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図面 (8)

課題

欠陥の見逃しや、近接した欠陥の画像の重なりを防止して、欠陥計数誤差が低減する。

解決手段

ウェーハ7の表面を微分干渉顕微鏡撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数計数する欠陥検査方法である。撮影画像中輝度が変化する点を基に欠陥を検出する。撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当該強調した部分を2値化することによって近接した欠陥も重なることなく検出し、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する。欠陥検査装置1は、上記機能を有する境界強調部12、欠陥検出部13及び欠陥計数部14からなる。

概要

背景

シリコンウェーハ等の結晶欠陥としてはOSFやBMD等がある。シリコンウェーハをエッチングすると、その表面に深さ数μmの小さな穴であるエッチピットが現れることがある。このエッチピットのうちシリコンウェーハの面指数に対応する規則性を持ったものが酸化誘起積層欠陥(Oxidation induced Stacking Fault:OSF)、不規則な形状のものが酸化析出物微小転位積層欠陥集合体(Bulk MicroDefecd:BMD)である。これらOSFやBMDの検査は通常、顕微鏡を利用した目視検査で行われる。目視検査で上記欠陥を観察し、検査視野内に何個の欠陥があるかを計数し、その個数からウェーハ品質保証品質管理が行われる。

また、顕微鏡画像画面撮影し、その画像を処理することで欠陥を検出し、欠陥個数を計数する方法も提案されている。この例としては、特開昭61−194737号公報記載の「シリコンウェーハのOSF密度検査方法」や特公平6−71038号記載の「結晶欠陥認識処理方法」がある。

ここでは、撮影画像に対して所定のしきい値を設定し2値化することで欠陥を検出し、その欠陥の特徴量を基に欠陥か否かを判断し、欠陥個数を計数している。

概要

欠陥の見逃しや、近接した欠陥の画像の重なりを防止して、欠陥計数誤差が低減する。

ウェーハ7の表面を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を計数する欠陥検査方法である。撮影画像中輝度が変化する点を基に欠陥を検出する。撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当該強調した部分を2値化することによって近接した欠陥も重なることなく検出し、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する。欠陥検査装置1は、上記機能を有する境界強調部12、欠陥検出部13及び欠陥計数部14からなる。

目的

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、人的ミスを解消すると共に、微小な欠陥や近接した欠陥を正確に識別して、欠陥検出精度を向上させた欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
4件

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請求項1

検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥個数計数する欠陥検査方法において、撮影画像中輝度が変化する点を基に欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。

請求項2

請求項1に記載の欠陥検査方法において、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当該強調した部分を2値化することによって欠陥を検出し、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数することを特徴とする欠陥検査方法。

請求項3

検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を計数する欠陥検査装置において、撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を検出する欠陥検出部を備えて構成されたことを特徴とする欠陥検査装置。

請求項4

請求項3に記載の欠陥検査装置において、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する境界部分を強調すると共にその部分を2値化して明確な欠陥画像にする境界強調部と、当該境界強調部で強調されて明確化された欠陥を検出する欠陥検出部と、当該欠陥検出部で検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する欠陥計数部とを備えて構成されたことを特徴とする欠陥検査装置。

技術分野

0001

本発明は、微分干渉顕微鏡を利用してシリコンウェーハ等の検査対象物の表面の欠陥検査する欠陥検査方法及び欠陥検査装置に関する。

背景技術

0002

シリコンウェーハ等の結晶欠陥としてはOSFやBMD等がある。シリコンウェーハをエッチングすると、その表面に深さ数μmの小さな穴であるエッチピットが現れることがある。このエッチピットのうちシリコンウェーハの面指数に対応する規則性を持ったものが酸化誘起積層欠陥(Oxidation induced Stacking Fault:OSF)、不規則な形状のものが酸化析出物微小転位積層欠陥集合体(Bulk MicroDefecd:BMD)である。これらOSFやBMDの検査は通常、顕微鏡を利用した目視検査で行われる。目視検査で上記欠陥を観察し、検査視野内に何個の欠陥があるかを計数し、その個数からウェーハ品質保証品質管理が行われる。

