特許 7507918 ウエハ検査装置、ウエハ検査システム、ウエハ検査方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】ウエハ検査装置、ウエハ検査システム、ウエハ検査方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/66 20060101AFI20240621BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20240621BHJP

   C30B 33/08 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

H01L21/66 J

G06T7/00 610Z

G06T7/00 300F

C30B33/08

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023054251

(22)【出願日】2023-03-29

【審査請求日】2024-03-28

(73)【特許権者】

【識別番号】506334182

【氏名又は名称】ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 和博

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】特開平５－１２９４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２３８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１１７１５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｇ０６Ｔ ７／００

Ｃ３０Ｂ ３３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エッチピットの検出に用いられるパラメータを取得するデータ入力Ｉ／Ｆと、
ウエハの表面の撮影画像を取得する画像入力Ｉ／Ｆと、
前記パラメータに基づいて前記撮影画像を解析し、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する制御部と、を備え、
前記撮影画像は、前記ウエハに光を供給する照明装置と前記ウエハを撮影する撮像装置により撮像され、
前記撮影画像は、前記エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように撮影された画像であり、
前記パラメータは、輝度閾値及び傾斜角範囲を含み、
前記制御部は、前記撮影画像内で、画像基準軸に対する前記長軸の角度が前記傾斜角範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、ウエハ検査装置。

【請求項2】

前記パラメータは、円形度閾値を含み、
前記制御部は、前記撮影画像内で、円形度が前記円形度閾値未満である孤立点をエッチピットとして検出する、請求項１に記載のウエハ検査装置。

【請求項3】

前記パラメータは、サイズ範囲を含み、
前記制御部は、前記撮影画像内で、サイズが前記サイズ範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置。

【請求項4】

前記撮影画像において、前記ウエハの表面が（１００）面である場合、前記ウエハの（０-１-１）面または（０１１）面の、前記照明装置と前記撮像装置を結ぶ線に対する角度は、３０°から６０°の範囲内である、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記エッチピットの密度を、所定の領域ごとに算出する、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記撮影画像を二値化処理した二値化画像を生成し、該二値化画像から、前記パラメータに基づいて、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置。

【請求項7】

前記ウエハは、半導体の単結晶基板である、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置。

【請求項8】

請求項１又は２に記載のウエハ検査装置と、
前記ウエハをステージ上に固定する位置決め装置と、
前記ウエハを撮影する撮像装置と、を備え、
前記ウエハ検査装置は、前記ステージを特定ピッチで移動させながら、前記撮影画像を取得する、ウエハ検査システム。

【請求項9】

ウエハ検査装置が、エッチピットの検出に用いられるパラメータを取得する工程と、
撮像装置が、ウエハの表面を撮影して撮影画像を生成する工程と、
ウエハ検査装置が、前記撮影画像から、前記パラメータに基づいて、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する検出工程と、を含み、
前記撮影画像は、前記ウエハに光を供給する照明装置と前記ウエハを撮影する撮像装置により撮像され、
前記撮影画像は、前記エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように撮影された画像であり、
前記パラメータは、輝度閾値と、エッチピット傾斜角の範囲と、を含み、
前記検出工程は、前記撮影画像内で、画像基準軸に対する前記長軸の角度が前記傾斜角の範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、ウエハ検査方法。

【請求項10】

コンピュータを、請求項１又は２に記載のウエハ検査装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ検査装置、ウエハ検査システム、ウエハ検査方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

ウエハの結晶欠陥を評価するために、エッチピット密度（ＥＰＤ；Etch Pit Density）を測定する方法が知られている。エッチピットは、ウエハをエッチング処理したときにウエハの表面に現れる腐食孔である。例えば非特許文献１には、各測定域のエッチピット密度は、数えたエッチピット数をその領域面積で割ったものとすることが記載されている。

【0003】

エッチピット密度測定は、通常このエッチピットを数えることで行われ、エッチピットを自動計数する技術が提案されている。例えば特許文献１には、半導体単結晶エッチング面の拡大像を、画像処理によりエッチピット密度測定をするに際し、拡大像中のエッチピットを除くすべての部分を認識しない範囲域でしきい値を複数変化させながら二値化画像を得、該二値化画像の独立図形を数え、該図形数の最大値のものをエッチピット数とする画像処理を行うことを特徴とするエッチピット密度測定方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平７－１１８１００号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】ＳＥＭＩ Ｍ３６－０６９９、「低転位密度ＧａＡｓ基板のエッチピット密度（ＥＰＤ）の測定方法」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のエッチピット密度測定方法では、異物をエッチピットと誤検出してしまうことがあった。

