JP3565672B2 - ウエハのマクロ検査方法および自動ウエハマクロ検査装置 - Google Patents

Description

【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、ウエハに形成されたパターンの検査をするためのウエハ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程のホトリソグラフィ工程やエッチング工程を行った後には、ウエハに形成したパターンの状態を検査する必要がある。例えば、レジストパターンに関しては、レジストコーティング状態（均一にコーティングされているかどうか。）、現像状態（パターン露光後に均一に現像されているかどうか。）、解像不良の有無（パターン露光が正常になされているかどうか。デフォーカスしている部分が無いかどうか。）およびキズの有無等の検査を行う。また、エッチングパターンに関しては、エッチング状態（エッチングが均一になされているかどうか。）やキズの有無等の検査を行う。従来、これらの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の方法として、主に金属顕微鏡を用いてパターンの一部分を拡大し、実際にパターンの形成状態を目視にて判断する、ミクロ検査法と呼ぶ方法がある。この検査方法によれば、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が、最近では、パターンの微細化に伴い、金属顕微鏡で拡大してもパターンの状態が判別しづらくなってきている。また、拡大して見る場所が限られてしまうから（通常、５〜１０か所程度）、不良品検出率が低く、作業時間もかかってしまう。
【０００４】
一方、第２の方法として、ウエハ表面全体を何らかの光（主に蛍光灯等の拡散光）で様々な角度から照らして、ウエハ上に色ムラが有るかどうかを作業者が外観目視にて判断する、マクロ検査法と呼ぶ方法がある。色ムラは、ウエハ上のパターンの１μｍ〜数μｍ程度の段差に起因して生じる乱反射により、発生する。均一なパターンの中の或る部分に不均一部分があると、均一なパターンを反映した色ムラにその不均一部分に応じた色の変化が現れるので、パターンの良・不良を判断することができる。このマクロ検査法によればウエハ上全体を観察する方法であるので、レジストムラや現像ムラ等の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である。
【０００５】
従って、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のマクロ検査法においては、すべての観察過程を目視にて行っているため、照明に対するウエハの傾き角や作業者の見る角度の変動によって、ウエハ上に現れる色ムラまたはキズの状態が変化してしまい、パターンの良・不良の判断基準があいまいであった。また、この検査工程というものはパターン形成毎に行う必要があり、１つの製品（ウエハプロセスにより作成された物）が完成するまでに多いものなら数十回も検査を行わなければならない。従って、目視による検査では、著しく能率が低下してしまっていた。
【０００７】
従って、従来より、目視による検査を改め、パターンの良・不良の判断基準が一定であり、能率的に検査を遂行することができるウエハのマクロ検査装置の出現が望まれていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願に係る第１発明のウエハのマクロ検査方法によれば、第１光源で発生した拡散光を拡散反射板を用いて基準ウエハの表面に照射し、該基準ウエハの斜め上方から該基準ウエハの表面の全領域に亘る第１の色ムラ像を検出するステップと、前記拡散反射板を移動させ、前記基準ウエハの表面にスポット光を照射し、該基準ウエハの真上から該基準ウエハの表面の全領域に亘る第１のキズ像を検出するステップと、前記拡散反射板を用いて被検査ウエハの表面に前記拡散光を照射し、該被検査ウエハの斜め上方から該被検査ウエハの表面の全領域に亘る第２の色ムラ像を検出するステップと、前記拡散反射板を移動させ、前記被検査ウエハの表面に前記スポット光を照射し、該被検査ウエハの真上から該被検査ウエハの表面の全領域に亘る第２のキズ像を検出するステップと、前記第１の色ムラ像およびキズ像と前記第２の色ムラ像およびキズ像とを比較するステップと、前記比較の結果に基づいて、前記被検査ウエハの良否を判定するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
このように、ウエハの表面像を検出して、その表面像のパターンを基準画像のパターンと比較し、その比較結果に応じてパターン状態を判定することにより、ウエハ（ウエハの表面に形成したパターン）の検査を行うことが可能である。
【００１０】
また、この発明のウエハのマクロ検査方法の好適な実施例によれば、前記比較を、テンプレートマッチングによって行うことを特徴とする。
【００１１】
ここで、テンプレートとは、比較基準画像および比較対象画像の部分領域のことをいう。このように、基準画像と被検査画像とをそれぞれテンプレートに分割して、各テンプレートごとに比較を行うのが好適である。
【００１２】
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、前記テンプレートマッチングは、前記格納した基準画像に基準テンプレートを設定するステップと、この設定した基準テンプレートを構成する各画素の明度の合計値を基準値として計数し、この基準値を第１メモリ手段に記憶するステップと、前記基準テンプレートに対応する前記検査対象のウエハの検出した表面像の領域に、被検査テンプレートを設定するステップと、この被検査テンプレートを構成する各画素の明度の合計値を被検査値として計数し、この被検査値を第２メモリ手段に記憶するステップと、前記第１および第２メモリ手段から前記基準値および前記被検査値をそれぞれ読み出し、これら被検査値および基準値を比較するステップとをもって行うのが良い。
【００１３】
さらに、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、前記テンプレートマッチングは、前記格納した基準画像に基準テンプレートを設定するステップと、この設定した基準テンプレートにエッジ処理を施すステップと、このエッジ処理済の基準テンプレート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として計数し、この基準値を第１メモリ手段に記憶するステップと、前記基準テンプレートに対応する前記検査対象のウエハの検出した表面像の領域に、被検査テンプレートを設定するステップと、この設定した被検査テンプレートにエッジ処理を施すステップと、このエッジ処理済の被検査テンプレートを構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数と前記第２明度差以上の画素数とを被検査値として計数し、この被検査値を第２メモリ手段に記憶するステップと、前記第１および第２メモリ手段から前記基準値および前記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ステップとをもって行うのが良い。
【００１４】
次に、この出願に係る第２発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、拡散光を発生する第１光源と、前記第１光源から発生された前記拡散光を反射して、基準ウエハおよび被検査ウエハの表面に該拡散光を照射する拡散反射板と、前記拡散光が照射されている間に、前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハの色ムラ像を検出する第１検査手段と、前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハの表面にスポット光を照射する第２光源と、前記拡散反射板を移動させ、前記スポット光が照射されている間に、前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハのキズ像を検出する第２検査手段と、前記基準ウエハの前記色ムラ像および前記キズ像と前記被検査ウエハの前記色ムラ像および前記キズ像とを比較する比較部と、前記比較部の比較結果に基づいて、前記被検査ウエハの良否判定を行う判定部とを具えることを特徴とする。
【００１５】
このように、予め画像検出部が基準画像を検出して、この基準画像を画像メモリ部に格納しておき、次に、画像検出部は被検査画像を検出して、この被検査画像を画像メモリ部に格納し、画像メモリ部に格納された各画像を比較部に読み出して、これら基準画像および被検査画像の比較を行い、この比較結果に基づいて判定部はウエハ（ウエハの表面に形成されたパターン）の良否判定結果を出力する。従って、この装置構成により、ウエハのマクロ検査を自動的に行うことが可能である。
【００１６】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、前記ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明系と、前記ウエハの全領域に亘る前記表面像を検出する第１検出手段とを具えることを特徴とする。
