JP2018146531A - 基板検査装置、基板研磨装置、基板検査方法、および基板研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度を改善する。【解決手段】基板検査装置は、表面に明視野照明光を照射された基板の配線層を撮影して配線層の明視野画像を取得する明視野撮像系と、表面に暗視野照明光を照射された配線層を撮影して配線層の暗視野画像を取得する暗視野撮像系と、を備え、配線層の配線パターンの設計データに基づいて基準エッジを特定する基準エッジ特定部と、明視野画像における配線材料の像のうち基準エッジに対応する第１エッジを特定する第１特定部と、暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち基準エッジに対応する第２エッジを特定する第２特定部と、基準エッジと第１エッジと第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、絶縁膜の表面の凹部以外の部分における配線材料の残存状況を判定する判定部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、埋め込み構造の配線パターンを含む配線層が形成された基板を検査する基板検査技術に関する。

半導体ウェハの成膜プロセスに於いて、チップ面積をより小さくする為に多層構造化が進められている。配線の線幅は数１０ｎｍレベル、すなわち、光の波長の１／数１０である。このため、ステッパーの露光レンズのＮＡは大きく、焦点深度は非常に浅い。従って、多層にパターンを形成する上で各層の平坦化が重要となっている。現状の平坦化技術は、ＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）が主流である。ＣＭＰは、研磨用のパッド上にスラリー（研磨液）を流し，ウェハをパッドに押し付けながら回転させることでウェハ表面を平らに削る技術である。

例えば、銅のパターンを成膜する場合、ダマシン（damascene)法による銅配線技術が主流になっている。ダマシン法は、絶縁膜上の配線の形成予定部分に多層配線の配線層間を接続するビアと、配線となる溝とを形成し、その溝等に銅等の金属を埋め込んで余剰な金属を除去することによって配線を形成する技術である。配線部以外の部分に付着した金属はＣＭＰによって除去される。ＣＭＰが不十分な場合には、削られずに残った金属の薄膜（「残膜」）が、配線パターン以外の部分に存在する。残膜が存在する層の上に、次の層を形成すると配線層間の短絡の原因となる。そこで、ダマシン法にて基板上に半導体デバイスのパターンを作成した場合には、残膜の有無を判定する検査を行い、残膜が在ると判定された場合には、ＣＭＰを行った後に再び当該検査を行う工程を残膜が無いと判定されるまで繰り返す。

残膜の有無を人の目視検査によって行う場合があるが、検査結果に個人差が生ずる。目視検査以外の手法によって残膜の有無を判定する従来手法として、膜厚測定を用いる手法も採用されている。図２２、図２３は、膜厚測定を用いる従来技術に係る残膜の検査を説明するための図である。図２２、図２３において、従来技術による残膜の検査対象である半導体基板（「基板」）Ｗ１００が平面模式図によって示されている。図２２は、基板Ｗ１００のデバイス面の全体を示し、図２３は、図２２の基板Ｗ１００の一部の領域を拡大して示している。基板Ｗ１００のデバイス面の略全域には、ダマシン法によって配線層の配線パターンが形成されている。

基板Ｗ１００のデバイス面には、格子状に配設されたスクライブライン１２０１によって区画された複数（直径３００ｍｍの基板であれば、例えば、２００〜３００個）のＤｉｅ（半導体チップ）１２０２が形成されている。各Ｄｉｅ１２０２は、半導体チップの配線パターンを含んでいる。各Ｄｉｅ１２０２を囲むスクライブライン１２０１には、各Ｄｉｅ１２０２に対応して、膜厚測定のための少なくとも１つの測定用パターン１２０３が形成されている。測定用パターン１２０３は、幅広の矩形状の窪みにＤｉｅ１２０２内の配線と同種類の金属が埋め込まれたものである。基板Ｗ１００のデバイス面の全域に対してＣＭＰが行われている。

Ｄｉｅ１２０２内の配線パターンを構成する個々の配線は、非常に細く、隣り合う配線同士の間隔も狭いため、測定対象の配線を特定して、その配線の膜厚を測定すること容易でない一方、測定用パターン１２０３の面積は十分に広く設定されており、測定対象の測定用パターン１２０３を特定して光干渉計、或いは、偏光解析法（エリプソ）でその膜厚測定を行うことは、容易である。基板Ｗ１００のデバイス面には、上述のように２００〜３００個ものＤｉｅ１２０２が含まれているため、全ての測定用パターン１２０３を対象に膜厚測定を行うと多大な工数を要する。そこで、全てのＤｉｅ１２０２の中から、例えば、２０個程度のＤｉｅ１２０２が、測定対象Ｄｉｅ１２０４として特定される。識別のために測定対象Ｄｉｅ１２０４は、斜線を附されているが、他のＤｉｅ１２０２と同様に構成されている。膜厚測定において、全ての測定対象Ｄｉｅ１２０４のそれぞれに対応した各測定用パターン１２０３の膜厚が光干渉計、或いは、偏光解析法（エリプソ）によって測定される。膜厚測定を行った全ての測定用パターン１２０３の膜厚値が全て正常であった場合には、測定対象Ｄｉｅ１２０４だけでなく、基板上の全てのＤｉｅ１２０２の配線パターンに残膜が存在していないと判断される。

特許文献１には、銅等の薄膜の膜厚が増加すると、薄膜からの反射光の光量が増加することを利用してＣＭＰの処理中に薄膜の膜厚を測定する研磨装置が示されている。当該装置は、ターンテーブル（研磨テーブル）の上面に形成された研磨用のパッドに研磨液（スラリー）を供給し、研磨対象の基板のデバイス面をパッドに押し当てて、ターンテーブルと基板との双方を回転させることによってＣＭＰを行う。

基板のデバイス面には、格子状のスクライブライン（ダイシングライン）によって区画された複数のＤｉｅが形成される。スクライブライン上に膜厚モニタ用のマーク部が設けられており、下の層のＣＭＰ加工の過程でマーク部上に、一辺の長さが数十μｍ以上の窪みが形成されている。この窪みにも現在の層に対するダマシンプロセスによって銅が埋め込まれる。この銅は、Ｄｉｅ部の配線パターンに埋め込まれた銅とともにＣＭＰによって研磨される。研磨量が増加すると、ＣＭＰ後に窪みに残存する銅の残膜の膜厚は減少する。

ターンテーブルおよびパッドには、これらをターンテーブルの軸方向に貫通する直径数ｍｍの貫通孔（貫通窓）が形成されている。貫通孔の下方には、膜厚計測部が取り付けられている。ターンテーブルと基板とがそれぞれの回転軸を中心にそれぞれ回転すると、当該貫通孔は、基板に対して相対的に移動する。膜厚測定部は、ＣＭＰ加工中に、貫通孔を通して検査用の光を基板に照射し、基板からの反射光の光量（強度）を測定する。

貫通孔は、スクライブライン上の窪みに形成された残膜を通過する際に、窪みの前後でスクライブライン上の絶縁膜を通過する。絶縁膜の反射率は著しく小さい。このため、貫通孔が窪みに形成された残膜を通過する際に、反射光の強度は、時間軸に対して鋭いピークを示す。膜厚測定部は、この現象によって、スクライブライン上の残膜からの反射光を特定し、その強度を測定し、反射光の強度とスクライブライン上の残膜の膜厚との関係から当該残膜の膜厚を求める。研磨装置は、予め測定されているスクライブライン上の残膜の膜厚と、Ｄｉｅ部分の配線パターンの膜厚との関係に基づいて、配線パターンの膜厚を推定しＣＭＰの終了時期を判定する。

また、特許文献２には、明視野照明系と暗視野照明系とを備え、半導体ウェハにおけるキズ等の欠陥を検査する表面検査装置が示されている。当該明視野照明系は、光源から照明光を照射し、反透鏡を介して、当該照明光を、対物レンズの光軸と、その周辺を含む範囲を通過する光線束として試料に向けて照射し、対物レンズの光軸と試料面との交点に集光させる。暗視野照明系は、異なる光源から照明光を照射し、当該照明光を、対物レンズの投影経路を除く部分に設けられた反射鏡を介して、光軸周辺を除く対物レンズの周縁近傍部分を通過する光線束として試料に向けて照射し、対物レンズの光軸と試料面との交点に集光させる。当該検査装置は、明視野照明系による照明と、暗視野照明系による照明とを交互に切り替える照明光切換手段を備える。当該検査装置は、基板表面の明視野画像と暗視野画像とについて、同じ位置における明視野画像の輝度と、暗視野画像の輝度との差分信号を基板表面の各位置について求め、求めた差分信号の画像を表示する。

