JP2008131025A - ウエーハ裏面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エリアセンサカメラを用いたシリコンウエーハの裏面検査装置は、エリアセンサの分解能の制限から多数の少領域に分割して検査する必要があり、検査精度が低く、検査時間もかかる。本発明は、高い検査精度と再現性が得られ、加えて高速度で検査することにより検査時間の短縮を実現できるシリコンウエーハの裏面検査装置を提供する。
【解決手段】 ラインセンサを撮像素子として備える撮像手段と、暗視野照明となるようにウエーハ裏面の撮像部位を照明する照明手段と、前記撮像手段および前記照明手段とウエーハとの間を一定方向に相対移動させる移動手段と、ウエーハの略円形の中心を回転中心として回転させるウエーハ回転手段とから成り、暗視野照明によりコントラスト高い欠陥画像が得られるとともに、ウエーハの異なる２方向のスキャン画像を得ることにより欠陥の方向に関係なく欠陥を観測できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造に用いるウエーハの裏面に存在する突起、打痕、付着物、傷などの欠陥を検査するウエーハ裏面検査装置に関する。

半導体製造に用いられるシリコンウエーハ（以下「ウエーハ」と記す）表面の平面部の欠陥検査の重要性は言うまでもなく、不良率をゼロとするために細心の注意で検査が行われる。一方、ウエーハの裏面については半導体回路を形成する面ではないことから、ウエーハ裏面の検査についてはあまり重要と考えてはいなかった。近年になって、ウエーハ裏面い存在する突起、打痕、付着物、傷などの微細な欠陥が後工程への歩留まりに大きな影響があることが次第に明らかになってきている。即ち、裏面に突起や付着物があれば半導体回路形成の際にパターン精度に影響を及ぼすことや、あるいはウエーハ裏面にある微細な凹凸欠陥や付着物が原因でパーティクルあるいは付着物が飛散する結果、後工程において不良品が発生することが問題視されてきている。

ウエーハの裏面を検査する装置としては、現時点において、エリアセンサカメラを用いてウエーハの裏面の欠陥を検査する装置が知られている。この装置は、エリアセンサカメラにとって充分な分解能が得られるようなエリアセンサカメラの撮像範囲を単位領域とし、ウエーハの裏面の領域をその単位領域ごとに分割し、その撮像位置を順次移動させることにより複数の撮影画像を得ることで、ウエーハ裏面の全体の欠陥を検査している。

しかし、上記のようにエリアセンサを用いて撮像を行う場合、単位領域の全域に亙って均一な照明を施すことが難しく、撮像領域の中心部と外端部とは撮像画像にムラができるために正確な画像を撮像することが困難である。また複数の領域に分割して撮像して検査するために、精度および再現性の点で問題がある。さらに少領域に分割して撮像して検査を行うために検査時間が長くなり、検査工程の高速化に対応することができない。

このように、エリアセンサカメラを用いたウエーハの裏面検査装置は、エリアセンサの有する分解能の制限からウエーハの裏面を多数の少領域に分割して検査する必要があり、ウエーハ全体の画像を均一な撮影条件で得ることができないという問題がある。また、多数の少領域の撮像を行うことから検査時間も長時間を要し、さらに領域の切換のための機構も複雑となるという問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑み、高い検査精度と再現性が得られ、加えて高速度で検査できることにより検査時間の短縮を実現できるウエーハの裏面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ために、本発明の第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置は、ウエーハ裏面の欠陥を検査するウエーハ裏面検査装置であって、ラインセンサを撮像素子として備える撮像手段と、暗視野照明となるようにウエーハ裏面の撮像部位を照明する照明手段と、前記撮像手段および前記照明手段とウエーハとの間を一定方向に相対移動させる移動手段と、ウエーハの略円形の中心を回転中心として回転させるウエーハ回転手段とから構成されることを特徴とする。

上記の第１の解決手段によれば、ラインセンサを撮像素子とする撮像手段を備え、撮像手段とウエーハとを相対的に移動させながらラインセンサに画像を取り込むことによりウエーハ全体の画像を均一な撮影条件で得ることができる。さらにラインセンサを用いた撮像では欠陥の方向によっては欠陥を観測できないことがあるという問題に対しては、ウエーハの略円形の中心を回転中心として回転させるウエーハ回転手段を備えることからウエーハを回転させて異なる２方向に配置し、それぞれの方向のスキャン画像を取り込むことで、方向性のある欠陥に対して、少なくともいずれか一方のスキャン画像で観測することが可能となる。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記照明手段は、ライン状のライトガイドとシリンドリカルレンズとから構成されることを特徴としており、シリンドリカルレンズを用いることによりウエーハ裏面の撮像部位に入射する照明光を広角にする。

