JP2017075838A - ウェハ検査装置およびウェハ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥の検出精度の低下を抑制できるウェハ検査装置およびウェハ検査方法を提供する。【解決手段】炭化ケイ素ウェハを検査対象とするウェハ検査装置であって、検査対象であるウェハに可視光を照射する光源と、光源から可視光を照射されたウェハを撮像する撮像装置と、撮像装置がウェハを撮像することにより得られた画像に基づいて、ウェハの欠陥の有無を判定する判定装置と、を備え、判定装置は、画像をＲＧＢ形式として、光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、画像のウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさが、それぞれ所定の閾値以上であるときに、ウェハのうち、該画素に対応する部分に欠陥があると判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）ウェハを検査対象とするウェハ検査装置およびウェハ検査方法に関するものである。

ＳｉＣウェハの製造工程では、ＳｉＣインゴットを板状にスライスしたのち、円形に打ち抜いてウェハを成形し、その後、ウェハの検査を行う。この検査では、打ち抜きの際にウェハの外周部に生じた欠陥の半径方向の寸法を調べる。そして、欠陥の寸法が所定の閾値以下であったウェハについて、研磨工程が行われる。

ウェハの外周部に欠陥が含まれていても、それが小さな欠陥であれば研磨工程で取り除かれる。しかし、ウェハの外周部に大きな欠陥が含まれている場合、研磨工程で欠陥を起点としてウェハが破壊され、その際に生じた破片により研磨装置が破壊されるおそれがある。

そのため、ウェハの検査においては、研磨工程におけるウェハの破壊を考慮して欠陥の寸法の閾値が設定されており、ウェハに含まれる欠陥の半径方向の寸法がこの閾値以下であるか否かを精度良く検出することは重要な課題である。

また、ウェハの表面だけでなく内部にも欠陥が生じている可能性があるため、ウェハの表面および内部の欠陥を精度良く検出する方法が必要である。

従来、ウェハ検査装置として、例えば特許文献１に記載の検査装置が提案されている。この検査装置では、可視光と紫外線光をウェハに照射することにより、ウェハに存在する欠陥の位置および寸法を調べている。

特表２００９−５１１８７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査装置では、可視光を照射する光源および紫外線光を照射する光源の２つの光源、または、可視光および紫外線光の両方を照射できる広帯域の光源が必要である。また、可視光を用いてウェハ表面の欠陥の寸法を測定し、紫外線光を用いてウェハ内部の欠陥の寸法を測定しているため、それぞれの反射光の検出装置が必要である。このように検査に用いられる機器の数が多いと、各機器が持つ誤差が重なり、欠陥の検出精度が低下するおそれがある。

本発明は上記点に鑑みて、欠陥の検出精度の低下を抑制できるウェハ検査装置およびウェハ検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、炭化ケイ素ウェハを検査対象とするウェハ検査装置であって、検査対象であるウェハ（５）に可視光を照射する光源（２）と、光源から可視光を照射されたウェハを撮像する撮像装置（３）と、撮像装置がウェハを撮像することにより得られた画像に基づいて、ウェハの欠陥の有無を判定する判定装置（４）と、を備え、判定装置は、画像をＲＧＢ形式として、光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、画像のウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさが、それぞれ所定の閾値以上であるときに、ウェハのうち、該画素に対応する部分に欠陥があると判定する。

これによれば、ウェハに可視光を照射したときに反射光に含まれる波長成分が欠陥の有無により変化することを利用して、ウェハを撮像することにより得られた画像のＲＧＢ成分に基づいてウェハの欠陥の有無を判定する。したがって、紫外線光を用いずにウェハを検査することが可能であり、紫外線光に対応した機器を削減して、各機器が持つ誤差の重なりによる欠陥の検出精度の低下を抑制することができる。

また、請求項６に記載の発明では、炭化ケイ素ウェハを検査対象とするウェハ検査方法であって、検査対象であるウェハ（５）に可視光を照射する工程と、可視光を照射されたウェハを撮像する工程と、ウェハを撮像することにより得られた画像に基づいてウェハの欠陥の有無を判定する工程と、を備え、ウェハの欠陥の有無を判定する工程では、画像をＲＧＢ形式として、光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、画像のウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさが、それぞれ所定の閾値以上であるときに、ウェハのうち、該画素に対応する部分に欠陥があると判定する。

