JPWO2007132925A1 - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

ウエハＷの表面に検査用照明光Ｌｉを照射する照明光源１と、検査用照明光Ｌｉの照射を受けたウエハＷからの散乱光を受光してその表面を撮像するカメラ５と、カメラ５の撮像素子６により撮像されたウエハ表面の画像を表示するディスプレイ装置１５と、撮像素子６により撮像されたウエハＷの表面における輝度が高い部分を膨張してディスプレイ装置１５に表示させる画像膨張処理装置１１とを備えて、表面検査装置が構成される。

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示素子パネル（ガラスパネル等）といった検査対象部材（以下、「半導体ウエハ等」と称する）の表面を、カメラ（撮像装置）を用いて撮像し、得られた画像に基づいてその表面検査を行う表面検査装置に関する。

半導体ウエハ等は表面に多数の回路素子パターンを形成して構成されており、その表面に欠陥が存在すると回路素子パターンからなるチップ若しくはパネルの性能を損なうことになるので、表面欠陥の検査は非常に重要である。このため、半導体ウエハ等の表面欠陥の検査を行う装置は、従来から種々のものが知られている。このような表面検査装置は、半導体ウエハ等の表面に所定の検査光（反射光、回折光、散乱光を発生させるのに適した光）を照射し、この表面からの反射光、回折光、散乱光を集光光学系により集光し、この集光した光をカメラ等のイメージディバイス（撮像素子）に照射させてその受像面に検査対象表面の像を形成し（イメージディバイスを有したカメラにより撮像し）、得られた撮像画像に基づいて、検査対象となる半導体上ウエハ等の表面におけるパターン欠陥、膜厚ムラ、傷の有無、異物の付着等を検査するように構成されている（例えば、特開２０００−２１４０９９号公報および特開２０００−２９４６０９号公報参照）。
例えば、散乱光を用いて検査表面を行う装置は、主として半導体ウエハ等の表面の傷、ゴミ付着等を検査するための装置であり、ウエハの表面に横方向から浅い入射角で光を照射し、この入射光の正反射光も回折光も受けない位置に配置したカメラによりウエハ表面を撮像し、ウエハ表面からの散乱光の有無を検出するように構成される。ウエハ表面に傷、ゴミの付着等があると、これら傷、ゴミ当たった光が散乱光として周囲に反射するため、カメラはこの散乱光を撮像してその位置に輝点を有する画像が得られるので、この画像から、傷、ゴミの有無およびその存在位置を検出するようになっている。

ところで、このようなカメラにより半導体ウエハ等の表面を撮像してその表面欠陥の検査を行う場合、精密な製造工程を経て作製されたウエハ上の傷、ゴミ（異物）等は非常に小さいものであるため、例えば図２に示すように極く細い輝線ａとなる画像もしくは極く小さな輝点ｂ，ｃとなる画像として表示され、表示部に表示された画像上ではその存在を判別するのが難しいという問題が生じていた。なお、図２において、矩形状の領域１６が表示部（ディスプレイ装置）の画像領域であり、円形の像Ｗｉがウエハの撮像画像であり、各輝線ａおよび輝点ｂ，ｃがウエハ上の傷、ゴミ等の存在を示すことになる。
この問題解決のためには画像を拡大表示して、各輝線、輝点を拡大表示するということが考えられるが、画像を拡大表示した場合には、表示画面すなわち画像領域１６の大きさの限界から、画像領域１６上にウエハ画像Ｗｉの一部しか表示されないことになって、欠陥有無は識別しやすくなっても、その欠陥が半導体ウエハ等（検査対象部材）のどのあたりに存在するのかの確認が面倒であるという問題があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、検査対象部材の表面にある微細な傷や異物の存在並びにその位置を容易に確認することができる表面検査装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、検査対象部材の表面に検査光を照射する照明部と、前記照明部からの検査光の照射を受けた検査対象部材の表面を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記検査対象部材の表面の画像を表示する表示部と、前記撮像部により撮像された前記検査対象部材の表面の画像における明るさもしくは色が背景部分と相違する部分を膨張して前記表示部に表示させる画像膨張部とを備えて構成される。
なお、この表面検査装置において、前記表示部の表示は、前記検査対象部材の全体を表示させながら前記膨張した相違する部分の表示を行うのが好ましい。
上記表面検査装置において、前記撮像部は、前記照明部からの検査光の照射を受けて前記検査対象部材の表面から出射する正反射光並びに回折光を受光しない位置に配置され、前記検査対象部材の表面から出射する散乱光に基づく撮像を行うのが好ましい。
上記表面検査装置において、前記画像における前記散乱光の明るさが所定値以上である部分を検出して欠陥であると判別し、前記欠陥と判別された部分を前記表示部に表示させる表示判別部を有するのが好ましい。
上記表面検査装置において、前記画像膨張部は、前記欠陥と判別された部分の画像を前記画像膨張部により膨張して前記表示部に表示させる構成であるのが好ましい。