0003

また、顕微鏡画像画面撮影し、その画像を処理することで欠陥を検出し、欠陥個数を計数する方法も提案されている。この例としては、特開昭61−194737号公報記載の「シリコンウェーハのOSF密度検査方法」や特公平6−71038号記載の「結晶欠陥認識処理方法」がある。

0004

ここでは、撮影画像に対して所定のしきい値を設定し2値化することで欠陥を検出し、その欠陥の特徴量を基に欠陥か否かを判断し、欠陥個数を計数している。

発明が解決しようとする課題

0005

ところが、上述した従来の検査方法では、1視野数百μm角の領域内の欠陥の個数を計数することになるが、ウェーハ全面を検査するとなると、数百から数万視野を検査しなければならない。目視検査の場合は、1視野の検査に少なくとも1秒程度の時間は必要となり、時間がかかりすぎる。また、検査員の疲労の程度等の人的要因によって、検査結果にばらつきが生じてしまう。

0006

また、顕微鏡画像を処理して欠陥個数を計数する方法では、上記目視検査における問題は解消するが、この方法では次の問題がある。即ち、欠陥検出が、撮影画像に対して単に2値化することによって検出されているため、図2(a)のように欠陥が検査視野内に多く発生している場合、図2(b)のように近接した複数の欠陥が重なって1個の欠陥と判断されてしまうことがある。特に、BMDでは大量の欠陥が発生することが少なくないため、欠陥が重なって検出されることが多く、品質保証及び品質管理上問題となる。

0007

さらに、通常の顕微鏡を利用している場合、深さ数μmの欠陥を撮影すると、コントラストがよく出ないで見逃してしまうことがあり、この点でも品質保証及び品質管理上問題となる。

0008

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたもので、人的ミスを解消すると共に、微小な欠陥や近接した欠陥を正確に識別して、欠陥検出精度を向上させた欠陥検査方法及び欠陥検査装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために第1の発明に係る欠陥検査方法は、検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を計数する欠陥検査方法において、撮影画像中輝度が変化する点を基に欠陥を検出することを特徴とする。

0010

上記構成により、微分干渉顕微鏡で撮影すると、欠陥部分は他の面に対して凹凸があるため、撮影画像のうち欠陥部分で輝度が変化する。このため、輝度が変化する点には欠陥が存在すると判断でき、その点を基に欠陥を検出する。

0011

第2の発明に係る欠陥検査方法は、第1の発明に係る欠陥検査方法において、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調し、当該強調した部分を2値化することによって欠陥を検出し、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数することを特徴とする。

0012

上記構成により、空間フィルタを適用して輝度が変化する部分を強調することで、欠陥を確実に認識することができる。近接した複数の欠陥も1つ1つの欠陥として明確に識別した状態で認識することができる。空間フィルタで強調した部分を2値化することで欠陥が明確になり、容易に検出することができる。次いで、その検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別することで、欠陥のみの個数を計数することができる。

0013

第3の発明に係る欠陥検査装置は、検査対象物の表面を微分干渉顕微鏡で撮影し、画像処理によって表面に観察される欠陥の個数を計数する欠陥検査装置において、撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を検出する欠陥検出部を備えて構成されたことを特徴とする。

0014

上記構成により、微分干渉顕微鏡は、撮影した欠陥部分の凹凸を輝度の変化として表示するため、欠陥検出部は、撮影画像中で輝度が変化する点を基にして欠陥を検出する。

0015

第4の発明に係る欠陥検査装置は、第3の発明に係る欠陥検査装置において、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する境界部分を強調すると共にその部分を2値化して明確な欠陥画像にする境界強調部と、当該境界強調部で強調されて明確化された欠陥を検出する欠陥検出部と、当該欠陥検出部で検出した部分の特徴量を基に欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する欠陥計数部とを備えて構成されたことを特徴とする。

