12 may remove images of particles included in each part image. Particles are a general term for foreign matter adhering to the wafer surface.
  • control unit 12 may interpolate the images between the parts images.
  • the control unit 12 may interpolate the image using an algorithm for interpolating missing portions of the image.
  • Algorithms for interpolating missing portions of an image may include various algorithms such as algorithms using neural networks.
  • the control unit 12 generates an average image 50 illustrated in FIG. 3 based on the multiple whole images 40 . Specifically, the control unit 12 performs differentiation processing on each of the plurality of whole images 40 to generate a plurality of differential images.
  • the control unit 12 may perform differentiation processing using a filter such as a first-order differentiation filter, for example.
  • the control unit 12 generates an average image 50 by superimposing a plurality of differential images. In other words, the control unit 12 can generate the average image 50 by performing differential processing on the entire images 40 with different luminances and superimposing them.
  • Objects extracted by visual inspection system 100 may be emphasized by overlaying different brightness global images 40 . Also, the object to be extracted by the appearance inspection system 100 can be emphasized by performing differentiation processing.
  • the imaging device 20 may set the illuminance of the illumination light so that the object to be extracted by the visual inspection system 100 is emphasized.
  • the control unit 12 may select a differentiation processing algorithm such that the object to be extracted by the visual inspection system 100 is emphasized.
  • the control unit 12 may generate the average image 50 by performing differentiation processing or superimposition processing on the entire image 40 generated for each wavelength or spectrum.
  • the control unit 12 can detect streak-like abnormalities based on the average image 50 .
  • a streak anomaly is also referred to as a primary anomaly. Further, based on the average image 50, the control unit 12 can detect film unevenness on the wafer surface. The uneven film anomaly is also referred to as a secondary anomaly. It is assumed that the control unit 12 can operate in a mode for detecting a streak-like abnormality (first abnormality) and a mode for detecting a film unevenness (second abnormality).
  • a mode for detecting a streak-like abnormality (first abnormality) is also referred to as a first mode.
  • a mode for detecting a film unevenness abnormality (second abnormality) is also referred to as a second mode. The operation of each of the first mode and the second mode will be described below.
  • the control unit 12 When operating in the first mode, the control unit 12 generates a difference image 52 illustrated in FIG. 4 as an image obtained by taking the difference between the whole image 40 and the average image 50 .
  • the control unit 12 may obtain the difference between each of the plurality of whole images 40 having different luminances and the average image 50 .
  • the control unit 12 may take a difference between the overall image 40 and the average image 50 in at least one brightness.
  • a difference image 52 illustrated in FIG. 4 is an image obtained by further binarizing the difference between the entire image 40 and the average image 50 .
  • pixels with high brightness represented in white
  • the control unit 12 may extract pixels that have become white by the binarization process as detection candidate pixels 54 .
  • the control unit 12 may extract, as detection candidate pixels 54, pixels whose brightness is equal to or higher than a predetermined value in the difference image 52.
  • the predetermined value that serves as a reference for extracting the detection candidate pixel 54 is also called a first threshold.
  • the control unit 12 may binarize the difference image 52 based on the first threshold. For example, the control unit 12 may perform binarization in which pixels with luminance equal to or higher than the first threshold are white and pixels with luminance lower than the first threshold are black.
  • the control unit 12 extracts detection candidate pixels 54 in the difference image 52, as illustrated in FIG. In FIG. 5, a set of detection candidate pixels 54 is expressed with an emphasized outline.
  • the control unit 12 approximates a figure represented by a set of detection candidate pixels 54 with a straight line. For example, the control unit 12 detects the longitudinal direction of the detection candidate pixel 54 and extracts a straight line along the longitudinal direction as the approximate straight line 56 . This process is also called a straight line approximation process.
  • the control unit 12 extracts a combination of approximate straight lines 56 having the same slope or a slope difference equal to or smaller than a predetermined value.
  • This processing is also referred to as same-slope extraction processing.
  • the predetermined value that serves as a reference for extracting a combination of approximate straight lines 56 is also referred to as a second threshold.
  • a combination of the extracted approximate straight lines 56 is surrounded by a dashed rectangle and is also referred to as an extracted straight line 58 .
  • the control unit 12 may regard the extracted straight line 58 as a streak-shaped abnormality.
  • the control unit 12 may output information indicating that the streak-shaped abnormality has been detected to the output unit 16 to notify the user. Further, the control unit 12 may detect the detection candidate pixel 54 corresponding to the extraction straight line 58 as abnormal.
  • the control unit 12 generates detection candidate pixels 54 (see FIG. 4 or 5) emphasized by the difference image 52 and approximate straight lines 56 (see FIG. 5) generated based on the detection candidate pixels 54. may be overlaid on the average image 50 to produce the resulting image 60 .