本発明に係る表面検査装置によれば、傷等の存在の有無を容易に確認することができ、且つ、検査対象部材の表面における傷等の位置を容易に確認することができる。

図１は、本発明の一実施形態である表面検査装置の構成を示す模式図である。
図２は、上記表面検査装置において膨張処理を施さない場合に画面に表示されるウエハの散乱光に基づく画像の例を示す正面図である。
図３は、上記表面検査装置による表面検査の工程を示すブロック図である。
図４は、シンプル化した検査画像を表す模式図である。
図５は、上記シンプル化した検査画像をテンプレートにより膨張する処理を示す説明図およびテンプレートの例を示す説明図である。
図６は、上記シンプル化した検査画像の欠陥を膨張処理した状態を示す説明図である。
図７は、テンプレートの異なる例を示す説明図である。
図８は、上記表面検査装置において膨張処理を施した場合に画面に表示されるウエハの散乱光に基づく画像の例を示す正面図である。
図９は、上記表面検査装置において膨張処理を施した場合に画面に表示されるウエハの散乱光に基づく画像の別の例を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る表面検査装置の一例を示しており、この装置は散乱光により半導体ウエハＷの表面欠陥（傷、ゴミ）等を検出するようになっている。この表面検査装置は、ウエハＷを載置保持するホルダ２を有し、図示しない搬送装置により搬送されてくるウエハＷをホルダ２の上に載置させるとともに真空吸着等を用いて固定保持する。
この装置はさらに、ホルダ２に固定保持されたウエハＷの表面に浅い入射角で検査用照明光Ｌｉを照射する照明光源１と、この検査用照明光Ｌｉの照射を受けたウエハＷの表面からの正反射光Ｌｏ（１）および回折光Ｌｏ（２）を受けない位置に配置されてウエハＷの表面を撮像するカメラ５と、このカメラ５の撮像素子（イメージデバイス）６により変換されたウエハＷの表面の画像信号を受けて画像処理を行う画像処理装置１０と、画像処理装置１０により処理されたウエハ表面画像を表示するディスプレイ装置１５とを備える。なお、画像処理装置１０は、後述する画像膨張処理装置（請求項に規定する画像膨張部に該当）１１を備えている。
この表面検査装置によるウエハＷの表面検査について、以下に簡単に説明する。この装置を用いて検査を行うには、まず、上述したように、不図示の搬送装置により検査対象となるウエハＷをホルダ２の所定位置に搬送載置し、ホルダ２に内蔵の真空吸引装置によりウエハＷを吸着して固定保持させる。そして、照明光源１からウエハＷの表面に検査用照明光Ｌｉを照射する。この検査用照明光ＬｉはウエハＷの表面において正反射されて正反射光Ｌｏ（１）が図示のように出射する。また、ウエハＷの表面には回路パターンが周期的に繰り返されて形成されており、この回路パターンを形成する線の繰り返しピッチと検査用照明光Ｌｉの波長とに対応した方向に回折光Ｌｏ（２）が図示のように出射する。よって、正反射光Ｌｏ（１）を受光する位置にカメラをおいてウエハＷの表面の撮像を行えば、正反射光に基づく表面検査が可能であり、回折光Ｌｏ（２）を受光する位置にカメラをおいてウエハＷの表面の撮像を行えば、回折光に基づく表面検査が可能である。
本実施形態の表面検査装置では、これら正反射光Ｌｏ（１）および回折光Ｌｏ（２）のいずれも受けない位置にカメラ５を配設し、ウエハＷの表面を撮像するように構成している。このようにしてカメラ５の撮像素子６によりウエハＷの表面を撮像した場合、カメラ５には正反射光Ｌｏ（１）も回折光Ｌｏ（２）も入射しないため、ウエハＷの表面に傷、ゴミ、ほこりの付着などがなく正常なウエハＷであれば、撮像素子６からの撮像信号を画像処理装置１０により処理してディスプレイ１５の画面１６に表示される画像としては、ウエハＷの外径部の一部が輪郭として捉えられる以外は真っ黒な画像が得られるだけである。
しかしながら、ウエハＷの表面に例えば傷（もしくはゴミ）ｄが存在した場合には、この傷ｄに照射された検査用照明光Ｌｉがここで乱反射され、その乱反射光（散乱光）Ｌｏ（３）の一部がカメラ５にも入射する。このため、撮像素子６からの撮像信号を画像処理装置１０により処理してディスプレイ１５の画面１６に表示される画像には、図２に示すように、傷を示す輝線ａや、ゴミの付着を示す輝点ｂ，ｃが現れ、これによりウエハＷにおける傷、ゴミ等の存在を検出できる。ところが、上記説明から分かるように、これら輝線ａ、輝点ｂ，ｃは光量が少ない散乱光を撮像して得られた画像であり、且つ、極く小さな傷、ゴミ等に基づく散乱光であるため、画像上での輝線ａ、輝点ｂ，ｃは極く極く小さな線、点としてしか表れず、特に肉眼ではその存在の判別が難しい。
