JP2008064656A - 周縁検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が大掛かりにならず、エッジ部分の詳細な観察が行える周縁検査装置を提供すること。
【解決手段】被検査物（半導体ウエハ１０）を支持する支持部材（回転テーブル３０）と、前記被検査物の周縁（エッジ部分１１）を照明する照明部材（ランプ２０、リングライト２７）と、前記被検査物の周縁を観察する観察部材（ＣＣＤカメラ２１）と、前記周縁近傍を通過した光を前記観察部材に向けて反射させる反射部材（反射ミラー２２）とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ、液晶ガラス基板などの被検査物の周縁（エッジ部分）に生じた欠陥を検出するために該エッジ部に光を照射してエッジ部分を観察する周縁検査装置に関する。

半導体ウエハ上に形成される各チップ領域の集積度が年々増加している。これに伴い、半導体ウエハのエッジ部分に生じる欠陥、例えばエッジ部の欠損、この欠損によるパーティクルなどの異物の発生、付着などの観察、検査が重要になってきている。このようなエッジ部分の欠陥はその付近にあるチップ領域に及んで、半導体チップの歩留まりに大きく影響する。

エッジ部分の検査、観察において、単に異物の検知だけではなく、欠陥状態を把握する上で重要なエッジ部分の良好な撮影画像を取得するのには、半導体ウエハ上からエッジ部分に向けて照明光を照射して撮影する必要がある。

しかし、照明光のうち、実際に撮影に関与するのは、半導体ウエハの表面を照射し、反射して撮影カメラに戻る光のみで、エッジ部分を照射した光は、該エッジ部分が丸みをおびていることから散乱してしまい、撮影カメラ側に殆ど戻ってこない。このため、撮影カメラで取得したエッジ部分の画像は黒く塗りつぶされてしまい、形状が判断できない。また、照明光には半導体ウエハに当たらずに通過してしまうものがあり、このためエッジ部分の周辺はエッジ部分と同化して同様に黒く塗りつぶされてしまい、エッジ部分を抽出することが出来ない。

例えば、発光部が帯状で且つ円弧状あるいは楕円弧状に形成され、回転テーブル上に載置されたシリコンウエハのエッジ部分を上下及び側面方向から散乱光を照射するＣ型光源を装備し、またこのＣ型光源からエッジ部に照射された光の反射光を受光してエッジ部分の上面、側面、下面を撮影する、上面撮影用、側面撮影用及び下面撮影用ＣＣＤカメラを装備した、表面欠陥検出装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−１３９５２３号公報

しかし、エッジ部分を上下及び側面方向から散乱光を照射するＣ型光源と、このＣ型光源で照射された光のエッジ部分からの反射光を受光する複数台のＣＣＤカメラとを必要とし、装置が大掛かりになる課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、装置が大掛かりにならず、エッジ部分の詳細な観察が行える周縁検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の周縁検査装置は、被検査物を支持する支持部材と、前記被検査物の周縁を照明する照明部材と、前記被検査物の周縁を観察する観察部材と、前記周縁近傍を通過した光を前記観察部材に向けて反射させる反射部材と、を備えてなることを特徴とする。

前記被検査物としては、例えばシリコンウエハなどの半導体ウエハや、液晶ガラス基板が含まれる。

前記支持部材としては、例えば前記被検査物が載置される回転テーブルが含まれるが、これに限定されるものではない。

前記観察部としては、例えばＣＣＤカメラが含まれるが、これに限定されるものではなく、ＣＭＯＳセンサも使用することも出来る。

前記反射部材としては、例えば反射ミラーが含まれるが、これに限定されるものではなく、プリズムも使用することが出来る。

本発明の請求項２に記載の周縁検査装置は、前記反射部材が、前記被検査物を挟んで前記照明部材と対向する位置に配置されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の周縁検査装置は、前記反射部材が、前記周縁、及び又は、前記観察部材に対する角度が調整可能に構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の周縁検査装置は、前記照明部材が、前記観察部材と該観察部材によって観察される前記周縁とを結ぶ方向（線）と平行又は傾斜した照明光で前記周縁を照明することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の周縁検査装置は、前記観察部材が撮像素子を含み、前記撮像素子によって撮影した前記周縁の撮像出力を画像処理して前記周縁の欠陥の形状、大きさを検出する画像処理装置を備えることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の周縁検査装置は、前記被検査物の周縁の欠陥位置を検出す欠陥位置検出部材を備え、前記支持部材が、前記被検査物を回転させる回転機構を有し、前記回転機構により前記被検査物を回転させながら前記欠陥位置検出装置により前記被検査物の周縁の欠陥位置を検出することを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の周縁検査方法は、被検査物を回転させる工程と、前記被検査物の周縁に照明光を照射する工程と、前記照明光が照射された前記周縁を撮影する工程と、前記撮影工程中に前記照明光を前記撮像素子に向けて反射させる工程と、を具備することを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の周縁検査方法は、前記周縁の欠陥位置を検出する工程を更に備えることを特徴とする。

