JP2007322390A - 基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子等の基板を検査する基板検査装置に関し、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことを目的とする。
【解決手段】 複数波長の光と単一波長の光とを被検査基板に照射可能な照明手段と、前記被検査基板を撮像する撮像手段と、前記複数波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第１の画像と、前記単一波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第２の画像とを入力し、前記第１の画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子等の基板を検査する基板検査装置に関する。

従来、ウエハの表面をマクロ検査する基板検査装置として、例えば、単一波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式、複数波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式、暗視野照明で撮像された画像から欠陥検出を行う方式を用いた装置が知られている。
特開平１１−７２４４３号公報 特開平９−３１８５５３号公報

しかしながら、単一波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、パターンでの欠陥の検出性能を確保できるが、照明光が干渉を起こし画像にムラが生じ、ムラと欠陥との識別が難しくなるという問題があった。
また、複数波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、照明光の干渉を回避できるが、欠陥部分と良品部分との見え方の差が小さくなり、欠陥の識別能力が低下するという問題があった。

さらに、暗視野照明で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、パーティクルやスクラック部を検出できるが、これらに起因するレジストの塗布不良等は検出できないという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる基板検査装置を提供することを目的とする。

第１の発明の基板検査装置は、複数波長の光と単一波長の光とを被検査基板に照射可能な照明手段と、前記被検査基板を撮像する撮像手段と、前記複数波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第１の画像と、前記単一波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第２の画像とを入力し、前記第１の画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。

第２の発明の基板検査装置は、第１の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記第２の画像の輝度分布の不均一性を判断し、不均一性が大きいと判断した場合に、前記検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査することを特徴とする。
第３の発明の基板検査装置は、第１または第２の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で前記検出欠陥の近傍の欠陥を検査することを特徴とする。

第４の発明の基板検査装置は、第１ないし第３のいずれか１の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記第２の画像で欠陥の大きさを特定することを特徴とする。
第５の発明の基板検査装置は、暗視野照明で被検査基板の検査面の第１の画像を撮像する第１の撮像手段と、明視野照明で前記検査面の第２の画像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。

第６の発明の基板検査装置は、第５の発明の基板検査装置において、前記被検査基板は円形形状をしており、前記検査手段は、前記検出欠陥の位置から前記被検査基板の外周方向に向けて前記第２の画像で欠陥を検査することを特徴とする。
第７の発明の基板検査装置は、第５または第６の発明の基板検査装置において、前記明視野照明は、単一波長の光による照明であることを特徴とする。

第８の発明の基板検査装置は、第５または第６の発明の基板検査装置において、前記明視野照明は、複数波長の光による照明であることを特徴とする。

本発明の基板検査装置では、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の基板検査装置は、図１に示すように、明視野用照明部１１、ステージ１３、撮像部１２、画像処理部１７、表示部１９を有している。
明視野用照明部１１は、光源部２１、フィルタ部２３、レンズ２５を有している。撮像部１２はレンズ３４、明視野用カメラ１５を有している。光源部２１は白色光源であるハロゲンランプを有する。なお、光源には水銀ランプを用いても良い。フィルタ部２３は、照明波長域を予め定められた複数の波長に制限する複数波長用フィルタ２７と、予め定められた単一の波長に制限する単一波長用フィルタ２９を有する。そして、モータ３１によりフィルタ部２３を回転することにより、複数波長用フィルタ２７または単一波長用フィルタ２９が光源部２１の前方に位置される。レンズ２５はウエハＷの全面を照明可能な口径を有しており、ステージ１３に載置されるウエハＷ(被検査基板)の表面(検査面)に平行光束の照明光Ｓを照射する。レンズ３４はウエハＷで正反射した反射光Ｈを集光して明視野用カメラ１５へ導く。