【００１７】
このように、ウエハの表面に拡散光を照射して、第１検出手段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ーンの不均一性を検査することができる。パターンの不均一性は、ウエハ表面の色ムラを見ることにより調べることができる。色ムラは、ウエハ上に対して、なるべく均一に光が当たっていた方が見えやすい。均一に光が当たらない照明例えばスポット光を用いた場合、ウエハ表面が鏡面なので照明ムラが発生してしまい、色ムラと照明ムラとの区別が付かなくなり、従って、色ムラが見えにくい。よって、均一に光を照射する照明である拡散光を用いると、表面の色ムラが見えやすくなる。また、第１検出手段としては、例えば、光電変換を利用した撮像手段を用いることができる。
【００１８】
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、前記拡散照明系は、拡散光を発生する第１光源と、前記拡散光を、前記ウエハの表面の全領域に向けて照射するための拡散反射板とを具えるのが良い。
【００１９】
また、前記拡散照明系は、拡散光を発生して、前記ウエハの表面の全領域に該拡散光を照射する第２光源としても良い。
【００２０】
次に、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、前記ウエハの表面にスポット光を照射するスポット照明系と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像を検出する第２検出手段とを具えることを特徴とする。
【００２１】
このように、ウエハの表面にスポット光を照射して、第２検出手段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ーンのキズの有無を検査することができる。パターンのキズは、ごく細い溝状の異物と考えられるため、ぼんやりとした拡散光よりも指向性のあるスポット光の方が、溝部分で強く乱反射が生じるため、見えやすい。この場合、キズは白く光って観測されるから、背景色が暗い方が良い。第２検出手段としては、例えば、光電変換を利用した撮像手段を用いることができる。
【００２２】
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、前記スポット照明系は、スポット光を発生して、前記ウエハの表面の全領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第３光源とするのが良い。
【００２３】
次に、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、拡散光を発生する第１光源と、この拡散光を前記ウエハの表面の全領域に向けて照射するための拡散反射板と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像を検出する第１検出手段と、スポット光を発生して、前記ウエハの表面の全領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第３光源と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像を検出する第２検出手段とを具えることを特徴とする。
【００２４】
このように、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、パターンの不均一性を検査することができる。また、照明を切り替えて、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、パターンのキズの有無を検査することができる。
【００２５】
次に、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、拡散光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域にこの拡散光を照射するための第４光源と、前記部分領域の前記表面像を検出する第３検出手段と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージとを具えることを特徴とする。
【００２６】
このように、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンの不均一性を検査することができる。そして、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させることができる。よって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンの不均一性を検査することができる。また、第３検出手段としては、例えば、光電変換を利用した撮像手段を用いることができる。
【００２７】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、スポット光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第５光源と、前記部分領域の前記表面像を検出する第３検出手段と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージとを具えることを特徴とする。
【００２８】
このように、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンのキズの有無を検査することができる。そして、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させることができる。よって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンのキズの有無を検査することができる。
【００２９】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、前記画像検出部は、拡散光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域にこの拡散光を照射するための第４光源と、スポット光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に向けて斜め上方からこのスポット光を照射するための第５光源と、前記部分領域の前記表面像を検出する第３検出手段と、前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージとを具えることを特徴とする。
【００３０】
このように、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンの不均一性を検査することができる。そして、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させることができる。よって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンの不均一性を検査することができる。また、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンのキズの有無を検査することができる。そして、上述したように、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させることができる。よって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンのキズの有無を検査することができる。
【００３１】
【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、この発明の構成、大きさ及び配置関係が理解出来る程度に概略的に示す図であり、また、以下に記載する数値条件等は単なる一例に過ぎず、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。
【００３２】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の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。この実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置は、所定の照明を行いウエハの表面に形成されるパターンの像を表面像として検出する画像検出部１０と、この画像検出部１０によって検出された表面像から上述したパターンの良否を判定する画像処理部１２とを具えている。図１には、画像検出部１０の側面図と、画像処理部１２のブロック図とを示してある。また、図２は、第１の実施の形態における画像検出部１０の構成を示す平面図である。図１に示す画像検出部１０の構成は、図２に示す構成の右側面図に相当している。
【００３３】
