JP2782473B2 - 材料表面検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、結晶材料その他の材料の表面上の欠陥など
の測定評価を高速かつ確実に行えるようにした材料表面
検査装置に関する。

［従来の技術］ 従来、半導体ウエハなどの結晶材料その他の材料の表
面上の欠陥などを測定および観察する装置が知られてい
る。例えば、特開昭60-101942号公報や特公昭62-33744
号公報には、ウェハ状試料（被検体）に対してエッチン
グなどの処理を施すことにより生じるエッチピット（結
晶欠陥に起因する窪みまたは溝）などの欠陥を測定およ
び観察する装置が開示されている。

第19図に、従来のこの種の結晶材料の欠陥を測定およ
び観察する装置の概略構成を示す。

同図において、１は評価測定対象（被検体）としての
エッチングなどの処理を施したウェハ試料、２はこのウ
ェハ試料１を載置するステージを示す。このステージ２
は、縦方向（Ｘ方向、図の紙面に垂直な方向）、横方向
（Ｙ方向、図の左右方向）、および高さ方向（Ｚ方向、
図の上下方向）に移動できるように、パルスモーター
（ステッピングモーター）などを有する駆動機構（各方
向のステージ）2b,2c,2dを備えている。３はX,Y,Z方向
の各ステージ2b,2c,2dの各パルスモータに対する駆動信
号を送出するパルスモータコントローラ、13はパルスモ
ータコントローラ３からの駆動信号に基づいてパルス信
号をパルスモータに出力するパルスモータドライバを示
す。

４はステージ２に載置されたウェハ試料１を観察およ
び計測するための顕微鏡を示す。この顕微鏡４には、試
料１を照明する光源である照明ランプ（ハロゲンラン
プ）５と、試料１の静止画像を撮影するためのTVカメラ
６とが取付けられている。14は顕微鏡４の自動焦点機構
を制御する顕微鏡コントロールユニットを示す。

また、７は前記TVカメラ６により静止画像データを入
力しこの画像データに基づいて試料１のエッチピットな
どの欠陥を評価する画像処理装置、８は前記ステージ２
のパルスモータコントローラー３および画像処理装置７
などとの間でデータや命令の送受信を行い、取り込んだ
画像データの処理などを指示するコンピュータを示す。
９は画像処理装置７に取り込んだ画像データを表示する
ためのモニタである。

以上のような構成を有する従来装置において、試料の
表面の検査は以下のように行われる。

まず、試料１をステージ２上にセットする。コンピュ
ータ８はパルスモータコントローラ３に対し指令を与
え、ステージ２をあらかじめ設定された位置で停止する
ように移動させる。そして、照明ランプ５の照明下で、
顕微鏡４を通した試料１の拡大像を得る。この拡大像
は、TVカメラ６を介して画像データとして画像処理装置
７に画像入力される。次に、画像処理装置７およびコン
ピュータ８において、この画像データを画像処理し、結
晶欠陥の分布、個数、形状および密度などを計測（算
出）評価する。

以上の処理が終了すると、試料１の次の測定位置にス
テージ２を移動し、静止した状態で前記と同様な処理を
繰り返す。このようにして、ウェハ試料の欠陥を測定評
価する。

第20A図は、ウェハ試料１の全面を測定する様子を示
す。各矩形41は顕微鏡４を通して拡大像を得ることので
きる観察範囲、言い換えれば画像データを１度に取り込
むことが可能な範囲（例えば、0.5mm×0.5mmあるいは1m
m×1mm程度の範囲）を示す。ステージ２を移動させ、観
察範囲である各矩形領域41を矢印42のような順で順次計
測していき、ウェハ試料１は全面の欠陥を測定する。