図２４は、特許文献２の検査装置による測定信号の処理を説明するための図である。図２４において、信号等はグラフ形式で示されている。グラフＧ１００１は、基板上のキズの断面形状を模式的に示す。横軸は、基板の主面に沿ってキズを横切る方向に延在する座標軸であり、縦軸は、キズ部分のウェハ表面の高さを示している。グラフＧ１００２は、グラフＧ１００１に示される部分を明視野画像データとして捉えた時の輝度信号を示す。明視野画像において、ウェハ面の平滑面部分は正反射光により輝度が高い信号として得られ、キズ部分はその凹凸形状によって輝度が低い信号として得られている。グラフＧ１００３は、グラフＧ１００１に示される部分を暗視野画像として捉えた時の輝度信号を示す。暗視野画像の場合、ウェハ面の平滑面部分は乱反射光（拡散反射光）が極めて少ないので輝度が低い信号として得られ、キズ部分はその凹凸形状によって生じる乱反射光により輝度が高い信号として得られている。

グラフＧ１００４は、グラフＧ１００２の輝度信号からグラフＧ１００３の輝度信号を減算処理した差分信号を示す。より詳細には、グラフＧ１００４は、グラフＧ１００２の各輝度値とグラフＧ１００３の各輝度値とのうち、互いに同一の座標に対応した輝度値同士を対応付けて減算処理をおこなったものである。グラフＧ１００４では、凹凸形状部分と平滑なウェハ面部分との輝度差（コントラスト）が、グラフＧ１００１、Ｇ１００２に比べて強調されて、キズの存在が判りやすくなっている。

特開２０１２−４９２５５号公報 特開２０００−１６２１３４号公報

図２２、図２３を参照しつつ説明した従来手法は、基板上の全てのＤｉｅのうち一部の測定対象Ｄｉｅについて、スクライブライン上の対応する測定用パターンの膜厚を測定する。このため、仮に、測定対象Ｄｉｅ以外のＤｉｅに不具合があっても見逃されてしまう。また、当該手法は、本来測定すべきＤｉｅ内の配線パターンの膜厚に代えて、周囲の測定用パターンの膜厚を測定するので、Ｄｉｅ内の残膜の検出精度が低下する。

特許文献１の研磨装置の膜厚測定部は、基板の研磨中に、スクライブライン上の窪みに残存する銅の残膜からの反射光の強度に基づいて残膜の厚みを測定する。基板とターンテーブルとの双方が回転しているため、基板上のどの部分の窪みに存在する残膜を測定しているのかを特定することは出来ない。また、当該膜厚測定部は、上述の従来手法と同様に、本来測定すべきＤｉｅ内の配線パターンの膜厚に代えて、周囲のスクライブライン上の窪みに残存する残膜の膜厚を測定するので、Ｄｉｅ内の残膜の検出精度が低下する。

特許文献２の表面検査装置は、基板表面の明視野画像と暗視野画像とについて、同じ位置における明視野画像の輝度と、暗視野画像の輝度との差分信号を基板表面の各位置について求め、求めた差分信号の画像を表示する。基板表面に照射された明視野照明光が配線パターンから正反射される反射光の光量は大きいが、絶縁膜から正反射される反射光の光量は非常に小さい。残膜の膜厚が、例えば、５０ｎｍ以下など薄い場合には、明視野照明光は、残膜を透過して、その下の絶縁膜から反射される。このため、明視野画像においては配線パターンの画像の信号値が大きく、残膜と絶縁膜の画像の信号値は小さい。Ｄｉｅ内に残膜が存在する場合には、基板表面に照射された暗視野照明光は、残膜の周囲の絶縁膜と、残膜との境界において拡散反射されて一部が撮像ユニットに入射する一方、境界以外の他の部分からは正反射されるため撮像ユニットに入射しない。このため、暗視野照明画像においては、残膜と、周囲の絶縁膜との境界、すなわち残膜の周縁の画像の信号値が大きく、他の部分の画像の信号値は小さい。このため、明視野画像の信号値と、暗視野画像の信号値との差分信号の画像においては、明視野画像の残膜の周縁部の信号値と、暗視野画像の残膜の周縁部の信号値とが相殺して残膜の周縁部が不明確になる場合があるといった問題がある。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、基板上の絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度を改善できる技術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、第１の態様に係る基板検査装置は、表面の絶縁膜に形成された配線用の凹部に配線材料が埋め込まれることにより半導体の配線パターンを含む配線層が形成された基板を検査する基板検査装置であって、前記基板の前記配線層の表面に明視野照明光を照射する明視野照明系と、前記明視野照明光を照射された前記配線層を撮影して前記配線層の明視野画像を取得する明視野撮像系と、前記基板の前記配線層の表面に暗視野照明光を照射する暗視野照明系と、前記暗視野照明光を照射された前記配線層を撮影して前記配線層の暗視野画像を取得する暗視野撮像系と、を備え、前記配線層の設計された配線パターンのうち着目配線のエッジによって基準エッジを定義したとき、前記配線層の配線パターンの設計データに基づいて前記基準エッジを特定する基準エッジ特定部と、前記明視野画像における配線材料の像のうち前記基準エッジに対応する第１エッジを特定する第１特定部と、前記暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち前記基準エッジに対応する第２エッジを特定する第２特定部と、前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、前記絶縁膜の表面の前記凹部以外の部分における配線材料の残存状況を判定する判定部と、を備える。

第２の態様に係る基板検査装置は、第１の態様に係る基板検査装置であって、前記判定部は、前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報と、前記第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の前記残存状況を判定する。

第３の態様に係る基板検査装置は、第１または第２の態様に係る基板検査装置であって、前記判定部が、配線材料の前記残存状況が許容範囲であると判定した場合に、前記着目配線に対応する前記基板の前記配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚を測定する膜厚測定部をさらに備え、前記判定部は、前記膜厚測定部が測定した配線材料の膜厚に基づいて、配線材料の前記残存状況を再度判定する。

第４の態様に係る基板研磨装置は、第１から第３の何れか１つの態様に係る基板検査装置と、当該基板検査装置の前記判定部が、配線材料の前記残存状況が許容範囲外であると判定した場合に、前記基板の前記配線層の表面を研磨する研磨機構と、を備える。

第５の態様に係る基板検査方法は、表面の絶縁膜に形成された配線用の凹部に配線材料が埋め込まれることにより半導体の配線パターンを含む配線層が形成された基板を検査する基板検査方法であって、前記基板の前記配線層の表面に明視野照明光を照射して前記配線層の明視野画像を取得する明視野画像取得工程と、前記基板の前記配線層の表面に暗視野照明光を照射して前記配線層の暗視野画像を取得する暗視野画像取得工程と、を備え、前記配線層の設計された配線パターンのうち着目配線のエッジによって基準エッジを定義したとき、前記配線層の配線パターンの設計データに基づいて前記基準エッジを特定する工程と、前記明視野画像における配線材料の像のうち前記基準エッジに対応する第１エッジを特定する工程と、前記暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち前記基準エッジに対応する第２エッジを特定する工程と、前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、前記絶縁膜の表面の前記凹部以外の部分における配線材料の残存状況を判定する判定工程と、を備える。

第６の態様に係る基板検査方法は、第５の態様に係る基板検査方法であって、前記判定工程は、前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報と、前記第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の前記残存状況を判定する工程である。

第７の態様に係る基板検査方法は、第５または第６の態様に係る基板検査方法であって、前記判定工程において配線材料の前記残存状況が許容範囲であると判定された場合に、前記着目配線に対応する前記基板の前記配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚を測定する膜厚測定工程をさらに備え、前記判定工程は、前記膜厚測定工程において配線材料の膜厚が測定された場合に、当該測定結果に基づいて、配線材料の前記残存状況を再度判定する工程である。

第８の態様に係る基板研磨方法は、第５から第７の何れか１つの態様に係る基板検査方法の各工程と、当該基板検査方法の前記判定工程において、配線材料の前記残存状況が許容範囲外であると判定された場合に、前記基板の前記配線層の表面を研磨する研磨工程と、を備える。

第１および第５の何れの態様に係る発明によっても、配線層の配線パターンの設計データに基づいて設計された配線パターンのうち着目配線の基準エッジと、明視野画像における配線材料の像のうち基準エッジに対応する第１エッジと、暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち基準エッジに対応する第２エッジとが特定される。そして、基準エッジと第１エッジと第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、絶縁膜の表面の凹部以外の部分における配線材料の残存状況が判定される。従って、絶縁膜に形成された配線用の凹部が設計された配線パターンからずれている場合にも絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度を改善できる。

