JPWO2009031612A1 - 観察装置および観察方法、並びに検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

本発明に係る検査装置は、被検物における第１の範囲および当該第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像部３０と、第１の範囲の画像と第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理部４４と、差分処理部４４による処理結果に基づいて被検物における欠陥の有無を検査する検査部４６とを有している。

Description

本発明は、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検物に対する観察装置および観察方法、並びに検査装置および検査方法に関する。

近年、半導体ウェハに形成される回路素子パターンの集積度が高くなるとともに、半導体製造工程でウェハの表面処理に用いられる薄膜の種類が増加している。これに伴い、薄膜の境界部分が露出するウェハの端部付近の欠陥検査が重要となってきている。ウェハの端部付近に異物等の欠陥があると、後の工程で異物等がウェハの表面側に回り込んで悪影響を及ぼし、ウェハから作り出される回路素子の歩留まりに影響する。

そこで、半導体ウェハ等の円盤状に形成された被検物の端面周辺（例えば、アペックスや上下のベベル）を複数の方向から観察して、異物や膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込み等といった欠陥の有無を検査する検査装置が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような検査装置には、レーザ光等の照射に
より生じる散乱光を利用して異物等を検出する構成のものや、ラインセンサにより被検物の画像を帯状に形成して異物等を検出する構成のもの等がある。
：特開２００４−３２５３８９号公報

また、画像取得装置により被検物の端面周辺の画像を部分的に１枚ずつ取得して、複数の画像データから異物等を検出する構成のものもあるが、小さな欠陥を認識できる高い分解能を有する画像取得装置を使用すると、画像取得枚数（画像データ）が非常に多くなり、例えば、１０倍の対物レンズで端面（アペックス）の観察を行った場合、画像取得枚数は１４００枚程度になる。このような多量の画像データから被検物の欠陥を含む画像データのみを抽出するには、全ての画像を１枚ずつ確認する場合、時間がかかり困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、被検物の欠陥を含む画像の抽出を容易に行うことが可能な観察装置および観察方法、並びに検査装置および検査方法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、本発明に係る観察装置は、被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像部と、前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理部と、前記差分処理部による処理結果を表示する表示部とを有している。

なお、上述の観察装置において、前記差分処理部は、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることが好ましい。

また、上述の観察装置において、前記被検物を前記撮像部に対して前記所定方向へ相対移動させる相対移動部をさらに有し、前記撮像部は、前記被検物を前記相対移動に応じて前記所定方向へ連続的に撮像することが好ましい。

さらに、前記相対移動部は、略円盤状に形成された前記被検物の回転対称軸を回転軸として、前記撮像部に対する前記被検物の外周端部の相対回転方向が前記所定方向となるように前記被検物を回転駆動し、前記撮像部は、前記回転軸と直交する方向または平行な方向の少なくとも一つの方向から前記被検物の外周端部または該外周端部近傍の該外周端部に連なる部分を連続的に撮像することが好ましい。

またさらに、前記撮像部が前記被検物の全周にわたって前記撮像することが好ましい。もしくは、前記撮像部が前記被検物の周の一部にわたって前記撮像しても良い。

また、上述の観察装置において、前記差分処理部により得られた前記差分の値と、前記差分が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成するヒストグラム作成部を有することが好ましい。

さらには、前記ヒストグラムに基づいて前記差分が得られる画像を表示可能であることが好ましい。

また、上述の観察装置において、前記撮像部は、前記被検物を前記撮像するためのラインセンサを備え、前記ラインセンサが前記被検物に対して前記所定方向へ相対移動しながら前記被検物を連続的に撮像することが好ましい。

さらに、前記ラインセンサが、前記被検物の端部もしくは端部近傍の明視野像を撮像することが好ましい。

また、上述の観察装置において、前記被検物に対する前記ラインセンサの相対移動範囲を設定する撮像位置設定部を有することが好ましい。

また、上述の観察装置において、前記撮像部は、前記被検物の二次元像を撮像するための二次元撮像器を備え、前記表示部は、前記差分処理部による前記処理結果に基づいて前記二次元撮像器の撮像範囲を設定することが好ましい。

また、本発明に係る検査装置は、被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像部と、前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理部と、前記差分処理部による処理結果に基づいて前記被検物を検査する検査部とを有している。

なお、上述の検査装置において、前記差分処理部は、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記差分処理部による処理結果を表示する表示部をさらに有することが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記差分処理部により得られた前記差分の値と、前記差分が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成するヒストグラム作成部を有することが好ましい。

さらに、前記検査部は、前記差分処理部により得られた前記差分の値が所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定するとともに、前記ヒストグラム作成部により作成された前記ヒストグラムから前記欠陥の位置を特定することが好ましい。

また、上述の検査装置において、前記撮像部は、前記被検物を前記撮像するためのラインセンサを備え、前記ラインセンサが前記被検物に対して前記所定方向へ相対移動しながら前記被検物を連続的に撮像することが好ましい。

さらに、前記撮像部は、前記被検物の二次元像を撮像するための二次元撮像器を備え、前記表示部は、前記検査部による前記検査の結果に基づいて前記二次元撮像器の撮像範囲を設定することが好ましい。