  • the control unit 12 may highlight and display the detection candidate pixel 54 corresponding to the extraction straight line 58 extracted in FIG. Further, the control unit 12 may emphasize and display the extraction straight line 58 as the detection straight line 64 in the result image 60 .
  • the control unit 12 may notify the user of the visual inspection result by displaying the result image 60 on the output unit 16 .
  • the control unit 12 may cause the output unit 16 to display the entire image 40 or the average image 50 .
  • control unit 12 can detect the film unevenness abnormality (second abnormality) based on the brightness of the average image 50 .
  • FIG. 1 An example of film unevenness within the wafer surface is shown in FIG.
  • An average image 50 of the wafer surface with film unevenness is represented as a film unevenness image 70 .
  • the brightness of a central region 72 near the center of the wafer surface is low. That is, the central region 72 is represented in a color close to black.
  • the brightness of the peripheral region 74 near the edge of the wafer surface is high. That is, the peripheral area 74 is represented in a color close to white.
  • the control unit 12 In the average image 50, the control unit 12 generates an image by averaging the brightness of pixels at positions corresponding to the first parts image 41 to the fifth parts image 45 in FIG.
  • the images obtained by averaging the brightness of the positions corresponding to the respective parts images from the first part image 41 to the fifth parts image 45 are the first brightness average image 81 to the fifth brightness average image. up to 85.
  • the control unit 12 classifies the images for calculating the luminance average image into five groups, but the control unit 12 may classify the images into four or less groups, or six or more groups. .
  • the control unit 12 calculates the average brightness of each image from the first average brightness image 81 to the fifth average brightness image 85 .
  • the control unit 12 normalizes the average brightness. In this embodiment, assuming that the average brightness of the second average brightness image 82 is unlikely to vary between wafers, the control unit 12 sets the average brightness of the second average brightness image 82 to 100%, and the average brightness of the other images. was standardized.
  • the image serving as a reference for normalization is not limited to the second average luminance image 82, but may be other images such as the first average luminance image 81, the third average luminance image 83, the fourth average luminance image 84, or the fifth average luminance image 85. It can be an image. Normalized average luminance is also referred to as normalized average luminance. When the normalized average luminance is below the determination threshold, the control unit 12 determines that the wafer has a film unevenness abnormality.
  • FIG. 10 An example of the calculation result of the normalized average luminance is shown as a graph in FIG.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 10 represents the wafer in-plane position.
  • “Outermost circumference” represents a position corresponding to the first parts image 41 .
  • “Second round” represents the position corresponding to the second parts image 42 .
  • “Third Round” represents a position corresponding to the third parts image 43 .
  • “Fourth round” represents a position corresponding to the fourth parts image 44 .
  • a “central portion” represents a position corresponding to the fifth parts image 45 .
  • the vertical axis represents the normalized average luminance calculated based on the luminance average image at each position.
  • the determination threshold is represented by X%.
  • a graph in which the normalized average luminance at each position is represented by a circle ( ⁇ ) has a normalized average luminance of X% or more at all positions.
  • the control unit 12 determines that the abnormal film unevenness has not occurred in the wafer corresponding to the graph in which the normalized average brightness is represented by circles.
  • the normalized average luminance at each position is represented by triangles ( ⁇ )
  • the normalized average luminance is less than X% at some positions.
  • the control unit 12 determines that the abnormal film unevenness has occurred in the wafer corresponding to the graph in which the normalized average luminance is represented by triangles. That is, the control unit 12 can compare the normalized average luminance with the determination threshold to determine whether or not the film unevenness abnormality has occurred.
  • the decision threshold may be set to various values such as 80% or 90%.
  • the control unit 12 of the visual inspection apparatus 10 may execute the visual inspection method including the procedure of the flowchart illustrated in FIG. 11 .
  • the visual inspection method may be realized as a visual inspection program executed by a processor that constitutes the control unit 12 .
  • the visual inspection program may be stored on a non-transitory computer-readable medium.
  • the control unit 12 acquires a parts image (step S1).
  • the control unit 12 generates the overall image 40 based on the parts image (step S2).
  • the control unit 12 generates an average image 50 based on the overall image 40 (step S3).
  • the control unit 12 determines whether to detect in the first mode (step S4). When detecting in the first mode (step S4: YES), the control unit 12 proceeds to step S5. If not detected in the first mode (step S4: NO), the control unit 12 proceeds to step S7.
  • the control unit 12 When detecting in the first mode, the control unit 12 takes the difference between the whole image 40 and the average image 50 to generate a difference image 52 (step S5).
  • the control unit 12 detects the first abnormality (striped abnormality) based on the difference image 52 (step S6).
