JP4375596B2

JP4375596B2 - Surface inspection apparatus and method

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Publication number: JP4375596B2
Application number: JP2002276160A
Authority: JP
Inventors: 義典林; 博明遊田; 光男高畑; 宏治泉妻; 弘美長濱; みゆき清水; 淳田邊; 和彦浜谷
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp; Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004109094A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の板状の試料表面を光学的に検査する表面検査装置及び方法に係り、詳しくは、光源装置から試料の表面に光を照射した状態で試料表面の画像を取得し、その画像に基づいて試料表面の欠陥（キズ、汚れ、埃等）を検出するようにした表面検査装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハの表面のキズを検出する表面検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の表面検査装置は、単一の光源から検査光が照射される半導体ウエハの表面を暗視野環境のもとで撮像装置により撮影し、その撮像装置により得られた画像に基づいて半導体ウエハ表面のキズを検出している。半導体ウエハ表面の微細なキズに検査光が照射されると、その検査光がその照射方向（光軸方向）に対してある方向に偏った強度分布となる光となってそのキズから進み出る。そのような光が撮像装置に入射すると、撮像装置にて得られる画像にキズに対応した輝点が現れる。その画像内の輝点に基づいて半導体ウエハ表面の欠陥を検出することができる。
【０００３】
このように半導体ウエハ表面の微細なキズに検査光が照射された際にそのキズから進み出る光の強度分布は、そのキズに対する検査光の照射方向（光軸方向）に依存することから、半導体ウエハと光源及び撮像装置の位置関係を固定的にしておくと、半導体ウエハ表面のキズのうち検出できないものがでてきてしまう。そこで、前記従来の表面検査装置では、半導体ウエハ表面に対する検査光の入射角（検査光の光軸と半導体ウエハ表面とのなす角度）を一定に保持した状態で半導体ウエハを所定角度（例えば、９度）ずつ回転させるようにしている。そして、複数の回転位置において撮像装置により得られた複数の画像内の輝点の状態からキズを検出している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−８２６０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハ表面のキズ等の欠陥が微細になればなるほど（例えば、結晶性欠陥）、その欠陥に検査光が照射された際にそのキズから進み出る光の強度分布の検査光に対する角度依存性が高くなる（純粋な回折現象に近くなる）。このため、前述したような従来の表面検査装置において微細な欠陥に対する検出精度を上げようとすると、半導体ウエハの回転角度ピッチを小さくしてより多くの角度位置にて半導体ウエハの画像を取得しなければならない。このようにより多くの角度位置にて半導体ウエハの画像を取得するようにすると、撮像のために半導体ウエハを停止させる回数が増加すると共にその画像処理の回数も増加してしまい、その結果、検査時間が長くなるという問題がある。
【０００６】
また、従来の表面検査装置では、半導体ウエハを回転させることにより半導体ウエハ表面内での検査光の照射方向は変化するものの、半導体ウエハ表面に対する検査光の入射角は固定されている。このため、従来の表面検査装置では、前述したように半導体ウエハの回転角度ピッチをどんなに小さくしても、まだ捕捉し得ない欠陥が存在する可能性がある。
【０００７】
このような問題を解決するため、半導体ウエハの傾きを変えることのできるチルト機構を備えたものが知られている。このようなチルト機構により、光源の位置が固定されていたとしても、検査光の照射方向を半導体ウエハ表面に垂直な面内において変えることができるようになる。しかし、このようなチルト機構を設けた場合、表面検査装置の構造が複雑になるという問題があり、また、半導体ウエハを複数の傾き角度にて検査しなければならず、前記と同様に検査時間が長くなるという問題がある。
本発明は、前述したような問題を解決するためになされたもので、構造を複雑にすることなく、効率的により精度良く欠陥の検出ができるようにした表面検査装置及び方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る表面検査装置は、板状の試料をその表面を所定方向に向けた状態で回転させる試料回転機構と、前記試料回転機構の駆動制御を行う駆動制御手段と、前記試料の表面に対して所定の位置関係にて設置され、前記試料表面を撮影する撮像装置と、検査光を前記試料表面に同時に照射する複数の光源と、前記駆動制御手段の制御のもと前記試料回転機構により回転される前記試料の表面を前記撮像装置にて撮影して得られる複数の試料画像から前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備え、検査光を前記試料表面に同時に照射する前記複数の光源を、前記試料を挟んで対向することなく、それらからの検査光の光軸が平行にならないように設置し、前記複数の光源は、前記試料表面に平行な面に対する各検査光の光軸の投影線のなす角度がゼロより大きい所定の角度となるという水平方向条件を満たすように設置された２つの光源を少なくとも含み、前記駆動制御手段は、前記所定の角度に前記水平方向条件を満たす光源の数を乗じて得られる角度単位に前記試料を回転させるよう前記試料回転機構を制御するようにした構成となる。
【０００９】
このような表面検査装置では、試料を挟んで対向することなく設置された複数の光源から光軸が平行とならずに検査光が同時に試料表面に照射されるので、試料表面の各欠陥からは複数の検査光のそれぞれに対してある角度依存性をもって光が進み出るようになる。従って、各欠陥から進み出る光の検査光に対する角度依存性が高くなっても、撮像装置にてより多くの欠陥から進み出る光を同時に捕捉できるようになる。また、前記複数の光源が、前記試料表面に平行な面に対する各検査光の光軸の投影線のなす角度がゼロより大きい所定の角度となるという水平方向条件を満たすように設置された２つの光源を少なくとも含むことから、前記試料表面内での検査光の照射方向が実質的に少なくとも２つとなるので、前記試料を回転させる回転角度ピッチをより大きくすることができるようになる。更に、所定の角度に前記水平方向条件を満たす光源の数を乗じて得られる角度単位に前記試料を回転させるようにしているので、単一の検査光を試料面に照射した状態で前記試料を前記水平方向条件における前記所定の角度単位に回転させた場合と同等の精度にて欠陥の検出が可能となる。即ち、試料を回転させる角度ピッチをより大きくすることができる。
【００１０】
また、各検査光の光軸の試料表面との交点が試料の回転と共に試料表面を移動せずに安定した条件で試料表面に対する各検査光の照射が可能となるという観点から、前記複数の光源をそれらからの検査光の光軸が前記試料表面の回転中心で交わるように設置した構成とすることが好ましい。
【００１３】
前記水平方向条件を満たす少なくとも２つの光源は、それらからの検査光の前記試料表面に対する入射角が同じになるように設置された構成とすることもできる。
【００１６】
本発明に係る表面検査装置は、板状の試料をその表面を所定方向に向けた状態で回転させる試料回転機構と、前記試料回転機構の駆動制御を行う駆動制御手段と、前記試料の表面に対して所定の位置関係にて設置され、前記試料表面を撮影する撮像装置と、検査光を前記試料表面に同時に照射する複数の光源と、前記駆動制御手段の制御のもと前記試料回転機構により回転される前記試料の表面を前記撮像装置にて撮影して得られる複数の試料画像から前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備え、検査光を前記試料表面に同時に照射する前記複数の光源を、前記試料を挟んで対向することなく、それらからの検査光の光軸が平行にならないように設置し、前記複数の光源は、前記試料表面に平行な面に対する各検査光の光軸の投影線のなす角度がゼロより大きい所定の角度となるという水平方向条件を満たすように設置された２つの光源を少なくとも含み、前記複数の光源は、更に、少なくとも前記試料表面に対する各検査光の入射角が異なるという垂直方向条件を満たすように設置された２つの光源を含むように構成される。
【００１７】
このような構成により、試料を挟んで対向することなく設置された複数の光源から光軸が平行とならずに検査光が同時に試料表面に照射されるので、試料表面の各欠陥からは複数の検査光のそれぞれに対してある角度依存性をもって光が進み出るようになる。従って、各欠陥から進み出る光の検査光に対する角度依存性が高くなっても、撮像装置にてより多くの欠陥から進み出る光を同時に捕捉できるようになる。また、前記複数の光源が、前記試料表面に平行な面に対する各検査光の光軸の投影線のなす角度がゼロより大きい所定の角度となるという水平方向条件を満たすように設置された２つの光源を少なくとも含むことから、前記試料表面内での検査光の照射方向が実質的に少なくとも２つとなるので、前記試料を回転させる回転角度ピッチをより大きくすることができるようになる。更に、前記複数の光源が、少なくとも前記試料表面に対する各検査光の入射角が異なるという垂直方向条件を満たすように設置された２つの光源を含むので、試料の傾きを変えなくても撮像装置にてより多くの欠陥から進み出る光を補足できるようになる。
【００１８】
前記垂直方向条件を満たす少なくとも２つの光源は、それらの光軸が前記試料表面に垂直な同一平面内に含まれるように設置されるように構成することができる。
【００１９】
前記欠陥検出手段は、回転される前記試料の表面を前記撮像装置にて撮影して得られる複数の角度位置での試料画像から角度補正を行いつつ単一の試料画像に対応した合成画像を生成する画像合成手段を有するように構成することができる。
【００２０】
このような構成により、複数の角度位置での試料画像に含まれる各欠陥を表す部分が合成画像に集約されるので、欠陥の属性（位置、形状、大きさ、数等）をより正確に判断することができるようになる。
【００２１】
更に、前記画像合成手段は、回転される前記試料の表面を前記撮像装置にて撮影して得られる複数の角度位置での試料画像のそれぞれから所定の基準画像を差し引いて差分画像を生成する差分画像生成手段と、前記差分画像生成手段にて得られた前記複数の角度位置での差分画像を角度位置の補正を行いつつ合成して前記合成画像を生成する差分画像合成手段とを備えるように構成することができる。
【００２２】
このような構成により、差分画像が基準画像を基準にした欠陥部分を表すことになるので、より明確に欠陥部分を表した合成画像を得ることができるようになる。
【００２３】
前記所定の基準画像として、所定の良品試料を前記撮像装置にて撮影して得られた良品試料画像を用いた構成とすることができる。
【００２４】
このような構成により、差分情報が良品試料を撮影して得られた良品試料画像を基準にした欠陥部分を表すことになるので、良品試料に対する欠陥を容易に検出できるようになる。
【００２５】
また、前記所定の基準画像として、前記複数の角度位置での試料画像のそれぞれから所定低周波帯域成分を抽出して得られた画像を用いた構成とすることができる。
【００２６】
欠陥は強い輝度レベルとしての輝点として試料画像に含まれることになるので、前記試料画像のそれぞれから所定低周波帯域成分を抽出して得られた画像は、欠陥部分が除去されたものとなる。このような画像を基準画像とすることにより、差分画像は前記除去された欠陥部分を表すことになる。
【００２７】
試料表面の欠陥の状態をオペレータが視覚的に確認できるという観点から、本発明に係る表面検査装置は、前記合成画像を検査結果として出力する検査結果出力手段を有するように構成することができる。
【００２８】
また、オペレータが実際の試料との比較が容易にできるという観点から、本発明に係る表面検査装置は、前記合成画像と所定の良品試料を前記撮像装置にて撮影して得られた良品試料画像とを重ね合わせた画像を欠陥検査結果として出力する検査結果出力手段を有するように構成することができる。
【００２９】
更に、オペレータが試料表面の欠陥の属性を容易に確認できるという観点から、本発明に係る表面検査装置は、前記合成画像に基づいて欠陥の属性を表す情報を生成する欠陥情報生成手段と、前記欠陥の属性を表す情報を検査結果として出力する検査結果出力手段とを有するように構成することができる。
【００３０】
本発明に係る表面検査方法は、表面を所定の方向に向けた状態で回転される板状の試料の当該表面にそれぞれ光軸が平行とならず、前記試料を挟んで対向することなく設置される複数の光源であって、前記試料表面に平行な面に対する各検査光の光軸の投影線のなす角度がゼロより大きい所定の角度となるという水平方向条件を満たすように設置された２つの光源と、前記試料表面に対する各検査光の入射角が異なるという垂直方向条件を満たすように設置された２つの光源とを少なくとも含む当該複数の光源から検査光を同時に照射し、前記回転される試料の表面を撮像装置にて撮影して得られる複数の試料画像から前記試料表面の欠陥を検出するように構成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の実施の一形態に係る表面検査装置の基本的な構成は図１に示すようになっている。この表面検査装置は、半導体ウエハを検査対象の試料としてその表面の欠陥を検出するものである。
【００３３】
図１において、この表面検査装置は、検査対象となる半導体ウエハ１０を格納したカセット２００、試料搬入ロボット機構３００、アライナ１００、試料搬出ロボット４００を有している。アライナ１００には試料となる半導体ウエハ１０の周縁の所定位置を把持して回転させるターンテーブル２０が設置されている。このような構成により、試料搬入ロボット機構３００によりカセット２００から取り出された半導体ウエハ１０がターンテーブル２０上にセットされ、その半導体ウエハ１０の表面欠陥の検査がなされる。そして、その検査終了後に、半導体ウエハ１０が試料搬出ロボット機構４００によってターンテーブル２０上から取り出され、目視検査台（図示略）に移動される。
【００３４】
前記表面検査装置において、更に、ターンテーブル２０の上方にＣＣＤカメラ等の撮像カメラ３０、黒色のシェード４０及び光源ユニット５０が配置される。なお、撮像カメラ３０、シェード４０及び光源ユニット５０の具体的な支持構造については後述する。撮像カメラ３０は、シェード４０に形成された穴を介してターンテーブル２０上の半導体ウエハ１０の表面を撮影できるように配置されている。また、光源ユニット５０は、ターンテーブル２０上の半導体ウエハ１０の斜め上方から検査光を照射するように配置されている。光源ユニット５０のターンテーブル２０を挟んだ反対側には、反射ミラー６０が所定の傾きをもって設置されている。これにより、光源ユニット５０から照射される検査光が半導体ウエハ１０表面にて鏡面反射された際の当該反射光が反射ミラー６０に入射して所定の方向に逃がされ、撮像カメラ３０に対する暗視野環境が保持されるようになっている。
【００３５】
撮像カメラ３０は検査処理装置５００に接続されている。検査処理装置５００は、半導体ウエハ１０表面を撮影する撮像カメラ３０からの撮影信号から半導体ウエハ１０表面を表す画像データを生成し、その画像データを所定の手順に従って処理することにより半導体ウエハ１０表面の欠陥を表す情報を生成する。この検査処理装置５００の具体的な構成及び処理については後述する。
【００３６】
前述したような構成の表面検査装置の処理系は、図２に示すように構成される。
図２において、この処理系は、前述した検査処理装置５００、前記試料搬入ロボット機構３００及び試料搬出ロボット機構４００の駆動制御を行うロボット制御装置６００、前記ターンテーブル２０の駆動制御を行うターンテーブル駆動制御装置７００及び統括制御装置８００を有している。統括制御部８００は、検査処理装置５００、ロボット制御装置６００及びターンテーブル駆動制御装置７００に対するタイミング制御などの統括的な制御を行う。
【００３７】
検査処理装置５００は、画像処理部５０１、入力処理部５０２、メモリユニット５０３及びモニタユニット５０４を有している。入力処理部５０２は、撮像カメラ３０から、例えば、画素単位にシリアルに送られてくる撮影信号から画素単位のパラレルの画像データに変換するなどの処理を行う。画像処理部５０１は、入力処理部５０２から送られてくる画像データを所定の手順に従って処理し、半導体ウエハ１０表面の欠陥を抽出する。メモリユニット５０３は、画像処理部５０１の処理の過程で種々の画像データを格納する。モニタユニット５０４は、画像処理部５０１での処理により得られた半導体ウエハ１０表面の欠陥を表す種々の情報を表示する。
【００３８】
ターンテーブル駆動制御装置７００は、ステッピングモータ７０１及び駆動回路７０２を有している。統括制御装置８００からのタイミング制御信号に基づいて駆動回路７０２がステッピングモータ７０１を所定角度単位に回転させる。このステッピングモータ７０１の回転に伴ってターンテーブル２０が回転する。
【００３９】
前述した撮像カメラ３０、シェード４０及び光源ユニット５０の具体的な支持機構について、図３、図４及び図５を参照して説明する。なお、図３は、支持機構を側方から見た図、図４は、支持機構を上方から見た図、図５は、支持機構を正面から見た図である。
【００４０】
前方支柱４１、４３及び後方支柱４２、４４で囲まれる空間にアライナ１００が配置されるように、当該前方支柱４１、４３及び後方支柱４２、４４が装置設置面に立設されている。これらの前方支柱４１、４３及び後方支柱４２、４４によってカメラ取付け部材３５が固定支持されている。カメラ取付け部材３５のアライナ１００に対向する面にシェード４０が貼設されている。撮像カメラ３０は、カメラ取付け部材３５の上面側にその光学系の焦点がアライナ１００上のターンテーブル２０にセットされるべき半導体ウエハ１０の回転中心になるように配置、固定される。
【００４１】
前方支柱４１、４３には、張出し腕部材４５、４６の一端が固定され、それら張出し腕部材４５、４６の他端が連結部材４７にて接続固定されている。円弧形状の第一の光源取付けプレート４８の一端が前記カメラ取付け部材３５に固定具３６によって固定されると共に、その他端が張出し腕部材４５と連結部材４７の接合部に固定されている。また、円弧状の第二の光源取付けプレート４９が第一の光源取付けプレート４８に略平行になるように配置され、その第二の光源取付けプレート４９の一端が前記固定具３６によってカメラ取付け部材３５に固定されると共に、その他端が張出し腕部材４６と接続部材４７の接合部に固定されている。
【００４２】
