JP5308934B2

JP5308934B2 - 基板検査方法および基板検査装置

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Description

本発明は、基板検査方法および基板検査装置に関するものである。

半導体製造のフォトリソグラフィ工程では、ウェハの表面にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、ウェハの外周部（ウェハエッジ部）から一定の幅でレジスト膜を除去することにより（ＥＢＲ：ＥｄｇｅＢｅａｄＲｅｍｏｖｅｒ）、ウェハの外周部のレジスト膜が厚い部分（以下、「エッジビード」という。）を除去することとしている。また、エッジビードを確実に除去しないと後の工程に影響を及ぼすおそれがあるため、ＥＢＲ処理を施した部分の管理が重要となっている。

従来、ＥＢＲ処理によるレジスト膜の除去幅（以下、「ＥＢＲ幅」という。）が適切か否かを検査する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の検査装置は、フォトレジストの材質に応じてレジスト膜の反射率特性が異なるため、照明波長を変化させて被検査基板の外周部の複数枚の画像を取得することにより、ＥＢＲ幅が適切か否かを検査することとしている。

特開２００３−２８９０３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査装置は、照明波長を変化させて複数枚の画像を取得するためスループットが低下するという不都合がある。仮に、波長数を制限してスループットを向上しようとすると、検査精度が低下するという問題がある。さらに、フォトレジストの材質に合わせて照明波長を選択したりレシピを作成したりするのでは、検査が煩雑になるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高スループッドで高精度の検査を行う基板検査方法および基板検査装置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、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、表面にレジスト膜が形成された検査基板のエッジ周辺に照明光を照射してその反射光を撮影し、前記エッジ周辺の明視野画像を取得する明視野画像取得工程と、前記検査基板の前記エッジ周辺に照明光を２つの光路に分けて照射して前記検査基板表面からの反射光と前記レジスト膜からの反射光とが合成された干渉光を撮影し、前記エッジ周辺の微分干渉画像を取得する微分干渉画像取得工程と、前記明視野画像に基づいて前記検査基板のエッジ位置を検出するエッジ位置検出工程と、前記微分干渉画像に基づいて前記検査基板と前記レジスト膜との境界位置を検出する境界位置検出工程と、前記エッジ位置から前記境界位置までの距離を判定する判定工程とを備える基板検査方法を提供する。

本発明によれば、エッジ位置検出工程により、エッジ周辺の明視野画像における検査基板と検査基板外との反射率特性の相違による輝度変化に基づいて、検査基板のエッジ位置が精度よく検出される。また、境界位置検出工程により、エッジ周辺の微分干渉画像における検査基板表面とレジスト膜との段差によって生じる輝度変化に基づいて、レジスト膜の反射率特性に関係なく検査基板とレジスト膜との境界位置が精度よく検出される。

したがって、照明波長を変化させることなく検査基板全体のエッジ周辺の明視野画像と微分干渉画像を取得するだけで、検査基板のエッジ位置から検査基板とレジスト膜との境界位置までの距離を容易かつ正確に把握でき、その距離が適切か否かを判定することができる。これにより、レジスト膜の反射率特性に応じて照明波長を変化させて複数枚の画像を取得する従来の方法と比較して、高スループットで高精度の検査を行うことができる。例えば、検査基板の周縁部から一定の範囲で除去したレジスト膜の除去幅が適切か否か、すなわち、エッジビードが精度よく確実に除去されているか否かを高スループットで高精度に検査することができる。

上記発明においては、前記明視野画像取得工程により取得された前記明視野画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出してエッジ位置領域として設定するエッジ位置領域設定工程と、前記微分干渉画像取得工程により取得された前記微分干渉画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出して境界位置領域として設定する境界位置領域設定工程とを備え、前記エッジ位置検出工程が、前記明視野画像中の前記エッジ位置領域から前記エッジ位置を検出するとともに、前記境界位置検出工程が、前記微分干渉画像中の前記境界位置領域から前記境界位置を検出することとしてもよい。

検査基板のエッジ位置を検出する領域を明視野画像の視野より狭いエッジ位置領域に限定するとともに、検査基板とレジスト膜との境界位置を検出する領域を微分干渉画像の視野より狭い境界位置領域に限定することで、明視野画像全体からエッジ位置を検出したり、微分干渉画像全体から境界位置を検出したりする場合と比較して、スループットを向上することができる。

また、上記発明においては、前記エッジ位置領域設定工程が、前記明視野画像から数ヶ所の間隔をあけた前記エッジ位置を抽出して該エッジ位置の近似曲線を作成し、該近似曲線を含む前記エッジ位置領域を設定し、前記境界位置領域設定工程が、前記微分干渉画像から数ヶ所の間隔をあけた前記境界位置を抽出して該境界位置の近似曲線を作成し、該近似曲線を含む前記境界位置領域を設定することとしてもよい。