上述した画像検出部１０は、検査対象である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手段である。この実施の形態では、パターンの不均一性を検査する場合には、ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明系１４と、ウエハの表面の全領域に亘る表面像を色ムラ像として検出する第１検出手段１６とを具えた構成である。
【００３４】
そして、上述した拡散照明系１４は、拡散光を発生する第１光源１８と、この第１光源１８で発生した拡散光をウエハの表面の全領域に向けて照射するための拡散反射板２０とを有している。
【００３５】
この実施の形態では、ウエハ上に形成されるレジスト層の感光性を考慮して、第１光源１８には赤色光を発生するＬＥＤ（発光ダイオード：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）照明を用いている。また、赤色光でなく黄色光を発生する光源を用いるのも好適である。さらに、例えば蛍光灯を用いてもよい。そして、この第１光源１８には、発生する光を拡散光にするために、光源の射出部に拡散板（図１に記号ａ１で示す。厚さ１ｍｍ程度で白色のアクリル板である。）を装着してあり、発生光がこの拡散板を通過して射出されるようにしてある。この第１光源１８は、ウエハ２２の表面に対して斜め上方の位置に、拡散反射板２０に拡散光を照射できるように配置されている。ウエハ２２として５インチウエハ（但し、１インチは２．５４ｃｍ。このウエハは直径１２７ｍｍに相当する。）を用いるこの実施の形態では、第１光源１８の発光面の高さ方向のサイズｈ１は６０ｍｍにしてあり（図１）、幅方向のサイズＷ１は１３０ｍｍとしてある（図２）。
【００３６】
上述した拡散反射板（スクリーン）２０は、白色（赤色や黄色でもよい。）のアクリル板（厚さ３ｍｍ以上）である。尚、このアクリル板の表面をツヤ消し面（細かな凹凸のある面）とした方が拡散光が得られやすい。この拡散反射板（スクリーン）２０の設置位置やサイズは、ウエハ２２の表面の全領域にその像が映るように設定してある。この実施の形態では、ウエハ２２は、支持体２４上に下面が固定されて、その上面が水平になされている。そして、ウエハプロセス工程によりその上面側にパターンが形成される。スクリーン２０は、ウエハ２２に対して前述した第１光源１８と対向した位置に設置されており、ウエハ２２の上方のほぼ半分の領域を覆うようにしてある。すなわち長方形のアクリル板を、その下端部をウエハ２２の側方に位置させて、鉛直方向から傾かせた状態になるように設け、その上端部付近（図１の記号ｂで示す部分）が曲率２０度の曲面となっており、その上端部がウエハ２２の上方の中心付近に達するようにしてある。このスクリーン２０の高さｈ２は２２０ｍｍとし（図１）、幅Ｗ２を２３０ｍｍとしてある（図２）。
【００３７】
また、上述した第１検出手段１６は、光電変換を利用した第１カメラ（第１検出手段１６と同じ番号で示す。）である。この実施の形態では、第１カメラ１６としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）カメラを用いている。この第１カメラ１６は、第１光源１８の斜め上方の位置に、その光軸Ｏ１がウエハ２２の表面に対して垂直な方向から角度（図１の角度θ１）が約３０°だけ傾いた状態にして具えられている。第１カメラ１６の光軸Ｏ１の延長線がウエハ２２の表面と交わるのは、ウエハ２２の中心すなわち支持体２４の中心軸（図１のＣ軸）から３５ｍｍの距離（図１の距離ｄ１）だけ離間した位置である。この位置と第１カメラ１６との距離ｄ２は１４０ｍｍであり、第１カメラ１６でウエハ２２の表面の全領域が観測できるように設定してある。
【００３８】
以上説明した画像検出部１０の構成により、ウエハ２２の表面の全領域に形成されるパターンの均一性を反映した色ムラ像を検出することが可能である。
【００３９】
尚、図３は、色ムラ像の見え方を示す平面図である。図３（Ａ）は、正常（均一）なパターンが形成されたウエハ２２の表面像を示す。この場合には、形成されているパターンが反映した規則的な色ムラが観察できる。また、パターンの無いウエハや、パターンの凹凸（段差）が小さいウエハでは、淡い、均一なグレーに見える（表面像は濃淡画像として検出される。）。図３（Ｂ）は、不均一なパターンが形成されたウエハ２２の表面像を示す。例えば図３（Ｂ）に示すように、不均一部分ｒ１において、色が周囲よりも薄く見えたり、また、他の部分には無い縞模様が見えたりする。図３（Ｃ）も、不均一なパターンが形成されたウエハ２２の表面像を示す。この例では、パターンの一部分ｒ２が黒く見えている。また、図３（Ｄ）には、不均一パターンの一例として、コート不良（レジスト等のコーティングの不良）が発生している場合の表面像の様子を示す。図中の斜線部分ｒ３がコート不良部分である。このコート不良部分だけは、他の表面領域が均一な色の模様を呈しているのに対して、異なった色あるいはパターンとなって観察される。
【００４０】
また、図４は、パターンの不均一性を示す断面図である。ウエハ２２の表面に形成されたパターン９０の様子を示している。図４（Ａ）は、形成されたパターン９０に凸部９２が有る場合を示す。色ムラ像には、このような比較的なだらかな凹凸（段差１μｍ程度）がパターンの不均一として反映される。図４（Ｂ）は、形成されたパターン９０にキズ９４が有る場合を示す。色ムラ像と違い、キズ像には、キズ９４のような鋭角な不均一性が反映する。
【００４１】
次に、画像検出部１０は、パターンのキズを検査する場合には、ウエハの表面にスポット光を照射するスポット照明系２６と、ウエハの表面の全領域に亘る表面像をキズ像として検出する第２検出手段２８とを具えた構成である。
【００４２】
そして、上述したスポット照明系２６は、スポット光を発生して、ウエハ２２の表面の全領域に向けて斜め上方からスポット光を照射するための第３光源３０ａおよび３０ｂを有している。
【００４３】
この実施の形態では、前述したように、ウエハ上に形成されるレジスト層の感光性を考慮して、第３光源３０ａおよび３０ｂには赤色光を発生するＬＥＤ照明を用いている。また、赤色光でなく黄色光を発生する光源を用いても好適である。さらに、例えば蛍光灯やハロゲン光源を用いてもよい。これら第３光源３０ａおよび３０ｂのそれぞれは、ウエハ２２の表面の斜め上方の位置に、対向させて設けてある。そして、ウエハ２２の表面の全領域にスポット光を照射できるように配置されている。この配置により、スポット光は、ウエハ２２の表面にほぼ水平な方向から照射されるようになされている。キズはごく細い溝であるから、このように溝に対して側方からスポット光を照射する方が乱反射させやすく、キズ像が得られやすい。ウエハ２２として、前述と同様に、５インチウエハ（直径１２７ｍｍ）を用いるこの実施の形態では、第３光源３０ａおよび３０ｂの各発光面の幅方向のサイズＷ３は１７５ｍｍとしてある（図２）。このように、ウエハ２２の直径より第３光源３０ａ、３０ｂのサイズＷ３を大きくしてあるから、ウエハ２２の表面の全領域にスポット光を照射することができる。
【００４４】
また、上述した第２検出手段２８は、光電変換を利用した第２カメラ（第２検出手段２８と同じ番号で示す。）である。この実施の形態では、第２カメラ２８としてＣＣＤカメラを用いている。この第２カメラ２８は、ウエハ２２の表面に対して垂直な方向に光軸Ｏ２が配向するように配置してある。このように配置すれば、ウエハ２２の表面像を最大の状態にして検出することができ、キズの観測が良好に行える（例えば、第１カメラ１６のような配置で観測すれば、ウエハの表面像はだ円形状となるから、第２カメラ２８で捉える映像よりも像が小さい。）。そして、第２カメラ２８の光軸Ｏ２の延長線がウエハ２２の表面と交わるのは、ウエハ２２の中心すなわち支持体２４の中心軸（図１のＣ軸）から２０ｍｍの距離（図１の距離ｄ３）だけ離間した位置である。この位置と第２カメラ２８との距離ｄ４は１６５ｍｍであり、第２カメラ２８でウエハ２２の表面の全領域が観測できるように設定してある。
【００４５】
以上説明した画像検出部１０の構成により、ウエハ２２の表面の全領域に形成されるパターンのキズの有無が反映されたキズ像を検出することが可能である。
【００４６】
図５は、撮像系（第１カメラ１６、第２カメラ２８）の配置を示すための線図である。図５に示すように、第１および第２カメラ１６および２８は、この第１カメラ１６で捉えられる映像に当該第１カメラ１６の像と第２カメラ２８の像とを映さずに、第１カメラ１６で前述した色ムラ像が観測でき、第２カメラ２８で前述したキズ像が観測できるように配置してある。図５において、２つの線分ｍで張られる領域は、第１カメラ１６の視野領域を示す。第１カメラ１６の光軸Ｏ１と線分ｍとのなす角αは、第１カメラ１６の最大視野角（画角）である。また、図５において、２つの線分ｎで張られる領域は、第２カメラ２８の視野領域を示す。第２カメラ２８の光軸Ｏ２と線分ｎとのなす角βは、第２カメラ２８の最大視野角（画角）である。図５に示すように、それぞれのカメラ１６および２８の視野領域内にウエハ２２の表面の全領域が入るように、これらのカメラ１６および２８は具えられている。また、第２カメラ２８が、ウエハ２２の表面に関して対称的な位置に設けられるとした場合（この場合の第２カメラを記号２８ａで示す。）、この第２カメラ２８ａに向けた第１カメラ１６の視線Ｓがウエハ２２の表面と交わらないように配置してあるため、第１カメラ１６で捉える映像には第２カメラ２８の像が映らない。