光源ユニット５０は、４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂから構成されている。光源５１ａ及び５１ｂは、第一の光源取付けプレート４８に取り付けられ、また、光源５２ａ及び５２ｂは、第二の光源取付けプレート４９に取付けられ、それぞれターンテーブル２０にセットされた半導体ウエハ１０表面に対して検査光を照射する。なお、これら光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂのターンテーブル２０を挟んだ反対側の前記前方支柱４１、４３及び後方支柱４２、４４で囲まれる領域外には、反射ミラー６０が支持具６５に所定の傾きを持って固定されている。これにより、各光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂから照射される検査光が半導体ウエハ１０表面にて鏡面反射された際の当該反射光反射ミラー６０に入射して所定の方向に逃がされ、その反射光が前記前方支柱４１、４３及び後方支柱４２、４４で囲まれる領域に侵入しないようにしている。
【００４３】
前記４つの光源５１ａ、５１ｂ，５２ａ、５２ｂの配置について更に詳細に説明する。
【００４４】
前記４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、それらの光軸OA1a、OA1b、OA2a、OA2bが、それぞれ平行とならず、かつ、ターンテーブル２０にセットされた半導体ウエハ１０表面の回転中心で交わるように配置される。また、第一の光源取付けプレート４８に取り付けられる光源５１ａと第二の光源取付けプレート４９に取り付けられる光源５２ａとの位置関係は、図６に示すようになる。
【００４５】
図６において、ターンテーブル２０にセットされた半導体ウエハ１０表面に平行な面に対する光源５１ａの光軸OA1aの投影線と光源５２ａの光軸OA2aの投影線とのなす角度がαに設定される。この角度αは、第一の光源取付けプレート４８と第二の光源取付けプレート４９との間隔を調整することにより調整され、例えば、５度に設定される。第一の光源取付けプレート４８と第二の光源取付けプレート４９とは平行になっているので、光源５１ｂと光源５２ｂとの位置関係も、前記光源５１ａと光源５２ａとの位置関係と同じである。また、光源５１ａと光源５２ｂとの位置関係、及び光源５１ｂと光源５２ａとの位置関係も前記位置関係と同じである。
【００４６】
即ち、４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、前記条件（水平方向条件：図６参照）を満足するように第一の光源取付け部材４８及び第二の光源取付け部材４９に取付け固定される。このように前記水平方向条件を満足するような位置関係にて４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂが配置されるので、半導体ウエハ１０を前記角度αの２倍の角度（２α）回転させる毎に撮像カメラ３０から得られる画像に基づいて欠陥を検出するようにしても、単一光源からの検査光に照射される半導体ウエハ１０を前記角度α回転させる毎に撮像カメラ３０から得られる画像に基づいて欠陥を検出する場合と同等の精度を得ることができる。即ち、半導体ウエハ１０の撮影回数を減らすことができ、検査時間の短縮を図ることができるようになる。また、単一光源の場合と同じ回転角毎に画像を取得して欠陥を検出するようにすれば、更に、微細な欠陥の検出が可能となり欠陥の検出精度を向上させることができるようになる。
【００４７】
第一の光源取付けプレート４８に取り付けられる光源５１ａと光源５１ｂとの位置関係は、図７に示すようになる。
【００４８】
図７において、光源５１ａの光軸OA1aと光源５１ｂの光軸OA1bがターンテーブル２０にセットされる半導体ウエハ１０表面に垂直な同一の平面（第一の光源取付けプレート４８で決まる）に含まれ、かつ、光源５１ａから照射される検査光（光軸OA1a）の前記半導体ウエハ１０表面に対する入射角γ1と光源５１ｂから照射される検査光（光軸OA1b）の前記半導体ウエハ１０表面に対する入射角γ2は異なる。なお、一般に光線の平面に対する入射角は、その光線と平面の法線のなす角で定義されるが、図７においては、光源５１ａの光軸OA1aと光源５１ｂの光軸OA1bとが前記半導体ウエハ１０表面に垂直な同一の平面内に含まれることから、それらの入射角は光軸と半導体ウエハ１０表面とのなす角で表されている。
【００４９】
第二の光源取付けプレート４９に取り付けられる光源５２ａと光源５２ｂとの位置関係も、図７に示す光源５１ａと光源５１ｂとの位置関係と同様である。ただし、光源５２ａから照射される検査光の前記半導体ウエハ１０表面に対する入射角は光源５１ａから照射される検査光の入射角（γ1）とは異なり、光源５２ｂから照射される検査光の前記半導体ウエハ１０表面に対する入射角は光源５１ｂから照射される検査光の入射角（γ2）とは異なる（図３参照）。なお、光源５２ａから照射される検査光の前記入射角を光源５１ａから照射される検査光の前記入射角（γ1）と同じに設定し、光源５２ｂから照射される検査光の前記入射角を光源５１ｂから照射される検査ひかりの前記入射角（γ2）と同じに設定することもできる。
【００５０】
即ち、各光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、前述した入射角の条件（垂直方向条件：図７参照）を満足するように、第一の光源取付け部材４８及び第二の光源取付け部材４９に取付け固定される。このように前記垂直方向条件を満足するような位置関係にて４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂが配置されるので、半導体ウエハ１０のチルト機構を設けなくても、同等の精度で半導体ウエハ１０表面の欠陥を検出できるようになる。
【００５１】
次に、半導体ウエハ１０表面の欠陥を検出するための処理について説明する。前述したように配置される４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂから検査光がターンテーブル２０にセットされた半導体ウエハ１０表面に照射された状態で、統括制御装置８００（図２参照）からのタイミング制御信号に基づいてターンテーブル駆動制御装置７００のステッピングモータ７０１が、前記光源５１ａと光源５２ａ（光源５１ｂと光源５２ｂ）との位置関係を表す前記角度αの２倍となる角度２α単位に回転される。このステッピングモータ７０１の駆動により、半導体ウエハ１０は前記角度２α単位に回転される。この角度２αの間隔をおいた各角度位置において、撮像カメラ３０は、半導体ウエハ１０表面の撮影を行う。そして、検査処理装置５００は、統括制御装置８００の制御のもと撮像カメラ３０からの撮影信号を取り込む。
【００５２】
検査処理装置５００において、入力処理部５０２が撮像カメラ３０からの撮影信号を画素単位の輝度レベルを表す画像データに変換して画像処理部５０１に供給する。画像処理部５０１は、入力処理部５０２からの画像データを半導体ウエハ１０表面の画像を表す１フレーム分の画像データにして原画像データとしてメモリユニット５０３に格納する。このような処理がターンテーブル２０の回転に同期してなされることにより、各角度位置において撮像カメラ３０にて撮影された半導体ウエハ１０表面の画像を表す原画像データがその撮影回数Ｎ分メモリユニット５０３に蓄積される。
【００５３】
半導体ウエハ１０表面の欠陥（キズなど）に対して前記４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂからの検査光が照射されると、その欠陥からその４つの検査光それぞれの照射方向（光軸の方向）に対してある方向に偏った強度分布となる４つの光が進み出る。このように各欠陥からは前記４つの検査光の照射方向のそれぞれに依存した方向（強度分布のピークの方向）に光が進み出るので、各欠陥からの光を撮像カメラ３０にて捕捉できる確率が高くなる。そして、欠陥から進み出た上記各光のうちのいずれかが撮像カメラ３０に入射すると、撮像カメラ３０からの撮影信号に基づいて生成された原画像データにおけるそのキズの位置に対応した画素の輝度レベルが他の画素の輝度レベルより高くなる。
【００５４】
前述したようにＮ枚の原画像に対応した原画像データがメモリユニット５０３に蓄積されると、画像処理部５０１は、図８に示す手順に従って処理を行う。
【００５５】
図８において、画像処理部５０１は、メモリユニット５０３に格納したＩ番目（初期値１）の原画像データＲiを取得する（Ｓ１）。メモリユニット５０３には、予め良品と判定された半導体ウエハの表面を撮影して得られた良品画像データ（以下、この処理の説明において、各種画像データを単に画像と表現する）が格納されており、画像処理部５０１は、前記取得した原画像Rｉと良品画像との差分画像Ｓiを作成する（Ｓ２）。具体的には、原画像Ｒiの各画素における輝度レベルから良品画像の対応する画素の輝度レベルを減算する。その減算の結果得られた輝度レベルの各画素にて差分画像Ｓiが構成される。従って、差分画像Sｉにおいて比較的高い輝度レベルの画素は、良品画像に無い欠陥対応したものと予想される。このように作成された差分画像Ｓiは、メモリユニット５０３に格納される。
【００５６】
画像処理部５０１は、上記のように得られた差分画像Ｓiの各画素の輝度レベルに対して閾値処理を行うことにより、ノイズを除去して欠陥に対応することが予想される輝度レベルの領域（画素の集合）を抽出する（Ｓ３）。その後、画像処理部５０１は、メモリユニット５０３に蓄積された全ての原画像（Ｎ枚の原画像）に対する処理が終了したと判定するまで（Ｓ４）、次の原画像を指定（Ｉ＝Ｉ＋１）してその原画像に対して前述したのと同様の処理（差分画像Sｉの生成）を繰り返し実行する（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）。
【００５７】
メモリユニット５０３に蓄積された全ての原画像に対する前記処理が終了したとの判定がなされると（Ｓ４でＹＥＳ）、画像処理部５０１は、その時点でメモリユニット５０３に蓄積されているＮ枚の差分画像を合成して合成差分画像を生成する（Ｓ５）。具体的には、各差分画像に対応した原画像を得た際の角度位置に基づいて各差分画像の角度合わせを行う。そして、各差分画像における同じ位置のＮ個の画素の輝度レベルから所定閾値以上の輝度レベルを抽出し、その抽出された輝度レベルのうちの最大レベルをその位置の画素に対する輝度レベルとして決定する。このような処理を行うことにより、必要な欠陥情報を劣化させることなく、合成画像に取り込むことができるようになる。
【００５８】
上記のようにして合成差分画像が生成されると、画像処理部５０１は、前記合成画像から欠陥領域を抽出する。（Ｓ６）。この欠陥領域を抽出するための処理は次のようにしてなされる。第一の輝度レベルＬ1以上の画素を探索する。更に、その画素を核として、前記第一の輝度レベルより小さい第二の輝度レベルＬ2（＜Ｌ1）以上となる画素の集合領域を欠陥領域として検出する。これにより、ノイズ（第二の輝度レベルＬ2より小さい）を除去できると共に、欠陥の正確なサイズ（ピークを持つ第二の輝度レベルＬ2以上の領域）の測定が可能となる。
【００５９】
次いで、画像処理部５０１は、１枚の半導体ウエハに対応した１枚の合成差分画像から前述したように抽出された欠陥領域（画素の集合形状）から、半導体ウエハ表面に存在する欠陥の位置、形状、大きさ、数等を表す欠陥情報（テキストデータ）を作成する（Ｓ７）。そして、画像処理部５０１は、その欠陥情報をモニタユニット５０４に送り、そのモニタユニット５０４に検査した半導体ウエハ１０表面の欠陥の属性（位置、形状、大きさ、数等）が、例えば、表形式にて表示される。オペレータは、モニタユニット５０４に表示される欠陥情報を見て、検査対象となる半導体ウエハ１０の良否を判定することができるようになる。
【００６０】
画像処理部５０１は、更に、前述した処理（Ｓ５）にて得られた合成差分画像をモニタユニット５０４に送り、その合成差分画像をモニタユニット５０４に表示させることができる。この場合、オペレータは、欠陥領域として可能性の高い領域を視認することができるようになる。また、画像処理部５０１は、前記合成差分画像と前述した良品画像とを重ね合わせた合成画像を生成してモニタユニット５０４に送り、その合成画像をモニタユニット５０４に表示させることもできる。この場合、オペレータが実際の検査対象となる半導体ウエハ１０の状態とモニタユニット５０４に表示された合成画像とを比較することにより、半導体ウエハ１０の目視検査が容易に行えるようになる。
【００６１】
前述したような画像処理部５０１での処理では、各原画像と良品画像との差分を表す差分画像に断片的に含まれる欠陥の情報を、全ての差分画像を合成して合成差分画像を生成することにより、つながりや広がりをもって表すことができるようになる。このため、より精度の良い欠陥検出が可能となる。更に、１枚の合成差分画像から欠陥を抽出すればよいので、その処理も簡単になる。
【００６２】
前述した例では、光源ユニット５０を４つの光源５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂにて構成したが、光源ユニット５０の構成はこれに限られない。５つ以上の光源を配置することもできる。ただし、光源の数は、撮像カメラ３０の性能と検査精度との関係等から決まる暗視野環境が保持できる範囲に決められる。特に、半導体ウエハ１０表面に沿って配置される光源の数は、前記暗視野環境に影響を与えやすいので、あまり多くすることは好ましくない。
【００６３】
前述した例では、差分画像を得るために良品画像を用いたが、差分画像を得るための基準となる画像（基準画像）はこれに限定されない。例えば、原画像から所定低周波帯域成分を抽出して得られる画像をその基準画像とすることもできる。一般に、原画像の欠陥に対応した部位は輝点として現れるので非常に周波数成分が高くなる。従って、原画像から抽出された所定低周波帯域成分には欠陥に対応した成分は含まれなくなり、差分画像を生成するための基準画像として適したものとなる。
【００６４】
また、複数の光源の配置関係についても、各光源からの検査光がその光軸が平行でない状態で検査対象となる半導体ウエハ１０の表面に照射されるものであれば特に限定されない。例えば、光源５１ａと光源５２ｂや光源５１ｂと光源５２ａのような斜めに配置される関係のものであってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、光軸が平行とならない検査光が複数の光源から試料表面に照射されるので、試料表面の各欠陥からは複数の検査光のそれぞれに対してある角度依存性をもって光が進み出るようになる。このため、各欠陥から進み出る光の検査光に対する角度依存性が高くなっても、撮像装置にてより多くの欠陥から進み出る光を同時に捕捉できるようになり、チルト機構などの特別な機構を設けなくても、あるいは、試料をより小さな角度ピッチにて回転させなくても精度良く試料表面の欠陥を検出できるようになる。即ち、構造を複雑にすることなく、効率的により精度良く欠陥の検出ができるようにした表面検査装置及び方法を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る表面検査装置の基本的構成を示す図である。
【図２】図１に示す表面検査装置の処理系の構成例を示すブロック図である。
【図３】撮像カメラ、シェード、光学ユニットの支持機構を示す図（その１）である。
【図４】撮像カメラ、シェード、光学ユニットの支持機構を示す図（その２）である。
【図５】撮像カメラ、シェード、光学ユニットの支持機構を示す図（その３）である。
【図６】図１に示す表面検査装置における各光源の満たすべき光学的条件（その１）を示す図である。
【図７】図１に示す表面検査装置における各光源の満たすべき光学的条件（その２）を示す図である。
【図８】図１に示す表面検査装置において半導体ウエハ表面の欠陥を検出するための処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０半導体ウエハ
２０ターンテーブル
３０撮像カメラ
３５カメラ取付け部材
３６固定具
４０シェード
４１、４３前方支柱
４２、４４後方支柱
４５、４６張出し腕部材
４７連結部材
４８第一の光源取付けプレート
４９第二の光源取付けプレート
５０光源ユニット
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ光源
６０反射ミラー
６５支持具
１００アライナ
２００カセット
３００試料搬入ロボット機構
４００試料搬出ロボット機構
５００検査処理装置
５０１画像処理部
５０２入力処理部
５０３メモリユニット
５０４モニタユニット
６００ロボット制御装置
７００ターンテーブル駆動制御装置
７０１ステッピングモータ
７０２駆動回路
８００統括制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface inspection apparatus and method for optically inspecting a plate-like sample surface such as a semiconductor wafer, and more specifically, acquires an image of a sample surface in a state where light is irradiated from the light source device to the surface of the sample. The present invention relates to a surface inspection apparatus and method for detecting defects (scratches, dirt, dust, etc.) on the surface of a sample based on the image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, surface inspection apparatuses that detect scratches on the surface of a semiconductor wafer have been proposed (for example, see Patent Document 1). In this conventional surface inspection apparatus, the surface of a semiconductor wafer irradiated with inspection light from a single light source is imaged by an imaging device under a dark field environment, and the semiconductor wafer is based on an image obtained by the imaging device. Detects scratches on the surface. When the inspection light is irradiated to a fine flaw on the surface of the semiconductor wafer, the inspection light proceeds as light having an intensity distribution biased in a certain direction with respect to the irradiation direction (optical axis direction). When such light enters the imaging device, a bright spot corresponding to a scratch appears in an image obtained by the imaging device. A defect on the surface of the semiconductor wafer can be detected based on the bright spot in the image.
