JP2004053338A - シリコンウエハ欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハ上の欠陥を検出する方法において、検出された欠陥の形状が凸形状なのか、あるいは凹形状なのかを識別する方法を提供すること。
【解決手段】シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程の結果から、同一の欠陥が複数の差分画像から検出されたかにより欠陥毎に検出率を算出し、前記検出率に従って前記シリコンウエハ表面上の欠陥毎に該欠陥の形状を識別する。
【選択図】　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハ表面上における欠陥、例えばウエハ上の異物、傷、ヘイズ等を検出するシリコンウエハ欠陥検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体技術の進展に伴い、素子やパターン線幅が微細化され、半導体ウエハ上の欠陥検出においては、より小さな欠陥を検出する必要が生じている。
このようなウエハ上の欠陥検出においては、光学式欠陥検出方式が一般に広く採用されている。
【０００３】
この光学式欠陥検出方式による欠陥検査は、被検査対象であるウエハの表面に斜方照明によって暗視野照射し、その反射光をウエハ上方に設置されたＣＣＤカメラ等により撮像し、その撮像画面を画像処理することにより行われるものである。この光学式欠陥検出方式の欠陥検出によれば、広い視野の中から、微小な欠陥や異物を高いスループットで探し出すことができる。
【０００４】
このようなウエハ上の欠陥検出において、欠陥の種類を識別する手法については、従来から様々な方法が検討されている。
例えば、所定の輝度値以上で連続した画素数と、そのアスペクト比（縦・横比）を規定することにより、点、線及び面状欠陥を規定する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記検出方法において、反射光をＣＣＤカメラ等により撮像し、撮像画面から欠陥を検出するため、検出された欠陥の形状がウエハ上の異物等による凸形状の欠陥であるか、あるいは微小な穴（ピット）等による凹形状の欠陥であるかを識別することができないという技術的課題があった。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、半導体ウエハ上の欠陥を検出する方法において、検出された欠陥の形状が凸形状であるか、あるいは凹形状であるかを識別することができるシリコンウエハ欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされたこの発明にかかるシリコンウエハ欠陥検査方法は、シリコンウエハの上方に設置された光源から該シリコンウエハの表面を照射して、シリコンウエハ表面上の欠陥を検査する方法において、前記シリコンウエハを所定の角度回転させ、前記シリコンウエハの上方に設置された撮像部から、前記照射による該シリコンウエハ表面の反射光を撮像し、前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程と、前記撮像した複数の画像に基づいて、前記検出した夫々の欠陥について該欠陥の形状を識別する工程とを含むことに特徴を有する。
【０００８】
前記した方法によると、シリコンウエハを所定の角度だけ回転させた後、該シリコンウエハ表面を撮像する。そして、所定角度回転して撮像した複数の画像を検査することで、凸形状の欠陥や凹形状の欠陥を検出することができる。
また、同一欠陥について複数枚の撮像画像が得られるので、夫々の欠陥形状を識別するための情報量が多くなり、識別のための精度を向上させることができる。
【０００９】
また、前記撮像部により撮像された複数の良品画像から平均的良品画像を作成する工程を有すると共に、前記欠陥を検出する工程において、前記シリコンウエハが回転する毎に前記撮像部により撮像された夫々の画像について、前記平均的良品画像との差分画像を抽出する工程と、前記複数の差分画像の夫々に対して前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程とを含むことが望ましい。
【００１０】
このような方法によれば、平均的良品画像との差分値を検査対象とすることにより、差分の輝度変化が欠陥の輝度変化に比例するため、検出精度を向上することができる。また、ウエハの回転角度に応じた撮像画像夫々に対して、平均的良品画像との差分値を抽出して、夫々の差分画像を検査することで、検出漏れを防ぐことができる。
【００１１】
