WO2007132925A1 - 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

¾ ¾ 糸田 » 表面検査装置 技術分野

本発明は、 半導体ウェハや液晶表示素子パネル （ガラスパネノ ） といった検査対象部 材（以下、 「半導体ウェハ等」 と る） の表面を、カメラ （撮 f ¾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。 背景技術

半導体ウェ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 すると回路素子パターンからなるチッ: 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、 半導体ウェハ等の表面欠陥 の検査を行う装置は、 従来から種々のもの力知られている。 このような表面検查装置は、 半導体ウェ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 集光した光を力メラ等のィメージディバイス (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、 検查対象となる半導体上ウェ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 2 0 0 0 - 2 1 4 0 9 9号公報および特開 2 0 0 0— 2 9 4 6 0 9号公報参照） _D

例えば、 散乱光を用いて検査表面を行う装置は、 主として半導体ウェハ等の表面の傷、 ゴミ付着等を検査するための装置であり、 ウェ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レヽ位置に配置したカメラによりウェハ表面 を撮像し、ウェ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。ウェハ表面に傷、 ゴミの付着等があると、 これら傷、 ゴミ当たった光力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^位置を検出するようになっている。 発明の開示

発明力 S解決しょうとする課題

ところで、 このようなカメラにより半導体ウエノヽ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 されたウェハ上の傷、 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 1 6が 表示部（ディスプレイ装置）の画像領域であり、円形の像 W iがウェハの撮像画像であり、 各輝線 aおよび輝点 b , cがウェハ上の傷、 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 1 6の大きさ の限界から、 画像領域 1 6上にウェハ画像 W iの一部し力表示されないことになつて、 欠 陥有無は調 Iしゃすくなっても、 その欠陥が半導体ウェハ等 （検査対象部材） のどのあた りに存在するのかの確認、が面便 Jであるとレヽぅ 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、 検査対象き附の表面にある微 細な傷や異物の存在並びにその位置を容易に廳忍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。 課題を角军決するための手段

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、 検査対象き附の表面に検査 光を照 る照明部と、 it照明部からの検査光の照射を受けた検査対象き附の表面を撮 像する撮像部と、 藤己撮像部により撮像された肅己検査 ¾ ^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廳己表示部に表示させる画劍彭張部とを備 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、 前記検査対象音附の全体を表 示させながら婦 as彭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、 tins照明部からの検査光の照射を受けて前 記検查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レ、位置に配置され、 StilB検査対象音附の表面から出 る散乱光に基づく撮像を行うのが好ましレ、。 上記表面検査装置にぉレ、て、 tiff己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、 藤己画像膨張部は、 ttrt己欠陥と判別された部分の画像を前 記画働彭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レ、。 発明の効果

本発明に係る表面検査装置によれば、 傷等の 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? tmすることができる。 図面の簡単な説明

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ぉレヽて膨張処理を施さな ヽ場合に画面に表示されるウェハ の散乱光に基づく画像の例を示す正面図である。

図 3は、 上記表面検查装置による表面検査の工程を示すプロック図である。

図 4は、 シンプノレ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查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ェハの 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ぉレ、て膨張処理を施した場合に画面に表示されるウェハの 散乱光に基づく画像の別の例を示す正面図である。 発明を実施するための最良の形態

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ェハ 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、 ウェハ 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ノ、 Wをホルダ 2の上 に载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ノ、 Wの表面に浅レ、入射角で検查用照 明光 L iを照射する照明光源 1と、 この検査用照明光 L iの照射を受けたウエノ、 Wの表面 力 らの正反射光 Lo (1)および回折光 L 0 (2)を受けな ヽ位置に配置されてウエノ、 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 ウェハ 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 1 0と、 画像処¾¾置 1 0により処理されたウエノ、表面画像を表示するディスプレイ装置 1 5とを備える。 なお、 画像処3¾置 1 0は、 後述する爾劍彭張処； ffi¾置 （請求項に規定する画御彭張部に該当） 1 1を備えている。

