JPH11326233A - 材料表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ試料の表面を観察・検査する材料表面
検査において、より高速かつ確実にウエハ試料の画像を
取り込み、欠陥、キズ、異物等の個数を計測し、そのス
ループットを向上することができる材料表面検査装置を
安価で提供する。 【解決手段】 本発明においては、被検物体を搭載して
移動可能なステージと、ステージ上の被検物体を照明す
る照明手段と、ステージの移動途中において、ステージ
に搭載された被検物体が所定位置に至ったとき、これに
同期して、照明手段を閃光させる同期制御手段と、被検
物体の一部分の像を画像データとして取り込む撮像手段
と、撮像手段は、少なくとも１個の撮像素子を含み、撮
像素子には所定数の画像データが重ねて記録され、画像
データに基づいて被検物体の欠陥を評価する画像処理手
段とを有し、所定数の画像データに基づいて被検物体の
欠陥を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハ等
の結晶材料その他の材料の表面上の欠陥、キズ、異物な
どの測定評価を行う材料表面検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に基づいて、従来例を説明する。こ
の装置は、サンプルステージ１０２、顕微鏡１０４、ス
トロボライト１１１、ＴＶカメラ１０６、画像処理装置
１０７、トリガー発生装置１１２等からなる。

【０００３】サンプルステージ１０２は、ステージ１０
２ａの上に被検物体であるウエハ試料１０１が固定され
ており、ステージ１０２ａと一体で設けられているステ
ージ駆動機構１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにより、Ｘ
（横）、Ｙ（縦）、Ｚ（高さ）方向に高速に移動可能で
ある。

【０００４】ウエハ試料１０１の上方には、顕微鏡１０
４が設けられている。顕微鏡１０４には、ＴＶカメラ１
０６、ストロボライト１１１、および顕微鏡１０４の自
動焦点機構を制御する顕微鏡コントロールユニット１１
４が取り付けられている。

【０００５】顕微鏡１０４の右側にはストロボライト１
１１が設けられており、ストロボライト１１１から出射
した光はハーフミラー（不図示）により反射され、顕微
鏡１０４の光学系を介してウエハ試料１０１に照射され
る。

【０００６】顕微鏡１０４の上方には、ＴＶカメラ１０
６が設けられており、ウエハ試料１０１表面からの光
が、ハーフミラーを通過して入射する。

【０００７】ＴＶカメラ１０６の上方には、画像処理装
置１０７が設けられており、ＴＶカメラ１０６から画像
データを取込む。

【０００８】画像処理装置１０７に接続されているトリ
ガー発生装置１１２は、パルスモータコントローラ１０
３からの信号に基づいて、ストロボ発光および画像取り
込み用のトリガー信号を生成する。ストロボ発光用のト
リガー信号は、ストロボドライバ１１０へ出力され、ス
トロボライト１１１はこの信号に応じて閃光を発する。
画像取り込み用のトリガー信号は、画像処理装置１０７
へ出力され、この信号に応じて画像処理装置７はＴＶカ
メラ１０６から画像データを取込む。

【０００９】このような構成としたことにより、高速移
動状態にあるウエハ試料１０１の表面の顕微鏡による画
像を静止画像として取り込むことが可能となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の構成に
おいて、被検物体であるウエハ試料１０１の表面の観察
・検査速度は、ウエハ試料１０１の移動速度、ストロボ
発光間隔、およびウエハ表面の静止画像の取り込み速度
のうち、最も速度の遅い静止画像の取り込み速度すなわ
ちカメラが画像を取り込む速度に依存していた。この速
度は、通常のＴＶカメラで用いられるＮＴＳＣ方式にお
いては、２５〜３０コマ／秒であるため、ウエハ試料の
表面検査速度は、この速度により制限されていた。ま
た、画像処理装置における画像処理の速度は、画像取り
込み速度よりもさらに遅いため、この速度もウエハ試料
の表面検査速度を制限していた。

【００１１】一方、この問題を解決するために、画像取
り込み速度の速いカメラを使うことも考えられるが、こ
のようなカメラは高価であるため、表面検査のコストが
高くなってしまう。

