JP5067049B2

JP5067049B2 - 端部検査装置、及び被検査体の端部検査方法

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Publication number: JP5067049B2
Application number: JP2007183543A
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Inventors: 直史坂口; 貴志渡部
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Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: JP2009020021A

Description

本発明は、半導体ウェハなどの被検査体の端部を検査する端部検査装置、及び被検査体の端部検査方法に関する。

近年、半導体ウェハ上に形成される回路パターンの集積度は、年々高くなっていると共に、生産過程のウェハの表面処理に用いられる物質の種類が増えてきている。これに伴い、生産過程においてウェハ上に形成される膜の境界部分に位置するウェハの端部付近の観察が重要になってきている。この端面付近の欠陥管理がウェハからできる回路の歩留まりに影響する。

このため、半導体ウェハなどの端部周辺を複数の方向から観察して半導体ウェハの端部の状態を検査する他に、半導体ウェハの端部周辺にレーザ光を照射して、半導体ウェハの端部周辺で反射したときに生じる正反射光と散乱反射光とをそれぞれ受光して、それら受光量から傷の有無の検出や表面粗さの算出等、半導体ウェハの端部の状態を検査している（例えば特許文献１）。
特開平１１−３５１８５０号公報

しかしながら、半導体ウェハの端部付近における状態の検査は、被検査体の回転及び半導体ウェハの端部の観察を繰り返しながら、半導体ウェハの全周に亘って行うため、１回の半導体ウェハの検査で得られる画像全てを参照して半導体ウェハの端部における欠陥の有無を判断することになるので、半導体ウェハの端部の検査を効率良く行うことができないという問題がある。また、正反射光及び散乱反射光の受光量から被検査体の端部の状態を検査する場合、傷の有無、及び傷の種類（縦傷、横傷及び斜めの傷等）は検出できるが、この場合、傷自体を像として観察していないため、その傷の生成範囲等を観察することができないという問題がある。

本発明は、被検査体の端部の状態を効率良く検査するとともに、被検査体に生じる欠陥部分の画像を容易に取得することができるようにした端部検査装置、及び被検査体の検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の端部検査装置は、薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、前記被検査体の表面は、平坦部と、該平坦部の周縁に位置して前記被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とから構成されており、前記被検査体の上方から、前記傾斜部と前記平坦部の一部を含む前記被検査体の端部の画像を取得する第１の画像取得手段と、前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１の画像取得手段により取得された画像とを比較することで、前記薄膜が前記傾斜部に形成されているか否かを認識する画像比較手段と、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第２の画像取得手段と、を備えたことを特徴とする。

また、前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１の画像取得手段によって取得された画像から算出する算出手段を備えていることを特徴とする。
前記第１の画像取得手段及び前記第２の画像取得手段により取得された画像から、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する状態取得手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の端部検査装置は、薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、前記被検査体の表面は、平坦部と、該平坦部の周縁に位置して前記被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とから構成されており、前記被検査体の上方から、前記傾斜部と前記平坦部の一部を含む前記被検査体の端部の画像を取得する第１の画像取得手段と、前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１の画像取得手段により取得された画像とを比較することで、前記薄膜が前記傾斜部に形成されているか否かを認識する画像比較手段と、前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１の画像取得手段によって取得された画像から算出する算出手段と、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第２の画像取得手段と、前記第１の画像取得手段及び前記第２の画像取得手段により取得された画像と、前記算出手段により算出された前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離とから、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する状態取得手段と、を備えたことを特徴とする。

また、前記画像比較手段は、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の側面を示す基本画像と、前記第２の画像取得手段により取得された画像とを比較して、前記薄膜が前記側面に形成されているか否かを認識することを特徴とする。

また、前記被検査体の裏面端部の画像を取得可能な第３の画像取得手段をさらに備え、前記画像比較手段は、前記側面と前記裏面端部との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の裏面端部を示す基本画像と、前記第３の画像取得手段により得られた画像とを比較して、前記薄膜の縁部を特定することを特徴とする。
また、前記第３の画像取得手段は、前記被検査体の側面と前記被検査体の裏面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の裏面端部の画像を取得することを特徴とする。