明視野用カメラ１５はＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルカメラからなり、反射光Ｈを撮像する。画像処理部１７は、明視野用カメラ１５で撮像された画像を入力し所定の画像処理を行う。また、画像処理に伴う各種制御を行う。表示部１９は、画像処理部１７で検出された検出結果を表示する。
図２は、上述した基板検査装置の動作を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１において、ウエハＷをステージ１３上に搬送する。
次に、ステップＳ２において、明視野用照明部１１をオンにする。すなわち、明視野用照明部１１の光源部２１をオンにしハロゲンランプを点灯する。
次に、ステップＳ３において、明視野用照明部１１のフィルタを複数波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、複数波長用フィルタ２７を光源部２１の前方に位置させることにより行われる。

次に、ステップＳ４において、明視野用カメラ１５でウエハＷの表面を撮像する。撮像された画像は第１の画像Ｇ１(図４に示す)として画像処理部１７に出力される。
次に、ステップＳ５において、明視野用照明部１１のフィルタを単一波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、単一波長用フィルタ２９を光源部２１の前方に位置させることにより行われる。

次に、ステップＳ６において、明視野用カメラ１５でウエハＷの表面を撮像する。撮像された画像は第２の画像Ｇ２(図３に示す)として画像処理部１７に出力される。
次に、ステップＳ７において、第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性を判断する。
図３は、画像処理部１７に出力された第２の画像Ｇ２を示している。この第２の画像Ｇ２は、単一波長の光を用いて撮像されているため、微細パターンでの欠陥の検出性能を確保できるが、照明光が干渉を起こし輝度分布が不均一となり画像に濃淡(ムラ)が生じることがある。従って、欠陥の全体を明確に検出することは困難であり、図の黒塗りの部分のみが欠陥Ａ１，Ａ２として明確に検出可能である。

そこで、ステップＳ７では、第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性を判断し、不均一性が大きい、すなわち、画像に許容量以上の濃淡（ムラ）が生じているか否かを判断する。この判断は以下のようにして行う。まず、第２の画像Ｇ２の各ショット領域内の各画素の輝度のばらつきを、ショット領域ごとに求める。ショット領域とは、露光装置で露光する際の、１回の露光範囲であり、図３中に「ショット領域」として示した領域が１つのショット領域である。図３、図４からわかるように、本実施形態では、簡単のためウエハＷのショット領域を６１個としている。ショット領域の輝度のばらつきは、そのショット領域内の各画素の標準偏差を求めればよい。このようにして、ショット領域の輝度の標準偏差をすべてのショット領域について求める。次に、ショット領域ごとの標準偏差の値のばらつきを求める。これは、各ショット領域の標準偏差の値の標準偏差を求めればよい。この各ショット領域の標準偏差の値の標準偏差が予め定めた閾値より大きい場合は、画像のムラが大きい（画像に許容量以上のムラが生じている）と判断する。この場合、第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性が大きいと判断する。

ステップＳ７において、第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性が大きい場合には、欠陥の検出を確実に行うことが困難であるため、ステップＳ８において、第１の画像Ｇ１で欠陥検査を行う。
次に、ステップＳ９では、第１の画像Ｇ１に欠陥があるか否かを判断する。
図４は、画像処理部１７に出力された第１の画像Ｇ１を示している。この第１の画像Ｇ１は、複数波長の光を用いて撮像されているため、照明光の干渉を回避できるが、欠陥部分と良品部分との見え方の差が小さくなり、図の黒塗りの部分のみが欠陥Ｂ１，Ｂ２として明確に検出可能である。

第１の画像Ｇ１に欠陥がある場合には、ステップＳ１０において、第１の画像Ｇ１で検出された検出欠陥Ｂ１，Ｂ２の位置を基準にして第２の画像Ｇ２で検出欠陥Ｂ１，Ｂ２の近傍の欠陥を検査する。
次に、ステップＳ１１において、第２の画像Ｇ２での検出結果を表示部１９に出力する。

