JPH0882603A - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 傷の形状に影響されることなく、正確に効率
よく表面を検査する。 【構成】 試料を一定角度ずつ回転させ、各位置におい
て試料表面で反射される散乱光の有無を検知する処理を
１ステップとする。あるステップにおいて散乱光の輝点
が検知された場合、この次のステップで検知されるべ
き、輝点の到達位置を求める。そして、対象となる次の
ステップでは、求めた到達位置に輝点が位置するか否か
を検出する。この処理を繰り返し、所定の連続するステ
ップ数内でのみ輝点が検出された場合には、この輝点を
試料表面の傷であると認識する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハなどの試
料表面の傷を検出する表面検査方法及び表面検査装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハの表面に存在する傷
を検出するには、以下の方法が採られている。ウエハ表
面に検査光を照射し、傷の部位で反射して散乱する散乱
光を光検出器で撮像し、これをモニター画面上に映し出
し、目視判定する方法である。この散乱光は、その傷の
形状に基づき、強度分布に方向性を持っているため、小
さな欠陥による微弱な散乱光をも検出するために、半導
体ウエハを回転させながら、検査光を照射している。

【０００３】また、半導体ウエハの表面上には、傷の他
にゴミなどの異物も存在し、傷と同様に散乱光を発生さ
せる。散乱光が傷によるものか否かを効率的に判断する
ため、画像処理によって判定する技術も知られている
（特開昭６１−１４７３７８号）。この場合には、傷の
多くが線状に細長く延びているという、傷の形状を利用
して、散乱光画像の縦横比を算出しており、その結果、
長さ成分を持つ場合に傷と判定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体ウエハ
表面の傷は、発生した過程によって、細長い線状の形だ
けではなく、点状の傷が生じることがある。特に近年、
半導体ウエハ製造プロセスの進歩により、発生する傷も
極く小さな点状の傷であることが多い。このような傷が
存在する場合には、傷とは判定できず、検出漏れを生じ
るといった問題があった。

【０００５】また、目視判定では、判定する人によっ
て、判定基準にバラツキを生じてしまうため、より正確
で、信頼性の高い検査方法、検査装置が望まれていた。

【０００６】本発明は、このような課題を解決すべく成
されたものであり、その目的は、形成された傷の形状に
影響されることなく、短時間に効率よく、しかも正確に
検出できる表面検査方法及び表面検査装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明にかかる
表面検査方法は、試料表面に検査光を照射し、この試料
表面で反射された前記検査光の散乱光を検出することに
より、前記試料表面の傷を検出する表面検査方法であっ
て、以下の（ａ）〜（ｄ）を実施する。

【０００８】（ａ） 試料を一定角度だけ回転させ、こ
の位置において試料表面で反射される散乱光の有無を検
知する処理を１ステップとし、これを繰り返して実施す
る。

【０００９】（ｂ） このステップを繰り返すうち、あ
るステップにおいて散乱光の輝点が検知された場合、こ
の散乱光の位置情報を基に、この次のステップ以降にお
いて検知されるべき、散乱光の輝点の到達位置を演算し
て求める。

【００１０】（ｃ） 前述した「次のステップ」以降に
おいて、求めた到達位置に輝点が位置するか否かを検出
する。

【００１１】（ｄ） この結果、所定の連続するステッ
プ数内でのみ輝点が検出された場合には、この輝点を試
料表面の傷であると認識する。

【００１２】なお、１ステップで試料を回転させる角度
は９度程度に規定することが効率的である。

【００１３】さらに、前記（ｃ）における連続するステ
ップ数は２ステップとし、この２ステップの範囲内での
み検出された輝点を傷と認識し、３ステップ以上に渡り
連続して検出された輝点を付着物として認識すると、信
頼性を十分に維持でき、しかも効率的に検査を実施でき
る。

