JPH0845999A - 規則的パターンを有するウェハの表面検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 規則的なパターンを有するウェハの表面に発
生する種々の形状の欠陥を規則的なパターンと確実に識
別する規則的なパターンを有するウェハの表面検査方法
を提供する。 【構成】 規則的なパターンを有するウェハ表面の撮像
によりえられる画像データをフーリエ変換によって周波
数成分に変換し、該変換された周波数成分から前記規則
的パターンの周波数成分をフィルタリングし、該フィル
タリングされた周波数成分をフーリエ逆変換することに
より規則的パターンを有するウェハ表面の欠陥を検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は規則的パターンを有する
ウェハの表面検査方法に関する。さらに詳しくは、フー
リエ変換とフーリエ逆変換による画像処理を用いた規則
的パターンを有するウェハの表面検査方法に関する。こ
こにウェハとは、薄板状にスライスされたものに限定さ
れず、平面状の表面を有する部材を意味する。

【０００２】

【従来の技術】規則的なパターンを有するウェハ、たと
えば半導体製品の製造工程における半導体ウェハの製膜
工程やパターニングのためのフォトリソグラフィ工程な
どウェハプロセスにおいて、塵などの微小異物が混入し
たり、表面に付着したり、異物のカゲになって凹部が形
成されると、配線間ショートや断線などの異常をきた
し、不良品になったり信頼性の低下をまねくため、各ウ
ェハプロセスごとに半導体ウェハの表面検査を行うこと
が、半導体製品の品質を確保するうえで重要である。

【０００３】従来の半導体ウェハ表面の微小異物を検出
する方法の一例は、光が異物にあたると散乱する性質を
利用して、半導体ウェハにレーザ光を照射し、散乱光を
検出することによって微小異物を検出する方法が実用化
されている。

【０００４】一方、半導体ウェハ上に何も形成されてい
ない均一表面の検査のばあいは前述の方法でもよいが、
成膜、パターニングがされたあとの工程では半導体ウェ
ハの表面にチップパターンが形成されており、チップパ
ターンでも散乱光が検出されるので、前述の方法で検出
しようとすると異物とチップパターンの散乱光を区別す
る必要がある。このため、チップパターンと異物の散乱
光の偏向特性の違いを利用して識別を行う方法が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウェハなど規則
的なパターンが形成されたウェハの表面に発生する欠陥
は微小異物の付着、微小異物に基づく凹凸、キズ、シ
ミ、変色など形状や大きさにバリエーションがあり、前
述のレーザ光を照射し散乱光を検出する方法ではウェハ
表面の欠陥とチップパターンとの識別が不充分であると
いう問題がある。

【０００６】また、レーザ光照射部、散乱光検出部、レ
ーザ光のスキャン機構が複雑で、装置が大型になり、コ
ストも高くなるという問題がある。さらに偏向特性の違
いを検出するための装置も高価であるとともに変色など
の２次元的な欠陥には対応が困難であるという問題があ
る。

【０００７】さらに、レーザ光の散乱により微小異物を
検出するためには、レーザ光をウェハ全面にスキャンす
る必要があり、処理時間がかかるという問題がある。

【０００８】本発明は、かかる問題を解決するためにな
されたもので、大型の機械や複雑な構成を必要とせず、
規則的パターンを有するウェハ表面に発生する様相の異
なる欠陥を規則的なパターンと確実に識別することがで
きるウェハの表面検査方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の規則的なパター
ンを有するウェハの表面検査方法は、規則的パターンを
有するウェハ表面の撮像によりえられる画像データをフ
ーリエ変換によって周波数成分に変換し、該変換された
周波数成分から前記規則的パターンの周波数成分をフィ
ルタリングし、該フィルタリングされた周波数成分をフ
ーリエ逆変換することにより規則的パターンを有するウ
ェハ表面の欠陥を検出する。

【００１０】

【作用】本発明の規則的パターンを有するウェハの表面
検査方法によれば、画像データのフーリエ変換により画
像処理を行うために、規則的パターンを消去することが
できる。そのためウェハ表面の欠陥に基づくデータのみ
を残すことができ、そのデータをさらにフーリエ逆変換
することにより欠陥のみを表示することができる。その
結果、形状や大きさなど様相の異なる欠陥に対しても規
則的パターンと識別することが可能となり、ウェハ表面
上の異物がどういうものであるかについて、簡単に検査
をすることができる。さらに、ウェハ全面のような広範
囲であってもＤＳＰ（デジタル シグナル プロセッ
サ；Ｄｉｇｉｔａｌ ＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏ
ｒ）やＲＩＳＣ（縮小命令セットコンピュータ；Ｒｅｄ
ｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐ
ｕｔｅｒ）などの高速プロセッサを利用することによ
り、画像を一度で処理でき、短時間で検査をすることが
できる。