本発明の第３の解決手段は、第２の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記照明手段のライン状のライトガイドから拡散した照明光がシリンドカルレンズにより収束されて広角度で撮像手段の撮像位置に入射するようにライン状のライトガイドおよびシリンドリカルレンズが配置されていることを特徴としており、ラインセンサの撮像部位に多方向から照明光が入射するために、その撮像部位に欠陥があれば乱反射して撮像素子に入射する照明光が多くなり、高いコントラストが得られる。

本発明の第４の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記ウエーハ回転手段により互いに異なる複数の方向にウエーハを配置して、それぞれの方向のスキャン画像を撮像することを特徴としており、欠陥の方向に関わらず欠陥を観測することが可能となる。

本発明の第５の解決手段は、第４の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記ウエーハ回転手段により互いに異なる複数の方向として互いに直交する２つの方向にウエーハを配置して、それぞれの方向のスキャン画像を撮像することを特徴としており、全ての方向の欠陥を観測できるスキャン方向を指定するものである。

本発明の第６の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記移動手段は、ウエーハを保持して一定方向に移動させるリニアステージを備えることを特徴とする。

本発明の第７の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記ウエーハ回転手段は、前記移動手段上に設けられていることを特徴としており、移動手段であるリニアステージ上に設けることにより、任意の方向にウエーハのスキャン画像を得ることができる。

本発明の第８の解決手段は、第７の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記ウエーハ回転手段は、ウエーハを載置するウエーハ回転台にリングギヤを設け、駆動源の出力軸と前記リングギヤを噛み合わせることによりウエーハを回転させることを特徴とする。

本発明の第９の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、前記照明手段は、ウエーハに対する角度を変更可能に構成されていることを特徴としており、照明手段３のウエーハ７に対する照射角度を適切な角度にすることにより、高いコントラストを有する画像を得ることができる。

本発明の第１０の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ裏面検査装置であって、ウエーハ裏面を複数の領域に分割し、それぞれの領域を照明する照明手段と対応する領域を撮像する撮像手段とを設けたことを特徴としており、撮像の精度を落とさずにウエーハ全面を撮像することが可能となる。

上述したように本発明のウエーハ裏面検査装置は、ラインセンサを撮像素子とする撮像手段を用いてウエーハの裏面を検査する装置であり、エリアセンサと比較すると格段に高い解像度を有する故に精度の高い欠陥を実施することができる。また、ウエーハ裏面全体を高速で撮像することができるために、検査時間の短縮が可能となる。さらに、ウエーハを移動手段に載置したまま回転可能に構成されているので、欠陥に方向に関わらず欠陥を検出することが可能で、精度の高いウエーハの裏面検査装置を実現するものである。

図をもって本発明の方法および装置について詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。

図１は本発明の第１の実施例のウエーハ裏面検査装置１の構成を示す正面図、図２はその平面図、図３はその側面図であり、撮像手段２、照明手段３、ウエーハ載置台４、リニアステージ５、スライドガイド６から構成される。ここで、ウエーハ７は検査対象である裏面を下にしてウエーハ載置台４に保持されている。

撮像手段２は、リニアセンサアレイを撮像素子とする撮像手段であり、図１および図４に示すようにウエーハ７の裏面をウエーハの真下から撮像するように配置される。本実施例で使用するリニアセンサアレイは、特に高い解像度を有する素子を採用し、微細な傷や欠陥であっても検出できるように構成されている。

リニアセンサアレイは、画素を直線状に並べて走査機能を持たせたものであり、２次元の画像を得るには、リニアセンサアレイの走査方向、即ち画素を並べた直線方向と直交する方向に移動させる必要がある。図１において、撮像手段に搭載されているリニアセンサアレイ自身の走査方向は、紙面に垂直な方向であり、リニアステージ５により検査対象物のウエーハ７をＡ矢印方向に移動させることにより、２次元画像を得る。