第20B図は、ウェハ試料１の所定の箇所を測定する様
子を示す。各矩形43は、第20A図の矩形41と同じ顕微鏡
４を通して拡大像を得ることのできる観察範囲を示す。
ステージ２を移動させ、観察範囲である各矩形領域43を
順に計測していき、ウェハ試料１のこれらの範囲の欠陥
を測定する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述したような従来の材料表面検査装
置では、画像データ取得時にステージ２を一旦静止さ
せ、停止期間中に画像データを処理するため、ステージ
２の移動速度を上げることができない。また、ステージ
移動時間と画像データを処理する時間とが別になる。し
たがって、一つの試料に対する計測時間が長くなり、特
に第20A図のようにウェハ全面にわたり測定を行なう場
合には、装置の処理能力が低い。例えば、従来の市販の
装置を用いて、直径がφ６インチの半導体ウェハの全面
を計測すると、約10時間の計測時間を必要とした。

さらに、被検体であるウェハ試料上にゴミなどの異物
が付着している場合や、ウェハ試料上に傷がある場合
は、これらと検査すべきエッチピットとを識別すること
が困難であった。これらのゴミや傷が計測の誤差となら
ないように画像処理装置７やコンピュータ８においてエ
ッチピットとそれ以外のものとを形状認識することも考
えられるが、これらを十分に区別することはできない。

本発明は、上述した事情に鑑み、ステージの移動速度
を高め、かつ画像入力のためにステージを静止させるこ
となく、所要の画像入力をきわめて簡単かつ適切に行う
ことができ、従来より高速な材料表面検査装置を得るこ
とを目的とする。また本発明は、被検体の表面上にゴミ
などの異物や傷がある場合でも、誤差なく確実にエッチ
ピットとそれ以外のものを識別することのできる材料表
面検査装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る材料表面検査装置は、平板状の被検体の
表面を観察・検査する材料表面検査装置であって、該被
検体を載置して移動可能なステージと、該ステージ上の
被検体を照明する照明手段と、該被検体の一部分の像を
画像データとして取込む撮像手段と、該画像データに基
づいて被検体の欠陥を評価する画像処理手段と、上記ス
テージの移動途中において、これに載置された被検体が
所定位置に至ったとき、これに同期して、上記照明手段
を閃光させるとともに、上記撮像手段により画像データ
を取込む同期制御手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、平板状の被検体の表面であって複数
の方向性のいずれかを有するものに分類される欠陥を有
する表面を観察・検査する材料表面検査装置であって、
複数の異なる波長の照明光を、各波長の照明光によりそ
れぞれ対応して各方向性の欠陥の像が得られるように、
該被検体表面に対してそれぞれ異なる方向から入射させ
て、該被検体表面を照明する照明手段と、該複数の異な
る波長の照明光による被検体の像を、それぞれ波長別の
画像データとして取込む撮像手段と、該波長別の画像デ
ータに基づいて被検体の前記欠陥を他のものと区別して
評価する画像処理手段とを具備することを特徴とする。

さらに本発明は、平板状の被検体の表面であって複数
の方向性のいずれかを有するものに分類される欠陥を有
する表面を観察・検査する材料表面検査装置であって、
該被検体を載置して移動可能なステージと、複数の異な
る波長の照明光を、各波長の照明光によりそれぞれ対応
して各方向性の欠陥の像が得られるように、該ステージ
上の被検体の表面に対してそれぞれ異なる方向から入射
させて、該被検体表面を照明する照明手段と、該複数の
異なる波長の照明光による被検体の一部分の像を、それ
ぞれ波長別の画像データとして取込む撮像手段と、該波
長別の画像データに基づいて被検体の前記欠陥を他のも
のと区別して評価する画像処理手段と、上記ステージの
移動途中において、これに載置された被検体が所定位置
に至ったとき、これに同期して、上記照明手段を閃光さ
せるとともに、上記撮像手段により波長別の画像データ
を取込む同期制御手段とを具備することを特徴とする。
この場合、被検体の位置に同期して照明手段の閃光と画
像データの取込みを行う代りに、ステージの移動開始の
時点から所定の時間間隔で、上記照明手段を閃光させ、
画像データを取込むようにしてもよい。

画像処理手段は、例えば波長別の各画像データ間で排
他的論理和を算出することにより被検体の欠陥を評価す
る。

前記ステージは、好ましくは、前記被検体を載置する
ステージ板と、該ステージ板を高速に移動させる駆動機
構とを備える。また、前記照明手段としては例えばスト
ロボライトを用いる。前記撮像手段は、好ましくは、自
動焦点機構を有する顕微鏡と、該顕微鏡に取付けられた
画像素子とを備える。