これによれば、ウェハに可視光を照射したときに反射光に含まれる波長成分が欠陥の有無により変化することを利用して、ウェハを撮像することにより得られた画像のＲＧＢ成分に基づいてウェハの欠陥の有無を判定する。したがって、紫外線光を用いずにウェハを検査することが可能であり、紫外線光に対応した機器を削減して、各機器が持つ誤差の重なりによる欠陥の検出精度の低下を抑制することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかるウェハ検査装置の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかるウェハ検査装置の構成を示す図である。 ウェハの欠陥の有無および位置と画素のＲＧＢ成分との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のウェハ検査装置は、ステージ１と、光源２と、撮像装置に相当するカメラ３と、判定装置に相当する制御装置４とを備えており、ＳｉＣで構成されたウェハ５を検査対象とする。

ステージ１は、検査対象であるウェハ５が載置されるものであり、図２に示すように、フランジ１１を備えている。フランジ１１は、上面が円形の板状とされており、外周部の厚みが内周部の厚みよりも大きくされている。ウェハ５は、フランジ１１の内周部に載置されている。

ステージ１は、制御装置４からの信号に基づいて、図１の矢印で示すように、ウェハ５を厚み方向に平行な軸まわりに３６０度回転させる。なお、ステージ１を手動で操作することにより、ウェハ５を回転させてもよい。

光源２は、人間の目に見える波長成分を持つ可視光を発生させ、ウェハ５に照射するものであり、本実施形態では、白熱灯で構成されている。本実施形態では、光源２は、波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの可視光をウェハ５に照射する。

カメラ３は、ステージ１に載置され、光源２から可視光を照射されたウェハ５を撮像する装置であり、ここでは顕微鏡で構成されている。カメラ３は、所定のフレームレートでウェハ５を繰り返し撮像し、ウェハ５を撮像することにより得られた画像を制御装置４に送信する。

本実施形態では、カメラ３は、ウェハ５の外周部をウェハ５の厚み方向から撮像するように固定されている。また、光源２は、ウェハ５の外周部のうちカメラ３が撮像する部分に対し、所定の角度で可視光を照射するように固定されている。

制御装置４は、ステージ１およびカメラ３を制御し、カメラ３から送信された画像に基づいてウェハ５の欠陥の有無および欠陥の位置を判定し、ウェハ５の半径方向における欠陥の寸法を測定するものである。制御装置４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行し、ステージ１の操作等を行う。

本実施形態のウェハ検査装置では、制御装置４から送られた信号に基づいてステージ１が回転し、ステージ１上に置かれたウェハ５が回転する。また、ウェハ５には、光源２から可視光が照射される。カメラ３は、制御装置４から送られた信号に基づいて、所定のフレームレートでウェハ５を繰り返し撮像し、これにより得られた画像を制御装置４へ送信する。

ウェハ５を構成するＳｉＣは透過性を持つため、光源２から照射された可視光のウェハ５による反射光には、ウェハ５の表面での反射光と、ウェハ５の内部での反射光とが含まれている。そして、可視光がウェハ５のどの箇所で反射されたかにより、反射光に含まれる波長成分が異なる。

具体的には、ウェハ５のうち、表面に欠陥がある部分での反射光と、内部に欠陥がある部分での反射光と、欠陥がない部分での反射光は、含まれる波長成分が互いに異なる。したがって、反射光に含まれる波長成分を調べることにより、つまり、ウェハ５を撮像することにより得られた画像のうちウェハ５に対応する部分の画素の色を調べることにより、ウェハ５の欠陥の有無および位置を調べることができる。

制御装置４は、カメラ３から送信された画像のうちウェハ５に対応する部分について、画素の色に基づいて欠陥の有無および欠陥の位置を判定し、欠陥があると判定した場合には、欠陥の半径方向の寸法を測定する。

具体的には、制御装置４は、画素の色をＲＧＢ（Red Green Blue）形式で表したときのＲ成分およびＧ成分がそれぞれ所定の閾値Ｔｈ以上であるとき、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分に欠陥があると判定する。

さらに、制御装置４は、欠陥があると判定された画素におけるＢ成分が閾値Ｔｈ以上であるとき、この欠陥がウェハ５の表面に存在すると判定する。また、制御装置４は、欠陥があると判定された画素におけるＢ成分が閾値Ｔｈ未満であるとき、この欠陥がウェハ５の内部に存在すると判定する。

制御装置４は、Ｒ成分またはＧ成分が閾値Ｔｈ未満であるとき、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分には、欠陥がないと判定する。

欠陥の位置と画素のＲＧＢ成分との関係について、本発明者らが行った実験の結果を図３に示す。図３は、カメラ３がウェハ５を撮像することにより得られた画像を模式的に示している。

図３では、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が順に並んでおり、領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、それぞれ、ウェハ５のうち欠陥がない部分、内部に欠陥がある部分、表面に欠陥がある部分に対応している。領域Ｒ３に対して領域Ｒ２とは反対側の領域は、フランジ１１のうち、ウェハ５の半径方向においてウェハ５よりも外側に位置する部分に対応している。図３の直線Ｌ１は、ウェハ５の半径方向に対応する方向に伸びている。