0016

上記構成により、境界強調部は、空間フィルタを用いて境界部分を強調し、欠陥の存在を明確にする。欠陥が近接して複数存在する場合でも、1つ1つの欠陥として明確に識別した状態で認識する。欠陥検出部は、境界強調部の空間フィルタで強調された部分を2値化して欠陥を明確にして検出する。次いで、検出した部分の特徴量を基に、欠陥計数部で欠陥かノイズかを判別し、欠陥のみの個数を計数する。

発明を実施するための最良の形態

0017

本発明の欠陥検査方法及び欠陥検査装置は、微分干渉顕微鏡を利用し、数μmの僅かな深さの欠陥も見逃すことなくコントラストよく画像化して、欠陥検出精度を向上させたものである。微分干渉顕微鏡では、光路差による光の干渉を利用しており、光の波長の数倍から1/1000程度の欠陥の高低差まで輝度差として検出することができる。ただし、欠陥が近接している場合は欠陥画像が重なることがあるため、本発明では、輝度差と共に輝度の変化を利用する。欠陥の凹凸部分では輝度が変化する。このため、輝度の変化を検出することで、近接した複数の欠陥でも1つ1つの欠陥として明確に識別した状態で検出することができる。また、空間フィルタを用いれば、欠陥の境界部分を強調することができる。これにより、僅かな深さの欠陥も見逃すことなく、かつ近接した複数の欠陥を正確に識別して正確な個数を検出することができるようになる。

0018

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

0019

図1に本実施形態に係るシリコンウェーハの欠陥検査装置1の構成を示す。なおここでは、BMD検査について説明する。

0020

欠陥検査装置1は図示するように、XYステージ2と、微分干渉顕微鏡3と、ステージコントローラ4と、画像処理装置5とから構成されている。

0021

XYステージ2は、載置されたウェーハ7を支持し、微分干渉顕微鏡3の位置に合わせてXY方向に正確に移動させる。必要に応じてウェーハ7を昇降させたり、回転させる機能も備える。

0022

微分干渉顕微鏡3は、ウェーハ7の断面を観察するための装置で、CCDカメラ等により取り込んだウェーハ7の断面の画像を電気信号に変換して画像処理装置5に送信する。この微分干渉顕微鏡3は、光の光路差を干渉でとらえ、光路差が存在して干渉が生じる限り、それを高低差(段差)として検出することができる。この結果、光の波長の数倍から1/1000程度の欠陥の高低差を検出することができる。

0023

さらに、高低差による検出の不具合部分を解消するために、輝度の変化を判断要素として用いる。高低差の検出だけでは、近接した複数の欠陥の識別が正確にできない場合がある。これに対して輝度の変化は、凹凸を検出することができるが、その凹凸は個々の欠陥に存在するため、凹凸の検出によって個々の欠陥の存在を確実にとらえることができる。通常、ウェーハ7に発生する欠陥は1つの凹部を有する。1つの欠陥に1つの凹部がある。このため、輝度の変化をとらえることで1つ1つの欠陥を識別でき、欠陥の個数を検出することができる。これにより、ウェーハ7の表面に存在する微小な凹凸である欠陥を正確に検出する。

0024

ステージコントローラ4は、ウェーハ7の検査対象面を微分干渉顕微鏡3の視野に合わせるためにXYステージ2を制御する装置である。

0025

画像処理装置5は、ウェーハ7の検査対象面の画像を取り込んで処理するための装置である。この画像処理装置5は、XYステージ2及び微分干渉顕微鏡3に接続され、ステージコントローラ4を介してXYステージ2を制御し、ウェーハ7の検査対象面を微分干渉顕微鏡3の直下に移動させる。微分干渉顕微鏡3の画像は電気信号として画像処理装置5に取り込まれる。

0026

画像処理装置5は具体的には、画像撮影部11と、境界強調部12と、欠陥検出部13と、欠陥計数部14とから構成されている。

0027

画像撮影部11は、微分干渉顕微鏡3から取り込んだ撮影画像を処理し、境界強調処理のために境界強調部12へ送る。

0028

境界強調部12は撮影画像中で輝度が変化する点を基にして欠陥を画像処理する部分である。この境界強調部12は、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する境界部分を強調すると共にその部分を2値化して明確な欠陥画像にする。