［作用］ 本発明によれば、ステージ上に載置された例えばウェ
ハ試料などの被検体を高速で移動させながら、ステージ
に載置された被検体が所定位置に至ったとき、あるいは
所定時間間隔で、照明手段を閃光させ同時に撮像手段に
より画像データを静止画像として取込むことができる。
この画像データを画像処理することにより、ウェハ試料
の欠陥の計測評価を自動的にしかも高効率に行えるもの
である。

また、複数の異なる波長の照明光を、被検体表面に対
してそれぞれ異なる所定の方向から入射させ、得られた
波長別の画像データに基づいて被検体の欠陥を評価する
ようにすれば、被検体上のゴミや傷などによる計測誤差
を可及的に除去できる。

［実施例］ 以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係る材料表面検査
装置の概略構成を示す。同図において、前述した第19図
と同一または相当する部分には、同一の部分を付してそ
の説明は省略する。

第１図において、2aはウェハを固定するためのバキュ
ームチャック付きのサンプルステージ、2b,2c,2dはそれ
ぞれパルスモーターを有するX,Y,Z方向の電動式ステー
ジ駆動機構を示す。サンプルステージ2aはθ方向（Ｚ方
向回りの回転方向）の回転駆動機構（不図示）を内蔵し
ている。これらの駆動機構によりステージをＸ（縦方
向）,Y（横方向）,Z（高さ方向），θ（回転方向）に高
速に移動させることができる。このようなステージ駆動
機構2a,2b,2c,2d、パルスモータードライバ13、パルス
モーターコントローラー３により、ウェハ試料１のいず
れの場所も顕微鏡４の視野内に入るように、ステージ２
を精密に移動させることができる。

顕微鏡４には、TVカメラ６、ストロボライト11、およ
び顕微鏡４の自動焦点機構を制御する顕微鏡コントロー
ルユニット14が取付けられている。

第２図は、第１図の装置のストロボライト11、顕微鏡
４およびTVカメラ６などの部分の概略を示す断面図であ
る。15はハーフミラーを示す。ストロボライト11から出
射した光は、ハーフミラー15により反射され、顕微鏡４
の光学系を介して被検体であるウェハ試料１に照射され
る。ウェハ試料１からの光は、ハーフミラー15を透過し
てTVカメラ６に入射する。

再び第１図を参照して、12はトリガ発生装置を示す。
トリガ発生装置12は、パルスモーターコントローラ３か
ら取り出した信号に基づいて、ストロボ発光および画像
取り込み用のトリガ信号を生成する。ストロボ発光用の
トリガ信号はストロボドライバ10に出力され、これに応
じてストロボドライバ10はストロボ11を閃光させる。画
像取り込み用のトリガ信号は画像処理装置７に出力さ
れ、これに応じて画像処理装置７はTVカメラ６から画像
データを取り込む。したがって、ストロボ閃光タイミン
グと同期して、ウェハ試料１の高速移動状態でのウェハ
表面の顕微鏡瞬時画像を静止画像として取り込むことと
なる。画像処理装置７は、コンピュータ８と共働して、
この画像データに基づき試料１の欠陥の計測評価を行
う。

以上のような構成を有する装置において、試料１の表
面の検査は以下のように行われる。

まず、試料１をステージ２上にセットする。コンピュ
ータ８はパルスモータコントローラ３に対し所定のパル
ス信号を出力するよう指令を与える。パルスモータコン
トローラ３は、コンピュータ８からの指令に基づき、ス
テージ２が所定の方向に連続的に高速移動するように
（例えば、第20A図に示すように、検査範囲である矩形
領域41が矢印42のような順で順次計測されるように）、
ステージ２の各パルスモーターに対してパルス信号を出
力する。これにより、ステージ２は連続的に（すなわち
ステップ移動でなく）移動する。