【0007】

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、エッチピットを高精度に検出することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するための本発明の要旨構成は、以下のとおりである。

【0009】

（１）エッチピットの検出に用いられるパラメータを取得するデータ入力Ｉ／Ｆと、ウエハの表面の撮影画像を取得する画像入力Ｉ／Ｆと、前記パラメータに基づいて前記撮影画像を解析し、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する制御部と、を備え、前記撮影画像は、前記ウエハに光を供給する照明装置と前記ウエハを撮影する撮像装置により撮像され、前記撮影画像は、前記エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように撮影された画像であり、前記パラメータは、輝度閾値及び傾斜角範囲を含み、前記制御部は、前記撮影画像内で、画像基準軸に対する前記長軸の角度が前記傾斜角範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、ウエハ検査装置。

【0010】

（２）前記パラメータは、円形度閾値を含み、前記制御部は、前記撮影画像内で、円形度が前記円形度閾値未満である孤立点をエッチピットとして検出する、（１）に記載のウエハ検査装置。

【0011】

（３）前記パラメータは、サイズ範囲を含み、前記制御部は、前記撮影画像内で、サイズが前記サイズ範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、（１）又は（２）に記載のウエハ検査装置。

【0012】

（４）前記撮影画像において、前記ウエハの表面が（１００）面である場合、前記ウエハの（０-１-１）面または（０１１）面の、前記照明装置と前記撮像装置を結ぶ線に対する角度は、３０°から６０°の範囲内である、（１）～（３）のいずれかに記載のウエハ検査装置。

【0013】

（５）前記制御部は、前記エッチピットの密度を、所定の領域ごとに算出する、（１）～（４）のいずれかに記載のウエハ検査装置。

【0014】

（６）前記制御部は、前記撮影画像を二値化処理した二値化画像を生成し、該二値化画像から、前記パラメータに基づいて、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する、（１）～（５）のいずれかに記載のウエハ検査装置。

【0015】

（７）前記ウエハは、半導体の単結晶基板である、（１）～（６）のいずれかに記載のウエハ検査装置。

【0016】

（８）（１）～（７）のいずれかに記載のウエハ検査装置と、前記ウエハをステージ上に固定する位置決め装置と、前記ウエハを撮影する撮像装置と、を備え、前記ウエハ検査装置は、前記ステージを特定ピッチで移動させながら、前記撮影画像を取得する、ウエハ検査システム。

【0017】

（９）ウエハ検査装置が、エッチピットの検出に用いられるパラメータを取得する工程と、撮像装置が、ウエハの表面を撮影して撮影画像を生成する工程と、ウエハ検査装置が、前記撮影画像から、前記パラメータに基づいて、前記ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する検出工程と、を含み、前記撮影画像は、前記ウエハに光を供給する照明装置と前記ウエハを撮影する撮像装置により撮像され、前記撮影画像は、前記エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように撮影された画像であり、前記パラメータは、輝度閾値と、エッチピット傾斜角の範囲と、を含み、前記検出工程は、前記撮影画像内で、画像基準軸に対する前記長軸の角度が前記傾斜角の範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する、ウエハ検査方法。

【0018】

（１０）コンピュータを、（１）～（７）のいずれかに記載のウエハ検査装置として機能させるためのプログラム。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、エッチピットを高精度に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明によるウエハ検査システムの構成例を示す図である。

【図2】本発明によるウエハ検査装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】画像中のエッチピットの傾斜角を示す図である。

【図4】本発明によるウエハ検査方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】ウエハにおけるエッチピットの測定領域の一例を示す図である。

