(57)【要約】【課題】ウエハの端面領域の欠陥を検出する検査装置において、欠陥の種類の分類や致命性を判定できる手法がなかった。【解決手段】本発明では、異なる角度からの照明系を用い、各照明系に用いる光源の波長の帯域を別にする。このことにより、撮像される反射光、散乱光はいずれの照明によるものかを弁別できる。また、各方向の照明による反射光、散乱光の強度の特性は欠陥の種類により異なる。これらの特性をもとに、欠陥の種類を分類することができる。また、検出サイズや欠陥の存在箇所の情報をこれと組み合わせることにより致命性判定も可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照明手段および光撮像手段を有し半導体ウエハの端面領域の欠陥を検出する検査装置において、前記光照明手段として被検査面に対して低角度で光を照射する照明手段と被検査面に対して光を高角度で照射する手段を具備し、高角度照明により得られた画像信号をもとにした欠陥検出処理と低角度照明により得られた画像信号をもとにした欠陥検出処理を個別に行い、前記各照明により得られる欠陥信号強度の特徴の差異をもとに欠陥分類を行うことを特徴とする、ウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置。
【請求項２】
前記、高角度の照明手段と低角度の照明手段の照明光として、異なる帯域の波長を用い、波長帯域別に欠陥検出処理することを特徴とする請求項１記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置。
【請求項３】
前記高角度照明系と画像検出系に各１枚の偏光フィルタを互いの偏光方向を直交する方向に配置することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置。
【請求項４】
前記欠陥の種類の分類結果、欠陥の存在箇所情報および欠陥の寸法をもとに欠陥の致命性判定を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、半導体ウエハの端部の欠陥を検出する検査方法および装置に関するものである
【背景技術】
【０００２】図２に半導体ウエハの端面の部分断面図の例を示す。半導体ウエハの端面断面が同図（ａ）のように矩形状であると端部が傷付き、クラックが発生しやすく、同図（ｂ）に示すように、面取り、及び又は、球面加工されるようになってきている。ウエハ端面の検査対象領域は、例えば、端面部、面取り部、周辺の平坦部に大別される。ウエハ製造メーカにおけるウエハ端面加工後の検査は主に端面部や面取り部が検査対象であり、ウエハ加工時に発生する傷、クラック、異物などを検出する。特に傷、クラックは致命欠陥となるので不良として除去しなければならない。半導体製造メーカの製造工程中では端面部、面取り部、周辺の平坦部が検査対象領域となり、傷、クラックのほか、フォトレジスト残り、膜残り、異物などを検出する。傷、クラックなどはどの工程でも致命欠陥となりうるが、他の欠陥はその大きさ、存在場所、種類により致命か非致命かが異なる。例えば、端面や面取り部の小さな異物やレジスト残りは致命にはならないが、周辺の平坦部に存在するレジスト残り、膜残りや大きな異物は工程によっては致命不良となりうる。したがって、検査終了後に、欠陥を目視確認して分類しなければならないが、特に、ウエハ端面部には非致命の小さい異物が多数付着しており、これを１個ずつ目視で他の欠陥と分類して致命性判定するのでは検査効率が低下する。また、レジスト残りや膜残りも場所や大きさにより致命になる場合も非致命になる場合もあり、これらも欠陥検出時に確度の高い分類ができることが望まれている。一般に、人は欠陥をその形状、色、濃度などの情報と過去の知識をもとに分類している。【０００３】これらクラックや傷のような欠陥を検査するウエハ端部の欠陥検査装置としては、例えば、特許第２９９９７１２号公報（以下、公知例１とよぶ）や特許公開第２００３−２８７４１２号（以下、公知例２とよぶ）に掲載された構造のものがある。