  • the control unit 12 may execute binarization processing, or linear approximation processing and same-slope extraction processing in the procedure of step S6. After executing the procedure of step S6, the control unit 12 proceeds to the procedure of step S9.
  • control unit 12 When detecting in the second mode, the control unit 12 calculates the average luminance at each position within the wafer surface (step S7). The control unit 12 detects a second abnormality (film unevenness) based on the calculated average luminance (step S8). After executing the procedure of step S8, the control unit 12 proceeds to the procedure of step S9.
  • the control unit 12 outputs the detection result in the first mode or the second mode (step S9). After executing the procedure of step S9, the control unit 12 ends the execution of the procedure of the flowchart of FIG.
  • the control unit 12 may perform both detection in the first mode and detection in the second mode.
  • the control unit 12 may detect the first mode first, detect the second mode first, or detect the first mode and the second mode in parallel. may
  • an image emphasizing the abnormalities on the wafer surface of the film-coated wafer can be generated.
  • the quality of the film-coated wafer can be improved.
  • the quality of film-coated wafers can be improved.
  • appearance inspection system 10 appearance inspection device (12: control unit, 14: input unit, 16: output unit) 20 Imaging device 30 Conveying device 40 Overall image (41 to 45: 1st to 5th part images) 50 average image 52 difference image (54: detection candidate pixel, 56: approximate straight line, 58: extracted straight line) 60 result image (62: detection pixel, 64: detection straight line) 70 film unevenness image (72: central region, 74: peripheral region) 81 to 85 1st to 5th luminance average images

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Abstract

ウェーハの外観検査装置10は、ウェーハ面を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影したパーツ画像41~45を含むウェーハ面の複数の全体画像40を生成し、複数の全体画像40に基づいて平均画像50を生成し、平均画像50に基づいてウェーハ面の異常を検出する制御部12を備える。

Description

ウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法
 本開示は、ウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法に関する。
 従来、研磨ムラ、くもり、スクラッチ及びパーティクルを検出し、評価するウェーハ裏面の評価方法が知られている(例えば特許文献1等参照)。
特許第5433201号公報
 ベアウェーハに対して成膜したウェーハ(膜付きウェーハ)の成膜面における不良は、ウェーハに付いた膜の影響によってベアウェーハにおける不良よりも検出されにくい。ウェーハの成膜面における不良の検出によって膜付きウェーハの品質を向上することが求められる。
