JPH09199560A - 半導体基板表面欠陥の検査方法及びその自動検査装置 - Google Patents

半導体基板表面欠陥の検査方法及びその自動検査装置

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JPH09199560A
JPH09199560A JP2324896A JP2324896A JPH09199560A JP H09199560 A JPH09199560 A JP H09199560A JP 2324896 A JP2324896 A JP 2324896A JP 2324896 A JP2324896 A JP 2324896A JP H09199560 A JPH09199560 A JP H09199560A
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雅則 赤塚
Koji Sueoka
浩治 末岡
Toshiro Yamamoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学顕微鏡を用いた各種表面欠陥の密度計測
において、表面欠陥密度の面内分布測定を可能となし、
また、画像より面積と形状を測定して、表面欠陥の分別
評価を可能とする半導体基板表面欠陥の検査方法と自動
検査装置の提供。 【解決手段】 2値化された画像より欠陥像の面積及び
形状を抽出して欠陥数を計測する検査方法において、新
たなフローパターンの認識アルゴリズムにより、フロー
パターン密度とスモールピット密度を個別に認識、測定
し、基板面内全体にわたって表面欠陥の分別評価やその
密度分布の測定を可能にしたことよって、従来不可能で
あったシリコンウェーハ表面欠陥の分別評価が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、LSI等の基板
として用いられる半導体基板の特性を劣化させる表面欠
陥を自動検査する検査方法とその装置に係り、新たなフ
ローパターンの認識アルゴリズムにより、フローパター
ン密度とスモールピット密度を個別に認識、測定し、基
板面内全体にわたって表面欠陥の分別評価やその密度分
布の測定を可能にした半導体基板表面欠陥の検査方法及
びその自動検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】各種デバイスの基板として用いられる半
導体基板、例えば、シリコンウェーハの表面をas−g
rown状態で欠陥選択エッチングすると、表面欠陥が
顕在化される。従来は、光学顕微鏡を用いた目視検査に
よって各種表面欠陥の密度計測が行われてきた。
【0003】例えば、表1に示すごとく、観察される欠
陥には種々の特徴がある。しかし、従来、ウェーハ全面
にわたって詳細な表面欠陥密度分布を計測することは非
常に困難であり、その結果、重要な情報が見落とされて
いた。
【0004】
【表1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】表面欠陥はデバイス特
性を劣化させるが、各種表面欠陥がウェーハ特性に与え
る影響は、現在のところ明確ではない。そのため、単純
な表面欠陥だけでなく、フローパターンのような複雑な
形状の表面欠陥に対しても、分別評価や密度分布の測定
をウェーハ面内にわたって、詳細に行える画像処理装置
が望まれている。
【0006】最近、欠陥の自動計測や特徴量の抽出を定
量的に行う方法が提案されてきている。例えば、カメラ
から入力された検査画像と参照画像との間で差演算を行
って、画像拡大処理および濃淡変換処理の後に疑似欠陥
を排除して、真の欠陥のみを計測する方法(特許開4−
16752号)が提案されている。ところが、欠陥の分
別評価を行っていないという欠点がある。
【0007】また、2値化された欠陥像について個々の
面積、凹凸を特徴量として抽出し、基準となる画像と比
較して、欠陥数を計測する方法(特許開2−17754
8号)が提案されているが、欠陥の特徴量の抽出は行え
るものの単純なピットのみに限られるといった欠点があ
った。
【0008】この発明は、光学顕微鏡を用いた各種表面
欠陥の密度計測において、表面欠陥密度の面内分布測定
を可能となし、また、画像より面積と形状を測定して、
表面欠陥の分別評価を可能とする半導体基板表面欠陥の
検査方法の提供を目的とし、また、かかる表面欠陥の検
査を自動化できる自動検査装置の提供を目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者は、光学顕微鏡と
CCDカメラを用いて撮影した被測定半導体基板の測定
用画像を2値化した画像より、欠陥像の面積及び形状を
抽出して欠陥数を計測する表面欠陥の検査方法におい
て、表面欠陥の分別評価が可能な方法を目的に種々検討
した結果、読み込みして処理した2値化画像より微小粒
子画像をノイズとして除去した計測用画面を作成し、こ
れを特定方法でスキャンすると、本来のフローパターン
の場合には、増加した後パターン長さの減少はあまり見