さらには、前記二次元撮像器により撮像された前記欠陥が映る二次元画像を記録する記録部を有し、前記検査部は、前記記録部に記録された前記二次元画像に基づいて分類される前記欠陥の種類に応じて、前記差分処理部により得られた前記差分の値から前記欠陥の種類を判別することが好ましい。

またさらに、前記検査部は、前記差分処理部により得られた前記差分から色情報を抽出し、抽出した前記色情報から所定の干渉色の有無を検査することで、前記被検物に形成された薄膜起因による前記欠陥の有無を検査することが好ましい。

また、本発明に係る観察方法は、被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像処理と、前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理と、前記差分処理による処理結果を表示する表示処理とを有している。

なお、上述の観察方法では、前記差分処理において、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることが好ましい。

また、本発明に係る検査方法は、被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像処理と、前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理と、前記差分処理による処理結果に基づいて前記被検物を検査する検査処理とを有している。

なお、上述の検査方法では、前記差分処理において、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることが好ましい。

また、上述の検査方法では、前記検査処理において、前記差分処理により得られた前記差分の値が所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することが好ましい。

さらに、上述の検査方法において、前記撮像処理を行うための撮像部は、前記被検物を撮像するための二次元イメージセンサおよびラインセンサを備え、前記ラインセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理の処理結果に基づいて前記検査処理が行われるように構成されており、前記二次元イメージセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理で得られる前記差分の値と、前記二次元イメージセンサにより撮像した前記被検物の前記画像で視認可能な前記被検物の欠陥との相関を求めて、前記二次元イメージセンサに対応した前記閾値を設定する閾値設定処理と、前記ラインセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理で得られる前記差分の値に基づいて、前記閾値設定処理で設定した前記閾値の補正を行い、前記ラインセンサに対応した前記閾値を設定する閾値補正処理とをさらに有することが好ましい。

さらに、上述の検査方法において、予め設定された演算処理が可能な回路基板を用いて前記検査処理を行うことが好ましい。

本発明によれば、被検物の欠陥を含む画像の抽出を容易に行うことができる。

本発明に係る検査装置の概略構成図である。 ウェハの外周端部近傍を示す側面図である。 画像処理部を示す制御ブロック図である。 本発明に係る検査方法を示すフローチャートである。 検査処理で用いられる閾値の設定方法を示すフローチャートである。 分割処理および差分処理の過程を示す模式図である。 ウェハの二次元画像を示す模式図である。 欠陥を含むウェハの二次元画像を示す模式図である。 ヒストグラムの一例を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置の一例を図１に示しており、この検査装置１は、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の端部および端部近傍における欠陥（傷、異物の付着等）の有無を検査するものである。

被検物であるウェハ１０は薄い円盤状に形成されており、その表面には、ウェハ１０から取り出される複数の半導体チップ（チップ領域）に対応した回路パターン（図示せず）を形成するために、絶縁膜、電極配線膜、半導体膜等の薄膜（図示せず）が多層にわたって形成される。図２に示すように、ウェハ１０の表面（上面）における外周端部内側には、上ベベル部１１がリング状に形成され、この上ベベル部１１の内側に回路パターンが形成されることになる。また、ウェハ１０の裏面（下面）における外周端部内側には、下ベベル部１２がウェハ１０を基準に上ベベル部１１と表裏対称に形成される。そして、上ベベル部１１と下ベベル部１２とに繋がるウェハ端面がアペックス部１３となる。

ところで、検査装置１は、ウェハ１０を支持して回転させるウェハ支持部２０と、ウェハ１０の外周端部および外周端部近傍を撮像する撮像部３０と、撮像部３０で撮像されたウェハ１０の画像に対して所定の画像処理を行う画像処理部４０と、ウェハ支持部２０や撮像部３０等の駆動制御を行う制御部５０とを主体に構成される。

ウェハ支持部２０は、基台２１と、基台２１から上方へ垂直に延びて設けられた回転軸２２と、回転軸２２の上端部に略水平に取り付けられて上面側でウェハ１０を支持するウェハホルダ２３とを有して構成される。ウェハホルダ２３の内部には真空吸着機構（図示せず）が設けられており、真空吸着機構による真空吸着を利用してウェハホルダ２３上のウェハ１０が吸着保持される。

基台２１の内部には、回転軸２２を回転駆動させる回転駆動機構（図示せず）が設けられており、回転駆動機構により回転軸２２を回転させることで、回転軸２２に取り付けられたウェハホルダ２３とともに、ウェハホルダ２３上に吸着保持されたウェハ１０がウェハ１０の中心（回転対称軸Ｏ）を回転軸として回転駆動される。なお、ウェハホルダ２３はウェハ１０より径の小さい略円盤状に形成されており、ウェハホルダ２３上にウェハ１０が吸着保持された状態で、上ベベル部１１、下ベベル部１２、およびアペックス部１３を含むウェハ１０の外周端部近傍がウェハホルダ２３からはみ出るようになっている。またウェハ１０は、予め位置決めされた状態でウェハホルダ２３上に載置され、ウェハ１０の中心と回転軸とが正確に合わせられている。