【００４７】
このように配置してあれば、色ムラ像を検出するときに両カメラの像によって色ムラが見えなくなるといったことがない。尚、カメラの像は黒くウエハ表面に映り、キズは白く光って見えるから、キズ観測時に用いる第２カメラの映像には第１カメラの像が映っていても構わない。
【００４８】
以上説明した第１および第２カメラ１６および２８の配置で、前述した照明系１４および２６を交互に切り替えて用いることにより、色ムラ像とキズ像とを各カメラで交互に観測することができる。すなわち、拡散照明系１４を用いたときに第１カメラ１６で色ムラ像が検出でき、スポット照明系２６を用いたときに第２カメラ２８でキズ像を検出できる。この第１の実施の形態では、拡散照明系１４として第１光源１８とスクリーン２０とを用いるが、キズ像の検出時にはこのスクリーン２０はウエハ２２の表面にその像を映さないようにするために遠方（図１および図２の矢印Ｐ）に移動できるように構成されている。ウエハの表面に形成されるパターンの不均一性は、ウエハの表面にスクリンーン２０の像が映って背景色が明るい方が色ムラ像として検出しやすい。しかし、前述したように、パターンのキズは、カメラで観測すると白く光って見えるため、ウエハ表面にスクリーン２０の像を映さないようにして背景色を暗くした方がキズ像として検出しやすい。
【００４９】
次に、画像検出部１０で検出された表面像（すなわち第１カメラ１６で検出された色ムラ像と第２カメラ２８で検出されたキズ像。）は、画像処理部１２に送られる。この実施の形態の画像処理部１２は、パターンの良否の判定を、画像検出部１０で検出された表面の全領域に亘る表面像（被検査画像）と予め用意した基準画像との比較結果に基づいて行う。図１において、画像処理部１２は、画像処理装置３２とディスプレイ装置３４とを以て構成される。画像処理装置３２は、画像検出部１０から送られた表面像に対してグレー処理を施す手段である。この実施の形態では、検出された表面像の各画素の濃淡を２５６階調で識別する処理を行う。また、ディスプレイ装置３４は、検出された表面像の表示や画像処理装置３２の処理結果の表示を行うための表示手段である。
【００５０】
次に、図６は、画像処理部１２の構成を示すブロック図である。この実施の形態の画像処理部１２は、画像メモリ部と、比較部と、および判定部とを具えている。
【００５１】
画像メモリ部としての画像格納部３６は、画像検出部１０で検出された基準画像および被検査画像を格納しておく手段である。すなわち画像格納部３６は、被検査画像を格納しておくための検出画像メモリ４６と、基準画像を格納しておくための基準画像メモリ４８とを具えている。これらメモリ４６および４８に格納されている画像情報は、制御手段４４の命令に応じて適時に比較手段３８に読み出される。
【００５２】
比較部としての比較手段３８は、基準画像および被検査画像を画像格納部３６から読み出して、これら画像同士の比較を行う手段である。この比較手段３８の出力（比較結果）は、判定部に送られる。判定部としての判定手段４０は、比較手段３８の出力に応じてウエハの良否判定を行う手段である。そして、判定手段４０の出力が、表示手段４２に送られて、この表示手段４２に判定結果が表示される。以上説明した画像検出部１０、画像格納手段３６、比較手段３８、判定手段４０および表示手段４２の動作タイミングは、制御手段４４により制御されている。
【００５３】
尚、上述した基準画像とは、良好な状態のパターンが形成されたウエハ（基準ウエハと称する。）の全領域の表面像のことである。この場合のパターンの良否の判定は、画像検出部１０で検出された基準画像を表示手段（上述した表示手段４２を兼用してもよい。）に表示させて、作業者が目視により行う。このように、ロットの最初の１枚目のウエハのパターンの良否を作業者が目視により確認して、「良」と判定した場合に基準画像メモリ４８に基準画像として格納する。１枚目が「不良」と判定されたならば、２枚目、３枚目というように「良」となるパターンを有するウエハに到達するまで判定してゆくことになる。
【００５４】
この実施の形態では、被検査画像と基準画像との比較をテンプレートマッチングに基づいて行う。そして、このテンプレートマッチングは、表面像にパターン形成領域を設定してこのパターン形成領域を格子状に区画することにより得られる各格子領域をテンプレートとして用いて行う。
【００５５】
図７は、上述した比較手段３８の構成の詳細を示すブロック図である。図７において、比較手段３８は、データ入力部５０、ウエハデータ格納部５２、テンプレート作成部５４およびテンプレートマッチング部５６を具えている。また、データ入力部５０は、表面像のパターン形成領域の設定を、表面像の不感体領域を設定することにより行うための不感体領域入力部５８と、設定したパターン形成領域を、いくつの格子領域に分割するかを設定するための分割数入力部６０とを具えている。各構成要素の動作は前述した制御手段４４により制御される。
【００５６】
ここで、パターン形成領域とは、パターンが形成されるウエハ表面の領域に相当する表面像の領域のことである。図８は、ウエハの表面の様子（検出した表面像の様子）を示す平面図である。ウエハ２２の表面には、ウエハプロセス工程に従い、複数個のチップ（すなわちパターンのこと）６２が形成されている。図８において、斜線を付して示してある領域（不感体領域６４）には、チップ６２が形成されていない。この領域６４は、製品（チップ）とは関係のない領域であり、また、印字やキズ等が入っている。従って、この領域６４はマッチング対象から除外して、チップが形成されているパターン形成領域６６だけをマッチング対象としてテンプレートマッチングを行った方がよい。もしも、この領域６４をマッチング対象にした場合、チップ部が正常であっても判定手段４０により、このウエハが不良品として判定されてしまう可能性があるからである。よって、この領域６４を、マッチング対象としない不感体領域とする。
【００５７】
図９は、四角形状の従来テンプレートとウエハ表面像との関係を示す平面図である。この図９に、ウエハ２２の表面像に従来テンプレート６８（図９に細い実線で示す四角形状の各領域）を重ねた様子を示してある。図９において、太い実線ｔはウエハ２２上の、チップ６２が形成された領域を示している。通常のテンプレートを用いて全てのチップに対してマッチング検査を行うには、図９に示すように、従来テンプレート６８で表面像を区画する必要がある。この区画領域のうち、斜線を付して示した領域には不感体領域６４が含まれてしまう。従って、従来テンプレート６８を用いてテンプレートマッチングを行ったのでは、誤った判定を引き起こしてしまう可能性がある。
【００５８】
これに対して、図１０は、第１の実施の形態のキズ検査用テンプレートの形状を示す平面図である。図１０において、テンプレート７０の形状は、ウエハ２２の表面像のパターン形成領域６６を格子状に区画することにより得られる各格子領域の形状で表される。図１０に示すように、不感体領域６４と接する格子領域は四角形状でなく、この領域のテンプレートマッチングに用いるテンプレート７０の形状も四角形状ではない。このように、各テンプレート７０はパターン形成領域６６に嵌合する形状としてあるため、パターン形成領域６６に形成されるパターンの良否の判定を余す所なく行うことができる。また、図９を参照して説明したように、テンプレート内に不感体領域６４が含まれてしまうことがないから、誤った判定を低減させることができる。
【００５９】
また、図１１は、第１の実施の形態の色ムラ検査用テンプレートの形状を示す平面図である。色ムラ像を検出するための第１カメラ１６の光軸は、ウエハの表面に対して傾いているから、第１カメラ１６で捉えたウエハ形状はだ円形状となる。従って、テンプレートもこの形状に合わせて変形していなければならない。この色ムラ検査に用いるテンプレート７０は、キズ検査に用いるテンプレート７０（図１０）をだ円形状に変形させたものに相当している。すなわち、キズ検査用テンプレートの或る方向（図１０において、オリエンテーションフラットｆに直交する方向）のサイズを縮小させれば、色ムラ検査用テンプレートが得られる。
【００６０】
前述した不感体領域入力部５８には、不感体領域６４をウエハ２２のエッジから何ｍｍだけ内側の領域とするかを入力する。例えば、図１０において、距離ｕは３ｍｍである。また、分割数入力部６０には、パターン形成領域６６を縦横に何分割するのかを入力しておく。例えば、図１０においては、縦横に８分割にしている。これらデータ入力部５０に格納した情報と、ウエハデータ格納部５２に格納されている情報（検査するウエハの直径や観測されたウエハの形状等の情報）とを用いて、テンプレート作成部５４でテンプレートが作成される。上述の例では、ウエハの直径より３ｍｍ小さい直径の円（実際には、ウエハのオリエンテーションフラットを反映した形状となっている。）を８×８に分割したテンプレートが作成される。テンプレート７０の一辺は、１０〜２０ｍｍ程度である。テンプレートはサイズが小さい程、判定精度が良くなるが、処理速度が遅くなるのでこの位の値が好適である。また、作成するテンプレート数は１０〜４０個程度が好適である。
【００６１】