【図6】ウエハ表面を撮影した撮影画像の一例を示す図である。

【図7】図６の撮影画像を白黒反転処理した前処理画像の一例を示す図である。

【図8】図７の前処理画像を二値化処理した二値化画像の一例を示す図である。

【図9】エッチピット密度の測定結果の一例を示す図である。

【図10】エッチピットの長軸が画像Ｘ軸に対して傾斜するように設定した一例を示す図である。

【図11A】エッチピットの長軸の画像水平軸に対する角度を４５°とした場合のエッチピットの検出結果の一例を示す図である。

【図11B】エッチピットの長軸の画像水平軸に対する角度を０°とした場合のエッチピットの検出結果の一例を示す図である。

【図11C】エッチピットの長軸の画像水平軸に対する角度を０°とした場合のエッチピットの検出結果の他の例を示す図である。

【0021】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

【0022】

＜ウエハ検査システム＞
図１を参照して、本発明に従うウエハ検査システム１の一例を説明する。図１に示すウエハ検査システム１は、ウエハ検査装置１０と、位置決め装置２０と、照明装置３０と、撮像装置４０と、端子台５０と、表示装置６０と、を備える。

【0023】

位置決め装置２０は、ステージ２１と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）２２と、を有する。位置決め装置２０は、ウエハ（半導体の単結晶基板）をステージ２１上に固定する。ステージ２１は、測定時にウエハ全体の画像を取り込めるように動く。ステージ２１は、本実施形態ではＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージであるが、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動可能なＸＹＺステージであってもよい。位置決め装置２０は、ＰＬＣ２２の制御に基づいてステージ２１を特定ピッチで移動させることにより、ステージ２１にセットされたウエハＷの位置決めを高精度に行う。

【0024】

照明装置３０は、光源、集光レンズなどを用いて、ステージ２１にセットされたウエハＷの表面に光を供給する。

【0025】

撮像装置４０は、ステージ２１にセットされたウエハＷの表面を撮影し、撮影画像をウエハ検査装置１０に出力する。撮像装置４０は、対物レンズを用いてウエハＷの像を拡大してもよい。例えば、撮像装置４０は、視野直径が１．７３ｍｍ、倍率が１０倍の対物レンズを用いてもよい。ここで、照明装置３０と撮像装置４０は、照明装置３０から放射された光がウエハＷの表面で反射して撮像装置４０に向かうように、照明装置３０の光源の中心と、ウエハＷの表面の撮像位置と、撮像装置４０のレンズの中心とが、俯瞰視で直線上に並ぶように配置される。この直線をウエハＷの表面に投影した線を、以下「照明装置と撮像装置を結ぶ線」と称する。すなわち「照明装置と撮像装置を結ぶ線」とは、前記照明装置の光源の中心と前記撮像装置のレンズの中心を結ぶ線を前記ウエハの上方からウエハ表面に投影した直線である。

【0026】

このように直線上に並ぶように配置されるには、照明装置３０と撮像装置４０はウエハＷの表面の撮像位置の直上に位置せず、ウエハＷの表面の撮像位置の垂線に対して斜めとなるように光照射角度θ_Ｌと撮像角度θ_Ｃを有して配置される。光照射角度θ_Ｌと撮像角度θ_Ｃは１０°～４５°とすることが好ましく、例えば、光照射角度θ_Ｌと撮像角度θ_Ｃを共に２０°としてよい。このように光照射角度θ_Ｌと撮像角度θ_Ｃを有していることで、エッチピットの形状は、真上から光照射して撮像される場合に比べて、光の影となる部分がわずかに延伸するように撮像される。そのように撮像されたエッチピットに対して本発明を適用することで、エッチピットを高精度に検出することが可能となる。

【0027】

ウエハ検査装置１０は、ステージ２１を特定ピッチで移動させながら、撮像装置４０によって撮影された撮影画像を取得する。そして、ウエハ検査装置１０は、撮影画像を解析し、エッチピットを検出する。ウエハに転位があると、転位があるところはエッチングされやすく、ウエハ表面の面方位に応じて、転位があるところにエッチピットが生じる。このエッチピットの形状には特徴があるため、撮影画像を解析することで、エッチピットを検出することができる。ウエハ検査装置１０の詳細については後述する。

【0028】

表示装置６０は、ウエハ検査装置１０による検査結果を表示する。

【0029】

＜ウエハ検査装置＞
次に、図２を参照して、本発明に従うウエハ検査装置１０の一例を説明する。図２に示すウエハ検査装置１０は、データ入力Ｉ／Ｆ１１と、ＰＬＣ Ｉ／Ｆ１２と、画像入力Ｉ／Ｆ１３と、制御部１４と、記憶部１５と、データ出力Ｉ／Ｆ１６と、を備える。

