(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明部がウエハに向けて検査光を照射し、検出部が該検査光の照明下で該ウエハの表面像を検出し、画像処理部が前記検出した表面像を解析して、前記ウエハの表面に形成されるパタンの外観検査を行うに当り、
前記パタンの解像不良の検査を行うとき、前記表面像の解析は、
前記検出部により基準ウエハの表面像を基準画像として検出して、該基準画像を画像メモリ部に格納するステップと、
前記検出部により被検査ウエハの表面像を被検査画像として検出するステップと、
前記画像メモリ部から前記基準画像を読み出して、該基準画像と前記被検査画像とを比較するステップと、
を含み、
前記比較は、
前記格納した基準画像にエッジ強調処理を施すステップと、
該エッジ強調処理済の基準エリアを構成する各画素の、第１明度差以下の画素数を第１基準値として、第２明度差以上の画素数を第２基準値としてそれぞれ計数し、該第１および第２基準値を第１メモリ手段に記録するステップと、
前記基準画像に対応する前記検出した被検査画像にエッジ強調処理を施すステップと、
該エッジ強調処理済の被検査画像を構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数を第１被検査値として、前記第２明度差以上の画素数を第２被検査値としてそれぞれ計数し、該第１および第２被検査値を第２メモリ手段に記録するステップと、
前記第１および第２メモリ手段から、前記第１および第２基準値ならびに前記第１および第２被検査値をそれぞれ読み出して比較し、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率のどちらもが、しきい値以上である場合に限り、前記被検査ウエハを良品と判定するステップと
を含むことを特徴とするウエハのマクロ検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載のウエハのマクロ検査方法において、
前記基準画像の検出を、
前記基準ウエハに基準エリアを設定するステップと、
該設定した基準エリアに対して前記検査光の入射角が一定となるように前記基準ウエハと前記照明部との相対位置を調節するステップと、
前記検出部により前記基準エリアの表面像を基準画像として検出するステップと
をもって行うことを特徴とするウエハのマクロ検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載のウエハのマクロ検査方法において、
前記被検査ウエハの表面像の検出を、
前記被検査ウエハに被検査エリアを設定するステップと、
該設定した被検査エリアに対して前記検査光の入射角が一定となるように前記被検査ウエハと前記照明部との相対位置を調節するステップと、
前記検出部により前記被検査エリアの表面像を被検査画像として検出するステップと
をもって行うことを特徴とするウエハのマクロ検査方法。
【請求項４】
ウエハの表面に形成されるパタンの外観検査に用いるウエハ検査装置であって、被検査ウエハの表面像と基準ウエハの表面像とをそれぞれ被検査画像および基準画像として検出する画像検出部と、前記検出された基準画像および被検査画像の比較を行い、該比較の結果に応じて前記被検査ウエハの良否の判定を行う画像処理部とを具える自動ウエハマクロ検査装置において、
前記画像検出部は、前記パタンの解像不良の検査を行う解像不良検査部を具え、
前記画像処理部は、
前記基準画像および、該基準画像に対応する前記被検査画像にエッジ強調処理を行うエッジ処理部と、
前記エッジ強調処理済の前記基準画像を構成する各画素の、第１明度差以下の画素数を第１基準値として、第２明度差以上の画素数を第２基準値としてそれぞれ計数し、かつ、前記エッジ強調処理済の被検査画像を構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数を第１被検査値として、前記第２明度差以上の画素数を第２被検査値としてそれぞれ計数する画素係数部と、
前記第１基準値および前記第１被検査値、ならびに前記第２基準値および前記第２被検査値をそれぞれ比較して、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率を出力する画素数比較部と、
前記画素数比較部より出力された、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率を、それぞれ、しきい値と比較し、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率のどちらもが、前記しきい値以上である場合に限り前記被検査ウエハを良品と判定する判定部と
を備えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
前記解像不良検査部は、
前記ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明と、
前記ウエハの前記表面像を検出する第１検出部と、
前記ウエハを支持する支持部と
を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
前記支持部は、前記拡散照明に対して前記ウエハの相対位置を調節する機構を有していることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
【請求項７】
請求項５に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
前記拡散照明は、前記ウエハの品種および該ウエハに形成するパタンに応じて、照射する光量を変化させる機能を有していることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造工程におけるホトリソグラフィ工程やエッチング工程の終了後に、ウエハに形成されるパタンの検査をするためのウエハ検査方法およびウエハ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程において、ホトリソグラフィ工程でのレジストパタンの形成後や、あるいは、エッチング工程でのパタンの形成後には、形成したパタンの状態を検査することが必要である。例えば、レジストパタンに関しては、均一にレジストがコーティングされているかどうかといった、コート不良の検査を行う。また、パタンの露光後に、均一に現像ができているかを検査する現像状態の検査や、パタンの露光が正常になされているかということを調べる解像不良の検査を行う。さらに、形成したパタンにキズがないかどうかを検査する。また、エッチングパタンに関しては、エッチングが均一になされているかどうかを検査したり、キズの有無を検査したりする。従来、これらの外観検査を行う方法として、主に下記の２通りの方法がある。
【０００３】
第１の方法は、金属顕微鏡等を用いてパタンの一部分を拡大し、実際にパタンの形成状態を目視にて判断する、ミクロ検査法と呼ばれる方法である。この方法によれば、ウエハ上の一部分を観察して細部まで検査することができる。しかし、最近では、パタンの微細化に伴い、金属顕微鏡で拡大してもパタンの判別がしづらくなっている。また、拡大して観察する場所が限られてしまうので、不良品の検出率が低くなり、観察する場所を広くしようとすると作業時間がかかってしまう。
【０００４】
第２の方法は、ウエハの全面を照明手段で様々な角度から照射して、ウエハ上に色むらを映し出す方法である。ウエハに形成されたパタンに異常があると、そのウエハに映し出された色むらが、正常なパタンによる色むらと色や明るさが違って見えるので、不良部分があることを検知することができる。このように、色むらを作業者が目視で観察してパタンの良否の判定を行う方法を、マクロ検査法と呼ぶ。色むらが発生するのは、ウエハ上のパタンの１μｍ〜数μｍ程度の段差に起因して生じる乱反射による。
【０００５】
このマクロ検査法は、ウエハ上の全面を観察する方法であるから、レジストむらや現像むら等、ウエハ上の一部分のみに発生する不良状態を検出するのに有効な方法である。このように、ポイント毎の細部観察によるミクロ検査法よりも、比較的大きな領域全体を観察するマクロ検査法の方が、不良品検出率を高くすることができ、また、作業時間を短縮することができる。よって、最近では、マクロ検査法の重要性が高まってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、マクロ検査は目視で行われていたため、照明に対するウエハの傾きの角度や、作業者の見る角度により、目視される色むらやキズの状態が変化してしまうといった問題があった。従って、不良品の判断基準があいまいであった。
【０００７】
また、この検査は、パタンを形成する度に必ず行うものであるから、一つの製品に対してウエハプロセスが完了するまでに、多いもので数十回行う必要がある。よって、著しく作業効率が低下してしまっていた。
【０００８】
また、コート不良部や現像不良部に生じる高低差の変化は比較的緩いので、色むらの変化として映し出すことができる。しかし、解像不良のように、パタンの形状に問題があって、高低差の変化が急激で変化の度合いが微妙な場合には、色むらを映し出すことが困難である。