このようなことから、画像処理装置１０に画像膨張処理装置１１を備えており、これら輝線ａ、輝点ｂ，ｃのみを膨張させる処理を行って、図８に示すように、前述の外径部の一部を基準として得たウエハ画像Ｗｉのサイズはそのままで輝線Ａ、輝点Ｂ，Ｃのみが膨張表示される。この画像膨張処理装置１１による膨張表示処理および画像処理装置１０による画像処理を含め、図３のフローチャートを参照しながら、本実施形態に示す表面検査装置による表面欠陥検査について、以下に説明する。
この処理においては、カメラ５に入射した散乱光Ｌｏ（３）を撮像素子６により撮像するとともに画像処理装置１０により処理してディスプレイ１５の画面１６に表示される画像の各画素の輝度を検出する（ステップＳ１）。次いで、このように検出した各画素の輝度のうちから所定輝度以上の輝度を有する画素を、欠陥を示す画素として判別する（ステップＳ２）。このようにして欠陥を示す画素として判別された画素部分の表示は、赤色等の色を付け、欠陥であることがわかるようにマーキングをする。図２は、ディスプレイ装置１５の画面１６に表示される画像を示している。図２に示すように、傷、ゴミ等に対応する輝線ａ、輝点ｂ，ｃが表示されているが、ステップＳ２の処理により、これらの輝線ａ、輝点ｂ，ｃは赤色等の色が付けられることとなる。
次にステップＳ３に進み、欠陥を示す画素（領域）を膨張させる処理を行う。この膨張処理は、例えば、図５（Ｂ）に示す膨張処理用テンプレート２０を用いて行われる。ここでは説明を分かりやすくするため、図４に示すように横方向８個、縦方向６個の４８画素からなるシンプル化したグレースケール画像を用い、この画像の左から４番目で上から３番目の画素（画素Ｅ（４，３）と書く）が欠陥を示す画素である場合の、テンプレート２０を用いた膨張処理を説明する。図４において、各画素位置に書かれた数値は、各画素の輝度値を示している。この例では、欠陥が存在しない部分の輝度（黒レベル）を輝度値１０としており、数値が大きいほど輝度が高いことを示している。
膨張処理は、図５（Ａ）に示すように、テンプレート２０を画素位置（１，１）から１画素ずつ移動させて画像全体をスキャンして行われる。そして、テンプレート２０が置かれたそれぞれの位置において、図４の画像の各画素の輝度値の変換処理を行う。変換処理は、テンプレート２０がカバーする領域の画素（図５（Ｂ）のテンプレート２０において、「１」が書かれた画素）に対応する図４の画像中の画素のうち、輝度が最大の画素の輝度値を、テンプレート２０の中心画素（図５（Ｂ）における左から２番目、上から２番目の画素）に対応する変換後の画像中の画素の輝度値とするという処理を、図４の画像全体に対して順次行う。このような変換処理の結果、変換された画像は図６のようになる。そして、変換処理を反映した画像をディスプレイ装置１５の画面１６に表示する（ステップＳ４）。図５において、一番輝度値が大きい画素（輝度値８０の画素）は１つであったが、図６においては、その輝度値８０の画素が、３×３＝９画素に膨張されている。このように、上記処理によって変換された画像では、欠陥の程度を示す輝度値の情報が保存されたまま、その欠陥部分の面積が膨張され、また欠陥の形状もある程度保存されているので、欠陥の認識が非常に容易な画像となる。
上記のような膨張処理は、モノクロのグレースケール画像にも、カラー画像にも適用可能である。入力画像がモノクロ画像であれば変換後の画像もモノクロ画像であり、入力画像がカラー画像であれば、変換後の画像もカラー画像となる。傷、ゴミ等の検査では、モノクロ画像撮像用のカメラで行うことが一般的だが、カラー画像撮像用のカメラを用いて、カラー画像によって検査を行ってもよい。カラー画像の場合には、Ｒ（赤色成分），Ｇ（緑色成分），Ｂ（青色成分）による画像のそれぞれに対して独立に上記と同様にテンプレートによる膨張処理を行えばよい。また、このような膨張処理は、２値画像（欠陥か否かを示す０または１の２値画像）に対しても適用できる。
実際の撮像画像に近い別の処理例を図９に示す。（Ａ）が処理前の画像、（Ｂ）が処理後の画像、（Ｃ）が膨張処理に使用したテンプレートである。画像は、理解を容易とするために２値画像として示してある。処理前の画像には、左上から、１本の傷、隣接した２本の傷、微小な点、比較的大きい点、隣接した微小２点、の５カ所の欠陥がある。（Ｂ）の膨張後の画像においては、それぞれが大きく見やすく、かつ５カ所の形状の違いも分かるようになっているのが分かる。隣接した微小２点は、膨張の結果一つになっているが、微小１点では無くそれ以上のものであることが十分認識できる。また、図中の上部右寄りに表示されている欠陥は、２つの欠陥が結合して１つの欠陥に見えている。しかし、その形状から２つの欠陥が基になっていることは容易に判断できる。（Ｂ）の画像であれば、例えば画面の都合で縮小表示しなければならない場合でも、欠陥がはっきり認識可能である。グレースケール画像では、さらに輝度情報が加わり、最も高い輝度の画素が膨張され、その周りを中間輝度の画素が取り巻く、という形（図６参照）で輝度情報が保存、強調されるので、さらにわかりやすいものとなる。