また、前記検出した夫々の欠陥について該欠陥の形状を識別する工程において、前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程の結果から、同一の欠陥が複数の差分画像から検出されたかにより欠陥毎に検出率を算出する工程と、前記検出率に従って前記シリコンウエハ表面上の欠陥毎に該欠陥の形状を識別する工程とを含むことが望ましい。
このような方法によると、ウエハの回転角度依存性のある凹形状の欠陥と、回転角度依存性のない凸形状の欠陥との識別を行なうことができる。即ち、全ての差分画像のうち、同一欠陥が何枚の差分画像から検出されたかによって凹形状の欠陥の識別と凸形状の欠陥との識別を行なうことができる。
【００１２】
また、前記複数の差分画像毎に前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程において、前記夫々の差分画像に対し画素毎の輝度値を計測し、所定の値以上の輝度値を持つ１つの画素或いは連結した画素領域を欠陥部分として抽出することが望ましい。
このように構成することにより、基準となる良品画像との輝度の差分値を計測するため、精度の高い欠陥検出を行なうことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るシリコンウエハ欠陥検査方法を用いる装置の全体構成を示す図である。
【００１４】
図１の符号１に示されるのは、シリコンウエハ欠陥検査装置であって、検査対象であるシリコンウエハＷ（以下ウエハＷと記載）は、例えば該装置の４本の位置決めピン７０に保持されている。これら位置決めピン７０は円盤形状の回転台６０上に等間隔に固定配置されていると共に、ウエハＷを所定の位置に保持するため、その先端が爪形状に構成されている。
【００１５】
また、回転台６０の裏面中心には回転軸５０が取り付けられており、この回転軸５０は回転駆動部４０により回転駆動するよう構成されている。
この回転駆動部４０は全体制御部３０により制御され、回転駆動部４０の駆動によって回転台６０が回転し、さらにその上に保持されたウエハＷが回転するような構成となっている。
【００１６】
また、ウエハＷの中心部上方にはＣＣＤカメラ１０が配置され、ＣＣＤカメラ１０の周りには、不必要な光の映りこみを防ぐためにシェード９０が配置されている。
このＣＣＤカメラ１０はウエハＷの表面からの反射光を撮像できるように配置されており、その撮像画像は画像処理部２０に取り込まれ、さらにその処理結果は全体制御部３０に送出される。
さらに、ウエハＷの斜め上方には光源８０が配置され、斜方角度αの方向からウエハＷの表面を照射するように構成されている。
また、光源８０の照射強度は任意に可変できるよう構成されている。
【００１７】
このようなシリコンウエハ欠陥検査装置１において、上述したようにウエハＷの回転は、全体制御部３０によって制御される。
図２はシリコンウエハ欠陥検査装置１において、ウエハＷをその上面から見た図である。すなわち、ＣＣＤカメラ１０が撮像する画像において、ウエハＷは図２に示すように円形状に撮像される。
【００１８】
ここで、ウエハＷの回転とＣＣＤカメラ１０の撮像タイミングの関係について説明する。尚、ウエハＷの回転角を符号θで表す。
先ず、ウエハＷを回転させない状態、すなわちθ＝０°で、ＣＣＤカメラ１０により静止画を撮像する。次いで、ウエハＷを所定の角度、例えばθ＝１０°まで回転させ停止させる。そこでＣＣＤカメラ１０により静止画を撮影する。次いで、ウエハＷを前と同じ所定の角度、すなわちθ＝２０°まで回転させ停止させる。そこでＣＣＤカメラ１０により静止画を撮影する。
【００１９】
このような動作を、θ＝３６０°となるまで繰り返し行なうことにより、ウエハＷの回転角の異なる複数毎の撮像画像を得ることができる。上記例では所定の角度を１０°としたので、３６枚の撮像画像を得ることができる。
【００２０】
図２にはウエハＷ上に例えば凹形状の欠陥であるピット（穴）Ｐと凸形状の欠陥である異物Ｄを示している。光源８０は固定配置され、斜方照射されているため、ウエハＷの回転角度θに応じて、ピットＰと異物Ｄの光源８０の照射光に対する反射光は異なる。
すなわち、ウエハＷ表面上に欠陥があった場合、その欠陥による反射光の異なる複数の撮像画像が画像処理部２０に送られ、そこで画像処理による欠陥の検出及び識別が行なわれて、その結果が全体制御部３０に送出される。
【００２１】
次に、図３を用いて、画像処理部２０の動作説明をする。図３は画像処理部２０の全体構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＣＣＤカメラ１０が撮像した画像信号は、まず、画像処理部２０に入力されると、信号補正回路２１においてフィルタによる減衰補正やレベル補正等の信号補正処理が行なわれる。
【００２２】