【０００９】
また、ウエハの表面像をカメラにより検出する場合には、ウエハ上に映ったカメラ自身の像が検出されないようにするために、ウエハに対して斜めから撮影する必要がある。しかし、このようにウエハに対して斜めから撮影すると、カメラに対する近い側と遠い側とでフォーカスにずれが生じてしまう。そして、遠近差が生じてパタンが歪んで見えてしまう。常に同様に歪んで見えれば問題はないが、ウエハのわずかな位置ずれ等の外乱により、歪みの程度は容易に変化してしまう。従って、下地パタンの映り方が不安定となり、本来の検査対象である下地パタン上に形成したパタンの正確な検査が行えない。
【００１０】
また、斜めからウエハを照射すると、照明に対する距離に応じて照射される光量が異なってしまう。従って、ウエハの表面に均一に光が照射されないため、色むら等の見え方がウエハ上の位置に応じて違って見えてしまう。常に同じように照射されれば問題はないが、ウエハの位置ずれ等によって、照射状態は容易に変化し得る。よって、下地パタンの映り方が不安定となり、本来の検査対象である下地パタン上に形成したパタンの正確な検査が行えない。
【００１１】
また、パタン上に形成されるキズは線として捉えられる。このような線を画像処理装置などで検出しても、画素数が少ないために他のパタンと区別して認識することが難しい。また、外乱要素等があると、かき乱されてしまう。
【００１２】
従って、従来より、パタンの良否の判断基準が一定であり、能率的に検査を行うことができるウエハのマクロ検査方法およびマクロ検査装置の出現が望まれていた。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明のウエハのマクロ検査方法によれば、照明部がウエハに向けて検査光を照射し、検出部が該検査光の照明下で該ウエハの表面像を検出し、画像処理部が前記検出した表面像を解析して、前記ウエハの表面に形成されるパタンの外観検査を行うに当り、前記パタンの解像不良の検査を行うとき、前記表面像の解析は、前記検出部により基準ウエハの表面像を基準画像として検出して、該基準画像を画像メモリ部に格納するステップと、前記検出部により被検査ウエハの表面像を被検査画像として検出するステップと、前記画像メモリ部から前記基準画像を読み出して、該基準画像と前記被検査画像とを比較するステップと、を含み、前記比較は、前記格納した基準画像にエッジ強調処理を施すステップと、該エッジ強調処理済の基準エリアを構成する各画素の、第１明度差以下の画素数を第１基準値として、第２明度差以上の画素数を第２基準値としてそれぞれ計数し、該第１および第２基準値を第１メモリ手段に記録するステップと、前記基準画像に対応する前記検出した被検査画像にエッジ強調処理を施すステップと、該エッジ強調処理済の被検査画像を構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数を第１被検査値として、前記第２明度差以上の画素数を第２被検査値としてそれぞれ計数し、該第１および第２被検査値を第２メモリ手段に記録するステップと、前記第１および第２メモリ手段から、前記第１および第２基準値ならびに前記第１および第２被検査値をそれぞれ読み出して比較し、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率のどちらもが、しきい値以上である場合に限り、前記被検査ウエハを良品と判定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１４】
このように、ウエハの表面像を検出部により検出し、検出した表面像を画像処理部により解析する。そして、基準画像および被検査画像を検出してこれらの画像を比較することにより、検査基準となる基準ウエハに形成されたパタンと、検査対象である被検査ウエハに形成されたパタンとを比較することができる。従って、ウエハの解像不良の外観検査を行うことができる。そして、例えば、検出部と画像処理部とをコンピュータ装置により制御すれば、自動的にこの外観検査が行える。
また、このように、基準画像と、これに対応する被検査画像とに対して、それぞれエッジ強調処理を施し、ある明度差の範囲の画素数を計数する。そして、各画像に対して求めた画素数同士を比較することにより、これらの画像の類似度を得ることができる。
【００１５】
また、この発明のウエハのマクロ検査方法において、好ましくは、前記基準画像の検出を、前記基準ウエハに基準エリアを設定するステップと、この設定した基準エリアに対して前記検査光の入射角が一定となるように前記基準ウエハと前記照明部との相対位置を調節するステップと、前記検出部により前記基準エリアの表面像を基準画像として検出するステップとをもって行うのが良い。
【００１６】
このように、基準ウエハ上の表面領域を基準エリアという部分領域毎に分割して、各基準エリアの表面像を検出する。基準エリアの表面像の検出の際に、検査光が各基準エリアに一定の角度で入射されるように、照明に対する基準ウエハの傾きを調節する。このようにすると、基準ウエハ上の各領域に同様の均一な照明を行うことができるので、色むらの見え方が一定となる。
【００１７】
また、この発明のウエハのマクロ検査方法において、好ましくは、前記被検査ウエハの表面像の検出を、前記被検査ウエハに被検査エリアを設定するステップと、この設定した被検査エリアに対して前記検査光の入射角が一定となるように前記被検査ウエハと前記照明部との相対位置を調節するステップと、前記検出部により前記被検査エリアの表面像を被検査画像として検出するステップとをもって行うのが良い。
【００１８】
このように、被検査ウエハ上の表面領域を被検査エリアという部分領域毎に分割して、各被検査エリアの表面像を検出する。被検査エリアの表面像の検出の際に、検査光が各被検査エリアに一定の角度で入射されるように、照明に対する被検査ウエハの傾きを調節する。このようにすると、被検査ウエハの各領域に同様の均一な照明を行うことができるので、色むらの見え方が一定となる。
【００３３】
次に、この発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、ウエハの表面に形成されるパタンの外観検査に用いるウエハ検査装置であって、被検査ウエハの表面像と基準ウエハの表面像とをそれぞれ被検査画像および基準画像として検出する画像検出部と、前記検出された基準画像および被検査画像の比較を行い、該比較の結果に応じて前記被検査ウエハの良否の判定を行う画像処理部とを具える自動ウエハマクロ検査装置において、前記画像検出部は、前記パタンの解像不良の検査を行う解像不良検査部を具え、前記画像処理部は、前記基準画像および、該基準画像に対応する前記被検査画像にエッジ強調処理を行うエッジ処理部と、前記エッジ強調処理済の前記基準画像を構成する各画素の、第１明度差以下の画素数を第１基準値として、第２明度差以上の画素数を第２基準値としてそれぞれ計数し、かつ、前記エッジ強調処理済の被検査画像を構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数を第１被検査値として、前記第２明度差以上の画素数を第２被検査値としてそれぞれ計数する画素係数部と、前記第１基準値および前記第１被検査値、ならびに前記第２基準値および前記第２被検査値をそれぞれ比較して、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率を出力する画素数比較部と、前記画素数比較部より出力された、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率を、それぞれ、しきい値と比較し、前記第１基準値と前記第１被検査値との一致率、および前記第２基準値と前記第２被検査値との一致率のどちらもが、前記しきい値以上である場合に限り前記被検査ウエハを良品と判定する判定部とを備えることを特徴とする。
【００３４】
このように、ウエハの表面像を検出する画像検出部と、検出した表面像を解析するための画像処理部とを具えている。そして、この画像検出部は、解像不良の検査を行う解像不良検査部を具えており、この検査部で検出された画像は、上述した画像処理部で処理される。従って、ウエハの解像不良の外観検査が行える。また、例えば、画像検出部と画像処理部とをコンピュータ装置により制御すれば、自動的にこの外観検査が行える。
【００３５】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置において、好ましくは、前記解像不良検査部は、前記ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明と、前記ウエハの前記表面像を検出する第１検出部と、前記ウエハを支持する支持部とを具えるのが良い。
【００３６】
パタンの解像不良は、ウエハ表面に映し出された色むらによって調べることができる。そして、色むらは、ウエハ上に対してなるべく均一に光が照射されていた方が見えやすい。均一に光が当らない照明例えばスポット光を用いると、ウエハの表面が鏡面状であるため、照明むらが発生してしまう。従って、色むらと照明むらとを区別することができなくなる。