撮像部３０は、ウェハ１０を撮像するためのラインセンサカメラ３１および二次元カメラ３６から構成される。ラインセンサカメラ３１は、図示しない対物レンズおよび落射照明を備えた鏡筒部３２と、ラインセンサ３３が内蔵されたカメラ本体３４とを主体に構成されており、落射照明による照明光が対物レンズを介してウェハ１０に照明されるとともに、ウェハ１０からの反射光が対物レンズを介してラインセンサ３３に導かれ、ラインセンサ３３でウェハ１０の一次元の像（一次元の画像データ）が検出される。このような構成により、ウェハ１０の外周端部もしくは外周端部近傍の明視野像が得られる。

また、ラインセンサカメラ３１は、ウェハ１０のアペックス部１３と対向するように配置され、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直交する方向からアペックス部１３を撮像するようになっている。これにより、ウェハ支持部２０に支持されたウェハ１０を回転させると、ラインセンサカメラ３１に対して、ウェハ１０の外周端部、すなわちアペックス部１３がウェハ１０の周方向へ相対回転するため、アペックス部１３と対向するように配置されたラインセンサカメラ３１は、アペックス部１３を周方向へ連続的に撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像することが可能になる。また、ラインセンサカメラ３１は、ラインセンサ３３の長手方向がウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と略平行な方向（上下方向）を向くように配置される。

ウェハ１０の二次元像を撮像する二次元カメラ３６は、図示しない対物レンズおよび落射照明を備えた鏡筒部３７と、図示しない二次元イメージセンサが内蔵されたカメラ本体３８とを主体に構成されており、落射照明による照明光が対物レンズを介してウェハ１０に照明されるとともに、ウェハ１０からの反射光が対物レンズを介して二次元イメージセンサに導かれ、二次元イメージセンサでウェハ１０の二次元の像（二次元の画像データ）が検出される。このような構成により、ウェハ１０の外周端部もしくは外周端部近傍の明視野像が得られる。

また、二次元カメラ３６は、ラインセンサカメラ３１に対してウェハ１０の周方向へずれた位置で、ウェハ１０のアペックス部１３と対向するように配置され、ウェハ１０の回転軸（回転対称軸Ｏ）と直交する方向からアペックス部１３を撮像するようになっている。これにより、二次元カメラ３６は、ラインセンサカメラ３１と同様に、アペックス部１３を周方向へ連続的に（複数）撮像することができ、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像することが可能になる。なお、ラインセンサカメラ３１および二次元カメラ３６で撮像された画像データは、画像処理部４０へ出力される。

制御部５０は、各種制御を行う制御基板等から構成され、制御部５０からの制御信号によりウェハ支持部２０、撮像部３０、および画像処理部４０等の作動制御を行う。また、制御部５０には、検査パラメータ（欠陥検出で用いられる閾値など）の入力等を行うための入力部や画像表示部を備えたインターフェース部５１と、画像データを記憶する記憶部５２等が電気的に接続されている。

画像処理部４０は、図示しない回路基板等から構成され、図３に示すように、入力部４１と、画像生成部４２と、内部メモリ４３と、差分処理部４４と、ヒストグラム作成部４５と、検査部４６と、出力部４７とを有している。入力部４１には、ラインセンサカメラ３１からの一次元の画像データおよび、二次元カメラ３６からの二次元の画像データが入力され、さらには、インターフェース部５１で入力された検査パラメータ等が制御部５０を介して入力される。

画像生成部４２は、入力部４１と電気的に接続されており、入力部４１からラインセンサカメラ３１による一次元の画像データが入力されると、ウェハ１０の周方向へ連続して撮像された一次元の画像データを合成してウェハ１０のアペックス部１３に関する二次元の画像データを生成し、生成した二次元の画像データを内部メモリ４３および出力部４７へ出力する。また、画像生成部４２は、入力部４１から二次元カメラ３６による二次元の画像データが入力されると、インターフェース部５１で画像表示するために、入力された二次元の画像データを出力部４７へ出力する。

差分処理部４４は、内部メモリ４３と電気的に接続されており、内部メモリ４３に記憶されたラインセンサカメラ３１による二次元の画像データに対して後述する差分処理を行い、処理結果をヒストグラム作成部４５および出力部４７へ出力する。ヒストグラム作成部４５は、差分処理部４４と電気的に接続されており、差分処理部４４から差分処理結果が入力されると、当該処理結果に基づいて差分に関するヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムのデータを検査部４６および出力部４７へ出力する。

検査部４６は、ヒストグラム作成部４５と電気的に接続されており、ヒストグラム作成部４５からヒストグラムのデータが入力されると、入力されたヒストグラムのデータ（差分の値）に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を検査する検査処理を行い、処理結果を出力部４７へ出力する。出力部４７は、制御部５０と電気的に接続されており、ウェハ１０の二次元の画像データや、差分処理部４４による差分処理結果、ヒストグラムの（画像）データ、検査部４６による検査処理結果等を制御部５０へ出力する。

次に、以上のように構成される検査装置１を用いたウェハ１０の検査方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。まず、ステップＳ１０１において、被検物であるウェハ１０をウェハ支持部２０へ搬送する搬送処理を行う。この搬送処理では、図示しない搬送装置により、検査用のウェハ１０をウェハ支持部２０のウェハホルダ２３上に搬送し載置する。