第２および第６の何れの態様に係る発明によっても、基準エッジと第１エッジと第２エッジとのそれぞれの位置情報と、第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の残存状況が判定される。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度をさらに改善できる。

第３および第７の何れの態様に係る発明によっても、配線材料の残存状況が許容範囲であると判定された場合に、着目配線に対応する基板の配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚が測定され、測定された配線材料の膜厚に基づいて、配線材料の残存状況を再度判定される。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度をさらに改善できる。

第４または第８の何れの態様に係る発明によっても、配線材料の残存状況が許容範囲外であると判定された場合に、基板の配線層の表面が研磨される。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分に残存している配線材料を削減できる。

実施形態に係る基板研磨装置を示す側面模式図である。 図１の基板研磨装置の処理対象の基板を示す平面模式図である。 図２の基板の一部の領域を拡大した平面模式図である。 図１の撮像ユニットと、撮像ユニットが基板を撮像した画像信号の一例を説明する図である。 撮像ユニットの走査を説明する斜視図である。 撮像ユニットが基板を撮像した画像信号の他の一例を説明する図である。 基準エッジと第１エッジと第２エッジとを位置関係の一例を示す模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 基板上の残膜と、各エッジの位置の一例を説明する模式図である。 第２エッジの一例を示す平面模式図である。 第２エッジの一例を示す平面模式図である。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の基板研磨装置の動作の一例を示すフローチャートである。 従来技術に係る残膜の検査を説明するための図である。 従来技術に係る残膜の検査を説明するための図である。 従来技術に係る検査装置の測定信号の処理を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、実施の形態について説明する。以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、以下に参照する各図では、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、各図では、同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。上下方向は鉛直方向であり、回転テーブルに対して基板側が上である。

＜１．基板研磨装置１００＞
基板研磨装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、実施形態に係る基板研磨装置１００を模式的に示す側面模式図である。

基板研磨装置１００は、半導体ウェハ等の基板Ｗの研磨処理を行う。基板Ｗの表面形状は略円形である。基板Ｗの半径は、例えば、１５０ｍｍである。基板研磨装置１００は、基板処理ユニット１を備えている。基板研磨装置１００は、基板処理ユニット１において、基板Ｗを、一枚ずつ研磨処理することができる。

基板Ｗの両主面のうち一方の主面は、複数の半導体チップが形成されるデバイス面である。基板Ｗは、デバイス面を覆う絶縁膜に、配線層間を接続するビアと、配線が形成される溝とが形成され、その上に、バリア膜と、導電性を有する配線材料の膜が順に形成されたものである。絶縁膜（「層間絶縁膜」）は、反応性スパッタ等によって形成されたＳｉＯ_２等の膜である。ビア（「ビアホール」）と溝（「配線溝」、「トレンチ」）とは、配線層の配線パターンの設計データ（「ＣＡＤデータ」）に応じたフォトリソグラフィーおよびエッチング等によって絶縁膜に形成される。バリア膜は、Ｔｉ、ＴｉＮなどの厚さ数ｎｍ程度の膜であり、ビアや溝の壁面に沿ってデバイス面全体を覆うようにスパッタや反応性スパッタ等によって形成され、絶縁膜への配線材料の拡散を抑制する。配線材料の膜（「導電膜」）は、配線材料がビアや配線溝に不足なく充填されるとともに、さらにデバイス面全体を覆うように、スパッタ等によって形成されている。配線材料としては、一般にＣｕが用いられるが、Ｃｕの他に、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの導電性を有する金属が用いられてもよい。

図２、図３は、基板研磨装置１００の処理対象の基板Ｗを示す平面模式図である。図２は、基板Ｗのデバイス面の全体を示し、図３は、図２の基板Ｗの一部の領域を拡大して示している。図２、図３において、基板Ｗは、そのデバイス面を覆う導電膜に対して、ＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）が行われた後の状態で示されている。基板研磨装置１００の研磨機構２が当該ＣＭＰを行っている。基板Ｗ１００のデバイス面の略全域には、ダマシン法によって配線層の配線パターンが形成されている。より詳細には、基板Ｗのデバイス面には、格子状に配設されたスクライブライン２０１によって区画された複数（直径３００ｍｍの基板であれば、例えば、２００〜３００個）のＤｉｅ（半導体チップ）２０２が形成されている。各Ｄｉｅ２０２は、半導体チップの配線パターンを含んでいる。図２２、図２３に示された従来技術に係るＷ１００においては、スクライブライン１２０１に、各Ｄｉｅ１２０２に対応して、膜厚測定のための少なくとも１つの測定用パターン１２０３が形成されている。しかし、基板研磨装置１００の後述する基板検査装置２００は、直接、各Ｄｉｅ内の残膜の有無を測定するので、基板Ｗには、測定用パターン１２０３に相当する測定用パターンを必ずしも設ける必要はない。

基板研磨装置１００は、並設された複数のセル（処理ブロック）（具体的には、インデクサセル１１０および処理セル１２０）と、当該複数のセル１１０，１２０が備える各動作機構等を統括して制御する制御部１３０を備える。制御部１３０は、当該複数のセル１１０，１２０が備える基板搬送装置１５０の制御も行う。

＜インデクサセル１１０＞
インデクサセル１１０は、装置外から受け取った未処理の基板Ｗを処理セル１２０に渡すとともに、処理セル１２０から受け取った処理済みの基板Ｗを装置外に搬出するためのセルである。インデクサセル１１０は、キャリアＣを載置するキャリアステージ１１１と、キャリアＣに対する基板Ｗの搬出入を行う移載ロボットＩＲと、を備える。

キャリアステージ１１１に対しては、複数の未処理の基板Ｗを収納したキャリアＣが、装置外部から、ＯＨＴ(Overhead Hoist Transfer)等によって搬入されて載置される。未処理の基板Ｗは、キャリアＣから１枚ずつ取り出されて装置内で処理され、装置内での処理が終了した処理済みの基板Ｗは、再びキャリアＣに収納される。処理済みの基板Ｗを収納したキャリアＣは、ＯＨＴ等によって装置外部に搬出される。このように、キャリアステージ１１１は、未処理の基板Ｗおよび処理済みの基板Ｗを集積する基板集積部として機能する。なお、キャリアＣの形態としては、基板Ｗを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(Front Opening Unified Pod)であってもよいし、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや、収納された基板Ｗを外気に曝すＯＣ(Open Cassette)であってもよい。

移載ロボットＩＲは、基板Ｗを水平姿勢（基板Ｗの主面が水平な姿勢）で支持することができる。移載ロボットＩＲは、キャリアステージ１１１に載置されたキャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出して、当該取り出した基板Ｗを、後述する搬送ロボット（図示省略）に渡す。また、移載ロボットＩＲは、搬送ロボットから処理済みの基板Ｗを受け取って、当該受け取った基板Ｗを、キャリアステージ１１１上に載置されたキャリアＣに収納する。

＜処理セル１２０＞
処理セル１２０は、基板Ｗに処理を行うためのセルである。処理セル１２０は、基板処理ユニット１と、基板処理ユニット１に対する基板Ｗの搬出入を行う搬送ロボットと、を備える。

当該搬送ロボットと移載ロボットＩＲとは、基板搬送装置１５０である。図１においては、搬送ロボットは、基板処理ユニット１の紙面に垂直な方向の奥側に隠れている。

基板処理ユニット１は、内部に処理空間を形成するチャンバー（「筐体」）１２１を備える。チャンバー１２１には、搬送ロボットがチャンバー１２１の内部にそのハンドを挿入するための搬出入口（図示省略）が形成されている。搬出入口には、制御部１３０の制御に基づいて開閉可能なシャッター（図示省略）が設けられている。シャッターは、基板Ｗのチャンバー１２１内への搬出入時と、研磨機構２と洗浄機構３との間で基板Ｗの受渡しを行う際に開かれ、基板Ｗの処理中は閉じられる。基板処理ユニット１は、搬送ロボットが配置されている空間に、この搬出入口を対向させるようにして配置される。基板処理ユニット１の具体的な構成については、後に説明する。

搬送ロボットは、ハンドによって基板Ｗを保持しつつ搬送するロボットである。当該ハンドは、着脱可能に基板Ｗを保持する。また、搬送ロボットは、ハンドを回転させることによって、デバイス面が下を向いた水平姿勢と、上を向いた水平姿勢との間で基板Ｗの姿勢を変更することができる。搬送ロボットは、基板処理ユニット１から処理済みの基板Ｗを取り出して、当該取り出した基板Ｗを、基板受渡位置において移載ロボットＩＲに渡す。また、搬送ロボットは、基板受渡位置において移載ロボットＩＲから未処理の基板Ｗを受け取って、当該受け取った基板Ｗを、基板処理ユニット１に搬送する。また、搬送ロボットは、研磨機構２と洗浄機構３との間での基板Ｗの授受を行う。