【００３７】
上述したように、ウエハの表面に拡散光を照射して、第１検出部で表面像を検出することにより、ウエハの表面に形成されたパタンの解像不良を検査することができる。第１検出部としては、例えば、光電変換を利用した撮像手段を用いれば良い。
【００３８】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置において、好ましくは、前記支持部は、前記拡散照明に対して前記ウエハの相対位置を調節する機構を有しているのが良い。
【００３９】
ウエハに対して拡散照明を照射して色むらを観察する場合、ウエハの品種や工程に応じて形成されるパタンが異なり、光の反射状態は異なっている。従って、パタンに合った照射角度を、品種および工程に応じて変化させる必要がある。この発明の構成では、支持部がウエハの姿勢を調整する機能を有しているので、適当な照射角度に設定することができる。
【００４０】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置において、好ましくは、前記拡散照明は、前記ウエハの品種およびこのウエハに形成するパタンに応じて、照射する光量を変化させる機能を有しているのが良い。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解できる程度に、構成、大きさおよび配置関係が概略的に示されており、また、以下に記載する数値等の条件は単なる一例であるに過ぎず、従って、この発明は、この実施の形態に何ら限定されることがない。
【００５８】
自動ウエハマクロ検査装置は、ウエハの表面に形成されるパタンの外観検査に用いるウエハ検査装置である。図１は、実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、この構成例は、画像検出部１６と画像処理部１８とを具えている。画像検出部１６は、被検査ウエハ（検査対象のウエハ）の表面像と基準ウエハ（検査基準となるウエハ）の表面像とをそれぞれ被検査画像および基準画像として検出するための装置である。また、画像処理部１８は、検出された基準画像および被検査画像の比較を行い、この比較の結果に応じて被検査ウエハの良否の判定を行うための装置である。
【００５９】
そして、図１に示す画像検出部１６は、解像不良検査部１０と、コート・現像不良検査部１２と、キズ検査部１４とを具えている。解像不良検査部１０は、パタンの解像不良を検査する装置である。コート・現像不良検査部１２は、パタンのコート不良および現像不良を検査する装置である。そして、キズ検査部１４は、パタンのキズの有無を検査する装置である。これら検査部１０、１２および１４で検出された画像は、共通の画像処理部１８に送られて解析される。以下、最初に画像検出部１６につき説明し、その後に画像処理部１８につき説明する。
【００６０】
［画像検出部］
以下、検査部１０、１２および１４につき順次に説明する。
【００６１】
＜解像不良検査部の構成＞
先ず、解像不良検査部１０につき説明する。図２は、解像不良検査部１０の構成を示す図であり、図１と併せて参照する。図２（Ａ）に正面図を示し、図２（Ｂ）に側面図を示す。図１に示す解像不良検査部１０は、図２（Ｂ）に相当する位置から見た図となっている。
【００６２】
上述した通り、解像不良検査部１０は、ウエハの表面に形成されるパタンの解像不良の検査を行う装置である。図１および図２に示すように、解像不良検査部１０は、ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明２０と、ウエハの表面像を検出する第１検出部２２と、ウエハを支持する支持部２４とを具えている。
【００６３】
支持部２４としてはチルト式ウエハチャックを用いており、ウエハ２６は、このチャックに吸着されている。チルト式ウエハチャック２４によりウエハ２６を任意の方向に傾斜させることが可能であり、チャックの中心を軸として回転させる機能も具えている。このように、支持部２４は、拡散照明２０に対してウエハの相対位置を調節する機構を有している。これにより、ウエハ２６の姿勢は自由に設定される。図２の二点破線で、ウエハ２６を、図中の左側に傾けた様子を示している。
【００６４】
支持部２４に支持されたウエハ２６の表面には、検査時において、拡散照明２０により拡散光が照射される。拡散照明２０としては、発光面がライン形状（幅広形状）となっているハロゲン光源が用いられる。拡散照明２０は、ウエハ２６の斜め上方の位置に設けられている。具体的に、拡散照明２０は、ウエハ２６の第１検出部２２の光軸（図２の一点破線ｂ）に沿った方向に、ウエハ２６の直径とほぼ同じ長さに相当する距離だけ、ウエハ２６から離間して設けられている。また、拡散照明２０は、ウエハ２６の中心から、光軸ｂに直交した方向にウエハ２６の直径の約０．８倍だけ離間したところに設けられている。拡散照明２０の照明幅は、ウエハ２６の直径の約１．８倍以上とするのが好適である。尚、拡散照明２０の発光面の高さや奥行きの寸法は適当でよい。
【００６５】
そして、拡散照明２０の発光面全面には、白色のアクリル板（図１および図２のａ）が拡散板として設けられている。アクリル板は、厚さが１〜２ｍｍ程度のものを用いている。拡散板としては、すりガラスをアクリル板の代りに用いてもよい。
【００６６】
この実施の形態では、拡散照明２０を、リモートコントロールにて照度の微調整が可能な構成としてある。この照度調節機能を用いると、ウエハの品種や工程の違い等により形成されるパタンが異なるときであっても、それぞれの場合に合った最適な照度で検査を行うことができる。また、上述したように、拡散照明２０とウエハ２６との相対位置を、支持部２４により、最適な位置に調節することができるので、常に最適な方向から最適な照度でもって照明が行える。
【００６７】
上述したように、ウエハ２６の表面には、解像不良の検査時に、拡散照明２０で拡散光が照射される。そして、この照明下で第１検出部２２によりウエハ２６の表面像が検出される。この検出された表面像は、画像処理部１８に送られるように構成されている。
【００６８】
第１検出部２２としては、光電変換機能を有したカメラが用いられる。第１検出部２２は、ウエハ２６の中心部の上方の位置に設けられている。第１検出部２２は、この検出部２２が捉える視野内にウエハ２６の全体が収まる距離だけウエハ２６と離間している。この距離は、ウエハの直径とカメラレンズの焦点距離とに応じて異なるが、大体１５０〜２５０ｍｍである。第１検出部２２の出力端子は、画像処理部１８の入力端子に結合されている。
【００６９】
以上説明した解像不良検査部１０は、第１検出部２２を除いて、拡散照明２０以外の光をウエハ２６上から遮蔽するために、黒色の壁材で構成された外光遮断箱２８で覆われている。尚、外光遮断箱２８には開口があって、そこから第１検出部２２により、ウエハ２６を観察できるようになっている。
【００７０】
＜解像不良の検出原理＞
解像不良の検出原理につき、図３を参照して説明する。図３の断面は、ウエハ２６と、その表面に積層されたレジスト３０とを示している。また、レジスト３０の上面には、露光の結果、凹凸形状のパタンが形成されている。図３において、通常に期待されているパタン（通常パタン）は、Ｉ線より図中左側のレジスト領域（通常パタン部分）に形成されたパタンである。一方、Ｊ線より図中右側のレジスト領域（不良パタン部分）に形成されたパタンは不良パタンである。図中の不良パタンの場合、Ｂ点に示されるように、通常よりもエッジが丸まってしまっている。
【００７１】
図中のＡ点は、レジスト３０の通常パタン部分にある平面領域である。このＡ点に斜め上方から入射された光１は、入射角と同様の角度に反射されて、図３に示す反射光２となる。このように、通常パタン部分のレジスト面で反射される光は、入射角と同一の反射角で反射される。従って、第１検出部（カメラ）２２とウエハ２６との位置関係を、通常パタン部分で反射される光が第１検出部２２に検出されないように、調節することができる。
【００７２】
また、図中のＢ点は、レジスト３０の不良パタン部分の表面位置にある。Ｂ点はＡ点と異なり、平面ではなく曲面となっている。従って、光１と同様の角度でＢ点に入射された光３は、散乱光４となって反射される。その散乱光４の一部は、ウエハ上部にあるカメラ２２方向にも反射するため、カメラ２２によって検出される。よって、通常パタン部分と不良パタン部分とで、検出される明度に差ができる（同時に、光の干渉の影響によって色むらが発生する。）。この明度の差を認識することで解像不良の検出が行える。
【００７３】
尚、通常パタン部分においてもＣ点のようなエッジ部分では、入射される光５は散乱光６となって反射される。しかし、Ｃ点のエッジは丸まっていないので、乱反射を起こす領域はＣ点という狭い領域だけである。これに対して、Ｂ点は曲面（実際には、きれいな曲面ではなく、不連続部分が多数存在する。）であるために、乱反射を起こす点が多数存在する。よって、不良パタン部分の方が通常パタン部分よりも、カメラに向けて光を反射させる割合が大きくなる。つまり、Ｃ点で生じた散乱光６よりもＢ点で生じた散乱光４の方が、カメラ２２に多く捉えられる。従って、不良パタンの存在が、明度の差として検出される。