【００１２】そこで、本発明の目的は、ウエハ試料の表
面を観察・検査する材料表面検査において、より高速か
つ確実にウエハ試料の画像を取り込み、欠陥、キズ、異
物等の個数を計測し、そのスループットを向上すること
ができる材料表面検査装置を安価で提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明においては、被検
物体を搭載して移動可能なステージと、ステージ上の被
検物体を照明する照明手段と、ステージの移動途中にお
いて、ステージに搭載された被検物体が所定位置に至っ
たとき、これに同期して、照明手段を閃光させる同期制
御手段と、被検物体の一部分の像を画像データとして取
り込む撮像手段と、撮像手段は、少なくとも１個の撮像
素子を含み、撮像素子には所定数の画像データが重ねて
記録され、画像データに基づいて被検物体の欠陥を評価
する画像処理手段とを有し、所定数の画像データに基づ
いて被検物体の欠陥を評価する。

【００１４】

【実施例】以下、第１実施例に係る装置を図１に示す。
本装置は、サンプルステージ２、顕微鏡４、ストロボラ
イト１１、ＴＶカメラ６、画像処理装置７等からなる。

【００１５】サンプルステージ２は、ステージ２ａと、
電動式ステージ駆動機構２ｂ、２ｃ、２ｄとが一体とな
って設けられている。被検物体であるウエハ試料１は、
バキュームチャック（不図示）により、サンプルステー
ジ２ａ上に固定されている。ステージ駆動機構２ｂ、２
ｃ、２ｄには、パルスモータドライバ１３を介して、パ
ルスモータコントローラ３が接続されている。パルスモ
ータコントローラ３は、コンピュータ８に接続されてお
り、コンピュータ８からの信号に基づいて、パルスモー
タドライバ１３に対してステージ駆動機構２ｂ、２ｃ、
２ｄの駆動タイミングの制御のための信号を出力する。
パルスモータドライバ１３は、パルスモータコントロー
ラ３からの信号に基づいて、ステージ駆動機構２ｂ、２
ｃ、２ｄをＸ（横）、Ｙ（縦）、Ｚ（高さ）方向に駆動
してステージ２ａの動作を制御することにより、ウエハ
試料１上の測定箇所が顕微鏡４の視野内に高速かつ精密
に入るようにウエハ試料１を搭載したステージ２ａの位
置を制御する。また、ステージ２ａは、ウエハ試料１の
いずれの場所をも顕微鏡４の視野内に入れることができ
る。

【００１６】サンプルステージ２の上方には、顕微鏡４
が設けられており、ウエハ試料１の表面状態を観察可能
である。顕微鏡４には、ストロボライト１１、ＴＶカメ
ラ６、および顕微鏡コントロールユニット１４が取り付
けられており、顕微鏡コントロールユニット１４は、顕
微鏡４の自動焦点機構を制御する。

【００１７】ストロボライト１１は、顕微鏡４の光学系
を介してウエハ試料１にその光を照射できるように設け
られている。ストロボライト１１にはストロボドライバ
１０およびトリガー発生装置１２を介して、パルスモー
タコントローラ３が接続されている。パルスモータコン
トローラ３は、コンピュータ８からの信号に基づいてト
リガー発生装置１２に信号を出力する。トリガー発生手
段１２は、パルスモータコントローラ３からの信号に基
づき、ステージ駆動機構２ａ、２ｂ、２ｃによるステー
ジ２ａの位置制御に同期したトリガー信号をストロボド
ライバ１０に出力する。ストロボドライバ１０は、この
トリガー信号に基づきストロボライト１１をコンピュー
タ８で設定した間隔で発光させる。ここで、図２を用い
て、ストロボライト１１から出射した光がウエハ試料１
に照射される様子を説明する。図２は図１の装置のスト
ロボライト１１、顕微鏡４およびＴＶカメラ６などの部
分の要部拡大図である。ここで、顕微鏡４の光学系内で
あって、ストロボライト１１からの光の光路途中にはハ
ーフミラー１５が設けてある。よって、ストロボライト
１１から出射した光は、ハーフミラー１５により水平方
向から入射するため、大部分が反射され、顕微鏡４の光
学系を介して被検物体であるウエハ試料１に照射され
る。その照射光によるウエハ試料１の表面からの光は、
ハーフミラー１５に垂直方向から入射するため、大半が
透過してＴＶカメラ６に入射する。

【００１８】顕微鏡４の光学系にはＴＶカメラ６が設け
られており、ＴＶカメラ６は撮像素子としてＣＣＤ（電
荷結合素子）を有している。ウエハ試料１の表面で反射
したストロボライト１１からの光は、ハーフミラー１５
を通過してＴＶカメラ６に入射し、これによりＣＣＤに
はウエハ試料１の表面状態が記録される。