＜制御部１３０＞
制御部１３０は、移載ロボットＩＲ、搬送ロボット、および、基板処理ユニット１の各々の動作を制御する。制御部１３０のハードウエアとしての構成は、一般的なコンピュータと同様のものを採用できる。すなわち、制御部１３０は、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ１１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ１２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ１３およびプログラムＰＧやデータなどを記憶しておく磁気ディスク１４をバスライン２９に電気的に接続して構成されている。バスライン２９には、液晶パネルなどの表示部１４１、および入力部１４２も電気的に接続されている。入力部１４２は、例えば、キーボードやマウスによって構成され、操作者からの指示を受け付け、受け付けた指示を制御部１３０へ入力する。

磁気ディスク１４には、プログラムＰＧの他に、設計データ（「ＣＡＤデータ」）Ｋ１などが記憶される。設計データＫ１は、基板Ｗに設けられる多層の配線層の各層の設計された配線パターンの配設位置および形状等を規定する。磁気ディスク１４には、基板Ｗの処理内容、処理手順、および処理条件を規定するレシピも記憶されている。制御部１３０において、プログラムＰＧに記述された手順に従って主制御部としてのＣＰＵ１１が演算処理を行うことにより、基板研磨装置１００の各部を制御する各種の機能部が実現される。具体的には、ＣＰＵ１１は、基準エッジ特定部１６、第１特定部１７、第２特定部１８、判定部１９としても動作する。

なお、制御部１３０において実現される一部あるいは全部の機能部は、専用の論理回路などでハードウエア的に実現されてもよい。

＜２．基板処理ユニット１の構成＞
基板処理ユニット１は、チャンバー１２１と、チャンバー１２１内にそれぞれ収容された研磨機構２、洗浄機構３、撮像ユニット４、および膜厚測定器５とを備える。チャンバー１２１内は大気圧である。研磨機構２、洗浄機構３、撮像ユニット４、および膜厚測定器５は、制御部１３０と電気的に接続されており、制御部１３０からの指示に応じて動作する。制御部１３０は、プログラムＰＧに記述された手順に従って制御部としてのＣＰＵ１１が演算処理を行うことにより、基板処理ユニット１の各部を制御する。また、搬送ロボットは、研磨機構２および洗浄機構３の何れとも基板Ｗの授受を行うことができる。より詳細には、搬送ロボットは、デバイス面を下に向けた基板Ｗの授受を、研磨機構２のトップリング２２と行い、デバイス面を上に向けた基板Ｗの授受を、洗浄機構３の回転テーブル３１と行う。搬送ロボットは、研磨機構２と洗浄機構３との間で基板Ｗを搬送する際には、経路途中で基板Ｗを反転させてデバイス面の向きを変更する。

＜研磨機構２＞
研磨機構２は、トップリング２２（「ヘッド」）、回転テーブル２３（「研磨テーブル」）、モーター２４、ノズル２５、ドレス２６を備える。回転テーブル２３上には基板Ｗを研磨加工するためのパッド２３ａが貼られており、モーター２４によってその中心軸を中心として回転駆動される。ノズル２５は、不図示の薬液供給機構から供給される研磨液（スラリー）をパッド２３ａ上に吐出する。ドレス２６は、パッド２３ａ上を往復駆動して、パッド２３ａのコンディショニングを行う。

研磨機構２は、トップリング２２を昇降させる昇降機構２７をさらに備える。昇降機構２７は、回転テーブル２３の上方の退避位置と、退避位置の下方の処理位置との間で、トップリング２２を昇降させる。昇降機構２７は、退避位置と処理位置との間の任意の位置にトップリング２２を配置することができる。昇降機構２７は、モーターとボールネジ機構等を備える。

トップリング２２は、回転テーブル２３の上方の退避位置で、デバイス面を下に向けた基板Ｗを搬送ロボットから受け取ると、昇降機構２７に駆動されて回転テーブル２３に近接する処理位置に配置され、基板Ｗの研磨面を回転テーブル２３上のパッド２３ａに押し付ける。トップリング２２は、基板Ｗをパッド２３ａに押しつけた状態で図示しないモーターにより回転駆動される。基板Ｗの研磨処理が終了すると、トップリング２２は、昇降機構２７に駆動されて退避位置に移動し、搬送ロボットに基板Ｗを渡す。

研磨機構２は、基板検査装置２００の判定部１９が、配線材料の残存状況が許容範囲外であると判定した場合に、基板Ｗの配線層の表面を研磨する。

＜洗浄機構３＞
洗浄機構３は、基板Ｗを吸着保持しつつ回転可能な回転テーブル３１と、回転テーブル３１を、その中心軸を中心に回転させるモーター３２と、回転テーブル３１の中心軸を中心とする周方向に回転テーブル３１を取り囲む筒状のガード３４と、ガード３４の下方に設けられた環状の液受部材３３と、昇降駆動部３５と、ガード３４の壁面に設けられたノズル３６とを備える。

昇降駆動部３５は、モーターとボールネジ機構等を備えており、ガード３４をその処理位置と、下方の退避位置との間で昇降させる。昇降駆動部３５は、処理位置と退避位置との間の任意の位置にガード３４を配置することができる。退避位置に配置されたガード３４の上端は、回転テーブル３１の上面よりも下方に位置する。処理位置に配置されたガード３４の上端は、回転テーブル３１に保持された基板Ｗの上面よりも上方に位置する。搬送ロボットが回転テーブル３１と基板Ｗの授受を行うときは、昇降駆動部３５は、退避位置にガード３４を配置する。ノズル３６が基板Ｗに洗浄液を吐出するときには、昇降駆動部３５は、処理位置にガード３４を配置する。

搬送ロボットは、デバイス面を上に向けた基板Ｗを回転テーブル３１に載置する。回転テーブル３１は、受け取った基板Ｗを吸着保持し、モーター３２によって回転される。

ノズル３６は、回転テーブル３１が基板Ｗを回転させている状態で、不図示の洗浄液供給機構から供給される洗浄液を、基板Ｗの中心付近に当たるように吐出する。洗浄液としては、純水、温水、オゾン水、磁気水、還元水（水素水）、各種の有機溶剤（イオン水、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、機能水（ＣＯ２水など）、などが採用される。洗浄液は、基板Ｗの回転による遠心力の影響によって基板Ｗのデバイス面（上面）全体に拡がる。これにより、基板Ｗのデバイス面が洗浄される。基板Ｗの周縁に到達した洗浄液は、周縁から振り切られてガード３４に受けられ、さらに液受部材３３に落下する。液受部材３３に回収された洗浄液は、液受部材３３に接続する不図示のドレイン管によって基板処理ユニット１から排出される。

処理時間が経過して基板Ｗの洗浄が終了すると、モーター３２は、洗浄中よりも高速で回転テーブル３１を回転させる。これにより、基板Ｗ上の洗浄液が基板Ｗから振り切られて基板Ｗが乾燥される。基板Ｗの乾燥が終了すると、後述する撮像ユニット４、膜厚測定器５による残膜の検査が行われる。搬送ロボットは、残膜が無ければ基板Ｗを回転テーブル３１から受け取って基板処理ユニット１から搬出し、残膜があれば基板Ｗを研磨機構２に搬送し、研磨機構２は、基板Ｗに対して、再度、デバイス面の研磨を行う。

＜撮像ユニット４＞
図４は、撮像ユニット４の構成と、撮像ユニット４が基板Ｗのデバイス面を撮像した画像信号の一例を説明する図である。図６は、撮像ユニット４が基板Ｗを撮像した画像信号の他の一例を説明する図である。

撮像ユニット（「撮像装置」、「撮像ヘッド」）４は、基板Ｗの配線層の表面に明視野照明光４７を照射する明視野照明系４１と、基板Ｗの配線層の表面に暗視野照明光４８を照射する暗視野照明系４２とを備える。

撮像ユニット４は、明視野照明光を照射された配線層を撮影して配線層の明視野画像を取得するとともに、暗視野照明光を照射された配線層を撮影して配線層の暗視野画像を取得する撮像系４３をさらに備える。すなわち、撮像系４３は、明視野照明光を照射された配線層を撮影して配線層の明視野画像を取得する明視野撮像系であるとともに、暗視野照明光を照射された配線層を撮影して配線層の暗視野画像を取得する暗視野撮像系でもある。

