JP2008224303A

JP2008224303A - 自動外観検査装置

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Publication number: JP2008224303A
Application number: JP2007060260A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Yamamoto; 比佐史山本
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】シリコンウェーハやガラス基板の外観検査に要するタクトタイムの短縮を図ることのできる自動外観検査装置を提供すること。
【解決手段】対象ワーク（Ｋ）における複数の検査箇所（Ｔ）の外観を自動的に検査する自動外観検査装置（１）であって、対象ワーク（Ｋ）を保持するワーク保持手段（２）と、各検査箇所（Ｔ）に閃光（Ｌ）を照射しながら撮像する照射撮像手段（５，７）と、ワーク保持手段（２）と照射撮像手段（５，７）とを相対移動させる相対移動手段（３）と、照射撮像手段（５，７）により得た検査箇所（Ｔ）の画像に基づいてこの検査箇所（Ｔ）の外観に欠陥が有るか否かを判定する判定手段（９）とを備え、照射撮像手段（５，７）から照射する閃光（Ｌ）は、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光（Ｌ）を発するように制御する制御手段（８）とから得られるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は自動外観検査装置に関する。より詳しくは、検査対象の外観に欠陥が有るか否かを自動的に検査する装置。

半導体またはＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の製造工程では、シリコンウェーハやガラス基板に形成されたパターンにキズ、ムラ、剥がれ、汚れ等の欠陥が有るか否かを自動的に検査する必要がある。このような検査に用いる自動外観検査装置は、例えばＸＹステージ、照明用光源、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラ、及び画像演算処理装置などを備える。ＸＹテーブルに保持された基板は、照明用光源によってその検査箇所が閃光照射されると同時にＣＣＤまたはＣＭＯＳカメラにより撮像される。撮像で得られた画像データは、画像演算処理装置に送られ、所定の画像処理に基づいて欠陥有無の判定がなされる。

特開２００６−３０８４８４号公報特開２００６−３４３１６７号公報

従来の自動外観検査装置では、照明用光源は、ハロゲンランプと、このハロゲンランプから発した光を遮蔽開放自在とするシャッターとを構成要素としていた。この照明用光源で得られる明るさは、シャッターが開いている時間に比例する。十分な明るさを得るためには、シャッターを長い時間開けておく必要がある。シャッターが長く開いていると、ＸＹステージ駆動後の振動が撮像に影響を及ぼすため、その振動が緩和するまでの待機時間を長くする必要がある（実施形態におけるステップＳ４４，４５を参照）。これらの結果として、外観検査に要するタクトタイムが長くなるという問題があった。本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、シリコンウェーハやガラス基板の外観検査に要するタクトタイムの短縮を図ることのできる自動外観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、本発明に係る自動外観検査装置は、対象ワーク（Ｋ）における複数の検査箇所（Ｔ）の外観を自動的に検査する自動外観検査装置（１）であって、対象ワーク（Ｋ）を保持するワーク保持手段（２）と、各検査箇所（Ｔ）に閃光（Ｌ）を照射しながら撮像する照射撮像手段（５，７）と、ワーク保持手段（２）と照射撮像手段（５，７）とを相対移動させる相対移動手段（３）と、照射撮像手段（５，７）により得た検査箇所（Ｔ）の画像に基づいてこの検査箇所（Ｔ）の外観に欠陥が有るか否かを判定する判定手段（９）とを備え、照射撮像手段（５，７）から照射する閃光（Ｌ）は、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光（Ｌ）を発するように制御する制御手段（８）とから得られるように構成したことを特徴とする。

好ましくは、対象ワーク（Ｋ）が、半導体またはフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられるシリコンウェーハまたはガラス基板である。更に好ましくは、照射撮像手段（５，７）は、検査用カメラ（５１ａ）と、欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）と、互いに異なる倍率を有し検査箇所（Ｔ）の拡大像を検査用カメラ（５１ａ）及び欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）のそれぞれに導く複数の対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）と、対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）を選択的に切り替えるレボルバー（５３）とを備え、欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）により欠陥画像撮像をする場合はレボルバー（５３）により対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）を切り替えて、異なる倍率で撮像するように構成することである。