このように構成することで、検査基板のエッジ位置の近似曲線により、処理時間の短縮と処理量の低減を図りつつ、実際のエッジ位置にほぼ近い範囲に制限したエッジ位置領域を設定することができる。同様に、検査基板とレジスト膜との境界位置の近似曲線により、処理時間の短縮と処理量の低減を図りつつ、実際の境界位置にほぼ近い範囲に制限した境界位置領域を設定することができる。これにより、スループットの向上および検査精度の向上を図ることができる。

本発明は、表面にレジスト膜が形成された検査基板のエッジ周辺に照射する照明光を発する光源と、該光源から発せられた前記照明光を前記検査基板のエッジ周辺に照射してその反射光を撮影し、前記エッジ周辺の明視野画像を取得する明視野画像取得光学系と、前記光源から発せられた前記照明光を２つの光路に分岐して前記検査基板のエッジ周辺に照射して前記検査基板表面からの反射光と前記レジスト膜からの反射光とが合成された干渉光を撮影し、前記エッジ周辺の微分干渉画像を取得する微分干渉画像取得光学系と、前記明視野画像取得光学系と前記微分干渉画像取得光学系とを切り換える切換え手段と、前記明視野画像取得光学系により取得された前記明視野画像から前記検査基板のエッジ位置を検出するとともに、前記微分干渉画像取得光学系により取得された前記微分干渉画像から前記検査基板と前記レジスト膜との境界位置を検出する検出部と、該検出部により検出された前記エッジ位置から前記境界位置までの距離を判定する判定部とを備える基板検査装置を提供する。

本発明によれば、判定部により、検査基板のエッジ周辺の明視野画像における検査基板と検査基板外との反射率特性の相違による輝度変化に基づいて、検査基板のエッジ位置が精度よく検出される。同様に、検査基板のエッジ周辺の微分干渉画像における検査基板表面とレジスト膜との段差によって生じる輝度変化に基づいて、レジスト膜の反射率特性に関係なく検査基板とレジスト膜との境界位置が精度よく検出される。

したがって、照明波長を変化させることなく検査基板全体のエッジ周辺の明視野画像と微分干渉画像を取得するだけで、検査基板のエッジ位置から検査基板とレジスト膜との境界位置までの距離を容易かつ正確に把握でき、その距離が適切か否かを判定することができる。これにより、レジスト膜の反射率特性に応じて照明波長を変化させて複数枚の画像を取得する従来の装置と比較して、高スループットで高精度に検査することができる。

上記発明においては、前記検査基板を載置して回転させるターンテーブルを備え、前記明視野画像取得光学系および前記微分干渉画像取得光学系が、前記ターンテーブル上の前記検査基板のエッジに交差する方向に延びる撮像範囲を有する撮像素子を備えることとしてもよい。

このように構成することで、ターンテーブルを回転させて検査基板を回転させつつ、撮像素子によって検査基板のエッジに交差する撮像範囲の画像を順次取得することにより、エッジ全長にわたる明視野画像および微分干渉画像を簡易に取得して、検査基板全体のエッジ検査を迅速に行うことができる。

本発明によれば、高スループッドで高精度の検査を行うことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る基板検査装置の概略構成図である。図１の基板検査装置により取得されるウェハのエッジ周辺の微分干渉画像を示す図である。図１の基板検査装置により取得されるウェハのエッジ周辺の明視野画像を示す図である。本発明の一実施形態に係る基板検査方法により、明視野画像にウェハ境界位置存在領域を設定した状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る基板検査方法により、微分干渉画像にＥＢＲ境界位置存在領域を設定した状態を示す図である。本発明の一実施形態に係る基板検査方法のフローチャート図である。本発明の一実施形態の変形例に係る基板検査装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る基板検査方法および基板検査装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る基板検査方法および基板検査装置は、フォトレジストが塗布された半導体ウェハ（検査基板）の外周部から一定の幅でレジスト膜を除去した除去幅が適切か否かを検査（以下、「ＥＢＲ検査」という。）するものである。以下、半導体ウェハの外周部から一定の幅でレジスト膜を除去することをＥＢＲ（ＥｄｇｅＢｅａｄＲｅｍｏｖｅｒ）といい、ＥＢＲ処理によりレジスト膜が除去された幅をＥＢＲ幅という。

本実施形態に係る基板検査装置１００は、図１に示すように、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）１が載置される回転ステージ（ターンテーブル）１２と、照明光を発する光源１４と、光源１４から発せられた照明光をウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射する照明光学系２０と、照明光が照射されたウェハ１のエッジ１ａ周辺の像を結像させる結像光学系３０と、結像光学系３０により結像された像を撮像するラインスキャンカメラ１６と、これら各部材の制御やＥＢＲ幅の検査等を行う制御装置４０とを備えている。

本実施形態に用いられるウェハ１は、例えば、円板形状の半導体ウェハである。ウェハ１の表面にはフォトレジストが塗布されてレジスト膜３（図３参照）が形成され、ＥＢＲ処理よりエッジ１ａ周辺のレジスト膜３が一定の幅で除去されている。
回転ステージ１２は、ウェハ１が載置されるステージ平面１２ａを有し、ステージ平面１２ａに直交する方向に延びる回転軸周りに回転可能に構成されている。