また、前記状態取得手段は、前記第２の画像取得手段、及び前記第３の画像取得手段により得られた画像から、前記被検査体の側面から裏面における前記薄膜の縁部の状態を取得することを特徴とする。
この場合、前記薄膜の縁部の状態から該薄膜の縁部が連続していないと判断された場合に、前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段の少なくとも１つを用いて、前記薄膜の縁部が連続していない領域の周辺部の画像を取得することを特徴とする。
また、前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段によって取得された欠陥及びその周辺部の画像を複数の画像に分割し、該複数の画像のうち、前記被検査体の外周方向に隣り合う画像同士の画素値の差分によって、前記欠陥が生じた範囲を特定する範囲特定手段を備えていることを特徴とする。
また、前記範囲特定手段は、前記欠陥が生じた範囲を特定する他に、欠陥の拡散方向を特定することが可能であり、特定された前記欠陥の拡散方向に基づいて、前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段の少なくとも何れかを用いて、前記被検査体に生じた欠陥の画像を取得することを特徴とする。

また、本発明の端部検査方法は、薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部を検査する方法において、前記被検査体の上方から、平坦部の一部と、該平坦部の周縁部に位置して被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とを含む前記被検査体の表面の端部における画像を取得する第１ステップと、前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、第１ステップにて取得された画像とを比較することで、前記傾斜部における前記薄膜の縁部の有無を認識する第２ステップと、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第３ステップと、を備えたことを特徴とする。
また、前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得した画像から、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する第４ステップを備えたことを特徴とする。

また、本発明の被検査体の端部検査方法は、薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、前記被検査体の上方から、平坦部の一部と、該平坦部の周縁部に位置して被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とを含む前記被検査体の表面の端部における画像を取得する第１ステップと、前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１ステップにて取得された画像とを比較することで、前記傾斜部における前記薄膜の縁部の有無を認識する第２ステップと、前記傾斜部に前記薄膜の縁部があることを認識した場合、前記薄膜が前記傾斜部と、前記側面との境界に形成されているか否かを判定する第３ステップと、前記傾斜部に前記薄膜の縁部があることを認識した場合、前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１ステップによって取得された画像から算出する第４ステップと、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第５ステップと、前記第３ステップにて前記境界に薄膜が形成されていた場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の側面を示す基本画像と前記第５ステップにて取得された前記被検査体の側面における画像とを比較した結果、及び前記第４ステップにて算出された前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離とから、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する第６ステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、被検査体の端部の状態を効率良く検査することができ、また被検査体の薄膜に欠陥が生じている場合には、欠陥の画像を効率良く取得することができる。

図１は、本発明の端部検査装置１０の構成を示す概略図である。端部検査装置１０は、保持テーブル１１、回転駆動部１２、水平駆動部１３などを備えている。保持テーブル１１は、その上面に載置される半導体ウェハ１５を吸着保持する。回転駆動部１２は、保持テーブル１１を所定の角度回転させる。なお、所定の角度とは、例えば隣り合う検査位置で得られた画像を並べた場合に連続した画像となる角度であり、この角度は、後述するＣＣＤ２９における撮像範囲に基づいて設定される。

水平駆動部１３は、保持テーブル１１及び回転駆動部１２を水平方向に移動させる。ここで、水平方向とは、保持テーブル１１の半導体ウェハ１５を載置する面に対して平行な方向である。この水平駆動部１３を設けることで、半導体ウェハ１５を保持テーブル１１に載置するときに、半導体ウェハ１５の中心と保持テーブル１１の回転中心とを一致させる、つまり偏芯状態を補正することができる。

この端部検査装置１０は、半導体ウェハ１５の端部上面の画像を取得する第１画像取得部２１と、半導体ウェハ１５の周面の画像を取得する第２画像取得部２２と、半導体ウェハ１５の端部下面の画像を取得する第３画像取得部２３とを備えている。

第１画像取得部２１は、保持テーブル１１に吸着保持された半導体ウェハ１５の上方に配置される。この第１画像取得部２１は、光源２５、レンズ２６、ハーフミラー２７、結像レンズ２８及びＣＣＤ２９から構成される。光源２５は、例えばハロゲンランプやＬＥＤが用いられる。光源２５から照射される光は、レンズ２６を介してハーフミラー２７に入射され、該ハーフミラー２７にて反射される。この反射した光により半導体ウェハ１５が照明される。これにより、半導体ウェハ１５は落射照明により照明される。なお、この落射照明により照明される半導体ウェハ１５の上面端部は、その上方に配置されたＣＣＤ２９によって撮像される、つまり明視野像が取得される。