0029

欠陥の凹部では輝度が変化する。図3においては、左から右へ向けて輝度が白から黒に変化することが分かる。この場合、輝度変化の位置はシャー量を変化させることで調整できる。ここでは、欠陥の中心に白黒の境界がくるように調整している。他の位置(例えば欠陥の縁)に調整してもよい。

0030

BMDにおいて、図2(a)のように欠陥の発生個数が多いと、図2(b)のように欠陥が重なった状態で観察されることがある。これは、画像全体を微分して、輝度むらの除去及び欠陥のエッジ強調を行い、その画像を2値化して検出を行うためである。この場合、互いに重なっているため、1つの欠陥と判断されてしまい、欠陥個数を正確に検出することができなくなる。

0031

これを解消するために、微分干渉顕微鏡3で撮影した画像をXYステージ2によって一方向へ移動させて白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出する。これにより、1つの境界部分を1つの欠陥として認識する。ウェーハ7における欠陥の形状により、画像の移動に伴う白から黒への境界部分は、通常1つの欠陥に1つ存在する。従って、1つの上記境界部分を検出すれば、それは1つの欠陥と判断できる。これにより、欠陥の画像が重なることなく、それぞれ別の欠陥として認識することができる。白黒の境界部は、空間フィルタを適用して強調する。この空間フィルタの例を図4に示す。この空間フィルタによる処理で、図5(a)(d)に対して図5(b)(e)のような画像が得られる。この強調画像に対して、所定しきい値で2値化して、図5(c)(f)のように、欠陥を明確なコントラストの画像として表示させる。

0032

欠陥検出部13は、境界強調部12で強調されて明確化された欠陥を、パターン認識等の画像処理によって検出する。この場合、近接した複数の欠陥でも、画像が重なっていないため、欠陥の画像を正確に検出する。

0033

欠陥計数部14は、欠陥検出部13で検出した欠陥部分の特徴量を基にそれが本当の欠陥かノイズかを判別して欠陥個数を計数する。特徴量としては次のものを用いる。欠陥の形状情報を表すものとして、検出した欠陥の画素数である面積、欠陥の外接長方形の辺の長さである水平方フェレ径垂直方向フェレ径などを計測する。また、欠陥の輝度情報を表すものとして、検出欠陥平均輝度最大輝度最小輝度などを求める。

0034

ここでは、これらの特徴量をもとに欠陥がノイズかを判断するが、既にフィルタ処理により欠陥部分は強調されており、その画像を2値化して欠陥を検出しているので、検出されているものはほとんど欠陥であると考えられる。その中でも、非常に微小なものは、目視でも明瞭に検出することが困難なことから、面積Aが所定値HAより小さいものはノイズ、それ以上を欠陥として判断することとした。ここでは、しきい値としてTHA=3として処理を実施している。

0035

[欠陥検査方法]次に、上記欠陥検査装置1を用いたシリコンウェーハの欠陥検査方法について図6処理フローを基に説明する。

0036

複数枚へき開したウェーハ7をジグにセットし、このジグをXYステージ2の所定位置にセットする。ここでは、視野の垂直方向にウェーハ断面がくるようにセットして検査している。

0037

ステージコントローラ4によって制御されたXYステージ2で、ウェーハ7が検査対象位置まで移動され、微分干渉顕微鏡3にてウェーハ7の断面の画像が撮影され、画像処理装置5で処理される(ステップS1)。この状態で、XYステージ2によってウェーハ7が一方向へ移動される(ステップS2)。

0038

画像処理装置5では、連続的に移動する画像に対して、白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出し、撮影画像に対して空間フィルタを適用して輝度が変化する境界部分を強調する(ステップS3)。ここでは、図3のように欠陥の境界が画面の縦方向に出ているため、図4のようなn×mサイズのフィルタを用いた。具体的には、n=5、m=3のサイズのフィルタを用いた。なお、このフィルタでは、絶対値は求めず、マイナス値は全て0とした。このn、m及びフィルタの値は、欠陥の画像の状況に応じて適宜変更して対応する。