【００７４】
＜コート・現像不良検査部の構成＞
次に、コート・現像不良検査部１２につき説明する。図４は、コート・現像不良検査部１２の構成を示す図であり、図１と併せて参照する。図４（Ａ）に正面図を示し、図４（Ｂ）に側面図を示す。図１に示すコート・現像不良検査部１２は、図４（Ｂ）に相当する位置から見た図となっている。
【００７５】
上述したように、コート・現像不良検査部１２は、ウエハの表面に積層されるレジストのコーティング不良や、パタンの現像不良の検査を行う装置である。図１および図４に示すように、コート・現像不良検査部１２は、ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明３２と、ウエハの表面像を検出する第２検出部３４と、ウエハを支持する支持部３６とを具えている。
【００７６】
支持部３６としては固定式ウエハチャックを用いており、ウエハ２６は、このチャックに吸着されている。固定式ウエハチャック３６に支持されたウエハ２６の表面には、検査時において、拡散照明３２により拡散光が照射される。拡散照明３２として、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源による面照明を用いる。あるいは、拡散照明３２として、陰極管光源を用いてもよい。
【００７７】
拡散照明３２は、ウエハ２６の斜め上方の位置に設けられている。拡散照明３２が設けられる位置は、ウエハ２６の第２検出部３４の光軸（図４の一点破線ｂ）に沿った方向に、ウエハ２６から１０〜５０ｍｍの距離だけ離間した位置である。また、拡散照明３２は、ウエハ２６の中心から、光軸ｂに直交する方向にウエハ２６の直径の約０．９倍の長さに相当する距離だけ、離間したところに設けられている。拡散照明３２の照明幅および照明の高さは、共にウエハ２６の直径の約１．８倍以上とするのが好適である。
【００７８】
そして、拡散照明３２の発光面の全面には、白色のアクリル板（図１および図４のｄ）が拡散板として設けられている。アクリル板は、厚さが１〜２ｍｍ程度のものを用いている。拡散板としては、すりガラスをアクリル板の代りに用いてもよい。
【００７９】
また、この実施の形態では、拡散照明２０と同様に、拡散照明３２を、リモートコントロールにて照度の微調整が可能な構成としてある。従って、ウエハの品種や工程の違い等によって形成されるパタンが異なっているときでも、それぞれの場合に応じた最適な照度で検査を行うことができる。
【００８０】
このように、検査時に、ウエハ２６の表面には、拡散照明３２により拡散光が照射される。そして、この照明下で、第２検出部３４によりウエハ２６の表面像の検出が行われる。第２検出部３４としては、光電変換機能を有したカメラを用いている。第２検出部３４は、ウエハ２６の中心部の上方の位置に設けられている。また、第２検出部３４は、この検出部３４が捉える視野内にウエハ２６の全体が収まるような距離だけ、ウエハ２６と離間して設けられている。この距離は、ウエハの直径とカメラレンズの焦点距離とに応じて異なるが、大体５００〜６００ｍｍである。
【００８１】
さらに、ウエハ２６と第２検出部３４との間には、ハーフミラー３８が設置されている。このハーフミラー３８は、拡散照明３２から照射された拡散光をウエハ２６の表面に向けて反射させ、このウエハの表面から反射された拡散光を第２検出部３４の側に向けて透過させる素子である。ハーフミラー３８は、ウエハ２６の表面に対して、その鏡面が４５°の角度だけ傾いた状態で設置される。
【００８２】
拡散照明３２から照射された拡散光は、ハーフミラー３８の下面（図４（Ｂ）のｅ面）側で、ウエハ２６の表面に向けて反射される。これにより、ウエハ２６の全領域に亘る表面に拡散光が照射される。ウエハ２６の表面に照射された拡散光は、ウエハ２６の上方に向けて反射される。この反射光は、ハーフミラー３８を透過して、ウエハ２６の上方に設けられた第２検出部（カメラ）３４により受光される。従って、ウエハ２６の表面像が検出される。
【００８３】
また、カメラ３４から発してウエハ２６に向かう光は、ハーフミラー３８の上面（図４（Ｂ）のｆ面）で反射されるので、ウエハ２６の表面にたどり着くことができない。よって、カメラ３４自身の像は、カメラ３４に検出されない。従って、カメラ３４自身の像が邪魔してウエハ２６上のパタンの像が見えなくなるといったことがない。
【００８４】
尚、ハーフミラー３８の寸法は、横方向の長さ（図４（Ａ）の紙面内であり光軸ｂに直交する方向の長さ）がウエハ２６の直径の１．８倍以上であり、縦方向の長さ（図４（Ｂ）のｅ面またはｆ面に沿った長さ）がウエハ２６の直径の２．５倍以上である。
【００８５】
以上説明したコート・現像不良検査部１２は、第２検出部３４を除いて、拡散照明３２以外の光をウエハ上２６から遮蔽するために、黒色の壁材で構成された外光遮断箱２８で覆われている。尚、外光遮断箱２８には開口があって、そこから第２検出部３４により、ウエハ２６を観察できるようになっている。
【００８６】
＜コート不良および現像不良の検出原理＞
コート不良および現像不良の検出原理につき、図５を参照して説明する。図５の断面は、ウエハ２６と、その表面に積層され、すでにパタンが形成されているレジスト４０（以下、下地パタン４０）と、下地パタン４０の上にコーティングされたレジスト４２とを示している。尚、レジスト４２にはハッチングを省略して示してある。また、実際のレジスト４２には、露光や現像の処理によってパタンが形成されているが、この図では省略してある。
【００８７】
コート不良および現像不良は、主として、レジスト膜上面の緩やかな凹凸に起因して発生する。下地パタン４０の上面で反射された光（二次反射光）とレジスト４２の上面で反射された光（一次反射光）とは干渉し合って、色むらを発生させる。凹凸が存在すると、これら光の光路長差が変わるので、それぞれの場所によって色や模様が変化し、色むらとして検出される。そして、基準ウエハと被検査ウエハとの色むらの違いを検出することで、コート不良または現像不良を検出する。
【００８８】
このように、膜厚により二次反射光の光路長に差が生じ、その結果、一次反射光との干渉に相違が生じることを利用して、不良パタンの検出が行われる。図５に示すように、Ａ点に入射した光１は、一次反射光３とレジスト４２中に透過される光２とに分離する。光２は、下地パタン４０の上面で反射してレジスト４２から出射し、二次反射光４となる。二次反射光４は、レジスト４２の外部を一次反射光３と平行の状態で伝播する。このときに、両者の光の間で干渉が発生するので、光１の反射光の振幅は変化する。この振幅の変化は、光路長Ｃ１（光２がレジスト４２中を伝播する距離の半分に相当する距離）によって生じる二次反射光４の位相の変化に影響される。
【００８９】
一方、Ｂ点に入射した光５は、光１と同様に、一次反射光７とレジスト４２中を伝播する光６とに分離される。そして、光６は、二次反射光８としてレジスト４２から外部に向けて反射され、一次反射光７と干渉する。光路長Ｃ２（光６がレジスト４２中を伝播する距離の半分に相当する距離）が光路長Ｃ１と異なっているために、二次反射光８の位相の変化は上述した二次反射光４と相違している。従って、Ｂ点に入射した光５の反射光の振幅は、Ａ点に入射した光１の反射光の振幅と異なったものとなる。よって、明度の差が生じる（波長によって干渉の程度が変化するので、正確には、色の違いが生じる。）。この明度の差を検出することにより、コート不良および現像不良の検出が行える。
【００９０】
尚、拡散照明３２を、できるだけ均一な拡散照明が行えるものとするのが良い。解像不良検査部１０の拡散照明２０が、ウエハ表面に対して斜め上方から拡散光が照射されるように設けられていて、ある程度の方向性を有した拡散光を発生させていたのに対し、このコート・現像不良検査部１２の拡散照明３２は、ウエハ全面にできるだけ拡散光が均一に照射されるように設けられている。このように拡散光の照射を行うことによって、より干渉による明度の差（色の差）が増幅され、検出が容易になる。
【００９１】
＜キズ検査部の構成＞
次に、キズ検査部１４につき説明する。図６は、キズ検査部１４の構成を示す図であり、図１と併せて参照する。図６（Ａ）に正面図を示し、図６（Ｂ）に左側面図を示す。図１に示すキズ検査部１４は、図６（Ｂ）に相当する位置から見た図となっている。
【００９２】
上述したように、キズ検査部１４は、ウエハの表面に積層されるレジストのキズの有無の検査を行う装置である。図１および図６に示されるように、キズ検査部１４は、ウエハの表面にスポット光を照射するスポット照明４４と、ウエハの表面像を検出する第３検出部４６と、ウエハを支持する支持部４８とを具えている。
【００９３】
支持部４８としては上下式ウエハチャックを用いており、ウエハ２６は、このチャックに吸着されている。上下式ウエハチャック４８は、ウエハ２６を図中の上下方向に移動させることができ、チャックの中心を軸として回転させる機能も具えている。このように、支持部４８は、スポット照明４４に対してウエハの相対位置を調節する機構を有している。これにより、ウエハ２６の設置高さと回転角度は、自由に設定される。図６の二点破線で、ウエハ２６を、図中の上側に移動させた様子を示している。