[0003]
As described above, when the inspection light is irradiated to the fine scratch on the surface of the semiconductor wafer, the intensity distribution of the light that proceeds from the scratch depends on the irradiation direction (optical axis direction) of the inspection light with respect to the scratch. If the positional relationship between the light source and the imaging device is fixed, some of the scratches on the surface of the semiconductor wafer cannot be detected. Therefore, in the conventional surface inspection apparatus, the semiconductor wafer is held at a predetermined angle (for example, 9 degrees) while maintaining the incident angle of the inspection light with respect to the surface of the semiconductor wafer (the angle formed by the optical axis of the inspection light and the surface of the semiconductor wafer). (Degrees). Then, scratches are detected from the states of bright spots in a plurality of images obtained by the imaging device at a plurality of rotational positions.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-82603
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the smaller the defects such as scratches on the surface of the semiconductor wafer (for example, crystalline defects), the angle dependence of the intensity distribution of the light proceeding from the scratches when the defects are irradiated with the inspection light with respect to the inspection light. Becomes higher (close to the pure diffraction phenomenon). For this reason, in order to increase the detection accuracy for fine defects in the conventional surface inspection apparatus as described above, the semiconductor wafer image must be acquired at more angular positions by reducing the rotation angle pitch of the semiconductor wafer. I must. If images of the semiconductor wafer are acquired at more angular positions in this way, the number of times that the semiconductor wafer is stopped for imaging increases and the number of times of image processing increases, resulting in an inspection time. There is a problem that becomes longer.
[0006]
Moreover, in the conventional surface inspection apparatus, although the irradiation direction of the inspection light within the surface of the semiconductor wafer is changed by rotating the semiconductor wafer, the incident angle of the inspection light with respect to the surface of the semiconductor wafer is fixed. For this reason, in the conventional surface inspection apparatus, there is a possibility that there is a defect that cannot be captured yet, no matter how small the rotation angle pitch of the semiconductor wafer is, as described above.
[0007]
In order to solve such a problem, one having a tilt mechanism capable of changing the tilt of a semiconductor wafer is known. With such a tilt mechanism, even when the position of the light source is fixed, the irradiation direction of the inspection light can be changed in a plane perpendicular to the surface of the semiconductor wafer. However, when such a tilt mechanism is provided, there is a problem that the structure of the surface inspection apparatus becomes complicated, and the semiconductor wafer must be inspected at a plurality of inclination angles, and the inspection time is the same as described above. There is a problem that becomes longer.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a surface inspection apparatus and method capable of efficiently and accurately detecting defects without complicating the structure. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  A surface inspection apparatus according to the present invention includes a sample rotation mechanism that rotates a plate-shaped sample in a state in which the surface is directed in a predetermined direction, a drive control unit that performs drive control of the sample rotation mechanism, and a surface of the sample. An imaging device that is installed in a predetermined positional relationship and images the sample surface, a plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with inspection light, and the sample rotation mechanism under the control of the drive control means A plurality of defect detection means for detecting defects on the sample surface from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the rotated sample with the imaging device, and the plurality of the plurality of samples for simultaneously irradiating the sample surface with inspection light The light sources are not opposed to each other with the sample interposed therebetween so that the optical axes of the inspection light beams from them are not parallel to each other, and the plurality of light sources emit light of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface. Axis projection At least including the two light sources installed in the horizontal direction condition is satisfied that the angle of a predetermined angle greater than zeroThus, the drive control means controls the sample rotation mechanism to rotate the sample by an angle unit obtained by multiplying the predetermined angle by the number of light sources that satisfy the horizontal direction condition.It becomes composition.
[0009]
  In such a surface inspection apparatus, inspection light is simultaneously irradiated to the sample surface from a plurality of light sources installed without facing each other with the sample interposed therebetween. The light advances with a certain angle dependency with respect to each of the plurality of inspection lights. Therefore, even if the angle dependency of the light traveling from each defect with respect to the inspection light increases, the light traveling from more defects can be simultaneously captured by the imaging device. Further, two light sources are installed so as to satisfy a horizontal direction condition that an angle formed by a projection line of an optical axis of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface is a predetermined angle larger than zero. Since at least the light source is included, there are substantially at least two irradiation directions of the inspection light within the sample surface, so that the rotation angle pitch for rotating the sample can be further increased.Further, since the sample is rotated by an angle unit obtained by multiplying a predetermined angle by the number of light sources that satisfy the horizontal direction condition, the sample is irradiated with a single inspection light on the sample surface. Defects can be detected with the same accuracy as when rotated in the predetermined angle unit in the horizontal condition. That is, the angular pitch for rotating the sample can be increased.
[0010]
Further, from the viewpoint that each inspection light can be irradiated to the sample surface under stable conditions without the intersection of the optical axis of each inspection light with the sample surface moving along with the rotation of the sample. Are preferably installed so that the optical axes of the inspection light from them intersect at the center of rotation of the sample surface.
[0013]
The at least two light sources that satisfy the horizontal direction condition may be configured so that the incident angles of the inspection light from the light sources on the sample surface are the same.
[0016]