照明光学系２０は、光源１４から発せられた照明光を集光する第１レンズ２２と、第１レンズ２２により集光された照明光を直線偏光に交換する偏光子２４と、偏光子２４を透過した照明光を互いに振動方向が直交し少しだけ位相をずらした２つの光線（光路）に分離する照明側ＤＩＣプリズム（微分干渉プリズム）２６と、照明光をウェハ１に照射する第２レンズ２８とを備えている。この照明光学系２０は、回転ステージ１２上のウェハ１のエッジ１ａ周辺に照明光を照射するように調整されている。

偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６は、照明光学系２０の光軸に挿脱可能に配置されており、制御装置４０からの出力信号により挿脱することができるようになっている。

結像光学系３０は、ウェハ１からの反射光を集光する第３レンズ３２と、第３レンズ３２により集光された反射光を合成して１つの光線に戻す結像側ＤＩＣプリズム３４と、結像側ＤＩＣプリズム３４により合成された反射光から干渉信号を抽出する検光子３６と、反射光をラインスキャンカメラ１６に入射させる第４レンズ３８とを備えている。

検光子３６と結像側ＤＩＣプリズム３４は、結像光学系３０の光軸に挿脱可能に配置されており、偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６と同様に、制御装置４０からの出力信号により挿脱することができるようになっている。

ラインスキャンカメラ１６は、回転ステージ１２上のウェハ１のエッジ１ａに交差する方向に延びる撮像範囲を有する図示しないラインセンサ（撮像素子）を備えている。このラインセンサは、具体的には、ウェハ１のエッジ１ａを跨いで回転ステージ１２のほぼ半径方向に向かって延びる撮像範囲を有している。

また、ラインスキャンカメラ１６は、第４レンズ３８により集光された反射光を撮影してウェハ１のエッジ１ａ周辺の観察画像（明視野画像、微分干渉画像）を取得し、観察画像の画像データを制御装置４０へ出力するようになっている。また、ラインスキャンカメラ１６は、ウェハ１のエッジ１ａ周辺、すなわち、ウェハ１だけでなく、ウェハ１のエッジ１ａから外方に外れた範囲（ウェハ外部）も同時に視野に納めることができるように調整されている。

照明光学系２０の光軸に偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６を配置するとともに、結像光学系３０の光軸に検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４を配置した状態では、光源１４から発せられた照明光が偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６を介してウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射され、ウェハ１の表面からの反射光とレジスト膜３からの反射光とが結像側ＤＩＣプリズム３４および検光子３６を介してラインスキャンカメラ１６により撮影される微分干渉画像取得光学系Ａが構成されるようになっている。この微分干渉画像取得光学系Ａによれば、観察画像として、例えば、図２に示すようなウェハ１のエッジ１ａ周辺の微分干渉画像を取得することができる。

一方、照明光学系２０の光軸から偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６を外すとともに、結像光学系３０の光軸から検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４を外した状態では、光源１４から発せられた照明光が第１レンズ２２および第２レンズ２８のみを透過させられてウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射され、その反射光が第３レンズ３２および第４レンズ３８のみを透過させられてラインスキャンカメラ１６により撮影される明視野画像取得光学系Ｂが構成されるようになっている。この明視野画像取得光学系Ｂによれば、観察画像として、例えば、図３に示すようなウェハ１のエッジ１ａ周辺の明視野画像を取得することができる。なお、微分干渉画像および明視野画像は複数のライン画像によって構成されている。

制御装置４０は、画像データ等の各種情報を入力する入力部４２と、各種情報を外部に出力する出力部４４と、観察画像やＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する表示部４６と、制御プログラム等を記憶する記憶部４８と、ＥＢＲ幅等の検査を行うＥＢＲ検査部（判定部）５２と、ＥＢＲ検査部５２等を制御する制御部５４とを備えている。また、制御装置４０は、図示しないＭＰＵ（演算処理装置）を用いて構成されており、記憶部４８に記憶されている制御プログラムをＭＰＵが読み出して実行することにより、入力部４２、出力部４４、表示部４６、記憶部４８、ＥＢＲ検査部５２および制御部５４を作動させるようになっている。

入力部４２は、キーボード、マウス、通信装置等を用いて構成されている。この入力部４２は、表示部４６に表示されるＧＵＩを介して各種設定パラメータ等の入力を行うようになっている。
出力部４４は、通信装置、携帯型記憶媒体等を用いて構成されている。この出力部４４は、画像データを含む各種データおよび処理データ等を外部に出力するようになっている。

表示部４６は、液晶ディスプレイ等を用いて構成され、観察画像のほか、設定情報および報知情報等を表示するようになっている。
記憶部４８は、ハードディスク、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を用いて構成されている。この記憶部４８は、基板検査装置１００を制御するための制御プログラムを記憶するほか、画像データを含む各種データ等を記憶することができるようになっている。