【００１９】ＴＶカメラ６には画像処理装置７が接続さ
れており、ＴＶカメラの動作を制御する一方、ＴＶカメ
ラ６から画像データを取込み、コンピュータ８と共働し
て、この画像データに基づきウエハ試料１の欠陥の計測
評価を行う。また、画像処理装置は、カウンタ１６を介
してトリガー発生装置１２と接続している。カウンタ１
６は、トリガー発生装置１２からのトリガー信号の数を
カウントし、５個のトリガー信号が入力されるたびに画
像処理装置７に対して、画像取り込みのタイミングを示
す信号を出力する。この信号に基づき、画像処理装置７
はＴＶカメラ６を作動させ、ストロボライト１１の発光
が５回あるごとにウエハ試料１の表面状態の撮影を１回
行わせる。

【００２０】このような構成として、ストロボ発光と撮
像のタイミングを調整することにより、高速移動状態に
あるウエハ試料１の表面の顕微鏡による画像を静止画像
として取り込むことが可能となる。また、例えば１回の
撮像中にストロボライト１１が５回発光すると、ＣＣＤ
にストロボ発光５回分の静止画像が重ねて記録されるた
め、ウエハ試料の５つの位置の表面状態を１回の画像取
り込みで記録することができ、また画像処理も１回です
む。したがって、ウエハ試料の表面上の欠陥、キズ、異
物等を観察・検査する材料表面検査において、より高速
かつ確実にウエハ試料の画像を取り込み、欠陥、キズ、
異物等の個数を計測し、そのスループットを向上するこ
とができる。

【００２１】以下に、本装置によるウエハ試料表面の検
査の工程を説明する。まず、ウエハ試料１をサンプルス
テージ２のステージ２ａ上にセットする。コンピュータ
８はパルスモータコントローラ３に対し所定のパルス信
号を出力するように指令を与える。パルスモータコント
ローラ３はコンピュータ８からの指令に基づき、ステー
ジ２ａが所定の方向に連続的に高速移動するように、ス
テージ駆動機構２ｂ、２ｃ、２ｄ用の各パルスモータ
（不図示）に対してパルス信号を出力する。これによ
り、ステージ２ａは連続的に移動する。

【００２２】トリガー発生装置１２は、パルスモータコ
ントローラ３から出力されるパルス信号に基づき、スト
ロボ発光および画像取り込み用のトリガー信号を生成す
る。具体的には、パルスモータコントローラ３からステ
ッピングモータによるステージ２ａ駆動のためのパルス
信号を取り出し、このパルス信号を分周することにより
トリガー信号を生成している。ステッピングモータは、
パルス信号により１ステップ進む。パルス信号が１個入
力されることによりステージ２ａが１μｍ進む場合に
は、このパルス信号を１／１０００に分周した信号をト
リガー信号にすると、ステージ２ａが１ｍｍ（１０００
μｍ）進むごとにトリガー発生装置１２からトリガー信
号が出力されることになる。このトリガー信号に応じ
て、ストロボドライバ１０はストロボライト１１を１回
発光させる。画像処理装置７では、ストロボライト１１
発光用のトリガー信号と同一タイミングのトリガー信号
がカウンタ１６に入力され、そのトリガー信号の個数が
５個になるごとにカウンタ１６から画像データ取り込み
用のトリガー信号が発せられ、このトリガー信号に応じ
てＴＶカメラ６から画像データの取り込みが行われる。
画像データの取り込み速度は、所望するウエハ試料１の
測定範囲に応じて決定され、その速度によりサンプルス
テージ２ａの移動距離が定まる。この画像データの取り
込み速度は、本実施例のカウンタ１６を用いた場合に
は、最大でＴＶカメラ６の画像取り込み速度の５倍とな
る。