本発明によると、照射撮像手段（５，７）から照射する閃光（Ｌ）は、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光（Ｌ）を発するように制御する制御手段（８）とから得られるように構成したため、閃光時間を非常に短くすることができる。従来のようにハロゲンランプとシャッターとを用いた場合とは異なり、シャッターの開閉時間は無関係である。また、ワーク保持手段（２）の振動が緩和しワーク保持手段（２）が安定するまでに待機する時間が短くても画質の優れた撮像を行うことができ、シリコンウェーハやガラス基板の外観検査に要するタクトタイムの短縮を図ることができる。

なお、特許請求の範囲及び課題を解決するための手段の各欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明によると、シリコンウェーハやガラス基板の外観検査に要するタクトタイムの短縮を図ることができる。

以下、添付図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明に係る自動外観検査装置１の正面概略図、図２は本発明の要部を示す図である。図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ方向は鉛直方向である。

図１に示すように、自動外観検査装置１は、検査ステージ２、検査ステージ駆動部３、位置検出部４、撮像光学ユニット５、撮像光学ユニット駆動部６、照明用光源７、測距部１０、制御用コンピュータ８及び画像処理用コンピュータ９などから構成される。

検査ステージ２は、検査対象となる半導体ウェーハＫを載置可能な円盤状のテーブルであり、表面に真空吸着孔または適当な固定部材が設けられる。これにより、半導体ウェーハＫを真空吸着または固定して保持可能である。なお、半導体ウェーハＫの表面には多数の半導体チップ（半導体素子）Ｄが形成されている。

検査ステージ駆動部３は、検査ステージ２の下方においてＸ、Ｙのそれぞれの方向に沿うように配設されたリニアモータ、及び検査ステージ２をその回転中心軸Ｊ２回りのθ方向に回動駆動可能なＤＤ（ＤｉｒｅｃｔＤｒｉｖｅ）モータから構成され、検査ステージ２をＸ、Ｙのそれぞれの方向に等速度で移動可能とすると共に、θ方向に回動可能とする。ステージ位置検出部４は、検査ステージ２のＸ、Ｙ、θ方向位置を検出すると共に、検出した位置信号を制御用コンピュータ８に送信可能に構成される。

撮像光学ユニット５は、レボルバー５３、レボルバー駆動部５４、検査用カメラ５１ａ、欠陥画像撮像用カメラ５１ｂ及び金属顕微鏡５２を備える。

レボルバー５３は、図２に示すように、垂直軸回りに回転自在とされ、５つの対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅを備える。対物レンズ１１Ａの倍率は１０倍、対物レンズ１１Ｂの倍率は５倍、対物レンズ１１Ｃの倍率は２倍、対物レンズ１１Ｄの倍率は１倍、対物レンズ１１Ｅの倍率は２０倍である。

レボルバー駆動部５４は、レボルバー５３をその回転中心軸回りに回動駆動することにより、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅのうちいずれか一つを撮像位置Ｐ０に選択的に配置可能とする。対物レンズ１１Ａが撮像位置Ｐ０に配置されたときは、対物レンズ１１Ａを介して得られた半導体ウェーハＫの拡大像が検査用カメラ５１ａ及び欠陥画像撮像用カメラ５１ｂにより撮像可能となる。対物レンズ１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅについても同様である。なお、対物レンズの符号については、説明上、他の対物レンズと区別する必要のあるときは例えば「１１Ａ」「１１Ｂ」などと数字の末尾にＡ〜Ｅのアルファベットを付すが、特に区別する必要のないときは、単に「１１」と記す。

