JP2009293963A - 表面検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者によるバラツキが少なく、確実に照明位置を設定することが可能な表面検査方法を提供する。
【解決手段】落射照明により照明したウェハの正反射像を撮像する撮像部を備えた表面検査装置を用いて、ウェハの端部近傍を検査する表面検査方法であって、ＬＥＤ照明によるウェハの端部近傍における照明位置を設定する設定工程（Ｓ１０１）と、設定工程（Ｓ１０１）で設定した照明位置へＬＥＤ照明により照明光を照射する照明工程（Ｓ１０２）と、照明位置において生じる散乱光をフォトダイオードにより検出することで、ウェハの端部近傍における異常を検出する検査工程（Ｓ１０３）とを有し、設定工程（Ｓ１０１）において、撮像部によりウェハの端部近傍の正反射像を撮像し、撮像したウェハの端部近傍の正反射画像を利用してＬＥＤ照明による照明位置を設定するようになっている。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板の端部近傍を検査する表面検査方法に関する。

半導体ウェハ（以下、ウェハと称する）は表面に多数の回路素子パターンを形成して構成されており、その表面に欠陥が存在すると回路素子パターンからなるチップもしくはパネルの性能を損なうことになるので、表面欠陥の検査は非常に重要である。このため、ウェハの表面欠陥の検査を行う装置は従来から種々のものが知られている。このような表面検査装置は、ウェハの表面に所定の検査光（正反射光、回折光、散乱光を発生させるのに適した光）を照射し、この表面からの反射光、回折光または散乱光を集光光学系により集光し、集光して得られるウェハの表面の像をカメラにより撮像し、得られた画像に基づいて、ウェハの表面におけるパターン欠陥、膜厚むら、傷の有無、異物の付着等を検査するように構成されている。（例えば、特許文献１を参照）。

ウェハの端部近傍における傷の有無、異物の付着等を検査する場合、例えば、ウェハの端部近傍に横方向から浅い入射角で照明光を照射し、この照明光に対する正反射光も回折光も受けない位置に配設したフォトダイオードにより、ウェハの端部近傍からの散乱光の有無を検出するように構成される。ウェハの端部近傍に傷、異物の付着等があると、これらの傷や異物等に当たった光が散乱光として周囲に反射するため、フォトダイオードがこの散乱光を検出することで傷や異物等を検出できるようになっている。またこの場合、ウェハの種類によって、ウェハの端部近傍において照明光を照射する場所、すなわち照明位置を変える必要がある。これは、ウェハの表面に形成されるチップの種類によって、ウェハの端部近傍における検査領域が変動するためである。そのため、従来においては、照明位置を適当に変えながら複数回にわたり予備的な検査を行い、チップ等の影響を受けない適切な位置に照明位置を設定し、検査条件（レシピ）として登録している。
特開２００３−２８６２１号公報

しかしながら、上述のような検査方法では、同じ検査条件（レシピ）であっても作業者によって照明位置にバラツキが生じ、検査精度が低下したり、検査に膨大な時間がかかっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、作業者によるバラツキが少なく、確実に照明位置を設定することが可能な表面検査方法を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る表面検査方法は、落射照明により照明した基板の正反射像を撮像する撮像部を備えた表面検査装置を用いて、前記基板の端部近傍を検査する表面検査方法であって、前記表面検査装置は、前記基板の端部近傍に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記基板の端部近傍において生じる散乱光を検出する検出部とを備えており、前記照明部による前記基板の端部近傍における照明位置を設定する設定工程と、前記設定した前記照明位置へ前記照明部により照明光を照射する照明工程と、前記照明光が照射された前記照明位置において生じる散乱光を前記検出部により検出することで、前記基板の端部近傍における異常を検出する検査工程とを有し、前記設定工程において、前記撮像部により前記基板の端部近傍の正反射像を撮像し、前記撮像した前記基板の端部近傍の正反射画像を利用して前記照明位置を設定するようになっている。

なお、上述の表面検査方法では、前記設定工程において、前記照明光の照明範囲を示すマークを前記基板の端部近傍の正反射画像に合成した合成画像を生成し、前記合成画像を参照しながら前記マークを移動させるように調整して前記照明位置を設定することが好ましい。