 そこで、本開示の目的は、膜付きウェーハの品質を向上できるウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法を提案することにある。
 上記課題を解決する本開示の一実施形態は、以下のとおりである。
[1]
 ウェーハ面を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影したパーツ画像を含む前記ウェーハ面の複数の全体画像を生成し、前記複数の全体画像に基づいて平均画像を生成し、前記平均画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する制御部を備える、外観検査装置。
[2]
 前記制御部は、前記複数の全体画像それぞれを、異なる輝度で撮影した前記パーツ画像に基づいて生成する、上記[1]に記載の外観検査装置。
[3]
 前記制御部は、前記平均画像と前記全体画像との差分をとった差分画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する、上記[1]又は[2]に記載の外観検査装置。
[4]
 前記制御部は、前記差分画像において輝度が第1閾値以上である画素を検出候補画素として抽出し、前記検出候補画素の中から前記ウェーハ面の異常を検出する、上記[3]に記載の外観検査装置。
[5]
 前記制御部は、前記検出候補画素の位置に基づいて近似直線を生成し、前記近似直線の傾きの差が第2閾値以内になる前記近似直線の組み合わせに対応する前記検出候補画素を異常として検出する、上記[4]に記載の外観検査装置。
[6]
 前記制御部は、前記平均画像のうち、前記ウェーハ面の中心を含む中央領域における平均輝度と、前記中央領域以外の周辺領域における平均輝度との差に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する、上記[1]から[5]までのいずれか1つに記載の外観検査装置。
[7]
 ウェーハ面を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影したパーツ画像を含む前記ウェーハ面の複数の全体画像を生成することと、
 前記複数の全体画像に基づいて平均画像を生成することと、
 前記平均画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出することと
を含む外観検査方法。
[8]
 前記複数の全体画像それぞれを、異なる輝度で撮影した前記パーツ画像に基づいて生成することを更に含む、上記[7]に記載の外観検査方法。
 本開示に係るウェーハの外観検査装置及びウェーハの外観検査方法によれば、膜付きウェーハの品質が向上され得る。
一実施形態に係る外観検査システムの構成例を示すブロック図である。 パーツ画像に基づいて生成した全体画像の一例を示す図である。 平均画像の一例を示す図である。 差分画像の一例を示す図である。 差分画像において直線近似した例を示す図である。 傾きが同じ近似直線を抽出した例を示す図である。 異常検出結果の一例を示す図である。 ウェーハ面内の膜むらの一例を示す図である。 ウェーハ外周から中央までの各部における平均画像の例を示す図である。 ウェーハ各部の平均画像における平均輝度の一例を示すグラフである。 一実施形態に係る外観検査方法の手順例を示すフローチャートである。
(ウェーハの外観検査装置10の構成例)
 以下、本開示の一実施形態に係るウェーハの外観検査システム100及び外観検査装置10が図面を参照して説明される。図1に示されるように、ウェーハの外観検査システム100は、外観検査装置10と、撮像装置20と、搬送装置30とを備える。撮像装置20又は搬送装置30は、外観検査装置10に含まれてもよい。
 外観検査システム100は、ウェーハの表面又は裏面を含むウェーハ面の外観を検査してよい。ウェーハは、シリコンウェーハ等を含む。外観検査システム100は、研磨ウェーハ又はエピタキシャルウェーハにCVD(Chemical Vapor Deposition)膜等の薄膜を形成したウェーハ面の外観を検査する。薄膜の種類は、例えばシリコン酸化膜等の酸化膜であってもよいしシリコン窒化膜等の窒化膜であってもよい。薄膜の種類は、酸化膜又は窒化膜に限られず、他の種々の材料であってよい。薄膜の厚みは、例えば250nm~450nm程度であってよい。薄膜の厚みは、250nm以下であってもよいし、450nm以上であってもよい。以下、薄膜を形成したウェーハ裏面の外観を検査する外観検査システム100が説明される。
 外観検査システム100は、搬送装置30によってウェーハを撮像装置20に搬送し、撮像装置20によってウェーハの表面又は裏面を撮影する。撮像装置20は、撮影したウェーハの画像を外観検査装置10に出力する。外観検査装置10は、ウェーハの画像に基づいて、ウェーハの表面又は裏面の外観を検査する。
 外観検査装置10は、制御部12と、入力部14と、出力部16とを備える。制御部12は、外観検査装置10の各構成部を制御する。制御部12は、入力部14からウェーハの画像等の情報又はデータを取得する。制御部12は、情報又はデータに基づく処理結果を出力部16によって出力する。制御部12は、少なくとも1つのプロセッサを含んでよい。プロセッサは、制御部12の種々の機能を実現するプログラムを実行しうる。プロセッサは、単一の集積回路として実現されてよい。集積回路は、IC(Integrated Circuit)とも称される。プロセッサは、複数の通信可能に接続された集積回路及びディスクリート回路として実現されてよい。プロセッサは、他の種々の既知の技術に基づいて実現されてよい。