これらはともにレーザ光をウエハ端面部に照射して、端面部のクラックや傷などから反射や散乱されるレーザ光を検出しようとするものである。しかし、これらは単にレーザ光の反射光を検出するだけであるので、欠陥の形状や色、濃淡などの情報は取れないので、異物とクラック、傷などの分類を行うことは原理上難しい。また、詳細は不明であるがカラー画像処理により欠陥検査を行う装置も公表されている。【０００４】図４に、現在市販されている端面の欠陥検査装置の基本構成を示す。ウエハはウエハチャックに固定され、ウエハ端部の表面の欠陥を検出する光学系、裏面の欠陥を検出する光学系、端面を検出する光学系から構成される。検出はレーザを走査して欠陥信号を撮像するもの、一般的な照明で画像を撮像するものなどがあるが詳細は公表されていない。前記のごとくレーザ照射方式では異物とクラック、傷などの分類を行うことは原理上難しく、高角度の照明では細い筋状のクラックは検出困難である。また、半導体製造工程におけるウエハ端面の欠陥検査装置において、欠陥分類が可能であると公表している装置はない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】本発明は従来の技術において問題となっている課題を解決するために考案されたものであり、その課題は、端面検査において検出が要求される、傷、クラック、フォトレジスト残り、膜残り、異物など多種の欠陥を検出すると同時に、これら検出欠陥の種類や致命性を確度高く分類するウエハ端面の欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】本発明における請求項１記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置は、光照明手段および光撮像手段を有し半導体ウエハの端面領域の欠陥を検出する検査装置において、前記光照明手段として被検査面に対して低角度で光を照射する照明手段と被検査面に対して高角度で光を照射する手段を具備し、高角度照明により得られた画像信号をもとにした欠陥検出処理と低角度照明により得られた画像信号をもとにした欠陥検出処理を個別に行い、各照明により得られる欠陥信号強度の特徴の差異をもとに欠陥分類を行うことを特徴とするものである。
【０００７】本発明における請求項２記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置は、前記、高角度の照明手段と低角度の照明手段の照明光として、異なる帯域の波長を用い波長帯域別に欠陥検出処理することにより、どちらの照明による欠陥信号かを識別可能とすることを特徴とするものである。
【０００８】本発明における請求項３記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置は、前記高角度照明系と画像検出系に各１枚の偏光フィルタを互いに偏光方向が直交する方向に配置することにより透明膜や半透明膜の検出および他の欠陥との識別を可能とすることを特徴とするものである。
【０００９】本発明における請求項４記載のウエハ端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置は、前記欠陥の種類の分類結果、欠陥の存在箇所情報および欠陥の寸法をもとに欠陥の致命性判定を行うことを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】以下、本発明の実施の形態を具体的に説明するが、この実施の形態は、本発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。【００１１】〔光学系の構成〕図１に本発明の光学系の構成例を示す。図の例ではウエハ１の表面のエッジ領域と面取り部を検出する光学系１、ウエハ１の裏面のエッジ領域と面取り部を検出する光学系２およびウエハ１の端面部を検出する光学系の３軸の光学系３を配置している。前記３式の光学系の構成は略同一である。