JP2008032433A - 基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板検査装置において、基板の表面および裏面の欠陥検査の検査効率を向上することができるようにする。
【解決手段】基板検査装置１００において、ウエハ４のウエハ表面４ａおよびウエハ裏面４ｂに向けて一方向から複数波長の照明光Ｌ１をライン状領域Ｐに照射する光源１および集光レンズ３と、ウエハ４から放射される光から、表面反射光Ｌ２と裏面反射光Ｌ３と波長成分により選択するダイクロイックミラー１５と、表面反射光Ｌ２によりウエハ表面４ａの画像を撮像するライン撮像部１１と、裏面反射光Ｌ３によりウエハ裏面４ｂを撮像するライン撮像部８と、ウエハ４をライン状領域Ｐに直交する方向に相対移動するステージ１６と、ライン撮像部１１、８で同時に取得した画像を画像処理して、欠陥抽出用画像を取得する画像処理部を備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は基板検査装置に関する。例えば、半導体ウエハなどの薄板状の基板の表面および裏面の欠陥を検査する基板検査装置に関する。

従来、例えばフォトリソグラフィ・プロセスを用いた半導体ウエハなどの製造工程では、製造プロセスごとに半導体ウエハのパターン形成面の欠陥を抽出する外観検査を行っているが、近年、最終的に不良の原因となる場合があるウエハ裏面の外観検査を行う需要が高まっている。そのため、このような半導体ウエハなどの基板の表面および裏面を検査する基板検査装置が種々提案されている。
このような基板検査装置として、例えば、特許文献１には、検査試料（基板）の外周部を２軸方向に回転可能に保持することにより、表面および裏面を検査試料を裏返して載置し直すことなく検査することができるウェーハ検査装置が記載されている。
また、特許文献２には、可視光を半導体チップ（基板）の表面側から入射し顕微鏡を通して可視光カメラで撮像することで半導体チップの表面の画像を取得し、次に赤外光を半導体チップの表面側から入射し顕微鏡を通して赤外光カメラで撮像することで半導体チップの裏面の画像を取得し、それぞれの画像を半導体チップ表面および裏面の正常画像と比較することで、欠陥の判定を行う半導体チップ外観検査方法およびその装置が記載されている。
特開２０００−２８５３８号公報（図１） 特開２００４−３４７５２５号公報（図３）

しかしながら、上記のような従来の基板検査装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、基板の外周部を傷つけないように把持し、その状態で２軸方向に回転させる把持機構が必要であり、装置が複雑になってしまうという問題がある。また、大型の基板には適用できないという問題がある。
また、基板の表裏の観察を切り替えるために基板を裏返す手間がかかり、効率的な検査を行うことができないという問題がある。
特許文献２に記載の技術では、基板を反転させることなく表面および裏面の画像を順次取得し、それぞれの画像から、欠陥画像を取得することができるので、基板を反転させる場合に比べて効率的な検査を行うことができるものの、半導体チップを拡大観察するための装置であり、検査範囲の広い半導体ウエハなどの基板では多大な検査時間がかかってしまうという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、基板の表面および裏面の欠陥検査の検査効率を向上する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。

上記の課題を解決するために、本発明の基板検査装置は、検査対象である基板の表面および裏面に向けて一方向から複数波長を有する光をライン状領域に照射する照明部と、該照明部によって前記複数波長を有する光が照射された前記基板から放射される光から、前記基板の表面の情報を含む第１の波長成分と、前記基板の裏面の情報を含む第２の波長成分とを選択する波長選択手段と、該波長選択手段によって選択された第１の波長成分の光により、前記基板の表面の画像を撮像する表面撮像部と、前記波長選択手段によって選択された第２の波長成分の光により、前記基板の裏面の画像を撮像する裏面撮像部と、前記照明部、前記表面撮像部、および前記裏面撮像部と、前記基板とを前記ライン状領域に直交する方向に相対移動する移動機構と、前記表面撮像部および前記裏面撮像部が前記移動機構により相対移動しつつ、それぞれで同時に取得した画像を、画像処理して、前記基板の表面および裏面のそれぞれに対応する欠陥情報を取得する画像処理部とを備える構成とする。
この発明によれば、照明部によって基板の表面および裏面に向けて一方向から複数波長を有する光をライン状領域に照射する。基板から放射される光のうち波長選択手段で選択された第１の波長成分の光により、表面撮像部が基板の表面の画像を取得する。また、同時に、基板から放射される光のうち波長選択手段で選択された第２の波長成分の光により、裏面撮像部が基板の裏面の画像を取得する。そして、移動機構によってライン状領域を基板上で相対移動して、基板の表面および裏面の２次元画像を取得する。そして、これらの２次元画像を画像処理部によって画像処理して、基板の表面および裏面のそれぞれに対応する欠陥情報を取得することができる。
そのため、基板の表裏面を順次撮像する場合に比べて検査効率を向上することができる。また、表面および裏面を同時に撮像するので、表面および裏面と位置関係の対応が良好な検査を行うことができる。