このように、この実施の形態のテンプレートを用いれば、所望の領域（パターン形成領域）だけをテンプレートマッチングを行う対象領域とすることができる。また、検査対象の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して、用意することができる。
【００６２】
テンプレート作成部５４は、パターン形成領域設定部７２および格子分割部７４を具えている。テンプレート作成部５４では、最初に基準画像メモリ４８から基準画像を読み出して基準テンプレートを作成する。そのために、先ず、検出したウエハの表面の全領域に亘る表面像にパターン形成領域６６を設定する。このパターン形成領域６６の設定は、データ入力部５０、ウエハデータ格納部５２および基準画像メモリ４８から送られた情報に基づいて、上述したパターン形成領域設定部７２において行われる。パターン形成領域設定部７２に入力される表面像が第１カメラ１６で捉えられた色ムラ像である場合に、パターン形成領域６６をだ円形状に変形するのも、このパターン形成領域設定部７２において行われる。次に、上述した格子分割部７４において、パターン形成領域設定部７２で設定されたパターン形成領域６６を格子状に区画することにより得られる各格子領域をテンプレートとして作成する。
【００６３】
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。上述したテンプレート作成部５４の動作に従い、良好なパターン画像である基準画像が前述したテンプレート７０ごとの領域に分割される。このとき作成される各テンプレートを基準テンプレートと称している。この基準テンプレートは、テンプレートマッチング部５６のメモリ手段に格納される。次に、今度は、基準画像の代わりに検査対象である表面像（被検査画像）を検出画像メモリ４６からテンプレート作成部５４に読み出して、この表面像をテンプレート７０ごとの領域に分割する。そして、作成された各テンプレート（被検査テンプレートと称する。）を、テンプレートマッチング部５６に出力する。テンプレートマッチング部５６では、先に作成して格納しておいた基準テンプレートと、テンプレート作成部５４から入力される、その基準テンプレートに対応した被検査テンプレートとのテンプレートマッチングを行う。そして、各テンプレートに含まれる各画素の明度の合計値（合計明度値）を計数する。
【００６４】
マッチング判定は前述した判定手段４０で行われる。判定手段４０は、テンプレートマッチング部５６で計数した、基準テンプレートと被検査テンプレートの各合計明度値同士の一致率を算出する。例えば、基準テンプレートの合計明度値（基準値）と被検査テンプレートの合計明度値（被検査値）との一致率が何パーセントであるかを求める。この一致率を相関率（相関値）と称する。この実施の形態では、被検査テンプレートの良否の判定基準を相関率６０％としている。すなわち、各テンプレートについて相関率を求め、相関率が６０％以上であればその被検査テンプレートを「良」と判定し、相関率が６０％未満であればその被検査テンプレートを「不良」と判定している。そして、全ての被検査テンプレートが「良」であれば、そのウエハに形成されたパターンは「良」と判定される。また、１つでも「不良」と判定された被検査テンプレートがあれば、そのウエハに形成されたパターンは「不良」と判定される。
【００６５】
そして、判定手段４０から出力される判定結果が、表示手段４２によって表示される。この表示手段４２としては、前述したディスプレイ装置３４を兼用している。
【００６６】
以上説明した第１の実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置によれば、ウエハマクロ検査を自動化することが可能になる。このため、作業工程数の著しい低減を図ることができる。また、作業者の熟練度に依らない、正確な検査を行うことができる。さらに、作業者がウエハに接触する機会が減少するため、ウエハのコンタミネーションフリーが図れる。
【００６７】
尚、上述したマッチング方法による処理では、基準テンプレートと被検査テンプレートとの合計明度値同士の相関値を検出することで、これらテンプレート同士の比較を行う。しかし、これに限らず、先ず、各テンプレートの対応する位置における各画素間同士の相関値をそれぞれ求め、このデータに基づいて、これらテンプレート同士の相関値を求めて、比較を行ってもよい。
【００６８】
［第２の実施の形態］
図１２は、第２の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１２には、画像検出部１０の側面図と、画像処理部１２のブロック図とを示してある。また、図１３は、第２の実施の形態における画像検出部１０の構成を示す平面図である。図１２に示す画像検出部１０の構成は、図１３に示す構成の右側面図に相当している。
【００６９】
この実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置は、拡散照明系１４として、拡散光を発生して、ウエハの表面の全領域に拡散光を照射する第２光源７６を有している。この第２の実施の形態の拡散照明系１４は、第１の実施の形態では第１光源１８とスクリーン２０とで構成していたのを、そのスクリーン２０が設置されていた位置に第２光源７６を具えた構成である。第２光源７６の発光面には、拡散板（図１２に記号ａ２で示す。厚さ１ｍｍ程度で白色のアクリル板である。）が取り付けられており、第２光源７６から射出される光は拡散光になされている。また、第２光源７６の発光面のサイズはスクリーン２０と同程度の大きさにしてあり、ウエハ２２の表面の全領域に拡散光を照射することができる。このような構成の拡散照明系１４を用いても、色ムラ像を良好に検出することができる。
【００７０】
この実施の形態では、ウエハ上に形成されるレジスト層の感光性を考慮して、第２光源７６には赤色光を発生するＬＥＤ照明を用いている。また、赤色光でなく黄色光を発生する光源を用いても好適である。さらに、例えば蛍光灯を用いてもよい。
【００７１】
［第３の実施の形態］
図１４は、第３の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１４には、画像検出部１０の側面図と、画像処理部１２のブロック図とを示してある。また、図１５は、第３の実施の形態における画像検出部１０の構成を示す平面図である。図１４に示す画像検出部１０の構成は、図１５に示す構成の右側面図に相当している。
【００７２】
この実施の形態の画像検出部１０は、パターンの不均一性を検査する場合には、拡散光を発生して、ウエハ２２の表面の部分領域に拡散光を照射する第４光源７８と、部分領域の表面像を色ムラ像として検出する光電変換を利用した第３検出手段としての第３カメラ８０と、ウエハ２２の表面の全領域に亘る表面像を走査するようにウエハ２２をステップ移動させるＸＹステージ８２とを具えた構成である。
【００７３】
この実施の形態では、ウエハ上に形成されるレジスト層の感光性を考慮して、第４光源７８には赤色光を発生するＬＥＤ照明を用いている。また、赤色光でなく黄色光を発生する光源を用いても好適である。さらに、例えば蛍光灯を用いてもよい。そして、この第４光源７８には、発生する光を拡散光にするために、光源の射出部に拡散板（図１４に記号ａ３で示す。厚さ１ｍｍ程度で白色のアクリル板である。）を装着してあり、発生光がこの拡散板を通過して射出されるようにしてある。この第４光源７８は、ウエハ２２の表面に対して斜め上方の位置に、ウエハ２２の表面の部分領域に拡散光を照射できるように配置されている。この部分領域の面積は、ウエハの表面積の１／４〜１／２５程度である。第４光源７８の射出方向（図１４のｅ軸の延在方向）は、ウエハ２２の表面に対して垂直な方向から角度θ２だけ傾いた状態になされている。角度θ２は３０°〜４５°程度である。
【００７４】
この実施の形態では、第３カメラ８０としてＣＣＤカメラを用いている。この第３カメラ８０は、第４光源７８の斜め上方の位置に、その光軸Ｏ３がウエハ２２の表面に対してほぼ垂直な方向に配向するように具えられている。この第３カメラ８０は、捉えられる映像に当該第３カメラ８０の像を映さずに前述した部分領域を観測できるように配置してある。すなわち、この第３カメラ８０は、ウエハ２２の表面に投射された第４光源７８の照明像を観測するように配置されている。このように、ウエハ２２の表面の全領域を一度に第３カメラ８０で捉えるのではなく、部分領域だけを拡大して観測を行うから、この部分領域内に第３カメラ８０の像が映らないようにすることができる。
【００７５】
図１６は、カメラ像と照明像との位置関係を示す平面図である。ウエハ２２の表面上には、カメラ像８６すなわち第３カメラ８０の像と照明像８８すなわち第４光源７８の像とが映っている。第３カメラ８０が観測する部分領域は、この照明像８８である。図１６に示すように、これらカメラ像８６と照明像８８とが重ならないように、第３カメラ８０を配置調整してある。よって、第３カメラ８０の光軸Ｏ３は、ウエハ２２の表面に垂直な方向からわずかに傾かせてある（但し、図１４には、光軸Ｏ３の延在方向とウエハ２２の表面に垂直な方向とを一致させて示してある。）。
【００７６】