【００９４】
支持部４８に支持されたウエハ２６の表面には、検査時において、スポット照明４４によりスポット光が照射される。スポット照明４４には、ハロゲン光源によるライン照明が用いられる。この実施の形態では、スポット照明４４として２つのスポット照明４４ａおよび４４ｂを用いており、これらを互いに対向させて、ウエハ２６の両側にそれぞれ設けてある。従って、ウエハ２６の表面には、２台のスポット照明４４ａおよび４４ｂによりスポット光が照射される。
【００９５】
照明がウエハの両側に設けられているのは、片側の照明だけでは、ウエハに対して光の当たり方が不均一になり、通常パタン部のコントラストに差が出て（この差は、照明に近い程強くなる。）、キズのみを明るく浮き出させることができないからである。
【００９６】
スポット照明４４ａおよび４４ｂは、ウエハ２６の斜め上方の位置に設けられている。スポット照明４４ａおよび４４ｂが設けられる位置は、ウエハ２６の第３検出部４６の光軸（図６の一点破線ｂ）に沿った方向に、ウエハ２６から０〜３０ｍｍの距離だけ離間した位置である。また、スポット照明４４は、ウエハ２６の中心から、光軸ｂに直交する方向にウエハ２６の直径の約０．８倍前後の長さに相当する距離だけ、離間したところに設けられている。各スポット照明４４ａおよび４４ｂは、ウエハ２６の表面の全領域を照らせるサイズの発光面を有しているのが良い。スポット照明４４の照明幅は、ウエハ２６の直径の約１．６倍以上とするのが好適である。スポット照明４４の高さのサイズや奥行き等は適当で良い。
【００９７】
また、この実施の形態では、スポット照明４４を、リモートコントロールにて照度の微調整が可能な構成としてある。この照明を上述の上下式ウエハチャックと共に用いることにより、ウエハの品種や工程の違い等のために形成されるパタンが異なっているときでも、それぞれの場合に合った最適な照度で検査を行うことができる。すなわち、パタンの種類（品種・工程）に合った照明角度（ウエハの高さ）と照度とを設定することで、常に通常パタン部を明度差が少ない（半暗視野化）映像に保つことができ、キズのみが明るく浮き立つ。
【００９８】
このように、検査時に、ウエハ２６の表面には、スポット照明４４によりスポット光が照射される。そして、この照明下で、第３検出部４６によりウエハ２６の表面像の検出が行われる。第３検出部４６としては、光電変換機能を有したカメラを用いている。第３検出部４６は、ウエハ２６の中心部の上方の位置に設けられている。また、第３検出部４６は、この検出部４６が捉える視野内にウエハ２６の全体が収まるような距離だけ、ウエハ２６と離間して設けられている。この距離は、ウエハの直径とカメラレンズの焦点距離とに応じて異なるが、大体１５０〜２５０ｍｍである。
【００９９】
以上説明したキズ検査部１４は、第３検出部４６を除いて、スポット照明４４以外の光をウエハ上２６から遮蔽するために、黒色の壁材で構成された外光遮断箱２８で覆われている。尚、外光遮断箱２８には開口があって、そこから第３検出部４６により、ウエハ２６を観察できるようになっている。
【０１００】
＜キズの検出原理＞
キズの検出原理につき、図７を参照して説明する。図７の断面は、ウエハ２６と、その表面に積層され、すでにパタンが形成されているレジスト４２とを示している。
【０１０１】
図７において、キズｈは、レジスト４２に形成された凹凸として表されている。そして、この凹凸を形成するレジスト４２の斜面部ｇで光を反射させて、キズの有無を検出する。従って、キズの検出は基本的に解像不良の検出と同じである。但し、解像不良の不良パタンのエッジの丸みは１ミクロン以下と極小であり、数ミリ四方に数千個以上並んでいるといった具合に単位面積当りの数量が多いのに対し、キズは数十ミクロンから数百ミクロンの大きな凹凸で一本の線のみとして存在している場合がほとんどである。一本の線のみを不良として検出する場合は、他の外乱要素（パタンの像など）をできるだけ排除しなければ、画像処理の際に誤認識を招く恐れがある（線は画素数が面に比べて極端に少ないからである。）。従って、キズを検出する際には、ウエハの表面に対して、できるだけ水平な方向から強い光を照射して、キズのみの反射光をカメラで捉えることが必要である。
【０１０２】
図７において、光１は、キズが形成されていないレジスト４２の表面に入射される光である。光１は、入射角と同じ角度で反射される。また光２は、キズの斜面部ｇに入射される光である。光２は、斜面部ｇで反射されて散乱光３となる。図６に示す構成例では、スポット光をウエハ２６の表面に対してほぼ水平な方向から照射しているので、ウエハ２６の上方に設けられたカメラ４６は、キズ以外で反射された光を検出しない。従って、キズの有無が検出される。
【０１０３】
また、基準ウエハまたは被検査ウエハに形成されるグリッドラインの延在方向と、照明部の検査光発生面に垂直な方向とが、実質的に４５°の角度になるように、スポット照明４４が設けられている。図８は、ウエハ２６とスポット照明４４とを、カメラ４６の視点から見た様子を示した図である。ウエハ２６上には、チップを分離する境界線（これをグリッドラインという。）が格子状に設けられている。そして、このグリッドラインの延在方向（図８のｘ方向およびｙ方向）と、スポット照明４４ａおよび４４ｂの各発光面（図８のｓ面およびｔ面）に対して垂直な方向とが、４５°傾いた状態になっている。このようにウエハおよび照明を配置させると、グリッドラインに照明が当って強く反射され、キズで反射された照明と区別ができなくなるといったことが防げる。
【０１０４】
［画像処理部］
次に、画像処理部１８につき説明する。画像処理部１８は、上述した検査部１０、１２および１４で検出された各画像に対して、それぞれ異なる処理を施す。従って、画像処理部１８は、検査部１０、１２および１４ごとに別々の機能を有した装置である。この実施の形態では、画像処理部１８の機能を検査部ごとに説明する。尚、画像処理部１８を、これらの機能ごとに分離された装置構成としてもよい。
【０１０５】
図１に示されるように、画像処理部１８は、画像処理装置５０と、モニタ５２と、装置制御用パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する。）５４と、制御用モニタ５６とを、主要な構成要素として具えている。上述した通り、画像処理装置５０は、各検査部で検出された画像に対して異なった処理を施して解析を行う。画像処理装置５０の入力ポートには、各検査部１０、１２および１４のカメラ２２、３４および４６の出力端子が結合される。モニタ５２は、各検査部で検出された画像を表示したり、画像処理装置５０の処理結果を表示したりするのに用いられる。装置制御用パソコン５４は、画像処理装置５０と通信用ケーブル８０でもって結合されており、画像処理装置５０とデータのやり取りが行えるようになっている。また、装置制御用パソコン５４は、カメラの位置やウエハの位置、あるいは、照明の照度等を、画像処理装置５０で得られたデータを基にして制御する。このパソコン５４に制御用プログラムを組んでおけば、自動的にウエハのマクロ検査が行われる。制御用モニタ５６は、制御内容等を表示するための表示装置である。尚、画像処理装置５０と装置制御用パソコン５４とを、同一のいわゆるコンピュータ装置として構成しても良い。
【０１０６】
そして、この実施の形態で説明する自動ウエハマクロ検査装置は、主として、次の４つのステップを実行する装置である。すなわち、１）基準画像を検出するステップと、２）被検査画像を検出するステップと、３）基準画像と被検査画像とを比較するステップと、４）判定を行うステップとである。
【０１０７】
上述した解像不良、コート不良、現像不良およびキズの検査は、基準となるウエハの表面像（基準画像）を検出することから始まる。そして、この基準画像を画像メモリ部に格納しておく。基準となるウエハ（基準ウエハ）上に形成されるパタンは、良好なものでなければならない。このパタンの良否の判定だけは、例えば、モニタ５２に表面像を表示させて、作業者が目視により行う。
【０１０８】
続いて、検査対象のウエハ（被検査ウエハ）の表面像を、上述の被検査画像として検出する。そして、画像メモリ部に格納しておいた基準画像を呼出して、検出した被検査画像と比較する。比較は、テンプレートマッチングや画素数の計数等により行う。この比較の結果に応じて、被検査ウエハに形成されたパタンの良否の判定を行う。
【０１０９】
尚、上述した２）および３）のステップは、繰り返して行われる場合がある（例えば、解像不良の検査時）。以下、検査部１０、１２および１４ごとに、順次に画像処理部１８につき説明する。
【０１１０】
＜解像不良検査の画像処理＞
図９は、解像不良検査部１０で検出された画像の処理を行う画像処理部１８の構成を示すブロック図である。図９に示すように、画像処理部１８は、検査エリア設定部５８と、チャック制御部６０と、画像メモリ部６２と、比較部６４と、判定部６６とを具えている。
【０１１１】