本発明の周縁検査装置によれば、被検査物の周縁近傍を通過した光を観察部材に向けて反射させる反射部材を備える構成なので、装置が大掛かりにならず、エッジ部分の詳細な観察が行える。

以下本発明の周縁検査装置の一実施形態について図１乃至図７を参照して説明する。

図１は本発明の周縁検査装置の一実施形態を示す概略側面図、図２は図１の周縁検査装置の変形例を示す概略側面図である。

周縁検査装置は、図１に示すように、回転テーブル３０上に載置されたシリコンウエハなどの半導体ウエハ１０のエッジ部分１１及びその近傍の平面部分１２を照明する照明部材としてのランプ２０と、このランプ２０により照明されたエッジ部分１１及び平面部分１２を撮影する観察部材としてのＣＣＤカメラ２１と、エッジ部分１１の近傍を通過したランプ２０の光をＣＣＤカメラ２１に向けて反射させる反射部材としての反射ミラー２２とを備える。

ランプ２０は、例えばハロゲンランプ、白色発光ダイオードなどで構成され、半導体ウエハ１０の表面上方位置でＣＣＤカメラ２１の光軸と直交する空間に配置される。ランプ２０の光路の中心とＣＣＤカメラ２１の光軸との交点位置にはハーフミラー２３が配置される。このハーフミラー２３は、ランプ２０からの照明光を反射してその光路を直角に折り曲げ、ＣＣＤカメラ２１とエッジ部分１１とを結ぶ方向と一致又は平行な方向に沿って半導体ウエハ１０のエッジ部分１１及びその近傍の平面部分１２上に照明光を落射させる一方、平面部分１２からの反射光を透過させてＣＣＤカメラ２１に導くものである。

ＣＣＤカメラ２１は、半導体ウエハ１０の表面上方位置に配置され、その撮像画像を画像処理する画像処理装置２４に接続される。この画像処理装置２４で画像処理されたエッジ部分１１の撮影画像は表示装置２５により拡大表示される。

反射ミラー２２は、半導体ウエハ１０の裏面側において、エッジ部分１１の近傍であって、ランプ２０やＣＣＤカメラ２１と対向する位置に配置される。反射ミラー２２には、エッジ部分１１やＣＣＤカメラ２１に対する反射ミラー２２の傾斜角度を調整する調整機構２６が装備される。

図３は上述した周縁検査装置の作用を説明する説明図である。

ランプ２０の照明光により、半導体ウエハ１０のエッジ部分及びエッジ部分１１に隣接した平面部分１２は同軸落射照明される。

半導体ウエハ１０のエッジ部分１１を照射した照明光は、該エッジ部分１１で散乱し、殆どの照明光はハーフミラー２３を通過してＣＣＤカメラ２２に入射することはないが、エッジ部分１１に隣接する平面部分１２を照射した照明光は、該平面部分１２で反射し、ハーフミラー２３を通過してＣＣＤカメラ２２に入射する。

エッジ部分１１、平面部分１２には当たらず、エッジ部分１１の近傍を通過した照明光は反射ミラー２２で反射されてＣＣＤカメラ２１に入射する。

これにより、エッジ部分１１、表面部分１２に当たった光とこれらに当たらず反射ミラー２２を反射した光とは略完全に分離して、エッジ部分１１を抽出することが出来る。

図４は図１の周縁検査装置により半導体ウエハ１０を同軸落射照明して撮影したエッジ部分１１の撮影画像の一例を示すものである。図５は比較のため、図１の周縁検査装置から反射ミラー２２を取り外して撮影した撮影画像である。

図４に示すように、エッジ部分１１はそこに照射された光の殆どが散乱してＣＣＤカメラ２１に入射しないことから、その撮影画像は黒く塗りつぶされたようになるが、エッジ部分１１の近傍はそこに照射された光が反射ミラー２２により反射してＣＣＤカメラ２１に入射することから、その撮影画像はエッジ部分１１と同化して黒く塗りつぶされることがなく、結果的にエッジ部分１１を浮かび上がらせる（抽出する）ようになる。このため、エッジ部分１１の僅かな欠け（図４のノッチ左側の部分参照）でもその形状、寸法などを観察することが可能となる。

反射ミラー２２を取り外した場合には、図５に示すように、エッジ部分１１の近傍はそこに照射された光がＣＣＤカメラ２１に入射することがないことから、その撮影画像はエッジ部分１１と同化して黒く塗りつぶされ、結果的にエッジ部分１１は黒く塗りつぶされた画像中に埋没してしまう。