【００１４】一方、本発明にかかる表面検査装置は次の
ように構成する。駆動制御手段によって、試料を載置す
る載置部を所定の角度ずつ回転させ、この載置部上の試
料に対して光源から検査光を照射する。そして、各回転
角度毎に、載置部上の試料表面で反射する散乱光を撮像
手段で撮像し、この撮像結果をもとに、この撮像画像に
おける輝点の位置情報を画像処理手段によって画像解析
する。載置部上の試料が回転するため、この輝点の位置
も撮像画像上を変移する。この輝点が変移するはずの軌
道を演算処理手段で算出し、各回転角度に対応する輝点
の到達位置を求める。そして、演算処理手段によって求
められた到達位置に、輝点が変移したか否かに基づい
て、試料表面の傷の有無を判定手段によって判定する。

【００１５】

【作用】本発明にかかる表面検査方法及び検査装置で
は、試料表面の傷（欠陥）や付着物によって散乱された
散乱光は、撮像手段によって撮像される。この傷や付着
物からの散乱光のうち、傷による散乱光は、前述したよ
うにその強度分布に方向性がある。そこで、輝点の位置
を追跡して撮像するために、試料を載せた載置台を駆動
制御手段によって回転させ、この散乱光が撮像手段に向
かうようにしている。

【００１６】したがって、強度分布に方向性を有する傷
からの散乱光は、試料を回転させながら検出していく
と、ある限られた回転角度の範囲のみで検出できること
になる。そこで、撮像手段で撮像される散乱光の輝点
を、試料の回転に伴って追跡し、所定の連続するステッ
プ数内、すなわち、ある限られた回転角度の範囲にしか
検出できない輝点が存在した場合に、この輝点を傷とし
て判定する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。

【００１８】図１に表面検査装置の構成を示す。この表
面検査装置は、検査対象に検査光を照射してその散乱光
を検出する照明・検出光学系と、検査対象となる半導体
ウエハの搬送等を行なう搬送部と、照明・検出光学系で
検出された画像を処理し所定の演算及び判定を行なう演
算処理部とで構成する。

【００１９】照明・検出光学系は、検査光を照射するた
めの光源１を備えており、光源１から出射された検査光
は、第１集光レンズ２、ピンホール３、第２集光レンズ
４、マスク５を通り、ミラー６に至る。ミラー６で反射
された検査光は、投影レンズ７を通り、載置台３０上に
セットされた、検査対象となる半導体ウエハ８に照射さ
れる。半導体ウエハ８で正反射された正反射光は、ライ
トトラップ９内に入射し、ここで吸収される。

【００２０】半導体ウエハ８表面上に傷、ゴミなどの異
物、或いはその他の欠陥が存在する場合、半導体ウエハ
８表面上に照射された検査光は、この傷などで散乱す
る。この散乱光の一定の方向に入射する散乱光を、ミラ
ー１０、１１を介して、撮像装置としての光検出器１２
で検出する。光検出器１２の入射側には、過大光が入射
したときに光検出器１２を保護するためのシャッタ１３
を設置している。

【００２１】また、散乱光を光検出器１２に導く検出光
路は、半導体ウエハ８の真上方向ではなく、少し斜めの
位置に設置している。この理由は主に以下の２つにあ
る。一つの理由は、検出光路を半導体ウエハ８の真上に
設置すると、半導体ウエハ８に映った光検出器１２自体
の像が映ってしまい、半導体ウエハ表面での散乱光以外
の輝点が発生することになるためである。また、もう１
つの理由は、光源１から照射された検査光が半導体ウエ
ハ８によって正反射される正反射光に近いところに光検
出器１２を設置した方が、より強い散乱光を検出できる
ためである。

【００２２】なお、以上の参照番号１〜１３からなる光
学系及び載置台３０は、外来光の影響を避けるために、
光学暗箱１４内に納められている。

【００２３】搬送部は、（検査対象となる半導体ウエハ
８を１枚ずつ搬送する）ウエハ搬送機構１５、（半導体
ウエハ８をセットする載置台３０を一定の角度ずつ回転
させる）回転機構１６を備えており、このウエハ搬送機
構１５により、半導体ウエハ８を載置台３０まで１枚ず
つ搬送する。そして、半導体ウエハ８をセットした載置
台３０を、回転機構１６により、一定の角度ずつ回転さ
せる。なお、ウエハ搬送機構１５及び回転機構１６は、
シーケンサ２２の制御の下、駆動回路２３，２４によっ
て駆動される。