第２画像取得部２２は、光源３０、レンズ３１、ハーフミラー３２、結像レンズ３３及びＣＣＤ３４から構成される。この第２画像取得部２２は、保持テーブル１１に吸着保持された半導体ウェハ１５の側方に、且つ、ＣＣＤ３４の撮像光軸Ｌ２が第１画像取得部２１のＣＣＤ２９の撮像光軸Ｌ１と直交するように配置される。

第３画像取得部２３は、光源３５、レンズ３６、ハーフミラー３７、結像レンズ３８及びＣＣＤ３９から構成される。第３画像取得部２３は、保持テーブル１１に吸着保持された半導体ウェハ１５の下方に、且つ、ＣＣＤ３９の撮像光軸Ｌ３が第１画像取得部２１のＣＣＤ２９の撮像光軸Ｌ１と略同軸となるように配置される。なお、第２画像取得部２２及び第３画像取得部２３の構成は、第１画像取得部２１と同様の構成であることから、これら画像取得部における詳細は省略する。

図２は、半導体ウェハ１５に対する画像の取得範囲を示している。詳細には、図２（ａ）は、半導体ウェハ１５の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＣ−Ｃ’断面図である。第１画像取得部２１は半導体ウェハ１５の上方に位置していることから、半導体ウェハ１５を上面から見た場合、第１画像取得部２１による半導体ウェハ１５上の画像取得範囲は、半導体ウェハ１５の上面端部における符号Ａで示す範囲となる。この符号Ａで示す範囲は、半導体ウェハ１５の上面端部に形成された傾斜面（以下、上ベベルと称する）１５ａと、上ベベル１５ａに連なる平坦面１５ｂの一部と、半導体ウェハ１５の外側を含む範囲である。

第２画像取得部２２は半導体ウェハ１５の側面（以下、アペックスと称する）１５ｃの外側に配置されていることから、第２画像取得部２２による半導体ウェハ１５の画像取得範囲は、アペックス１５ｃとなる。

第３画像取得部２３は、上述したように、その撮像光軸Ｌ３が第１画像取得部２１の撮像光軸Ｌ１と略同軸となるように配置されていることから、この第３画像取得部２３による半導体ウェハ１５の画像取得範囲は、第１画像取得部２１の画像取得範囲と略同一で、その下面となるが、この第３画像取得部２３は、半導体ウェハ１５の下方に配置されることから、第３画像取得部１５による画像取得範囲は、下ベベル１５ｄと、下ベベル１５ｄに連なる平坦面１５ｅの一部と、半導体ウェハ１５の外側を含む範囲となる。

図１に戻って、制御装置４５は、水平駆動部１３を動作させて保持テーブル１１の水平方向における位置を調整する他に、回転駆動部１２、第１画像取得部２１，第２画像取得部２２，第３画像取得部２３の動作を制御する。この制御装置４５は、画像比較部５０、状態取得部５１、範囲特定部５２を備えている。

画像比較部５０は、薄膜１６が形成された半導体ウェハ１５の上ベベル１５ａの画像（以下、検査画像）、アペックス１５ｃや下ベベル１５ｄの検査画像と、薄膜１６が形成されていない半導体ウェハ１５の画像（以下、基本画像）とを比較し、薄膜１６の境界を特定する。なお、以下では、上ベベル１５ａの検査画像をＰＵ_ｎ（ｎ：基準となる検査位置で得られた場合をｎ＝１とする）、アペックス１５ｃの検査画像をＰＡ_ｎ、下ベベル１５ｄの検査画像をＰＤ_ｎと称し、また、上ベベル１５ａの基本画像をＰＵ_０、アペックス１５ｃの基本画像をＰＡ_０、下ベベル１５ｄの基本画像をＰＤ_０と称して説明する。