本発明の基板検査装置によれば、ライン状領域を基板に対して相対的に移動しつつ、表面撮像部と裏面撮像部とによって同時に撮像し、その２次元画像を画像処理することで、基板の表面および裏面のそれぞれの欠陥情報を取得するので、表面および裏面の欠陥検査の効率を向上することができる。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置に保持された基板の様子を示す模式的な平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の制御ユニットの概略構成を示す機能ブロック図である。
なお、図中に記載したＸＹＺ座標系は、図中の方向を参照する便宜のために記載したもので、各図共通で、鉛直上方をＺ軸正方向とし、水平面をＸＹ平面として、紙面がＺＸ平面となるように配置されている。また、図１の光路は、光線の重なりを避けるように模式的に描かれたものである（図１３、１４も同様）。また、いずれの模式図も便宜上、寸法比は誇張されている。

図１に示す本実施形態の基板検査装置１００は、基板の表面および裏面の画像を取得して、それぞれにおける欠陥の有無、欠陥種類などを検査するためのものである。
基板としては、入射光が波長成分によって表面または裏面で異なる反射透過特性が異なるような材質であれば、どのようなものでもよいが、以下では一例として、半導体ウエハからなるウエハ４の例で説明する。
ウエハ４は、円板状のシリコン基板上に、フォトリソグラフィ・プロセスなどによって、製造工程に応じて薄膜を形成し、配線パターンなどの周期的なパターンを形成したものである。以下では、ウエハ表面４ａが周期的なパターンを有する面、ウエハ裏面４ｂが平坦なシリコン基板面であるとする。
このようなウエハ４のウエハ表面４ａは、可視光に対しては高い反射率を示すが、赤外光に対しては高い透過率を示す。そのため、ウエハ表面４ａを透過した赤外光は、ウエハ裏面４ｂによって、反射されて、ウエハ表面４ａ側から出射される。

基板検査装置１００の概略構成は、図１に示すように、ステージ１６（移動機構）、ステージ駆動部１７、光源１、集光レンズ３、ダイクロイックミラー１５（波長選択手段）、結像レンズ７、ライン撮像部８（裏面撮像部）、結像レンズ１０、ライン撮像部１１（表面撮像部）、制御ユニット１８、操作部１３、および表示部１４からなる。

ステージ１６は、図２、３に示すように、図１のＸ方向に移動可能に設けられた移動台部１６ａと、移動台部１６ａ上に等ピッチで複数立設され上端が水平面に整列された突起部１６ｂとからなる。本実施形態では、ステージ１６の上面には、２種類のウエハの径に対応するためステージ１６の縁部の第１壁５ａとその内側に形成された第２壁５ｂとからなる二重の同心円状の壁部５を備えている。

突起部１６ｂの上端は、ウエハ４と当接しても傷が発生しないような材質であり、微小な平面部をもつ円柱の形状で壁部５と同じ高さに形成されており、ウエハ裏面４ｂを載置している。その際、ウエハ４は、位置基準部であるノッチ４Ｂを基準として水平方向に位置決めして載置される。
なお、図２、３は、模式図のため、寸法を誇張して突起部１６ｂを描いている。また、ウエハ４を多点支持できる複数の突起であればどのような形状の突起でもよい。例えば、半球状の突起や不規則な凹凸によって形成された突起でもよい。また、配置ピッチは、以下では、等ピッチの場合で説明するが、移動台部１６ａに対して一定の関係にあれば、不等ピッチでもよい。
移動台部１６ａには、例えば中央部に、不図示の吸引機構に接続された吸引口１６ｃが設けられ、ウエハの外周の縁部に対応して形成された壁部５と、突起部１６ｂ上のウエハ４と移動台部１６ａの上面との間の空気を吸引することで、ウエハ４を突起部１６ｂ上に吸着できるようになっている。
ステージ駆動部１７は、ステージ１６を一定速度で移動するための制御手段である。

光源１は、赤外光から可視光までの波長帯域を有し、図１の紙面奥行き方向に延びるライン状の照明光Ｌ１をウエハ４に向けて照射するものである。
集光レンズ３は、光源１からの光をライン状に集光して、略一定の入射角θでウエハ４上のライン状領域Ｐを照明するための光学系である。例えば、シリンドリカルレンズなどを採用することができる。
このため、光源１、集光レンズ３は、基板の表面および裏面に向けて一方向から複数波長を有する光をライン状領域に照射する照明部を構成している。

ダイクロイックミラー１５は、照明光Ｌ１の反射光の光路上に配置され、ウエハ表面４ａで反射される成分（第１の波長成分）を有する表面反射光Ｌ２を透過し、ウエハ裏面４ｂで反射する波長成分（第２の波長成分）を有する裏面反射光Ｌ３を光路外に反射するものであり、本実施形態の波長選択手段を構成するものである。
本実施形態では、第１の波長成分は可視光の波長帯に対応し、第２の波長成分は赤外光の波長帯に対応する。