図５は、表示部１９に出力された画像を示している。この画像には、塗布欠陥Ｃ１(図３のＡ１、図４のＢ１に対応する)およびデフォーカス欠陥Ｃ２(図３のＡ２、図４のＢ２に対応する)が、黒塗りの部分として明確に検出されている。そして、塗布欠陥Ｃ１およびデフォーカス欠陥Ｃ２の全体の大きさが特定されている。
この実施形態では、検査対象であるウエハＷは、リソグラフィー工程の後のものであり、ウエハＷの表面にレジスト膜が塗布されている。そして、レジスト膜にマスク（レチクル）の回路パターンが露光され、さらに、レジスト膜の露光部分または未露光部分が現像され、その表面にレジストパターンが形成された状態になっている。図５の塗布欠陥Ｃ１は、レジスト膜の塗布ムラにより生じたもので、画像の中で中心から外側に向かって尾を引くようなコメット状になっている。また、デフォーカス欠陥Ｃ２は、露光時のデフォーカスによる膜厚ムラや断面形状の異常により生じたもので、ショット単位で生じている。ここでは、欠陥例として塗布欠陥とデフォーカス欠陥を用いたが、他の欠陥類についても同様である。

なお、ステップＳ７において第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性が小さい場合、およびステップＳ９において第１の画像Ｇ１に欠陥が無い場合には、ステップＳ１２において、第２の画像Ｇ２で欠陥の検査を行い、検査結果を表示部１９に出力する。
上述した基板検査装置では、単一波長の光源で撮像された第２の画像Ｇ２の輝度分布の不均一性が大きく、第２の画像Ｇ２のみでは欠陥を確実に検出することができない場合でも、複数波長の光源で撮像された第１の画像Ｇ１で検出された検出欠陥Ｂ１，Ｂ２の位置を基準にして第２の画像Ｇ２で欠陥Ａ１，Ａ２を検査することにより、欠陥Ｃ１，Ｃ２を検出することが可能になる。すなわち、単一波長による検査方式と複数波長による検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる。なお、ステップＳ８の処理は、ステップＳ４で第１の画像を撮り終えた後すぐに始めてもかまわない。

そして、この実施形態では、リソグラフィー工程の後における塗布欠陥Ｃ１およびデフォーカス欠陥Ｃ２の全体の大きさを特定することができるため、ウエハＷの加工をそのまま進めるか、あるいは、レジスト膜を剥離して再加工するか等を確実に判断することが可能になり、半導体製造工程における歩留まりを向上することができる。
なお、本実施形態では、フィルタ部２３は、複数波長用フィルタ２７と単一波長用フィルタ２９とで切り替える構成とした。複数波長の光を照射させるには、複数波長用フィルタ２７のように、照明光の波長域を予め定められた複数の波長に制限するフィルタを用いることもできるが、フィルタを外してしまって、光源部２１からのすべての波長の光（白色光）を照射してもよい。複数波長用フィルタ２７を用いる場合は、複数の波長の制限のしかたによっては、単一波長の場合と同様に干渉の影響が出る可能性があるので、複数の波長を適切に選択することが好ましい。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の基板検査装置を示している。

なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、ステージ１３の側方に暗視野用照明部３３が配置されている。暗視野用照明部３３は白色光源であるハロゲンランプを有している。また、ウエハＷの中心を通る垂直軸の上方には暗視野用カメラ３５が配置されている。暗視野用照明部３３は、ウエハＷの表面に照射された反射光が暗視野用カメラ３５に直接入ることなく、散乱光Ｒのみが暗視野用カメラ３５に入るように、ウエハＷに対してθの角度で平行光束の照明光Ｓ１を照射する。

暗視野用カメラ３５はＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルカメラからなり、ウエハＷからの散乱光Ｒを撮像する。画像処理部１７Ａは、暗視野用カメラ３５で撮像された画像、および、明視野用カメラ１５で撮像された画像を入力し所定の画像処理を行う。また、画像処理に伴う各種制御を行う。表示部１９は、画像処理部１７Ａで検出された検出結果を表示する。