リニアセンサアレイには、撮像範囲があるために、それを超える範囲の画像を撮像するには、図５に示すように、幾つかの領域に分割し、それぞれ撮像手段２および照明手段３を配置する。図５では３つの領域、左領域、中央領域、右領域に分けてそれぞれの撮像領域に撮像手段２および照明手段３を配置し、ウエーハ７裏面の全面の撮像画像を得る。

照明手段３は、図６に示すように、ライン状ライトガイド３１とシリンドリカルレンズ３２とから構成される。ライン状ライトガイド３１には図示しないメタルハロイドランプが接続され、ライン状ライトガイド２１より拡散光の照明光が出射される。シリンドリカルレンズ３２は円柱形状を２つに割った形状をしたレンズであり、図６に示すようにライン状ライトガイド２１とウエーハ７の間に配置することによりライン状ライトガイド２１から出射される拡散光を収束させて、ウエーハ裏面を照明する照明光が広角な入射角度で検査対象であるウエーハ裏面を照明する。

ライン状ライトガイド２１から拡散光が出射されるのでライン状ライトガイド２１のライン方向には、拡散光が撮像手段２の撮像位置に入射する。一方、シリンドリカルレンズ３２をライン状ライトガイド２１とウエーハ７との間に配置しない場合、ウエーハ７の移動方向に対しては撮像手段２の撮像位置に入射する光線は極めて狭い入射角の照明光に限られる。その結果、欠陥上で反射して撮像手段２に入射する光が制限されるという不具合が起きる。

そこで図６に示すように、ライン状ライトガイド３１から出射される拡散光を収束させてウエーハ移動方向においても広角度で照明光が入射するようにライン状ライトガイド３１とウエーハ７の間にシリンドリカルレンズ３２を配置する。このときに、シリンドリカルレンズ３２によって収束される照明光が撮像手段２の撮像位置を広角度で照明するようにシリンドリカルレンズ３２の口径を選択し、その設置位置を調整する。なおライン状ライトガイド３１に用いられる光源はコントラストが高くなることから青色光が適している。

照明手段３は、ウエーハ７に対する照射角度を調整できるように構成される。図１に示すように、照明手段取付台３３に設けられてガイド孔３４は、ウエーハ７の照明手段３の照射位置を中心とする円弧の一部となるように形成されており、照明手段３はウエーハ７の照明手段３の照射位置を中心に回動可能である。ウエーハ７の裏面に形成された欠陥や傷の状態によっては、暗視野照明によるコントラストが悪い場合があり、照明手段３のウエーハ７に対する照射角度を適切な角度にすることにより、高いコントラストを有する画像を得ることができる。

ウエーハ載置台４は図１および図２に示すように、リニアステージ５およびスライドガイド６によって矢印Ａ方向に移動可能に形成されている。リニアステージ５は、精密に加工されたレールとこれに組み合わせるリニアガイドベアリングによりガイドされるとともに、精密に位置決め可能な駆動部を備えており、ウエーハ載置台４を一定速度で移動させる。スライドガイド６はスライドブッシュ６１とスライドシャフト６２から構成され、ウエーハ載置台４の荷重を支えるとともに、そのスムースな移動を実現する。即ち、本実施例の移動手段は、ウエーハ載置台４とリニアステージ５とスライドガイド６とから構成される。

ウエーハ載置台４には、ウエーハ回転台４１が回転可能に支持されており、図４に示すように検査対象であるウエーハ７を検査面であるその下面を開放状態にしてウエーハ回転台４１のエッジ部で支えることで水平な姿勢に保持する。本実施例では、ウエーハ７を把持装置などが原因となってウエーハ７に傷を付けるのを避けるために、ウエーハ回転台４１のエッジ部に載せる方法を採用している。

ウエーハ回転台４１はナイフエッジ状のガイドを備えたリングギア４２が取り付けられており、リングギア保持ベアリング４３によって回転可能に保持される。リングギア４２はモーター４４の出力軸に取り付けられている駆動ギアと噛み合わせてあり、モーター４４を駆動することによりウエーハ回転台４１は回転する。その結果、ウエーハ載置台４に保持されているウエーハ７は、その円形の中心位置を中心にして回転する。ウエーハ回転台４１はウエーハを任意の位置に回転させ、位置決めすることが可能なように構成されており、特にウエーハ回転台４１は、少なくとも互いに直交する２つの方向にウエーハ７の向きに位置決めできるように構成されている。