ダイクロイックミラー１５により反射される裏面反射光Ｌ３の光路上には、ウエハ裏面４ｂに焦点を合わせることで裏面反射光Ｌ３を適宜倍率で結像する結像レンズ７と、例えば１次元ＣＣＤなどのライン状撮像素子などからなるライン撮像部８とがこの順に配置されている。
ダイクロイックミラー１５により透過される表面反射光Ｌ２の光路上には、ウエハ表面４ａに焦点を合わせることで表面反射光Ｌ２を適宜倍率で結像する結像レンズ１０と、ライン撮像部８と同様な構成のライン撮像部１１とがこの順に配置されている。
ただし、ライン撮像部８、１１の各撮像素子は、それぞれ表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３の波長成分に対して十分な波長感度を有するものを用いる。
また、結像レンズ７、１０の倍率は、色収差による倍率誤差を補正した状態で一致させておくものとする。
そして、ライン撮像部８、１１は、制御ユニット１８に電気的に接続されており、それぞれで撮像された１ライン分の画像の画像信号が、制御ユニット１８に順次送出されるようになっている。

制御ユニット１８の概略の機能ブロック構成は、図４に示すように、画像取込部５０、５１、画像処理部５２、記憶部５３、装置制御部５４、表示制御部５６、および欠陥抽出処理部５５からなる。制御ユニット１８の装置構成は、このような機能ブロックに対応するハードウェアを用いて実現してもよいし、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース、外部記憶部などを備えるコンピュータを用いて適宜のプログラムを実行することにより実現してもよい。

画像取込部５０、５１は、ライン撮像部８、１１から送出されたラインごとの画像信号をそれぞれ独立に取り込んで、２次元画像データとして画像処理部５２に送出するものである。
画像処理部５２は、画像取込部５０、５１により取得された表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３に基づく２次元画像データから、それぞれの２次元画像データの座標値を対応させる画像位置合わせ処理を行い、続いて、正常画像を除去して欠陥抽出用の画像を取得する正常画像除去処理を行い、これらの処理後の各画像データを記憶部５３に記憶せしめ、必要に応じて表示制御部５６に送出するものである。

記憶部５３は、画像処理部５２により画像処理された画像や、欠陥抽出処理部５５の欠陥抽出処理を行うための欠陥辞書などのデータを記憶するものである。欠陥辞書は、ウエハ表面４ａに発生する可能性のある欠陥の情報と、ウエハ裏面４ｂに発生する可能性のある欠陥の情報とを含むデータベースからなる。
装置制御部５４は、光源１の点灯制御や、ステージ駆動部１７を介してステージ１６の移動制御を行うとともに、その他、操作部１３からの操作入力に応じて、基板検査装置１００の全体の制御を行うものである。

欠陥抽出処理部５５は、記憶部５３に記憶された、正常画像と異なる画像を含んだ画像データから、欠陥部分を抽出し、欠陥種類、位置、大きさなどを評価して、基板の合否を判定するものである。
これらの欠陥抽出処理は、必要に応じて周知のどのような処理を採用してもよい。例えば、画像データから特徴抽出処理を行い、記憶部５３に記憶された欠陥辞書の欠陥パターンと比較して欠陥種類を特定し、欠陥と判定された画像部分の重心位置や大きさなどから、欠陥の位置、大きさを判定するなどの処理を採用することができる。

表示制御部５６は、画像処理部５２から送出された、正常画像と異なる画像や、欠陥抽出処理部５５から送出された欠陥と判定された画像あるいは欠陥判定結果の情報などを、表示部１４で表示できるように信号変換を行うものである。
表示部１４は、表示制御部５６から送出される画像や文字の情報を表示するもので、例えばモニタからなる。
操作部１３は、装置制御部５４に操作入力を行うもので、適宜の操作パネル、キーボード、マウスなどからなる。

次に、基板検査装置１００の動作について、撮像動作および画像処理動作を中心に説明する。
図５は、基板の表面反射光と裏面反射光との光路について説明する模式的な光路図である。図６は、裏面反射光によって取得される画像の一例を示す模式図である。図７は、表面画像と裏面画像との位置ずれの関係について説明する模式図である。

操作部１３により、検査開始が入力されると、ステージ１６が基準位置に移動し、光源１が点灯される。そして、ステージ駆動部１７によりステージ１６が図１のＸ軸方向に一定速度で移動されつつ、ライン撮像部８、１１による撮像動作が開始される。
光源１から照射される照明光Ｌ１は、可視光（以下、便宜上、可視光の波長成分をλ１と表す）と赤外光（以下、赤外光の波長成分をλ２と表す）とが含まれており、集光レンズ３によって集光され、ウエハ４上のライン状領域Ｐに入射角θの方向から照射される。

波長成分λ１の照明光Ｌ１は、シリコン基板に対する反射率が高いので、図５に示すように、ウエハ表面４ａにおいて大部分が反射角θの方向に反射されて表面反射光Ｌ２として進む。表面反射光Ｌ２はウエハ表面４ａの画像情報を含んでいる。