【００２３】画像処理装置７による画像データの取り込
みは、まずストロボライト１１の発光下で顕微鏡４の光
学系を通したウエハ試料１の拡大像を得て、この拡大像
をＴＶカメラ６の撮像素子であるＣＣＤに記録すること
により行い、ストロボライト１１の５回の発光に対し
て、拡大像の記録が１回行われる。ＣＣＤに蓄積された
ストロボライト１１の発光５回分の画像データはＣＣＤ
から、ＴＶカメラ６に設けられた画像記録部（不図示）
にいったん保存された後、画像処理装置に入力される。
画像記録部への画像データの保存は、ストロボ発光間隔
より十分短い時間で行うことができるため、ＣＣＤへの
ウエハ試料の拡大像の記録は、ストロボ発光５回ごとに
途切れるということはなく、連続的に行うことが可能で
ある。また、画像処理装置においては、ストロボライト
１１の発光５回分の画像データを１回で処理することが
できる。

【００２４】本実施例においては、ＣＣＤへの画像デー
タの記録は、積算方式を採用している。すなわち、ステ
ージ１の移動中の５回の発光により、ウエハ試料１上の
５箇所の測定位置の表面の状態が１個のＣＣＤに重ねて
記録される。この方式によって記録されたＣＣＤでは、
ウエハ試料１上の各測定位置のうちの同じ箇所に欠陥等
が重なった場合は、欠陥が重なっていない箇所に比べ
て、輝度が大きいものとして画像データが記録される。
ＣＣＤに記録された画像データは、画像処理装置７およ
びコンピュータ８において、画像処理され、結晶欠陥の
分布、個数、形状および密度などが計測（算出）され
る。

【００２５】以上の処理は、ウエハ試料１を移動しなが
ら連続的に行う。例えば、図３のように、１回のストロ
ボライト１１の照射で観察される各矩形領域４１が、矢
印４２のような順序で観察されるようにウエハ試料１を
連続的に移動させ、移動の間に上記の計測を行う。ステ
ージ２ａは連続的に移動し、停止せずに、ストロボライ
ト１１の発光により画像データを取り込み、ステージの
移動中に画像処理（計測）を行っているため、従来例の
ようにステージ２ａの移動・停止を繰り返すことがな
い。したがって、画像処理速度を上げることができるた
め、ステージ２ａの移動速度を画像処理の処理速度まで
上げることができる。

【００２６】以下に変形例を示す。サンプルステージの
移動制御は、ＸＹＺの３軸で行っているが、結晶欠陥の
分布を知るためには図３に示すような移動（表面のスキ
ャン）には限定されず、種々の変形が可能である。例え
ば、図４のようにサンプルステージ２ａを回転させなが
ら、顕微鏡４の対物レンズ４ａを矢印２０で示すウエハ
試料１の中心部から離れる方向に移動させて画像を取り
込み、ウエハ試料１の結晶欠陥を測定評価するようにし
てもよい。この場合、ステージ２ａは一定速度で高速回
転させておき、対物レンズ４ａは視野範囲の幅ごとに矢
印２０の方向にステップ移動させ、各位置でステージ２
ａの一周分の画像をストロボライト１１によりサンプリ
ング取り込みする。

【００２７】また、ステージの駆動系においても、本実
施例ではパルスモータを用いたが、これに限定されるこ
となく、サーボモータあるいは超音波モータなど各種の
駆動系を用いることができる。

【００２８】さらに、トリガー発生装置１２のタイミン
グ信号を作り出す機能をコンピュータ８で代用させ、コ
ンピュータでトリガー信号を作り出しても良い。また、
トリガー発生装置１２をステージ駆動コントローラ（不
図示）またはストロボドライバに内蔵しても良い。ステ
ージ２ａまたはモータにエンコーダまたはセンサを取り
付けて、その信号からトリガー信号を生成してもよい。

【００２９】また、パルスモータコントローラ３から出
力される位置情報に応じてトリガー信号を出力するよう
にしているが、これに限らず、測定開始時点から所定の
時間間隔で画像データを取り込み測定するようにしても
よい。

【００３０】また、トリガー信号のカウントは、画像処
理装置７内で行っても良い。また、本実施例では、カウ
ンタ１６でトリガー信号をカウントしているが、コンピ
ュータ８により、パルスモータコントローラ３および画
像処理装置７に出力する信号を調整して、ストロボライ
ト１１の５回の発光ごとに１回の画像取り込みを行うよ
うにしても良い。

【００３１】また、複数のＴＶカメラを並べ、すべての
カメラに同時にウエハ試料１の拡大像を記録するように
しても良い。このような構成により、一度に広い範囲の
ウエハ試料の検査をすることができ、より高速な材料表
面検査を行うことができる。