図３は、半導体ウェハ１５の上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎと、基本画像ＰＵ_０との比較の手順を示すものである。検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０とを比較する方法としては、検査画像ＰＵ_ｎの各画素の画素値から、基本画像ＰＵ_０における同位置の画素の画素値を減ずることが挙げられる。例えば、検査画像ＰＵ_ｎの各画素のうち薄膜１６に該当する画素の画素値は、薄膜１６が形成されていない画素の画素値とは異なることから、薄膜１６が形成された箇所に該当する画素の画素値と、薄膜１６が形成されていない画素の画素値との間に差分が生じる。

一方、薄膜１６が形成されていない箇所に該当する画素の画素値はだいたい一定である。このため、検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０とを比較することによって、差分が或る閾値よりも大きく生じている画素の領域を、薄膜１６が形成されている領域として特定する。この特定により、半導体ウェハ１５に形成される薄膜１６の境界が特定される。なお、アペックス１５ａの検査画像ＰＡ_ｎと基本画像ＰＡ_０との比較、下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎと基本画像ＰＤ_０との比較においても同様であるので、ここでは、その詳細を省略する。

この画像比較部５０は、距離算出部５４を備えている。この距離算出部５４は、例えば上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０との比較を行った際に、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄ（図３参照）を算出する。つまり、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０に対するＹ方向の位置は上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎや基本画像ＰＵ_０から認識され、検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０との比較において薄膜１６が形成されていない画素の領域も特定されることから、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０からＹ方向において、画素値に差分が生じない、又は小さい画素数を特定する。なお、１画素に対する縮尺は予めわかっていることから、特定された画素数と縮尺とから、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｌ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄが算出される。

状態取得部５１は、画像比較部５０による検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０とを比較した結果から薄膜１６の境界Ｂ１の状態を取得する。例えば上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの画素数（又は距離）は、画像比較部５０によって算出されることから、これら画像数をＸ方向のそれぞれについて比較していくことで、半導体ウェハ１５の上ベベル１５ａに形成される薄膜１６の状態を取得する。例えばＸ方向の各位置において、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄが設計段階での交差範囲内となる場合には、薄膜１６が正常に形成されていると認識する。

図４に示すように、Ｘ方向の何れかの位置において、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの画素数が０となる箇所が生じている場合には、薄膜１６の境界Ｂ１が、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０に交差していると認識する。この場合、第２画像取得部２２によってアペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_ｎが取得される。

この場合も、取得されたアペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_ｎと基本画像ＰＡ_０との比較が行われる。この比較も上ベベル１５ａの検査画像ＰＡ_ｎと基本画像ＰＡ_０との比較と同様であるので、その詳細は省略するが、この比較によって、検査画像ＰＡ_ｎの各画素と対応する基本画像ＰＡ_０の各画素との差分が閾値よりも大きい画素の領域を薄膜１６が形成されている領域として、差分が閾値より小さい画素の領域を薄膜１６が形成されていない領域として特定する。

さらに、薄膜１６の境界Ｂ１と、アペックス１５ｃと下ベベル１５ｄとの境界Ｂ２までＺ方向の画素数が０となる場合には、アペックス１５ｃに形成された薄膜１６の境界をＢ１’とすると、この薄膜１６の境界Ｂ１’がアペックス１５ｃと下ベベル１５ｄとの境界に交差していると判定し、第３画像取得部２３により下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎが取得される。この場合も、取得された下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎと基本画像ＰＤ_０との比較が行われる。下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎと基本画像ＰＤ_０との比較の流れや説明は、その詳細を省略する。

上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎと基本画像ＰＵ_０との比較時、アペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_ｎと基本画像ＰＡ_０との比較時、さらには、下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎと基本画像ＰＤ_０との比較時に、画素値の差分が閾値よりも小さい領域が外周方向（Ｘ方向）に渉って急激に変化している場合がある。この場合には、薄膜１６の境界に連続性がないと判定される。この判定が行われたときには、制御装置４５は回動駆動部１２を介して現在の検査位置から所定角度正逆回転させて、上ベベル１５ａ、アペックス１５ｃ、下ベベル１５ｄの検査画像をそれぞれ取得する。