一方、波長成分λ２の照明光Ｌ１は、シリコン基板に対する透過率が高いので、ウエハ表面４ａを透過し、スネルの法則に従って、屈折角φの方向に進み、ウエハ裏面４ｂで反射、屈折を起こし、裏面反射光Ｌ３と、ウエハ裏面４ｂを透過する裏面透過光Ｌ４に分かれる。
ウエハ裏面４ｂに、例えば傷や付着物などの欠陥があると、傷や付着物によりウエハ裏面４ｂでの反射透過特性が変化する結果、裏面反射光Ｌ３の成分が増大する。あるいは、傷の状態によっては、散乱し、傷の位置での裏面反射光Ｌ３に輝度変化が生じる。そのため、裏面反射光Ｌ３は、ウエハ裏面４ｂの画像情報を含んでいる。
このような反射透過特性の変化は、本実施形態では、ウエハ裏面４ｂを複数の突起部１６ｂの当接位置でも発生する。そのため、裏面反射光Ｌ３は、ウエハ裏面４ｂに当接している突起部１６ｂの情報をも含んでいる。
ウエハ裏面４ｂで反射された裏面反射光Ｌ３は、ウエハ表面４ａから反射角θと同方向に出射されるが、表面反射光Ｌ２と反射面が異なるため、図５に示すように、基板の厚さをＤとすると、表面反射光Ｌ２の反射位置から、ｄ＝Ｄ・ｔａｎφだけずれた位置でのウエハ裏面４ｂの画像情報を含んでいることになる。ただし、光軸を完全に同軸とした場合である。例えば、予めライン撮像部８または１１の光軸を計算値に合わせて平行移動させる機能を設けてもよい。

表面反射光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１５に到達すると、ダイクロイックミラー１５を透過して、結像レンズ１０によってライン撮像部１１の撮像面に結像される。
裏面反射光Ｌ３は、ダイクロイックミラー１５に到達すると、ダイクロイックミラー１５で反射され、結像レンズ７によってライン撮像部８の撮像面に結像される。
そして、ライン状領域Ｐ上の１ライン分の画像が、制御ユニット１８の画像取込部５０、５１により取り込まれる。この１ライン分の撮像に要する時間に同期して、ステージ１６が１ライン分移動される。
これらの動作を繰り返し、ステージ１６が、ウエハ４の直径分だけ移動すると、画像取込部５０、５１に、それぞれウエハ４のウエハ裏面４ｂ、ウエハ表面４ａに対応する２次元画像（以下では、それぞれ裏面画像、表面画像と略称する）が取り込まれ、それぞれが画像処理部５２に送出される。
このように本実施形態では、ステージ１６をウエハ４の直径分だけ移動することにより、表面画像と裏面画像とを同時に取得することができるので、検査効率を向上することができる。

例えば、表面画像としては、図２に示す領域Ｓに対応する画像が取得される。ウエハ４内の画像は、ウエハ表面４ａに形成されたパターン画像４Ａと、パターン画像４Ａ内の欠陥画像を含んでいる。
一方、裏面画像としては、図６に示すように、異常部分である欠陥画像４Ｃ、４Ｄ（図中の×、△は模式的な表示である）と、突起部１６ｂの上端で反射された裏面反射光Ｌ３が写り込んでいる突起部画像４Ｅとを含んでいる。
また、これらの表面画像と裏面画像とは、図７に示すように、ステージ１６の移動方向において、距離ｄだけ撮像領域に対してずれている。

次に、画像処理部５２における画像処理について説明する。
図８は、本発明の第１の実施形態に係る画像処理部の画像位置合わせ処理のフローチャートである。図９は、裏面画像の正常画像除去処理に用いるマスク処理パターンの一例を示す模式図である。図１０は、本発明の第１の実施形態に係る画像処理部の正常画像除去処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、正常画像除去処理の一例に用いるステージ画像を示す模式図である。図１２は、本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の表示画面の一例を示す模式図である。

表面画像、裏面画像が画像処理部５２に送出されると、図８のフローに従って、画像位置合わせ処理が行われる。
ステップＳ１では、表面画像のノッチ４Ｂをサーチして、撮像領域におけるノッチ４Ｂの位置情報を算出し、記憶部５３に記憶する。ノッチ４Ｂの位置情報としては、例えば、ノッチ４Ｂの基準位置とノッチ４Ｂの向きとを採用することができる。
サーチ、および基準位置と向きとの算出演算は、半導体ウエハのノッチ形状を用いた周知の演算処理に適宜採用することができる。
ステップＳ２では、ステップＳ１と同様に、裏面画像のノッチ４Ｂをサーチして、撮像領域におけるノッチ４Ｂの位置情報を算出し、記憶部５３に記憶する。
なお、ステップＳ１、Ｓ２の実行順序はこの逆でもよい。

次のステップＳ３では、ステップＳ１、Ｓ２で算出された表面画像、裏面画像のノッチ４Ｂの位置情報から、一方に対する他方の相対的な位置ずれ量を算出する。
そして、ステップＳ４では、ステップＳ３で算出された位置ずれ量に応じて、裏面画像の画素位置の座標を補正し、裏面画像のデータを更新して、記憶部５３に記憶する。
以上で、画像位置合わせ処理が終了する。これにより、表面画像と裏面画像との画素位置を正確に対応させることができる。