カラー画像の場合は、欠陥と認識された部分に赤い色を付けるなど、色に特別な意味を持たせることができるが、上記のようなカラー画像の膨張処理を行えば、特別な意味を持つ色に対応する画素に対しても、同様の膨張効果がある。
なお、上記の説明で、テンプレートがカバーする画素に対応する画像中の画素のうちの最大の輝度値を変換後の画素の輝度値とすることととしたが、これは欠陥部分の輝度が周辺部分より明るい場合（すなわち輝度値が大きい場合）に有効であり、欠陥部分の輝度が周辺部分より暗い場合（すなわち輝度値が小さい場合）には、最小の輝度値を変換後の画素の輝度値とするようにすれば、暗い欠陥部分に対して同様の膨張効果が得られる。
以上においては、図５（Ｂ）に示す９個の画素からなるテンプレート２０を用いた膨張処理を説明したが、テンプレートはもっと多い画素数からなるものでもよい。例えば、図７に示すような菱形状のテンプレート、多角形状のテンプレート、円形状のテンプレート等、種々のものが考えられ、それに応じて膨張の程度が相違する。さらに、テンプレートの膨張処理を複数回繰り返してもよく、これにより輝線、輝点を一層大きくする膨張処理が可能となる。
以上のように、本実施形態の表面検査装置によれば、カメラにより撮像されたウエハの表面の画像をディスプレイ装置に表示させるのであるが、このとき撮像画像における明るさもしくは色が背景部分と相違する部分は膨張処理により膨張されて表示されるため、ディスプレイ装置の画面上での表示領域にはウエハの表面全体の画像が表示されながら、傷等の存在を容易に確認することができ、且つ、ウエハの表面における傷等の位置を容易に確認することができる。表面の傷等の欠陥部分の表示方法としては、画像を拡大せずに、欠陥部分を四角形の枠などで囲って表示することも考えられるが、この場合は、欠陥位置はわかりやすいものの欠陥部分の画像は依然小さく輝度や形がわかりにくい。本実施形態の表面検査装置は、このような問題も解決できる。このように、本実施形態の表面検査装置によれば、ウエハ等の検査対象部材の表面にある微細な異物の存在およびその位置、形、輝度を容易に確認することができる。
以上の説明においては、ウエハからの散乱光に基づく欠陥検査について説明したが、本願発明はこれに限られるものではなく、検査対象物の表面を撮像して得られる画像中で、見たいものが画像上で小さくしか表示されないような場合に、これを膨張処理して表示するものに適用可能である。

Claims (5)

1. 検査対象部材の表面に検査光を照射する照明部と、前記照明部からの検査光の照射を受けた検査対象部材の表面を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記検査対象部材の表面の画像を表示する表示部と、前記撮像部により撮像された前記検査対象部材の表面の画像における明るさもしくは色が背景部分と相違する部分を膨張して前記表示部に表示させる画像膨張部とを備えていることを特徴とする表面検査装置。
2. 前記表示部の表示は、前記検査対象部材の全体を表示させながら前記膨張した相違する部分の表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記撮像部は、前記照明部からの検査光の照射を受けて前記検査対象部材の表面から出射する正反射光並びに回折光を受光しない位置に配置され、前記検査対象部材の表面から出射する散乱光に基づく撮像を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. 前記画像における前記散乱光の明るさが所定値以上である部分を検出して欠陥であると判別し、前記欠陥と判別された部分を前記表示部に表示させる表示判別部を有することを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
5. 前記画像膨張部は、前記欠陥と判別された部分の画像を前記画像膨張部により膨張して前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面検査装置。