トリガ発生装置12は、パルスモータコントローラ３か
ら出力されるパルス信号に基づき、ストロボ発光および
画像取り込み用のトリガ信号を生成する。具体的には、
パルスモーター（ステッピングモーター）コントローラ
３からモーター駆動用（ステージ駆動用）のパルス信号
を取り出し、このパルス信号を分周することによりトリ
ガ信号を生成している。ステッピングモーターは１パル
ス信号により１ステップ進む。例えば、10相のステッピ
ングモーターでは、所定のパルス信号が１個入力すると
モーターは1/10回転する。パルス信号が１個入力するこ
とによりステージが１μｍ進むとし、またこのパルス信
号を1/1000に分周した信号をトリガにすると、ステージ
２が1mm（1000μｍ）進むごとにトリガ発生装置12から
トリガ信号が出力される。このトリガ信号に応じて、ス
トロボドライバ10はストロボ11を発光させ、画像処理装
置７は画像データの取り込みを行う。この場合、ステー
ジ２の移動速度にかかわらず、ステージ２の移動距離
（すなわち、ステージ２の位置）に応じて画像データの
取り込みが成される。

画像処理装置７による画像データの取り込みは、まず
ストロボ11の発光下で顕微鏡４を通した試料１の拡大像
を得、この拡大像をTVカメラ６を介して画像データとし
て画像処理装置７に画像入力する。次に、画像処理装置
７およびコンピュータ８において、この画像データを画
像処理し、結晶欠陥の分布、個数、形状および密度など
を計測（算出）する。

以上の処理は、試料１を移動しながら連続的に行う。
例えば、第20A図のように、観察範囲である各矩形領域4
1が矢印42のように順で観察されるように試料１を連続
的に移動し、移動している間に上記の計測を行う。この
ようにして、ウェハ試料１の欠陥を測定する。

ステージは連続的に移動し、停止せずに、ストロボの
発光により画像データを取込み、ステージの移動中に画
像処理（計測）を行っているので、従来例のようにステ
ージの移動・停止を繰返すことがなく、ステージの移動
中に画像処理を行う分、処理スピードが上がる。ステー
ジの移動速度は画像処理の処理速度まで上げることがで
き、全体の処理スピードはほぼ画像処理の速度に依存す
ることとなる。上述の従来例の処理速度を上げようとす
ると、ステージは急加速・急停止を繰返さなければなら
ず、装置が大掛かりとなる。また、従来例のようにスト
ロボは使用せず、ステージを連続的に移動させて画像デ
ータ取込みを行うことも考えられるが、画像が流れてし
まい（いわゆるブレた写真のようになる）計測できな
い。

なお、上述の従来装置で計測したところ１画面当たり
の処理時間が１〜２秒であったが、上記の実施例の装置
では１画面当り11/10〜2/10秒であった。

なお、上述したウェハ試料１を載置するサンプルステ
ージ2aの移動制御は、XYZの３軸で行っているが、結晶
欠陥の分布を知るためには上記移動（表面のスキャン）
には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、第
３図のようにサンプルステージ2aを回転させながら、顕
微鏡４の対物レンズ4aをウェハ１の中心部から横または
縦方向に移動させて画像を取り込み、ウェハ１の結晶欠
陥を測定評価するようにしてもよい。この場合、ステー
ジは一定速度で高速回転させておき、対物レンズは視野
範囲の幅づつ横にステップ移動させ、各位置で一周分の
画像をストロボによりサンプリング取り込みする。取り
込み画像はリング状のデータを集めたようなイメージと
なる。

またステージ２の駆動系においても、本実施例ではパ
ルスモーターを用いたが、これに限定されることなく、
サーボモーターあるいは超音波モーターなど各種の駆動
系を用いることができる。

さらに、トリガ発生装置12のタイミング信号を作り出
す機能をコンピュータ８で代用させ、コンピュータ８で
トリガ信号を作り出してもよい。また、トリガ発生装置
をステージ駆動コントローラ３またはストロボ11のドラ
イブ回路部10に内蔵しても良い。ステージ部（モーター
部）にエンコーダ（センサ）を取り付けて、その信号か
らトリガ信号を生成してもよい。