なお、本実施形態では、表面画像と裏面画像とは同時に撮像しているので、ウエハ４の載せ替えなどによる位置ずれは発生しない。そのため、上記に説明した反射位置の差による距離ｄが算出されることになり、実質的には、Ｘ軸方向に距離ｄだけ座標位置をシフトさせる座標変換を行うことになる。
したがって、ノッチ４Ｂの位置検出を行う場合にも、位置ずれがＸ軸方向のみに発生するとして、パターンマッチングなどの画像処理を簡素化してもよい。

次に、正常画像除去処理を行う。
正常画像が、例えばパターン画像４Ａのようにウエハ４に固定された画像である場合、正常画像を除去するには、欠陥のないサンプルの画像を予め撮像し、その画像データを記憶部５３に基準画像として記憶しておき、取得した画像と基準画像との差分をとるようにすればよい。本実施形態では、表面画像に対してはそのようにして正常画像を除去する。

一方、裏面画像の場合、本実施形態では、焦点深度内にステージの構成部分があるので、図６に示すように、円径の壁部５の画像と突起部１６ｂとが写り込んだ突起部画像４Ｅが発生する。この場合にも、突起部画像４Ｅの配置ピッチや大きさなどは、突起部１６ｂの配置ピッチや形状により決まっているので、表面画像と同様にして基準画像を用いた除去処理を行うことができる。
また、突起部１６ｂは、理想的な反射面ではないため、突起部画像４Ｅの輝度は位置やサンプルによってばらつく場合がある。このような場合、図９に示すようなマスク処理パターン４０を用いて、突起部画像４Ｅが発生する領域を輝度値によらず非検査領域４０ａとしてマスクしてもよい。なお、図９の非検査領域４０ｂは、ウエハ４の外周部をマスクするためのものである。
この場合、非検査領域４０ａは、後述する欠陥抽出処理部５５での処理でも、画像処理の対象外とすることができる。

ただし、上記のようにして裏面画像の正常画像除去処理が行えるのは、ウエハ４を十分な精度で位置決めできる場合である。ウエハ４ごとに保持位置がばらつくことで、ウエハ４に対する突起部１６ｂの位置が検査ごとに変化する場合には、ステージ１６上の各突起部１６ｂの撮像領域内の位置座標を算出して、それらに対応した位置の画像を除去したりマスクしたりすることが好ましい。
このような画像処理の一例について、図１０を参照して説明する。

まず、ステップＳ１０では、検査に先だって、ライン撮像部８によって、ウエハ４を配置しない状態での突起部１６ｂの上端に焦点を合わせた画像（以下、ステージ画像と称する）を取得する。例えば、図１１に示すように、突起部１６ｂの上端が高輝度部分となるステージ画像４１が得られる。ここで、符号４１ａは、撮像領域を示す。
そして、画像処理部５２により、突起部１６ｂの位置座標を算出し、記憶部５３に記憶する。

ステップＳ１１以下は、裏面画像を取得し、画像位置合わせ処理を行った後の工程である。
ステップＳ１１では、ステージ画像４１の突起部１６ｂの位置情報を参照して、裏面画像から、対応する位置の画素データ（突起部画像４Ｅに相当）とその周辺の画素データを取得する。そして、周辺の画素データを輝度値によってソートする。
波長成分λ２の光の透過率は高いので、突起部画像４Ｅの輝度は周辺画素に比べてステップ状に変化する高輝度部となる。また、突起部１６ｂとウエハ裏面４ｂとは、突起部１６ｂの上面が０．５ｍｍ以下と小さく、ほぼ点接触しているため、通常、突起部画像４Ｅはきわめて狭い範囲となる。

次に、ステップＳ１２では、ソートした輝度値の中央値を求める。
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で求めた輝度値の中央値を突起部１６ｂの位置に対応する画素の輝度値に設定する。
ステップＳ１４では、順次、他の突起部１６ｂの位置に移動して、ステップＳ１１〜Ｓ１３の工程を繰り返し、すべての突起部１６ｂの位置に対して処理を終えたら、正常画像除去処理を終了する。

このような画像処理によれば、裏面画像における突起部画像４Ｅが、周辺部の画素の輝度値の中央値に置き換えられるので、周辺部の輝度値と同等となって除去される。
ここで、中央値を用いたのは、周辺画素に欠陥がかかっているような場合でも、欠陥の輝度情報に影響されにくいようにするためである。一般に、ウエハ裏面４ｂの欠陥は傷など筋状など狭い範囲に生じるものが多いので、中央値は欠陥のない状態の輝度値になっていることが多く、中央値に置き換えることで擬似欠陥である突起部画像４Ｅの除去効果を高めることができる。
なお、周辺画素の平均値を用いれば、周辺画素に欠陥がかかっている場合に、多少画像をぼかすことになるが、欠陥にかかる確率や検査条件によっては平均値を採用してもよい。