また、上述の表面検査方法において、前記表面検査装置は、前記撮像部により撮像された前記基板の正反射画像から、前記基板の表面に形成された膜の端部と前記基板の端部との間の距離を測定する測定部を備えており、前記設定工程において、前記膜の端部と前記基板の端部との間の部分に前記照明位置を設定することが好ましい。

本発明によれば、作業者によるバラツキが少なく、確実に照明位置を設定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本実施形態に係る表面検査装置の一例を示しており、この装置は散乱光により半導体ウェハ（以下、ウェハ１０と称する）の表面欠陥（傷や異物等）を検出するようになっている。本実施形態の表面検査装置１は、ウェハ１０を保持して回転可能なホルダ５と、ウェハ１０の表面に第１の照明光Ｌ１を照射する照明装置２１と、ウェハ１０の表面を撮像する第１の撮像装置２２と、画像処理装置２５と、ディスプレイ装置２６とを主体に構成される。

ホルダ５の上面には、図示しない搬送装置により搬送されてくるウェハ１０が載置され、ホルダ５は、内蔵された真空吸着装置（図示せず）を用いてウェハ１０を吸着保持する。また、ホルダ５は、電気モータ（図示せず）等を用いて回転可能に構成されており、ホルダ５とともにウェハ１０が回転可能に構成される。

照明装置２１は、ホルダ５に保持されたウェハ１０の表面に浅い（小さい）入射角で第１の照明光Ｌ１を照射する。第１の撮像装置２２は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備えたカメラであり、第１の照明光Ｌ１が照射されたウェハ１０の表面からの正反射光Ｒ１１および回折光Ｒ１２がいずれも到達しない位置に配設され、暗視野照明を利用してウェハ１０の表面を撮像するとともに、撮像したウェハ１０の表面の画像信号を画像処理装置２５へ出力する。画像処理装置２５は、第１の撮像装置２２から出力される画像信号を受けて所定の画像処理を行い、ウェハ１０の表面のデジタル画像を生成する。ディスプレイ装置２６は、画像処理装置２５により生成されたウェハ１０の表面の画像を表示する。

このように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハ１０の表面全体を検査するには、まず、搬送装置（図示せず）により検査対象となるウェハ１０がホルダ５の上面に搬送載置され、ホルダ５が真空吸着装置（図示せず）を用いてウェハ１０を吸着保持する（このとき、ウェハ１０の中心はホルダ５の回転中心に一致させる）。次に、照明装置２１からウェハ１０の表面に第１の照明光Ｌ１を照射する。この第１の照明光Ｌ１はウェハ１０の表面において正反射されて正反射光Ｒ１１が図１のように出射する。また、ウェハ１０の表面に塗布されたレジスト膜１１（図４を参照）には回路パターンが周期的に繰り返されて形成されており、この回路パターンを形成する線の繰り返しピッチと第１の照明光Ｌ１の波長とに対応した方向に回折光Ｒ１２が例えば図１のように出射する。よって、正反射光Ｒ１１を受光する位置にカメラを配置してウェハ１０の表面の撮像を行えば、正反射光に基づく表面検査が可能であり、回折光Ｒ１２を受光する位置にカメラを配置してウェハ１０の表面の撮像を行えば、回折光に基づく表面検査が可能である。

本実施形態の表面検査装置１では、これら正反射光Ｒ１１および回折光Ｒ１２をいずれも受光しない位置に第１の撮像装置２２を配設し、暗視野観察によりウェハ１０の表面を撮像するように構成している。このようにして第１の撮像装置２２によりウェハ１０の表面を撮像した場合、第１の撮像装置２２には正反射光Ｒ１１も回折光Ｒ１２も入射しないため、ウェハ１０の表面に傷や異物（ゴミやほこり等）の付着がなく正常なウェハ１０であれば、第１の撮像装置２２からの画像信号を画像処理装置２５により処理してディスプレイ装置２６に表示される画像としては、真っ黒な画像が得られるだけである。

