JP2008096314A - マクロ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハやガラス基板に代表される被検査物の裏面における欠陥に関する検出結果を反映して、上述した被検査物の表面の欠陥を確実に検出する。
【解決手段】半導体材料または透明材料を含む固体材料を加工して形成された基板上に回路パターンを形成してなる被検査物について、回路パターンが形成されている表面全体に対応する表面画像を取得する表面画像取得部と、表面に対向する裏面全体に対応する裏面画像を取得する裏面画像取得部と、裏面画像に基づいて、被検査物の裏面に形成された欠陥要因を検出する要因検出部と、裏面において検出された欠陥要因の位置に基づいて、表面画像において注目すべき領域を特定する領域特定部と、特定された注目領域の画像に基づいて、被検査物の欠陥を検出する欠陥検出部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＩＣ製造用ウェハや液晶製造用ガラス基板などの被検査物について、ウェハやガラス基板表面の傷やレジストの塗布むら、フォトリソグラフィー工程における欠陥など表面全体の観察から把握される欠陥を検出するためのマクロ検査装置に関する。

従来のマクロ検査は、ウェハやガラス基板などの被検査物において回路形成などの加工処理の対象となる表面全体を、検査作業員が目視によって観察し、異常な外観を示す部分を検出することによって行われていた。
しかしながら、液晶パネルの大型化およびウェハの大口径化に伴って被検査物の大型化が進むにつれて、検査作業員が目視によって行う検査では十分な信頼性を確保することが難しくなってきている。

このため、被検査物の表面全体の画像を、一括で、あるいは、ブロックごとに取得した画像を合成することで取得し、この表面全体の画像に基づいて、被検査物表面の傷やレジストの塗布むら、フォトリソグラフィー工程における欠陥などを自動検出するマクロ検査装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開平１１−７２４４３号公報

ところで、近年の半導体製造工程では、洗浄、フォトリソグラフィー、エッチング、レジスト塗布などのさまざまな処理を繰り返し、ウェハ上に複数層の集積回路を形成している。その結果、製造工程が進むに従って、ウェハ表面の平坦度が低下していく場合がある。また、光を透過する膜が形成されたウェハでは、表面画像を取得するための照明光がこの透過膜で干渉を起こしたり、下層の回路パターンが透けて現れたりする場合がある。

そして、平坦性の低い被検査物では、被検査物上の位置ごとに光路長が異なってしまうために、マクロ検査装置で取得する被検査物全体に対応する表面画像にむらが生じる場合があり、また、透過膜が形成された被検査物では、照明光による干渉や下層の回路パターンの透過によって表面画像にむらが生じる場合がある。
そして、このような表面画像にむらが現れている状態では、レジストの塗布むらやリソグラフィー工程でのデフォーカスなどを示す画像の異常を自動的に検出することが困難になってしまう。なぜなら、上述したような欠陥を示す画像の異常と、ウェハ表面の平坦度の低下や透過膜での照明光の干渉などで発生する画像のむらとを自動的に識別することが難しいからである。

このため、従来のマクロ検査装置では、取得した表面画像にむらが現れている場合には、周囲の画像とは明らかに異なる顕著な異常を検出することができる程度まで検出感度を抑えざるを得なかった。したがって、ウェハ表面の平坦度の低下や透過膜での照明光の干渉などで発生する画像のむらに覆い隠された欠陥や、画像のむらと同程度あるいはそれよりコントラストが低い画像の異常として現れる欠陥については、見逃してしまう可能性があった。

その一方、ウェハ表面でのレジストの塗布むらやフォトリソグラフィー工程でのデフォーカスなどの欠陥は、ウェハの裏面に付着した埃や裏面に形成された傷など、裏面にある欠陥要因の影響によって引き起こされる場合が少なくないことが知られている。ガラス基板についても同様のことが言える。
つまり、半導体ウェハやガラス基板などのような板状の被検査物の裏面における欠陥の有無と、この被検査物表面の欠陥の有無との間には明らかな相関関係がある。

本発明は、半導体ウェハやガラス基板に代表される被検査物の裏面における欠陥に関する検出結果を反映して、上述した被検査物の表面の欠陥を確実に検出するマクロ検査装置を提供することを目的とする。