【００２４】なお、前述したマスク５の光透過部の形状
は、半導体ウエハ８の形状に合わせて形成しており、回
転機構１６によって回転される半導体ウエハの動きに合
わせて回転する機構となっている。

【００２５】演算処理部は、光検出器１２の撮像画像を
映像信号に変換する検出器コントローラ１７を備えてお
り、この映像信号は、画像メモリ１８に送られ記憶され
る。

【００２６】また、光検出器コントローラ１７では、光
検出器１２に入射する光量を監視し、過大光量が入射し
た場合には、シャッタ１３に信号を送ってシャッタを閉
じ、光検出器を保護する。

【００２７】画像メモリ１８に記憶された映像信号は、
画像処理演算装置１９で画像処理して散乱光を検出し、
後述する方法に基づいて、傷の有無を自動的に判定す
る。なお、この処理画像はビデオモニタ２０にも出力さ
れる。

【００２８】画像処理演算装置１９によって自動判定し
た結果は、インターフェイス２１に送られる。インター
フェイス２１は、ウエハ搬送機構１５や回転機構１６か
らなる搬送部の動きと、画像メモリ１８や画像処理演算
装置１９からなる演算処理部の処理作業とを制御する役
割を果たす。本実施例では、半導体ウエハ８をセットし
た載置台３０を９度回転させ、この位置において前述し
た散乱光を検出し、演算処理部で画像処理などを行なっ
ている。この処理工程を１ステップとして、繰り返し実
施している。

【００２９】図２、図３は、半導体ウエハ８を９度ず
つ、間欠的に回転させながら、各ステップにおいて、光
検出器１２で散乱光画像を撮像した一例を示したもので
ある。

【００３０】ゴミなどの異物による散乱光は、その強度
分布に極端な方向性を持たないので、半導体ウエハ８を
回転していっても常に輝点（参照符号ｃとして示す）と
して検出されている。一方、傷による散乱光は、その強
度分布に方向性を持つために、強度分布が光検出器１２
の方向、すなわち、ミラー１０の方向を向いたときだ
け、輝点として検出することができる。この例では、ス
テップ１６（図３）において点状の傷（参照符号ｐ）が
観測されている。

【００３１】前述したように、光検出器１２を半導体ウ
エハ８の真上ではなく、少し斜めの位置に設置している
ため、半導体ウエハ８の撮像画像は、少し歪み、真円で
はなく楕円形状となる。したがって、半導体ウエハ８表
面上に生じた散乱光の輝点は、半導体ウエハ８の回転に
伴って、楕円軌道を描いて移動していくことになる。

【００３２】ここで、図４及び図５に、画像処理演算装
置１９における判定処理のフローチャートを示す。

【００３３】まず、ウエハ搬送機構１５によって半導体
ウエハ８が載置台３０上に搬送されると、光検出器１２
の前にあるシャッタ１３が開いて判定処理を開始する。

【００３４】判定処理は、半導体ウエハ８を９度ずつ、
間欠的に回転させていき、各々の位置で処理していく。
説明の便宜上、始めの位置をステップ１、そこから９度
回転させた位置をステップ２、さらに９度回転させた位
置をステップ３・・・とする。

【００３５】ステップ１での判定処理の動作は、以下に
示す通りである。

【００３６】まず、撮像画像のノイズの影響を減らすた
めに画像を積算し画像メモリ１８にその結果を記憶させ
る（＃１０２）。つぎに、画像メモリ１８に記憶された
画像データを画像処理演算装置１９に取り込み、この画
像データから照明のシェーディング等の影響を取り除く
ための画像処理を行ない（＃１０４）、半導体ウエハ８
上以外の画像を取り除くためのマスク処理を行なう（＃
１０６）。