0039

次いで、上記境界強調画像に対して、境界を検出するために2値化を行い、明確な欠陥画像にする(ステップS4)。例えば図5(c)(f)のように、明確なコントラストの欠陥画像にする。なおここでは、境界が強調されているため、固定しきい値th=60を適用した。

0040

次いで、検出した欠陥の特徴量を抽出し(ステップS5)、その値を基に欠陥とノイズを判別してノイズを除去し(ステップS6)、欠陥のみを計数する(ステップS7)。

0041

次いで、全面に対して検査を完了したか否かを判断し(ステップS8)、完了していなければステップS1に戻って上記処理を繰り返す。

0042

図7に従来のエッジ検出による検査結果と本発明処理を適用した検査結果の一例を示す。従来の手法では欠陥を少なく数える傾向にあるため、正解に対してマイナス側でばらついた結果となっている。これに対して本発明処理では、ほぼ正確値と同じ値で検査できていることが分かる。なおここでは、1サンプル毎に15000画像を撮影し、誤差の一番大きかった結果を代表値として表示している。このように、大量の画像を処理した場合に、優れた効果を奏する。

0043

[効果]以上のように、1つの欠陥の全体をとらえて定量的に判断するのではなく、撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を識別するようにしたので、各欠陥の画像が重なることがなくなり、欠陥の見逃しが低減できる。

0044

輝度が変化する点を基に空間フィルタで強調して2値化し、欠陥をコントラストよく撮影できるため、欠陥の見逃しが低減できると共に近接した欠陥の画像の重なりがなくなり、欠陥計数誤差が低減する。これにより、検査対象物に対するより確実な品質保証、より正確な品質管理を行うことができる。さらに、検査員の負担も軽減でき、省力化が図られる。

0045

[変形例]
(1) 上記実施形態では、検査対象物としてシリコンウェーハを例に説明したが、本発明の欠陥検査方法及び欠陥検査装置はこれに限らず、表面に微小な欠陥が生じる全ての検査対象物に適用することができる。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。

0046

(2) 上記実施形態では、欠陥としてBMDを例に説明したが、OSF等の他の欠陥の場合も上記同様にして検査することができる。

0047

(3) 上記実施形態では、輝度の変化として、白から黒へ輝度が変化する境界部分を検出したが、黒から白へ輝度が変化する境界部分を検出してもよいことは言うまでもない。

発明の効果

0048

以上詳述したように、本発明の欠陥検査方法及び欠陥検査装置によれば、次のような効果を奏する。

0049

(1)撮影画像中で輝度が変化する点を基に欠陥を識別するようにしたので、各欠陥の画像が重なることがなくなり、欠陥の見逃しが低減できる。

0050

(2)輝度が変化する点を基に空間フィルタで強調して2値化し、欠陥をコントラストよく撮影できるため、欠陥の見逃しが低減できると共に近接した欠陥の画像の重なりがなくなり、欠陥計数誤差が低減する。

0051

(3) これらにより、検査対象物に対するより確実な品質保証、より正確な品質管理を行うことができると共に、検査員の負担も軽減でき、省力化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0052

図1本発明の実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図である。
図2従来方法による欠陥検出結果を示す模式図である。
図31つの欠陥が発生している状態を示す模式図である。
図4空間フィルタの一例を示す図である。
図53つ及び1つの欠陥が発生している状態(a)(d)、空間フィルタを適用して強調した状態(b)(e)及び境界強調画像を2値化した状態(c)(f)をそれぞれ示す模式図である。
図6欠陥検査装置による検査処理の流れを示すフローチャートである。
図7本発明の欠陥検査方法と従来法による検査結果を比較して示すグラフである。

--

0053

1:欠陥検査装置、2:XYステージ、3:微分干渉顕微鏡、4:ステージコントローラ、5:画像処理装置、7:ウェーハ、11:画像撮影部、12:境界強調部、13:欠陥検出部、14:欠陥計数部。

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