ウェハホルダ２３上にウェハ１０が載置されると、次のステップＳ１０２において、ウェハ１０のアペックス部１３を撮像する撮像処理を行う。この撮像処理では、制御部５０からの制御信号を受けて、ウェハ支持部２０がウェハ１０を回転させるとともに、ラインセンサカメラ３１がウェハ１０の周方向へ相対回転するアペックス部１３を（周方向へ）連続的に撮像し、アペックス部１３をウェハ１０の全周にわたって撮像する。

ラインセンサカメラ３１がアペックス部１３を連続的に撮像するとき、ラインセンサ３３で連続的に検出される一次元の画像データは画像処理部４０へ出力され、画像処理部４０の入力部４１に入力された一次元の画像データは画像生成部４２へ送られる。そして、画像生成部４２は、入力部４１からラインセンサカメラ３１による一次元の画像データが入力されると、ウェハ１０の周方向へ連続して撮像された一次元の画像データを合成してウェハ１０のアペックス部１３に関する二次元の画像データを生成し、生成した二次元の画像データを内部メモリ４３および出力部４７へ出力する。なお、出力部４７へ出力された二次元の画像データは、制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

画像生成部４２によりウェハ１０の全周にわたるアペックス部１３の二次元画像が生成されると、ステップＳ１０３において、図６（ａ）に示すように、ウェハ１０の全周にわたるアペックス部１３の二次元画像Ｉを、例えば、ウェハ１０の周方向に並ぶ短冊状の２×Ｎ枚（Ｎは自然数）の分割画像Ｉ₁〜Ｉ_2Nに分割する分割処理を行う。この分割処理は、差分処理部４４が内部メモリ４３に記憶された二次元の画像データに対して行う。

差分処理部４４は、アペックス部１３の二次元画像Ｉを２×Ｎ枚の分割画像Ｉ₁〜Ｉ_2Nに分割すると、二次元画像Ｉの左側から数えて奇数番目の分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1と、当該奇数番目の画像に対してそれぞれウェハ１０の周方向へ右隣にずれた偶数番目の分割画像Ｉ₂，Ｉ₄，…Ｉ_2Nとの信号（具体的には、各分割画像における輝度）の差分を得る差分処理を行う（ステップＳ１０４）。この差分処理において、差分処理部４４は、互いに隣接するＮ対の分割画像毎に差分処理を行うが、このとき、奇数番目の分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1をそれぞれ構成する（複数の）画素と、偶数番目の分割画像Ｉ₂，Ｉ₄，…Ｉ_2Nをそれぞれ構成する（複数の）画素とをウェハ１０の周方向に対応させてそれぞれの（画素毎の）信号の差分を得る。

このように画素毎の信号の差分が得られると、差分処理部４４は、図６（ｂ）に示すように、画素毎の信号の差分値に基づいたＮ対の分割画像にそれぞれ対応するＮ枚の（短冊状の）差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nを作成し、さらに、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_N同士で信号の差分を得る処理を繰り返していくことにより、図６（ｃ）に示すように、１枚の（短冊状の）処理結果画像Ｋを作成する。そして、差分処理部４４は、作成した各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nおよび処理結果画像Ｋの画像データをヒストグラム作成部４５および出力部４７へ出力する。なお、出力部４７へ出力された各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nおよび処理結果画像Ｋの画像データは、制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

差分処理部４４からヒストグラム作成部４５へ各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nの画像データが送られると、次のステップＳ１０５において、ヒストグラム作成処理を行う。このヒストグラム作成処理において、ヒストグラム作成部４５は、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nの画像データ、すなわち差分処理で得られた画素毎の信号の差分値に基づいて、信号の差分値（例えば、Ｎ対の分割画像毎に算出した画素毎の差分値の平均値）と、当該差分値が得られる分割画像に対応したアペックス部１３における角度位置（ウェハ１０の中心を原点とする極座標に対応した角度位置）との関係を表すヒストグラムを作成し、作成したヒストグラムのデータを検査部４６および出力部４７へ出力する。なお、出力部４７へ出力されたヒストグラムのデータは、制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

また、ヒストグラムを構成する信号の差分値は、Ｎ対の分割画像毎に算出した画素毎の差分値の平均値に限らず、Ｎ対の分割画像毎に算出した画素毎の差分値の最大値を用いるようにしてもよい。平均値を用いたヒストグラムは水滴等のウェハ１０と見た目が同じような欠陥を検出するのに適しており、最大値を用いたヒストグラムは傷等の局所的な欠陥を検出するのに適していることから、検出したい欠陥の種類に応じて使い分ければよい。

ヒストグラム作成部４５から検査部４６へヒストグラムのデータが送られると、次のステップＳ１０６において、ウェハ１０における欠陥の有無を検査する検査処理を行う。この検査処理において、検査部４６は、ヒストグラムを構成する信号の差分値がそれぞれ内部メモリ４３に記憶された所定の閾値より大きいか否かを判定する。そして、ヒストグラムを構成するいずれの差分値も所定の閾値より小さい場合、ラインセンサカメラ３１により撮像されたウェハ１０のアペックス部１３に欠陥が無いと判定する。一方、ヒストグラムにおけるいずれかの差分値が所定の閾値より大きい場合、アペックス部１３に欠陥があると判定し、ヒストグラムのデータから、閾値より大きい差分値が得られるアペックス部１３の角度位置を欠陥のある位置として特定する。