図７は、上述した基板検査装置の動作を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１において、ウエハＷをステージ１３上に搬送する。
次に、ステップＳ２において、明視野用照明部１１をオフにする。
次に、ステップＳ３において、暗視野用照明部３３をオンにする。すなわち、暗視野用照明部３３のハロゲンランプを点灯する。

次に、ステップＳ４において、暗視野用カメラ３５でウエハＷの表面からの散乱光Ｒを撮像する。撮像された画像は第１の画像Ｇ１’(図８に示す)として画像処理部１７Ａに出力される。
次に、ステップＳ５において、暗視野用照明部３３をオフにする。
次に、ステップＳ６において、明視野用照明部１１をオンにする。

次に、ステップＳ７において、明視野用照明部１１のフィルタを単一波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、単一波長用フィルタ２９を光源部２１の前方に位置させることにより行われる。
次に、ステップＳ８において、明視野用カメラ１５でウエハＷの表面を撮像する。撮像された画像は第２の画像Ｇ２’(図９に示す)として画像処理部１７Ａに出力される。

次に、ステップＳ９において、第１の画像Ｇ１’で欠陥検査を行う。
次に、ステップＳ１０において、第１の画像Ｇ１’に欠陥があるか否かを判断する。
図８は、画像処理部１７Ａに出力された第１の画像Ｇ１’を示している。この第１の画像Ｇ１’は、暗視野照明で撮像されているため、図に白塗りの点で示すパーティクルＰを確実に検出できるが、パーティクルＰだけが光り大きな欠陥が小さな欠陥にしか見えなくなっている。

ステップＳ１０において、第１の画像Ｇ１’に欠陥があると判断された場合には、ステップＳ１１において、第２の画像Ｇ２’で欠陥を検査する。この場合、第１の画像Ｇ１’で検出された検出欠陥（図８のパーティクルＰ）の位置を基準にして、第２の画像Ｇ２’のその位置に対応する位置付近の画像の感度を上げる処理を行うなどして、第２の画像Ｇ２’においてその位置付近の欠陥検出を行う。特に、その位置からウエハＷの外周方向（例えば半径方向外側）における欠陥検出を行うのが有効である。

図９は、画像処理部１７Ａに出力された第２の画像Ｇ２’を示している。この第２の画像Ｇ２’は、単一波長の光を用いて撮像されているため、微細パターンでの欠陥の検出性能を確保できるが、照明光が干渉を起こし輝度分布が不均一となり図９に示すように画像に濃淡(ムラ)が生じる場合がある。このような場合、欠陥の全体を明確に検出することは困難であり、図の黒塗りの部分のみが欠陥Ｄとして明確に検出可能である。

次に、ステップＳ１２において、第２の画像Ｇ２’での検出結果を表示部１９に出力する。
図１０は、表示部１９に出力された画像を示している。この画像には、塗布欠陥Ｅが、黒塗りの部分として明確に検出されている。そして、塗布欠陥Ｅの全体の大きさが特定されている。

この実施形態では、検査対象であるウエハＷは、リソグラフィー工程の後のものであり、ウエハＷの表面にレジスト膜が塗布されている。そして、レジスト膜にマスク（レチクル）の回路パターンが露光され、さらに、レジスト膜の露光部分または未露光部分が現像され、その表面にレジストパターンが形成された状態となっている。
図１０の塗布欠陥Ｅは、レジスト膜の塗布ムラにより生じたもので、画像の中で円形状のウエハＷの中心から外側に向かって尾を引くようなコメット状になっている。すなわち、この実施形態では、ウエハＷの表面へのレジスト膜の塗布が、ウエハＷを回転した状態で、ウエハＷの中心に液体状のレジスト材を滴下することにより行われる。従って、液体状のレジスト材は、ウエハＷの中心から外側に向かって尾を引くように流れコメット状になる。