しかしながら、ウェハ１０の表面に例えば傷（もしくは異物）Ｄが存在した場合には、この傷Ｄに照射された第１の照明光Ｌ１がここで乱反射され、その乱反射光である散乱光Ｒ１３の一部が第１の撮像装置２２にも入射する。このため、第１の撮像装置２２からの画像信号を画像処理装置２５により処理してディスプレイ装置２６に表示される画像には、傷Ｄの位置を示す輝点（所定輝度よりも明るい輝度を有する部分）が現れ、これによりウェハ１０における傷や異物等の存在を検出できる。

また、本実施形態の表面検査装置１は、いわゆるエッジビード除去（edge bead removal：以下「エッジビード除去」を「ＥＢＲ」と称する）工程の実施結果を検査するための第２の撮像装置３０を備えている。この第２の撮像装置３０は、図２および図３に示すように、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（図示せず）や落射照明３１等を有して構成され、ホルダ５に吸着保持されたウェハ１０の端部の上方に配設される。そして、第２の撮像装置３０は、落射照明３１により第２の照明光Ｌ２が照射されたウェハ１０表面からの正反射光を撮像素子（図示せず）の撮像面上に導いて結像させ、当該撮像面上で結像されたウェハ１０の正反射像を撮像素子により撮像するとともに、撮像したウェハ１０の正反射像の画像信号を画像処理装置２５へ出力するようになっている。

このような第２の撮像装置３０を用いて、ウェハ１０に対するＥＢＲ工程の実施結果を検査するには、まず、ホルダ５に吸着保持されたウェハ１０の端部近傍を第２の撮像装置３０により撮像する。このとき、第２の撮像装置３０は、落射照明３１により第２の照明光Ｌ２が照射されたウェハ１０表面（端部近傍）からの正反射光を撮像素子（図示せず）の撮像面上に導いて結像させ、当該撮像面上で結像されたウェハ１０の端部近傍の正反射像を撮像素子により撮像するとともに、撮像したウェハ１０の端部近傍の正反射像の画像信号を画像処理装置２５へ出力する。

そして、画像処理装置２５は、第２の撮像装置３０から出力される画像信号を受けてウェハ１０の端部近傍（表面）のデジタル画像を生成し、ディスプレイ装置２６は、例えば図４に示すように、画像処理装置２５により生成されたウェハ１０の端部１０ａ近傍の画像を表示する。ところで、ＥＢＲ工程が実施されたウェハ１０においては、図４に示すように、レジスト膜１１の端部１１ａとウェハ１０の端部１０ａとの間に、ＥＢＲ工程によってレジスト膜が除去された円環状のＥＢＲ部１２が形成される。そこで、画像処理装置２５は、所定の画像処理により、レジスト膜１１の端部１１ａとウェハ１０の端部１０ａとの間の距離Ｌを算出（測定）し、算出した距離Ｌに基づいてＥＢＲ工程の実施結果を評価し検査する。

さらに、本実施形態の表面検査装置１は、レジスト膜１１の端部１１ａとウェハ１０の端部１０ａとの間に形成されたＥＢＲ部１２における異常（傷や異物等）の有無を検査するために、ＬＥＤ照明３５およびフォトダイオード３６（図２および図３を参照）を備えている。ＬＥＤ照明３５は、図２および図３に示すように、ホルダ５に保持されたウェハ１０の表面のＥＢＲ部１２に浅い（小さい）入射角で第３の照明光Ｌ３を照射する。フォトダイオード３６は、第３の照明光Ｌ３が照射されたウェハ１０のＥＢＲ部１２からの正反射光Ｒ３１（および回折光）が到達しない位置に配設され、暗視野照明を利用してウェハ１０のＥＢＲ部１２で生じた散乱光Ｒ３２の一部を検出するとともに、その検出信号を画像処理装置２５へ出力する。

このようなＬＥＤ照明３５およびフォトダイオード３６により、ウェハ１０のＥＢＲ部１２における異常（傷や異物等）の有無を検査する方法について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１では、ＬＥＤ照明３５からウェハ１０のＥＢＲ部１２に照射される第３の照明光Ｌ３の照明位置を設定する。この設定工程において、作業者はまず、ＬＥＤ照明３５からウェハ１０のＥＢＲ部１２に第３の照明光Ｌ３が照射された状態で、第２の撮像装置３０によりウェハ１０の端部近傍の正反射像を撮像する。そうすると、例えば図４の二点鎖線で示すように、ディスプレイ装置２６に表示されたウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像に、ウェハ１０のＥＢＲ部１２に照射された第３の照明光Ｌ３が映ることになる。