られないが、付随パターンの場合には増加後にパターン
長さの大きな減少が見られることから、正確なフローパ
ターンの認識、計測が可能なことを知見し、さらに、フ
ローパターン密度とスモールピット密度との間には違い
があることを知見し、この発明を完成した。
【0010】この発明は、表面欠陥を顕在化させた被測
定半導体基板を光学顕微鏡とCCDカメラを用いて撮影
した測定用画像をコンピュータにて画像処理し、2値化
された画像より欠陥像の面積及び形状を抽出して欠陥数
を計測する半導体基板の表面欠陥を検査する方法におい
て、次のステップにて表面欠陥の分別評価を行う半導体
基板表面欠陥の検査方法である。 (1)表面欠陥を含む測定画像から背景画像を除去す
る。 (2)画像強調処理を行う。 (3)画像2値化処理する。 (4)微小粒子画像をノイズとして除去して計測用画面
とする。 (5)計測用画面よりフローパターンを測定する。 (6)計測用画面よりスモールピットを測定する。
【0011】また、この発明は、上記の検査方法におい
て、フローパターンの測定方法が、計測用画面を所定の
横長測定枠で下から上方向にスキャニングして測定枠内
に入ったパターンの長さを計測し、フローパターンと付
随パターンを分別する方法である半導体基板表面欠陥の
検査方法を併せて提案する。
【0012】また、この発明は、上記の検査方法を実施
するに際し、自動焦点装置並びにCCDカメラを有する
半導体基板検査用光学顕微鏡、被測定半導体基板を載置
し平面2軸方向に移動可能にしたXYステージ、画像処
理用コンピュータ、画像記憶装置を備え、検査ステップ
を予めプログラムしたホストコンピュータにて自動で行
う半導体基板表面欠陥の自動検査装置を併せて提案す
る。
【0013】
【発明の実施の形態】この発明による半導体基板表面欠
陥の自動検査装置の概略図を図1に示す。この自動検査
装置は、平面2軸方向に移動可能にしたXYステージに
被測定半導体基板を載置し、自動焦点装置並びにCCD
カメラを有する半導体基板検査用光学顕微鏡にて、被測
定半導体基板を観察する。XYステージ並びに自動焦点
装置はホストコンピュータ(ホストPC)にて制御さ
れ、CCDカメラからの画像入力信号は画像処理用コン
ピュータで処理されて欠陥の抽出と面積、密度を求めら
れ、その計測データー等はホストコンピュータでデータ
ー処理され、画像データーは画像記憶装置に記録される
構成からなる。
【0014】画像処理による検査方法のフローチャート
を図2に示す。CCDカメラからの測定画像は背景画像
を除いた後、輪郭強調処理され、強調処理された画像に
対して2値化処理を行う。続いて、微小粒子をノイズと
して除去する。この段階で、表1に示す表面欠陥の混在
した画像が得られるが、両欠陥の認識アルゴリズムが異
なるため分離して考える。
【0015】詳述すると、まず、全く欠陥のない背景画
像(B)を例えば256階調のグレースケールで取り込
み、同様に欠陥を含む測定画像(I)を取り込み、次い
で画像の差演算処理(I−B)を行い、欠陥測定画像か
らほぼ背景を除去する。続いて、輪郭強調処理する。こ
れは、強調処理を行わないときは、背景を除去した欠陥
測定画像と画面上の画像の明るさは比例関係にあるもの
を、元の画像の暗いところはさらに暗く、明るいところ
はさらに明るくする強調処理によって、差演算処理され
た画像のコントラストをより鮮明にする。
【0016】取り込み後に背景除去して強調処理を行っ
た画像は、取込み時の階調のままであるが、この画像に
対して、例えば20の明るさを閾値として2値化処理を
行う。この2値化処理においてほぼ欠陥のみが分離され
た画像が得られるが、閾値より僅かに明るい明るさをも
った背景がノイズとして2値化画像に取り込まれてしま
う。これらは本来の欠陥と比べて明らかに小さいので、
ある閾値以下のサイズの微小粒子をノイズとして除去す
ることによって、欠陥のみの2値化像を得ることができ
る。
【0017】フローパターンは、図3に示すように本来
のフローパターンとは異なる、付随パターンを伴うこと
があるため、それらの分離を行って計測する必要があ
る。そこで、この発明では新たにフローパターンの認識
アルゴリズムを考案した。フローパターン認識アルゴリ
ズムを図4に示す。このアルゴリズムでは、2値化画像
の中で横長の窓、すなわち測定画面一杯の横幅で縦長さ
を測定時間とフローパターン寸法とを考慮した画面高さ
の数十分の1の長さに設定した横長測定枠を用いて画面
を下から上へとスキャンさせる。そのとき、枠内に入っ
たパターンの長さを計測する。
【0018】図3に見られるフローパターンを測定した
ときの結果を図5に示す。本来のフローパターンの場合
には、増加した後パターン長さの減少はあまり見られな
いが、付随パターンの場合には増加後にパターン長さの
大きな減少が見られるという特徴がある。両者の間には
この様な顕著な違いが見られるため、減少の度合いの閾
値を設定することによって、図示のごとく分別を行うこ
とができる。
【0019】一方、スモールピットについては、画像処
理コンピュータにより以下の欠陥の特徴量計測手法を用