明視野照明系４１と暗視野照明系４２とは、同様の構成を備えて構成される。明視野照明系４１（暗視野照明系４２）は、例えば、レーザー光源４１ａ（４２ａ）と、光学系４１ｂ（４２ｂ）とを備える。配線材料としてＣｕが使用される場合には、Ｃｕは、赤色の光の反射率が高いので、レーザー光源４１ａ（４２ａ）として、好ましくは、赤色のレーザー光を照射する半導体レーザーなどが採用される。レーザー光源４１ａ（４２ａ）が照射する光の色は、好ましくは、使用される配線材料の反射特性に応じて変動される。配線材料としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕが使用される場合には、これらの反射特性は、Ｃｕの反射特性と類似しているため、レーザー光源４１ａ（４２ａ）が照射する光の波長域を変更する必要は無い。

光学系４１ｂ（４２ｂ）は、例えば、レーザー光源４１ａ（４２ａ）が照射する断面楕円形のレーザー光を断面円形の平行光に整形するコリメータレンズと、当該平行光の断面形状が一方向において細くなるように絞るシリンドリカルレンズとを備え、レーザー光源４１ａ（４２ａ）が照射したレーザー光を、基板Ｗの配線層の表面においてライン光となる明視野照明光４７（暗視野照明光４８）として照射する。暗視野照明系４２のレーザー光源４２ａとして、例えば、近年、開発が進みつつある緑色のレーザー光を照射する半導体レーザーが採用されてもよい。受光素子は、一般に、緑色の波長域の感度が高いからである。

明視野照明系４１が照射した明視野照明光４７は、鏡４４と反透鏡４６とを経て、水平姿勢の基板Ｗの表面に対して鉛直方向に入射する。暗視野照明系４２が照射した暗視野照明光４８は、基板Ｗの表面に、例えば、６０°〜８０°の入射角で斜めに入射する。明視野照明光４７と、暗視野照明光４８とは、基板Ｗの表面の同一位置にライン状に集光される。なお、撮像ユニット４は、明視野照明光４７と暗視野照明光４８とを、同時に基板Ｗの表面に照射しない。

撮像ユニット４は、移動機構４９によって移動される。移動機構４９は、モーターとボールネジ機構等を備え、撮像ユニット４を水平面に沿って互いに直交する２軸の各方向と、鉛直方向とに移動可能である。水平面における当該２軸の一方は、基板Ｗの表面に集光される明視野照明光４７（暗視野照明光４８）のライン光の長手方向と平行である。図５は、撮像ユニット４の走査を説明する斜視図である。なお、図５では、撮像ユニット４から基板Ｗ上に照射される暗視野照明光が４８走査される様子が示されている。移動機構４９が水平面に沿って撮像ユニット４を基板Ｗの上方で走査することによって、撮像ユニット４は、基板Ｗのデバイス面の全域にわたって明視野照明光４７（暗視野照明光４８）を基板Ｗの表面で走査する。

撮像系４３は、受光素子４３ａとしてのラインセンサー（例えば、ラインＣＣＤ）と、入射光を受光素子４３ａに結像する光学系４３ｂとを備える。受光素子４３ａの長手方向は、基板Ｗの表面に集光される明視野照明光４７（暗視野照明光４８）のライン光の長手方向と平行である。光学系４３ｂには、明視野照明光４７が基板Ｗの表面で正反射した正反射光と、暗視野照明光４８が基板Ｗの表面で拡散反射した拡散反射光の一部が入射する。受光素子４３ａの各セルは、受光した反射光の光量に応じた電気信号をそれぞれ出力する。各電気信号は、所定のビット数でＡ／Ｄ変換されて、明視野画像（暗視野画像）を構成するように撮像ユニット４の走査に同期して不図示のフレームメモリに順次に記憶される。より詳細には、明視野照明光４７に対応した電気信号は、明視野画像用のフレームメモリに順次に記憶され、暗視野照明光４８に対応した電気信号は、暗視野画像用のフレームメモリに順次に記憶される。各フレームメモリに記憶された１フレームの画像信号は、明視野画像（暗視野画像）の画像信号として制御部１３０に供給される。

撮像ユニット４は、明視野照明光４７（暗視野照明光４８）を基板Ｗの表面で走査することによって表面全体の明視野画像（暗視野画像）を撮像するが、明視野照明光４７と暗視野照明光４８とが同時に基板Ｗに当たらないように、例えば、明視野照明光４７のみを照射した状態で明視野照明光４７を走査した後に、暗視野照明光４８のみを照射した状態で暗視野照明光４８を走査することによって、明視野画像と暗視野画像とを順次に取得する。撮像ユニット４が明視野照明光４７と暗視野照明光４８との双方を照射した状態で、双方の一方が基板Ｗに到達し、他方が基板Ｗに到達しないように、明視野照明光４７と暗視野照明光４８とを交互に遮光することや、交互に光路を変更することによって、撮像ユニット４が１回の走査で明視野画像と暗視野画像とを取得してもよい。

図４、図６においては、基板Ｗの断面形状が示されている、また、当該断面における明視野画像の画像信号７１と暗視野画像の画像信号７２とがグラフ形式で示されている。図４、図６の例では、基板Ｗは、Ｓｉの層６１の上に、絶縁膜６２が形成されている。絶縁膜６２には、配線用の溝（配線溝）が凹部６３として形成されている。凹部６３を含む基板Ｗのデバイス面の全域に配線材料からなる導電膜が成膜され、ＣＭＰによって余分な配線材料が除かれることによって凹部６３に埋め込み配線６４が形成されている。埋め込み配線６４の周縁部と、絶縁膜６２のうち凹部６３が形成されていない部分の一部には、ＣＭＰによって除去しきれなかった配線材料の残膜６５が存在している。残膜６５は、絶縁膜６２の表面のうち凹部６３以外の部分の上に残存している配線材料を少なくとも含んでいる。

図１４は、第２エッジ８２の一例を示す模式図である。絶縁膜６２のうち凹部６３が形成されていない部分の一部に、ＣＭＰによって除去しきれなかった薄い残膜６５が存在している場合には、明視野照明光４７は、当該残膜６５を透過して下方の絶縁膜から正反射される。このため、当該残膜６５の周縁部には、図１４に示されるように、各エッジ８０〜８２のうち第２エッジ８２のみが存在する。基板検査装置２００は、この現象に基づいて絶縁膜６２の表面のうち凹部６３以外の部分に残存している薄い残膜６５を検出することもできる。

図４に示される残膜６５の最も厚い部分の膜厚は、残膜６５の表面から明視野照明光４７が正反射可能な膜厚の下限値（例えば、５０ｎｍ）よりも大きい一方、図６の残膜６５の最も厚い部分の膜厚は、当該下限値よりも小さい。このため、明視野照明光４７は、図４の残膜６５のうち当該下限値より厚い部分と、埋め込み配線６４との双方から正反射され、残膜６５のうち当該下限値よりも薄い部分からは正反射されない。このため、残膜６５が薄い図６の明視野画像の画像信号７１には、絶縁膜６２上の残膜６５に対応する信号が含まれていない一方、残膜６５が厚い図４の画像信号７１には、絶縁膜６２上の残膜６５に対応する信号が含まれている。

また、図４、図６の何れにおいても、暗視野画像の画像信号７２は、明視野画像の画像信号７１のうち残膜６５に対応する信号の外側にピークを有している。さらに、残膜６５が薄い図６の場合には、絶縁膜６２上の残膜６５に対応する明視野画像の画像信号７１は得られていないが、当該残膜６５に対応する暗視野画像の画像信号７２のピークは得られている。

＜膜厚測定器５＞
膜厚測定器（「膜厚測定部」）５は、基板Ｗ上の配線材料の膜厚を測定する。膜厚測定器５としては、例えば、一般的な干渉計が採用される。膜厚測定器５は、移動機構５９によって移動される。移動機構５９は、モーターとボールネジ機構等を備え、膜厚測定器５を水平面に沿って互いに直交する２軸の各方向と、鉛直方向とに移動可能である。

膜厚測定器５は、移動機構５９に移動されることによって、配線層の設計された配線パターンのうち着目配線に対応する基板Ｗの配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚を測定する。膜厚測定器５は、配線材料の残存状況が許容範囲であると判定部１９が判定した場合に、当該対象部分の膜厚を測定する。膜厚測定器５は、測定した膜厚を制御部１３０に供給する。