ＥＢＲ検査部５２は、ＥＢＲ検査を実行するための制御条件を設定するとともに、ラインスキャンカメラ１６により取得された観察画像に対してＥＢＲ検査のための各種処理を行うようになっている。例えば、ＥＢＲ検査部５２は、明視野画像を取得するための制御条件や微分干渉画像を取得するための制御条件等を設定するようになっている。

また、ＥＢＲ検査部５２は、図４に示すように、明視野画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出してウェハ境界位置存在領域（エッジ位置領域）２として設定し、その領域２からウェハ１のエッジ１ａの位置（エッジ位置、ウェハ境界位置Ｗ）を検出するようになっている。

また、ＥＢＲ検査部５２は、図５に示すように、微分干渉画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出してＥＢＲ境界位置存在領域（境界位置領域）４として設定し、その領域４からウェハ１とレジスト膜３との境界３ａの位置（境界位置、ＥＢＲ境界位置Ｅ）を検出するようになっている。

さらに、ＥＢＲ検査部５２は、検出したウェハ１のエッジ１ａの位置（言い換えれば、ウェハ境界位置Ｗ）からウェハ１とレジスト膜３との境界３ａの位置（言い換えれば、ＥＢＲ境界位置Ｅ）までの距離を算出して、その距離（ＥＢＲ幅）が適切か否か、すなわち、ウェハ１の外周部のレジスト膜３が厚い部分（エッジビード）がＥＢＲ処理により適切に除去されているか等を判定するようになっている。

制御部５４は、ＥＢＲ検査部５２を制御するほか、基板検査装置１００の各部の動作を制御するものである。具体的には、回転ステージ１２、光源１４およびラインスキャンカメラ１６の作動を制御したり、偏光子２４、照明側ＤＩＣプリズム２６、検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４の挿脱を制御したりするようになっている。すなわち、制御部５４は、微分干渉画像取得光学系Ａと明視野画像取得光学系Ｂとを切り替える切換え手段としての機能も備えている。

次に、このように構成された基板検査装置１００を用いて実施される本実施形態に係る基板検査方法について説明する。
本実施形態に係る基板検査方法は、照明光学系２０の光軸から偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６を外すとともに結像光学系３０の光軸から検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４を外した状態で、光源１４から発せられた照明光をウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射し、その反射光をラインスキャンカメラ１６により撮影して、ウェハ１のエッジ１ａ周辺の明視野画像を取得するようになっている（明視野画像取得工程）。

また、照明光学系２０の光軸に偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６を配置するとともに結像光学系３０の光軸に検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４を配置した状態で、光源１４から発せられた照明光を２つの光線に分離してウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射し、ウェハ１表面からの反射光とレジスト膜３からの反射光とが合成された干渉光をラインスキャンカメラ１６により撮影して、エッジ１ａ周辺の微分干渉画像を取得するようになっている（微分干渉画像取得工程）。

そして、制御装置４０のＥＢＲ検査部５２において、明視野画像取得工程で取得された明視野画像にウェハ境界位置存在領域２を設定するとともに（エッジ位置領域設定工程）、微分干渉画像取得工程で取得された微分干渉画像にＥＢＲ境界位置存在領域４を設定するようになっている（境界位置領域設定工程）。

また、このＥＢＲ検査部５２により、エッジ位置領域設定工程で設定された明視野画像中のウェハ境界位置存在領域２からウェハ境界位置Ｗ（ウェハ１のエッジ位置）を検出するとともに（エッジ位置検出工程）、境界位置領域設定工程で設定された微分干渉画像中のＥＢＲ境界位置存在領域４からＥＢＲ境界位置Ｅ（ウェハ１とレジスト膜３との境界位置）を検出し（境界位置検出工程）、検出されたウェハ境界位置ＷからＥＢＲ境界位置Ｅまでの距離を判定するようになっている（判定工程）。

以下、上記各工程について図６のフローチャートを参照して詳細に説明する。
まず、ＥＢＲ処理されたウェハ１を回転ステージ１２のステージ平面１２ａ上に載置する。ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心とのずれがないように載置することが望ましい。

明視野画像取得工程においては、制御装置４０からの出力信号により、照明光学系２０の光軸から偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６が外された状態に設定されるとともに、結像光学系３０の光軸から検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４が外された状態に設定される。

そして、光源１４から照明光学系２０を介してウェハ１のエッジ１ａ周辺に向けて照明光が照射される。この状態で、回転ステージ１２とともにウェハ１が一周回転し、ラインスキャンカメラ１６により、ウェハ１のエッジ１ａ周辺からの反射光が結像光学系３０を介して撮影されて明視野画像が取得される（ステップＳ１）。

ここで、回転ステージ１２とともに円板形状のウェハ１を回転させることで、照明光の照射位置を固定した状態でウェハ１の全周にわたるエッジ１ａ周辺に照明光を照射することができる。そして、ラインスキャンカメラ１６により、図３に示すようなウェハ１のエッジ１ａがほぼ直線状に映し出される明視野画像を簡易に取得することができる。

