JP5610462B2 - 撮影画像に基づいた検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被検査体の表面を撮影して得られる撮影画像に基づいて被検査体の検査を行う検査方法及び検査装置に関する。

従来、半導体ウエーハの周端面における欠陥を検出するための検査装置（外観検査装置）が提案されている（例えば、特許文献１）。この検査装置は、検査対象となる半導体ウエーハの周端面をラインセンサで走査する際に画素毎に得られる濃淡（階調）信号に基づいて得られる撮影画像を解析してその周端面にある欠陥、傷、異物等を表す情報を生成している。このような検査装置によれば、半導体ウエーハの周端面の凹凸状態や、その周端面にどのような欠陥等があるかを判定することができる。

ところで、半導体ウエーハの製造工程には、酸化膜、窒化膜、ポリシリコン膜、アルミ膜等の成膜工程、感光材料（レジスト）の塗布、露光、現像などを行なうフォトリソグラフィ工程、フォトリソグラフィ工程で半導体ウエーハに形成されたレジスト膜を部分的に除去するエッチング工程等が含まれる。このような工程によって半導体ウエーハの表面に形成された各種の膜の状態を知ることができれば、成膜工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程での条件等が適正か否かを判断することができる。このため、半導体ウエーハ表面の傷等の欠陥とともに膜の状態を検出することが要望されている。
特開２０００−１１４３２９号公報

しかしながら、前述した従来の検査装置のようにラインセンサからの濃淡信号から得られる撮影画像上では、傷等の欠陥（凹凸部分）の状態及び各種膜が異なっていても同じ濃淡の程度で表れる部分、あるいは、同程度の色味となる部分については区別することができない。例えば、銅（Cu）の被膜層もある厚さのSi0₂層も、ともに赤みを帯びており、撮影画像上において区別するのが難しい。このような場合、精度の良い検査結果を得ることが難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、撮影画像に基づいて被検査体の表面における膜や欠陥部分等の状態をより精度良く検査することのできる検査方法及び検査装置を提供するものである。

本発明に係る検査方法は、被検査体の表面を照明部からの白色光にて照明しつつ、前記被検査体の表面を撮影部によって撮影して撮影画像を取得し、該撮影画像に基づいて前記被検査体の表面の状態を検査する検査方法であって、前記被検査体の照明された部位から前記撮影部に入射する光の偏光状態を変える第１ステップと、前記第１ステップにより前記撮影部に入射する異なる偏光状態の光に基づいて複数の撮影画像を取得する第２ステップとを有し、前記第２ステップで取得した複数の撮影画像とそれら複数の撮影画像を取得する際の前記撮影部に入射する光の異なる偏光特性との関係に基づいて前記被検査体の表面において旋光度の異なる部分を有するか否かを検査する構成となる。

このような構成により、異なる偏光状態の光に基づいた複数の撮影画像が得られるので、被検査体の表面における旋光度の異なる部分については、白色光に対する反射特性（色味等）が同じであっても、前記複数の撮影画像上での表れ方が異なり得る。

所定の偏光特性（偏光方向）を有する一または複数の偏光素子それぞれの光路内への挿入、非挿入あるいは偏光素子の回転等によって撮影部に入射する光の偏光状態を変えることができる。

また、本発明に係る検査方法において、前記第１ステップは、前記照明部から被検査体の表面を照明する白色光の偏光状態を変えるように構成することができる。

このような構成により、被検査体の表面で反射されて撮影部に入射する光の偏光状態を直接変えなくても、照明部から照射される白色光の偏光状態が変えられるので、結果として撮影部に入射する光の偏光状態を変えることができる。

また、本発明に係る検査方法において、前記第１ステップは、前記照明部から照射される白色光が被検査体の表面で反射した後の当該反射光の偏光状態を変えるように構成することができる。

このような構成により、照明部から照射されて被検査体の表面に入射する白色光の偏光状態が変えられなくても、被検査体の表面での反射光の偏光状態が変えられるので、撮影部に入射する光の偏光状態を変えることができる。

更に、本発明に係る検査方法において、前記照明部から照射される白色光が前記被検査体の表面に至る光路および前記被検査体の表面からの反射光が前記撮影部に至る光路の少なくともいずれかに偏光部材が設置され、前記第１ステップは、前記偏光部材の偏光方向を変えるように構成することができる。