また、図３は、直線Ｌ１上に位置する複数の画素について、画素の半径方向の位置と、画素のＲＧＢ成分との関係を示しており、ＲＧＢ成分のグラフにおいて、実線、破線、一点鎖線は、それぞれ、画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分を示す。

Ｒ、Ｇ、Ｂ成分をそれぞれ０〜２５５の２５６段階で表現した場合、図３に示すように、ウェハ５に対応する複数の画素のうち、ウェハ５に欠陥がない領域Ｒ１に含まれる画素では、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての成分が１８０未満となった。

また、ウェハ５の内部に欠陥がある領域Ｒ２に含まれる画素では、Ｒ成分およびＧ成分がそれぞれ１８０以上となり、Ｂ成分が１８０未満となった。また、ウェハ５の表面に欠陥がある領域Ｒ３に含まれる画素では、Ｒ、Ｇ、Ｂのすべての成分が１８０以上となった。

したがって、この実験を行った条件では、閾値Ｔｈを１８０とすることにより、ウェハ５の欠陥の有無および欠陥の位置を判定することができる。

制御装置４は、ウェハ５に欠陥があると判定した場合に、欠陥があると判定された画素のうちウェハ５の中心に最も近い画素の位置に基づいて、ウェハ５に含まれる欠陥の半径方向の寸法を測定する。

このように、本実施形態では、ウェハ５に可視光を照射し、可視光を照射されたウェハ５を撮像することにより得られた画像を解析することで、ウェハ５の欠陥の有無および欠陥の位置を調べることができる。したがって、紫外線光を照射する光源が不要であるため、ウェハ検査装置に必要な機器を削減し、各機器が持つ誤差の重なりによる検出精度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、紫外線光を照射する光源、紫外線光を検出する装置等が不要であるため、ウェハ検査装置を小型化することができる。

また、可視光および紫外線光を用いてウェハ５の欠陥の位置を判定する場合、可視光および紫外線光それぞれについて、光源、検出装置、測定・処理・判定システム等が必要となる。これに対して本実施形態では、紫外線光が不要であり、紫外線光に対応した光源、検出装置、測定・処理・判定システム等も不要であるため、ウェハ検査装置の導入コスト、ランニングコスト等を低減することができる。

なお、カメラ３がウェハ５を撮像することにより得られた画像において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との間でＲ成分およびＧ成分の差が大きいほど検出精度が向上する。また、領域Ｒ２と領域Ｒ３との間でＢ成分の差が大きいほど検出精度が向上する。したがって、これらの差が大きくなるような角度でウェハ５に可視光を照射することが好ましい。

また、ステージ１の回転速度は、カメラ３のフレームレートおよびウェハ５の直径に応じて、ウェハ５を鮮明に撮像できるように設定することが好ましい。

また、本実施形態では、可視光のみを用いてウェハ５の欠陥の有無および位置を調べることができるが、光源２が紫外線光を含む全色光をウェハ５に照射してもよい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、ウェハ５の欠陥の有無および欠陥の位置を判定したが、欠陥の位置を判定せず、Ｒ成分およびＧ成分を用いた欠陥の有無の判定結果に基づいて、欠陥の半径方向の寸法を測定してもよい。

また、上記第１実施形態では、ウェハ５に含まれる欠陥の半径方向の寸法を測定したが、半径方向以外の方向における欠陥の寸法を測定してもよい。例えば、ウェハ５の周方向における欠陥の寸法を測定してもよい。また、欠陥の面積を測定してもよい。

また、上記第１実施形態では、Ｒ成分、Ｇ成分が閾値Ｔｈ以上であり、Ｂ成分が閾値Ｔｈ未満であるときにウェハ５の内部に欠陥があると判定したが、Ｒ成分およびＧ成分がそれぞれＢ成分よりも大きく、Ｒ成分およびＧ成分とＢ成分との差が所定の値以上であるときに、ウェハ５の内部に欠陥があると判定してもよい。

また、ウェハ５による反射光に含まれる赤色光、緑色光、青色光の成分の大きさは、それぞれ、光源２から照射される可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光の成分の大きさに応じて変化する。つまり、ウェハ５を撮像することにより得られる画像において、画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分は、それぞれ、光源２から照射される可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光の成分の大きさに応じて変化する。

そこで、光源２が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、ウェハ５を撮像することにより得られた画像のウェハ５に対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の大きさをＡｒ、Ａｇ、Ａｂとし、Ａｒ、Ａｇ、Ａｂと閾値Ｔｈとの関係に基づいて、ウェハ５の欠陥の有無および位置を判定してもよい。