この場合に、ウェハ１表面からの反射光と比較してウェハ１外からの反射光は殆どないため、明視野画像にウェハ境界位置Ｗを明瞭に映し出すことができる。また、ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心とにずれがないように配置することで、ウェハ境界位置Ｗをほぼ直線状に映し出すことができる。なお、ウェハ１の反射率とレジスト膜３の反射率との相違により、ほぼ直線状に映し出されるＥＢＲ境界位置Ｅのコントラストが殆どないところもある。
ラインスキャンカメラ１６により取得された明視野画像は、制御装置４０へと送られて記憶部４８に保存される。

次に、微分干渉画像取得工程においては、制御装置４０からの出力信号により、照明光学系２０の光軸に偏光子２４および照明側ＤＩＣプリズム２６が配置されるとともに、結像光学系３０の光軸に検光子３６および結像側ＤＩＣプリズム３４が配置される。

そして、光源１４から照明光学系２０を介してウェハ１のエッジ１ａ周辺に向けて照明光が照射される。この状態で、回転ステージ１２とともにウェハ１が一周回転し、ラインスキャンカメラ１６により、ウェハ１表面からの反射光とレジスト膜３からの反射光とが結像光学系３０を介して撮影されて微分干渉画像が取得される（ステップＳ２）。

ここで、微分干渉画像取得時においても、回転ステージ１２とともに円板形状のウェハ１を回転させることで、照明光の照射位置を固定した状態でウェハ１の全周にわたるエッジ１ａ周辺に照明光を照射し、図２に示すようなレジスト膜３の境界３ａの位置がほぼ直線状に映し出される微分干渉画像を簡易に取得することができる。

この場合に、ウェハ１表面とレジスト膜３との間には段差が存在するため、ＥＢＲ境界位置Ｅに輝度変化が生じ、微分干渉画像にＥＢＲ境界位置Ｅを明瞭に映し出すことができる。なお、ＥＢＲ境界位置Ｅの輝度変化はレジスト膜３の反射率特性に依存しない。
ラインスキャンカメラ１６により取得された微分干渉画像は、制御装置４０へと送られて記憶部４８に保存される。

次に、エッジ位置領域設定工程においては、ＥＢＲ検査部５２により、図４に示すように、明視野画像にウェハ境界位置存在領域２が設定される（ステップＳ３）。ウェハ境界位置存在領域２としては、例えば、基板検査装置１００の性能を評価し、ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心との最大ずれ量によりウェハ１のエッジ１ａの位置の最大変動量△_Ｐを予測して、以下のように設定される
ウェハ境界位置存在領域２の中心の横座標：ｓ
ウェハ境界位置存在領域２の中心の縦座標：縦画像サイズ／２
ウェハ境界位置存在領域２の横サイズ：Ｋ×△_Ｐ
ウェハ境界位置存在領域２の縦サイズ：縦画像サイズ
ここで、ｋは調整係数であり、Ｋ＜（ｓ／△_Ｐ）を満たすようにｋを大きめに設定することが望ましい。

さらに、ウェハ境界位置存在領域２内において、明視野画像を構成する各ライン画像のうち、一定間隔をあけた複数のライン画像から、それぞれウェハ１のエッジ１ａの位置、すなわち、ウェハ境界位置Ｗ１，Ｗ２，・・・，Ｗｎが抽出される（ステップＳ４）。この場合に、ウェハ境界位置Ｗｎは、一般的なエッジ抽出フィルタ処理を用いて、各ライン画像中のエッジ強度が一番強いところを抽出することとすればよい。また、抽出するウェハ境界位置Ｗｎの数は、スループット重視の場合は比較的小さい値に設定し、精度重視の場合はスループット重視の場合より大きい値に設定することとすればよい。

そして、抽出された複数のウェハ境界位置Ｗｎを用いて、近似曲線

が求められる（ステップＳ５）。ここで、以下の近似モデル式（１）を利用することができる。

ここで、
ｘ_ｗ：明視野画像の横座標
ｙ_ｗ：明視野画像の縦座標
θ_ｑ：撮像開始時のウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心との角度
ｌ：回転ステージ１２の回転中心とラインスキャンカメラ１６との距離
ａ：ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心との距離
ｒ：ウェハ１の半径
なお、この近似モデル式（１）は、ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心とのずれに基づいて設定されたものである。

また、複数のウェハ境界位置Ｗｎの近似曲線

を用いて、明視野画像の各縦座標ｙ_ｗに対して、横座標ｘ_ｗが求められる。そして、ｘ_ｗ−△_Ｐからｘ_ｗ＋△_Ｐまでの範囲が各ライン画像におけるウェハ境界位置Ｗｎのサーチ領域として設定される（ステップＳ６）。

エッジ位置領域設定工程において、ウェハ境界位置存在領域２を設定することで、明視野画像全体からウェハ境界位置Ｗを検出する場合と比較して、検出処理のデータ量を低減し、スループットを向上することができる。また、ウェハ境界位置Ｗｎの近似曲線により、処理時間の短縮と処理量の低減を図りつつ、ウェハ１の実際のエッジ１ａにほぼ近い範囲に制限したサーチ領域を設定することができる。