このような構成により、偏光部材の偏光方向が変えられることにより、照明部から照射されて被検査体の表面に至る白色光の偏光状態及び被検査体の表面での反射光の偏光状態の少なくともいずれかが変えられるので、撮影部に入射する光の偏光状態を変えることができる。

また、本発明に係る検査方法において、前記偏光部材は、前記照明部からの白色光が前記被検査体の表面に至る光路に設けられた第１偏光素子と、前記被検査体での表面からの反射光が前記撮影部に至る光路に設けられた第２偏光素子とを有し、前記第１ステップは、前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子のいずれか一方の偏光方向を変えるように構成することができる。

このような構成により、前記第１偏光素子及び前記第２偏光素子のいずれか一方の偏光方向を変えることにより、照明部から被検査体の表面、更に、その表面から撮影部に至る光路を通る光の偏光状態が変えられるようになるので、撮影部に入射する光の偏光状態を変えることができる。

また、本発明に係る検査装置は、被検査体を回転させる回転装置と、回転する前記被検査体の表面を白色光にて照明する照明部と、前記被検査体の表面を回転方向に沿って撮影する撮影部と、前記撮影部にて撮影された撮影画像を取得し、該撮影画像に基づいて前記被検査体の表面の検査に係る処理を行う処理ユニットとを有した検査装置であって、前記照明部から照射される白色光が前記被検査体の表面に至る光路および前記被検査体の表面からの反射光が前記撮影部に至る光路の少なくとも一方に配置された偏光部材を有し、前記処理ユニットは、前記偏光部材により前記被検査体の照明された同一撮影部位から前記撮影部に至る光の偏光特性が変えられることにより当該撮影部に入射する異なる偏光特性の光に基づいた撮影画像をそれぞれ取得する手段とを有し、前記取得した複数の撮影画像と、それら複数の撮影画像を取得する際の前記撮影部に入射する光の異なる偏光特性との関係に基づいて前記被検査体の表面において旋光度の異なる部分を有するか否かを検査する構成となる。

本発明に係る検査方法及び検査装置によれば、被検査体の表面における旋光度の異なる部分については、白色光に対する反射特性（色味等）が同じであっても、前記複数の撮影画像上での表れ方が異なり得るので、それら撮影画像に基づいて被検査体の表面における膜や欠陥部分等の状態をより精度良く検査することができる。

本発明に係る検査方法に従って検査を行う半導体ウエーハのエッジ検出装置（検査装置）の第１の例を示す図である。 第１偏光素子と第２偏光素子の偏光方向が平行な場合の撮影画像の例を示す図である。 第１偏光素子と第２偏光素子の偏光方向が直交している場合の撮影画像の例を示す図である。 本発明に係る検査方法に従って検査を行う半導体ウエーハのエッジ検出装置（検査装置）の第２の例を示す図である。 本発明に係る検査方法に従って検査を行う半導体ウエーハのエッジ検出装置（検査装置）の第３の例を示す図である。 ＣＣＤラインセンサと偏光素子の配置関係の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体ウエーハ（被検査体）
１００ カメラユニット
１０１ レンズ
１０２ ＣＣＤラインセンサ
１１０ 照明ユニット
１１１ 集光レンズ
１２０ ハーフミラー
２００ 第１偏光素子
２１０ 第２偏光素子
３００ 画像処理ユニット

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る検査方法は、例えば、半導体ウエーハのエッジ検査装置にて実施される。この半導体ウエーハのエッジ検査装置の第１の例は、図１に示すように構成される。

図１において、被検査体となる半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）１０の外周端面に対向するようにカメラユニット１００（撮影部）及び照明ユニット１１０（照明部）が設けられている。カメラユニット１００は、ウエーハ１０の径方向（一点鎖線参照）に対して所定の角度をもってその外周端面の撮影部位Ｅｄに臨むように配置されている。また、照明ユニット１１０は、ウエーハ１０の径方向（一点鎖線）に対して逆側に前記所定の角度をもってその外周端面の撮影部位Ｅｄに臨むように配置されている。