 制御部12は、記憶部を更に備えてよい。記憶部は、例えば、ウェーハの画像、又は、ウェーハの画像に基づく外観検査結果を格納する。記憶部は、磁気ディスク等の電磁記憶媒体を含んでよいし、半導体メモリ又は磁気メモリ等のメモリを含んでもよい。記憶部は、非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体を含んでよい。記憶部は、各種情報及び制御部12で実行されるプログラム等を格納する。記憶部は、制御部12のワークメモリとして機能してよい。記憶部の少なくとも一部は、制御部12とは別体として構成されてもよい。
 入力部14は、撮像装置20からウェーハの画像を取得し、制御部12に出力する。出力部16は、制御部12における処理結果に関する情報又はデータを出力する。
 入力部14又は出力部16は、撮像装置20又は搬送装置30等の他装置との間で情報又はデータを送受信する通信デバイスを備えてもよい。通信デバイスは、他装置とネットワークを介して通信可能に接続されてよい。通信デバイスは、他装置と有線又は無線で通信可能に接続されてよい。通信デバイスは、ネットワーク又は他装置に接続する通信モジュールを備えてよい。通信モジュールは、LAN(Local Area Network)等の通信インタフェースを備えてよい。通信モジュールは、赤外線通信又はNFC(Near Field communication)通信等の非接触通信の通信インタフェースを備えてもよい。通信モジュールは、4G又は5G等の種々の通信方式による通信を実現してもよい。通信デバイスが実行する通信方式は、上述の例に限られず、他の種々の方式を含んでもよい。
 入力部14は、ユーザから情報又はデータ等の入力を受け付ける入力デバイスを含んで構成されてよい。入力デバイスは、例えば、タッチパネル若しくはタッチセンサ、又はマウス等のポインティングデバイスを含んで構成されてよい。入力デバイスは、物理キーを含んで構成されてもよい。入力デバイスは、マイク等の音声入力デバイスを含んで構成されてもよい。
 出力部16は、例えば、画像又は文字若しくは図形等の視覚情報を出力する表示デバイスを含んでよい。表示デバイスは、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ若しくは無機ELディスプレイ、又は、PDP(Plasma Display Panel)等を含んで構成されてよい。表示デバイスは、これらのディスプレイに限られず、他の種々の方式のディスプレイを含んで構成されてよい。表示デバイスは、LED(Light Emitting Diode)又はLD(Laser Diode)等の発光デバイスを含んで構成されてよい。表示デバイスは、他の種々のデバイスを含んで構成されてよい。出力部16は、スピーカ等の音声出力デバイスを含んでもよい。
 撮像装置20は、例えばカメラ又は撮像素子等を含んで構成される。撮像装置20は、ウェーハの表面又は裏面を含むウェーハ面を撮影する。撮像装置20は、ウェーハ面を照らす照明光を射出する光源を備えてよい。撮像装置20は、光源として例えばLED又はハロゲンランプ等を備えてよい。本実施形態において、光源は、LEDであるとする。光源は、照明光の照度を少なくとも2段階に変更可能に構成される。光源は、入力するパワーを変更可能に構成されてもよい。光源は、照明光の波長又はスペクトルを変更可能に構成されてもよい。光源は、複数の発光デバイスを含んで構成されてよい。
 撮像装置20は、ウェーハ面を、ウェーハの半径方向及び円周方向それぞれに沿って複数の領域に分けて撮影する。撮像装置20は、ウェーハの半径方向に並ぶ複数のカメラ又は撮像素子等として構成されるとする。撮像装置20は、ウェーハを載置するステージを備えてよい。撮像装置20は、ステージを回転させることによって載置したウェーハを回転させてよい。撮像装置20は、固定したカメラ又は撮像素子から回転するウェーハを撮影することによって、ウェーハの円周方向に沿ってウェーハ面を複数の領域に分けて撮影してよい。撮像装置20は、ステージに載置したウェーハに対して、ウェーハの円周方向に沿ってカメラ又は撮像素子が移動することによって、ウェーハの円周方向に沿ってウェーハ面を複数の領域に分けて撮影してもよい。各領域は、半径方向又は円周方向に沿って一部で重なってもよい。各領域を撮影した画像は、パーツ画像とも称される。撮像装置20は、パーツ画像を外観検査装置10に出力する。また、撮像装置20は、パーツ画像を撮影したウェーハ面内の位置との関係を特定する情報をパーツ画像に対応づけて外観検査装置10に出力する。
 搬送装置30は、ウェーハを撮像装置20に搬送する。搬送装置30は、ウェーハを撮像装置20のステージ上に搬送してもよい。搬送装置30は、撮像装置20が撮影を完了したウェーハを撮像装置20から搬出してもよい。搬送装置30は、モータ等の駆動デバイスによって動くアームを備えてよい。搬送装置30は、ウェーハを保持するハンド又は吸着部等を備えてよい。
(外観検査システム100の動作例)
 外観検査システム100において、撮像装置20は、ウェーハ面のパーツ画像を撮影する。本実施形態において、撮像装置20は、照明光の照度を3段階に変更し、各照度においてパーツ画像を撮影する。照度の段階数は、2であってもよいし4以上であってもよい。つまり、撮像装置20は、照明光の照度を複数の段階に変更し、各照度においてパーツ画像を撮影する。撮像装置20は、照明光の照度を異ならせることによって、各照度の照明光で照らしたウェーハ面を撮影したパーツ画像を生成する。撮像装置20は、照明光の照度を3段階に変更する場合、3種類のパーツ画像を生成する。照明光の照度が変更されることによって、各照度に対応するパーツ画像の輝度が互いに異なる。