また、パルスモータコントローラ３から出力される位
置情報に応じてトリガ信号を出力するようにしている
が、これに限らず、測定開始時点から所定の時間間隔で
画像データを取り込み測定するようにしてもよい。

さらに、ここではストロボを用いた画像入力について
述べてきたが、ストロボを用いず同様の効果の得られる
機構を備えてもよい。例えば、CCDなどの固体撮像カメ
ラにおいて撮像素子が電気的なシャッター機能を持つシ
ャッターカメラや、撮像素子の前に高速のシャッターを
備えたTVカメラを用いても、全く同様な効果を得ること
ができる。

次に、第４〜18図を参照して、第２の実施例を説明す
る。

第４図は、本発明の第２の実施例に係る材料表面検査
装置の概略構造を示す。同図において、前述した第19図
と同一または相当する部分には、同一の番号を付してそ
の説明は省略する。

第４図において、2aはウェハを固定するためのバキュ
ームチャック付きのサンプルステージ、2eはサンプルス
テージ2aをθ方向（Ｚ方向回りの回転方向）に回転させ
るθステージ駆動機構である。θステージ駆動機構2eは
X,Y,Z方向の電動式ステージ駆動機構2b,2c.2dの上に構
成されている。このようなステージ駆動機構2b,2c,2d、
パルスモータードライバ13、パルスモーターコントロー
ラー３により、ウェハ試料１のいずれの場所も顕微鏡４
の視野内に入るように、ステージ２を精密に移動させる
ことができる。また、試料１を回転させ角度を換えるこ
とにより次に述べる照射光の方向と欠陥の方向を合致さ
せることができる。

顕微鏡４には、異なった波長の単色光を特定の方向か
ら照射するための光学系17が設けられている。光源５は
一般的なハロゲンランプであるが、この光学系17おける
カラーフィルタとスリットによる暗視野照明（後述す
る）により上記のような異なった波長の単色光の特定方
向からの照射を実現している。TVカメラ６はカラーのTV
カメラであり、照射光である異なった波長の単色光の波
長別に画像を取り込める。

このような照明とTVカメラ６により得られたカラーの
顕微鏡画像の画像データは画像処理装置７に入力し、画
像処理装置７およびコンピュータ８によりウエハ試料１
の欠陥の計測評価が行われる。

第４図の装置の動作を詳細に説明する前に、ウエハ試
料の表面に現れる欠陥であるエッチピットにつき説明す
る。

ウエハ試料の表面に現れるエッチピットは、ある特定
の面しか持たないものが多い。例えば、シリコン（Si）
ウエハの面（100）の積層欠陥のエッチピットは、面（1
10）に平行な方向に長く、面（100）とは11°程度の角
度を持った面で形成されている。

第５図は、Siウエハ50の表面の酸素による積層欠陥
（OSF）を示す。第６図はSiウエハ表面のOSFエッチピッ
トの操作形電子顕微鏡（SEM）による像、第７図は１つ
のエッチピットのSEM像を示す。第８図は第７図のＬ−
Ｌ′断面図を示す。なお、実際のエッチピットの大きさ
は幅２〜３μｍ、長さ10数μｍ程度であり、第５図では
拡大して図示している。

第５〜８図において、Siウエハ50における酸素による
積層欠陥（OSF）の場合、エッチピットとしては51a,51
b,51c,51dの４つの方向の結晶面しか現れない。したが
って、ある一方向の照射光を当てることにより一つの方
向の結晶面のみを観測することができる。

第９図は、Siウエハ50の表面上のエッチピット51に、
異なる２つの方向から別波長の光を照射している様子を
示す。52は顕微鏡４（第４図）の対物レンズなどの光学
系、53は対物レンズを示す。光学系52は対物レンズ53の
近傍に照射光の光路変更用のミラー56,57を備えてい
る。