  A surface inspection apparatus according to the present invention includes a sample rotation mechanism that rotates a plate-shaped sample in a state in which the surface is directed in a predetermined direction, a drive control unit that performs drive control of the sample rotation mechanism, and a surface of the sample. An imaging device that is installed in a predetermined positional relationship and images the sample surface, a plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with inspection light, and the sample rotation mechanism under the control of the drive control means A plurality of defect detection means for detecting defects on the sample surface from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the rotated sample with the imaging device, and the plurality of the plurality of samples for simultaneously irradiating the sample surface with inspection light The light sources are not opposed to each other with the sample interposed therebetween so that the optical axes of the inspection light beams from them are not parallel to each other, and the plurality of light sources emit light of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface. Axis projection At least comprises two light sources installed in the horizontal direction condition is satisfied that the angle of a predetermined angle greater than zero,The plurality of light sources areFurthermore,It is configured so as to include at least two light sources installed so as to satisfy the vertical direction condition that the incident angles of the respective inspection lights on the sample surface are different.IsThe
[0017]
  With such a configuration, inspection light is simultaneously irradiated onto the sample surface from a plurality of light sources installed without facing each other across the sample without paralleling the optical axis. The light advances with a certain angle dependency for each of the inspection lights. Therefore, even if the angle dependency of the light traveling from each defect with respect to the inspection light increases, the light traveling from more defects can be simultaneously captured by the imaging device. Further, two light sources are installed so as to satisfy a horizontal direction condition that an angle formed by a projection line of an optical axis of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface is a predetermined angle larger than zero. Since at least the light source is included, there are substantially at least two irradiation directions of the inspection light within the sample surface, so that the rotation angle pitch for rotating the sample can be further increased. Furthermore, since the plurality of light sources include two light sources installed so as to satisfy a vertical condition that at least the incident angles of the respective inspection lights with respect to the sample surface are different,Even if the inclination of the sample is not changed, light that advances from more defects can be captured by the imaging apparatus.
[0018]
The at least two light sources satisfying the vertical direction condition can be configured so that their optical axes are included in the same plane perpendicular to the sample surface.
[0019]
The defect detection means generates a composite image corresponding to a single sample image while performing angle correction from a sample image at a plurality of angular positions obtained by photographing the surface of the rotated sample with the imaging device. It can comprise so that it may have an image composition means to do.
[0020]
With such a configuration, since the portion representing each defect included in the sample image at a plurality of angular positions is aggregated in the composite image, the defect attributes (position, shape, size, number, etc.) can be determined more accurately. Will be able to.
[0021]
  Further, the image synthesizing unit is configured to detect the surface of the rotated sample on the imaging device.PlaceA difference image generating means for generating a difference image by subtracting a predetermined reference image from each of the sample images at a plurality of angular positions obtained by photographing at a plurality of angles obtained by the difference image generating means Difference image synthesis means for synthesizing the difference image at the position while correcting the angular position to generate the synthesized image can be provided.
[0022]
With such a configuration, since the difference image represents a defective portion with reference to the reference image, a composite image that expresses the defective portion more clearly can be obtained.
[0023]
As the predetermined reference image, a non-defective sample image obtained by photographing a predetermined non-defective sample with the imaging device can be used.
[0024]
With such a configuration, since the difference information represents a defective portion based on a non-defective sample image obtained by photographing the non-defective sample, a defect with respect to the non-defective sample can be easily detected.
[0025]
Further, as the predetermined reference image, an image obtained by extracting a predetermined low frequency band component from each of the sample images at the plurality of angular positions can be used.
[0026]
Since the defect is included in the sample image as a bright spot as a strong luminance level, the image obtained by extracting a predetermined low frequency band component from each of the sample images is one in which the defective portion is removed. . By using such an image as a reference image, the differential image represents the removed defective portion.
[0027]
From the viewpoint that the operator can visually confirm the state of the defect on the sample surface, the surface inspection apparatus according to the present invention can be configured to have an inspection result output means for outputting the composite image as an inspection result.
[0028]
Further, from the viewpoint that the operator can easily compare with an actual sample, the surface inspection apparatus according to the present invention is a non-defective sample image obtained by photographing the synthesized image and a predetermined good sample with the imaging device. It is possible to have an inspection result output means for outputting an image obtained by superimposing and as a defect inspection result.
[0029]
Furthermore, from the viewpoint that the operator can easily confirm the defect attribute of the sample surface, the surface inspection apparatus according to the present invention includes defect information generating means for generating information representing the attribute of the defect based on the composite image, Inspection result output means for outputting information representing the attribute of the defect as the inspection result can be provided.
[0030]
  In the surface inspection method according to the present invention, the optical axis is not parallel to the surface of the plate-like sample rotated with the surface directed in a predetermined direction, and the surface inspection method is installed without facing the sample.Multiple light sourcesTwo light sources installed so as to satisfy the horizontal direction condition that the angle formed by the projection line of the optical axis of each inspection light with respect to the plane parallel to the sample surface is a predetermined angle larger than zero.And two light sources installed so as to satisfy the vertical condition that the incident angles of the respective inspection lights on the sample surface are different from each other.Including at leastConcernedInspection light from a plurality of light sources is simultaneously irradiated, and a defect on the sample surface is detected from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the rotated sample with an imaging device.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A basic configuration of a surface inspection apparatus according to an embodiment of the present invention is as shown in FIG. This surface inspection apparatus detects defects on the surface of a semiconductor wafer as a sample to be inspected.
[0033]
In FIG. 1, the surface inspection apparatus includes a cassette 200 storing a semiconductor wafer 10 to be inspected, a sample loading robot mechanism 300, an aligner 100, and a sample unloading robot 400. The aligner 100 is provided with a turntable 20 that holds and rotates a predetermined position on the periphery of the semiconductor wafer 10 as a sample. With such a configuration, the semiconductor wafer 10 taken out from the cassette 200 by the sample carry-in robot mechanism 300 is set on the turntable 20, and the surface defects of the semiconductor wafer 10 are inspected. After the inspection is completed, the semiconductor wafer 10 is taken out from the turntable 20 by the sample carry-out robot mechanism 400 and moved to a visual inspection table (not shown).
[0034]