＜３．基板検査装置２００＞
基板検査装置２００は、表面の絶縁膜に形成された配線用の凹部に配線材料が埋め込まれることにより半導体の配線パターンを含む配線層が形成された基板Ｗを検査する。配線用の凹部には、配線層間を接続するビアと、配線を形成するための溝との少なくとも一方が含まれる。撮像ユニット４と、膜厚測定器５とは、基板研磨装置１００が備える基板検査装置２００の構成要素である。また、制御部１３０は、基板検査装置２００の構成要素としても動作する。すなわち、基板検査装置２００は、撮像ユニット４と、膜厚測定器５と、制御部１３０とを備えている。上述のように、制御部１３０のＣＰＵ１１は、基準エッジ特定部１６、第１特定部１７、第２特定部１８、判定部１９としても動作する。

図７は、配線層の設計された配線パターンのうち着目配線８９の基準エッジ８０と、基準エッジ８０にそれぞれ対応する第１エッジ８１、第２エッジ８２との位置関係の一例を示す模式図である。基準エッジ特定部１６は、例えば、配線層の配線パターンの設計データに基づいて、基板Ｗの配線層に含まれる複数のＤｉｅ２０２の中から特定のＤｉｅを特定し、その設計された配線パターンの一部を着目配線８９として特定する。図７では、便宜上、着目配線８９は、閉じた矩形の配線であるが、着目配線８９としては、配線パターンに応じて種々の形状の配線が特定され得る。また、着目配線８９は、少なくとも１つのエッジを有する配線である。従って、着目配線８９は、閉じた領域の配線に限定されない。

基準エッジ特定部１６は、配線層の配線パターンの設計データに基づいて基準エッジ８０を特定（「抽出」）する。基準エッジ８０は、配線層の設計された配線パターンのうち着目配線８９のエッジである。設計データは、通常、２値化された画像データである。基準エッジ特定部１６は、設計データに微分フィルター処理等を行うことで基準エッジ８０を特定する。

第１特定部１７は、明視野画像における配線材料の像のうち基準エッジ８０に対応する第１エッジ８１を特定（「抽出」）する。具体的には、第１特定部１７は、例えば、先ず、明視野画像を所定の閾値を基準に２値化し、微分フィルターを適用することによって明視野画像の二値化されたエッジ画像を取得する。第１特定部１７は、当該エッジ画像に、例えば、ラベリング処理を適用してエッジ群を特定し、エッジ群の中から基準エッジ８０に対して着目配線８９とは反対側にあり、かつ、基準エッジ８０に最も近いエッジを第１エッジ８１として特定する。

第２特定部は１８、暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち基準エッジ８０に対応する第２エッジ８２を特定（「抽出」）する。具体的には、第２特定部１８は、例えば、先ず、暗視野画像を所定の閾値を基準に２値化することによって暗視野画像の二値化されたエッジ画像を取得する。第２特定部１８は、当該エッジ画像に、例えば、ラベリング処理を適用して同一画素値を有する各画素が連結することによって形成された全ての連結領域のそれぞれからなるエッジ群を特定し、エッジ群の中から基準エッジ８０に対して着目配線８９とは反対側にあり、かつ、基準エッジ８０に最も近いエッジを第２エッジ８２として特定する。

判定部１９は、基準エッジ８０と第１エッジ８１と第２エッジ８２とのそれぞれの位置情報に基づいて、絶縁膜６２の表面の凹部６３以外の部分における配線材料の残存状況を判定する。すなわち、判定部１９は、残膜６５のうち、絶縁膜６２の表面の凹部６３以外の部分に形成された膜の残存状況を判定する。判定部１９による判定については後述する。

＜４．基板研磨装置１００の動作＞
図１６〜図２１は、基板検査装置２００を備える基板研磨装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

基板研磨装置１００は、基板検査装置２００の移載ロボットＩＲと搬送ロボットとによってキャリアＣから研磨されていない基板Ｗを基板処理ユニット１に搬入し（図１６のステップＳ１０）、搬送ロボットが基板Ｗのデバイス面を下に向けて、基板Ｗを研磨機構２のトップリング２２に渡す。トップリング２２は、退避位置において搬送ロボットから基板Ｗを受け取る。

トップリング２２は、処理位置に移動し、回転している回転テーブル２３上のパッド２３ａに基板Ｗを押し当てる。パッド２３ａには、予め、ノズル２５からスラリーが供給されてドレス２６によってパッド２３ａ上に拡げられている。トップリング２２が回転することによって基板Ｗが回転され、デバイス面が研磨される（ステップＳ２０）。所定の処理時間が経過すると研磨機構２による基板Ｗのデバイス面の研磨が完了し、トップリング２２は、回転を停止して退避位置に上昇し、搬送ロボットに基板Ｗを渡す。搬送ロボットは、受け取った基板Ｗのデバイス面を上に向けて、基板Ｗを洗浄機構３の回転テーブル３１に載置する。

回転テーブル３１は、基板Ｗを受け取ると吸着保持して所定の回転速度で回転する。ノズル３６は、洗浄液を回転されている基板Ｗの中央付近に吐出する。これにより、基板Ｗのデバイス面の洗浄が行われる（ステップＳ３０）。

所定の処理時間が経過して基板Ｗの洗浄が完了すると、ノズル３６は、洗浄液の吐出を停止し、洗浄機構３は、回転テーブル３１をさらに高速で回転させる。これにより、基板Ｗ上に残留している洗浄液が基板Ｗの周縁に移動し、基板Ｗから排出されて基板Ｗの乾燥が行われる（ステップＳ４０）。所定の処理時間が経過すると洗浄機構３は回転テーブル３１の回転を停止させる。

基板検査装置２００の撮像ユニット４は、移動機構４９によって基板Ｗの上方の所定高さの位置に移動される。基板検査装置２００は、撮像ユニット４による基板Ｗの検査を行う（ステップＳ５０）。

具体的には、撮像ユニット４の暗視野照明系４２が暗視野照明光４８の照射を停止した状態で明視野照明系４１が明視野照明光４７を鉛直方向下向きに基板Ｗのデバイス面に照射し、移動機構４９が水平面内の所定の搬送経路に沿って撮像ユニット４を移動させつつ、撮像系４３が明視野照明光４７の配線層からの正反射光を受光して基板Ｗの配線層の明視野画像を取得する（図１７のステップＳ１１０）。明視野照明系４１は、明視野照明光４７の照射を停止し、撮像系４３は、所得した明視野画像を制御部１３０に供給する。

暗視野照明系４２は、暗視野照明光４８の照射を開始して、暗視野照明光４８を所定の入射角で基板Ｗのデバイス面に照射し、移動機構４９が水平面内の所定の搬送経路に沿って撮像ユニット４を移動させつつ、撮像系４３が暗視野照明光４８の配線層からの拡散反射光を受光して基板Ｗの配線層の暗視野画像を取得する（図１７のステップＳ１２０）。暗視野照明系４２は、暗視野照明光４８の照射を停止し、撮像系４３は、取得した暗視野画像を制御部１３０に供給する。

ＣＰＵ１１の基準エッジ特定部１６は、磁気ディスク１４から設計データＫ１を読み出して設計データＫ１に微分フィルター処理等を行うことで設計データのエッジ画像を取得する（ステップＳ１３０）。

ＣＰＵ１１の第１特定部１７は、明視野画像を所定の閾値を基準に２値化し、微分フィルターを適用することによって明視野画像の二値化されたエッジ画像を取得する（ステップＳ１４０）。

次に、各特定部１６〜１８が、基準エッジ８０、第１エッジ８１、第２エッジ８２を特定する（ステップＳ１５０）。

具体的には、基準エッジ特定部１６は、例えば、配線層の配線パターンの設計データに基づいて、基板Ｗの配線層に含まれる複数のＤｉｅ２０２の中から特定のＤｉｅを特定し、その設計された配線パターンの一部を着目配線８９として特定する。基準エッジ特定部１６は、図１７のステップＳ１３０で取得した設計データのエッジ画像の各エッジから着目配線８９のエッジを基準エッジ８０として特定する。すなわち、基準エッジ特定部１６は、配線層の配線パターンの設計データに基づいて基準エッジ８０を特定する（図１８のステップＳ２１０）。

第１特定部１７は、明視野画像における配線材料の像のうち基準エッジ８０に対応する第１エッジ８１を特定する（図１８のステップＳ２２０）。具体的には、第１特定部１７は、図１７のステップＳ１４０で取得した明視野画像の二値化されたエッジ画像に、ラベリング処理等を適用してエッジ群を特定し、エッジ群の中から基準エッジ８０に対して着目配線８９とは反対側にあり、かつ、基準エッジ８０に最も近いエッジを第１エッジ８１として特定する。