【００１１】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明の規則的
パターンを有するウェハの表面検査方法について説明す
る。

【００１２】図１は本発明の規則的にパターンを有する
ウェハの表面検査方法の一実施例の画像処理手順を示す
フローチャート、図２は本発明の表面検査方法に用いる
装置の構成を示すブロック図である。

【００１３】まず、図２に示されるようにＣＣＤカメラ
４、たとえばハロゲンランプなどの照明装置５などから
なる撮像装置で撮像されたウェハ表面の画像は、アナロ
グデジタル変換器、アドレス発生器などからなる画像入
力ユニット１でデジタル化されたのち画像メモリー２内
に格納される。画像メモリー２には画像処理ユニット３
が接続されており、画像処理ユニット３において、フー
リエ変換、フィルタリング、フーリエ逆変換などの画像
処理が行われ、欠陥のみが残された画像に復元される。

【００１４】画像処理ユニット３について、図１を用い
てさらに詳細に説明する。画像処理ユニット３はマイク
ロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサーなどか
らなり、たとえば図１に示されるフローチャートにした
がって処理される。まず撮像装置により撮像された、た
とえば半導体ウェハのチップパターンのような規則的パ
ターンと欠陥の両方が存在する水平方向、垂直方向の座
標成分からなる原画像ｇ（ｉ，ｊ）をマイクロコンピュ
ータで処理できるように２次元離散的フーリエ変換Ｄに
より、式（１）に示されるように、水平方向、垂直方向
の周波数成分からなる信号Ｇ（ｕ，ｖ）に変換する。

【００１５】 Ｇ（ｕ，ｖ）＝Ｄ［ｇ（ｉ，ｊ）］ （１） チップパターンは規則的にならんでおり、フーリエ変換
されたその周波数成分も規則性があり、その周波数成分
のみを除去するフィルターＦ（ｕ，ｖ）でたとえば式
（２）によりチップパターンの周波数成分のみをカット
（フィルタリング）する。

【００１６】 Ｇ（ｕ，ｖ）・Ｆ（ｕ，ｖ） （２） 式（２）では乗算式を用いたが、乗算式に限らずたとえ
ば加減算式または論理演算式のような他の演算式でもよ
い。

【００１７】フィルタリング後の周波数成分を２次元離
散的フーリエ逆変換Ｄ^-1により変換することによって欠
陥のみの画像であるｇ_n （ｉ，ｊ）が式（３）によりえ
られる。

【００１８】 ｇ_n （ｉ，ｊ）＝Ｄ^−１［Ｇ（ｕ，ｖ）・Ｆ（ｕ，ｖ）］ （３） 以上のように、規則性を有するパターンをフーリエ変換
すると、その周波数成分もまた規則的に分布しているこ
とを利用して、規則的なパターンをフィルタリングし、
周波数分布が一定しない種々の形状を有する欠陥のみを
残存させて、それをフーリエ逆変換により画像データに
戻すことによって欠陥のみの画像を容易にうることがで
きる。

【００１９】つぎに具体的な実施例により、図３を参照
しながらさらに詳細に説明する。図３はチップサイズが
０．５〜３ｍｍ四方程度の比較的小さいディスクリート
タイプのトランジスタのチップのスクライブラインが形
成された半導体ウェハの状態で撮像装置により撮像され
た原画像を順次処理したときの図で、（ａ）は原画像、
（ｂ）はフーリエ変換したのちの周波数パワースペクト
ルとしての画像、（ｃ）はフィルタリングしたのちの周
波数パワースペクトルとしての画像、（ｄ）はフィルタ
リングしたのちの画像をフーリエ逆変換した画像であ
る。