なお、検査処理で用いられる閾値は経験的に定められ、インターフェース部５１から入力されて制御部５０および入力部４１を介し内部メモリ４３に送られる。また検査部４６は、このような検査処理の処理結果を出力部４７へ出力し、出力部４７へ出力された検査処理結果のデータは、制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

次のステップＳ１０７では、検査処理の結果、ウェハ１０のアペックス部１３に欠陥があるか否かを判定する。判定がＮｏである場合、すなわち検査処理の結果、ウェハ１０のアペックス部１３に欠陥が無い場合、ステップＳ１０９へ進む。

一方、判定がＹｅｓである場合、すなわち検査処理の結果、ウェハ１０のアペックス部１３に欠陥がある場合、ステップＳ１０８へ進み、欠陥がある部分の二次元画像を取得する欠陥画像抽出処理を行う。この欠陥画像抽出処理では、まず、検査部４６により特定されたアペックス部１３での欠陥のある角度位置に基づいて、制御部５０が二次元カメラ３６の撮像範囲を設定し、設定した撮像範囲に応じて制御部５０が出力する制御信号を受けて、二次元カメラ３６がアペックス部１３における欠陥のある部分を撮像する。そして、二次元カメラ３６により撮像された二次元の画像データは、画像処理部４０の入力部４１へ出力され、画像処理部４０（入力部４１、画像生成部４２、および出力部４７）並びに制御部５０を介して記憶部５２に送られ、記憶部５２で記憶される。

そして、ステップＳ１０９では、制御部５０により、記憶部５２に記憶された、差分処理部４４により作成された処理結果画像Ｋや、ヒストグラム作成部４５により作成されたヒストグラム、検査部４６による検査処理結果等をインターフェース部５１の画像表示部で表示させる表示処理を行う。

このように、本実施形態に係る検査装置１および検査方法によれば、第１の（奇数番目の）分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1と、第１の分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1に対してそれぞれウェハ１０の周方向へ隣にずれた第２の（偶数番目の）分割画像Ｉ₂，Ｉ₄，…Ｉ_2Nとの信号の差分を得る差分処理および、当該差分処理による処理結果に基づいてウェハ１０における欠陥の有無を検査する検査処理を有しているため、ウェハ１０の画像を目視で１枚ずつ観察する必要がないことから、ウェハ１０の検査（欠陥を含む画像の抽出）を容易により短時間で行うことができる。また、別途ウェハ１０の良品画像を必要としないので、ウェハ１０の良品画像を得るための手間を省くことが可能になる。

さらに、第１の分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1と、第１の分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1に対して隣にずれた第２の分割画像Ｉ₂，Ｉ₄，…Ｉ_2Nとの信号の差分を得るようにすることで、例えば図７に示すように、ウェハ１０の反り等により、アペックス部１３の延びる方向が二次元画像Ｉの左右方向に対して傾斜するようになったとしても、各分割画像Ｉ₁，Ｉ₂，…におけるアペックス部１３の上下方向変化量ｈは、二次元画像Ｉ全体におけるアペックス部１３の上下方向変化量Ｈに対して小さい値となる。そのため、検査に対するウェハ１０の反り等の影響を小さくすることができる。

また、前述したように、差分処理による処理結果画像Ｋは、インターフェース部５１の画像表示部で表示される。ところで、ウェハ１０のアペックス部１３は、表面の形態が平坦で略一様である。そのため、ウェハ１０のアペックス部１３に欠陥が無ければ、ウェハ１０の周方向（アペックス部１３の延びる方向）に並ぶ分割画像Ｉ₁〜Ｉ_2Nはそれぞれ、図６（ａ）に示すように互いに同じような画像となり、差分処理で得られる画素毎の信号の差分値がほぼ零になるため、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nは真っ暗で何も映らない画像となる（図６（ｂ）も参照）。さらには、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_N同士で信号の差分を得る処理を繰り返していくことにより得られた処理結果画像Ｋも、真っ暗で何も映らない画像となる（図６（ｃ）も参照）。

一方、図８（ａ）に示すように、アペックス部１３の二次元画像Ｉ′において、アペックス部１３に欠陥１５が有ると、ウェハ１０の周方向に並ぶ分割画像はそれぞれ、欠陥１５の形状に応じて異なる画像となり、差分処理で得られる画素毎の信号の差分値は欠陥１５の有る箇所で比較的大きくなるため、各差分処理画像において欠陥１５が部分的に映し出されることになる。そのため、図８（ｂ）に示すように、各差分処理画像同士で信号の差分を得る処理を繰り返していくことにより得られた処理結果画像Ｋ′には、各差分処理画像で映し出された欠陥１５の部分が重ねて表示されることになる。これにより、ウェハ１０（アペックス部１３）における欠陥１５の有無を容易に認識することができる。