検査用カメラ５１ａは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子５１１ａを備え、この撮像素子５１１ａで得た画像データをディジタル信号に変換して出力可能である。欠陥画像撮像用カメラ５１ｂについても検査用カメラ５１ａと同様に、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子５１１ｂを備え、この撮像素子５１１ｂで得た画像データをディジタル信号に変換して出力可能である。

金属顕微鏡５２は、対物レンズ１１により得た半導体チップＤの像を検査用カメラ５１ａの撮像素子５１１ａ及び欠陥画像撮像用カメラ５１ｂの撮像素子５１１ｂ上に結像可能とし、且つ照明用光源７から供給された閃光Ｌを半導体ウェーハＫに向けて照射可能とする光学系５２１を備える。光学系５２１は、閃光Ｌを半導体ウェーハＫに向けて照射するために閃光Ｌの光軸上に配設されたハーフミラー５２１ａ、ハーフミラー５２１ａの上方に当該ハーフミラー５２１ａと鏡面が対向するように配設されたハーフミラー５２１ｂ、ハーフミラー５２１ｂの水平方向に当該ハーフミラー５２１ｂと鏡面が対向するように配設された反射ミラー５２１ｃ、ハーフミラー５２１ｂを透過した光を撮像素子５１１ａに結像するためのレンズ群５２１ｄ、及び反射ミラー５２１ｃを介した光を撮像素子５１１ｂに結像するためのレンズ群５２１ｅを備える。

撮像光学ユニット駆動部６は、ステッピングモータなどで構成され、撮像光学ユニット５をＺ方向に駆動可能とする。照明用光源７は、キセノン放電管を発光手段として持ち、キセノン放電管から発した閃光Ｌがハーフミラーを介して半導体ウェーハＫ上に照射されるように、光ファイバケーブル７１により金属顕微鏡５２と接続される。このキセノン放電管は、検査用カメラ５１ａ及び欠陥画像撮像用カメラ５１ｂが半導体チップＤを撮像するときに閃光Ｌを発するように構成される。

測距部１０は、静電容量変位センサ１２及びセンサ駆動機構１３を備え、オートフォーカスのためのデータ取得時に用いる部位である。

制御用コンピュータ８は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置８１、及び各構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路などから構成され、自動外観検査装置１が一連の検査動作を行うように、レボルバー駆動部５４、撮像光学ユニット駆動部６、及び照明用光源７におけるキセノン放電管の発光タイミングなどを制御するためのコンピュータである。
構成される。

画像処理用コンピュータ９は、タッチパネル等の入出力装置、メモリチップやマイクロプロセッサなどを主体とした適当なハードウエア、このハードウエアを動作させるためのコンピュータプログラムを組み込んだハードディスク装置９１、及び各構成部とデータ通信を行う適当なインターフェイス回路などから構成され、検査用カメラ５１ａにより半導体チップＤを撮像したときの画像を取り込み、この画像に所定の画像処理を施すことで半導体チップＤの外観検査を行う。また、外観検査の処理を施した結果、欠陥が有ると判定された半導体チップＤの該当欠陥画像をハードディスク装置９１に記憶する機能も備える。なお、制御用コンピュータ８と画像処理用コンピュータ９とは、互いにデータ通信可能となるように電気的に接続されている。

次に、自動外観検査装置１の検査動作について説明する。図３は自動外観検査装置１における検査処理の概略を示すフローチャート、図４は全体検査ステップＳ３の流れを示すフローチャート、図５はレビューステップＳ４の流れを示すフローチャート、図６は全体検査処理時における検査ステージ２の動作を示す図、図７はレビュー処理時における検査ステージ２の動作を示す図である。

図３に示すように、自動外観検査装置１における検査処理は、ウェーハロードステップＳ１、テーブルアラインメントステップＳ２、全体検査ステップＳ３、レビューステップＳ４及びウェーハアンロードステップＳ５からなる。