【００２０】まず図３（ａ）にみられるようにウェハ表
面の原画像は規則的な格子状のチップパターンとともに
シミまたはキズなどの欠陥Ａが存在しているが、チップ
内部のパターンは非常に小さいため、画像としては現わ
れていない。図中格子状に形成されているのがチップ外
周のスクライブラインで、四角形Ｂが各チップである。
この画像データをデジタル信号に変換したのち、前述の
式（１）によりフーリエ変換すると、図３（ｂ）にパワ
ースペクトルとして示されるように、チップパターンＢ
および欠陥Ａの周波数成分がそれぞれＢ_f 、Ａ_f として
黒く表われる。すなわち、チップパターンの周波数成分
Ｂ_f は格子状に規則正しく分布する。一方、欠陥につい
ての周波数成分Ａ_f はその欠陥の種々の形状により周波
数分布も一定しない。

【００２１】つぎに、図３（ｃ）に示されるように、チ
ップパターンの周波数成分をカットする。この方法は、
たとえば図３（ｃ）で円Ｃで示された円内のデータが０
で、その他が１であるようなデータＦ（ｕ，ｖ）をあら
かじめ作っておき、式（２）に示されるように、フーリ
エ変換してえられた周波数成分Ｇ（ｕ，ｖ）に乗じるこ
とによりフィルタリングされる。

【００２２】このばあい、欠陥の形状によっては、欠陥
とチップパターンの周波数成分が一部重なるばあいも生
じる。このようなケースでは、フィルターでの除去範囲
（前述の円Ｃの範囲）が大きいと、チップパターンとと
もに欠陥の成分を除去してしまうので、円Ｃの設定にあ
たっては、局所的にチップのパターン部だけに設定する
ことが重要となる。フィルターの除去範囲の形状は円形
に限らず、四角形、多角形、線状など様々な形から適当
な形を選択することができる。また、除去の方法も
「１」、「０」のデジタル的なものではなく、除去の程
度をアナログ的に設定する方法でもよい。具体的にはた
とえば、欠陥のない画像から求めた周波数成分を欠陥の
ある周波数成分から減算することなどが考えられる。

【００２３】また、ウェハプロセスの工程により、さら
に半導体ウェハ（チップ）の種類などによりチップパタ
ーンが異なるため、その都度、そのパターンに応じたデ
ータのフィルターＦ（ｕ，ｖ）を用意しておき、そのフ
ィルターＦ（ｕ，ｖ）を処理画像Ｇ（ｕ，ｖ）に乗じた
り、加減算することにより規則的パターンをフィルタリ
ングすることができ、欠陥のみを残存させることができ
る。

【００２４】つぎに、フィルタリング後の周波数成分を
式（３）によりフーリエ逆変換することにより図３
（ｄ）に示されるように、欠陥部分のみの画像表示をす
ることができる。この画像より欠陥の２次元的情報をう
ることができ、その原因を解析するとともに、製造工程
にフィードバックしてその後の欠陥の発生を防止するこ
とができる。

【００２５】前記説明では規則的パターンを有するウェ
ハとしてチップパターンが形成された半導体ウェハを用
いたが、半導体ウェハ以外でも、規則性の模様のある平
面状部材であれば同様に検査できる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の規則的な
パターンを有するウェハの表面検査方法によれば、画像
処理ユニットであるマイクロコンピュータなどの小型計
算機で画像データの処理を行うだけで、ウェハ本来のパ
ターンを除外した欠陥のみの画像をうることができる。
そのため、レーザ照射部やスキャニング機構などの高価
な大型装置を使用することなく、簡単な装置で種々の欠
陥を正確に検査をすることができる。また、広範囲の画
像を一度に処理できるので、高速処理をすることができ
る。

【００２７】その結果、製造工程で発生する不具合を正
確に把握して製造ラインにフィードバックすることがで
き、低コストで製造歩留の向上に大いに寄与することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の規則的パターンを有するウェハの表面
検査方法の一実施例で画像処理の手順を示すフローチャ
ートである。

【図２】本発明の検査方法に用いる装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】本発明の検査方法の一実施例を用いた画像処理
の手順ごとの画像の例である。

【符号の説明】

１ 画像入力ユニット ２ 画像メモリー ３ 画像処理ユニット ４ ＣＣＤカメラ ５ 照明装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 規則的パターンを有するウェハ表面の撮
   像によりえられる画像データをフーリエ変換によって周
   波数成分に変換し、該変換された周波数成分から前記規
   則的パターンの周波数成分をフィルタリングし、該フィ
   ルタリングされた周波数成分をフーリエ逆変換すること
   により規則的パターンを有するウェハ表面の欠陥を検出
   する規則的パターンを有するウェハの表面検査方法。
2. 【請求項２】 前記規則的パターンを有するウェハが半
   導体ウェハである請求項１記載の表面検査方法。