In the surface inspection apparatus, an imaging camera 30 such as a CCD camera, a black shade 40 and a light source unit 50 are further disposed above the turntable 20. A specific support structure for the imaging camera 30, the shade 40, and the light source unit 50 will be described later. The imaging camera 30 is arranged so that the surface of the semiconductor wafer 10 on the turntable 20 can be photographed through a hole formed in the shade 40. The light source unit 50 is arranged so as to irradiate the inspection light from obliquely above the semiconductor wafer 10 on the turntable 20. On the opposite side of the light source unit 50 across the turntable 20, a reflection mirror 60 is installed with a predetermined inclination. As a result, when the inspection light emitted from the light source unit 50 is specularly reflected on the surface of the semiconductor wafer 10, the reflected light enters the reflection mirror 60 and escapes in a predetermined direction, and the dark field with respect to the imaging camera 30. The environment is to be preserved.
[0035]
The imaging camera 30 is connected to the inspection processing apparatus 500. The inspection processing apparatus 500 generates image data representing the surface of the semiconductor wafer 10 from an imaging signal from the imaging camera 30 that images the surface of the semiconductor wafer 10, and processes the image data according to a predetermined procedure to thereby detect the surface of the semiconductor wafer 10. Information representing the defect is generated. Specific configuration and processing of the inspection processing apparatus 500 will be described later.
[0036]
The processing system of the surface inspection apparatus configured as described above is configured as shown in FIG.
In FIG. 2, this processing system includes the inspection processing device 500 described above, the robot control device 600 that performs drive control of the sample carry-in robot mechanism 300 and the sample carry-out robot mechanism 400, and the turntable drive that performs drive control of the turntable 20. A control device 700 and a general control device 800 are provided. The overall control unit 800 performs overall control such as timing control for the inspection processing device 500, the robot control device 600, and the turntable drive control device 700.
[0037]
The inspection processing apparatus 500 includes an image processing unit 501, an input processing unit 502, a memory unit 503, and a monitor unit 504. The input processing unit 502 performs processing such as conversion from a photographing signal sent serially in pixel units from the imaging camera 30 to parallel image data in pixel units. The image processing unit 501 processes the image data sent from the input processing unit 502 according to a predetermined procedure, and extracts defects on the surface of the semiconductor wafer 10. The memory unit 503 stores various image data during the process of the image processing unit 501. The monitor unit 504 displays various information representing defects on the surface of the semiconductor wafer 10 obtained by the processing in the image processing unit 501.
[0038]
The turntable drive control device 700 has a stepping motor 701 and a drive circuit 702. Based on a timing control signal from the overall control device 800, the drive circuit 702 rotates the stepping motor 701 by a predetermined angle unit. As the stepping motor 701 rotates, the turntable 20 rotates.
[0039]
Specific support mechanisms for the above-described imaging camera 30, shade 40, and light source unit 50 will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. FIG. 3 is a view of the support mechanism as viewed from the side, FIG. 4 is a view of the support mechanism as viewed from above, and FIG. 5 is a view of the support mechanism as viewed from the front.
[0040]
The front columns 41 and 43 and the rear columns 42 and 44 are erected on the apparatus installation surface so that the aligner 100 is disposed in a space surrounded by the front columns 41 and 43 and the rear columns 42 and 44. The camera mounting member 35 is fixedly supported by the front columns 41 and 43 and the rear columns 42 and 44. A shade 40 is attached to the surface of the camera mounting member 35 that faces the aligner 100. The imaging camera 30 is arranged and fixed on the upper surface side of the camera mounting member 35 so that the focal point of the optical system is the rotation center of the semiconductor wafer 10 to be set on the turntable 20 on the aligner 100.
[0041]
One end of the overhanging arm members 45, 46 is fixed to the front struts 41, 43, and the other end of the overhanging arm members 45, 46 is connected and fixed by a connecting member 47. One end of the arc-shaped first light source mounting plate 48 is fixed to the camera mounting member 35 by a fixing tool 36, and the other end is fixed to the joint between the overhang arm member 45 and the connecting member 47. An arc-shaped second light source mounting plate 49 is disposed so as to be substantially parallel to the first light source mounting plate 48, and one end of the second light source mounting plate 49 is attached to the camera mounting member 35 by the fixture 36. The other end is fixed to the joint between the overhanging arm member 46 and the connection member 47.
[0042]
The light source unit 50 includes four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b. The light sources 51 a and 51 b are attached to the first light source attachment plate 48, and the light sources 52 a and 52 b are attached to the second light source attachment plate 49, respectively, with respect to the surface of the semiconductor wafer 10 set on the turntable 20. Irradiate with inspection light. In addition, a reflection mirror 60 is provided on a support member 65 outside a region surrounded by the front columns 41 and 43 and the rear columns 42 and 44 on the opposite side across the turntable 20 of the light sources 51a, 51b, 52a, and 52b. It is fixed with a tilt. As a result, the inspection light emitted from each of the light sources 51a, 51b, 52a, 52b is incident on the reflected light reflecting mirror 60 when it is specularly reflected on the surface of the semiconductor wafer 10, and escaped in a predetermined direction. The reflected light is prevented from entering the area surrounded by the front columns 41 and 43 and the rear columns 42 and 44.
[0043]
The arrangement of the four light sources 51a, 51b, 52a, 52b will be described in more detail.
[0044]
The four light sources 51a, 51b, 52a and 52b have their optical axes OA1a, OA1b, OA2a and OA2b that are not parallel to each other and intersect at the rotation center of the surface of the semiconductor wafer 10 set on the turntable 20. Are arranged as follows. Further, the positional relationship between the light source 51a attached to the first light source attachment plate 48 and the light source 52a attached to the second light source attachment plate 49 is as shown in FIG.
[0045]
In FIG. 6, the angle formed by the projection line of the optical axis OA1a of the light source 51a and the projection line of the optical axis OA2a of the light source 52a with respect to a plane parallel to the surface of the semiconductor wafer 10 set on the turntable 20 is set to α. This angle α is adjusted by adjusting the distance between the first light source mounting plate 48 and the second light source mounting plate 49, and is set to 5 degrees, for example. Since the first light source mounting plate 48 and the second light source mounting plate 49 are parallel, the positional relationship between the light source 51b and the light source 52b is the same as the positional relationship between the light source 51a and the light source 52a. The positional relationship between the light source 51a and the light source 52b and the positional relationship between the light source 51b and the light source 52a are the same as the positional relationship.
[0046]