範囲特定部５２は、薄膜１６の境界に連続性がないと判断されたときに取得される上ベベル１５ａ、アペックス１５ｃ、下ベベル１５ｄの検査画像から、欠陥が生じている領域（欠陥領域）を特定する。この欠陥の範囲の特定は、例えば差分検査方式が用いられる。差分検査方式は、周知であるため、ここではその詳細は省略するが、図５に示すように、取得された全ての検査画像を、Ｘ方向において複数の領域に分割し、隣り合う領域の検査画像同士を、Ｙ方向の位置座標値が同じもの同士の画素値の差分を算出する。この差分を算出したときに、差分が閾値よりも大きい箇所（図５中斜線にて示す領域）を欠陥が生じている箇所、差分が閾値よりも小さい箇所を欠陥が生じていない箇所であるとする。この差分を全ての領域について算出していくことで、欠陥の有無の他に、欠陥の位置や範囲、さらには欠陥が延びている方向（拡散方向）を特定することができる。生成されている欠陥の位置や範囲が特定されると、その欠陥全体の画像が、第１画像取得部２１、第２画像取得部２２或いは第３画像取得部２３のいずれかを用いて取得される。この取得された欠陥全体の画像は、検査位置とともに制御装置４５のメモリに記憶される。なお、欠陥の位置が特定できても、その範囲が特定できない場合には、欠陥を検出した検査位置を制御装置４５に記憶しておき、半導体ウェハ１５の端部を全周に亘って検査した後に、再度半導体ウェハ１５を別の機器で検査すればよい。

なお、取得される全ての検査画像を、Ｘ方向において複数の領域に分割する代わりに、上述した画像判定部５０による検査画像と基本画像との比較を行って、薄膜の境界に連続性のない検査画像を抽出した後、抽出された検査画像に対して、上述した差分検査方式による欠陥の範囲を特定することも可能である。

次に、本発明の端部検査装置１０における半導体ウェハの検査の流れについて図６のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１は、薄膜１６が形成されていない半導体ウェハ１５の基本画像ＰＵ_０、ＰＡ_０、ＰＤ_０をそれぞれ取得する処理である。このステップＳ１では、薄膜１６が形成されていない半導体ウェハ１５を保持テーブル１１上にセットし、第１画像取得部２１、第２画像取得部２２及び第３画像取得部２３を順次作動させて、上ベベル１５ａの基本画像ＰＵ_０、アペックス１５ｃの基本画像ＰＡ_０、下ベベル１５ｄの基本画像ＰＤ_０を取得する。ステップＳ１において、各基本画像が取得されると、ステップＳ１の処理が終了し、ステップＳ２へと進む。

ステップＳ２は、薄膜１６が形成された半導体ウェハ１５の上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎを取得する処理である。このステップＳ２では、薄膜１６が形成されていない半導体ウェハ１５を保持テーブル１１から取り外し、薄膜１６が形成された半導体ウェハ１５を保持テーブル１１にセットする。その後、保持テーブル１１にセットされた状態を基準位置として、基準位置における半導体ウェハ１５の上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_１を、第１画像取得部２１を用いて取得する。上ベベル１５ａの検査画像を取得するとステップＳ２の処理が終了し、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３は、薄膜１６の境界を特定する処理である。このステップＳ３では、画像比較部５０が作動して、取得された検査画像ＰＵ_１と基本画像ＰＵ_０との比較を行い、上ベベル１５ａにおける薄膜１６の境界Ｂ１を特定する。この薄膜１６の境界Ｂ１を特定する処理がなされると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４は、特定された薄膜１６の境界Ｂ１が上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０に交差しているか否かを判定する処理である。この判定で、薄膜１６の境界Ｂ１が、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０に交差していると判定された場合にはステップＳ５に進み、交差していないと判定された場合には、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ５は、アペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_１を取得する処理である。このステップＳ５では、第２画像取得部２２が作動して、アペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_１が取得される。この処理が終了すると、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６は、取得されたアペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_１と基本画像ＰＡ_０との比較を行い、アペックス１５ｃに形成された薄膜１６の境界Ｂ１’を特定する処理である。薄膜１６の境界Ｂ１’を特定する処理がなされると、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７は、特定された薄膜１６の境界Ｂ１’がアペックス１５ｃと下ベベル１５ｄとの境界Ｂ２に交差しているか否かを判定する処理である。この判定で、薄膜１６の境界Ｂ１’が、アペックス１５ｃと下ベベル１５ｄとの境界Ｂ２に交差していると判定された場合にはステップＳ８に進み、交差していないと判定された場合には、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ８は、下ベベル１５ｄの検査画像を取得する処理である。このステップＳ８では、第３画像取得部２３が作動して、下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_１が取得される。この処理が終了すると、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９は、取得された下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_１と基本画像ＰＤ_０との比較を行い、下ベベル１５ｄに形成された薄膜１６の境界を特定する処理である。薄膜１６の境界を特定する処理がなされると、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０は、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から、薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄを算出する処理である。つまり、ステップＳ３によって、薄膜１６の境界Ｂ１が特定されていることから、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜の境界Ｂ１までの画素数から、実際の距離Ｄを算出する。この上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から、薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄを算出する処理が終了すると、ステップＳ１１へと進む。