上述の説明では、ウエーハを移動させる構成とする実施例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、ウエーハ回転台は固定されているものとし、ウエーハ回転台上でウエーハが回転可能に構成し、撮像手段および照明手段を一体にして移動可能に構成することによりウエーハ全体をスキャンできる構成としてもよい。

次に本実施例のウエーハ裏面検査装置の機能と検査を行う工程について説明する。図示しない搬送装置によってウエーハ７を搬送し、ウエーハ載置台４のウエーハ回転台５にウエーハ７を移載する。本実施例のウエーハ保持方法は、ウエーハ７を把持装置などにより掴むのではなく、ウエーハ７のエッジに設けられるテーパ部あるいは裏面検査に影響しないエッジでもってウエーハ７を支える構造としている。

ウエーハ７はリニアステージ５によって一定方向に一定速度で移動し、３台の撮像装置２によってウエーハ７の裏面（下面）の撮像が行われる。撮像手段２に搭載されている撮像素子は画素を線状に並べたリニアセンサアレイ２１であるので、各撮像素子が並ぶ主走査方向に走査が行われると同時に副走査方向であるリニアセンサアレイの移動方向即ち矢印Ａの方向に移動させながら走査を繰り返すことにより、２次元の画像が得られる。

撮像手段２のリニアセンサアレイの撮像範囲には制限があるために、例えば３００ｍｍのウエーハについては、図５に示すように３個の撮像範囲に分割してそれぞれ対応する撮像素子２を対応させて撮像を行う。リニアセンサアレイ２１の画素を指示するホルダー部が隣のホルダー部と干渉するために、図５に示すように、位置をずらして配置する。

照明手段３のライン状ライトガイド３１から出射された照明光はシリンドリカルレンズ３２で屈折してウエーハ７の撮像位置を照明する。ここで、ライン状ライトガイド３１のライン方向は、リニアセンサアレイ２１の主走査方向に一致させて配置しており、リニアセンサアレイ２１の主走査方向については、シリンドリカルレンズによる屈折の影響をほとんど受けず拡散光としてウエーハ裏面を照明する。

これに対してリニアセンサアレイ２１の副走査方向、即ちウエーハの移動方向では、シリンドリカルレンズ２２を通過した照明光は屈折し、特にシリンドリカルレンズの口径が最外部に入射した光は大きく屈折し、ウエーハ７の撮像位置に大きな入射角を持って入射する。この結果、ウエーハ７の撮像位置においては、いずれの方向からも照明光が大きな入射角を持って入射することになる。

照明手段３は暗視野照明となるように撮像手段２に対して配置されており、ウエーハ７の撮像位置に突起、打痕、付着物、傷などの欠陥がある場合、広角度で入射した照明手段７による照明光のうち、欠陥で反射した反射光が撮像手段３において輝く点として観測される。即ち、ウエーハ表面に欠陥があれば、コントラストの高い輝点として認識することができる。

ウエーハ７をリニアステージ５で移動させて１回目の撮像が完了した後にモーター４４を駆動してウエーハ回転台４１を回転させて、１回目の撮像の際に載置されていた方向とは異なる位置、例えば１回目の撮像の際に載置されていた方向から９０°回転した位置にウエーハ７を回転させる。次いで再びリニアステージ５を駆動して、２回目の撮像を行うことにより、異なる２つの方向のウエーハ７の画像を得る。

リニアセンサアレイを撮像手段として用いた暗視野照明による欠陥検査の方法では、検査対象であるウエーハ７の移動方向と傷の方向がほぼ同じである場合に、コントラストが低下し、その傷を観測しにくいという現象が起きる。シリンドリカルレンズ３２を用いて照明光の均一化を図ってもなお欠陥の観測に方向性が発生する。そこで、検査精度を高めるために、ウエーハ回転台４１を１回目の撮像姿勢からウエーハ７を異なる方向、例えば９０°回転させた方向に配置し、ウエーハ７全体を再度撮像することにより、異なる２方向の検査画像を得る。このようにウエーハ７の異なる２方向のスキャン画像を得ることにより、方向性のある傷などの欠陥の観測を可能にしている。

照明手段３は図１に示すように、ウエーハ７に対する照明光の入射角度が調整可能に構成されていて、傷の種類によってはその角度を調整することにより、観測に好都合の角度に設定することができる。