第２特定部は１８、暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち基準エッジ８０に対応する第２エッジ８２を特定する（図１８のステップＳ２３０）。具体的には、第２特定部１８は、例えば、先ず、暗視野画像を所定の閾値を基準に２値化することによって暗視野画像の二値化されたエッジ画像を取得する。第２特定部１８は、当該エッジ画像に、例えば、ラベリング処理を適用してエッジ群を特定し、エッジ群の中から基準エッジ８０に対して着目配線８９とは反対側にあり、かつ、基準エッジ８０に最も近いエッジを第２エッジ８２として特定する。

次に、判定部１９が残膜の有無の判定を行う（図１７のステップＳ１６０）。具体的には、判定部１９は、各エッジ８０〜８２の位置情報による残膜の有無の判定を行う（図１９のステップＳ３１０）。

図８〜図１３は、基板Ｗ上の残膜６５と、各エッジ８０〜８２の位置の一例を説明する模式図である。図８〜図１３においては、基板Ｗの断面模式図と、当該断面における各エッジ８０〜８２を重ねて表示した画像の一部が示されている。基板Ｗは、配線層に形成された絶縁膜６２に凹部６３が形成されており、凹部６３にダマシン法によって埋め込み配線６４が形成されている。図８、図９、図１１、図１２においてはＣＭＰによって除去しきれなかった配線材料の残膜６５が、埋め込み配線６４と絶縁膜６２との境界部分に存在している。図８、図１１においては、残膜６５の最も厚い部分の膜厚は、明視野照明光４７が残膜６５の表面から正反射可能な下限の膜厚値Ｄ１よりも厚い。図９、図１２においては、残膜６５の最も厚い部分の膜厚は、当該膜厚値Ｄ１よりも薄い。

また、図８〜図１０においては、凹部６３は、設計された配線パターン通りに形成されているのに対して、図１１〜図１２においては、凹部６３は、設計された配線パターン通りに形成されていない。より詳細には、凹部６３は、設計された配線パターンの凹部よりも絶縁膜６２側に若干拡がっている。

図８においては、残膜６５が厚いため、各エッジの位置が互いに異なっている。埋め込み配線６４から絶縁膜６２に向かって、基準エッジ８０、第１エッジ８１、第２エッジ８２が順に並んでいる。基準エッジ８０は、凹部６３の側壁に対応した部分に存在し、第１エッジ８１は、残膜６５の膜厚が、上記の膜厚値Ｄ１となる部分に存在し、第２エッジ８２は、残膜６５と、絶縁膜６２との境界部分に存在している。

図９においては、残膜６５が薄いため、第１エッジ８１が凹部６３の側壁部分に存在している。これにより基準エッジ８０と第１エッジ８１とが略重なった（略一致した）状態で凹部６３の側壁部分に存在している。第２エッジ８２は、図８と同様に、残膜６５と、絶縁膜６２との境界部分に存在している。

図１０においては、残膜６５が存在していないため、各エッジ８０〜８２は、凹部６３の側壁部分において略重なって（略一致して）存在している。

図１１においては、設計配線パターンと凹部６３とがずれているが、残膜６５の膜厚が厚いため、基準エッジ８０は、設計パターンに従った位置に存在し、第１エッジ８１は、残膜６５の膜厚が、上記の膜厚値Ｄ１となる部分に存在し、第２エッジ８２は、残膜６５と、絶縁膜６２との境界部分に存在している。

図１２においては、設計配線パターンと凹部６３とがずれており、残膜６５の膜厚が薄いため、基準エッジ８０は、設計パターンに従った位置に存在し、第１エッジ８１は、形成された凹部６３の側壁部分に存在し、第２エッジ８２は、残膜６５と、絶縁膜６２との境界部分に存在している。

図１３においては、残膜６５は存在しないが、設計配線パターンと凹部６３とがずれているため、基準エッジ８０が設計パターンに従った位置に存在し、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが凹部６３の側壁部分に略重なって（略一致して）存在している。

なお、図９、図１０、図１３においては、２つ以上のエッジが略重なっているが、実際には二値化の閾値の設定等の要因により、完全に一致することは稀である。このため、判定部１９は、２つのエッジ間の距離が所定値よりも短い場合に、当該２つのエッジが重なっている（一致している）と判断する。

そこで、判定部１９は、図１９のステップＳ３１０の判定処理において、先ず、３つのエッジ８０〜８２の位置が一致しているか否かを判定する（図２０のステップＳ４１０）。一致している場合には、判定部１９は、判定結果として「残膜無し」を設定し（ステップＳ４５０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。判定部１９は、例えば、各エッジを横切る座標軸における各エッジの一部画素の座標の値や、各エッジを構成する各画素の座標の平均値などを各エッジの位置として取得する。

ステップＳ４１０の判定の結果、３つのエッジ８０〜８２の位置が一致しない場合には、判定部１９は、３つのエッジ８０〜８２の位置が互いに異なるか否かを判定する（図２０のステップＳ４２０）。当該判定において３つエッジの位置が互いに異なると判定された場合には、判定部１９は、判定結果に「残膜有り」を設定し（図２０のステップＳ４４０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

ステップＳ４２０の判定において、３つのエッジ８０〜８２の位置が互いに異なるわけではないと判定された場合、判定部１９は、第１エッジ８１と第２エッジ８２との位置が一致しているか否かを判定する（ステップＳ４３０）。

ステップＳ４３０の判定の結果、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが一致する場合は、図１３に示される状態であるので、判定部１９は、凹部６３が設計された配線パターンからずれているものの、残膜６５は存在しないと判断して判定結果として「残膜無し」を設定し（ステップＳ４５０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

ステップＳ４３０の判定の結果、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが一致していない場合には、図９に示される状態であるので、判定部１９は、薄い残膜６５が存在していると判断して判定結果に「残膜有り」を設定し（図２０のステップＳ４４０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

判定部１９が図１９のステップＳ３１０の処理に代えて、ステップＳ３１０Ａを行ってもよい。この場合、判定部１９は、基準エッジ８０の位置と、第２エッジ８２の位置とが一致するか否かを判定する（図２１のステップＳ５１０）。

基準エッジ８０の位置と、第２エッジ８２の位置とが一致する場合には、判定部１９は、図１０の場合に相当する判断して、判定結果に「残膜無し」を設定し（ステップＳ５４０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

ステップＳ５１０の判定の結果、基準エッジ８０の位置と、第２エッジ８２の位置とが一致していない場合には、判定部１９は、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが一致しているか否かを判定する（図２１のステップＳ５２０）。

ステップＳ５２０の判定の結果、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが一致している場合には、図１３の場合に相当すると判断して、判定部１９は、判定結果に「残膜無し」を設定し（ステップＳ５４０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

ステップＳ５２０の判定の結果、第１エッジ８１と第２エッジ８２とが一致していない場合には、図８、図９、図１１、図１２の何れかのケースに相当すると判断し、判定部１９は、判定結果に「残膜有り」を設定し（ステップＳ５３０）、処理は図１９のステップＳ３２０に移される。

図２１のステップＳ３１０Ａの処理においても、判定部１９は、基準エッジ８０と第１エッジ８１と第２エッジ８２とのそれぞれの位置情報に基づいて、絶縁膜６２の表面の凹部６３以外の部分における配線材料の残存状況を判定する。すなわち、判定部１９は、残膜６５のうち、絶縁膜６２の表面の凹部６３以外の部分に形成された膜の残存状況を判定する。

図２０に示されるステップＳ３１０の処理または図２１に示されるステップＳ３１０Ａの処理が行われて、処理が図１９のステップＳ３２０に戻されると、判定部１９は、判定結果に「残膜無し」が設定されているか否かを判定する（ステップＳ３２０）。

当該判定の結果、判定結果が「残膜無し」であれば、処理は図１６のステップＳ６０に戻される。

ステップＳ３２０の判定の結果、判定結果が「残膜無し」でなければ、判定部１９は、第２エッジ８２の形状に関する評価値を演算する（ステップＳ３３０）。具体的には、判定部１９は、ローパスフィルター処理を経て、第２エッジの信号波形の周波数解析等を行って、第２エッジが波打っているか否かを示す周波数の分布や振幅などを、評価値として演算する。

図１５は、第２エッジ８２の一例を示す模式図である。残膜６５が存在する場合には、その周縁の形状は、図１５に示されるように波打っていることが少なくない。そこで、判定部１９は、ステップＳ３２０の評価値に基づいて、第２エッジ８２が波打っているか否かを判定する。