本発明にかかわる第１のマクロ検査装置の原理は、以下の通りである。
表面画像取得部は、半導体材料または透明材料を含む固体材料を加工して形成された基板上に回路パターンを形成してなる被検査物について、回路パターンが形成されている表面全体に対応する表面画像を取得する。裏面画像取得部は、表面に対向する裏面全体に対応する裏面画像を取得する。要因検出部は、裏面画像に基づいて、被検査物の裏面に形成された欠陥要因を検出する。領域特定部は、裏面において検出された欠陥要因の位置に基づいて、表面画像において注目すべき領域を特定する。欠陥検出部は、特定された注目領域の画像に基づいて、被検査物の欠陥を検出する。

本発明にかかわる第２のマクロ検査装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1のマクロ検査装置に備えられた欠陥検出部において、感度変更部は、注目領域から欠陥を検出する際の検出感度を変更する。
本発明にかかわる第３のマクロ検査装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1のマクロ検査装置において、裏面画像取得部は、被検査物の裏面からの散乱光を含む暗視野画像を取得する。

本発明にかかわる第４のマクロ検査装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1のマクロ検査装置において、表面画像取得部は、被検査物の表面からの正反射光によって形成される明視野画像を取得する。
本発明にかかわる第５のマクロ検査装置の原理は、以下の通りである。
上述した第1のマクロ検査装置において、表面画像取得部は、被検査物の表面からの回折光によって形成される明視野画像を取得する。

本発明にかかわるマクロ検査装置では、被検査物の裏面の欠陥要因の影響で被検査物の表面に現れる欠陥を、被検査物の平坦度の良否や透過膜の有無にかかわらず、確実に検出することができる。
これにより、ウェハやガラス基板などの被検査物に関する自動マクロ検査の精度を格段に向上し、信頼性の高い検査結果を得ることができる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明にかかわるマクロ検査装置の第１の実施形態を示す。
図１に示した表面画像撮影部１１は、例えば、図２(ａ)に示すように、照明光源２１とこの照明光源２１によって照明されたウェハ１０からの正反射光による明視野画像を撮影する２次元カメラ２２を備えており、被検査物の例であるウェハ１０の表面全体を一括して撮影し、取得した表面画像を画像ファイル１２の表面画像保持部１３に保持する。

一方、図１に示した裏面画像撮影部１５は、例えば、図２(ｂ)に示すように、照明光源２３からの照明光がウェハ１０の裏面によって散乱される際の散乱光を２次元カメラ２４によって捉えることによって、ウェハ１０の裏面全体の暗視野画像を一括して撮影し、取得した裏面画像を画像ファイル１２の裏面画像保持部１６に保持する。
また、図１に示した画像処理部１７において、裏面欠陥検出部１９は、上述した裏面画像保持部１６に保持された裏面画像に基づいて、ウェハ１０の裏面に付着した塵埃(パーティクル)や傷などの欠陥要因を検出し、検出した欠陥要因のウェハ１０上の位置を示す欠陥位置情報を表面欠陥検出部１８に渡す。一方、表面欠陥検出部１８は、表面画像保持部１３に保持された表面画像と裏面欠陥検出部１９から渡される欠陥位置情報とに基づいて、ウェハ１０の表面に現れた欠陥の検出を行う。

以下、図１に示したマクロ検査装置によるマクロ検査動作を詳細に説明する。
図３に、マクロ検査動作を表す流れ図を示す。
まず、被検査物(ウェハ１０)の表面を表面画像撮影部１１によって撮影して、表面画像を取得し(ステップＳ１)、この表面画像について、表面欠陥検出部１８により、顕著な欠陥を確実に検出できる程度の通常の感度を適用して表面画像からの欠陥検出を行う(ステップＳ２)。

このとき、表面欠陥検出部１８は、例えば、図４に示すように、反射率が極端に低下している領域を欠陥(例えば、欠陥Ａ)として検出する一方、透過膜での照明光の干渉などに伴って画像のむらとして現れる程度の反射率の揺らぎは欠陥としては検出しない程度の感度を予め通常の感度としておき、この通常の感度を設定して欠陥検出を行うことができる。

次に、上述したウェハ１０は、表面画像撮影部１１による撮影位置から裏面画像撮影部１５による撮影位置に、図１に示したウェハ搬送機構１４によって搬送され、裏面画像撮影部１５により、ウェハ１０の裏面画像として、図５(ａ)に示すような暗視野画像が取得される(図３のステップＳ３)。
図２(ｂ)に示した裏面画像撮影部１５では、ウェハ１０の裏面の欠陥要因による散乱光が２次元カメラ２４に捉えられるので、図１に示した裏面欠陥検出部１９は、図５(ａ)に示すような暗視野画像において明るく見える点(図５において、符号ａ、ｂを付して示す)を検出することにより、裏面の欠陥要因を検出する(図３のステップＳ４)。