各光学系の照明系は低角度照明系、高角度照明系からなる。ここで、本発明では、高角度照明と低角度照明の区別は、照明光を平坦なウエハ面に照明したとき、その反射光が対物レンズ７に入射するかどうかの臨界角とする。この角度は対物レンズ７の開口数により定まる。なお、装置の基本構成は図４と同様である。【００１２】低角度照明系は、狭帯域波長照明光源２を有し、斜方からウエハ面を照射する。光源としては、例えばレーザ、ＬＥＤあるいは広帯域波長の照明光を光学フィルタを通して狭帯域波長としたものなどを用いる。狭帯域波長照明光源２の照明光は集光レンズ３にてウエハ面に集光する。高角度照明系は図１の例では同軸落射照明であるが、高角度からのリング照明でもよい。照明光は広帯域波長照明光源４、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、水銀灯、白色ＬＥＤなどを用いる。広帯域波長の高角度照明はハーフミラー６、対物レンズ７を通してウエハ面に集光する。光学フィルタ５は挿入無しの状態と挿入状態を切り替え可能とするのが好ましい。低角度照明光の波長帯域を遮断する光学フィルタ５を挿入すれば低角度照明光と高角度照明光を分離できる。また、フォトレジスト残り、透明膜や半透明膜残りの欠陥検出を行う場合には光学フィルタ５を偏光フィルタにし、撮像素子９の前に偏光フィルタを光学フィルタ８として挿入する。ここで、光学フィルタ５と光学フィルタ８の偏光フィルタは互いに直交する方向に配置する。欠陥からの散乱光の散乱方向はその照射角に依存するので、低角度照明系は複数の照射角θ１の照明系の組み合わせ、例えばθ１が１０度以下の照明と数１０度の照明の組み合わせなどでもよく、これにより欠陥からの散乱光の照射角依存性の影響が低減する。【００１３】低角度照明による画像と高角度照明による画像は撮像素子９に同時に結像される。撮像素子９は、カラーＣＣＤカメラなど広波長域の画像信号を波長帯域別に、例えばＲ（赤の波長帯域）Ｇ（緑の波長帯域）Ｂ（青の波長帯域）を分離して検出できるものとする。このことにより、例えば、狭帯域照明光源２を赤色とすると、低角度照明により欠陥に照射および反射散乱された光はＣＣＤカメラの赤信号に変換される。高角度照明により欠陥に照射および反射散乱された光はＲＧＢの画像信号に変換される。ここで、前記のように高角度照明系の光学フィルタ５を低角度照明光の波長帯域を遮断するフィルタ、すなわちこの例では赤色の波長帯域だけを遮断するフィルタにすると高角度照明系からえられる画像信号はＧＢのみの信号に変換される。撮像素子９のＲＧＢ出力は、帯域別画像処理回路１０にて各帯域個別に並列信号処理する。【００１４】��欠陥信号の特徴と分類判定処理］次に、検出対象の欠陥の種類と各照明系による反射光、散乱光の一般的な性質について説明する。図５に異物と反射光、散乱光の関係を示す。一般に異物は図示のように異形をしたものや比較的丸い形状のものが多い。これらに、低角度照明光を照射すると、ウエハ表面での反射光は対物レンズ７には入射しない。一方異物からの散乱光は各方向に散乱してその一部が対物レンズに入射し撮像素子９上に結像検出される、すなわち低角度照明では異物はウエハ面に比して明るく観察される。高角度照明光を照射すると、ウエハ面からの反射光はそのまま正反射して対物レンズ７に入射するが、異物からの散乱光は各方向に散乱するので対物レンズ７に入射する光量は少なくなる、すなわち、高角度照明では一般に異物はウエハ面に比して暗く観察される。このように、照射角が異なる照明により得られる信号強度の特徴は大きく異なる。【００１５】図６に傷のようにウエハ面が凹状に削られた場合の例を示す。低角度照明による散乱光は凹部の端部で各方向に散乱してその一部が対物レンズ７に入射する。一方、凹部の内部には光が入射しないので、この部分からの散乱光は少ない。すなわち凹部の端部はウエハ面よりも明るく、凹部の内部は端部よりも暗く観察される。一方、高角度照明による反射光散乱光は、ウエハ面からは正反射して明るい検出信号に、凹部端部では散乱してその一部が対物レンズ７に入射する。