また、ＸＹステージ８２は、ステージ上にウエハ２２の下面を吸着させて、そのステージをウエハ２２の表面内で互いに直交するＸ方向およびＹ方向にステップ移動させる。このように構成すると、ウエハの表面上の領域と、第３カメラ８０で観測する領域とを相対的に順次にずらしていくことが可能である。従って、ウエハ２２の表面像を部分領域ごとに第３カメラ８０で検出して、ＸＹステージ８２でウエハ２２をステップ移動させることにより全領域を走査することができる。
【００７７】
次に、この実施の形態の画像検出部１０は、前記パターンのキズを検査する場合には、スポット光を発生して、ウエハ２２の表面の部分領域に向けて斜め上方からスポット光を照射するための第５光源８４ａおよび８４ｂを具えている。そして、上述した第３カメラ８０で、第５光源８４ａおよび８４ｂで照射している部分領域の表面像をキズ像として検出する。
【００７８】
この実施の形態では、前述したように、ウエハ上に形成されるレジスト層の感光性を考慮して、第５光源８４ａおよび８４ｂには赤色光を発生するＬＥＤ照明を用いている。また、赤色光でなく黄色光を発生する光源を用いても好適である。さらに、例えば蛍光灯やハロゲン光源を用いてもよい。これら第５光源８４ａおよび８４ｂのそれぞれは、ウエハ２２の表面の斜め上方の位置に、対向させて設けてある。そして、ウエハ２２の表面の全領域にスポット光を照射できるように配置されている。この配置により、スポット光は、ウエハ２２の表面にほぼ水平な方向から照射されるようになされている。キズはごく細い溝であるから、このように溝に対して側方からスポット光を照射する方が乱反射させやすく、キズ像が得られやすい。尚、この実施の形態では、ウエハ２２の表面の全領域にスポット光が照射されなくとも、前述した部分領域にスポット光が照射されていればよい。
【００７９】
次に、この実施の形態において、画像処理部１２で行うパターンの良否の判定は、画像検出部１０で検出されたウエハ２２の表面の部分領域に亘る表面像と予め用意された基準画像とを比較することにより行う。そして、この比較をテンプレートマッチングに基づいて行う。
【００８０】
この基準画像は、良好な状態のパターンが形成されたウエハ（基準ウエハ）の部分領域の表面像である。このときのパターンの良否の判定は、第１の実施の形態で説明したように、作業者が目視により行う。そして、同様に、ロットの最初の１枚目のパターンの良否を作業者が目視により確認して、「良」と判定した場合に基準画像メモリ４８に第２基準画像として格納する。１枚目が「不良」と判定されたならば、２枚目、３枚目というように判定してゆくことになる。
【００８１】
そして、第１の実施の形態で図６および図７を参照して説明した画像処理部１２により、この基準画像を用いて、ウエハに形成されたパターンの良否を判定することができる。
【００８２】
図１７は、第３の実施の形態のテンプレートの形状を示す平面図である。この実施の形態で用いるテンプレート７０は、図９を参照して説明した従来テンプレート６８と同じく、通常の四角形状のテンプレートである（１つのテンプレート７０の形状は、図１７の斜線を付した領域で示されている。第３の実施の形態で用いる各テンプレート７０は、これと同じ形状である。）。しかし、第３の実施の形態では不感体領域６４をマッチング対象から除外するために、各々のテンプレート７０の一部領域同士が重なるように構成してある（重なっていても問題ない。）。このように構成してあるから、各テンプレート７０は、太い実線ｔで示されるチップ６２の形成領域内に収まった状態に作成されている。
【００８３】
この実施の形態では、キズ像と色ムラ像とを同一のカメラで検出しているから、各々に対して同じ形状のテンプレートを用いることができる。また、検出した各部分領域の表面像に対して、１つのテンプレートを用意してテンプレートマッチングを行う。各テンプレート７０の大きさは、チップ数個分に相当する大きさである。図１７に示す１つのテンプレート７０が占める領域は、前述した部分領域に相当している。この各部分領域を順次に観測できるように、ＸＹステージ８２でウエハ２２をステップ移動させる。そして、各部分領域ごとに順次にテンプレートマッチングを行い、各部分領域に形成されたパターンの良否を判定してゆく。１つでも「不良」と判定されたものがあれば、そのウエハの表面に形成されたパターンは「不良」であると判定する。このＸＹステージ８２の移動タイミングと表面像の検出タイミングとは、前述した制御手段４４で制御すればよい。
【００８４】
以上説明した第３の実施の形態の自動ウエハマクロ検査装置によれば、ウエハの表面領域を分割して部分領域ごとに検査を行うので、ウエハ単位面積当たりのＣＣＤカメラ画素数を多くすることができる。よって、第１および第２の実施の形態の構成に比べて、より精度の高い検査が可能である。
【００８５】
尚、この実施の形態では、色ムラ像の検出時に１つの拡散光源（第４光源７８）を用いたが、複数個の拡散光源を用いた方がよい。また、図１８に断面図で示すように、第３カメラ８０の光軸Ｏ３を中心軸としてウエハ２２の周囲を取り囲む構成のドーム型拡散照明９６（内面ｑが発光面になっている。）を用いてもよい。このような照明を用いると、第３カメラ８０が捉える映像に第３カメラ８０自身の像が映らないようにすることができる。
【００８６】
［第４の実施の形態］
図１９は、第４の実施の形態の比較手段３８の構成を示すブロック図である。この実施の形態の比較手段３８は、図７を参照して説明した比較手段３８の構成要素であるテンプレートマッチング部５６の代わりに比較処理部９８を具えた構成である。比較処理部９８は、エッジ処理部１００、明度差分布検出部１０２およびしきい値格納部１０４を具えている。第４の実施の形態でもウエハに形成されたパターンの良否の判定は、検出した表面像をテンプレートごとの領域に分割して、各テンプレート同士（基準テンプレートと被検査テンプレート）の比較および判定を行う。すなわち、先ず、画像メモリ部に格納した基準画像に基準テンプレートを設定する。
【００８７】
そして、次に、設定した基準テンプレートにエッジ処理を施す。この実施の形態では、テンプレート作成部５４で作成された各テンプレートに対して、エッジ処理部１００において、通常のエッジ処理（微分化処理）を施す。このエッジ処理の結果、基準テンプレート内の表面像の境界線が強調される。このように、先ず、基準テンプレート内において明暗の変化の大きい部分を抽出する。
【００８８】
次に、エッジ処理が施された各基準テンプレートが、明度差分布検出部１０２に出力される。そして、この明度差分布検出部１０２では、エッジ処理済の基準テンプレートを構成する各画素の、明度差ごとの数が検出される。この明度差ごとの画素数の分布を、基準明度差分布と称する。例えば、図２０の（Ａ）に、基準明度差分布を、横軸に明度差を取って示し、縦軸に画素数を取って示す。
【００８９】
また、明度差分布検出部１０２は、求めた基準明度差分布から、第１明度差以下の画素数（第１基準値と称する。）と第２明度差以上の画素数（第２基準値と称する。）とを基準値として計数する。第１明度差としての第１しきい値と、第２明度差としての第２しきい値とは、しきい値格納部１０４に格納されている。明度差分布検出部１０２は、このしきい値格納部１０４を参照して、前述した各基準値を計数する。この計数結果である基準値は、判定手段４０に出力され、この判定手段４０のメモリ手段に格納される。
【００９０】
次に、同様にして、基準テンプレートに対応する検出した検査対象のウエハの表面像（検出画像メモリ４６に格納されている。）の領域に、被検査テンプレートを設定する。そして、設定した被検査テンプレートに、エッジ処理部１００においてエッジ処理を施す。そして、明度差分布検出部１０２において、エッジ処理済の被検査テンプレートを構成する各画素の、明度差ごとの数を検出する。この明度差ごとの分布を、被検査明度差分布と称する。
【００９１】
また、上述した明度差分布検出部１０２は、求めた被検査明度差分布から、第１明度差以下の画素数（第１被検査値と称する。）と、第２明度差以上の画素数（第２被検査値と称する。）とを被検査値として計数する。第１明度差としての第１しきい値と第２明度差としての第２しきい値とは、上述したように、しきい値格納部１０４に格納されており、明度差分布検出部１０２は、このしきい値格納部１０４を参照して、前述した被検査値を計数する。この被検査値は、判定手段４０に出力され、この判定手段４０のメモリ手段に格納される。
【００９２】
この実施の形態の判定手段４０は、比較手段３８の比較結果である、基準値と被検査値との一致率（相関率、相関値）を算出する。そして、算出した一致率が、予め設定しておいた値の範囲内であるかどうかを検出して、検査対象のウエハ（ウエハの表面に形成されたパターン）の良否判定を行う。
【００９３】
図２０の各グラフは、明度差分布を示すグラフである。各グラフの横軸に明度差を取り、縦軸に画素数を取って示す。例えば、１段目のグラフに示される明度差分布が基準明度差分布であるとする。そして、２段目および３段目のグラフに示される明度差分布が被検査明度差分布であるとする。１段目の基準明度差分布はほぼ対称な山形を呈している。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右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左側に移行した形状となっている。従って、これら２段目および３段目の被検査明度差分布は、基準明度差分布と形状が異なっている。