例えば、図５(ａ)に符号ａ、ｂで示したような欠陥要因が検出された場合に(図３のステップＳ５の肯定判定)、裏面欠陥検出部１９は、例えば、ウェハ１０の左端および下端をそれぞれＸ座標、Ｙ座標の基準とし、上述した欠陥要因ａ，ｂそれぞれのウェハ１０上での位置を示す座標(Ｘａ、Ｙａ)、(Ｘｂ、Ｙｂ)を特定し、これらの座標を検出結果として、表面欠陥検出部１８に渡し、以下に述べる局所検出処理に供する。なお、ウェハ１０の外形に切り欠きなどの特徴がある場合には、その外形の特徴を座標値の基準として、欠陥要因のウェハ１０の裏面における位置を特定し、ウェハ１０の表面における位置と対応付けることができる。

図３に示したステップＳ６において、表面欠陥検出部１８は、まず、裏面欠陥検出部１９から通知された座標値に基づいて、例えば、図５(ｂ)に網掛けを付して示すように、裏面欠陥が検出された位置を含む矩形の注目領域を決定する。
次いで、表面欠陥検出部１８は、表面画像保持部１３に保持された表面画像から上述した注目領域の画像を抽出し、この注目領域の画像について、ステップＳ２において適用した通常の感度よりも高い感度を設定して、欠陥検出を行う(ステップＳ７)。

例えば、図４に示したように限定された注目領域について、ごく小さい反射率の低下も欠陥として検出するような高感度を適用して欠陥検出することにより、図４(ａ)に示した欠陥Ｂのように、比較的コントラストの低い像として表面画像に現れる欠陥を、表面画像全体における反射率の揺らぎの大きさにかかわらず、確実に検出することができる。
つまり、図５(ｃ)に示したように、透過膜での照明光の干渉などによって表面画像に明るさのむらがある場合にも、符号ａ、ｂを付して示した注目領域に検出範囲を限定して、高感度で欠陥を検出することにより、上述したむらと同程度の明るさの変化として現れた欠陥個所を確実に検出することができる。

また、着目領域の中に欠陥が見つかり、その欠陥の形状が、図５(ｃ)において符号ｂを付して示した部分のように着目領域の外縁部に達している場合に、欠陥が達している外縁部よりも外側を着目領域の内側の欠陥の特徴量に基づいて検査することにより、着目領域の内側から外側に続いている欠陥の全体を検出することができる。
更に、図５(ｃ)に符号ａを付して示した欠陥のように、大きく反射率が低下した個所の周囲に反射率の低下が比較的少ない領域が広がっているような場合にも、図４(ｂ)に示すように、該当する注目領域について、限定的に高感度の欠陥検出を適用することにより、反射率の低下が比較的少ない領域も含めて欠陥として検出することができる。

これにより、通常の感度でのみ欠陥検出を行った場合に比べて、欠陥による影響を受けている回路の数を正確に見積もることが可能であるので、半導体製造工程をより適切に管理することができる。例えば、エッチング工程の前に上述したようにしてマクロ検査を行い、得られた検査結果に基づいて不良が疑われる回路の数を見積もることにより、この不良が疑われる回路の数に応じて、次の工程にそのまま進むか、あるいは、レジストを剥離して前の工程(レジストの塗布、およびフォトリソグラフィ工程)を繰り返すかを適切に判断することができる。

なお、表面画像撮影部１１は、図２に示した構成に限らず、被検査物の表面からの回折光によって形成される明視野画像を取得する構成やエリプソ光学系を用いた構成などを採用して構成することができる。
また、検出しようとしている欠陥の種類によっては、被検査物の表面における散乱光を含む暗視野画像を取得する構成の表面画像撮影部１１を用いることもできる。

また一方、被検査物の裏面について、明視野画像を取得する裏面画像撮影部１５を用いてマクロ検査装置を構成することも可能である。
（第２の実施形態）
図６に、本発明にかかわるマクロ検査装置の第２の実施形態を示す。
なお、図６に示す構成要素のうち、図１に示した各部と同等のものについては、図１に示した符号を付して示し、その説明を省略する。

図６に示したマクロ検査装置において、画像処理部１７は、図１に示した各部に加えて検出制御部２５と画像むら検出部２６とを備えて構成される。図６に示した検出制御部２５は、画像むら検出部２６による検出結果と裏面欠陥検出部１９による検出結果に応じて、表面欠陥検出部１８の動作を制御する。また、画像むら検出部２６は、表面画像保持部１３に保持された表面画像を分析し、例えば、ウェハ１０の表面の緩やかな凹凸などによって表面画像全体に現れる明るさの揺らぎを画像むらとして検出する。