なお、差分処理において、第１の（奇数番目の）分割画像Ｉ₁，Ｉ₃，…Ｉ_2N-1をそれぞれ構成する（複数の）画素と、第２の（偶数番目の）分割画像Ｉ₂，Ｉ₄，…Ｉ_2Nをそれぞれ構成する（複数の）画素とをウェハ１０の周方向に対応させて、それぞれの（画素毎の）信号の差分を得ることで、きめ細かい範囲での（分解能の高い）差分処理が可能になるため、ウェハ１０の検査（欠陥を含む画像の抽出）の精度を向上させることができる。

また、前述したように、差分処理で得られた信号の差分値と、当該差分値が得られる分割画像に対応したアペックス部１３における角度位置との関係を表すヒストグラムを作成する処理を有しており、例えば図９に示すようなヒストグラムが、インターフェース部５１の画像表示部で表示される。これにより、ウェハ１０（アペックス部１３）において欠陥のある位置を容易に認識することができる。

なおこのとき、検査部４６が、ヒストグラムにおけるいずれかの差分値が所定の閾値より大きい場合に、ウェハ１０（アペックス部１３）に欠陥があると判定するとともに、ヒストグラムのデータから欠陥のある位置を特定するようにすることで、ウェハ１０（アペックス部１３）の欠陥および欠陥のある位置を自動的に検出することができる。

なお画像上で、ヒストグラムにおいて差分値が所定の閾値より大きい点を選択すると、選択した差分値が得られる角度位置において二次元カメラ３６により撮像された、（記憶部５２に記憶されている）欠陥のある部分の二次元画像を表示できるようになっている。これにより、必要に応じて欠陥を含む詳しい画像を観察することが可能になる。

また、前述したように、ウェハ支持部２０によりウェハ１０を回転駆動し、ウェハ１０の回転軸と直交する方向から、ラインセンサカメラ３１がウェハ１０のアペックス部１３を周方向へ連続的に撮像するようにすることで、ウェハ１０のアペックス部１３を高速で撮像することが可能になる。

さらに、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像することで、ウェハ１０のアペックス部１３全体について一度に良否判断することが可能になる。

また、ラインセンサカメラ３１によりアペックス部１３の明視野像を撮像することで、アペックス部１３の明視野像を高速に撮像することが可能になる。

なお、上述の実施形態で述べたように、検査処理で用いられる閾値は経験的に設定されるが、この閾値を設定する方法の一例について、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。まず、ステップＳ２０１において、閾値設定用ウェハのアペックス部（図示せず）をラインセンサカメラ３１および二次元カメラ３６によりそれぞれ撮像する予備撮像処理が行われる。この予備撮像処理では、ステップＳ１０１の撮像処理と同様にして、ラインセンサカメラ３１が閾値設定用ウェハのアペックス部を撮像するとともに、ラインセンサカメラ３１の場合と同様にして、二次元カメラ３６が閾値設定用ウェハのアペックス部を撮像する。

予備撮像処理が終了すると、次のステップＳ２０２において、二次元カメラ３６（二次元イメージセンサ）に対応した検査処理用の閾値を設定する閾値設定処理を行う。閾値設定処理では、まず、二次元カメラ３６により撮像した閾値設定用ウェハ（アペックス部）の画像に対して、差分処理部４４により前述の差分処理を行う。ところで、閾値設定用ウェハのアペックス部には、欠陥が人為的に形成されており、先の差分処理で得られる信号の差分値と、二次元カメラ３６により撮像した閾値設定用ウェハ（アペックス部）の画像で視認可能な欠陥部分との相関を行って、作業者が実験的に二次元カメラ３６に対応した検査処理用の閾値を設定する。

閾値設定処理が終了すると、次のステップＳ２０３において、ラインセンサカメラ３１（リニアセンサ３３）に対応した検査処理用の閾値を設定する閾値補正処理を行う。閾値補正処理では、まず、ラインセンサカメラ３１により撮像した閾値設定用ウェハ（アペックス部）の画像に対して、差分処理部４４により前述の差分処理を行う。そして、この差分処理で得られる信号の差分値に基づいて、作業者が実験的に閾値設定処理で設定した閾値の補正を行い、ラインセンサカメラ３１に対応した閾値を設定する。このようにすれば、適切な閾値の設定が可能になる。

また、このように閾値を設定して、上述の実施形態のように、ラインセンサカメラ３１により撮像したウェハ１０（アペックス部１３）の画像に対する差分処理の処理結果に基づいて検査処理を行うとき、例えば、信号の差分値が閾値より大きいか否かに応じてオン・オフ信号を出力する回路基板（図示せず）を用いて、検査処理を行うようにしてもよい。これにより、より高速に検査処理を行うことができ、ウェハ１０の検査（欠陥を含む画像の抽出）をより短時間で行うことができる。

また、上述の実施形態において、二次元カメラ３６により撮像されて記憶部５２に記憶されたウェハ１０の欠陥が映る二次元画像から、欠陥の種類を分類しておき、検査処理において、差分処理により得られた信号の差分値から欠陥の種類を判別するようにしてもよい。このようにすれば、二次元画像の目視によらず、ラインセンサカメラ３１により撮像したウェハ１０（アペックス部１３）の画像に対する差分処理の処理結果から、より短時間で欠陥の種類を判別することが可能になる。