そして、Ａ−Ｄコンバータ２２において、Ａ−Ｄ変換（アナログからデジタル）が行なわれる。ここでの量子化処理においては画像処理精度を上げるために、例えば１０ビットの量子化レベル及び副搬送波の４逓倍のクロック周波数を用いてサンプリングが行なわれる。
【００２３】
次いで、デジタル信号に変換された画像信号は、１フレーム単位で画像メモリ２３に書き込まれる。
この画像信号のメモリへの書き込み位置や書き込みタイミングの指定はライトアドレス発生回路２５が行い、さらにライトアドレス発生回路２５の動作指示は全体制御部３０が行なう。
【００２４】
その後ウエハＷの撮像範囲がフレーム画像として読み出され、演算処理回路２４に送出される。
この画像信号の読み出し位置や読み出しタイミングの指定はリードアドレス発生回路２６が行い、リードアドレス発生回路２６の動作指示もまた、全体制御部３０によって行なわれる。
【００２５】
演算処理回路２４では、画像メモリ２３から受け取ったデータを用いて演算処理が行なわれ、ウエハＷ表面上の欠陥を検出して、さらには欠陥ごとにその形状を識別する処理が行なわれる。
そして、演算処理回路２４による処理の結果は、全体制御部３０に送出される。
【００２６】
続いて図４および図５を用いて、演算処理回路２４について、さらに詳しく説明する。図４は演算処理部２４の構成を示すブロック図であり、図５はその演算処理部２４の処理動作を示すフローである。
図４に示す良品画像作成部２４ａでは、予め複数のウエハの良品画像データを平均化することにより平均的良品画像が作成されており（図５のＳ１）、その良品画像は差分画像作成部２４ｂに送出されるように構成されている。
【００２７】
画像メモリ２３から被検査ウエハにかかる画像データが入力されると、良品画像作成部２４ａ及び差分画像作成部２４ｂに向けて、その画像データが送られる。
良品画像作成部２４ａに向かう画像データは、ゲート２４ｆにおいて入力待機状態とされる。
一方、差分画像作成部２４ｂには上記画像データが入力され、良品画像作成部２４ａから入力される良品画像との差分抽出処理が施され、差分画像データが作成される（図５のＳ２）。
その差分画像データは欠陥検出部２４ｃに入力され、欠陥検出部２４ｃでは差分画像データの輝度を計測し、欠陥と判断するための閾値と比較することにより欠陥の検出処理が施される（図５のＳ３）。
【００２８】
欠陥検出処理の結果（図５のＳ４）、全く欠陥が検出されなかった場合には、ゲート２４ｆにおいて待機状態とされている画像データが良品画像作成部２４ａに入力される（図５のＳ６）。この新たに入力された良品画像データは、良品画像作成部２４ａにおいて、それまでの良品画像と平均化され、新たに良品画像データが更新される。
また、欠陥検出処理の結果（図５のＳ４）、欠陥が検出された場合には、全体制御部３０から画像メモリ２３に対しリセット信号が送られ、ゲート２４ｆで待機状態の画像データはクリアリセットされる。
【００２９】
欠陥検出部２４ｃにおいて検出された欠陥の情報は、欠陥毎に枚数積算部２４ｄに送出される。枚数積算部２４ｄでは、欠陥毎にデータベースを作成し、１つの欠陥について差分画像データから初めての検出の場合、「積算値＝１」を設定する。
上記演算処理回路２４におけるここまでの処理は、ウエハＷの全ての回転角度での差分画像について行なわれる。
【００３０】
すなわち、枚数積算部２４ｄには、欠陥毎に検出できた差分画像の枚数が積算される。ウエハＷの全ての回転角度での差分画像について上記までの処理が終了すると、枚数積算部２４ｄにおいては、全体の差分画像枚数に占める欠陥の検出枚数の割合から、欠陥毎に欠陥検出率が算出される（図５のＳ５）。
そして、形状識別部２４ｅでは、欠陥毎に欠陥検出率から、その形状を識別する（図５のＳ７）。ここでは、凸形状の欠陥と凹形状の欠陥とを識別するための閾値が検出率に対して設定されており、欠陥毎の検出率と閾値とを比較することにより、各欠陥が凸形状なのか凹形状なのかが識別される。
【００３１】
更に、欠陥形状の識別について、図６に基づいて説明する。図６は本実施の形態におけるシリコンウエハ欠陥検査装置１を用い、ウエハの回転角を１０°毎として、本発明の発明者等が実験を行なった際の欠陥検出結果を示す表である。図６中の○は検出、×は未検出を示している。
図６によれば、凸形状の欠陥である異物に関しては、ウエハの全ての回転角度で、また５つ全ての異物について検出されている。すなわち、凸形状の欠陥はウエハの回転角度依存性が無いことが確認された。
【００３２】
一方、凹形状の欠陥であるピットに関しては、ウエハの回転角度によって検出にばらつきがあった。すなわち、凹形状の欠陥はウエハの回転角度依存性があることが確認された。
夫々の欠陥についての検出率は図６に示す通りであり、異物は全て検出率＝（３６枚／３６枚）＝１、ピットはそれぞれ異なるが、検出率＝１に近いものは本実験においては確認されなかった。例えば、ピット１の検出率は検出率＝（８枚／３６枚）＝０．２２である。