図６に示したマクロ検査装置では、図７に示すように、表面欠陥検出部１８による通常の感度を適用する欠陥検出(図３のステップＳ２)に先立って、画像むら検出部２６によって画像むらの検出を行う(図６のステップＳ１１)。
検出制御部２５は、画像むら検出部２６から通知される検出結果に基づいて、例えば、画像むらとして検出された領域がウェハ１０表面において占める割合を推定し、この割合が予め定めた所定の閾値以下である場合に、表面画像にむらが少ないと判断し(ステップＳ１２の否定判定)、検出制御部２５は、表面欠陥検出部１８にステップＳ２の実行を指示する。

一方、画像むらとして検出された領域がウェハ１０表面において占める割合が予め定めた所定の閾値以上である場合に、検出制御部２５は、表面画像にむらが多いと判断し(ステップ１２の肯定判定)、ステップＳ２における通常感度を適用したウェハ表面の欠陥検出処理をスキップし、ステップＳ３、Ｓ４の裏面画像に関する欠陥検出処理の実行を指示する。

このようにして、表面画像にむらが多く、通常の感度を適用した欠陥検出処理によって欠陥を検出することが難しいことが予想される場合に、この処理を省略することにより、全体としての処理時間を短縮することができる。

以上に説明したように、本発明にかかわるマクロ検査装置は、板状の被検査物の表面に関する欠陥検出に、裏面に関する欠陥検出結果を反映させることにより、従来のマクロ検査装置では検出感度の制約などによって見過ごされていた欠陥を確実に検出することができる。
これにより、欠陥にかかわる回路パターンの範囲を正確に見積もることが可能となるので、集積回路や液晶表示パネルなどの製品の検査にかかわる分野はもちろん、これらの製品を製造する各段階の製造工程において、被検査物を次の段階の工程に進めるか、前の工程をやり直すかといった工程管理の分野においても、非常に有用である。

本発明にかかわるマクロ検査装置の第１の実施形態を示す図である。 表面画像撮影部および裏面画像撮影部の詳細構成を示す図である。 マクロ検査動作を表す流れ図である。 欠陥検出にかかわる感度を説明する図である。 マクロ検査の説明図である。 本発明にかかわるマクロ検査装置の第２の実施形態を示す図である。 マクロ検査動作を表す流れ図である。

符号の説明

１０…ウェハ、１１…表面画像撮影部、１２…画像ファイル、１３…表面画像保持部、１４…ウェハ搬送機構、１５…裏面画像撮影部、１６…裏面画像保持部、１７…画像処理部、１８…表面欠陥検出部、１９…裏面欠陥検出部、２１、２３…照明光源、２２、２４…２次元カメラ、２５…検出制御部、２６…画像むら検出部。

Claims (5)

1. 半導体材料または透明材料を含む固体材料を加工して形成された基板上に回路パターンを形成してなる被検査物について、前記回路パターンが形成されている表面全体に対応する表面画像を取得する表面画像取得部と、
   前記表面に対向する裏面全体に対応する裏面画像を取得する裏面画像取得部と、
   前記裏面画像に基づいて、前記被検査物の裏面に形成された欠陥要因を検出する要因検出部と、
   前記裏面において検出された前記欠陥要因の位置に基づいて、前記表面画像において注目すべき領域を特定する領域特定部と、
   前記特定された注目領域の画像に基づいて、前記被検査物の欠陥を検出する欠陥検出部と
   を備えたことを特徴とするマクロ検査装置。
2. 請求項１に記載のマクロ検査装置において、
   前記欠陥検出部は、前記注目領域から欠陥を検出する際の検出感度を変更する感度変更部を備えた
   ことを特徴とするマクロ検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のマクロ検査装置において、
   前記裏面画像取得部は、前記被検査物の裏面からの散乱光を含む暗視野画像を取得する構成である
   ことを特徴とするマクロ検査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマクロ検査装置において、
   前記表面画像取得部は、前記被検査物の表面からの正反射光によって形成される明視野画像を取得する構成である
   ことを特徴とするマクロ検査装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマクロ検査装置において、
   前記表面画像取得部は、前記被検査物の表面からの回折光によって形成される明視野画像を取得する構成である
   ことを特徴とするマクロ検査装置。

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