いて、面積、形状の測定を行った。すなわち、画像にお
いて、各々のスモールピットは多数のピクセルの塊とし
て認識されており、面積とはピットを構成するピクセル
数、形状は例えば凹凸の度合いというパラメーターを用
いてピットの面積と形状の測定を行う。これはビットの
外周長と面積からなるパラメータでピットが円形になる
程1に近づき、円形からずれるに従って大きくなる。各
種欠陥でこのパラメータは大きく異なるため、欠陥の分
離を行うことができる。
【0020】
【実施例】
実施例1 試料に引き上げ速度1.1mm/minのas−gro
wnウェーハを用い、このウェーハを15分間、およそ
10μm、欠陥選択エッチングしてas−grown状
態での表面欠陥を顕在化させた後、図1の自動検査装置
を用いて図2及び図4に示すフローでこの発明による検
査を実施した。
【0021】図6にフローパターン密度、図7にスモー
ルピット密度の面内密度分布を示す。今回の測定は3m
m間隔で行った。なお、図6、図7は本来、コンピュー
ターに接続されたカラープリンターにて出力されたカラ
ー画像であるが、10色の区分を10種の領域表示に変
換図示してある。この発明による自動検査装置並びに検
査方法によって、1.1mm/minウェーハではフロ
ーパターン密度とスモールピット密度との間には違いが
あることが明確になった。
【0022】従来の目視検査は、図8に示すような、1
cm間隔の測定でしかも直径方向の1方向計測で行われ
ることが多かった。そのため、欠陥の面内分布の測定は
不可能であった。ところがこの発明により、従来法では
不可能であった、表面欠陥の分別評価が可能になったと
いえる。
【0023】
【発明の効果】この発明による半導体基板表面欠陥の検
査方法とその自動検査装置は、2値化された画像より欠
陥像の面積及び形状を抽出して欠陥数を計測する検査方
法において、新たなフローパターンの認識アルゴリズム
により、フローパターン密度とスモールピット密度を個
別に認識、測定し、基板面内全体にわたって表面欠陥の
分別評価やその密度分布の測定を可能にしたことよっ
て、従来不可能であったシリコンウェーハ表面欠陥の分
別評価が可能となり、LSI等の基板として用いられる
シリコンウェーハの高品質化に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による半導体基板表面欠陥の自動検査
装置の構成を示す概略図である。
【図2】この発明による半導体基板表面欠陥の検査方法
のステップを示すフローチャート図である。
【図3】この発明方法によりフローパターンを測定した
ときの計測用画面を示す説明図である。
【図4】この発明方法によるフローパターンの認識アル
ゴリズムを示す説明図である。
【図5】フローパターン長さと位置との関係を示すグラ
フである。
【図6】Aはこの発明方法によりコンピューターで出力
したフローパターン密度分布を示す説明図であり、Bは
測定位置を示す説明図である。
【図7】Aはこの発明方法によりコンピューターで出力
したスモールピット密度の面内密度分布を示す説明図で
あり、Bは測定位置を示す説明図である。
【図8】従来方法の測定結果を示す、ウェーハ中心から
の距離と欠陥数との関係を示すグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面欠陥を顕在化させた被測定半導体基
    板を光学顕微鏡とCCDカメラを用いて撮影した測定用
    画像をコンピュータにて画像処理し、2値化された画像
    より欠陥像の面積及び形状を抽出して欠陥数を計測する
    半導体基板の表面欠陥を検査する方法において、次のス
    テップにて表面欠陥の分別評価を行う半導体基板表面欠
    陥の検査方法。 (1)表面欠陥を含む測定画像から背景画像を除去す
    る。(2)画像強調処理を行う。(3)画像2値化処理
    する。(4)微小粒子画像をノイズとして除去して計測
    用画面とする。(5)計測用画面よりフローパターンを
    測定する。(6)計測用画面よりスモールピットを測定
    する。
  2. 【請求項2】 請求項1において、フローパターンの測
    定方法が、計測用画面を所定の横長測定枠で下から上方
    向にスキャニングして測定枠内に入ったパターンの長さ
    を計測し、フローパターンと付随パターンを分別する方
    法である半導体基板表面欠陥の検査方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、自動焦点装置並びに
    CCDカメラを有する半導体基板検査用光学顕微鏡、被
    測定半導体基板を載置し平面2軸方向に移動可能にした
    XYステージ、画像処理用コンピュータ、画像記憶装置
    を備え、検査ステップを予めプログラムしたホストコン
    ピュータにて自動で行う半導体基板表面欠陥の自動検査
    装置。
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