ウエーハ１０は、図示されてはいないが、アライメント機構によって回転装置のステージに同軸的にセットされ、そのステージの回転に伴って回転されるようになっている。照明ユニット１１０は内部の白色光源から白色光を照射し、その白色光Ｌ_Oが集光レンズ１１１を介してウエーハ１０の撮影部位Ｅｄに照射される。ウエーハ１０の撮影部位Ｅｄで前記白色光Ｌ_Oが反射し、その反射光Ｌ_Rがカメラユニット１００に入射する。カメラユニット１００は、撮像素子としてＣＣＤラインセンサを有しており、そのＣＣＤラインセンサがウエーハ１０の面に垂直な方向（図１の紙面に対して垂直）に延びるように設けられ、レンズ１０１を介した前記反射光Ｌ_Rが前記ＣＣＤラインセンサに入力するようになっている。照明ユニット１１０からウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄに至る光路中に第１偏光素子２００が設けられ、ウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄからカメラユニット１００に至る光路中に第２偏光素子２１０が設けられている。

ウエーハ１０が回転する過程でカメラユニット１００から順次出力される画像信号は画像処理ユニット３００に供給され、画像処理ユニット３００によってウエーハ１０の外周端面の周方向に対応して延びる撮影画像が生成される。そして、その撮影画像に基づいた所定の検査処理がなされる。

第１偏光素子２００の偏光方向と第２偏光素子２１０の偏光方向とが、例えば、相互に平行（垂直方向または水平方向）となるように設定された状態で、照明ユニット１１０から白色光Ｌ_Oが照射されるとともに、カメラユニット１００にてウエーハ１０の撮影部位Ｅｄの撮影がなされる。この状態で、照明ユニット１１０からの白色光Ｌ_Oが第１偏光素子２００によって偏光されてウエーハ１０の外周端部の撮影部位Ｅｄに照射される。更に、その偏光された白色光Ｌ_Oの前記撮影部位Ｅｄでの反射光Ｌ_Rが第２偏光素子２１０によって偏光され、その偏光された反射光Ｌ_Rがカメラユニット１００に入射する。カメラユニット１００に入射する光の偏光状態は、偏光方向が平行となる第１偏光素子２００及び第２偏光素子２１０での偏光作用に基づいたものとなり、画像処理ユニット３００は、そのような偏光作用を受けた状態での光に基づいた撮影画像を取得する。例えば、図２Ａに示すような撮影画像Ｉ₁が得られる。この撮影画像Ｉ₁は、ウエーハ１０の外周端面に相当するものであり、その撮影画像Ｉ₁内には、例えば、膜層等の付着物に対応した画像部分Ｉ_Dがある。

次に、第１偏光素子２００の偏光方向と第２偏光素子の偏光方向とが相互に直交するように設定された状態で、同様に撮影がなされる。この場合、前述したようにカメラユニット１００には偏光された反射光Ｌ_Rが入射するが、その入射する光の偏光状態は、前述したのとは異なり、偏光方向が相互に直交する状態の第１偏光素子２００及び第２偏光素子２１０での偏光作用に基づいたものとなる。画像処理ユニット３００は、このような偏光作用を受けた状態での光に基づいた撮影画像、例えば、図２Ｂに示すような撮影画像Ｉ₂を取得する。この撮影画像Ｉ₂では、例えば、前記撮影画像Ｉ₁における画像部分Ｉ_Dが２つの部分画像Ｉ_D1、Ｉ_D2に区別されている。

カメラユニット１００に入射する撮影部位Ｅｄからの反射光Ｌ_Rの光量は、撮影部位Ｅｄ内のウエーハ１０表面や膜層等の付着物の旋光度に影響される。従って、前記２つの撮影画像Ｉ₁、Ｉ₂（図２Ａ及び図２Ｂ）の違いから、撮影画像Ｉ₁の画像部分Ｉ_Dに対応したウエーハ１０の外周端面の付着物は、撮影画像Ｉ₂の画像部分Ｉ_D1、Ｉ_D2に対応した少なくとも２つの性質の異なる部分を含んでいることが判る。そして、その付着物内の一方の画像部分Ｉ_D1に対応した部分は、第１偏光素子２００及び第２偏光素子の偏光方向の関係を変えた場合に（相互に直交する関係と相互に平行となる関係）、撮影画像上での表れ方が変化するような旋光度を有する材質であると判断することができる。また、その付着物の他方の画像部分Ｉ_D2に対応した部分は、第１偏光素子２００及び第２偏光素子の偏光方向の関係を変えた場合であっても（相互に直交する関係と相互に平行となる関係）、撮影画像Ｉ上での表れ方が変わらないような旋光度を有する材質であると判断することができる。