検査エリア設定部５８は、検査しようとするウエハの表面領域に検査エリアを設定する。この解像不良の検査では、ウエハ全面の表面像を一度に検出して基準画像と比較するのではなく、ウエハ上の領域を複数の領域に分割して、各分割領域ごとに基準画像との比較を行う。すなわち、解像不良検査部１０のカメラ２２は、これら分割領域を検査エリアとして順次に検出してゆく。この構成例では、カメラ２２の光軸が固定されているので、チャック２４を動かすことによりカメラ２２で捉えられるウエハ上の領域を変えている。
【０１１２】
このため、検査エリア設定部５８には、検査対象のウエハ上の領域を、いくつの領域に分割するかといった情報を外部から入力しておく。また、領域の分割数だけではなく、ウエハ上の非検査エリアも入力しておく。これらの情報は、オペレータがキーボード等の入力手段を用いてパソコン５４を介して入力される。この情報に基づいて、検査エリア設定部５８は他の手段の制御を行う。
【０１１３】
尚、基準ウエハに設定した検査エリアを基準エリアと呼び、被検査ウエハに設定した検査エリアを被検査エリアと呼んで、これらを区別している。この解像不良検査では、事前に検出しておいた基準エリアと、その基準エリアに対応した被検査エリアとを比較して、被検査エリアに形成されたパタンの良否の判定を行い、エリアごとに順次に検査を行っていく。
【０１１４】
チャック制御部６０は、検査エリア設定部５８から送られる制御信号と、画像処理部１８を構成する他の装置から送られる信号とに基づいて、ウエハチャック２４を制御する。ここでは、拡散光が照射されるウエハ上の領域を変化させたいので、カメラ２２の光軸に対するウエハ２６の角度をチャック２４が変化させる。また、チャック２４により、ウエハ２６を、そのウエハ中心部のウエハ表面に垂直な軸を中心にして１８０°ごとに回転させることも行われる。
【０１１５】
図１０は、ウエハ２６と拡散照明２０との２通りの位置関係を示す図である。図１０（Ａ）は、図１０（Ｂ）に示す側面図を、図中左側から見た図である。また、図１０（Ｃ）は、図１０（Ｄ）に示す側面図を、図中左側から見た図である。図１０（Ｂ）に示すウエハ２６は、水平方向から角度θ１だけ傾いており、従って、ウエハ２６上の、照明２０に近い側の領域Ｘと、照明２０に遠い側の領域Ｚとでは、照射される光の入射角度が異なっている。すなわち、領域Ｘの表面像を検出するときのウエハ２６に対する照射角度ａと、領域Ｚの表面像を検出するときのウエハ２６に対する照射角度ｂとが異なっている。このように、照射角度が異なっていると、パタンの見え方が異なってしまい、正確なパタンの検査ができなくなる。
【０１１６】
そこで、図１０（Ｄ）に示すように、領域Ｚの表面像を検出するときには、ウエハ２６の傾き角θ２を、角度θ１に比べて小さくしてやると良い。そして、領域Ｚに照射される光の入射角ｃが、上述の角度ａと同一になるようにしてやれば良い。このようにウエハの傾き角を変えることにより、常に、同様の照射状態で各表面像が検出される。
【０１１７】
尚、オリエンテーションフラット（図中のＯ．Ｆ）側の検査を行うときには、ウエハ２６を、その中心部に垂直な軸を中心にして１８０°回転させれば良い。
【０１１８】
ここで、解像不良検査時の画像検出の仕方（検査エリアの作成方法）につき、図１１、図１２および図１３を参照して、説明する。基準画像と被検査画像とは同様の方法で検出されるので、被検査画像を例にして説明する。
【０１１９】
先ず、ウエハ２６の全表面の像を検出してモニタ５２に映し出す。図１１（Ａ）には、ウエハ２６のオリエンテーションフラット（図１１（Ａ）のＯ．Ｆ）に直交する方向が、水平方向から３０°だけ傾いたときのウエハの表面像の様子が示されている（すなわち、θ１＝３０°）。ウエハ２６は、カメラ２２の側から見ている。図に示すように、ウエハの表面には、ＬＳＩパタンが形成されている。尚、以下、ＬＳＩパタンを省略して図示する。
【０１２０】
そして、検査領域を設定するため、ウエハ上に楕円形状の領域を設定する（図１１（Ｂ））。この検査楕円Ｄ１の領域の設定は、検査楕円Ｄ１の横直径Ｍ１と縦直径Ｌ１とを指定することにより行う。これらの数値は、上述した検査エリア設定部５８に入力される。このようにして設定した検査領域以外のウエハ上の領域は、検査エリアとして設定されなくなる。
【０１２１】
次に、上部非検出領域と下部非検出領域とを決定する（図１１（Ｃ））。このために、検査楕円Ｄ１の中心Ｓから、上部縦長さＮ１だけ図中上側に離間した位置に上部境界線ｊ１を設定する。また、検査楕円Ｄ１の中心Ｓから、下部縦長さＯ１だけ図中下側に離間した位置に下部境界線ｋ１を設定する。これにより、上部境界線ｊ１よりも照明に近い側のウエハ２６の表面領域が、上部非検査領域となる。また、下部境界線ｋ１よりも照明から遠い側のウエハ２６の表面領域が、下部非検査領域となる。図１１（Ｄ）に示すように、検査楕円Ｄ１の外部領域、上部非検査領域および下部非検査領域が非検査領域として設定され、それ以外のウエハ２６上の表面領域（図１１（Ｄ）の斜線を付した領域ｉ１）が検査領域（検査エリア１と称する。）として設定される。
【０１２２】
次に、図１１（Ｄ）に示す状態から、ウエハ２６を、検査楕円Ｄ１の中心Ｓに垂直な軸を中心として１８０°回転させる（図１２（Ａ））。そして、上述した検査領域ｉ１を今度は検査エリア２として設定する。
【０１２３】
次に、図１２（Ａ）の状態から、さらに、ウエハ２６を１８０°回転させることによって元の状態（図１１（Ｄ））に戻す。そして、ウエハ２６の傾き角を大きくする（θ１＝４５°の状態になる。）。この状態で、検査楕円Ｄ２の設定を、横直径Ｍ２と縦直径Ｌ２とを設定することにより行う（図１２（Ｂ））。
【０１２４】
続いて、上部非検査領域および下部非検査領域の設定を、上部縦長さＮ２および下部縦長さＯ２の設定すなわち上部境界線ｊ２および下部境界線ｋ２の設定により行う（図１２（Ｃ））。このようにして、非検査領域を除外したウエハ上の領域（図１２（Ｄ）の斜線を付した領域ｉ２）を、検査エリア３として設定する（図１２（Ｄ））。また、この状態から中心Ｓに垂直な軸を中心として１８０°回転させ、領域ｉ２を、今度は検査エリア４として設定する（図１３（Ａ））。
【０１２５】
さらに、ウエハ２６の傾き角を大きくして（θ１＝６０°）、同様にして、検査エリア５（図１３（Ｂ）の領域ｉ３）および検査エリア６（図１３（Ｃ）の領域ｉ３）を設定する。
【０１２６】
以上説明したように、ウエハの傾斜角が大きい程、照明に近い方に検査エリアが設定される。そして、検査エリアの設定ごとに比較および判定を行い、各検査エリアごとにパタンの良否の判定がなされる。すなわち、検査手順は、ウエハの傾き角の設定、検査エリアの設定、被検査画像の検出、基準画像と被検査画像との比較および被検査画像のパタン良否の判定といった具合に進められる。この手順を検査エリアを変えて複数回繰り返すことにより、被検査ウエハの全面に亘ってパタンの良否の判定が行われる。
【０１２７】
また、上述の手順を行うに当たり、検査エリアごとに検出した表面像を画像メモリ部６２に格納しておき、比較および判定を、ウエハの表面の全領域に亘って検査エリアが検出されてから行ってもよい。
【０１２８】
次に、比較部６４の詳細な構成につき説明する。図９において、この構成例の比較部６４は、エッジ処理部６８、画素計数部７０および画素数比較部７２を具えている。
【０１２９】
エッジ処理部６８は、検出したウエハの表面像にエッジ強調処理を施す装置である。この処理部６８により、基準画像および被検査画像に対して共にエッジ強調処理が施される。エッジ強調処理（微分フィルタ）は、画像処理において通常に用いられる処理であり、微分化処理とも呼ばれる。このエッジ強調処理の結果、基準画像中あるいは被検査画像中の境界線が強調される。このようにして、画像中の明暗の変化の大きい部分が抽出される。解像不良部分は、他の部分に比べて明るくなるので、その境目が変化点として検出される。この解像不良部分を検出するために、各エリアごとに、濃度差のしきい値が設定されている。
【０１３０】
画素計数部７０は、エッジ強調処理済の基準エリアまたは被検査エリアを構成する各画素の、第１明度差以下の画素数と第２明度差以上の画素数とを基準値または被検査値としてそれぞれ計数し、これら基準値または被検査値をメモリ手段に記録する装置である。ここでは、このメモリ手段は、画素計数部７０に設けられているものとする。尚、基準値は、一度計数されれば、後はメモリ手段に格納しておき、被検査値が画素数比較部７２に入力されるタイミングで、基準値も画素数比較部７２に入力されるように構成しておけばよい。
【０１３１】
画素数比較部７２は、メモリ手段から基準値および被検査値をそれぞれ読み出し、これら基準値および被検査値を比較する装置である。このようにして、比較部６４からは、基準値と被検査値との比較の結果が出力される。ここでは、この比較の結果は、基準値および被検査値の一致率として出力される。この一致率は判定部６６に送られ、その一致率に応じて判定部６６は被検査ウエハに形成されたパタンの良否の判定を行う。この判定結果は、装置制御用パソコン５４に送られ、制御用モニタ５６等で視認される。そして、装置制御用パソコン５４は、判定結果の入力と共に、検査エリア設定部５８に対して、次のエリアを設定するように命令する。
【０１３２】