【００９４】
判定手段４０において、先ず、低明度差側の第１しきい値（第１明度差）以下の各グラフの画素数（斜線を付して示す各グラフ領域の画素数）の一致率を算出する。すなわち、第１基準値と第１被検査値との一致率を算出する。
【００９５】
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。この一致率に基準を設定しておき、例えばこの基準を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する。第１しきい値以下を比較した場合には、２段目の被検査明度差分布は基準明度差分布と同一であると判定されるが、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。
【００９６】
次に、高明度差側の第２しきい値以上の各グラフの画素数（斜線を付して示す各グラフ領域の画素数）の一致率を算出する。すなわち、第２基準値と第２被検査値との一致率を算出する。この算出結果によれば、２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、３段目の被検査明度差分布は基準明度差分布と同一であると判定される。
【００９７】
図２０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。従って、これら２段目および３段目の被検査明度差分布が反映している被検査テンプレートは「不良」であると判定される。このように、判定基準となるしきい値を２つ設定したことにより、しきい値を１つだけ設定した場合に比べて誤判定を低減させることができる。
【００９８】
以上説明したエッジ処理を行う画像処理の手法によれば、良好な判定結果を得ることができる。また、第４の実施の形態の処理方法は、キズ検査に対しては、第１の実施の形態で説明したテンプレートマッチングの処理方法に比べ、高い検出精度でウエハの良否を判定することができる。これは、キズ像として検出されるキズには非常に小さいものが多いため、エッジ処理を施してキズの像を鮮明に強調させることにより誤判定を減少させることができ、その結果、不良品検出率を高めることができるからである。また、キズ検査によらず、色ムラ検査においても、第１の実施の形態と同等もしくは高い検出精度で判定を行うことができる。
【００９９】
尚、この実施の形態の比較処理では、画素数を比較する明度差範囲を設定するためのしきい値を２つ用いる例につき説明したが、これに限らず、２つ以上であってもよい。例えば３つ以上のしきい値を用いれば、さらに判定精度を高めることができる。さらに、最初に、第１の実施の形態で説明したマッチング方法による処理を行ってウエハの良否を判定し、続いて、第４の実施の形態で説明したマッチング方法による処理を行ってウエハの良否を判定してもよい。
【０１００】
【発明の効果】
この出願に係る第１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して、その表面像のパターンを基準画像のパターンと比較し、その比較結果に応じてパターン状態を判定することにより、ウエハ（ウエハの表面に形成したパターン）の検査を行うことが可能である。また、この出願に係る第１発明のウエハのマクロ検査方法によれば、キズ像の検出時に、拡散反射板を移動させて、ウエハの表面にその像を映さないようにしているので、キズ像を検出しやすくすることができる。
【０１０１】
また、この出願に係る第２発明の自動ウエハマクロ検査装置によれば、予め画像検出部が基準画像を検出して、この基準画像を画像メモリ部に格納しておき、次に、画像検出部は被検査画像を検出して、この被検査画像を画像メモリ部に格納し、画像メモリ部に格納された各画像を比較部に読み出して、これら基準画像および被検査画像の比較を行い、この比較結果に基づいて判定部はウエハ（ウエハの表面に形成されたパターン）の良否判定結果を出力する。従って、この装置構成により、ウエハのマクロ検査を自動的に行うことが可能である。よって、作業工程数の著しい低減を図ることができる。また、作業者の熟練度に依らない、正確な検査を行うことができる。さらに、作業者がウエハに接触する機会が減少するため、ウエハのコンタミネーションフリーを図ることができる。また、この出願に係る第２発明のウエハのマクロ検査装置によれば、キズ像の検出時に、拡散反射板を移動させて、ウエハの表面にその像を映さないようにしているので、キズ像を検出しやすくすることができる。
【０１０２】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面に拡散光を照射して、第１検出手段で表面像を検出する構成としたことにより、ウエハの表面に形成されたパターンの不均一性を検査することができる。
【０１０３】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面にスポット光を照射して、第２検出手段で表面像を検出する構成としたことにより、ウエハの表面に形成されたパターンのキズの有無を検査することができる。
【０１０４】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出する構成としたことにより、パターンの不均一性を検査することができる。また、照明を切り替えて、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出する構成としたことにより、パターンのキズの有無を検査することができる。
【０１０５】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンの不均一性を検査する構成と、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させる構成とをもって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンの不均一性を検査することができる。
【０１０６】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンのキズの有無を検査する構成と、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させる構成とをもって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンのキズの有無を検査することができる。
【０１０７】
また、この発明の自動ウエハマクロ検査装置の好適な構成例によれば、ウエハの表面に拡散光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンの不均一性を検査する構成と、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させる構成とをもって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンの不均一性を検査することができる。また、ウエハの表面にスポット光を照射して、ウエハの表面像を検出することにより、ウエハ表面の部分領域に形成されたパターンのキズの有無を検査する構成と、ＸＹステージでウエハを移動させることにより、第３検出手段で捉えるウエハの部分領域を移動させる構成とをもって、部分領域ごとにウエハの表面のパターンのキズの有無を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の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】第１の実施の形態の画像検出部の構成を示す図である。
【図３】色ムラ像の見え方を示す図である。
【図４】パターンの不均一性を示す図である。
【図５】撮像系の配置を示す図である。
【図６】画像処理部の構成を示す図である。
【図７】比較手段の構成を示す図である。
【図８】ウエハの表面の様子を示す図である。
【図９】従来テンプレートとウエハ表面像との関係を示す図である。
【図１０】第１の実施の形態のキズ検査用テンプレートの形状を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態の色ムラ検査用テンプレートの形状を示す図である。
【図１２】第２の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１３】第２の実施の形態の画像検出部の構成を示す図である。
【図１４】第３の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１５】第３の実施の形態の画像検出部の構成を示す図である。
【図１６】カメラ像と照明像との位置関係を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態のテンプレートの形状を示す図である。
【図１８】ドーム型照明を用いた例を示す図である。
【図１９】第４の実施の形態の比較手段の構成を示す図である。