そこで、第２の撮像装置３０によりウェハ１０の端部近傍の正反射像を撮像すると、作業者は、ディスプレイ装置２６に表示されたウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像を参照しながら、例えばＬＥＤ照明３５の取り付け角度を変えること等により、第３の照明光Ｌ３を移動させるように調整してその照明位置を設定する。具体的には、例えば図４の二点鎖線で示すように、第３の照明光Ｌ３がウェハ１０のレジスト膜１１まで照射されるような照明位置Ａに位置する場合、レジスト膜１１に形成された回路パターンの影響により、レジスト膜１１の部分で反射した光の多くが散乱光となってしまう。このような場合、ディスプレイ装置２６に表示されたウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像を参照しながら、例えばＬＥＤ照明３５の取り付け角度を変えること等により、第３の照明光Ｌ３がウェハ１０のレジスト膜１１にかからずにＥＢＲ部１２のみに照射される照明位置Ｂまで第３の照明光Ｌ３を移動させ、当該照明位置Ｂを第３の照明光Ｌ３の照明位置として設定する。なお、このように設定した照明位置は、図示しない入力部を介して内部メモリ（図示せず）にレシピ（検査条件）として登録（記録）される。

このように第３の照明光Ｌ３の照明位置を設定すると、次のステップＳ１０２では、ホルダ５とともにウェハ１０を回転させながら、ＬＥＤ照明３５により第３の照明光Ｌ３をウェハ１０のＥＢＲ部１２に照射する。この照明工程において、ＬＥＤ照明３５から射出された第３の照明光Ｌ３は、先のステップＳ１０１で設定した照明位置Ｂに照射される。

ウェハ１０のＥＢＲ部１２に第３の照明光Ｌ３を照射すると、次のステップＳ１０３では、第３の照明光Ｌ３が照射された照明位置Ｂにおいて生じる散乱光Ｒ３２の一部をフォトダイオード３６により検出することで、ウェハ１０のＥＢＲ部１２における異常（傷や異物等）の有無を検出する。この検査工程において、ウェハ１０のＥＢＲ部１２に傷や異物（ゴミやほこり等）の付着がなく正常なウェハ１０であれば、フォトダイオード３６には正反射光Ｒ３１が入射しないため、ウェハ１０（ＥＢＲ部１２）からの光を検出していない状態となる。

しかしながら、ウェハ１０のＥＢＲ部１２に傷や異物等が存在した場合には、傷や異物等が存在する部分に照射された第３の照明光Ｌ３がここで乱反射され、その乱反射光である散乱光Ｒ３２の一部がフォトダイオード３６にも入射する。このため、フォトダイオード３６から散乱光Ｒ３２の検出信号が画像処理装置２５に入力され、これによりウェハ１０のＥＢＲ部１２における異常（傷や異物等）を検出することができる。なお、フォトダイオード３６から画像処理装置２５に検出信号が入力されると、画像処理装置２５は、ウェハ１０のＥＢＲ部１２において異常を検出した旨および、そのときのウェハ１０の回転角度（すなわち、ＥＢＲ部１２における異常の存在位置）をディスプレイ装置２６に表示させる。

このように、本実施形態によれば、設定工程において、第２の撮像装置３０により撮像取得したウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像を利用して、ＬＥＤ照明３５による第３の照明光Ｌ３の照明位置Ｂを設定するため、照明位置を明確に認識できることから、作業者によるバラツキが少なく、確実に照明位置を設定することが可能になる。特に、レジスト膜１１の端部１１ａとウェハ１０の端部１０ａとの間に形成される狭いＥＢＲ部１２に照明位置を設定する検査において、より高い効果を得ることができる。