【0030】

ＰＬＣ Ｉ／Ｆ１２は、ウエハ検査装置１０とＰＬＣ２２との間のインターフェースであり、ウエハ検査装置１０は、ＰＬＣ Ｉ／Ｆ１２及び端子台５０を介してＰＬＣ２２に接続される。ウエハ検査装置１０とＰＬＣ２２とは、イーサネット通信を行ってもよい。ＰＬＣ Ｉ／Ｆ１２は、ＤＩＯボード（デジタル入出力ボード）であってもよい。ウエハ検査装置１０は、ウエハサイズに対応したプログラムを選択して、ＰＬＣ２２に転送してもよい。

【0031】

画像入力Ｉ／Ｆ１３は、ウエハ検査装置１０と撮像装置４０との間のインターフェースであり、ウエハ検査装置１０は、画像入力Ｉ／Ｆ１３を介して撮像装置４０に接続される。画像入力Ｉ／Ｆ１３は、撮像装置４０により撮影された、ウエハの撮影画像を取得する。画像入力Ｉ／Ｆ１３は、撮影画像を記憶部１５に出力する。画像入力Ｉ／Ｆ１３は、撮影画像がアナログデータであった場合には、デジタルデータに変換する。本実施形態では、画像入力Ｉ／Ｆ１３が出力する撮影画像を８ビットのデジタル画像とする。画像入力Ｉ／Ｆ１３は、フレームグラバ（画像入力ボード）であってもよい。フレームグラバは同期信号を生成し、撮像装置４０へ出力する。この同期信号により、撮像装置４０の撮影タイミングや露光時間を制御する。

【0032】

記憶部１５は、１つ以上のメモリを含み、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、光メモリなどを含んでもよい。記憶部１５に含まれる各メモリは、例えば主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部１５は、ウエハ検査装置１０の動作に用いられる任意の情報を記憶する。記憶部１５の一部は、ウエハ検査装置１０の外部に備えられてもよい。

【0033】

制御部１４は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)などの専用のハードウェアによって構成されてもよいし、プロセッサによって構成されてもよいし、双方を含んで構成されてもよい。制御部１４は、ＰＬＣ Ｉ／Ｆ１２及び画像入力Ｉ／Ｆ１３を介してＰＬＣ２２及び撮像装置４０の動作を制御し、ステージ２１を所定の間隔で所定の距離を移動させるとともに、撮像装置４０によるウエハＷの撮影を、ステージ２１が移動するタイミングに同期させる。

【0034】

データ入力Ｉ／Ｆ１１は、ウエハ検査装置１０と入力装置との間のインターフェースであり、ウエハ検査装置１０は、データ入力Ｉ／Ｆ１１を介して入力装置に接続される。入力装置は、キーボード、マウス、ポインティングデバイスなどである。データ入力Ｉ／Ｆ１１は、入力装置から、エッチピットの検出に用いられるパラメータ（エッチピット検出パラメータ）を取得し、記憶部１５に出力する。エッチピット検出パラメータは、ユーザが入力装置を用いて設定してもよい。表１に、エッチピット検出パラメータの一例を示す。

【表1】

【0035】

ここで、「傾斜角範囲」とは、画像中のエッチピットに外接する、面積が最小となる四角形（外接四角形）の、画像基準軸（例えば、画像Ｘ軸）に対する傾斜角の範囲である。本実施形態では、画像中のエッチピットの傾斜角は、図３に示すように、当該外接四角形の長軸と、画像Ｘ軸との成す角θとする。図３において、外接四角形は破線で示されている。以下、「外接四角形の長軸」を「エッチピットの長軸」ともいう。

【0036】

「長辺範囲」とは、外接四角形の長辺の画素数の範囲である。「短辺範囲」とは、外接四角形の短辺の画素数の範囲である。「円形度」とは、円らしさを表す値であり、面積をＳ、周囲長をＬとすると、Ｌ^２／（４πＳ）で求められる。真円の円形度は１であり、真円から離れるほど１より大きな値となる。「ウエハの配置角度」とは、ウエハをステージ上に置く際の、照明装置と撮像装置を結ぶ線とエッチピットの長軸方向との間の角度である。

【0037】

制御部１４は、エッチピット検出パラメータに基づいて撮影画像を解析し、ウエハＷの表面に現れたエッチピットを検出する。制御部１４は、前処理部１４１と、エッチピット計数部１４２と、エッチピット密度算出部１４３と、を備える。