また、境界位置領域設定工程においては、ＥＢＲ検査部５２により、図５に示すように、微分干渉画像にＥＢＲ境界位置存在領域４が設定される（ステップＳ７）。ＥＢＲ境界位置存在領域４としては、例えば、前工程のＥＢＲ処理時に設定されるＥＢＲ基準幅ｗｉｄｔｈに基づいて、以下のように設定される。
ＥＢＲ境界位置存在領域４の中心の横座標：ｓ＋ｗｉｄｔｈ
ＥＢＲ境界位置存在領域４の中心の縦座標：縦画像サイズ／２
ＥＢＲ境界位置存在領域４の横サイズ：ｗｉｄｔｈ×２
ＥＢＲ境界位置存在領域４の縦サイズ：縦画像サイズ

さらに、ＥＢＲ境界位置存在領域４内において、微分干渉画像を構成する各ライン画像のうち、一定間隔をあけた複数のライン画像から、それぞれレジスト膜３の境界３ａの位置、すなわち、ＥＢＲ境界位置Ｅ１，Ｅ２，・・・，Ｅｍが抽出される（ステップＳ８）。この場合に、ウェハ境界位置Ｗｎと同様に、ＥＢＲ境界位置Ｅｍは、一般的なエッジ抽出フィルタ処理を用いて、各ライン画像中のエッジ強度が一番強いところを抽出することとすればよい。また、抽出するＥＢＲ境界位置Ｅｍの数も、スループット重視の場合は比較的小さい値に設定し、精度重視の場合はスループット重視の場合より大きい値に設定することとすればよい。

そして、抽出された複数のＥＢＲ境界位置Ｅｍを用いて、近似曲線

が求められる（ステップＳ９）。ここでは、前記近似モデル式（１）と同様に、以下の近似モデル式（２）を用いることとすればよい。

ここで、
ｘ_Ｅ：微分干渉画像の横座標
ｙ_Ｅ：微分干渉画像の縦座標
θ_ｑ：撮像開始時のレジスト膜３の中心と回転ステージ１２の回転中心との角度
ｌ：回転ステージ１２の回転中心とラインスキャンカメラ１６との距離
ａ：レジスト膜３の中心と回転ステージ１２の回転中心との距離
ｒ：レジスト膜３の半径
なお、この近似モデル式（２）は、レジスト膜３の中心と回転ステージ１２の回転中心とのずれに基づいて設定されたものである。

また、ＥＢＲ境界位置Ｅｍの近似曲線

を用いて、微分干渉画像の各縦座標ｙ_Ｅに対して、横座標ｘ_Ｅが求められる。そして、ｘ_Ｅ−α_１×ｃからｘ_Ｅ＋α_１×ｃまでの範囲が各ライン画像におけるＥＢＲ境界位置Ｅｍの第１サーチ領域として設定され、また、ｘ_Ｅ−α_２×ｃからｘ_Ｅ＋α_２×ｃまでの範囲が各ラインのＥＢＲ境界位置Ｅｍの第２サーチ領域として設定される（ステップＳ１０）。
ここで、α_１、α_２は任意の値であり、α_２＞α_１≧１を満たす。これにより、サイズが異なるサーチ領域を設定することとなる。なお、ｃは前工程のＥＢＲ時において設定されるＥＢＲ幅の変動許容値である。

境界位置領域設定工程において、ＥＢＲ境界位置存在領域４を設定することで、微分干渉画像全体からＥＢＲ境界位置Ｅを検出する場合と比較して、検出処理のデータ量を低減し、スループットを向上することができる。また、ＥＢＲ境界位置Ｅｍの近似曲線により、処理時間の短縮と処理量の低減を図りつつ、ウェハ１とレジスト膜３の実際の境界３ａにほぼ近い範囲に制限した第１サーチ領域および第２サーチ領域を設定することができる。
なお、近似曲線を簡単に求めるために、前記近似モデル式（１），（２）を簡略化することとしてもよい。

次に、エッジ位置検出工程においては、明視野画像におけるライン画像ごとにウェハ境界位置Ｗｎのサーチ領域からウェハ境界位置Ｗが検出される（ステップＳ１１）。検出方法は一般的なエッジ抽出フィルタ処理を用いることとすればよい。

また、境界位置検出工程においては、微分干渉画像におけるライン画像ごとにＥＢＲ境界位置Ｅｍの第１サーチ領域および第２サーチ領域からＥＢＲ境界位置Ｅが検出される（ステップＳ１２）。検出方法は、ウェハ境界位置Ｗの検出と同様に、一般的なエッジ抽出フィルタ処理を用いることとすればよい。

具体的には、まず、サイズが小さいＥＢＲ境界位置Ｅｍの第１サーチ領域からレジスト膜３の境界位置３ａを検出し、検出された境界位置３ａのエッジ強度が予め設定された閾値より小さい場合は、サイズが大きいＥＢＲ境界位置Ｅｍの第２サーチ領域から境界位置３ａを検出することとすればよい。なお、第１サーチ領域と第２サーチ領域の重複部分の計算は省略することとしてもよい。サイズが異なる複数のＥＢＲ境界位置Ｅｍの第１サーチ領域および第２サーチ領域を設定することで、実際のＥＢＲ幅がＥＢＲ基準幅から大きく乖離しても測定することができる。