図２はリングライト２７を使用して斜光照明する、図１に示す周縁検査装置の変形例を示す。

ランプ２０、ハーフミラー２３の代わりにリングライト２７が使用される。このリングライト２７は、リング状（３６０°）の照明光で半導体ウエハ１０を均一に照明するもので、蛍光菅をリング状に形成して、又はリング状の本体に複数の白色発光ダイオードを配置して構成される。リングライト２７からの照明光は、リングライト２７の照明光束に対して所定の角度で傾斜して、エッジ部分１１と平面部分１２を真上からではなく、斜め方向から照明（斜光照明）する。リングライト２７は、その照明光束の中心がＣＣＤカメラ２１の光軸と一致するようにして、半導体ウエハ１０の表面上方位置において、半導体ウエハ１０とＣＣＤカメラ２１との間に配置される。

ＣＣＤカメラ２１の光軸はリングライト２７の中央の貫通穴２７ａを通っており、半導体ウエハ１０のエッジ部分１１と平面部分１２を反射した光はこの貫通穴２７ａを通ってＣＣＤカメラ２１に入射する。また、エッジ部分１１に照射されず、通過した光のうち、一部の光は反射ミラー２２により反射して貫通穴２７ａを通ってＣＣＤカメラ２１に入射する。

エッジ部分１１に照射されず、通過する光を逃さないように調整機構２６により反射ミラー２２のエッジ部分１１やＣＣＤカメラ２１に対する傾斜角度を調整することにより、より多くの光をＣＣＤカメラ２１に入射させることが出来る。

図６は図２の周縁検査装置により半導体ウエハ１０を斜光照明して撮影したエッジ部分１１の撮影画像の一例を示すものである。図７は比較のため、図２の周縁検査装置から反射ミラー２２を取り外して撮影した撮影画像である。

図６に示すように、エッジ部分１１は斜光照明によりそこに照射された光が散乱してしまうが、一部の光がＣＣＤカメラ２１に入射することから、その撮影画像はエッジ部分１１の一部のみが光って見え、残部は黒く塗りつぶされたようになる。エッジ部分１１の近傍はそこに照射された光の一部が反射ミラー２２により反射してＣＣＤカメラ２１に入射することから、その撮影画像はエッジ部分１１と同化して黒く塗りつぶされることがなく、エッジ部分１１との境界部分を光らせ、結果的にエッジ部分１１を浮かび上がらせる（抽出する）ようになる。このため、エッジ部分１１の僅かな欠け（図６のノッチ左側の部分参照）でもその形状、寸法などを観察することが可能となる。

反射ミラー２２を取り外した場合には、図７に示すように、エッジ部分１１の近傍はそこに照射された光がＣＣＤカメラ２１に入射することがないことから、その撮影画像はエッジ部分１１の境界部分も含めて同化して黒く塗りつぶされ、結果的にエッジ部分１１は黒く塗りつぶされた画像中に埋没してしまう。

以上説明したように図１、図２に示す周縁検査装置によれば、単に反射ミラー２２を配置するだけでエッジ部分１１の詳細な撮影画像を得ることが出来、エッジ部分１１を上下及び側面方向から照明する大掛かりな照明装置を使用し、ＣＣＤカメラ２１を複数台装備するようなことをしなくても済む。

図８は本発明の周縁検査装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。

本実施形態では、図１に示す周縁検査装置に、半導体ウエハ１０のエッジ部分１１に生じた欠け等の欠陥の位置を検出する欠陥位置検出部材４０を更に装備する。この欠陥位置検出部材４０は、ＣＣＤカメラ２１よりも半導体ウエハ１０の回転方向上流位置において、半導体ウエハ１０の表面上方位置に配置されたリニアＣＣＤ４１と、半導体ウエハ１０の裏面側でリニアＣＣＤ２８と対向するように配置された照明部材４２とを具備する。リニアＣＣＤ４１とランプ４２はそれらの間に半導体ウエハ１０のエッジ部分１０が位置するように配置されており、照明部材４２からの光はその一部がエッジ部分１１に遮断されてリニアＣＣＤ４１に入射するようにしてある。エッジ部分１１によって遮断される照明部材４２の光量が一定であることから、エッジ部分１１に予め形成したノッチやエッジ部分１１に生じた欠けの部分以外では入射した光の光量に比例して電荷を蓄積し、リニアＣＣＤ４１の出力は入射した光量に比例する。

回転テーブル３０により半導体ウエハ１０を回転させつつ、照明部材４２によりエッジ部分１１を照明すると、エッジ部分１１によって遮断される照明部材４２の光量が一定であることから、リニアＣＣＤ４１の出力は一定となっているが、エッジ部分１１に予め形成したノッチやエッジ部分１１に生じた欠けの部分では遮断される照明部材４２の光量が変化することから、これらの部分がリニアＣＣＤ４１と照明部材４２との間に移動してくると、リニアＣＣＤ４１の出力は変化する。