 照明光の照度は、ウェーハ面に成膜されている薄膜の種類又は厚みに基づいて設定され得る。照明光の照度は、例えば、10万ルクスから50万ルクスまでの間で設定されてよい。照明光の照度は、10万ルクス未満に設定されてもよいし、50万ルクス以上に設定されてもよい。照明光の照度は、光源に入力されるパワーとして設定されてもよい。光源に入力されるパワーは、例えば、100ワット(W)から500ワット(W)までの間で設定されてよい。光源に入力されるパワーは、100ワット未満に設定されてもよいし、500ワット以上に設定されてもよい。
 外観検査装置10の制御部12は、撮像装置20によって各照度の照明光で照らされたウェーハ面を撮影したパーツ画像を入力部14から取得する。制御部12は、パーツ画像を撮影したウェーハ面内の位置を特定する情報に基づいて、取得したパーツ画像を各撮影位置に並べることによって、例えば図2に示されるように、ウェーハ面の全体を撮影したように見える全体画像40を生成する。制御部12は、各照度について全体画像40を生成する。パーツ画像が3種類の照度で撮影された場合、制御部12は、各照度に対応する全体画像40を1枚ずつ生成する。つまり、制御部12は、3枚の全体画像40を生成する。
 制御部12は、撮像装置20によって異なる波長又はスペクトルの照明光で照らされたウェーハ面を撮影したパーツ画像を入力部14から取得してもよい。制御部12は、各波長又はスペクトルについて全体画像40を生成してもよい。
 図2において、パーツ画像は、第1パーツ画像41と、第2パーツ画像42と、第3パーツ画像43と、第4パーツ画像44と、第5パーツ画像45とを含む。第1パーツ画像41は、ウェーハ面の最外周に位置する領域を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影した画像に対応する。第2パーツ画像42、第3パーツ画像43及び第4パーツ画像44はそれぞれ、ウェーハ面の最外周の内側の2周目、3周目及び4周目に位置する領域を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影した画像に対応する。第5パーツ画像45は、ウェーハ面の中央に位置する領域を撮影した画像に対応する。
 制御部12は、全体画像40を生成する際に、各パーツ画像に含まれるパーティクルの画像を除去してもよい。パーティクルは、ウェーハ面に付着した異物の総称である。
 制御部12は、全体画像40を構成する各パーツ画像の間に、ウェーハ面を撮影していない領域が存在する場合、各パーツ画像の間の画像を補間してよい。制御部12は、画像の欠損部分を補間するアルゴリズムを用いて画像を補間してよい。画像の欠損部分を補間するアルゴリズムは、例えばニューラルネットワークを用いたアルゴリズム等の種々のアルゴリズムを含んでよい。
 制御部12は、複数の全体画像40に基づいて、図3に例示される平均画像50を生成する。具体的に、制御部12は、複数の全体画像40それぞれに対して微分処理を実行して複数の微分画像を生成する。制御部12は、例えば1次微分フィルタ等のフィルタを用いて微分処理を実行してよい。制御部12は、複数の微分画像を重ね合わせて平均画像50を生成する。つまり、制御部12は、異なる輝度の全体画像40に対して微分処理を実行して重ね合わせることによって平均画像50を生成できる。異なる輝度の全体画像40を重ねることによって外観検査システム100で抽出する対象が強調され得る。また、微分処理を実行することによって外観検査システム100で抽出する対象が強調され得る。逆に言えば、撮像装置20は、照明光の照度を、外観検査システム100で抽出する対象が強調されるように設定してよい。制御部12は、微分処理のアルゴリズムを、外観検査システム100で抽出する対象が強調されるように選択してよい。
 制御部12は、各波長又はスペクトルについて生成した全体画像40に対して微分処理又は重ね合わせ処理を実行して平均画像50を生成してもよい。
 制御部12は、平均画像50に基づいて、スジ状異常を検出可能である。スジ状異常は、第1異常とも称される。また、制御部12は、平均画像50に基づいて、ウェーハ面の膜むら異常を検出可能である。膜むら異常は、第2異常とも称される。制御部12は、スジ状異常(第1異常)を検出するモード、及び、膜むら異常(第2異常)を検出するモードそれぞれで動作可能であるとする。スジ状異常(第1異常)を検出するモードは、第1モードとも称される。膜むら異常(第2異常)を検出するモードは、第2モードとも称される。以下、第1モード及び第2モードそれぞれの動作が説明される。
<第1モードの動作例>
 制御部12は、第1モードで動作する場合、全体画像40と平均画像50との差分をとった画像として、図4に例示される差分画像52を生成する。制御部12は、輝度が異なる複数の全体画像40それぞれと平均画像50との差分をとってもよい。制御部12は、少なくとも1つの輝度における全体画像40と平均画像50との差分をとってもよい。図4に例示される差分画像52は、全体画像40と平均画像50との差分を更に2値化した画像である。差分画像52において、輝度が高い(白で表される)画素は、検出候補画素54とも称される。制御部12は、2値化処理によって白になった画素を検出候補画素54として抽出してよい。制御部12は、差分画像52において、輝度が所定値以上の画素を検出候補画素54として抽出してもよい。検出候補画素54を抽出する基準となる所定値は、第1閾値とも称される。制御部12は、第1閾値に基づいて差分画像52を2値化してもよい。例えば、制御部12は、第1閾値以上の輝度の画素を白にして第1閾値未満の輝度の画素を黒にする2値化を実行してよい。