具体的には、Ａｒ≧ＴｈかつＡｇ≧Ｔｈである画素が存在するときに、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分に欠陥があると判定してもよい。また、Ａｒ≧ＴｈかつＡｇ≧ＴｈかつＡｂ≧Ｔｈである画素が存在するときに、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分において、ウェハ５の表面に欠陥があると判定してもよい。また、Ａｒ≧ＴｈかつＡｇ≧ＴｈかつＡｂ＜Ｔｈである画素が存在するときに、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分において、ウェハ５の内部に欠陥があると判定してもよい。また、Ａｒ＞ＡｂかつＡｇ＞Ａｂであり、Ａｒ−ＡｂおよびＡｇ−Ａｂがそれぞれ所定の値以上である画素が存在するときに、ウェハ５のうち、この画素に対応する部分において、ウェハ５の内部に欠陥があると判定してもよい。

また、上記第１実施形態では、光源２として白熱灯を用いたが、白熱灯以外の光源で光源２を構成してもよい。例えば、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）で光源２を構成してもよい。また、上記第１実施形態では、光源２およびカメラ３を固定し、ステージ１およびウェハ５を回転させたが、ステージ１およびウェハ５を固定し、光源２およびカメラ３をウェハ５の周方向に移動させてもよい。また、カメラ３として、倍率調整機能、輝度調整機能を有するものを用いてもよい。

１ ステージ
２ 光源
３ カメラ
４ 制御装置
５ ウェハ

Claims (10)

1. 炭化ケイ素ウェハを検査対象とするウェハ検査装置であって、
   検査対象であるウェハ（５）に可視光を照射する光源（２）と、
   前記光源から可視光を照射された前記ウェハを撮像する撮像装置（３）と、
   前記撮像装置が前記ウェハを撮像することにより得られた画像に基づいて、前記ウェハの欠陥の有無を判定する判定装置（４）と、を備え、
   前記判定装置は、前記画像をＲＧＢ形式として、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさが、それぞれ所定の閾値以上であるときに、前記ウェハのうち、該画素に対応する部分に欠陥があると判定するウェハ検査装置。
2. 前記判定装置は、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の大きさが、それぞれ前記閾値以上である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの表面に欠陥があると判定する請求項１に記載のウェハ検査装置。
3. 前記判定装置は、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさがそれぞれ前記閾値以上であり、かつ、Ｂ成分の大きさが前記閾値未満である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの内部に欠陥があると判定する請求項１または２に記載のウェハ検査装置。
4. 前記判定装置は、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分がそれぞれＢ成分よりも大きく、かつ、Ｒ成分とＢ成分との差、および、Ｇ成分とＢ成分との差が、それぞれ所定の値以上である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの内部に欠陥があると判定する請求項１または２に記載のウェハ検査装置。
5. 前記判定装置は、前記ウェハに欠陥があると判定した場合に、該欠陥の寸法を測定する請求項１ないし４のいずれか１つに記載のウェハ検査装置。
6. 炭化ケイ素ウェハを検査対象とするウェハ検査方法であって、
   検査対象であるウェハ（５）に可視光を照射する工程と、
   可視光を照射された前記ウェハを撮像する工程と、
   前記ウェハを撮像することにより得られた画像に基づいて前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程と、を備え、
   前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程では、前記画像をＲＧＢ形式として、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさが、それぞれ所定の閾値以上であるときに、前記ウェハのうち、該画素に対応する部分に欠陥があると判定するウェハ検査方法。
7. 前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程では、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分の大きさが、それぞれ前記閾値以上である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの表面に欠陥があると判定する請求項６に記載のウェハ検査方法。
8. 前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程では、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分の大きさがそれぞれ前記閾値以上であり、かつ、Ｂ成分の大きさが前記閾値未満である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの内部に欠陥があると判定する請求項６または７に記載のウェハ検査方法。
9. 前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程では、前記画像の前記ウェハに対応する部分に、前記光源が照射する可視光に含まれる赤色光、緑色光、青色光それぞれの成分の大きさに対しての、前記画像の前記ウェハに対応する部分に含まれる画素のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分のうち、Ｒ成分とＧ成分がそれぞれＢ成分よりも大きく、かつ、Ｒ成分とＢ成分との差、および、Ｇ成分とＢ成分との差が、それぞれ所定の値以上である画素が存在するときに、前記ウェハのうち該画素に対応する部分において、前記ウェハの内部に欠陥があると判定する請求項６または７に記載のウェハ検査方法。
10. 前記ウェハの欠陥の有無を判定する工程において前記ウェハに欠陥があると判定した場合に、該欠陥の寸法を測定する工程を備える請求項６ないし９のいずれか１つに記載のウェハ検査方法。

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