【0038】

前処理部１４１は、記憶部１５から撮影画像を入力し、画像を結合してウエハ全面画像とした後、撮影画像に対して白黒反転（ネガポジ反転）処理を行い、前処理画像を生成することができる。前処理部１４１は、白黒反転処理の前又は後に、必要に応じて、ノイズを除去するノイズ除去処理、コントラストを強調するコントラスト強調処理、光学系に起因するシェーディングを補正するシェーディング補正、光学系に起因するひずみを補正するひずみ補正処理などの処理を行ってもよい。

【0039】

エッチピット計数部１４２は、記憶部１５からエッチピット検出パラメータを取得する。エッチピット計数部１４２は、撮影画像内で、輝度値がエッチピット検出パラメータの「輝度閾値」以下の（前処理画像においては輝度が「輝度閾値」より大きい）孤立点のうち、画像基準軸に対する（エッチピットの長軸の）角度がエッチピット検出パラメータの「傾斜角範囲」内である孤立点をエッチピットとして検出する。エッチピットの傾斜角は、結晶異方性によって概ね固定される。したがって、エッチピット検出パラメータの「傾斜角範囲」により、エッチピットであるか異物であるかを判別することができる。エッチピット計数部１４２は、孤立点の画像基準軸に対する角度を測定することによりエッチピットを検出してもよい。また、エッチピット計数部１４２は、あらかじめ画像基準軸に対する角度が「傾斜角範囲」内である、エッチピットの形状を模した所定のパターンを用意し、該パターンと孤立点とのパターンマッチングによりエッチピットを検出してもよい。

【0040】

ここで、「傾斜角範囲」の設定方法は、以下のとおりである。
１． ウエハの面方位を確認して、ウエハ表面において形成されるエッチピットの長軸の向き（結晶異方性の方向）を確認する。例えば、オリエンテーションフラットの面方位を確認し、オリエンテーションフラットに対する、ウエハ表面において形成されるエッチピットの長軸の向きを確認する。
２． ウエハの表面の撮像において、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くようにウエハを配置する。「ウエハの配置角度」としては、例えば、オリエンテーションフラットを有するウエハの場合には、照明装置と撮像装置を結ぶ線に対するオリエンテーションフラットの角度を設定する。
３． １．と２．に基づいて、撮像後の画像水平軸（Ｘ軸）に対する結晶異方性に起因するエッチピットの理論上の傾斜角（外接四角形の長軸と、画像Ｘ軸との成す角）を確認する。
４． 撮像時のエッチピットの、理論上の傾斜角に対する振れ幅（本実施形態では±１５°）を設定する。「傾斜角範囲」は、理論上の傾斜角に対する振れ幅の範囲である。なお、本実施形態では振れ幅は１５°以内としているが、エッチピットの撮像精度やウエハのセット位置精度に応じて、１０°以内や５°以内としても良い。

【0041】

上記２．における、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くようにウエハを配置するにあたっての、ウエハの配置方法としては、ウエハの面方位が分かれば配置することができる。ウエハの面方位は、Semi規格に従ってオリエンテーションフラットやノッチなどの位置により規定されており、Ｘ線回折によって確認することができる。本実施形態では、オリエンテーションフラットを有するウエハを用いる場合とし、そのオリエンテーションフラットは、ダブテイルを持つ面方位とする。Semi規格（SEMI M9-0811「鏡面単結晶ガリウムヒ素ウェーハの仕様」の図２）を参照する。例えば、ウエハ表面が（１００）面である場合、ウエハの（０-１-１）面または（０１１）面がオリエンテーションフラットである。この場合、エッチピットの長軸はオリエンテーションフラットと水平となる。例えば、そのようなオリエンテーションフラットを、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように配置することで、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くようにすることができる。オリエンテーションフラットを、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上６０°以下傾くようにウエハを配置することも好ましい。他の実施形態としてオリエンテーションフラットを持たないウエハを用いる場合であっても、通常、ウエハの面方位とエッチピットの長軸の方向は確認することができるため、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように配置することができる。

【0042】

エッチピット計数部１４２は、前処理画像をエッチピット検出パラメータの「輝度閾値」を用いて二値化処理した二値化画像を生成し、該二値化画像から、エッチピット検出パラメータに基づいてエッチピットを検出してもよい。二値化画像を生成することにより、孤立点が強調される。孤立点とは、二値化画像においては、隣接する周囲の全ての画素と値が異なる領域である。エッチピット計数部１４２は、二値化処理を行わない場合には、前処理画像に対してエッジ検出処理を行い、エッジに囲まれた領域を孤立点として検出してもよい。