この実施例の装置では、赤色の照射光の光束54と青色
の照射光の光束55を光学系52に導入し、図のようにそれ
ぞれミラー56,57にて反射させる。これにより、Siウエ
ハ50の表面に対し別の方向から赤色光束54と青色光束55
を入射させる。Siウエハ50の表面の各光束54,55の入射
位置にエッチピット51が存在していたとする。上述した
ようにエッチピット51としては、特定の結晶面が現れ
る。第９図のようにエッチピット51が面58と面59とから
なる場合、図の左側から入射している青色光束55はエッ
チピット51の面59で反射され、面58に入射する。面58は
Siウエハ50の表面にほぼ垂直に切り立っているので、以
後この青色の光が対物レンズ53に至ることはない。一
方、図の右側から入射している赤色光束54はエッチピッ
ト51の面59で反射され、上方に向かって対物レンズ53に
入射する。そして、赤色の反射光60として検出される。

第10図は、第４図の光学系17および顕微鏡４の部分断
面図を示す。同図において、光源５はハロゲンランプ61
を有する。光学系17は、集光レンズ62、およびフィルタ
64を有する。顕微鏡４は、ハーフミラー78、対物レンズ
53、照射光の光路変更用ミラー56,57,集光レンズ63を有
する。フィルタ64の代りに付番65の位置に同様のフィル
タを設置してもよい。

第11図は、フィルタ64（または65）を示す。フィルタ
64は、中央部に遮光領域73を、周辺部に遮光領域74を有
する。75a〜75dは所定の波長の光を透過する４つの透過
光領域である。この実施例では、領域75a,75cが赤色光
束を透過し、領域75b,75dが青色光束を透過するように
してある。

第10,11図を参照して、赤色と青色の２つの光を異な
る方向からウエハ50の表面に入射させる方式を説明す
る。

光源５のランプ61から射出した光（白色）は、集光レ
ンズ62により平行光束71となり、フィルタ64に入射す
る。フィルタ64の領域75a〜75dを透過した光は、四半域
ごとに交互に赤と青が隣合っている断面がリング状の光
束76,77となり、ハーフミラー78に至る。光束76,77はハ
ーフミラー78で反射され、さらに光路変更用ミラー56,5
7で反射されて、ウエハ50に至る。以上のようにして、
波長の異なる（赤と青）光をそれぞれウエハ50の表面に
対して異なる方向から入射させる。

上述したようにエッチピットの態様により所定の方向
から入射した光のみが反射光として対物レンズ53に入射
する。この反射光はハーフミラー78を透過し、集光レン
ズ63を介してTVカメラ６の撮像面80に至る。これにより
TVカメラ６による画像データの取得が成される。TVカメ
ラ６はカラーカメラであるから、赤色の反射光の画像デ
ータと青色の反射光の画像データを分離して取得するこ
とができる。

なお、第10図の構成では付番64あるいは65の位置にフ
ィルタを設置し、ウエハに入射する光を分光している
が、付番81の位置にフィルタを設置し反射光を分光する
ようにしてもよい。

以上のようにして得た各波長ごとの反射光の画像デー
タは、第４図に画像処理装置７およびコンピュータ８に
おいて加算することにより、すべての欠陥を観測でき
る。

一方、ウエハ表面のゴミなどの異物に光を照射した場
合には、いずれの方向から光を照射した場合でも画像に
現れる。以上のことから４つの方向の照射光より得たそ
れぞれの画像間で排他的論理和（EX-OR）を取ることに
より、ウエハ表面のごみなどの異物のみを画面から消去
すること、あるいは簡単に消去可能な程度まで異物の画
像レベルを下げることができる。

第12図は、このような画像処理により異物や傷に係る
画像データを除去している様子を示す。ウエハ試料50上
には複数のエッチピット51のほかゴミ91が存在してい
る。このウエハ試料50に、青色光束と赤色光束とを平面
図で見て互いに直交するような方向から入射させて、各
色における画像データを得る。92は青色光束による画像
データ、93は赤色光束による画像データをそれぞれ示
す。青色光束による画像データ92は、図の縦方向に沿う
エッチピットとゴミ91の像91aを含む。赤色光束による
画像データ93は、図の横方向に沿いエッチピットとゴミ
91の像91bを含む。

94は各色別の画像データ92,93の排他的論理和（EX-O
R）をとった画像データである。排他的論理和をとるこ
とにより、ゴミの像データ91a,91bが消去され、エッチ
ピットの像データのみが残っている。