【図２０】明度差分布グラフを示す図である。
【符号の説明】
１０：画像検出部 １２：画像処理部
１４：拡散照明系 １６：第１カメラ
１８：第１光源 ２０：スクリーン
２２：ウエハ ２４：支持体
２６：スポット照明系 ２８：第２カメラ
３０ａ，３０ｂ：第３光源 ３２：画像処理装置
３４：ディスプレイ装置 ３６：画像格納手段
３８：比較手段 ４０：判定手段
４２：表示手段 ４４：制御手段
４６：検出画像メモリ ４８：基準画像メモリ
５０：データ入力部 ５２：ウエハデータ格納部
５４：テンプレート作成部
５６：テンプレートマッチング部
５８：不感体領域入力部 ６０：分割数入力部
６２：チップ ６４：不感体領域
６６：パターン形成領域
６８：従来テンプレート ７０：テンプレート
７２：パターン形成領域設定部
７４：格子分割部 ７６：第２光源
７８：第４光源 ８０：第３カメラ
８２：ＸＹステージ
８４ａ，８４ｂ：第５光源 ８６：カメラ像
８８：照明像 ９０：パターン
９２：凸部 ９４：キズ
９６：ドーム型拡散照明 ９８：比較処理部
１００：エッジ処理部 １０２：明度差分布検出部
１０４：しきい値格納部

Claims (10)

1. 第１光源で発生した拡散光を拡散反射板を用いて基準ウエハの表面に照射し、該基準ウエハの斜め上方から該基準ウエハの表面の全領域に亘る第１の色ムラ像を検出するステップと、
   前記拡散反射板を移動させ、前記基準ウエハの表面にスポット光を照射し、該基準ウエハの真上から該基準ウエハの表面の全領域に亘る第１のキズ像を検出するステップと、
   前記拡散反射板を用いて被検査ウエハの表面に前記拡散光を照射し、該被検査ウエハの斜め上方から該被検査ウエハの表面の全領域に亘る第２の色ムラ像を検出するステップと、
   前記拡散反射板を移動させ、前記被検査ウエハの表面に前記スポット光を照射し、該被検査ウエハの真上から該被検査ウエハの表面の全領域に亘る第２のキズ像を検出するステップと、
   前記第１の色ムラ像およびキズ像と前記第２の色ムラ像およびキズ像とを比較するステップと、
   前記比較の結果に基づいて、前記被検査ウエハの良否を判定するステップと
   を有することを特徴とするウエハのマクロ検査方法。
2. 請求項１に記載のウエハのマクロ検査方法において、前記比較を、テンプレートマッチングによって行うことを特徴とするウエハのマクロ検査方法。
3. 請求項２に記載のウエハのマクロ検査方法において、
   前記テンプレートマッチングは、
   前記第１の色ムラ像およびキズ像に基準テンプレートを設定するステップと、
   該設定した基準テンプレートを構成する各画素の明度の合計値を基準値として計数し、該基準値を第１メモリ手段に記憶するステップと、
   前記基準テンプレートに対応する前記第２の色ムラ像およびキズ像に、被検査テンプレートを設定するステップと、
   該被検査テンプレートを構成する各画素の明度の合計値を被検査値として計数し、該被検査値を第２メモリ手段に記憶するステップと、
   前記第１および第２メモリ手段から前記基準値および前記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。
4. 請求項２に記載のウエハのマクロ検査方法において、
   前記テンプレートマッチングは、
   前記第１の色ムラ像およびキズ像に基準テンプレートを設定するステップと、
   該設定した基準テンプレートにエッジ処理を施すステップと、
   該エッジ処理済の基準テンプレート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として計数し、該基準値を第１メモリ手段に記憶するステップと、
   前記基準テンプレートに対応する前記第２の色ムラ像およびキズ像に、被検査テンプレートを設定するステップと、
   該設定した被検査テンプレートにエッジ処理を施すステップと、
   該エッジ処理済の被検査テンプレートを構成する各画素の、前記第１明度差以下の画素数と前記第２明度差以上の画素数とを被検査値として計数し、該被検査値を第２メモリ手段に記憶するステップと、
   前記第１および第２メモリ手段から前記基準値および前記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。
5. 拡散光を発生する第１光源と、
   前記第１光源から発生された前記拡散光を反射して、基準ウエハおよび被検査ウエハの表面に該拡散光を照射する拡散反射板と、
   前記拡散光が照射されている間に、前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハの色ムラ像 を検出する第１検査手段と、
   前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハの表面にスポット光を照射する第２光源と、
   前記拡散反射板を移動させ、前記スポット光が照射されている間に、前記基準ウエハおよび前記被検査ウエハのキズ像を検出する第２検査手段と、
   前記基準ウエハの前記色ムラ像および前記キズ像と前記被検査ウエハの前記色ムラ像および前記キズ像とを比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づいて、前記被検査ウエハの良否判定を行う判定部と
   を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
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、
   ウエハの表面に拡散光を照射する拡散照明系を具え、
   前記拡散照明系は、
   拡散光を発生して、前記ウエハの表面の全領域に該拡散光を照射する第３光源であることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
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、
   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を具え、
   前記画像検出部は、
   拡散光を発生する第１光源と、
   該拡散光を前記ウエハの表面の全領域に向けて照射するための拡散反射板と、
   前記ウエハの表面の全領域に亘る前記色ムラ像を検出する第１検出手段と、
   スポット光を発生して、前記ウエハの表面の全領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第２光源と、
   前記ウエハの表面の全領域に亘る前記キズ像を検出する第２検出手段と
   を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
8. 請求項５に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
   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を具え、
   前記画像検出部は、
   拡散光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に該拡散光を照射するための第４光源と、
   前記部分領域の前記色ムラ像を検出する第３検出手段と、
   前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージと
   を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
9. 請求項５に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
   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を具え、
   前記画像検出部は、
   スポット光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第５光源と、
   前記部分領域の前記色ムラ像を検出する第３検出手段と、
   前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージと
   を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。
10. 請求項５に記載の自動ウエハマクロ検査装置において、
    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を具え、
    前記画像検出部は、
    拡散光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に該拡散光を照射するための第４光源と、
    スポット光を発生して、前記ウエハの表面の部分領域に向けて斜め上方から該スポット光を照射するための第５光源と、
    前記部分領域の前記色ムラ像を検出する第３検出手段と、
    前記ウエハの表面の全領域に亘る前記表面像が走査されるように前記ウエハを移動させるＸＹステージと
    を具えることを特徴とする自動ウエハマクロ検査装置。

Images