【００３７】以上の画像処理を行なった後に、一定レベ
ル以上の明るさを持つ部分を取り出すために２値化処理
を行ない（＃１０８）、ウエハ上の異物や欠陥からの散
乱光の情報を取り出す（＃１１０）。

【００３８】この時、散乱光の輝点が得られた場合に
は、その全ての輝点の面積重心の位置座標を求め（＃１
１２）、個々の輝点において、ウエハを９度ずつ回転さ
せていったときに到達する到達位置を演算し（＃１１
４）、その位置座標値をメモリに記憶させておく（＃１
１６）。

【００３９】次に、ステップ２以降の動作は、以下に示
す通りである。

【００４０】まず、前のステップ１で画像を積算して画
像メモリ１８へその結果を記憶させた時点で、ウエハを
９度回転させておく（＃１１８）。

【００４１】そして、前のステップ１での判定処理が終
了したら、ステップ１の時と同様に画像処理を行なう。
この後、同様に２値化処理を行ない、ウエハからの散乱
光の面積重心の位置情報を得る（＃１２０〜＃１２
８）。

【００４２】散乱光の輝点が得られた場合、前のステッ
プまでに得られた散乱光の輝点がこのステップにおいて
到達すると予想される到達予測位置（楕円軌道を勘案し
て計算によって求めた座標）に、検出されたか否かの照
合を行なう（＃１３０）。

【００４３】この時、前のステップまでに得られた輝点
と照合できない新たな輝点があった場合（＃１３２）、
新たな輝点として登録する（＃１３４）。そして、次の
ステップ以降で、変移していく位置を計算し（＃１３
６）、その座標値をメモリに記憶させる（＃１３８）。

【００４４】以降、ステップ２３まで、同様の処理を繰
り返す。

【００４５】この処理をステップ２３まで行うと、半導
体ウエハ８は約２００度回転することになるが、ステッ
プ２３まで行なった時点で（＃１４０）、半導体ウエハ
８上の輝点のうち、１ステップもしくは２ステップしか
検出することができなかった輝点があるかどうかを調べ
る（＃１４２）。もし、存在する場合には、その輝点は
傷によるものと認識し、この半導体ウエハには傷がある
という判定をくだす。もし、３ステップ以上に渡って連
続して検出された輝点が存在する場合には、この輝点
は、ゴミなどのウエハに付着した異物であると認識する
（＃１４６）。このような付着物は、ウエハを洗浄する
ことにより除去できる。

【００４６】ここで、他の半導体ウエハ８について散乱
光画像を撮像した結果を、図６、７に示す。この結果で
は、図７におけるステップ１５、１６及び１７におい
て、それぞれ別個の線状の傷（参照符号ｌ₁ 、ｌ₂ 、ｌ
₃ ）が観測されている。

【００４７】このような検出処理を行えば、傷の形状に
左右されずに、検出もれなく自動判定が可能となる。

【００４８】なお、１ステップの回転角９度は、数々の
実験を行った結果得られた数値である。すなわち、回転
角を大きく取れば、一枚のウエハに費やされる検査時間
が短縮されるが、その半面、傷による散乱光を見逃すこ
とが多くなる。そこで、回転角を所定の角度に規定し、
実際に検査を行なった結果、１ステップの回転角を９度
以下とした場合には、傷による散乱光を見逃すことがな
いことを、経験的に見出した。また、同時に、傷によっ
て生じる散乱光が、３ステップ（２７度）以上連続して
検出されないことも実験によって確認された。

【００４９】さらに、方向性のある傷による散乱光を検
出するために、ウエハを回転させているが、ウエハを３
６０度回転させなくても約２００度（半周強）回転させ
れば、傷による散乱光を一通り検出できることも実験に
よって確認できた（理論上は１８０度）。