That is, the four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b are mounted and fixed to the first light source mounting member 48 and the second light source mounting member 49 so as to satisfy the above conditions (horizontal direction condition: see FIG. 6). . Since the four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b are arranged in such a positional relationship that satisfies the horizontal condition as described above, every time the semiconductor wafer 10 is rotated by an angle (2α) that is twice the angle α. Even if the defect is detected based on the image obtained from the imaging camera 30, the image obtained from the imaging camera 30 every time the semiconductor wafer 10 irradiated with the inspection light from the single light source is rotated by the angle α. Based on this, it is possible to obtain the same accuracy as when a defect is detected. That is, the number of times the semiconductor wafer 10 is photographed can be reduced, and the inspection time can be shortened. In addition, if defects are detected by acquiring images at the same rotation angle as in the case of a single light source, it is possible to detect fine defects and improve defect detection accuracy. .
[0047]
The positional relationship between the light source 51a and the light source 51b attached to the first light source attachment plate 48 is as shown in FIG.
[0048]
In FIG. 7, the optical axis OA1a of the light source 51a and the optical axis OA1b of the light source 51b are included in the same plane (determined by the first light source mounting plate 48) perpendicular to the surface of the semiconductor wafer 10 set on the turntable 20. The incident angle γ1 of the inspection light (optical axis OA1a) irradiated from the light source 51a with respect to the surface of the semiconductor wafer 10 and the incident angle γ2 of the inspection light (optical axis OA1b) irradiated from the light source 51b with respect to the surface of the semiconductor wafer 10 are Different. In general, the incident angle with respect to the plane of the light beam is defined by an angle formed by the normal line of the light beam and the plane. In FIG. 7, the optical axis OA1a of the light source 51a and the optical axis OA1b of the light source 51b are the semiconductor wafer. 10 are included in the same plane perpendicular to the surface, their incident angles are represented by angles formed by the optical axis and the surface of the semiconductor wafer 10.
[0049]
The positional relationship between the light source 52a and the light source 52b attached to the second light source mounting plate 49 is the same as the positional relationship between the light source 51a and the light source 51b shown in FIG. However, the incident angle of the inspection light irradiated from the light source 52a to the surface of the semiconductor wafer 10 is different from the incident angle (γ1) of the inspection light irradiated from the light source 51a, and the semiconductor wafer of the inspection light irradiated from the light source 52b is different. The incident angle with respect to the surface 10 is different from the incident angle (γ2) of the inspection light emitted from the light source 51b (see FIG. 3). The incident angle of the inspection light emitted from the light source 52a is set to be the same as the incident angle (γ1) of the inspection light emitted from the light source 51a, and the incident angle of the inspection light emitted from the light source 52b is set as the light source. It can also be set to be the same as the incident angle (γ2) of the inspection light irradiated from 51b.
[0050]
That is, each light source 51a, 51b, 52a, 52b is attached to the first light source mounting member 48 and the second light source mounting member 49 so as to satisfy the above-described incident angle condition (vertical direction condition: see FIG. 7). Installation fixed. Since the four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b are arranged in such a positional relationship that satisfies the vertical condition as described above, the semiconductor wafer can be obtained with the same accuracy without providing the tilt mechanism of the semiconductor wafer 10. 10 surface defects can be detected.
[0051]
Next, a process for detecting defects on the surface of the semiconductor wafer 10 will be described. The inspection light from the four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b arranged as described above is irradiated on the surface of the semiconductor wafer 10 set on the turntable 20 from the overall control device 800 (see FIG. 2). Based on the timing control signal, the stepping motor 701 of the turntable drive control device 700 rotates in units of angle 2α which is twice the angle α representing the positional relationship between the light source 51a and the light source 52a (light source 51b and light source 52b). Is done. By driving the stepping motor 701, the semiconductor wafer 10 is rotated by the angle 2α. The imaging camera 30 captures the surface of the semiconductor wafer 10 at each angular position with an interval of the angle 2α. Then, the inspection processing device 500 takes in a photographing signal from the imaging camera 30 under the control of the overall control device 800.
[0052]
In the inspection processing apparatus 500, the input processing unit 502 converts a photographing signal from the imaging camera 30 into image data representing a luminance level in units of pixels and supplies the image data to the image processing unit 501. The image processing unit 501 converts the image data from the input processing unit 502 into image data for one frame representing an image on the surface of the semiconductor wafer 10 and stores the image data in the memory unit 503 as original image data. By performing such processing in synchronization with the rotation of the turntable 20, original image data representing the image of the surface of the semiconductor wafer 10 captured by the imaging camera 30 at each angular position is stored in the memory unit for the number of times N. 503 is accumulated.
[0053]
When the inspection light from the four light sources 51a, 51b, 52a, 52b is irradiated to a defect (such as a scratch) on the surface of the semiconductor wafer 10, the irradiation direction (of the optical axis) of each of the four inspection lights from the defect. Four light beams that have intensity distributions that are biased in a certain direction with respect to (direction). In this way, light advances from each defect in a direction (intensity distribution peak direction) depending on each of the irradiation directions of the four inspection lights, and thus there is a probability that light from each defect can be captured by the imaging camera 30. Get higher. Then, when any of the light beams that have advanced from the defect enters the imaging camera 30, the luminance level of the pixel corresponding to the position of the scratch in the original image data generated based on the imaging signal from the imaging camera 30 Becomes higher than the luminance level of other pixels.
[0054]
As described above, when the original image data corresponding to the N original images is accumulated in the memory unit 503, the image processing unit 501 performs processing according to the procedure shown in FIG.
[0055]
In FIG. 8, the image processing unit 501 acquires I-th (initial value 1) original image data Ri stored in the memory unit 503 (S1). The memory unit 503 stores non-defective image data obtained by photographing the surface of a semiconductor wafer determined to be non-defective in advance (hereinafter, various image data are simply expressed as images in the description of this processing). The image processing unit 501 creates a difference image Si between the acquired original image Ri and a non-defective image (S2). Specifically, the luminance level of the corresponding pixel of the non-defective image is subtracted from the luminance level of each pixel of the original image Ri. A difference image Si is formed by each pixel of the luminance level obtained as a result of the subtraction. Therefore, pixels having a relatively high luminance level in the difference image Si are expected to correspond to defects that are not present in the non-defective images. The difference image Si created in this way is stored in the memory unit 503.
[0056]
The image processing unit 501 performs a threshold process on the luminance level of each pixel of the difference image Si obtained as described above, thereby removing a noise and an area having a luminance level that is expected to correspond to a defect. (A set of pixels) is extracted (S3). Thereafter, the image processing unit 501 designates the next original image (I = I + 1) until it determines that the processing for all the original images (N original images) accumulated in the memory unit 503 has been completed (S4). Then, the same processing (generation of the difference image Si) as described above is repeatedly executed on the original image (S1, S2, S3, S4).