 制御部12は、図5に例示されるように、差分画像52において、検出候補画素54を抽出する。図5において検出候補画素54の集合は、輪郭を強調して表現されている。制御部12は、検出候補画素54の集合で表される図形を直線で近似する。例えば、制御部12は、検出候補画素54の長手方向を検出し、長手方向に沿う直線を近似直線56として抽出する。この処理は、直線近似処理とも称される。
 制御部12は、図6に例示されるように、近似直線56のうち、傾きが同一、又は、傾きの差が所定値以下である近似直線56の組み合わせを抽出する。この処理は、同一傾き抽出処理とも称される。近似直線56の組み合わせを抽出する基準となる所定値は、第2閾値とも称される。抽出した近似直線56の組み合わせは、破線の矩形で囲まれて表されており、抽出直線58とも称される。
 制御部12は、抽出直線58をスジ状異常とみなしてよい。制御部12は、抽出直線58を検出した場合、スジ状異常を検出したことを表す情報を出力部16に出力し、ユーザに通知してよい。また、制御部12は、抽出直線58に対応する検出候補画素54を異常として検出してもよい。
 制御部12は、図7に例示されるように、差分画像52によって強調した検出候補画素54(図4又は図5参照)及び検出候補画素54に基づいて生成した近似直線56(図5参照)を平均画像50の上に重ねた結果画像60を生成してもよい。制御部12は、結果画像60において、図6で抽出した抽出直線58に対応する検出候補画素54を検出画素62として強調して表示してよい。また、制御部12は、結果画像60において、抽出直線58を検出直線64として強調して表示してもよい。制御部12は、結果画像60を出力部16に表示させることによってユーザに外観検査結果を通知してよい。
 制御部12は、全体画像40又は平均画像50を出力部16に表示させてもよい。
<第2モードの動作例>
 制御部12は、第2モードで動作する場合、平均画像50の輝度に基づいて膜むら異常(第2異常)を検出できる。
 図8にウェーハ面内の膜むらの一例が示される。膜むらのあるウェーハ面の平均画像50が膜むら画像70として表されている。膜むら画像70において、ウェーハ面の中心に近い中央領域72の輝度が低い。つまり、中央領域72は、黒に近い色で表されている。また、ウェーハ面の端に近い周辺領域74の輝度が高い。つまり、周辺領域74は、白に近い色で表されている。
 制御部12は、平均画像50において、図2の第1パーツ画像41から第5パーツ画像45までのそれぞれのパーツ画像に対応する位置の画素の輝度を平均した画像を生成する。例えば図9に示されるように、第1パーツ画像41から第5パーツ画像45までのそれぞれのパーツ画像に対応する位置の輝度を平均した画像は、第1輝度平均画像81から第5輝度平均画像85までとして表される。本実施形態において、制御部12は、輝度平均画像を算出する画像を5つのグループに分類したが、4つ以下のグループに分類してもよいし、6つ以上のグループに分類してもよい。
 制御部12は、第1輝度平均画像81から第5輝度平均画像85までのそれぞれの画像の平均輝度を算出する。制御部12は、平均輝度を規格化する。本実施形態において、制御部12は、第2輝度平均画像82の平均輝度がウェーハ間でばらつきにくいと仮定して、第2輝度平均画像82の平均輝度を100%として、他の画像の平均輝度を規格化した。規格化の基準となる画像は、第2輝度平均画像82に限られず、第1輝度平均画像81、第3輝度平均画像83、第4輝度平均画像84又は第5輝度平均画像85等の他の画像であってよい。規格化した平均輝度は、規格化平均輝度とも称される。制御部12は、規格化平均輝度が判定閾値を下回る場合、ウェーハに膜むら異常が発生していると判定する。
 規格化平均輝度の算出結果の一例が、図10にグラフとして示される。図10のグラフの横軸は、ウェーハ面内位置を表す。「最外周」は、第1パーツ画像41に対応する位置を表す。「2周目」は、第2パーツ画像42に対応する位置を表す。「3周目」は、第3パーツ画像43に対応する位置を表す。「4周目」は、第4パーツ画像44に対応する位置を表す。「中央部」は、第5パーツ画像45に対応する位置を表す。縦軸は、各位置における輝度平均画像に基づいて算出した規格化平均輝度を表す。
 ここで、判定閾値は、X%で表されるとする。各位置における規格化平均輝度が丸(○)で表されているグラフは、全ての位置において規格化平均輝度がX%以上となっている。この場合、制御部12は、規格化平均輝度が丸で表されているグラフに対応するウェーハにおいて膜むら異常が発生していないと判定する。一方で、各位置における規格化平均輝度が三角(△)で表されているグラフは、一部の位置で規格化平均輝度がX%未満となっている。この場合、制御部12は、規格化平均輝度が三角で表されているグラフに対応するウェーハにおいて膜むら異常が発生していると判定する。つまり、制御部12は、規格化平均輝度と判定閾値とを比較し、膜むら異常が発生しているか判定できる。判定閾値は、例えば80%又は90%等の種々の値に設定されてよい。
(外観検査方法の手順例)
 外観検査装置10の制御部12は、図11に例示されるフローチャートの手順を含む外観検査方法を実行してもよい。外観検査方法は、制御部12を構成するプロセッサに実行させる外観検査プログラムとして実現されてもよい。外観検査プログラムは、非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納されてよい。