さらに、判定工程においては、ＥＢＲ検査部５２により、明視野画像におけるライン画像および微分干渉画像におけるライン画像ごとに、エッジ位置検出工程で検出されたウェハ境界位置Ｗと境界位置検出工程で検出されたＥＢＲ境界位置Ｅとの差分からＥＢＲ幅が算出され、ＥＢＲ幅が適切か否か判定される（ステップＳ１３）。

例えば、境界位置検出工程でＥＢＲ境界位置Ｅｍの第１サーチ領域から第２サーチ領域に変えても、検出されたＥＢＲ境界位置Ｅの強度が予め設定された閾値より小さい場合は、このライン画像にＥＢＲ除去不良の可能性があると判定される。また、それ以外の各ライン画像に対して、判定工程で算出されたＥＢＲ幅の最大値と最小値が求められ、最大値または最小値が予め設定された許容範囲外にある場合には、ＥＢＲ幅が異常と判定される。

以上説明したように、本実施形態に係る基板検査方法および基板検査装置１００によれば、エッジ位置検出工程により、エッジ１ａ周辺の明視野画像に基づいてウェハ境界位置Ｗを精度よく検出することができ、また、境界位置検出工程により、エッジ１ａ周辺の微分干渉画像に基づいて、レジスト膜３の反射率特性に関係なくＥＢＲ境界位置Ｅを精度よく検出することができる。

したがって、照明波長を変化させることなくウェハ１の全周にわたるエッジ１ａ周辺の明視野画像と微分干渉画像を取得するだけで、ウェハ境界位置ＷからＥＢＲ境界位置Ｅまでの距離を容易かつ正確に把握でき、その距離が適切か否かを検査することができる。これにより、レジスト膜３の反射率特性に応じて照明波長を変化させて複数枚の画像を取得する従来の方法と比較して、高スループットで高精度の検査を行うことができる。

なお、本実施形態においては、エッジ位置領域設定工程において、ＥＢＲ検査部５２により、ウェハ１の中心と回転ステージ１２の回転中心との最大ずれ量に基づいて明視野画像にウェハ境界位置存在領域２を設定することとしたが、これに代えて、例えば、操作者が観察画像を観ながら手動でウェハ境界位置存在領域２を設定することとしてもよい。また、ラインスキャンカメラ１６とウェハ１との相対位置より画像のｓ列目からウェハ１が撮像されることを予測することができるので、例えば、ラインスキャンカメラ１６とウェハ１との相対位置や基板検査装置１００の情報に基づいてウェハ境界位置存在領域２を設定することとしてもよい。また、境界位置領域設定工程においても、同様に、操作者が観察画像を観ながらＥＢＲ境界位置存在領域４を手動で設定することとしてもよい。

また、本実施形態においては、ＥＢＲ境界位置Ｅを検出する際に、微分干渉画像のみを用いることとしたが、例えば、ウェハ１とレジスト膜３との境界３ａ周辺の明視野画像のコントラストがよい場合には、明視野画像と微分干渉画像を両方使用してＥＢＲ境界位置Ｅを検出することとしてもよい。
また、本実施形態においては、微分干渉画像取得光学系Ａと明視野画像取得光学系Ｂとを制御部５４からの出力信号により切り替えることとしたが、これに代えて、例えば、手動で切り替えることとしてもよい。
また、照明光学系２０の偏光子２４と照明側ＤＩＣプリズム２６との間にさらに波長板を配置することとしてもよい。波長板により、偏光子２４により分岐された２つの光線の照明光の位相差を変更してリターデーション量を調整することで、レジスト膜３の厚さに合わせてＥＢＲ境界線３ｂのコントラストをより大きくさせることができる。

また、制御装置４０としては、例えば、標準的な構成のコンピュータ、すなわち、制御プログラムの実行によってコンピュータ全体の動作制御を司るＭＰＵ等の演算処理装置と、この演算処理装置が必要に応じてワークメモリとして使用するメインメモリと、各種のプログラムや制御データなどを記憶して保存しておく、例えば、ハードディスク装置などの記憶装置と、各種データの授受を管理するインタフェース部と、種々の操作に対応付けられて示される操作者からの指示を取得する入力装置と、各種情報の表示を行う表示装置とを有して構成されているコンピュータを用いて構成することとしてもよい。

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、照射側と観察側とが別々の照明光学系２０および結像光学系３０を備える基板検査装置１００を例示して説明したが、これに代えて、図７に示すように、照明側と観察側とで一部を共有する照明光学系１２０および結像光学系１３０を備える顕微鏡タイプの基板検査装置２００を採用することとしてもよい。例えば、基板検査装置２００の照明光学系１２０としては、第１レンズ２２と、第１レンズ２２を透過した照明光の光量を制限する絞り１２４と、絞り１２４を通過した照明光を平行光にする第５レンズ１２６と、偏光子２４とを備え、偏光子２４が光軸から挿脱可能に配置されていることとすればよい。また、対物レンズ１３６により照射される照明光がウェハ１のエッジ１ａ周辺に照射されるように調整することとすればよい。