この凹部端面からの光強度は端部の凹凸の程度と照射角度により強度は異なるがウエハ表面よりは暗くなり、凹部内部からの反射散乱光は少ないので凹部内部からの散乱光強度は暗くなる。すなわち、凹部の内部はウエハ面よりも暗く観察される。図７に示す、極めて細い筋状のクラックの場合、低角度照明による散乱光により細い筋状の欠陥として検出されるが、高角度照明の場合このような細い欠陥による散乱光強度は極めて小さいので、高角度照明での検出感度は低くなる。なお、傷やクラックは一般に細長くかつ直線状の形状を示すものが多い。【００１６】図８にフォトレジスト残りや透明または半透明の膜残りの不良の例を示す。これらの欠陥は一般に膜厚が１μｍ程度あるいはそれより極めて薄い欠陥であり、表面が滑らかであるという特徴をもっている。低角度照明では、ウエハ表面や欠陥表面での反射光は対物レンズ７に入射されず、欠陥端部からの散乱光だけが明るく検出される。すなわち欠陥の周囲だけが明るく観察される。高角度照明では、ウエハ面からの光は正反射し、欠陥である膜部では膜表面からの反射光と膜下面からの反射光が干渉を引き起こす。干渉は膜厚、膜の屈折率、光の波長の関係で光の濃淡差が発生することであるが、広帯域波長の照明光の場合は干渉色を呈する場合が多い。なお、特定の波長を吸収する特性を有する膜の場合は色変化を起こす。また、欠陥の端部は図のように散乱されて暗くなる。すなわち、欠陥の端部は暗く、内部は暗くまたは色変化を起こす。なお、透明や半透明欠陥を検出するには、図１の光学フィルタ５と光学フィルタ８を偏光フィルタとし、各偏光フィルタの方向を直交させると、偏光顕微鏡の原理で欠陥部のみを鮮明に検出できる。また、有機物欠陥を弁別検出するには、例えば高角度照明として紫外線を含むものを用い、光学フィルタ５として紫外線だけを透過させるフィルタ、光学フィルタ８として紫外線を遮光するフィルタを用いると、紫外線照射により有機物から励起された蛍光を検出できる。このことにより、異物が有機物か無機物か、膜残りがフォトレジストか無機膜か、などを弁別可能となる。不透明な金属膜、例えば銅の膜が残っている場合は、反射光、散乱光が銅色になるという特徴を利用することができる。欠陥の形状が直線状かどうかは、欠陥の各画素の座標を回帰分析し、回帰式の回りの分散値の大小により評価できる。また、細線かどうかは、例えば欠陥の周囲長（輪郭の長さ）と欠陥の面積をもとに評価できる。【００１７】以上述べた、広帯域波長の高角度照明による各種欠陥からの反射光や散乱光の波長別の信号特性と、狭帯域波長の低角度照明により各種欠陥から得られる信号特性の一般的な特性を表１にまとめる。【００１８】
【表１】
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【００１９】表１内の明暗の記載は特記ない時は、下地であるウエハ表面から得られる信号強度に比しての明るさの相対値であり、欠陥部とウエハ表面部の信号の差分をとり、差分値が正の場合を明、負の場合を暗とする。また、差分値の絶対値をコントラストとし、コントラストがあらかじめ設定したしきい値以上かどうかでしきい値判定処理する。欠陥の端部領域か内部領域かの区別は、検出した欠陥形状の外周輪郭領域を端部領域、輪郭領域の内部に包含される領域を内部領域とする。なお、微細な欠陥には内部領域が存在しないので、端部領域の情報をもとに分類処理を行う。このように、表１をもとに論理的に判断することにより、各種の欠陥を高い確率で分類することが可能となる。また、一般に素子形成工程のウエハはその処理工程により致命欠陥の種類や大きさが異なる。したがって、致命性の判定しきい値は工程別に欠陥の存在箇所と欠陥の種類別にあらかじめ定めておく。例えば、端面部や面取り部の異物の致命性判定欠陥サイズは表面や裏面の平坦部の判定サイズよりも大きくし、平坦部の金属性の膜残りの致命性判定欠陥サイズは異物やフォトレジストや透明膜残り欠陥の致命性判定サイズよりも小さくする、などにより的確な致命性判定を行うことが可能となる。