本実施例のウエーハ裏面検査装置では、撮像手段２をウエーハ７の真下に配置し、照明手段３をウエーハ７に対して斜めに配置したが、これに限るものではなく、照明手段３の正反射光が直接撮像手段に入射しない位置に配置することで暗視野照明を実現すればよい。例えば、照明手段をウエーハの真下に配置し、撮像手段をウエーハに対して斜めに配置する構成としてもよい。

また、本実施例では、３台の撮像手段でウエーハ全面をカバーする構成としたが、これに限るものではなく、多数台の撮像手段を一列に配置して分解能をあげることで、さらに高精細の検査画像を得ることが可能である。

さらに、本実施例のウエーハ裏面検査装置は、ウエーハ裏面を下方に向けて配置し、撮像手段および照明手段をウエーハ下方に配置して検査作業を行う構成としており、ウエーハ裏面の検査に際してわざわざウエーハを上下反転させる必要がない。

本発明のウエーハ裏面検査装置は、ラインセンサを撮像素子とする撮像手段を用いてウエーハの裏面を検査する装置であり、エリアセンサと比較すると格段に高い解像度を有するために精度の高い欠陥検査を高速で実施することができる。また、ウエーハを移動手段に載置したまま回転可能に構成されているので、欠陥の方向に関わらず欠陥を検出することができるために、精度の高いウエーハの裏面検査装置を実現する。

このように本発明のウエーハ裏面検査装置は、精度の高い検査を実現できるので、後工程における不良の発生を低減するとともに、高速な検査作業を可能にするものであり、高い生産性を確保することができるために産業への寄与が大なるものである。

本実施例のウエーハ裏面検査装置の構成を一部断面で示す正面図である。 本実施例のウエーハ裏面検査装置の構成を示す平面図である。 本実施例のウエーハ裏面検査装置の構成を示す側面図である。 ウエーハ載置台の構成を示す断面図である。 本実施例のウエーハ裏面の検査領域を下面図で示す説明図である。 照明手段の構成と機能を説明する説明図である。

符号の説明

１ ウエーハ裏面検査装置
２ 撮像手段
３ 照明手段
４ ウエーハ載置台
５ リニアステージ
６ スライドガイド
７ ウエーハ
３１ ライン状ライトガイド
３２ シリンドリカルレンズ
３３ 照明手段取付台
３４ ガイド孔
４１ ウエーハ回転台
４２ リングギア
４３ リングギア保持ベアリング
４４ モーター
６１ スライドブッシュ
６２ スライドシャフト

Claims (10)

1. ウエーハ裏面の欠陥を検査するウエーハ裏面検査装置であって、
   ラインセンサを撮像素子として備える撮像手段と、
   暗視野照明となるようにウエーハ裏面の撮像部位を照明する照明手段と、
   前記撮像手段および前記照明手段とウエーハとの間を一定方向に相対移動させる移動手段と、
   ウエーハの略円形の中心を回転中心として回転させるウエーハ回転手段と
   から構成されることを特徴とするウエーハ裏面検査装置。
2. 前記照明手段は、ライン状のライトガイドとシリンドリカルレンズとから構成されることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。
3. 前記照明手段のライン状のライトガイドから拡散した照明光がシリンドカルレンズにより収束されて広角度で撮像手段の撮像位置に入射するようにライン状のライトガイドおよびシリンドリカルレンズが配置されていることを特徴とする請求項２に記載のウエーハ裏面検査装置。
4. 前記ウエーハ回転手段により互いに異なる複数の方向にウエーハを配置して、それぞれの方向のスキャン画像を撮像することを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。
5. 前記ウエーハ回転手段により互いに異なる複数の方向として互いに直交する２つの方向にウエーハを配置して、それぞれの方向のスキャン画像を撮像することを特徴とする請求項４に記載のウエーハ裏面検査装置。
6. 前記移動手段は、ウエーハを保持して一定方向に移動させるリニアステージを備えることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。
7. 前記ウエーハ回転手段は、前記移動手段上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。
8. 前記ウエーハ回転手段は、ウエーハを載置するウエーハ回転台にリングギヤを設け、駆動源の出力軸と前記リングギヤを噛み合わせることによりウエーハを回転させることを特徴とする請求項７に記載のウエーハ裏面検査装置。
9. 前記照明手段は、ウエーハに対する角度を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。
10. ウエーハ裏面を複数の領域に分割し、それぞれの領域を照明する照明手段と対応する領域を撮像する撮像手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載のウエーハ裏面検査装置。

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