[0057]
When it is determined that the processing for all the original images stored in the memory unit 503 has been completed (YES in S4), the image processing unit 501 stores the N sheets stored in the memory unit 503 at that time. The difference images are combined to generate a combined difference image (S5). Specifically, the angle adjustment of each difference image is performed based on the angle position when the original image corresponding to each difference image is obtained. Then, a luminance level equal to or higher than a predetermined threshold is extracted from the luminance levels of N pixels at the same position in each difference image, and the maximum level among the extracted luminance levels is determined as the luminance level for the pixel at that position. By performing such processing, necessary defect information can be taken into the composite image without deteriorating.
[0058]
When the composite difference image is generated as described above, the image processing unit 501 extracts a defective area from the composite image. (S6). The process for extracting the defective area is performed as follows. A pixel having a first luminance level L1 or higher is searched. Further, with that pixel as a nucleus, a pixel collection region having a second luminance level L2 (<L1) lower than the first luminance level is detected as a defective region. As a result, noise (smaller than the second luminance level L2) can be removed, and an accurate size of the defect (a region having a peak equal to or higher than the second luminance level L2) can be measured.
[0059]
Next, the image processing unit 501 determines the position of the defect existing on the surface of the semiconductor wafer from the defect area (a set shape of pixels) extracted from one composite difference image corresponding to one semiconductor wafer as described above. Defect information (text data) representing the shape, size, number, etc. is created (S7). Then, the image processing unit 501 sends the defect information to the monitor unit 504, and the attribute (position, shape, size, number, etc.) of the defect on the surface of the semiconductor wafer 10 inspected by the monitor unit 504 is, for example, a tabular format. Is displayed. The operator can determine the quality of the semiconductor wafer 10 to be inspected by looking at the defect information displayed on the monitor unit 504.
[0060]
The image processing unit 501 can further send the composite difference image obtained in the above-described process (S5) to the monitor unit 504, and cause the monitor unit 504 to display the composite difference image. In this case, the operator can visually recognize a highly likely area as a defective area. In addition, the image processing unit 501 can generate a composite image obtained by superimposing the composite difference image and the above-described non-defective image, send the composite image to the monitor unit 504, and cause the monitor unit 504 to display the composite image. In this case, the operator can easily perform visual inspection of the semiconductor wafer 10 by comparing the state of the semiconductor wafer 10 to be actually inspected with the composite image displayed on the monitor unit 504.
[0061]
In the processing by the image processing unit 501 as described above, information on defects included in a difference image representing a difference between each original image and a non-defective image is combined with all the difference images to generate a combined difference image. By doing so, it becomes possible to express with connection and spread. For this reason, it is possible to detect defects with higher accuracy. Furthermore, since it is only necessary to extract a defect from one composite difference image, the processing is also simplified.
[0062]
In the example described above, the light source unit 50 is configured by the four light sources 51a, 51b, 52a, and 52b, but the configuration of the light source unit 50 is not limited to this. Five or more light sources can also be arranged. However, the number of light sources is determined within a range in which a dark field environment determined by the relationship between the performance of the imaging camera 30 and the inspection accuracy can be maintained. In particular, the number of light sources arranged along the surface of the semiconductor wafer 10 is liable to affect the dark field environment, so it is not preferable to increase the number of light sources.
[0063]
In the example described above, the non-defective image is used to obtain the difference image, but the image (reference image) that is the reference for obtaining the difference image is not limited to this. For example, an image obtained by extracting a predetermined low frequency band component from the original image can be used as the reference image. In general, a portion corresponding to a defect in the original image appears as a bright spot, and therefore the frequency component becomes very high. Therefore, the component corresponding to the defect is not included in the predetermined low frequency band component extracted from the original image, and is suitable as a reference image for generating a difference image.
[0064]
The arrangement relationship of the plurality of light sources is not particularly limited as long as the inspection light from each light source is irradiated on the surface of the semiconductor wafer 10 to be inspected in a state where the optical axes are not parallel. For example, the light source 51a and the light source 52b or the light source 51b and the light source 52a may be arranged in an oblique manner.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, inspection light whose optical axes are not parallel is irradiated onto the sample surface from a plurality of light sources, so that each defect on the sample surface is subjected to each of the plurality of inspection lights. Light comes out with a certain angle dependency. For this reason, even if the angle dependency of the light traveling from each defect on the inspection light increases, it becomes possible to simultaneously capture the light traveling from more defects in the imaging device, and no special mechanism such as a tilt mechanism is provided. However, it is possible to detect defects on the surface of the sample with high accuracy without rotating the sample at a smaller angular pitch. That is, it is possible to realize a surface inspection apparatus and method that can detect defects efficiently and more accurately without complicating the structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a surface inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a processing system of the surface inspection apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram (No. 1) illustrating a support mechanism for an imaging camera, a shade, and an optical unit.
FIG. 4 is a diagram (No. 2) illustrating a support mechanism for an imaging camera, a shade, and an optical unit.
FIG. 5 is a third diagram illustrating a support mechanism for an imaging camera, a shade, and an optical unit.
6 is a diagram showing optical conditions (No. 1) to be satisfied by each light source in the surface inspection apparatus shown in FIG. 1;
7 is a diagram showing optical conditions (No. 2) to be satisfied by each light source in the surface inspection apparatus shown in FIG. 1;
8 is a flowchart showing a processing procedure for detecting a defect on the surface of a semiconductor wafer in the surface inspection apparatus shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
10 Semiconductor wafer
20 Turntable
30 Imaging camera
35 Camera mounting parts
36 Fixture
40 shades
41, 43 Front strut
42, 44 Rear support
45, 46 Overhang arm member
47 Connecting member
48 First light source mounting plate
49 Second light source mounting plate
50 Light source unit
51a, 51b, 52a, 52b
60 Reflective mirror
65 Support
100 aligner
200 cassettes
300 Sample loading robot mechanism
400 Sample carrying robot mechanism
500 Inspection processing equipment
501 Image processing unit
502 Input processing unit
503 Memory unit
504 Monitor unit
600 Robot controller
700 Turntable drive control device
701 Stepping motor
702 Drive circuit
800 Central control unit