 制御部12は、パーツ画像を取得する(ステップS1)。制御部12は、パーツ画像に基づいて全体画像40を生成する(ステップS2)。制御部12は、全体画像40に基づいて平均画像50を生成する(ステップS3)。制御部12は、第1モードで検出するか判定する(ステップS4)。制御部12は、第1モードで検出する場合(ステップS4:YES)、ステップS5の手順に進む。制御部12は、第1モードで検出しない場合(ステップS4:NO)、ステップS7の手順に進む。
 制御部12は、第1モードで検出する場合、全体画像40と平均画像50との差分をとって差分画像52を生成する(ステップS5)。制御部12は、差分画像52に基づいて第1異常(スジ状異常)を検出する(ステップS6)。具体的に、制御部12は、ステップS6の手順において、2値化処理、又は、直線近似処理及び同一傾き抽出処理を実行してよい。制御部12は、ステップS6の手順の実行後、ステップS9の手順に進む。
 制御部12は、第2モードで検出する場合、ウェーハ面内の各位置における平均輝度を算出する(ステップS7)。制御部12は、算出した平均輝度に基づいて第2異常(膜むら異常)を検出する(ステップS8)。制御部12は、ステップS8の手順の実行後、ステップS9の手順に進む。
 制御部12は、第1モード又は第2モードにおける検出結果を出力する(ステップS9)。制御部12は、ステップS9の手順の実行後、図11のフローチャートの手順の実行を終了する。制御部12は、第1モードの検出と第2モードの検出とを両方とも実行してもよい。制御部12は、第1モードの検出を先に実行してもよいし、第2モードの検出を先に実行してもよいし、第1モード及び第2モードの検出を並行して実行してもよい。
 以上述べてきたように、本実施形態に係る外観検査システム100、外観検査装置10及び外観検査方法によれば、膜付きウェーハのウェーハ面における異常を強調した画像が生成され得る。その結果、膜付きウェーハの品質が向上され得る。
 本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は改変を行うことが可能であることに注意されたい。従って、これらの変形又は改変は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態について装置を中心に説明してきたが、本開示に係る実施形態は装置の各構成部が実行するステップを含む方法としても実現し得るものである。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
 本開示に含まれるグラフは、模式的なものである。スケールなどは、現実のものと必ずしも一致しない。
 本開示に係る実施形態によれば、膜付きウェーハの品質が向上され得る。
 100 外観検査システム
 10 外観検査装置(12:制御部、14:入力部、16:出力部)
 20 撮像装置
 30 搬送装置
 40 全体画像(41~45:第1~第5パーツ画像)
 50 平均画像
 52 差分画像(54:検出候補画素、56:近似直線、58:抽出直線)
 60 結果画像(62:検出画素、64:検出直線)
 70 膜むら画像(72:中央領域、74:周辺領域)
 81~85 第1~第5輝度平均画像

Claims (8)

  1.  ウェーハ面を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影したパーツ画像を含む前記ウェーハ面の複数の全体画像を生成し、前記複数の全体画像に基づいて平均画像を生成し、前記平均画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する制御部を備える、外観検査装置。
  2.  前記制御部は、前記複数の全体画像それぞれを、異なる輝度で撮影した前記パーツ画像に基づいて生成する、請求項1に記載の外観検査装置。
  3.  前記制御部は、前記平均画像と前記全体画像との差分をとった差分画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する、請求項1又は2に記載の外観検査装置。
  4.  前記制御部は、前記差分画像において輝度が第1閾値以上である画素を検出候補画素として抽出し、前記検出候補画素の中から前記ウェーハ面の異常を検出する、請求項3に記載の外観検査装置。
  5.  前記制御部は、前記検出候補画素の位置に基づいて近似直線を生成し、前記近似直線の傾きの差が第2閾値以内になる前記近似直線の組み合わせに対応する前記検出候補画素を異常として検出する、請求項4に記載の外観検査装置。
  6.  前記制御部は、前記平均画像のうち、前記ウェーハ面の中心を含む中央領域における平均輝度と、前記中央領域以外の周辺領域における平均輝度との差に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出する、請求項1から5までのいずれか一項に記載の外観検査装置。
  7.  ウェーハ面を円周方向に沿って複数の領域に分けて撮影したパーツ画像を含む前記ウェーハ面の複数の全体画像を生成することと、
     前記複数の全体画像に基づいて平均画像を生成することと、
     前記平均画像に基づいて前記ウェーハ面の異常を検出することと
    を含む外観検査方法。
  8.  前記複数の全体画像それぞれを、異なる輝度で撮影した前記パーツ画像に基づいて生成することを更に含む、請求項7に記載の外観検査方法。
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