なお、付番95に示すように２つのエッチピットが重な
る部分は、単純に排他的論理和を取るのみでは消去され
てしまうので、ゴミなどと区別するための処理を行って
いる。これは例えば、第13図に示すように画像データ10
1を一旦膨脹させ、画像データ102のように重なり領域10
3を小さくしてから穴埋めし、画像データ104のようにす
る。その後、画像データ104を収縮（細線化）し、適正
な画像データ105を得ればよい。

また、エッチピットの重なりは、得られた画像の周囲
長さ対面積を求めることによっても判断することができ
る。

第14図は、周囲長さ対面積を円形状の像と長方形状の
像とで求めたグラフである。横軸が周囲長さ、縦軸が面
積Ｓを示す。111は円形状の像の周囲長さ対面積のグラ
フ、112は長方形状の像の周囲長さ対面積のグラフであ
る。これらを分離する場合は、例えば判断したい像の周
囲長さと面積を算出し、ハッチ領域113に入るなら長方
形状、ハッチ領域113に入らないなら円形状と判断でき
る。

一般に、酸素による積層欠陥が原因となって表出する
エッチピットでは長さがばらついているが、長さのヒス
トグラムを計測し、ある一定の以上の周囲長さがある場
合はピットが重なっていると判断できる。例えば第14図
で、平均の周囲長さが35μｍとすると点Ｂに位置するピ
ットは２つ重なっていると判断する。

以上のような処理はコンピュータ８および画像処理装
置７において比較的簡単なソフトウエアで実現すること
ができ処理も高速である。

第15A〜18B図は、上記の実施例により測定したウエハ
の結晶構造を示す写真である。

第15A図はウエハ上の酸素による積層欠陥であるエッ
チピットを示す写真であり、左方にある楕円形のものは
ウエハ上のゴミである。第15B図は第15A図の２値化像
で、ゴミの像は２値化してもそのまま残ることがわか
る。

第16A図および第17A図は、本装置により色別に光照射
方向を変えて第15A図と同じ場所を撮影したものであ
る。エッチピットはそれぞれ一方向のものに分解でき
る。第16B図および第17B図は、第16A図および第17A図を
それぞれ２値化したものである。

第18A図および第18B図は、第16B図および第17B図との
間での画像の排他的論理和（EXOR）演算を行ったデータ
およびその反転画像である。第18A図および第18B図で
は、ゴミがほとんど消えており、画像処理で消せる程度
の点になっていることがわかる。

なお、上記の実施例では、カラーTVカメラで容易に分
離可能な２色の照射光（例えば赤（Ｒ）と青（Ｂ）を用
いて、対向する結晶面に（第５図51a,51bおよび51c,51
d）同色の光を照射し、カラーTVカメラから同時に得ら
れるＲ画面とＢ画面の画面間演算を行うことでゴミの画
像を消去し、結晶欠陥を測定・評価している。この実施
例で用いた試料はシリコンウエハであり、表出している
結晶面は４つであるから、２色の照射光で十分であった
が、これに限らず、他の半導体、例えばGaAsのように６
つの結晶面が表出しているような場合は照射光の種類を
増やすなどにより対応可能である。

光源についてはハロゲンランプとフィルタを用いた
が、これに限定することなく単色光を発することができ
ればどのような光源でもよい。

上記の実施例では計測対象を結晶材料（ウェハ）とし
て述べてきたが、本発明の適用対象はこえに限られな
い。例えば、結晶材料に限定せず他の物質（ガラスなど
の非晶質、あるいはセラミックスなどの多結晶など）の
計測および評価に応用することもできる。

上記第２の実施例で光源をストロボライトとして第１
の実施例で説明したような制御を行ってもよい。すなわ
ち第１の実施例と第２の実施例とを組み合わせることも
できる。このような組み合わせにより、非常に高速度で
かつゴミや傷の影響を排除した正確なエッチピットの測
定評価を行うことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係わる材料表面検査装
置によれば、ステージ上の被検体の表面積像をステージ
の位置に同期して照明手段を閃光させ同時に画像データ
を画像処理手段に取り込むようにしているので、ステー
ジを静止させることなく、かつステージの移動速度の変
動の影響をうけない正確な位置での画像データの取込み
により、結晶などの被検体の欠陥の計測を行うことがで
きる。したがって、被検体の欠陥の計測や評価を高速に
処理することが可能で、これにより装置の処理能力を増
大させるという優れた効果がある。