ステップＳ１１は、半導体ウェハ１５に形成される薄膜１６の境界Ｂ１において、連続性がある境界であるか否かを判定する処理である。このステップＳ１１で、連続性がないと判定された場合にはステップＳ１２に進み、連続性があると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１２は、欠陥領域の特定を行う処理である。この欠陥領域の特定を行う流れは、上述しているが、現在の検査位置から、半導体ウェハ１５がセットされた保持テーブル１１を所定の角度正逆回転させたときの検査画像を取得し、取得された検査画像から、欠陥領域や、欠陥が広がる方向などを特定する処理である。この処理が実行されると、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３は、特定された欠陥領域の画像を取得する処理である。このステップＳ１３では、ステップＳ１２で特定された欠陥領域に基づいて、第１画像取得部２１、第２画像取得部２２、及び第３画像取得部２３を作動させて、欠陥領域の画像を取得する。この処理が終了するとステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４は、半導体ウェハ１５の全周に亘って検査が実行されたか否かを判定する処理である。このステップＳ１３で、半導体ウェハ１５の全周に亘って検査が実行されていると判定された場合には、半導体ウェハ１５の検査が終了する。一方、全周に亘って検査が実行されていない場合には、ステップＳ１５に進み、保持テーブルを所定の角度回転させる。その後、ステップＳ２に戻って、異なる検査位置における半導体ウェハ１５の端部の検査が上述した手順で実行される。

これによれば、上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎを基本画像ＰＵ_０と比較して薄膜１６の形成状態が正常となり、また、薄膜１６の境界Ｂ１に連続性があることが特定されている限りは、アペックス１５ｃの検査画像ＰＡ_ｎ、下ベベル１５ｄの検査画像ＰＤ_ｎをそれぞれ取得する必要はないことから、取得される検査画像の画像数を低減させることができるとともに、各検査画像を比較する必要もないことから半導体ウェハ１６の欠陥の有無を効率良く検出することができる。

また、上ベベル１５ａの検査画像ＰＵ_ｎを基本画像ＰＵ_０と比較したときに薄膜１６の形成状態が正常となり、また薄膜１６の境界に連続性があることが特定された場合には、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０から薄膜１６の境界Ｂ１までの距離Ｄを算出することから、実際に形成される薄膜１６の形成状態を把握することで、薄膜１６の形成状態を管理することが可能となる。

薄膜１６の境界Ｂ１が、上ベベル１５ａとアペックス１５ｃとの境界Ｂ０に交差している場合や、アペックス１５ｃと下ベベル１５ｄとの境界Ｂ２に交差している場合に、アペックス１５ｃや下ベベル１５ｄの検査画像を取得することから、欠陥部分の画像を効率良く取得することができる。

また、薄膜１６の境界Ｂ１に連続性がない場合に検査位置周辺の検査画像を取得することで、薄膜１６の境界Ｂ１の荒れに起因する欠陥部分の画像を効率的に取得することができる。

さらに、差分検出方式を用いて、取得した検査画像に対する欠陥の範囲を特定するから、欠陥が生じている範囲や欠陥が拡散する方向、さらには、欠陥自体の種類をも特定することができる。