【００３２】次に、図５に基づいて、第２実施例につい
て説明する。この例においては、第１実施例では１台で
あったＴＶカメラ５６を５台設けている。画像データの
取り込みにあたっては、ストロボライト１１を５回発光
するごとに、画像データを記録するＴＶカメラ５６を切
り変え、順次５台の各ＴＶカメラ５６に画像データを記
録する。ＴＶカメラ５６の切替は、トリガー発生回路１
２からのトリガー信号に応じて、ＴＶカメラ５６に接続
されたＴＶカメラコントローラ５８により行う。各ＴＶ
カメラ５６のＣＣＤに記録された画像データは、カメラ
の切替と同時又は直後に順次画像処理装置７に入力され
る。

【００３３】この構成では、ある１台のＴＶカメラ５６
への画像データの記録の後、ほかの４台のＴＶカメラ５
６への画像データの記録が行われるため、ＴＶカメラが
１台の場合に比べて、ＴＶカメラ５６から画像処理装置
への画像データの転送時間を長くとることができる。し
たがって、 ＴＶカメラ５６が１台の場合より、ストロ
ボライト１１の発光間隔をより短くすることが可能とな
り、ウエハ試料１の表面上の欠陥、キズ、異物等の画像
をより高速かつ確実に取り込み、欠陥、キズ、異物等の
個数を計測し、そのスループットを向上することができ
る材料表面検査装置を安価で提供することができる。そ
の他の構成及び効果は第１実施例と同一である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、ウエハ試料の表面を観
察・検査する材料表面検査において、より高速かつ確実
にウエハ試料の画像を取り込み、欠陥、キズ、異物等の
個数を計測し、そのスループットを向上することができ
る材料表面検査装置を安価で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る表面検査装置の概略
構成図である。

【図２】図１の装置のストロボライト、顕微鏡およびＴ
Ｖカメラなどの部分の要部拡大図である。

【図３】被検物体であるウエハの欠陥を測定する様子を
示す平面図である。

【図４】サンプルステージと顕微鏡の動作の一例を示す
斜視図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る表面検査装置の概略
構成図である。

【図６】従来例に係る表面検査装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ ウエハ試料 ２ サンプルステージ ３ パルスモータコントローラ ４ 顕微鏡 ６ ＴＶカメラ ７ 画像処理装置 ８ コンピュータ １１ ストロボライト １２ トリガー発生装置 １６ カウンタ ５６ ＴＶカメラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物体の表面を観察・検査する材料表
   面検査装置であって、 該被検物体を搭載して移動可能なステージと、 該ステージ上の被検物体を照明する照明手段と、 前記ステージの移動途中において、該ステージに搭載さ
   れた該被検物体が所定位置に至ったとき、これに同期し
   て、前記照明手段を閃光させる同期制御手段と、 該被検物体の一部分の像を画像データとして取り込む撮
   像手段と、 前記撮像手段は、少なくとも１個の撮像素子を含み、該
   撮像素子には所定数の該画像データが重ねて記録され、 該画像データに基づいて該被検物体の欠陥を評価する画
   像処理手段とを有し、該所定数の画像データに基づいて
   該被検物体の欠陥を評価することを特徴とする材料表面
   検査装置。
2. 【請求項２】 被検物体の表面を観察・検査する材料表
   面検査装置であって、 該被検物体を搭載して移動可能なステージと、 該ステージ上の被検物体を照明する照明手段と、 前記ステージの移動途中において、該ステージに搭載さ
   れた該被検物体が所定位置に至ったとき、これに同期し
   て、前記照明手段を閃光させる同期制御手段と、 該被検物体の一部分の像を画像データとして取り込む複
   数の撮像手段と、 前記複数の撮像手段を順次切替える撮像手段切替手段
   と、 該画像データに基づいて該被検物体の欠陥を評価する画
   像処理手段とを有し、 前記複数の撮像手段の撮像素子にはそれぞれ所定数の該
   画像データが重ねて記録され、 該所定数の画像データが記録された第１の撮像手段は、
   前記撮像手段切替手段により第２の撮像手段に切替えら
   れ、 前記第１の撮像手段に記録された該画像データは、該切
   替後に前記第２の撮像手段に該画像データを記録するの
   と並行して前記画像処理手段に出力され、 該画像データに基づいて該被検物体の欠陥を評価するこ
   とを特徴とする材料表面検査装置。