また、複数の異なる波長の照明光を被検体表面に対し
てそれぞれ異なる所定の方向から入射させ、その波長別
の画像データを得て被検体の欠陥を評価するようにして
いるので、被検体の表面上にゴミなどの異物や傷がある
場合でも、誤差なく確実にエッチピットとそれ以外のも
のを識別することができ、精度のよい測定評価が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成ブロック図、 第２図は、第１図の装置のストロボライト、顕微鏡およ
びTVカメラなどの部分の概略断面図、 第３図は、サンプルステージと顕微鏡の動作の一例を示
す斜視図、 第４図は、本発明の第２の実施例に係る材料表面検査装
置の概略構成を示すブロック図、 第５図は、Siウエハの表面の酸素による積層欠陥（OS
F）を示す図、 第６図は、Siウエハ表面のOSFエッチピットの結晶構造
を示す走査形電子顕微鏡（SEM）写真、 第７図は、１つのエッチピットの結晶構造を示す走査形
電子顕微鏡写真、 第８図は、第７図のＬ−Ｌ′断面図、 第９図は、Siウエハの表面上のエッチピットに、異なる
２つの方向から別波長の光を照射している様子を示す断
面図、 第10図は、第４図の光学系17および顕微鏡４の部分断面
図、 第11図は、フィルタを示す図、 第12図は、画像処理により異物や傷を除去している様子
を示す概念図、 第13図は、画像データを膨脹および収縮させてエッチピ
ットの重なりを判別する様子を示す概念図、 第14図は、周囲長さ対面積を円形状の像と長方形状の像
とで求めたグラフ、 第15A〜18B図は、上記の実施例により測定したウエハの
結晶構造を示す写真、第19図は、従来の材料欠陥計測装
置の概略構成ブロック図、 第20A図はおよび第20B図は、被検体であるウエハの欠陥
を測定する様子を示す平面図である。 １……ウェハ試料、2a……サンプルステージ、2b,2c,2d
……ステージ駆動機構、３……パルスモータコントロー
ラー、４……顕微鏡、６……TVカメラ、７……画像処理
装置、８……コンピュータ、９……モニタディスプレ
イ、10……ストロボドライバ、11……ストロボランプ、
12……トリガ信号発生装置、13……パルスモータドライ
バ、14……顕微鏡コントロールユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−251705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−101942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−167841（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−212386（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63449（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−128730（ＪＰ，Ｕ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の被検体の表面のエッチピットを検
   出・評価する装置であって、 被検体を載置するステージと、 該ステージを移動させる移動手段と、 前記ステージの移動中に前記移動手段と同期して、波長
   の異なる複数の照明光を異なる方位から被検体が所定の
   測定位置に達した際に閃光投射する照明手段と、 前記複数の波長の異なる照明光の被検体からの反射光を
   それぞれ波長別の画像データとして取り込む撮像手段
   と、 前記波長別の各画像データ相互を論理演算し、得られた
   画像がエッチピットによるものか異物によるものかを識
   別するとともに、該識別に際し、画像データに数値解析
   処理を加えることによってエッチピットの重複部分を判
   定する演算処理手段とを備え、 該演算処理手段による画像解析処理は、前記ステージ
   の、ある測定位置から次の測定位置への移動中に行われ
   ることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】前記演算処理手段によるエッチピットと異
   物の識別及びエッチピットの重複部分の判定は画像デー
   タの排他的論理和処理と、画像の周囲長さと面積との比
   を評価する処理とを組み合わせて行うことを特徴とする
   装置。
3. 【請求項３】前記演算処理手段は得られた画像データを
   拡大縮小することによってエッチピットの重複部処理を
   行うことを特徴とする請求項１に記載の装置。