ここで、明度差分布および一致率について説明する。比較部６４で検出された明度差ごとの画素数の分布は、明度差分布と称される。尚、この明度差分布は、基準画像および被検査画像に対してそれぞれ求められるものであり、それぞれ基準明度差分布および被検査明度差分布と称されている。例えば、図１４に、明度差分布の一例を、横軸に明度差を取り、縦軸に画素数を取って示す。
【０１３３】
図１４の１段目のグラフは、基準画像に対して求められた基準明度差分布であり、２段目および３段目のグラフは、被検査画像に対して求められた被検査明度差分布である。この図１４の例では、１段目の基準明度差分布はほぼ対象な山形の形状となっている。これに対して、２段目の被検査明度差分布は基準明度差分布に比べて極大点が図中右側（高明度差側）に移行した形状となっている。また、３段目の被検査明度差分布は、基準明度差分布に比べて極大点が図中左側（低明度差側）に移行した形状となっている。このように、図１４には、基準明度差分布と異なる形状の、２種類の被検査明度差分布が示されている。
【０１３４】
先ず、１段目のグラフにおける低明度差側の第１明度差以下の画素数（図１４の斜線領域ｍ１）を計数して、第１基準値を求めておく。また、１段目のグラフにおける高明度差側の第２明度差以上の画素数（図１４の斜線領域ｎ１）を計数して、第２基準値を求めておく。そして、２段目のグラフにおける第１明度差以下の画素数（斜線領域ｍ２）を計数して第１被検査値とし、第２明度差以上の画素数（斜線領域ｎ２）を計数して第２被検査値とする。また、３段目のグラフにおける第１明度差以下の画素数（斜線領域ｍ３）を計数して第１被検査値とし、第２明度差以上の画素数（斜線領域ｎ３）を計数して第２被検査値とする。画素数比較部７２において、これら第１被検査値および第１基準値の一致率と、第２被検査値および第２基準値の一致率とが、それぞれ求められる。
【０１３５】
ここで、一致率とは、２つの量がどれくらいの割合で一致しているかを表す値である。この一致率に基準（しきい値）を設定しておき、例えば６０％に設定したときに、各画素数の一致率が６０％以上であれば、これらの画素数は同一であると判定されるようになっている。
【０１３６】
第１被検査値および第１基準値の一致率は、判定部６６に送られて、そこでしきい値と比較される。図１４における１段目のグラフと２段目のグラフとに対しては、これらの画素数は同一であると判定される。これに対して、１段目のグラフと３段目のグラフとに対して第１明度差以下の画素数（斜線領域ｍ１およびｍ３）を比較したとき、これらは同一でないと判定される。
【０１３７】
また、１段目と２段目とに対して第２明度差以上の画素数（斜線領域ｎ１およびｎ２）の比較を行うと、これらは同一でないと判定される。これに対して、１段目と３段目とに対して第２明度差以上の画素数（斜線領域ｎ１およびｎ３）の比較を行うと、これらは同一であると判定される。
【０１３８】
結果として、図１４を参照して説明した例では、２段目および３段目の被検査明度差分布は基準明度差分布と異なると判定される。上述した例において、もしも、第１明度差だけしか設定されていなかった場合には、１段目のグラフと２段目のグラフとは、一致していると判定されてしまう。第２明度差を設定したことで、これらのグラフの相違が認識されている。このように、第１および第２明度差といったように、画素数を計数する領域を決める境界線（カウント数の上限値および下限値）を２つ設定しているので、１つだけ設定した場合に比べて、正確な判定が行える。尚、上述の境界線は２つ以上設定してもよい。
【０１３９】
以上説明したように、エリアごとに、濃度差のしきい値と、カウント数の上限値および下限値とを設定して、画像処理が行われる。そして、エリアごとにパタンの良否の判定が行われる。この実施の形態では、ひとつでも、否と判定されたエリアがあった場合には、そのウエハは不良品であると判定される。
【０１４０】
＜コート不良検査および現像不良検査の画像処理＞
コート・現像不良検査部１２で検出された画像の処理を行う画像処理部１８の構成は、図９を参照して説明した画像処理部１８の構成と同様である。相違している点は比較部６４の構成だけであるから、この点につき説明する。
【０１４１】
図１５は、コート・現像不良検査に用いられる比較部６４の構成を示すブロック図である。この構成例の比較部６４は、テンプレート設定部７４、明度分布読取部７６および明度分布比較部７８を具えている。
【０１４２】
解像不良の検出やキズの検出では、通常パタン部をできるだけ変化のない暗い映像（半暗視野化）にして、不良部分のみを明るく浮き立たせることにより、その差を認識させる方式を取っている。これに対して、コート不良および現像不良の検出は、ウエハ上のすべての部分を均一な光で照射し、見えるありのままを認識させる方式を取る。このような場合の認識方法（画像処理方法）は、テンプレートマッチングを使用する。すなわち、先ず、良品サンプル（基準ウエハの表面像）を、各テンプレートに分割して、それぞれのパタン形状を装置に記憶させておく。そして、検査時に、同じ場所同士のテンプレートを比較し、それぞれの相関値（一致率）を計算する。前もって登録しておいた相関値をひとつでも下回るものがあれば、そのウエハは不良と判断される。
【０１４３】
テンプレートの作成は、特殊な方法で行われる。ウエハ上のパタンは、主に同じ模様（チップ）の繰り返しではあるものの、配列状態は品種によって様々である。品種によっては、異なるチップ（テグと呼ばれるトランジスタ製造測定用チップ）が数か所混じる場合がある。また、ウエハ周辺のチップには、欠けているものもある（図１６（Ａ）参照）。これらの理由から、チップをひとつのテンプレートとして記憶させてそれを繰り返し並べることによっては、ウエハ全体を正確に検査することができない。そこで、ウエハ専用の特殊なテンプレート作成方法が必要となる。以下、その手順につき、図１６および図１７を参照して、説明する。
【０１４４】
図１６（Ａ）を見ると、ウエハ２６上にはＬＳＩパタンがチップの集合として形成されているが、ウエハ外周に接する部分に形成されたチップは欠けていることが分かる。このように欠けているチップは製品とならないので、検査する必要がない。従って、これらのチップを除外した領域をテンプレートとして作成する。
【０１４５】
先ず、ウエハ表面に検査円Ｅを設定する（図１６（Ｂ））。この検査円Ｅの設定は、検査円の直径Ａを指定することにより行う。
【０１４６】
次に、テンプレートの外枠Ｔを設定する（図１６（Ｃ））。横寸法は検査円の直径Ａと等しくし、縦寸法は、検査円の直径Ａからオリエンテーションフラット側を任意の長さだけ削除した残りの寸法Ｂとする。
【０１４７】
外枠Ｔで囲まれたテンプレートを、任意の数の矩形領域に分割する（図１７（Ａ））。分割数Ｃを指定することにより、同じ面積の矩形領域がテンプレートとしてＣ×Ｃ個作成される。図１７（Ａ）においては、外枠Ｔが４×４個に分割されて、１６個のテンプレートａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏおよびｐが作成されている。
【０１４８】
次に、非検出領域（図１７（Ｂ）の斜線領域）を指定する。先に作成されたテンプレート中で、検査円外の部分は検査対象から除外される。図１７（Ｂ）に示すように、テンプレートａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｈ、ｉ、ｌ、ｍ、ｎ、ｏおよびｐがその非検出領域を保有しており、これらのテンプレートの形状は長方形ではなくなる。
【０１４９】
最後に、テンプレートのサーチ領域（サーチエリア）を指定する（図１７（Ｃ））。サーチエリアとは、検査物体が位置ずれを起こした場合でも、目的のテンプレートを見つけることができるように設けられる領域のことである。つまり、位置ずれがサーチエリアの範囲内であれば、検査を行うことが可能である。テンプレートの一辺の長さよりもどれだけ大きいかという値Ｄを入力することで、サーチエリアの大きさと位置とが同時に決定される。図１７（Ｃ）においては、テンプレートａのサーチエリア（図１７（Ｃ）のｕ領域）のみが表示されているが、テンプレートｂ〜ｐにもすべて同様にサーチエリアが設定される。
【０１５０】
このように作成したテンプレートによれば、所望の領域だけをテンプレートマッチングの対象領域とすることができる。また、ウエハの形状やサイズ等に合わせてテンプレートを作成することができる。
【０１５１】
以上説明したテンプレートの作成は、上述のテンプレート設定部７４で行われる。このテンプレート設定部７４には、予め、検査円直径Ａや分割数Ｃなどを入力しておく。画像メモリ部６２には、カメラ３４で検出した基準画像や被検査画像が格納されている。この基準画像や被検査画像は、解像不良検査時と異なり、ウエハ表面の全領域に亘る表面像である。従って、エリアごとに検出されるのではない。そして、テンプレート設定部７４は、画像メモリ部６２から基準画像または被検査画像を読み出し、この画像に対して上述の方法でテンプレートを設定する。
【０１５２】