このように画像処理部５２によって、画像位置合わせ処理と正常画像除去処理とを行って、処理後の表面画像と裏面画像とを欠陥抽出用画像として、記憶部５３に記憶する。
欠陥抽出処理部５５では、この処理後の表面画像と裏面画像とを用いて、それぞれ、ウエハ表面４ａ、ウエハ裏面４ｂごとに、欠陥部分を抽出し、欠陥種類、位置、大きさなどを評価して、基板の合否を判定する。例えば、画像データから特徴抽出処理を行い、記憶部５３に記憶された欠陥辞書の欠陥パターンと比較して欠陥種類を特定し、欠陥と判定された画像部分の重心位置や大きさなどから、欠陥の位置、大きさを判定する。
この場合、擬似欠陥となる突起部画像４Ｅの画像が除去もしくはマスク処理されているので、欠陥の抽出、判定のアルゴリズムが簡素なものとなる。そのため欠陥抽出精度を向上することができる。

また、表面画像と裏面画像とは、同時に撮像され、画像位置合わせ処理により各画素の位置座標の対応が正確にとれているので、表面画像と裏面画像との相関がとりやすいという利点がある。
例えば、ウエハ裏面４ｂに存在する欠陥の位置を正確にウエハ表面４ａの位置に対応させることができるので、欠陥の位置の重なりによる合否判定を精度よく行うことができる。

画像処理部５２の処理結果および欠陥抽出処理部５５の判定結果は、表示制御部５６を介して、表示部１４に表示される。図１２に、表示の一例を示す。
表示部１４は、画像表示画面２０と画像情報画面２１とからなる。
画像表示画面２０には、パターン画像４Ａを含む表面画像２１Ａ、２２Ａなどと、突起部画像４Ｅが除去された裏面画像２１Ｂ、２２Ｂなどが並列して表示され、表示部１４を見るだけで、表面の欠陥と裏面と欠陥との対応が把握できるようになっている。突起部画像４Ｅなどの擬似欠陥が除去されているため、検査者が迷うことなく判定の判断を行うことができる。
画像情報画面２１には、例えば、それぞれの画像に対応した欠陥のＸＹ座標が表示される。
ただし、画像表示画面２０、画像情報画面２１に表示する画像はこれらに限定されず、適宜の画像や情報を表示するように変形することができる。

以上に説明したように、本実施形態の基板検査装置１００によれば、ライン状領域Ｐをウエハ４上で相対移動させつつ、ライン撮像部１１、８によって、ウエハ表面４ａおよびウエハ裏面４ｂを同時に撮像し、それぞれの２次元画像を画像処理することで、突起部１６ｂによって発生する突起部画像４Ｅを除去して、容易に欠陥抽出、判定を行うことができるので、表面および裏面の欠陥検査の効率を向上することができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る基板検査装置について説明する。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る基板検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る基板検査装置の回折光検査モードの動作説明図である。

本実施形態の基板検査装置１１０は、照明方向と撮像方向とを同軸上に配置し、正反射光により基板の表面および裏面の画像を取得して、それぞれにおける欠陥の有無、欠陥種類などを検査する他、表面からの回折光の観察も行えるようにしたものである。
基板検査装置１１０の概略構成は、図１３に示すように、基板検査装置１００に、ハーフミラー２、ミラー３４、フィルタ３１、フィルタ駆動部３２、および回動駆動部３３を追加し、基板検査装置１００の制御ユニット１８に代えて、制御ユニット３０を備えたものである。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

基板検査装置１００では、ウエハ４上のライン状領域Ｐから表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３が放射される出射角θ１の方向が撮像光軸となるように、結像レンズ１０、ライン撮像部１１が配置されている。
そして、その光路上に配置されたダイクロイックミラー１５により裏面反射光Ｌ３が分岐され、分岐された光軸上に結像レンズ７、ライン撮像部８が配置されている。
光源１は、ウエハ４とダイクロイックミラー１５の間の光路に配置されたハーフミラー２によって、撮像光軸の側方から照明光Ｌ１を照射し、ハーフミラー２で反射された照明光Ｌ１が、表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３と同軸の光路を進んで、ライン状領域Ｐに入射角θ１で入射するように配置されている。
集光レンズ３は、ウエハ４とハーフミラー２との間の光路上に配置されている。

フィルタ３１は、波長成分λ２をカットする波長特性を有するフィルタであり、フィルタ駆動部３２によって、光源１とハーフミラー２との間の照明光Ｌ１の光路中に進退可能に設けられている。フィルタ駆動部３２による進退動作は、制御ユニット３０によって制御される。
フィルタ３１とフィルタ駆動部３２とは、波長制限機構を構成している。

また、このように配置された集光レンズ３、ハーフミラー２、フィルタ３１、光源１、ダイクロイックミラー１５、結像レンズ７、ライン撮像部８、結像レンズ１０、およびライン撮像部１１は、光学ユニット２９に一体化されている。
光学ユニット２９は、回動駆動部３３によって、ライン状領域Ｐを中心として角度θ１を変化させるような回動動作が行えるようになっている。
回動駆動部３３の回動動作は、制御ユニット３０によって制御される。