このように、非致命の欠陥を無視し、検出が必要な欠陥だけを分離検出することにより、検査後の欠陥確認作業が大幅に削減され、さらに不良ウエハと良品ウエハを自動選別することも可能となる。【００２０】〔画像処理システム構成例〕図９の破線部に囲まれた部分に帯域別画像処理回路１０のシステム構成例を示す。撮像素子９のＲＧＢ各出力は３本の並列画像処理回路に分離して入力される。本画像処理回路の動作機能をＲ画像信号の処理回路を例にとって説明する。Ｒ画像信号は画像補正回路１１にてシェーディング補正、ガンマ変換などを行う。その後信号は分離され、一方が例えばＦＩＦＯメモリからなる画像遅延回路１２に入力され、予め定められたＣＣＤの走査ライン数信号を遅延させる。この遅延画像出力と遅延させていない信号の差分信号を差分器１３でもとめる。差分器１３の信号をしきい値レジスタ１４の設定値と比較器１５で比較して欠陥出力を得る。欠陥出力信号は欠陥メモリ１７の制御信号として使用され、本図では省略するが、欠陥部のＸＹ各座標を欠陥メモリ１７に入力する。一方、画像遅延回路１１の出力と差分器１３の出力（差分画像）はさらに画像遅延回路１６により遅延させる。これは欠陥出力のタイミングと各画像信号を同期させるためである。画像遅延回路１６の出力も欠陥部のＸＹ各座標と同時に欠陥メモリ１７に入力する。このことにより、欠陥座標と欠陥部近傍の画像信号および差分画像信号を同時に記録することができる。なお、同様にＧ信号、Ｂ信号も並列に画像処理される。各欠陥メモリ１７の内容はＣＰＵ１８に入力され、欠陥サイズの抽出、欠陥分類および致命性判定を行う。本帯域別画像処理回路１０は撮像素子９の出力画像信号を連続でパイプライン処理する高速欠陥検出回路であり、検査の高速化に有効である。撮像素子９としては、一次元ラインセンサによるラインカメラ、二次元のエリアカメラともに本システムで適用可能である。
【発明の効果】
【００２１】以上述べたように、本発明によれば、ウエハ端部に存在する各種欠陥を確度高く検出、分類しさらに致命性の判定を行うことができ、ウエハ端面検査装置の検査効率が大幅に向上し、その結果半導体ウエハの品質向上に大きく貢献できることは明らかである。
【産業上の応用分野】
【００２２】本発明は、半導体ウエハの端部の欠陥検査方法および欠陥検査装置に適用でき、半導体ウエハの製造メーカにおける品質管理、出荷検査、半導体製造メーカにおけるウエハの受入検査、品質管理、不良対策用途などにも適用できる。ウエハの種類としてはシリコンウエハだけでなく、化合物半導体、石英ウエハなどに適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における欠陥検出系の説明図である。
【図２】半導体ウエハの端部の断面の説明図である。
【図３】ウエハの断面方向からみた欠陥の種類の説明図である
【図４】ウエハの断面方向からみた端面の欠陥検査装置の基本構成の説明図である。
【図５】ウエハの断面方向からみた異物からの反射光、散乱光の説明図である。
【図６】ウエハの断面方向からみた傷からの反射光、散乱光の説明図である。
【図７】ウエハの断面方向からみた細いクラックからの反射光、散乱光の説明図である。
【図８】ウエハの断面方向からみたフォトレジストや透明、半透明膜残りの欠陥からの反射光、散乱光の説明図である。
【図９】帯域別画像処理回路のシステム構成例である。
【符号の説明】
１    半導体ウエハ    ２    狭帯域波長照明光源    ３    集光レンズ
４    広帯域波長照明光源    ５    光学フィルタ    ６    ハーフミラー
７    対物レンズ    ８    光学フィルタ    ９    撮像素子
１０  帯域別画像処理回路  １１  画像補正回路  １２  画像遅延回路
１３  差分器  １４  しきい値レジスタ  １５  比較器
１６  画像遅延回路  １７  欠陥メモリ  １８  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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