図９はリニアＣＣＤ４１の出力の変化を示すグラフで、縦軸はリニアＣＣＤ４１の出力値を表し、横軸は回転角度を表す。同図に示すように、ノッチや欠けの部分ではリニアＣＣＤ４１の出力が変化し、この出力変化から欠けの回転位置（ノッチからの回転角度）を検出することが出来る。

したがって、予めエッジ部分１１に生じた欠けの回転位置情報を取得しておけば、半導体ウエハ１０の回転に伴って欠けが生じたエッジ部分１１がＣＣＤカメラ２１の位置に移動してきたとき、一旦半導体ウエハ１０の回転を停止して撮影することが出来、エッジ部分１１の詳細な観察、検査が可能となる上に、検査のスループット性を向上させることが可能となる。

上述した実施形態では、ランプ２０とハーフミラー２３を使用してエッジ部分１１を同軸落射照明する場合と、リングライト２７を使用して斜光照明する場合を示したが、照明の仕方はこれに限定されるものではない。

また、ＣＣＤカメラ２１を使用する場合を示したが、ＣＭＯＳ等の固体増幅型の撮像素子を用いることができる。

さらに、反射ミラー２２を使用する場合を示したが、これに限定されるものではなく、拡散板、白色紙等を用いてもよい。要はエッジ部分１１を通り過ぎた光をＣＣＤカメラ２１などの観察部材に戻すようにすればよい。

本発明の周縁検査装置の一実施形態を示す概略側面図である。 図１の周縁検査装置の変形例を示す概略側面図である。 図１の周縁検査装置の作用を説明する説明図である。 図１の周縁検査装置により半導体ウエハ１０を同軸落射照明して撮影したエッジ部分１１の一撮影画像である。 は比較のため、図１の周縁検査装置から反射ミラー２２を取り外して撮影したエッジ部分１１の一撮影画像である。 図２の周縁検査装置により半導体ウエハ１０を斜光照明して撮影したエッジ部分１１の一撮影画像である。 比較のため、図２の周縁検査装置から反射ミラー２２を取り外して撮影したエッジ部分１１の一撮影画像である。 本発明の周縁検査装置の他の実施形態を示す概略斜視図である。 図８の周縁検査装置のリニアＣＣＤの出力変化を示すグラフである。

符号の説明

１０ 半導体ウエハ
１１ エッジ部分
１２ 平面部分
２０ ランプ（照明部材）
２１ ＣＣＤカメラ（観察部材）
２２ 反射ミラー（反射部材）
２４ 画像処理装置
２６ 調整装置
２７ リングライト（照明部材）
３０ 回転テーブル（支持部材）
４０ 欠陥位置検出部材
４１ リニアＣＣＤ
４２ 照明部材

Claims (8)

1. 被検査物を支持する支持部材と、
   前記被検査物の周縁を照明する照明部材と、
   前記被検査物の周縁を観察する観察部材と、
   前記周縁近傍を通過した光を前記観察部材に向けて反射させる反射部材と、を備えてなることを特徴とする、周縁検査装置。
2. 請求項１に記載の周縁検査装置において、
   前記反射部材は、前記被検査物を挟んで前記照明部材と対向する位置に配置されることを特徴とする、周縁検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の周縁検査装置において、
   前記反射部材は、前記周縁、及び又は、前記観察部材に対する角度が調整可能に構成されていることを特徴とする、周縁検査装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の周縁検査装置において、
   前記照明部材は、前記観察部材と該観察部材によって観察される前記周縁とを結ぶ方向と平行又は傾斜した照明光で前記周縁を照明することを特徴とする、周縁検査装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の周縁検査装置において、
   前記観察部材は撮像素子を含み、
   前記撮像素子によって撮影した前記周縁の撮像出力を画像処理して前記周縁の欠陥の形状、大きさを検出する画像処理装置を備えることを特徴とする、周縁検査装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の周縁検査装置において、
   前記被検査物の周縁の欠陥位置を検出す欠陥位置検出部材を備え、
   前記支持部材は、前記被検査物を回転させる回転機構を有し、
   前記回転機構により前記被検査物を回転させながら前記欠陥位置検出装置により前記被検査物の周縁の欠陥位置を検出することを特徴とする、周縁検査装置。
7. 被検査物を回転させる工程と、
   前記被検査物の周縁に照明光を照射する工程と、
   前記照明光が照射された前記周縁を撮影する工程と、
   前記撮影工程中に前記照明光を前記撮像素子に向けて反射させる工程と、を具備することを特徴とする、周縁検査方法。
8. 請求項７に記載の周縁検査方法において、
   前記周縁の欠陥位置を検出する工程を更に備えることを特徴とする、周縁検査方法。