ミラー３４は、ライン状領域Ｐに対して入射角θ２で入射した照明光Ｌ１による表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３の光路上に設けられ、表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３の入射角が０°となる角度に設定された平面ミラーである。

制御ユニット３０は、上記第１の実施形態の制御ユニット１８と同様の構成を有し、装置制御部５４が、上記の制御に加えて、フィルタ駆動部３２、回動駆動部３３の制御も行うようにしたものである。

このような構成の基板検査装置１１０の動作について説明する。
基板検査装置１１０は、正反射光検査モードと、回折光検査モードとを有し、操作部１３からそれぞれの動作モードを選択できるようになっている。

正反射光検査モードが選択されると、装置制御部５４を通して、回動駆動部３３が駆動され、光学ユニット２９の角度位置がθ１＝θ２に設定される。また、装置制御部５４を通して、フィルタ駆動部３２が駆動され、フィルタ３１が光路から退避される。
このため、光源１から照射される照明光Ｌ１は、波長成分λ１、λ２を含んだ状態で、ハーフミラー２に入射する。そしてハーフミラー２によりいずれの波長成分も反射され、集光レンズ３で集光され、入射角θ２でライン状領域Ｐ上に照射される。
そして、ライン状領域Ｐから表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３が反射角θ２の方向に反射され、ミラー３４に入射角０°で入射して反射される。ミラー３４で反射された表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３は、入射光路を逆進して、ウエハ４に再入射し、集光レンズ３側に反射角θ２で反射される。

このように、表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３が、それぞれウエハ表面４ａ、ウエハ裏面４ｂの同一位置で２回反射されることで、それぞれの光に含まれるウエハ表面４ａ、ウエハ裏面４ｂの画像情報以外のノイズ成分が減衰される。そのため、Ｓ／Ｎ比の高い表面画像と裏面画像とを取得することができる。
これら表面反射光Ｌ２、裏面反射光Ｌ３は、集光レンズ３により集光され、ハーフミラー２を透過して撮像光軸上を進む。その後の動作は、２次元画像の取得および画像処理工程も含めて、上記第１の実施形態と同様のため、説明は省略する。

本実施形態の正反射光検査モードによれば、第１の実施形態に比べてより画像ノイズが少ない状態で表面画像、裏面画像を取得することができるので、より高精度な欠陥検査を行うことができる。

回折光検査モードが選択されると、図１４に示すように、装置制御部５４を通して、回動駆動部３３が駆動され、観察すべき回折光の次数に応じて、制御ユニットにより入射角と回折角とが一致するよう、ウエハ４上のパターンのピッチや照明光の波長より計算し、実際に移動させながら最適値を探し、光学ユニット２９の角度位置がθ１に変更される。また、装置制御部５４を通して、フィルタ駆動部３２が駆動され、フィルタ３１が光路中に進出される。
これにより、光源１から照射される照明光Ｌ１は、波長成分λ２がカットされ、波長成分λ１のみを含んだ状態で、ハーフミラー２に入射する。

そして、照明光Ｌ１は、ハーフミラー２で反射され、集光レンズ３で集光され、入射角θ１（≠θ２）でライン状領域Ｐ上に照射される。
そして、ライン状領域Ｐにおけるウエハ表面４ａ上に形成された周期的なパターンに応じて、所定次数の回折光Ｌ５が、回折角θ１の方向に放射される。
回折光Ｌ５は、集光レンズ３、ハーフミラー２、ダイクロイックミラー１５、結像レンズ１０を経て、ライン撮像部１１上に結像される。そのため、ステージ１６の移動とともに、ライン撮像部１１により、回折光Ｌ５によるウエハ表面４ａの表面画像が取得される。
この画像は、画像処理部５２により、第１の実施形態と同様に、正常画像除去処理が施され、記憶部５３に記憶される。また、必要に応じて表示制御部５６を介して、表示部１４に表示される。
欠陥抽出処理部５５では、回折光Ｌ５の回折次数に対応して、周期的パターンの不良などの欠陥抽出し、欠陥種類、位置、大きさなどを評価して、基板の合否を判定する。

このように、本実施形態の基板検査装置１１０によれば、正反射光検査モードにより基板の表面および裏面の欠陥の検査を行うことができ、回折光検査モードにより基板の表面の周期的パターンの欠陥の検査を行うことができる装置が得られる。このため、１台の装置で多目的の検査に対応することができる。

波長成分λ２の光は、フィルタ３１でカットしなくとも、正反射光測定モードでは問題にならない程度にダイクロイックミラー１５によって反射されるが、ダイクロイックミラー１５の反射率を１００％にできない場合には、ライン撮像部１１にわずかに到達することになる。
一方、回折光検査モードでは、回折次数によっては、光強度が著しく微弱な光を検出しなければならない場合がある。そのような場合、波長成分λ２の光がわずかでもライン撮像部１１に到達すると、測定ノイズとなるおそれがある。
本実施形態のように、フィルタ３１により照明部で波長成分λ２をカットしておけば、ダイクロイックミラー１５の反射率特性が十分でない場合でも、回折光検査モードの検査精度を向上することができる。