具体的には、判定部１９は、形状に関する当該評価値が、波打が存在しない場合の所定の判定基準を満たすか否かを判定する（ステップＳ３４０）。評価値が判定基準を満たす場合には、判定部１９は、処理をステップＳ３５０に移し、評価値が判定基準を満たさない場合には、判定結果を「残膜有り」に変更して処理を図１６のステップＳ６０に移す。

処理が図１５のステップＳ３５０に移されると、ＣＰＵ１１は、膜厚の測定対象部を特定する（ステップＳ３５０）。具体的には、ＣＰＵ１１は、着目配線８９に対応する基板Ｗの配線層上の部分と所定の相対位置関係となる、配線層上の対象部分を特定する。

移動機構５９は、膜厚測定器５を当該測定対象部の上方に移動させ、膜厚測定器５は、測定対象部の配線材料の膜厚を測定する（ステップＳ３６０）。膜厚測定器５が当該膜厚を測定する測定対象部の個数を減らすことができるので、タクトタイムの増大を抑制できる。

判定部１９は、ステップＳ３６０の測定結果が、残膜６５が存在しない場合に対応する判定基準を満たすか否かを判定する（ステップＳ３７０）。

ステップＳ３７０の判定の結果、膜厚の測定結果が判定基準を満たさない場合には、処理は、図１６のステップＳ６０に戻され、膜厚の測定結果が判定基準を満たす場合には、判定結果を「残膜有り」に変更して処理を図１６のステップＳ６０に移す。

なお、図１９に示される第２エッジ８２の形状に基づく残膜の有無の判定処理（ステップＳ３３０〜と３４０）と、膜厚の測定結果に基づく残膜の有無の判定処理（ステップＳ３５０〜Ｓ３８０）とのうち双方の処理、若しくは何れか一方の処理が行われなくてもよい。

図１９のステップＳ１６０の処理が終了して、処理が図１６のステップＳ６０に戻されると、判定結果として「残膜有り」または「残膜無し」が設定されている。

ＣＰＵ１１は、判定結果が「残膜無し」であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。当該判定の結果、判定結果が「残膜有り」、すなわち、配線材料の残存状況が許容範囲外であった場合には、搬送ロボットが基板Ｗを研磨機構２に戻して研磨以下の工程が再度繰り返される。

ステップＳ６０の判定の結果、「残膜無し」であれば、搬送ロボットは、基板Ｗを基板処理ユニット１から搬出し（ステップＳ７０）、移載ロボットＩＲを介してキャリアＣに収容する。これにより、図１６に記載の基板研磨装置１００の動作が終了する。

以上のように構成された本実施形態に係る基板検査装置と、以上のような本実施形態に係る基板検査方法の何れによっても、配線層の配線パターンの設計データに基づいて設計された配線パターンのうち着目配線の基準エッジと、明視野画像における配線材料の像のうち基準エッジに対応する第１エッジと、暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち基準エッジに対応する第２エッジとが特定される。そして、基準エッジと第１エッジと第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、絶縁膜の表面の凹部以外の部分における配線材料の残存状況が判定される。従って、絶縁膜に形成された配線用の凹部が設計された配線パターンからずれている場合にも絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度を改善できる。

また、本実施形態に係る基板検査装置および基板検査方法の何れによっても、基準エッジと第１エッジと第２エッジとのそれぞれの位置情報と、第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の残存状況が判定される。これにより、第２エッジの形状の波打ち等に基づいて残膜の有無を判定できる。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度をさらに改善できる。

また、本実施形態に係る基板検査装置および基板検査方法の何れによっても、配線材料の残存状況が許容範囲であると判定された場合に、着目配線に対応する基板Ｗの配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚が測定され、測定された配線材料の膜厚に基づいて、配線材料の残存状況を再度判定される。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分における配線材料の残存状況の判定精度をさらに改善できる。

また、本実施形態に係る基板検査装置および基板検査方法の何れによっても、配線材料の残存状況が許容範囲外であると判定された場合に、基板Ｗの配線層の表面が研磨される。従って、絶縁膜の配線用の凹部以外の部分に残存している配線材料を削減できる。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００ 基板研磨装置
２００ 基板検査装置
２ 研磨機構
３ 洗浄機構
４ 撮像ユニット
４１ 明視野照明系
４２ 暗視野照明系
４３ 撮像系（明視野撮像系、暗視野撮像系）
４７ 明視野照明光
４８ 暗視野照明光
５ 膜厚測定器

Claims (8)

1. 表面の絶縁膜に形成された配線用の凹部に配線材料が埋め込まれることにより半導体の配線パターンを含む配線層が形成された基板を検査する基板検査装置であって、
   前記基板の前記配線層の表面に明視野照明光を照射する明視野照明系と、
   前記明視野照明光を照射された前記配線層を撮影して前記配線層の明視野画像を取得する明視野撮像系と、
   前記基板の前記配線層の表面に暗視野照明光を照射する暗視野照明系と、
   前記暗視野照明光を照射された前記配線層を撮影して前記配線層の暗視野画像を取得する暗視野撮像系と、
   を備え、
   前記配線層の設計された配線パターンのうち着目配線のエッジによって基準エッジを定義したとき、
   前記配線層の配線パターンの設計データに基づいて前記基準エッジを特定する基準エッジ特定部と、
   前記明視野画像における配線材料の像のうち前記基準エッジに対応する第１エッジを特定する第１特定部と、
   前記暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち前記基準エッジに対応する第２エッジを特定する第２特定部と、
   前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、前記絶縁膜の表面の前記凹部以外の部分における配線材料の残存状況を判定する判定部と、
   を備える、基板検査装置。
2. 請求項１に記載の基板検査装置であって、
   前記判定部は、
   前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報と、前記第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の前記残存状況を判定する、基板検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の基板検査装置であって、
   前記判定部が、配線材料の前記残存状況が許容範囲であると判定した場合に、前記着目配線に対応する前記基板の前記配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚を測定する膜厚測定部をさらに備え、
   前記判定部は、
   前記膜厚測定部が測定した配線材料の膜厚に基づいて、配線材料の前記残存状況を再度判定する、基板検査装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の基板検査装置と、
   当該基板検査装置の前記判定部が、配線材料の前記残存状況が許容範囲外であると判定した場合に、前記基板の前記配線層の表面を研磨する研磨機構と、
   を備える、基板研磨装置。
5. 表面の絶縁膜に形成された配線用の凹部に配線材料が埋め込まれることにより半導体の配線パターンを含む配線層が形成された基板を検査する基板検査方法であって、
   前記基板の前記配線層の表面に明視野照明光を照射して前記配線層の明視野画像を取得する明視野画像取得工程と、
   前記基板の前記配線層の表面に暗視野照明光を照射して前記配線層の暗視野画像を取得する暗視野画像取得工程と、
   を備え、
   前記配線層の設計された配線パターンのうち着目配線のエッジによって基準エッジを定義したとき、
   前記配線層の配線パターンの設計データに基づいて前記基準エッジを特定する工程と、
   前記明視野画像における配線材料の像のうち前記基準エッジに対応する第１エッジを特定する工程と、
   前記暗視野画像における配線材料のエッジの像のうち前記基準エッジに対応する第２エッジを特定する工程と、
   前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報に基づいて、前記絶縁膜の表面の前記凹部以外の部分における配線材料の残存状況を判定する判定工程と、
   を備える、基板検査方法。
6. 請求項５に記載の基板検査方法であって、
   前記判定工程は、
   前記基準エッジと前記第１エッジと前記第２エッジとのそれぞれの位置情報と、前記第２エッジの形状とに基づいて、配線材料の前記残存状況を判定する工程である、基板検査方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の基板検査方法であって、
   前記判定工程において配線材料の前記残存状況が許容範囲であると判定された場合に、前記着目配線に対応する前記基板の前記配線層上の部分と所定の相対位置関係となる対象部分において配線材料の膜厚を測定する膜厚測定工程をさらに備え、
   前記判定工程は、
   前記膜厚測定工程において配線材料の膜厚が測定された場合に、当該測定結果に基づいて、配線材料の前記残存状況を再度判定する工程である、基板検査方法。
8. 請求項５から請求項７の何れか１つの請求項に記載の基板検査方法の各工程と、
   当該基板検査方法の前記判定工程において、配線材料の前記残存状況が許容範囲外であると判定された場合に、前記基板の前記配線層の表面を研磨する研磨工程と、
   を備える、基板研磨方法。

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