なお、上述の実施形態において、第３の照明光Ｌ３が実際に映るウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像を参照しながら、ＬＥＤ照明３５による第３の照明光Ｌ３の照明位置を設定しているが、これに限られるものではない。例えば、第３の照明光Ｌ３を模した疑似照明光の画像をウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像に合成した（図４に該当する）合成画像を生成し、当該合成画像を参照しながら疑似照明光を移動させるように調整して照明位置を設定するようにしてもよい。なお、疑似照明光の位置は、例えば、ＬＥＤ照明３５の取り付け位置および角度から、幾何学的に求めることができる。また、疑似照明光に限らず、第３の照明光Ｌ３の照明範囲を示すマークを用いることが可能である。このようにすれば、第３の照明光Ｌ３がウェハ１０の端部１０ａ近傍の正反射画像に映りにくい場合でも、合成画像を参照すれば疑似照明光を明確に認識することができ、作業者によるバラツキが少なく、確実に照明位置を設定することが可能になる。

またこのとき、ウェハ１０の端部１０ａ近傍（ＥＢＲ部１２）の形状がほぼ一様であれば、ＬＥＤ照明３５による第３の照明光Ｌ３の照明位置が第２の撮像装置３０の撮像範囲内に位置する必要はない。すなわち、ウェハ１０の端部１０ａ近傍の形状がほぼ一様であれば、ウェハ１０を回転させてもウェハ１０の端部１０ａ近傍（ＥＢＲ部１２）に対する第３の照明光Ｌ３の照明位置がほぼ一定となる。そのため、ウェハ１０の端部１０ａ近傍における任意の回転角度位置での正反射画像に疑似照明光の画像を合成し、合成画像を参照しながら疑似照明光を移動させるように調整して照明位置を設定しても、第２の撮像装置３０およびＬＥＤ照明３５の取り付け位置に相関があれば、第３の照明光Ｌ３の照明位置を設定することが可能である。

また、上述の実施形態において、ＬＥＤ照明３５の取り付け角度を変えることにより、第３の照明光Ｌ３の照明位置を移動調整しているが、これに限られるものではなく、ホルダ５を利用してウェハ１０を移動させることにより、照明位置を移動調整するようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、ウェハ１０に対して検査を行っているが、これに限られるものではなく、例えば、液晶ガラス基板等の基板の端部近傍を検査する場合にも、本発明を適用可能である。

表面検査装置の全体図である。 表面検査装置の一部を拡大した側面図である。 表面検査装置の一部を拡大した平面図である。 ウェハの端部近傍を拡大した平面図である。 本発明に係る検査方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 表面検査装置
１０ ウェハ（１０ａ 端部）
１１ レジスト膜（１１ａ 端部） １２ ＥＢＲ部
２５ 画像処理装置（測定部）
３０ 第２の撮像装置（撮像部） ３１ 落射照明
３５ ＬＥＤ照明（照明部） ３６ フォトダイオード（検出部）

Claims (3)

1. 落射照明により照明した基板の正反射像を撮像する撮像部を備えた表面検査装置を用いて、前記基板の端部近傍を検査する表面検査方法であって、
   前記表面検査装置は、前記基板の端部近傍に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記基板の端部近傍において生じる散乱光を検出する検出部とを備えており、
   前記照明部による前記基板の端部近傍における照明位置を設定する設定工程と、
   前記設定した前記照明位置へ前記照明部により照明光を照射する照明工程と、
   前記照明光が照射された前記照明位置において生じる散乱光を前記検出部により検出することで、前記基板の端部近傍における異常を検出する検査工程とを有し、
   前記設定工程において、前記撮像部により前記基板の端部近傍の正反射像を撮像し、前記撮像した前記基板の端部近傍の正反射画像を利用して前記照明位置を設定することを特徴とする表面検査方法。
2. 前記設定工程において、前記照明光の照明範囲を示すマークを前記基板の端部近傍の正反射画像に合成した合成画像を生成し、前記合成画像を参照しながら前記マークを移動させるように調整して前記照明位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
3. 前記表面検査装置は、前記撮像部により撮像された前記基板の正反射画像から、前記基板の表面に形成された膜の端部と前記基板の端部との間の距離を測定する測定部を備えており、
   前記設定工程において、前記膜の端部と前記基板の端部との間の部分に前記照明位置を設定することを特徴とする請求項１もしくは２に記載の表面検査方法。

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