【0043】

エッチピット計数部１４２は、孤立点のうち、円形度が１以上であってエッチピット検出パラメータの「円形度閾値」未満である孤立点をエッチピットとして検出してもよい。ウエハ表面の面方位が（１００）面の場合、エッチピットの形状は、六角形となる。一方、異物の形状は、一般的にエッチピットよりも歪である形状も含まれる。したがって、エッチピット検出パラメータの「円形度閾値」により、エッチピットであるか異物であるかを判別することができる。形状が歪ではなく円に近い異物は、上述の傾斜角範囲によって判別することができる。

【0044】

また、エッチピット計数部１４２は、孤立点のうち、サイズがエッチピット検出パラメータの「サイズ範囲」内である孤立点をエッチピットとして検出してもよい。エッチピットのサイズがあらかじめ分かっている場合には、エッチピット検出パラメータの「サイズ範囲」により、エッチピットであるか異物であるかを判別することができる。

【0045】

また、エッチピット計数部１４２は、上記のエッチピット検出パラメータを組み合わせてエッチピットとして検出してもよい。例えば、エッチピット計数部１４２は、孤立点のうち、画像基準軸に対する角度がエッチピット検出パラメータの「傾斜角範囲」内であり、円形度がエッチピット検出パラメータの「円形度閾値」未満であり、サイズがエッチピット検出パラメータの「サイズ範囲」内である孤立点を、エッチピットとして検出してもよい。

【0046】

エッチピット計数部１４２は、ウエハＷの全測定領域を分割した分割領域ごとに、エッチピットを計数する。なお、ウエハ検査装置１０は、各分割領域のエッチピットの数のうち、最も大きい数を最大転位密度（個／ｍｍ^２）として検出してもよい。

【0047】

エッチピット密度算出部１４３は、エッチピット計数部１４２により分割領域ごとに検出したエッチピットの個数を、分割領域の面積で除して、分割領域ごとにエッチピット密度を算出する。例えば、分割領域のサイズが１ｍｍ×１ｍｍである場合には、分割領域の面積は０．０１ｃｍ^２となる。エッチピット密度算出部１４３は、算出したエッチピット密度を記憶部１５に出力する。

【0048】

エッチピット密度算出部１４３は、ウエハＷ全体に対するエッチピット密度を算出する場合には、分割領域ごとのエッチピットの個数を加算し、加算したエッチピット数をウエハＷの全測定領域の面積で除して、エッチピット密度を算出する。また、エッチピット密度算出部１４３は、ウエハＷの全測定領域における分割領域ごとのエッチピット密度又はエッチピットの有無を示す、全面ＭＡＰを作成してもよい。

【0049】

データ出力Ｉ／Ｆ１６は、エッチピット密度、エッチピットの有無などを、表示装置６０に出力する。

【0050】

＜ウエハ検査方法＞
次に、本発明に従うウエハ検査方法の一例を説明する。図４は、ウエハ検査方法の一例を示すフローチャートである。ここで、ウエハＷは、半導体の単結晶基板であり、所定の処理によりエッチピットが発生しているものとする。例えば、ウエハＷの表面を硫酸系鏡面エッチング液（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝３：１：１（体積比））で前処理した後、液温３２０℃のＫＯＨ融液中に３５分間浸積することで、エッチピットが発生する。本実施形態では、ウエハＷは、表面の面方位が（１００）面のＧａＡｓ基板であり、オリエンテーションフラットの面方位は（０１１）面である場合を例として説明を行う。このとき、エッチピットの長軸の向きは、オリエンテーションフラットと水平の向きである。

【0051】

ステップＳ１０１では、ユーザ（測定者）が、ウエハＷをステージ２１にセットする。セットするにあたり、照明装置と撮像装置を結ぶ線に対するウエハの配置角度を、エッチピットの長軸が照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線に対して規定の角度となるように合わせる。

【0052】

ステップＳ１０２では、ウエハ検査装置１０が、ウエハＷの種類に対応したエッチピット検出パラメータを取得する。また、位置決め装置２０が、ウエハＷのサイズに対応したプログラムを取得する。ウエハＷのサイズは、ＳＥＭＩ規格にて定められている。ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順番は逆であってもよい。