そして、このような塗布欠陥Ｅの発生は、ウエハＷの表面に存在するパーティクルＰに流れを阻害されることに起因しており、パーティクルＰが存在すると、パーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて延在して形成される。従って、塗布欠陥Ｅは、図８に示したパーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて存在することが多い。そこで、第１の画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置を基準にして、パーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて第２の画像Ｇ２’で欠陥を検査すると、パーティクルＰに起因する塗布欠陥Ｅを確実に検出することが可能になる。

なお、ステップＳ１０において第１の画像Ｇ１’に欠陥が無い場合には、ステップＳ１３において、第２の画像Ｇ２’で欠陥の検査を行い、検査結果を表示部１９に出力する。
上述した基板検査装置では、暗視野照明で撮像された第１の画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置を基準にして、単一波長の光源で撮像された第２の画像Ｇ２’で欠陥を検査するようにしたので、暗視野照明による検査方式と単一波長による検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる。

また、第１の画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて第２の画像Ｇ２’で欠陥を検査するようにしたので、パーティクルＰに起因する塗布欠陥Ｅを確実に検出することができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、本発明をウエハＷの検査に適用した例について説明したが、例えば、液晶表示素子の製造工程において液晶製造用のガラス基板を検査する場合等に広く適用できる。
(２)上述した第２の実施形態では、第２の画像Ｇ２’に単一波長の画像を用いた例について説明したが、例えば、複数波長の画像を用いても良い。これは、図７のステップＳ７においてモータ３１によりフィルタ部２３を回転し複数波長フィルタ２９を光源部２１の前方に位置させることにより実現できる。

本発明の基板検査装置の第１の実施形態を示す説明図である。 図１の基板検査装置の動作を示す説明図である。 単一波長で撮像された画像の一例を示す説明図である。 複数波長で撮像された画像の一例を示す説明図である。 図１の表示部に表示された画像の一例を示す説明図である。 本発明の基板検査装置の第２の実施形態を示す説明図である。 図６の基板検査装置の動作を示す説明図である。 暗視野照明で撮像された画像の一例を示す説明図である。 単一波長で撮像された画像の一例を示す説明図である。 図６の表示部に表示された画像の一例を示す説明図である。

符号の説明

１１：明視野用照明部、１３：ステージ、１５：明視野用カメラ、１７，１７Ａ：画像処理部、１９：表示部、３３：暗視野用照明部、３５：暗視野用カメラ、Ｇ１，Ｇ１’：第１の画像、Ｇ２，Ｇ２’：第２の画像。

Claims (8)

1. 複数波長の光と単一波長の光とを被検査基板に照射可能な照明手段と、
   前記被検査基板を撮像する撮像手段と、
   前記複数波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第１の画像と、前記単一波長の光を照射したときに前記撮像手段で撮像された第２の画像とを入力し、前記第１の画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査する検査手段と、
   を有することを特徴とする基板検査装置。
2. 請求項１記載の基板検査装置において、
   前記検査手段は、前記第２の画像の輝度分布の不均一性を判断し、不均一性が大きいと判断した場合に、前記検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
3. 請求項１または請求項２記載の基板検査装置において、
   前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で前記検出欠陥の近傍の欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の基板検査装置において、
   前記検査手段は、前記第２の画像で欠陥の大きさを特定することを特徴とする基板検査装置。
5. 暗視野照明で被検査基板の検査面の第１の画像を撮像する第１の撮像手段と、
   明視野照明で前記検査面の第２の画像を撮像する第２の撮像手段と、
   前記第１の画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記第２の画像で欠陥を検査する検査手段と、
   を有することを特徴とする基板検査装置。
6. 請求項５記載の基板検査装置において、
   前記被検査基板は円形形状をしており、
   前記検査手段は、前記検出欠陥の位置から前記被検査基板の外周方向に向けて前記第２の画像で欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
7. 請求項５または請求項６記載の基板検査装置において、
   前記明視野照明は、単一波長の光による照明であることを特徴とする基板検査装置。
8. 請求項５または請求項６記載の基板検査装置において、
   前記明視野照明は、複数波長の光による照明であることを特徴とする基板検査装置。
   

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