なお、上記の説明では、照明部の波長成分として、可視光と赤外光とを用いる例で説明したが、基板の表面と裏面とに対する反射透過特性が異なる波長の組み合わせであれば、波長範囲はこれに限定されない。例えば、必要に応じて、より狭い波長帯域を採用してもよいし、ＬＥＤ光源などにより波長の異なる単色光を用いてもよい。また、必要に応じてＸ線などの波長帯域を用いてもよい。

また、上記の第２の実施形態の説明では、フィルタ３１、フィルタ駆動部３２を備える例で説明したが、光源が発光波長を切り替え可能、あるいは不要な波長成分の光が消灯可能な場合には省略することもできる。

また、上記の説明では、正常画像除去工程では、一例として、除去すべき画像部分の周辺画素の輝度値により除去すべき画像部分の輝度値を置換する方法を用いた例で説明したが、画像処理方法は、上記に説明した例に限定されるものではない。例えば、適宜サイズで画像を平滑化する平滑化フィルタや、画像の特徴抽出を行って一定の特徴を有する画像を除去するといった、周知の画像処理を適宜採用することができる。

また、上記の説明では、波長選択手段が、照明光の光路中で２つの波長成分を分岐する１つの素子からなる場合の例で説明したが、波長選択手段は複数設けられていてもよい。例えば、ハーフミラーやプリズムなどによって光路を分岐してから、それぞれの光路上に波長成分を選択する波長選択フィルタを設けるような構成としてもよい。

また、上記の各実施形態、各変形例に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第１の実施形態において、照明光の入射角度と、表面撮像部および裏面撮像部の撮像角度とを変化させることができるようにしておき、第２の実施形態と同様に、正反射光検査モードと回折光検査モードとを備える構成としてもよい。その場合、波長制限機構は、照明光の入射方向および撮像方向の少なくともいずれかが変化して、正反射光以外で検査を行う場合に、一方の波長成分を遮断するようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置に保持された基板の様子を示す模式的な平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の制御ユニットの概略構成を示す機能ブロック図である。 基板の表面反射光と裏面反射光との光路について説明する模式的な光路図である。 裏面反射光によって取得される画像の一例を示す模式図である。 表面画像と裏面画像との位置ずれの関係について説明する模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像処理部の画像位置合わせ処理のフローチャートである。 裏面画像の正常画像除去処理に用いるマスク処理パターンの一例を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像処理部の正常画像除去処理の一例を示すフローチャートである。 正常画像除去処理の一例に用いるステージ画像を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る基板検査装置の表示画面の一例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板検査装置の概略構成を示す模式的な正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る基板検査装置の回折光検査モードの動作説明図である。

符号の説明

１ 光源
３ 集光レンズ
４ ウエハ（基板）
４ａ ウエハ表面（基板の表面）
４ｂ ウエハ裏面（基板の裏面）
４Ａ パターン画像
４Ｅ 突起部画像
７、１０ 結像レンズ
８ ライン撮像部（裏面撮像部）
１１ ライン撮像部（表面撮像部）
１８、３０ 制御ユニット
１５ ダイクロイックミラー（波長選択手段）
１６ ステージ（移動機構）
１６ｂ 突起部
１７ ステージ駆動部
２９ 光学ユニット
３１ フィルタ
３２ フィルタ駆動部
３３ 回動駆動部
３４ ミラー
５２ 画像処理部
５３ 記憶部
５５ 欠陥抽出処理部
Ｌ１ 照明光
Ｌ２ 表面反射光
Ｌ３ 裏面反射光
Ｌ５ 回折光
Ｐ ライン状領域

Claims (4)

1. 検査対象である基板の表面および裏面に向けて一方向から複数波長を有する光をライン状領域に照射する照明部と、
   該照明部によって前記複数波長を有する光が照射された前記基板から放射される光から、前記基板の表面の情報を含む第１の波長成分と、前記基板の裏面の情報を含む第２の波長成分とを選択する波長選択手段と、
   該波長選択手段によって選択された第１の波長成分の光により、前記基板の表面の画像を撮像する表面撮像部と、
   前記波長選択手段によって選択された第２の波長成分の光により、前記基板の裏面の画像を撮像する裏面撮像部と、
   前記照明部、前記表面撮像部、および前記裏面撮像部と、前記基板とを前記ライン状領域に直交する方向に相対移動する移動機構と、
   前記表面撮像部および前記裏面撮像部が前記移動機構により相対移動しつつ、それぞれで同時に取得した画像を、画像処理して、前記基板の表面および裏面のそれぞれに対応する欠陥抽出用画像を取得する画像処理部とを備えることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記画像処理部が、前記表面撮像部および前記裏面撮像部がそれぞれ取得する画像において、非検査領域を設定するマスク処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記画像処理部が、前記表面撮像部および前記裏面撮像部によって取得した画像の位置合わせ処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
4. 前記照明部の光の照射方向および前記表面撮像部および前記裏面撮像部の撮像方向の少なくともいずれかに応じて、前記照明部から照射される光の前記２つの波長成分の一方を遮断する波長制限機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板検査装置。

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