Claims

A sample rotation mechanism for rotating a plate-shaped sample with its surface facing a predetermined direction;
Drive control means for performing drive control of the sample rotation mechanism;
An imaging device installed in a predetermined positional relationship with respect to the surface of the sample and photographing the surface of the sample;
A plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with inspection light;
Defect detection means for detecting defects on the sample surface from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the sample rotated by the sample rotation mechanism under the control of the drive control means with the imaging device; Prepared,
The plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with the inspection light are placed so as not to face each other with the sample interposed therebetween so that the optical axes of the inspection light from them are not parallel to each other, at least look including two light sources installed in the horizontal direction condition is satisfied that the angle between the projection line of the optical axis of the inspection light for a plane parallel to the sample surface at a predetermined angle greater than zero,
The drive control means controls the sample rotation mechanism so as to rotate the sample by an angle unit obtained by multiplying the predetermined angle by the number of light sources that satisfy the horizontal direction condition. Inspection device.

The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the plurality of light sources are installed such that optical axes of inspection light from the light sources intersect at a rotation center of the sample surface.

The surface inspection apparatus according to claim 1 or 2, wherein at least two light sources satisfying the horizontal direction are installed so that incident angles of inspection light from the light sources on the sample surface are the same.

A sample rotation mechanism for rotating a plate-shaped sample with its surface facing a predetermined direction;
Drive control means for performing drive control of the sample rotation mechanism;
An imaging device installed in a predetermined positional relationship with respect to the surface of the sample and photographing the surface of the sample;
A plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with inspection light;
Defect detection means for detecting defects on the sample surface from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the sample rotated by the sample rotation mechanism under the control of the drive control means with the imaging device; Prepared,
The plurality of light sources that simultaneously irradiate the sample surface with the inspection light are placed so as not to face each other with the sample interposed therebetween so that the optical axes of the inspection light from them are not parallel to each other, At least two light sources installed so as to satisfy the horizontal direction condition that the angle formed by the projection line of the optical axis of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface is a predetermined angle greater than zero;
The plurality of light sources further include two light sources installed so as to satisfy a vertical direction condition that at least incident angles of the respective inspection lights on the sample surface are different .

5. The surface inspection apparatus according to claim 4, wherein the at least two light sources satisfying the vertical direction are installed so that their optical axes are included in the same plane perpendicular to the sample surface .

The defect detection means generates a composite image corresponding to a single sample image while performing angle correction from a sample image at a plurality of angular positions obtained by photographing the surface of the rotated sample with the imaging device. 6. The surface inspection apparatus according to claim 1, further comprising an image synthesizing unit .

The image synthesizing unit generates a differential image by subtracting a predetermined reference image from each of sample images at a plurality of angular positions obtained by photographing the surface of the rotated sample with the imaging device. Means,
And a difference image synthesizing unit that synthesizes the difference images obtained at the plurality of angular positions obtained by the difference image generating unit while correcting the angular positions, and generates the synthesized image. Item 7. The surface inspection apparatus according to Item 6 .

8. The surface inspection apparatus according to claim 7 , wherein a non-defective sample image obtained by photographing a predetermined non-defective sample with the imaging device is used as the predetermined reference image .

The surface inspection apparatus according to claim 7, wherein an image obtained by extracting a predetermined low frequency band component from each of the sample images at the plurality of angular positions is used as the predetermined reference image .

The surface inspection apparatus according to claim 6, further comprising an inspection result output unit that outputs the composite image as an inspection result .

Claim 6, characterized in that it comprises a test result output means for outputting an image obtained by superimposing the non-defective sample image obtained by photographing the composite image and a predetermined non-defective samples in the image pickup apparatus as a defect inspection result The surface inspection apparatus in any one of thru | or 10 .

7. The apparatus according to claim 6 , further comprising: defect information generating means for generating information representing defect attributes based on the composite image; and inspection result output means for outputting information representing the defect attributes as inspection results. The surface inspection apparatus according to any one of 11 .

A plurality of light sources that are installed without facing the respective optical axes on the surface of the plate-like sample rotated in a state in which the surface is directed in a predetermined direction, without facing the sample, Two light sources installed so as to satisfy the horizontal direction condition that the angle formed by the projection line of the optical axis of each inspection light with respect to a plane parallel to the sample surface is a predetermined angle larger than zero, and each inspection with respect to the sample surface Irradiating the inspection light simultaneously from the plurality of light sources including at least two light sources installed so as to satisfy the vertical direction condition that the incident angles of light are different,
A surface inspection method for detecting defects on a surface of a sample from a plurality of sample images obtained by photographing the surface of the rotated sample with an imaging device.