【００３３】
これらの結果からも、本発明にかかるシリコンウエハ欠陥検査方法によれば、例えば凸形状欠陥と凹形状欠陥とを識別する閾値を検出率＝０．９前後に設定することで、高精度に凸形状欠陥と凹形状欠陥の識別を行なうことができる。
【００３４】
このように、本発明にかかる実施形態によれば、ウエハＷの回転角度の異なる撮像画像から欠陥検出を行なうことにより、回転角度依存性のある凹形状欠陥も検出することができ、さらに凹形状欠陥の回転角度依存性を利用して、検出された欠陥が凸形状欠陥なのか、あるいは凹形状欠陥なのかを識別することができる。
【００３５】
尚、本実施形態においては、検出率に閾値を設けて欠陥形状を識別したが、単純に欠陥毎に検出された画像枚数に閾値を設けてもよい。
例えば、３６枚中、３３枚以上で検出された欠陥は、凸形状欠陥とするように、検出枚数を閾値としてもよい。
また、画像処理部２０内部にＡ−Ｄ変換処理機能を持たせたが、この処理は、ＣＣＤ撮像部１０内部にその機能を持たせてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウエハ上の欠陥を検出する方法において、検出された欠陥の形状が凸形状なのか、あるいは凹形状なのかを識別できるシリコンウエハ欠陥検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係るシリコンウエハ欠陥検査方法を用いた装置の全体構成の概略を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示すシリコンウエハ欠陥検査装置に載置されたウエハをその上部から見た図である。
【図３】図３は、図１に示す画像処理部の概略を示すブロック図である。
【図４】図４は、図３に示す演算処理回路の概略を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す演算処理回路の一動作を示すフローである。
【図６】図６は、欠陥検出結果を示す表である。
【符号の説明】
１　　　　シリコンウエハ欠陥検査装置
１０　　　ＣＣＤカメラ
２０　　　画像処理部
２１　　　信号補正回路
２２　　　Ａ−Ｄコンバータ
２３　　　画像メモリ
２４　　　演算処理回路
２５　　　ライトアドレス発生回路
２６　　　リードアドレス発生回路
３０　　　全体制御部
４０　　　回転制御部
５０　　　回転軸
６０　　　回転台
７０　　　位置決めピン
８０　　　光源
９０　　　シェード
Ｗ　　　　ウエハ
Ｐ　　　　ピット
Ｄ　　　　異物

Claims (4)

1. シリコンウエハの上方に設置された光源から該シリコンウエハの表面を照射して、シリコンウエハ表面上の欠陥を検査する方法において、
   前記シリコンウエハを所定の角度回転させ、前記シリコンウエハの上方に設置された撮像部から、前記照射による該シリコンウエハ表面の反射光を撮像し、前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程と、
   前記撮像した複数の画像に基づいて、前記検出した夫々の欠陥について該欠陥の形状を識別する工程と
   を含むことを特徴とするシリコンウエハ欠陥検査方法。
2. 前記撮像部により撮像された複数の良品画像から平均的良品画像を作成する工程を有すると共に、
   前記欠陥を検出する工程において、
   前記シリコンウエハが回転する毎に前記撮像部により撮像された夫々の画像について、前記平均的良品画像との差分画像を抽出する工程と、
   前記複数の差分画像の夫々に対して前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエハ欠陥検査方法。
3. 前記検出した夫々の欠陥について該欠陥の形状を識別する工程において、
   前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程の結果から、同一の欠陥が複数の差分画像から検出されたかにより欠陥毎に検出率を算出する工程と、
   前記検出率に従って前記シリコンウエハ表面上の欠陥毎に該欠陥の形状を識別する工程と
   を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウエハ欠陥検査方法。
4. 前記複数の差分画像毎に前記シリコンウエハ表面上の欠陥を検出する工程において、
   前記夫々の差分画像に対し画素毎の輝度値を計測し、
   所定の値以上の輝度値を持つ１つの画素或いは連結した画素領域を欠陥部分として抽出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のシリコンウエハ欠陥検査方法。

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