【００５０】ここで、判定処理の他の実施例について，
図１を参照しつつ、図８、９に示すフローチャートを基
に説明する。

【００５１】まず、撮像画像のノイズの影響を減らすた
めに画像を積算し、画像メモリ１８にその結果を記憶さ
せる（＃１０２）。次に、画像メモリ１８に記憶された
画像データを画像処理演算装置１９に取り込み、この画
像データから光学系のシェーディング等の影響を取り除
くための画像処理を行ない（＃１０４）、半導体ウエハ
８上以外の画像を取り除くためのマスク処理を行なう
（＃１０６）。

【００５２】以上の画像処理を行なった後に、一定レベ
ル以上の明るさを持つ部分を取り出すために２値化処理
を行ない（＃１０８）、散乱光の有無を判定する（＃１
１０）。

【００５３】散乱光の輝点が得られた場合には、その全
ての輝点の面積重心の位置座標を求める（＃１１２）。

【００５４】次に、その前までのステップで登録された
散乱光があった場合には、その登録済みの散乱光との照
合を行なう（＃１１４）。この時、照合して一致した場
合（＃１１６）、すでに登録されている散乱光が再び検
出できたということで、そのステップ数を記憶させる
（＃１１８）。また、一致していなかった場合には（＃
１１６）、新たな散乱光として登録し（＃１２０）、次
のステップ以降、９度づつ回転していった時に到達する
到達位置を演算し（＃１２２）、その位置座標値をメモ
リに記憶させる（＃１２４）。

【００５５】以降、ステップ２３までは、ウエハを９度
ずつ回転させて（＃１２６）、同様の処理を繰り返す。

【００５６】この処理をステップ２３まで行なうと、半
導体ウエハは約２００度回転することになるが、スッテ
ップ２３まで処理を行なった時点で（＃１２８）、半導
体ウエハ上での散乱光による輝点のうち、１ステップ若
しくは２ステップしか検出できなかった輝点があるか否
かを調べる（＃１３０）。もし、存在する場合には、そ
の輝点は傷によるものと認識し、この半導体ウェハには
傷があるという判定を下す（＃１３２）。もし、ステッ
プ３以上に渡って、連続して検出された輝点が存在する
場合には、この輝点は、ゴミなどのウエハに付着した異
物であると認識する（＃１３４）。このような付着物
は、ウエハを洗浄することにより除去できる。

【００５７】このフローに沿って測定を行なった結果、
図６及び図７に示した結果が得られたとする。このサン
プルは、円弧状に細長く延びた一本の傷を撮像した場合
の代表的な結果である。傷による散乱光の方向性のた
め、ステップによっては、傷が得られる散乱光の位置が
異なっている。この例では、連続した３ステップに渡っ
て傷による散乱光が得られている。従って、前述した検
査方法による判定では、傷として判定されないようにも
思われる。しかし、各輝点の位置座標は輝点の面積重心
を示しているため、この図６、７に示した例では、一本
の細長い円弧上の傷による散乱光の得られる部分が、ス
テップによって移動していくことになり、個々のステッ
プにおける面積重心の座標は異なり、別の輝点として判
断される。このため、この輝点は傷として判定される。

【００５８】以上説明した実施例においては、鏡面状の
半導体ウエハを試料とし、また試料を検出画面上で回転
させる構成を例にあげたが、試料は鏡面状のものであれ
ば半導体ウエハに限定されるものではない。また、回転
対象は試料自身とは限らず、例えば光源を含んだ照明・
検出光学系自体が回転しても、同様の検出を実施するこ
とができる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる表
面検査方法及びその装置によれば、試料を回転させつ
つ、試料表面の輝点の位置を追跡し、所定の連続するス
テップ数内でのみ、この輝点が検出され場合に、この輝
点をこの試料表面の傷であると認識することとしたの
で、傷の形状に影響されずに、短時間に効率よく、しか
も正確に、試料表面の検査を実施することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例にかかる表面検査装置の構成を示す構
成図である。