テンプレートマッチングは、複数の画像同士をテンプレートごとに比較する手法である。そして、この比較は、テンプレート内を構成する各画素の明度の分布状態の比較である。明度分布読取部７６は、テンプレート設定部７４で作成されたテンプレートを呼び出し、そのテンプレートにおける画素の明度分布を読み取る。明度分布読取部７８は、テンプレートごとに、基準画像における画素の明度分布と、被検査画像における画素の明度分布とを読み取り、その読取結果を明度分布比較部７８へと出力する。明度分布比較部７８は、基準画像における画素の明度分布と被検査画像における画素の明度分布とを比較し、その相関値（一致率）を計算する。この相関値が比較結果として判定部６６に出力される。
【０１５３】
ここで、基準画像および被検査画像の画素の明度分布を比較する方法としては、例えば、グレースケールパタンマッチングという手法、数学的にいうと、正規化２次元相関係数を用いる手法で行う。
【０１５４】
また、上述の明度分布とは、明度と画素数との関係を表す分布のことではなく、テンプレート上の位置ごとの明度の分布を表すものである。
【０１５５】
判定部６６は、解像不良検査で説明したのと同様の動作をする。そして、ひとつでも不良と判定されたテンプレートがある場合には、その被検査画像すなわち被検査ウエハに形成されたパタンが不良であると判定されることになる。
【０１５６】
＜キズ検査の画像処理＞
キズ検査部１４で検出された画像の処理を行う画像処理部１８の構成は、図９を参照して説明した画像処理部１８の構成と同様である。相違している点は、検査エリアを１つだけ設定する点である。すなわち、キズ不良検査では、ウエハの表面の全領域に亘る表面像から非検出エリアを除いた領域を検査エリアとして設定する。また、キズ検査時にはウエハを傾けることはしないので、検査エリアは１つでよい。
【０１５７】
図１８は、キズ検査時のエリア作成方法の説明に供する図である。図１８（Ａ）には、ウエハをカメラ４６の視点から見た様子が示されている。図１８（Ｂ）において、先ず、検査円Ｑが設定される。検査円Ｑは直径Ａを指定することにより設定される。このようにして、検査円外周部の非検出領域が設定される。また、検査円直径Ａからオリエンテーションフラット側を任意の長さだけ削除した残りの寸法Ｂを設定する（図１８（Ｃ））。このようにして、オリエンテーションフラット側の非検出領域が設定される。これら非検出領域を除外したウエハ上の領域が検査エリア（図１８（Ｄ）の斜線領域）として設定される。
【０１５８】
後は、基準画像と被検査画像とに対して、それぞれに設定された検査エリア同士を比較すればよい。この比較は、解像不良検査で説明した検査エリアごとの画素数カウント方式により行われる。すなわち、第１明度差以下の画素数と第２明度差以上の画素数とを、基準画像および被検査画像に対し、それぞれ基準値および被検査値として計数する方式である。そして、比較部６４において、基準値および被検査値の一致率が計算され、判定部６６において、パタンの良否の判定が行われる。
【０１５９】
【発明の効果】
この発明のウエハのマクロ検査方法によれば、ウエハの表面像を検出部により検出し、検出した表面像を画像処理部により解析する。そして、基準画像および被検査画像を検出してこれらの画像を比較することにより、検査基準となる基準ウエハに形成されたパタンと、検査対象である被検査ウエハに形成されたパタンとを比較することができる。従って、ウエハの解像不良の外観検査を行うことができる。そして、例えば、検出部と画像処理部とをコンピュータ装置により制御すれば、自動的にこの外観検査が行える。従って、作業工数の著しい削減を図ることができる。また、作業者の熟練度に頼らない、確実な検査を行うことができる。
また、この発明のウエハのマクロ検査方法によれば、基準画像と、これに対応する被検査画像とに対して、それぞれエッジ強調処理を施し、ある明度差の範囲の画素数を計数する。そして、各画像に対して求めた画素数同士を比較することにより、これらの画像の類似度を得ることができる。
【０１６０】
また、この発明のウエハのマクロ検査方法によれば、基準ウエハ上の表面領域を基準エリアという部分領域毎に分割して、各基準エリアの表面像を検出する。基準エリアの表面像の検出の際に、検査光が各基準エリアに一定の角度で入射されるように、照明に対する基準ウエハの傾きを調節する。このようにすると、基準ウエハ上の各領域に同様の均一な照明を行うことができるので、色むらの見え方が一定となる。従って、検出誤差を考慮した検査が可能である。
【０１６１】
また、この発明のウエハのマクロ検査方法によれば、被検査ウエハ上の表面領域を被検査エリアという部分領域毎に分割して、各被検査エリアの表面像を検出する。被検査エリアの表面像の検出の際に、検査光が各被検査エリアに一定の角度で入射されるように、照明に対する被検査ウエハの傾きを調節する。このようにすると、被検査ウエハの各領域に同様の均一な照明を行うことができるので、色むらの見え方が一定となる。従って、検出誤差を考慮した検査が可能である。
【０１６９】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、ウエハの表面像を検出する画像検出部と、検出した表面像を解析するための画像処理部とを具えている。そして、この画像検出部は、解像不良の検査を行う解像不良検査部を具えており、この検査部で検出された画像は、上述した画像処理部で処理される。従って、ウエハの解像不良の外観検査が行える。また、例えば、画像検出部と画像処理部とをコンピュータ装置により制御すれば、自動的にこの外観検査が行える。従って、作業工数の著しい削減と、作業者の熟練度に頼らない確実な検査とを実現できる。
【０１７０】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、ウエハの表面に拡散光を照射して、第１検出部で表面像を検出するので、ウエハの表面に形成されたパタンの解像不良を検査することができる。
【０１７１】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、支持部がウエハの姿勢を調整する機能を有しているので、適当な照射角度に設定することができる。従って、ウエハの品種・工程によって生じる検出誤差を考慮することができるので、さらに確実な検査を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置の構成を示す図である。
【図２】解像不良検査部の構成を示す図である。
【図３】解像不良の検出原理を示す図である。
【図４】コート・現像不良検査部の構成を示す図である。
【図５】コート不良および現像不良の検出原理を示す図である。
【図６】キズ検査部の構成を示す図である。
【図７】キズの検出原理を示す図である。
【図８】照明とウエハの配置を示す図である。
【図９】解像不良検査に用いられる画像処理部の構成を示す図である。
【図１０】ウエハと照明の配置を示す図である。
【図１１】検査エリアの作成方法を示す図である。
【図１２】図１１に続く、検査エリアの作成方法を示す図である。
【図１３】図１２に続く、検査エリアの作成方法を示す図である。
【図１４】明度差分布グラフを示す図である。
【図１５】コート・現像不良検査に用いられる比較部の構成を示す図である。
【図１６】テンプレート作成方法を示す図である。
【図１７】図１６に続く、テンプレート作成方法を示す図である。
【図１８】検査エリアの作成方法を示す図である。
【符号の説明】
１０：解像不良検査部
１２：コート・現像不良検査部
１４：キズ検査部            １６：画像検出部
１８：画像処理部      ２０、３２：拡散照明
２２：第１検出部
２４：チルト式ウエハチャック
２６：ウエハ                ２８：外光遮断箱
３０：レジスト              ３４：第２検出部
３６：固定式ウエハチャック  ３８：ハーフミラー
４０：下地パタン            ４２：レジスト
４４、４４ａ、４４ｂ：スポット照明
４６：第３検出部
４８：上下式ウエハチャック  ５０：画像処理装置
５２：モニタ
５４：装置制御用パソコン    ５６：制御用モニタ
５８：検査エリア設定部      ６０：チャック制御部
６２：画像メモリ部          ６４：比較部
６６：判定部                ６８：エッジ処理部
７０：画素数計数部          ７２：画素数比較部
７４：テンプレート設定部    ７６：明度分布読取部
７８：明度分布比較部        ８０：通信用ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
0003657076.tif 000008
【図８】
0003657076.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003657076.tif 000015
【図１５】
0003657076.tif 000016
【図１６】
0003657076.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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