またこのとき、検査処理において、差分処理により得られた信号の差分値から、例えば、図９のヒストグラムで示すように、ｒ（赤），ｇ（緑），ｂ（青）の色情報を抽出し、抽出した色情報から（二次元カメラ３６により撮像される）所定の干渉色の有無を検査することで、ウェハ１０に形成された薄膜起因による欠陥の有無を検査することも可能である。

また、上述の実施形態において、ウェハ１０の全周にわたってアペックス部１３を撮像しているが、これに限られるものではなく、制御部５０の作動制御により、アペックス部１３における所望の角度位置範囲について撮像するようにしてもよい。これにより、アペックス部１３における所望の角度位置範囲に分けて欠陥の有無を検査することができる。

さらには、制御部５０の作動制御により、アペックス部１３における所望の角度位置範囲毎に、分割処理における分割画像の幅を変えるようにしてもよい。このようにすれば、アペックス部１３における所望の角度位置範囲毎に、検査精度を変更することができる。

また、上述の実施形態において、撮像部３０のラインセンサカメラ３１および二次元カメラ３６がウェハ１０のアペックス部１３を撮像しているが、これに限られるものではなく、例えば、図２における一点鎖線で示すように、ウェハ１０の上ベベル部１１を撮像するようにしてもよく、図３における二点鎖線で示すように、ウェハ１０の下ベベル部１２を撮像するようにしてもよい。このように、ウェハ１０のアペックス部１３に限らず、上ベベル部１１や下ベベル部１２における欠陥の有無を検査することが可能である。さらには、ウェハ１０の外周端部または外周端部近傍に限らず、例えば、ガラス基板等を検査することも可能であり、特に表面の形態が略一様な被検物に対して、本実施形態を適用すると有効である。

また、上述の実施形態において、差分処理部４４は、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_N同士で信号の差分を得る処理を繰り返していくことにより、１枚の処理結果画像Ｋを作成するように構成されているが、これに限られるものではなく、各差分処理画像Ｊ₁，Ｊ₂，…Ｊ_Nをそれぞれ重ね合わせて１枚の処理結果画像Ｋを作成するようにしてもよい。

また、上述の実施形態において、ラインセンサカメラ３１により撮像したウェハ１０（アペックス部１３）の画像に対する差分処理の処理結果に基づいて、検査処理を行っているが、これに限られるものではなく、ラインセンサカメラ３１を設けずに、二次元カメラ３６により撮像したウェハ１０（アペックス部１３）の画像に対する差分処理の処理結果に基づいて、検査処理を行うことも可能である。このようにすれば、ステップＳ１０７でアペックス部１３に欠陥があると判定した場合に、欠陥画像抽出処理において、アペックス部１３で欠陥のある角度位置に対応した（二次元カメラ３６による）二次元画像を抽出すればよく、欠陥がある部分の二次元画像を（二次元カメラ３６により）再度取得する工程を省くことができる。

さらにこのとき、二次元カメラ３６によりアペックス部１３の画像を連続的に複数取得した場合、分割処理を行わずに、複数の画像同士で差分処理を行うことも可能である。

また、上述の検査装置１は、検査部４６を設けずに、ウェハ１０のアペックス部１３を観察する観察装置として用いることも可能である。なお、このような観察装置による観察方法では、上述の実施形態と同様の、搬送処理（ステップＳ１０１）と、撮像処理（ステップＳ１０２）と、分割処理（ステップＳ１０３）と、差分処理（ステップＳ１０４）と、ヒストグラム作成処理（ステップＳ１０５）と、差分処理の処理結果画像やヒストグラム等を表示する表示処理（ステップＳ１０９）とを有することになる。このようにしても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。なおこのとき、撮像部３０は、ラインセンサカメラ３１もしくは二次元カメラ３６のいずれかを有していればよい。

また、以上においては、撮像部が被検物の全周にわたって撮像する例を示したが、撮像部が被検物の周の一部にわたって（例えば、１／４周もしくは１／３周にわたって）撮像するようにしても良い。

Claims (28)