【図２】光検出器によって撮像されたウエハの撮像画像
のうち、ステップ１〜ステップ１２を示す図である。

【図３】図２に続き、ステップ１３〜ステップ２３まで
を示す図である。

【図４】本実施例にかかる画像演算処理装置における判
定処理を示すフローチャートである。

【図５】図４に続く判定処理を示すフローチャートであ
る。なお、図４と図５とにおいて、符号（＊）及び
（＊）（＊）で示す箇所は、一連のフローを示してい
る。

【図６】光検出器によって撮像された他のウエハの撮像
画像のうち、ステップ１〜ステップ１２を示す図であ
る。

【図７】図６に続き、ステップ１３〜ステップ２３まで
を示す図である。

【図８】本実施例にかかる画像演算処理装置における他
の判定処理を示すフローチャートである。

【図９】図８に続く判定処理を示すフローチャートであ
る。なお、図８と図９とにおいて、符号（＊），（＊）
（＊）及び（＊）（＊）（＊）で示す箇所は、一連のフ
ローを示している。

【符号の説明】

１…光源、２…第１集光レンズ、３…ピンホール、４…
第２集光レンズ、５…マスク、６…ミラー、７…投影レ
ンズ、８…半導体ウエハ（試料）、９…ライトトラッ
プ、１０…ミラー、１１…ミラー、１２…光検出器、１
３…シャッタ、１４…光学暗箱、１５…ウエハ搬送機
構、１６…回転機構、１７…光検出器コントローラ、１
８…画像メモリ、１９…画像演算処理装置（画像処理手
段、演算処理手段、判定手段）、２０…ビデオモニタ、
２１…インターフェイス、２２…シーケンサ、２３，２
４…駆動回路、３０…載置台。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料表面に検査光を照射し、この試料表
   面で反射された前記検査光の散乱光を検出することによ
   り、前記試料表面の傷を検出する表面検査方法であっ
   て、 （ａ） 前記試料を所定角度だけ回転させ、この位置に
   おいて前記試料表面で反射される散乱光の有無を検知す
   る処理を１ステップとして繰り返して実施し、 （ｂ） あるステップにおいて前記散乱光の輝点が検知
   された場合、この散乱光の位置情報を基に、この次のス
   テップ以降において検知されるべき、 前記散乱光の輝点の到達位置を演算して求め、 （ｃ） 前記次のステップ以降において前記到達位置に
   前記輝点が位置するか否かを検出し、 （ｄ） この結果、所定の連続するステップ数内でのみ
   前記輝点が検出された場合、前記輝点をこの試料表面の
   傷であると認識することを特徴とする表面検査方法。
2. 【請求項２】 前記１ステップで前記試料を回転させる
   角度は、９度程度であることを特徴とする請求項１記載
   の表面検査方法。
3. 【請求項３】 前記（ｃ）における連続するステップ数
   は２ステップであり、この２ステップの範囲内でのみ検
   出された前記輝点を傷と認識し、３ステップ以上に渡り
   連続して検出された輝点を付着物として認識することを
   特徴とする請求項２記載の表面検査方法。
4. 【請求項４】 試料表面に検査光を照射し、この試料表
   面で反射された前記検査光の散乱光を検出することによ
   り、前記試料表面の傷を検出する表面検査装置であっ
   て、 前記試料を載置する載置部と、 前記載置部を所定の角度ずつ回転させる駆動制御手段
   と、 前記試料に対して検査光を照射する光源と、 前記各回転角度毎に、前記載置部上の前記試料表面で反
   射する前記散乱光を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段の撮像結果をもとに、この撮像画像におけ
   る前記輝点の位置情報を得る画像処理手段と、 前記載置部の回転に伴って前記撮像画像上を移動する、
   前記輝点の軌道を算出し、各回転角度に対応する前記輝
   点の到達位置を求める演算処理手段と、 前記演算処理手段で求められた前記到達位置に、前記輝
   点が変移したか否かに基づいて、前記試料表面の傷の有
   無を判定する判定手段と、 を備えることを特徴とする表面検査装置。