本実施形態では、上ベベル１５ａ、アペックス１５ｃ、下ベベル１５ｄの基本画像ＰＵ_０、ＰＡ_０、ＰＤ_０は、薄膜１５の欠陥検出を行う前に、薄膜１５が形成されていない半導体ウェハ１５を実際に保持テーブル１１に保持することにより取得しているが、予め、これら基本画像を取得しておくことも可能である。また、これら基本画像は、検査時に撮像する全ての回転角度位置に対して取得された基本画像であってもよいし、半導体ウェハがどの回転位置であっても同一形状であれば、特定の回転位置における基本画像であってもよい。各回転角度位置で基本画像を取得している場合、検査画像ＰＵ_ｎ，ＰＡ_ｎ，ＰＤ_ｎとの差分をとる際には、同位置回転角度位置の基本画像を用いたほうがよい。

本実施形態では、３つの画像取得部を有する端部検査装置の例を取り上げているが、これに限定する必要はなく、１つの画像取得部を備えた端部検査装置であってもよい。つまり、画像取得部が１つの場合には、初期の状態では上ベベルの検査画像を取得できるように画像取得部を配置しておき、アペックス及び下ベベルの検査画像を取得する必要がある場合にのみ、上ベベルの検査画像を取得する位置から、アペックスの検査画像を取得する位置、又は下ベベルの検査画像を取得する位置へと、画像取得部を移動させればよい。

本実施形態では、上ベベルに薄膜の境界がある場合にのみ、上ベベルとアペックスとの境界から薄膜の境界までの距離を算出しているが、これに限定する必要はなく、例えばアペックスに薄膜の境界がある場合に、下ベベルとアペックスの境界から薄膜の境界までの距離を算出する、或いは下ベベルに薄膜の境界がある場合に、下ベベルと平坦面との境界から薄膜の境界までの距離を算出することも可能である。このように、各境界から薄膜の境界までの距離を算出することで、薄膜のタレの状態を把握することができる。

本実施形態では、距離算出部を画像比較部に設けた実施形態としているが、これに限定される必要はなく、例えば状態取得部に設けることも可能である。

本実施形態では、端部検査装置としているが、半導体ウェハなどの被検査体の表面全体を検査する検査装置に、本発明の端部検査装置における機能を付加することも可能である。

本発明の端部検査装置の構成を示す概略図である。半導体ウェハの構成を示す説明図である。薄膜が上ベベルに形成されている場合の検査画像と基本画像との比較を行う際の流れを示す図である。薄膜が、上ベベルからアペックスに跨って形成されている場合の検査画像と基本画像との比較を行う際の流れを示す図である。薄膜の境界に連続性がない場合に、欠陥領域を特定する流れを示す図である。半導体ウェハの端部を検査する流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…端部検査装置，１５…半導体ウェハ，１５ａ…上ベベル，１５ｃ…アペックス，１５ｄ…下ベベル，２１…第１画像取得部，２２…第２画像取得部，２３…第３画像取得部，４５…制御装置，５０…画像比較部，５１…状態取得部，５２…範囲特定部，５４…距離算出部