このようなことから、画像処理ユニット３００は、前述したような異なる偏光特性での撮影画像（図２Ａ及び図２Ｂ参照）を取得し、それら複数の撮影画像上での表れ方とその偏光特性（状態）との関係（組合せ）に基づいて、当該撮影画像に対応したウエーハ１０の表面の状態、例えば、付着物等の状態を判定（検査）することができるようになる。従って、撮影画像に基づいてウエーハ１０の表面における膜や欠陥部分等の状態をより精度良く検査することのできるようになる。なお、画像処理ユニット３００は、複数の撮影画像とその偏光特性との対応関係がわかるようにその複数の撮影画像を表示ユニット（図示略）に表示させ、ウエーハ１０表面の状態の判断をオペレータに任せることができる。また、画像処理ユニット３００は、複数の撮影画像とその偏光特性との対応関係に基づいて自動的にウエーハ１０の表面の状態、例えば、付着物等の位置及び種類等を特定し、その結果を出力することもできる。

半導体ウエーハのエッジ検査装置の第２の例が図３に示される。なお、図３において画像処理ユニット３００が省略されている。この第２の例では、撮影部位Ｅｄに入射する白色光Ｌ_Oの光軸と、撮影部位Ｅｄでの反射光Ｌ_Rの光軸が一致するいわゆる同軸落射の構成となっている。

図３において、カメラユニット１００は、その光軸がウエーハ１０の径方向に一致するように配置される。ウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄからカメラユニット１００に至る光路に第１偏光素子２００と第２偏光素子２１０が設置されている。第１偏光素子２００と第２偏光素子２１０との間には、ハーフミラー１２０が設置され、照明ユニット１１０の白色光源から集光レンズ１１１を介して出射される白色光Ｌ_Oがハーフミラー１２０にて反射され、更に第１偏光素子２００を介して偏光された状態でウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄに入射する。また、ウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄでの反射光ＬＲは、第１偏光素子２００で偏光され、ハーフミラー１２０を透過して、更に、第２偏光素子２１０にて偏光されてカメラユニット１００に至る。

このようなエッジ検査装置（第２の例）おいても、前述した例の場合と同様に、第１偏光素子２００の偏光方向及び第２偏光素子２１０の偏光方向を変えた状態でカメラユニット１００から得られる複数の撮影画像に基づいてウエーハ１０の外周端面の表面の状態を検査することができる。

半導体ウエーハのエッジ検査装置の第３の例が図４に示される。なお、図４において画像処理ユニット３００が省略されている。この第３の例は、図３に示す第２の例における第１偏光素子２００が取り除かれた構成となっている。この第３の例においては、照明ユニット１１０から出射する白色光Ｌ_Oは、ウエーハ１０の外周端面の撮影部位Ｅｄに至るまでに偏光されることはないが、その撮影部位Ｅｄでの反射光ＬＲが第２偏光素子２１０によって偏光された状態でカメラユニット１００に至る。この場合は、第２偏光素子２１０の偏光方向を変えて（例えば、垂直方向と水平方向）カメラユニット１００によりウエーハ１０の表面を撮影して複数の撮影画像を得る。その複数の撮影画像に基づいてウエーハ１０の外周端面の表面の状態を検査することができる。

各例において、第１偏光素子２００及び第２偏光素子２１０の偏光方向を変えて複数の撮影画像を得るようにしたが、第１偏光素子２００及び第２偏光素子の少なくとも１つを光路中に入れた状態と、少なくとも１つを取り除いた状態とで得られた撮影画像に基づいて検査を行うこともできる。更に、各偏光素子２００、２１０の偏光方向の変え方は、垂直方向、水平方向の９０度の変更ではなく、任意の角度（２０度、３０度、４５度等）の変更であってもよい。