1. 被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像部と、
   前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理部と、
   前記差分処理部による処理結果を表示する表示部とを有することを特徴とする観察装置。
2. 前記差分処理部は、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
3. 前記被検物を前記撮像部に対して前記所定方向へ相対移動させる相対移動部をさらに有し、
   前記撮像部は、前記被検物を前記相対移動に応じて前記所定方向へ連続的に撮像することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の観察装置。
4. 前記相対移動部は、略円盤状に形成された前記被検物の回転対称軸を回転軸として、前記撮像部に対する前記被検物の外周端部の相対回転方向が前記所定方向となるように前記被検物を回転駆動し、
   前記撮像部は、前記回転軸と直交する方向または平行な方向の少なくとも一つの方向から前記被検物の外周端部または該外周端部近傍の該外周端部に連なる部分を連続的に撮像することを特徴とする請求項３に記載の観察装置。
5. 前記撮像部が前記被検物の全周にわたって前記撮像することを特徴とする請求項４に記載の観察装置。
6. 前記撮像部が前記被検物の周の一部にわたって前記撮像することを特徴とする請求項４に記載の観察装置。
7. 前記差分処理部により得られた前記差分の値と、前記差分が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成するヒストグラム作成部を有することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の観察装置。
8. 前記ヒストグラムに基づいて前記差分が得られる画像を表示可能であることを特徴とする請求項７に記載の観察装置。
9. 前記撮像部は、前記被検物を前記撮像するためのラインセンサを備え、
   前記ラインセンサが前記被検物に対して前記所定方向へ相対移動しながら前記被検物を連続的に撮像することを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の観察装置。
10. 前記ラインセンサが、前記被検物の端部もしくは端部近傍の明視野像を撮像することを特徴とする請求項９に記載の観察装置。
11. 前記被検物に対する前記ラインセンサの相対移動範囲を設定する撮像位置設定部を有することを特徴とする請求項９もしくは請求項１０に記載の観察装置。
12. 前記撮像部は、前記被検物の二次元像を撮像するための二次元撮像器を備え、
    前記表示部は、前記差分処理部による前記処理結果に基づいて前記二次元撮像器の撮像範囲を設定することを特徴とする請求項９から請求項１１のうちいずれか一項に記載の観察装置。
13. 被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像部と、
    前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理部と、
    前記差分処理部による処理結果に基づいて前記被検物を検査する検査部とを有することを特徴とする検査装置。
14. 前記差分処理部は、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
15. 前記差分処理部による処理結果を表示する表示部をさらに有することを特徴とする請求項１３もしくは請求項１４に記載の検査装置。
16. 前記差分処理部により得られた前記差分の値と、前記差分が得られる画像に対応した前記被検物における位置との関係を示すヒストグラムを作成するヒストグラム作成部を有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のうちいずれか一項に記載の検査装置。
17. 前記検査部は、前記差分処理部により得られた前記差分の値が所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定するとともに、前記ヒストグラム作成部により作成された前記ヒストグラムから前記欠陥の位置を特定することを特徴とする請求項１６に記載の検査装置。
18. 前記撮像部は、前記被検物を前記撮像するためのラインセンサを備え、
    前記ラインセンサが前記被検物に対して前記所定方向へ相対移動しながら前記被検物を連続的に撮像することを特徴とする請求項１３から請求項１７のうちいずれか一項に記載の検査装置。
19. 前記撮像部は、前記被検物の二次元像を撮像するための二次元撮像器を備え、
    前記表示部は、前記検査部による前記検査の結果に基づいて前記二次元撮像器の撮像範囲を設定することを特徴とする請求項１８に記載の検査装置。
20. 前記二次元撮像器により撮像された前記欠陥が映る二次元画像を記録する記録部を有し、
    前記検査部は、前記記録部に記録された前記二次元画像に基づいて分類される前記欠陥の種類に応じて、前記差分処理部により得られた前記差分の値から前記欠陥の種類を判別することを特徴とする請求項１９に記載の検査装置。
21. 前記検査部は、前記差分処理部により得られた前記差分から色情報を抽出し、抽出した前記色情報から所定の干渉色の有無を検査することで、前記被検物に形成された薄膜起因による前記欠陥の有無を検査することを特徴とする請求項２０に記載の検査装置。
22. 被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像処理と、
    前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理と、
    前記差分処理による処理結果を表示する表示処理とを有することを特徴とする観察方法。
23. 前記差分処理において、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることを特徴とする請求項２２に記載の観察方法。
24. 被検物における第１の範囲および前記第１の範囲に対して所定方向にずれた第２の範囲を撮像する撮像処理と、
    前記第１の範囲の画像と前記第２の範囲の画像との前記所定方向に対応する部分の信号の差分を得る差分処理と、
    前記差分処理による処理結果に基づいて前記被検物を検査する検査処理とを有することを特徴とする検査方法。
25. 前記差分処理において、前記第１の範囲の画像を構成する複数の部分と前記第２の範囲の画像を構成する複数の部分とを前記所定方向に対応させてそれぞれの差分を得ることを特徴とする請求項２４に記載の検査方法。
26. 前記検査処理において、前記差分処理により得られた前記差分の値が所定の閾値より大きい場合に、前記欠陥が有ると判定することを特徴とする請求項２４もしくは請求項２５に記載の検査方法。
27. 前記撮像処理を行うための撮像部は、前記被検物を撮像するための二次元イメージセンサおよびラインセンサを備え、前記ラインセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理の処理結果に基づいて前記検査処理が行われるように構成されており、
    前記二次元イメージセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理で得られる前記差分の値と、前記二次元イメージセンサにより撮像した前記被検物の前記画像で視認可能な前記被検物の欠陥との相関を求めて、前記二次元イメージセンサに対応した前記閾値を設定する閾値設定処理と、
    前記ラインセンサにより撮像した前記被検物の画像に対する前記差分処理で得られる前記差分の値に基づいて、前記閾値設定処理で設定した前記閾値の補正を行い、前記ラインセンサに対応した前記閾値を設定する閾値補正処理とをさらに有することを特徴とする請求項２６に記載の検査方法。
28. 予め設定された演算処理が可能な回路基板を用いて前記検査処理を行うことを特徴とする請求項２７に記載の検査方法。

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