また、結像光学系１３０としては、照明光学系１２０からの照明光とウェハ１からの反射光とを分岐するハーフミラー１３２と、照明光を互いに振動方向が直交し少しだけ位相をずらした２つの光線に分離する一方、ウェハ１からの反射光を合成して１つの光線に戻すノマルスキプリズム１３４と、ノマルスキプリズム１３４を透過した照明光をウェハ１に照射する一方、ウェハ１からの反射光を集光する対物レンズ１３６と、検光子３６と、検光子３６を透過した反射光を集光する第６レンズ１３８とを備え、ノマルスキプリズム１３４および検光子３６が光軸から挿脱可能に配置されていることとすればよい。また、結像光学系３０により結像された画像をＣＣＤカメラ１１６により撮像することとすればよい。

１ウェハ（検査基板）
１２回転ステージ（ターンテーブル）
１４光源
５２ＥＢＲ検査部（検出部、判定部）
５４制御部（切換え手段）
Ａ微分干渉画像取得光学系
Ｂ明視野画像取得光学系
Ｓ１ステップＳ１（明視野画像取得工程）
Ｓ２ステップＳ２（微分干渉画像取得工程）
Ｓ３ステップＳ３（エッジ位置領域設定工程）
Ｓ７ステップＳ７（境界位置領域設定工程）
Ｓ１１ステップＳ１１（エッジ位置検出工程）
Ｓ１２ステップＳ１２（境界位置検出工程）
Ｓ１３ステップＳ１３（判定工程）

Claims

表面にレジスト膜が形成された検査基板のエッジ周辺に照明光を照射してその反射光を撮影し、前記エッジ周辺の明視野画像を取得する明視野画像取得工程と、
前記検査基板の前記エッジ周辺に照明光を２つの光路に分けて照射して前記検査基板表面からの反射光と前記レジスト膜からの反射光とが合成された干渉光を撮影し、前記エッジ周辺の微分干渉画像を取得する微分干渉画像取得工程と、
前記明視野画像に基づいて前記検査基板のエッジ位置を検出するエッジ位置検出工程と、
前記微分干渉画像に基づいて前記検査基板と前記レジスト膜との境界位置を検出する境界位置検出工程と、
前記エッジ位置から前記境界位置までの距離を判定する判定工程とを備える基板検査方法。
前記明視野画像取得工程により取得された前記明視野画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出してエッジ位置領域として設定するエッジ位置領域設定工程と、
前記微分干渉画像取得工程により取得された前記微分干渉画像から隣接画素間で同等の輝度変化が連続する帯状の領域を抽出して境界位置領域として設定する境界位置領域設定工程とを備え、
前記エッジ位置検出工程が、前記明視野画像中の前記エッジ位置領域から前記エッジ位置を検出するとともに、前記境界位置検出工程が、前記微分干渉画像中の前記境界位置領域から前記境界位置を検出する請求項１に記載の基板検査方法。
前記エッジ位置領域設定工程が、前記明視野画像から数ヶ所の間隔をあけた前記エッジ位置を抽出して該エッジ位置の近似曲線を作成し、該近似曲線を含む前記エッジ位置領域を設定し、前記境界位置領域設定工程が、前記微分干渉画像から数ヶ所の間隔をあけた前記境界位置を抽出して該境界位置の近似曲線を作成し、該近似曲線を含む前記境界位置領域を設定する請求項２に記載の基板検査方法。
表面にレジスト膜が形成された検査基板のエッジ周辺に照射する照明光を発する光源と、
該光源から発せられた前記照明光を前記検査基板のエッジ周辺に照射してその反射光を撮影し、前記エッジ周辺の明視野画像を取得する明視野画像取得光学系と、
前記光源から発せられた前記照明光を２つの光路に分岐して前記検査基板のエッジ周辺に照射して前記検査基板表面からの反射光と前記レジスト膜からの反射光とが合成された干渉光を撮影し、前記エッジ周辺の微分干渉画像を取得する微分干渉画像取得光学系と、
前記明視野画像取得光学系と前記微分干渉画像取得光学系とを切り換える切換え手段と、
前記明視野画像取得光学系により取得された前記明視野画像から前記検査基板のエッジ位置を検出するとともに、前記微分干渉画像取得光学系により取得された前記微分干渉画像から前記検査基板と前記レジスト膜との境界位置を検出する検出部と、
該検出部により検出された前記エッジ位置から前記境界位置までの距離を判定する判定部とを備える基板検査装置。
前記検査基板を載置して回転させるターンテーブルを備え、前記明視野画像取得光学系および前記微分干渉画像取得光学系が、前記ターンテーブル上の前記検査基板のエッジに交差する方向に延びる撮像範囲を有する撮像素子を備える請求項４に記載の基板検査装置。