この表面検査装置によるウェハ 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 なるウェハ Wをホルダ 2の所定位置に搬送载置し、 ホルダ 2に内蔵の真空吸引装置により ウェハ Wを吸着して固定保持させる。 そして、 照明光源 1からウェハ Wの表面に検査用照 明光 L iを照 I る。 この検査用照明光 L iはウェハ Wの表面において正反射されて正反 射光 Lo (l)が図示のように出射する。 また、 ウェハ 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 L i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)を受光する位置に力メラをお 、てウエノ、 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)を受光する位置に力メラをおレヽてウェハ 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 (l)および回折光 Lo (2)のいずれも 受けなレヽ位置にカメラ 5を配設し、 ウェハ Wの表面を撮像するように構成している。 この ようにして力メラ 5の撮像素子 6によりウエノ、 Wの表面を撮像した場合、 カメラ 5には正 反射光 Lo (l)も回折光 Lo (2)も入射しないため、 ウェハ Wの表面に傷、 ゴミ、 ほこりの付 着などがなく正常なウェハ Wであれば、 撮像素子 6からの撮像信号を画像処理装置 1 0に より処理してディスプレイ 1 5の画面 1 6に表示される画像としては、 ウエノ、 Wの 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、 ウエノ、 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 L iがここで乱反射され、その乱 ¾f光（散乱光） Lo (3) の一部が力メラ 5にも入 る。 このため、 撮像素子 6からの撮像信号を画像処3¾置 1 0により処理してディスプレイ 1 5の画面 1 6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、これによりウエノ、 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 f泉 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 してし力表れず、 特に肉眼ではその存在の判別が難しレ、。

このようなことから、 画像処8¾置 1 0に爾劍彭張処 β置 1 1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 部の 一部を基準として得たウェハ画像 W i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。 この画劇彭張処 S¾置 1 1による膨 示処理および画像処理装置 1 0に よる画像処理を含め、 図 3のフローチヤ一トを参照しながら、 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。

この処理にぉレヽては、 カメラ 5に AM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3¾置 1 0により処理してディスプレイ 1 5の画面 1 6に表示される画像の 各画素の輝度を検出する (ステップ S 1 ) 。 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 S 2 ) 。 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 1 5の画面 1 6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 S 2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 S 3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■テンプレート 2 0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 4 8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 2 0を用いた膨張処理を説明する。 図 4において、 各画素位置に書力ゝれた数値は、 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 1 0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 2 0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 2 0が置か れたそれぞれの位置にぉレ、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 2 0がカバーする領域の画素（図 5 (B)のテンプレート 2 0において、 「1」 が書力ゝれた画素） 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 2 0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 1 5の画面 1 6に表示する （ステップ S 4 ) 。 図 5において、 一番輝度値が大きい画素 （輝度値 8 0の画素） は 1つであつたが、 図 6においては、 その輝度値 8 0の画素が、 3 X 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、 欠陥の禾 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禾!^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、 カラ一画像にも適用可 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 ノク口画像撮像用のカメラで行うことが一般的だ力 S、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レヽ。 また、 このような膨張処理は、 2値画像 （欠陥力 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、 を容易とするため に 2ィ直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、 P難した 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力所の欠陥がある。 （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、 カゝっ 5力所の形状の違いも分かるよ うになつているのが分かる。 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） で輝度情報力 S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 ¾^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 1 上記のような力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レヽ場合） に有効であり、 欠陥部分の輝度が 周辺部分より暗い：^ (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、 喑レヽ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 2 0を用いた)]彭張 処理を説明したが、 テンプレートはもつ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ェハの 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ェ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、 ウェハの表面における傷等の位置を容易に 鶴忍することができる。 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:^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、ウェハ等の検査対象部材の表面にある微細な異物の およびその位置、形、 輝度を容易に 忍することができる。

以上の説明においては、 ウェ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力表示されないような^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

請 求 の 範 囲

1 . 検査対象部材の表面に検査光を照 It 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薦己検査 ¾ ^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文豫 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 I己 表示部に表示させる画御彭張部とを備えていることを特徴とする表面検査装置。

2. 編己表示部の表示は、 編己検査対象部材の全体を表示させながら翻彭張した相違す 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 . tiff己撮像部は、 前記照明部からの検査光の照射を受けて fiit己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！/、位置に配置され、 前記検査対象部材の表面 から出！^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 if己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に記載の表面申食査装置。

5 . 藤己画像膨張部は、 藤己欠陥と判別された部分の画像を廳己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。