【0053】

ステップＳ１０３では、測定を開始する。撮像装置４０による撮像サイズに合わせて、位置決め装置２０が、ステージ２１上のウエハＷを所定のピッチ（例えば、４．２ｍｍ）でＸＹ方向に移動しながら、撮像装置４０が、ウエハＷ表面の分割画像を撮影する。撮像された分割画像は記憶部１５に保存される（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０５において、前処理部１４１において分割画像を結合して、ウエハ全面の画像を生成して記憶部１５に保存される。

【0054】

図５に、ウエハＷにおけるエッチピットの測定領域の一例を示す。図５は、ウエハＷの上部のみを示している。図５に示す例では、ウエハＷの全面から、ウエハＷの外周から中心に向かって３ｍｍ幅の円環状の部分Ｃを除いた領域を全測定領域Ａとする。そして、全測定領域Ａを１ｍｍ角に分割した小領域を分割領域Ｄとする。分割領域Ｄごとに、エッチピットの計数が行われる。

【0055】

全測定領域Ａの外周線と１ｍｍ角とが重なる（外周線が１ｍｍ角を横断する）位置においては、１ｍｍ角のうち外周線内の面積が大きい場合は該１ｍｍ角を分割領域Ｄに含め、１ｍｍ角のうち外周線内に入る面積が小さい場合は該１ｍｍ角を分割領域Ｄに含めないものとして、外周線で囲まれる面積に対する１ｍｍ角で囲まれる面積が、誤差±２％以内（好ましくは誤差±１．５％以内）となるようにする。例えば、本実施形態において、ウエハＷ内で測定が行われる分割領域Ｄの有効数は、３インチウエハ（直径７６ｍｍ）で３８８１、４インチウエハ（直径１００ｍｍ）で６８４９、６インチウエハ（直径１５０ｍｍ）で１６５２９とすることができる。

【0056】

ステップＳ１０６では、ウエハ検査装置１０の前処理部１４１が、前処理画像を生成する。図６に撮影画像の一例を示し、図７に図６の撮影画像を白黒反転処理した前処理画像の一例を示す。白黒反転処理では、撮影画像の各画素値を、２５５から引いた値に変換する。本実施形態では、反射光学系で測定を行うため、図６に示すように、窪んでいるエッチピット、及び異物等の凸箇所は暗く見え、それ以外の箇所は明るく見える。

【0057】

ステップＳ１０７では、ウエハ検査装置１０のエッチピット計数部１４２が、エッチピット検出パラメータに基づいて前処理画像を二値化処理して、二値化画像を生成する。図８に、図７の前処理画像を二値化処理した二値化画像の一例を示す。図８では、前処理画像の輝度が輝度閾値以上である画素を白とし、前処理画像の輝度が輝度閾値未満である画素を黒としている。二値化処理により、図８に示すように、エッチピットが強調される。ステップＳ１０５では、エッチピット計数部１４２が、二値化画像から、エッチピット検出パラメータに基づいて分割領域Ｄごとにエッチピットを検出し、計数する。

【0058】

ステップＳ１０８では、ウエハ検査装置１０のエッチピット密度算出部１４３が、エッチピット密度を算出する。

【0059】

ステップＳ１０９では、表示装置６０が、エッチピット密度を表示する。表示装置６０は、分割領域Ｄごとにエッチピット密度を表示してもよい。また、表示装置６０は、図９に示すように、全測定領域Ａのうち、エッチピット数が１個以上である分割領域Ｄを、エッチピット数が０個である他の分割領域Ｄと区別して表示してもよい。図９では、エッチピット数が１個以上である分割領域Ｄを黒色で示している。

【0060】

従来、ウエハＷの取り込み画像は、エッチピットの長軸が照明装置と撮像装置を結ぶ線（画像Ｙ軸）の垂線（画像Ｘ軸）と平行になるように設定していた。しかし、実験の結果、エッチピットの角度形状と影の出方の関係で、エッチピットの長軸が画像水平軸（画像Ｘ軸）に対して傾斜するように設定したほうが、エッチピットの輪郭は明確となり、且つ異物の輪郭はボヤけ、エッチピットの検出精度が向上することが分かった。そこで、ウエハの表面の撮像は、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線（画像Ｙ軸）の垂線（画像Ｘ軸）から３０°以上傾けるように撮像する。図１０に示すように、ウエハ検査装置１０が取得する撮影画像において、エッチピットの長軸の画像Ｘ軸に対する角度が３０°から６０°の範囲内となるように設定してもよい。