Claims

薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、
前記被検査体の表面は、平坦部と、該平坦部の周縁に位置して前記被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とから構成されており、
前記被検査体の上方から、前記傾斜部と前記平坦部の一部を含む前記被検査体の端部の画像を取得する第１の画像取得手段と、
前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１の画像取得手段により取得された画像とを比較することで、前記薄膜が前記傾斜部に形成されているか否かを認識する画像比較手段と、
前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第２の画像取得手段と、
を備えたことを特徴とする端部検査装置。
請求項１記載の端部検査装置において、
前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１の画像取得手段によって取得された画像から算出する算出手段を備えていることを特徴とする端部検査装置。
請求項１又は２記載の端部検査装置において、
前記第１の画像取得手段及び前記第２の画像取得手段により取得された画像から、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する状態取得手段をさらに備えることを特徴とする端部検査装置。
薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、
前記被検査体の表面は、平坦部と、該平坦部の周縁に位置して前記被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とから構成されており、
前記被検査体の上方から、前記傾斜部と前記平坦部の一部を含む前記被検査体の端部の画像を取得する第１の画像取得手段と、
前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１の画像取得手段により取得された画像とを比較することで、前記薄膜が前記傾斜部に形成されているか否かを認識する画像比較手段と、
前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１の画像取得手段によって取得された画像から算出する算出手段と、
前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第２の画像取得手段と、
前記第１の画像取得手段及び前記第２の画像取得手段により取得された画像と、前記算出手段により算出された前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離とから、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する状態取得手段と、
を備えたことを特徴とする端部検査装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の端部検査装置において、
前記画像比較手段は、前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の側面を示す基本画像と、前記第２の画像取得手段により取得された画像とを比較して、前記薄膜が前記側面に形成されているか否かを認識することを特徴とする端部検査装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の端部検査装置において、
前記被検査体の裏面端部の画像を取得可能な第３の画像取得手段をさらに備え、
前記画像比較手段は、前記側面と前記裏面端部との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の裏面端部を示す基本画像と、前記第３の画像取得手段により得られた画像とを比較して、前記薄膜の縁部を特定することを特徴とする端部検査装置。
請求項６に記載の端部検査装置において、
前記第３の画像取得手段は、前記被検査体の側面と前記被検査体の裏面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の裏面端部の画像を取得することを特徴とする端部検査装置。
請求項６または請求項７に記載の端部検査装置において、
前記状態取得手段は、前記第２の画像取得手段、及び前記第３の画像取得手段により得られた画像から、前記被検査体の側面から裏面における前記薄膜の縁部の状態を取得することを特徴とする端部検査装置。
請求項８記載の端部検査装置において、
前記薄膜の縁部の状態から該薄膜の縁部が連続していないと判断された場合に、前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段の少なくとも１つを用いて、前記薄膜の縁部が連続していない領域の周辺部の画像を取得することを特徴とする端部検査装置。
請求項９記載の端部検査装置において、
前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段によって取得された欠陥及びその周辺部の画像を複数の画像に分割し、該複数の画像のうち、前記被検査体の外周方向に隣り合う画像同士の画素値の差分によって、前記欠陥が生じた範囲を特定する範囲特定手段を備えていることを特徴とする端部検査装置。
請求項１０記載の端部検査装置において、
前記範囲特定手段は、前記欠陥が生じた範囲を特定する他に、欠陥の拡散方向を特定することが可能であり、
特定された前記欠陥の拡散方向に基づいて、前記第１の画像取得手段、前記第２の画像取得手段及び前記第３の画像取得手段の少なくとも何れかを用いて、前記被検査体に生じた欠陥の画像を取得することを特徴とする端部検査装置。
薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部を検査する方法において、
前記被検査体の上方から、平坦部の一部と、該平坦部の周縁部に位置して被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とを含む前記被検査体の表面の端部における画像を取得する第１ステップと、
前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、第１ステップにて取得された画像とを比較することで、前記傾斜部における前記薄膜の縁部の有無を認識する第２ステップと、
前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第３ステップと、
を備えたことを特徴とする被検査体の端部検査方法。
請求項１２記載の端部検査方法において、
前記第１ステップ及び前記第３ステップで取得した画像から、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する第４ステップを備えたことを特徴とする被検査体の端部検査方法。
薄膜が形成された円板状の被検査体の端部を撮像することで、前記被検査体の端部の状態を検査する端部検査装置において、
前記被検査体の上方から、平坦部の一部と、該平坦部の周縁部に位置して被検査体の側面に向けて下り傾斜する傾斜部とを含む前記被検査体の表面の端部における画像を取得する第１ステップと、
前記薄膜が形成されていない被検査体の表面の端部を示す基本画像と、前記第１ステップにて取得された画像とを比較することで、前記傾斜部における前記薄膜の縁部の有無を認識する第２ステップと、
前記傾斜部に前記薄膜の縁部があることを認識した場合、前記薄膜が前記傾斜部と、前記側面との境界に形成されているか否かを判定する第３ステップと、
前記傾斜部に前記薄膜の縁部があることを認識した場合、前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離を、前記第１ステップによって取得された画像から算出する第４ステップと、
前記傾斜部と前記側面との境界に前記薄膜が形成されている場合、前記被検査体の側面の画像を取得する第５ステップと、
前記第３ステップにて前記境界に薄膜が形成されていた場合、前記薄膜が形成されていない被検査体の側面を示す基本画像と前記第５ステップにて取得された前記被検査体の側面における画像とを比較した結果、及び前記第４ステップにて算出された前記傾斜部と前記側面との境界から前記薄膜の縁部までの距離とから、前記被検査体の傾斜部から前記側面における前記薄膜の縁部の状態を取得する第６ステップと、
を備えたことを特徴とする被検査体の端部検査方法。