なお、ウエーハ１０の製造プロセス条件によって使用されている物質等についてはある程度特定できる。このため、区別する対象となる材質が既知である場合には、その材質の旋光度によって偏光状態についての最適な条件を予め確認しておくことができる。その条件とそれと異なる条件とに従って複数の撮影画像を得ることにより、より効率的な検査を行うことができるようになる。

例えば、ＣＣＤラインセンサ（１次元ラインセンサ）を撮像素子として用いるカメラユニット１００では、図５に示すように、ＣＣＤラインセンサ１０２の画素配列方向と、偏光素子２１０の偏光方向とを直交させた状態と、偏光素子２１０を取り除いた状態とでそれぞれ撮影画像を取得し、それらの撮影画像に基づいて検査を行うことができる。

なお、被検査体は、前述した半導体ウエーハに限られず、ＤＶＤ等のディスク状記録媒体であっても、また、特に円盤状以外の形状のものであってもよい。

以上、説明したように、本発明に係る検査方法及び検査装置は、撮影画像に基づいて被検査体の表面における膜や欠陥部分等の状態をより精度良く検査することができるという効果を有し、半導体ウエーハ等の被検査体の表面を撮影して得られる撮影画像を解析して被検査体の検査を行う検査方法及び検査装置として有用である。

Claims (6)

1. 回転する被検査体の表面を照明部からの白色光にて照明しつつ、前記被検査体の表面を撮影部によって回転方向に沿って撮影して撮影画像を取得し、該撮影画像に基づいて前記被検査体の表面を検査する検査方法であって、
   前記被検査体の照明された同一撮影部位から前記撮影部に入射する光の偏光特性を変える第１ステップと、
   前記第１ステップにより前記撮影部に入射する光の偏光特性が変えられることにより得られる当該撮影部に入射する異なる偏光特性の光に基づいた撮影画像をそれぞれ取得する第２ステップとを有し、
   前記第２ステップで取得した複数の撮影画像とそれら複数の撮影画像を取得する際の前記撮影部に入射する光の異なる偏光特性との関係に基づいて前記被検査体の表面において旋光度の異なる部分を有するか否かを検査する検査方法。
2. 前記第１ステップは、前記照明部から被検査体の表面を照明する白色光の偏光特性を変える請求項１記載の検査方法。
3. 前記第１ステップは、前記照明部から照射される白色光が被検査体の表面で反射した後の当該反射光の偏光特性を変える請求項１記載の検査方法。
4. 前記照明部から照射される白色光が前記被検査体の表面に至る光路および前記被検査体の表面からの反射光が前記撮影部に至る光路の少なくともいずれかに偏光部材が設置され、
   前記第１ステップは、前記偏光部材の偏光方向を変える請求項１記載の検査方法。
5. 前記偏光部材は、前記照明部からの白色光が前記被検査体の表面に至る光路に設けられた第１偏光素子と、前記被検査体の表面からの反射光が前記撮影部に至る光路に設けられた第２偏光素子とを有し、
   前記第１ステップは、前記第１の偏光素子及び前記第２の偏光素子のいずれか一方の偏光方向を変える請求項４記載の検査方法。
6. 被検査体を回転させる回転装置と、
   回転する前記被検査体の表面を白色光にて照明する照明部と、
   前記被検査体の表面を回転方向に沿って撮影する撮影部と、
   前記撮影部にて撮影された撮影画像を取得し、該撮影画像に基づいて前記被検査体の表面の検査に係る処理を行う処理ユニットとを有した検査装置であって、
   前記照明部から照射される白色光が前記被検査体の表面に至る光路および前記被検査体の表面からの反射光が前記撮影部に至る光路の少なくとも一方に配置された偏光部材を有し、
   前記処理ユニットは、前記偏光部材により前記被検査体の照明された同一撮影部位から前記撮影部に至る光の偏光特性が変えられることにより当該撮影部に入射する異なる偏光特性の光に基づいた撮影画像をそれぞれ取得する手段とを有し、
   前記取得した複数の撮影画像と、それら複数の撮影画像を取得する際の前記撮影部に入射する光の異なる偏光特性との関係に基づいて前記被検査体の表面において旋光度の異なる部分を有するか否かを検査する検査装置。

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