【0061】

図１１Ａは、エッチピットの長軸の画像Ｘ軸に対する（理論上の）傾斜角を４５°（照明装置と撮像装置を結ぶ線に対するウエハの配置角度を４５°）とし、エッチピットの傾斜角範囲を４５°±１５°とした場合のエッチピットの検出結果の一例を示す図である。照明装置３０と撮像装置４０を結ぶ線は図１１Ａの上下方向（画像Ｙ軸）である。エッチピットが検出された領域を四角で囲っている。図１１Ａでは、エッチピットが正確に検出されていることが分かる。

【0062】

一方、図１１Ｂ、図１１Ｃは、エッチピットの長軸の画像Ｘ軸に対する（理論上の）傾斜角を０°（照明装置と撮像装置を結ぶ線に対するウエハの配置角度は９０°）とした場合の、傾斜角範囲を－１５～１５°とした場合と、傾斜角範囲の設定を解除した（傾斜角を計測しない）場合における、エッチピットの検出結果の一例を示す図である。照明装置３０と撮像装置４０を結ぶ線は図１１Ｂ、図１１Ｃの上下方向（画像Ｙ軸）であり、図１１Ｂ内には照明装置３０から撮像装置４０に向かう方向を矢印で示している。図１１Ｂでは、エッチピットが検出された領域は四角で囲った１つのみであり、エッチピットとして検出されない場合が多いことが分かる。これは、エッチピットの長軸が、照明装置３０と撮像装置４０とを結ぶ線の垂線（画像Ｘ軸）と水平になっているため、撮像においてエッチピットの短軸方向が拡張されて、エッチピットの長軸の傾斜角の測定が正確にできなかったためと考えられる。そして、傾斜角を測定していない図１１Ｃでは、矢印で示す箇所において、異物をエッチピットとして誤検出されていることが分かる。

【0063】

＜プログラム＞
上述したウエハ検査装置１０として機能させるために、プログラム命令を実行可能なコンピュータを用いることも可能である。ここで、コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣ（Personal Computer）などであってもよい。プログラム命令は、必要なタスクを実行するためのプログラムコード、コードセグメントなどであってもよい。

【0064】

制御部１４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＳｏＣ（System on a Chip）などのプロセッサであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。プロセッサは、記憶部１５からプログラムを読み出して実行することで、上述した処理を行う。なお、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアで実現することとしてもよい。

【0065】

プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性（non-transitory）の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【0066】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを統合したり、１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0067】

このように、本発明によれば、エッチピットを高精度に検出することができるため、ウエハ検査の用途に有用である。

【符号の説明】

【0068】

１ ウエハ検査システム
１０ ウエハ検査装置
１１ データ入力Ｉ／Ｆ
１２ ＰＬＣ Ｉ／Ｆ
１３ 画像入力Ｉ／Ｆ
１４ 制御部
１５ 記憶部
１６ データ出力Ｉ／Ｆ
２０ 位置決め装置
２１ ステージ
２２ ＰＬＣ
３０ 照明装置
４０ 撮像装置
５０ 端子台
６０ 表示装置
１４１ 前処理部
１４２ エッチピット計数部
１４３ エッチピット密度算出部

【要約】

【課題】エッチピットを高精度に検出する。
【解決手段】ウエハ検査装置１０は、エッチピットの検出に用いられるパラメータを取得するデータ入力Ｉ／Ｆ１１と、ウエハの表面の撮影画像を取得する画像入力Ｉ／Ｆ１３と、パラメータに基づいて撮影画像を解析し、ウエハの表面に現れたエッチピットを検出する制御部１４と、を備え、撮影画像は、ウエハに光を供給する照明装置とウエハを撮影する撮像装置により撮像され、撮影画像は、エッチピットの長軸が、照明装置と撮像装置を結ぶ線の垂線から３０°以上傾くように撮影された画像であり、パラメータは、輝度閾値と、エッチピット傾斜角の範囲と、を含み、制御部１４は、撮影画像内で、画像基準軸に対する角度が傾斜角の範囲内である孤立点をエッチピットとして検出する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】