ウェーハロードステップＳ１において、検査ステージ２は図示しない搬送用ロボットから受け取った半導体ウェーハＫを、その表面に真空吸着または固定することにより保持する。

テーブルアラインメントステップＳ２では、必要に応じて、検査ステージ２をその回転中心軸Ｊ２回りに微少角度回動させる制御を行う。これにより、検査ステージ２のθ方向の組み付け誤差を補正することができ、検査ステージ２はＸ、Ｙそれぞれの方向に精度の良い平行度を確保して移動可能となる。

全体検査ステップＳ３では、図４のようにして、半導体ウェーハＫに形成された全ての半導体チップＤの外観検査を行う。まずステップＳ３１において対物レンズ１１を選択する。即ちレボルバー駆動部５４は、制御用コンピュータ８からの指令信号により所定の対物レンズ１１を撮像位置Ｐ０に配置する。全体検査ステップＳ３で用いる対物レンズ１１は比較的倍率の低いもの、例えば対物レンズ１１Ｂ、１１Ｃまたは１１Ｄが好ましい。ここでは対物レンズ１１Ｃを選択したものとして説明する。

続いて検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ８からの指令信号により、検査ステージ２と対物レンズ１１Ｃとの相対位置関係が図６に示す破線矢印Ｂ１の経路を辿るように検査ステージ２をＸ、Ｙ方向に水平駆動する（ステップＳ３２）。検査ステージ２がＹ方向に連続的に移動した状態で、撮像光学ユニット駆動部６が撮像光学ユニット５をＺ軸方向に制御用コンピュータ８から送られた適切な補正量だけ駆動することにより、半導体チップＤの検査箇所Ｔに対する自動合焦を行う（ステップＳ３３）。なお、ここでは一つの半導体チップＤについて左右２箇所の検査箇所Ｔがあるものとする。図６では全ての検査箇所Ｔ（白丸部分）は記入していないが、全ての半導体チップＤについてこれらが存在するものとする。自動合焦後、制御用コンピュータ８からの指令信号により照明用光源７が閃光Ｌを発すると同時に、検査用カメラ５１ａが半導体チップＤの検査箇所Ｔを撮像する（ステップＳ３４）。そして撮像した検査箇所Ｔの欠陥有無の判定を行う。即ち、検査用カメラ５１ａの撮像で得た画像を画像処理用コンピュータ９に取り込み、所定の画像処理によりその外観の良否判断を行う（ステップＳ３５）。以降の説明では、欠陥が有ると判定された半導体チップＤの検査箇所の符号をＴｄとする。

欠陥が有ると判定された場合は（ステップＳ３６でノー）、その半導体チップＤの検査箇所ＴｄのＸＹ位置を制御用コンピュータ８のハードディスク装置８１に記憶する（ステップＳ３８）。検査箇所ＴｄのＸＹ位置とは、具体的にはステージ位置検出部４からの出力信号である。欠陥が無いと判定された場合は（ステップＳ３６でイエス）、上と同様な要領で次の半導体チップＤ（つまり図６では一つ下の半導体チップＤ）を撮像して、欠陥有無の判定を行う。このような処理を全ての半導体チップＤの検査箇所Ｔについて終えると（ステップＳ３９でイエス）、検査ステージ駆動部３は検査ステージ２を停止させる（ステップＳ３９１）。

レビューステップＳ４では、図５のようにして、欠陥の有った半導体チップＤの該当欠陥の一層精密な画像を取得する。まずステップＳ４１において対物レンズを切り替える。即ちレボルバー駆動部５４は、制御用コンピュータ８からの指令信号により所定の対物レンズ１１を撮像位置Ｐ０に配置する。レビューステップＳ４で用いる対物レンズ１１は倍率の高いもの、例えば対物レンズ１１Ａまたは１１Ｅが好ましい。ここでは対物レンズ１１Ａを選択したものとして説明する。

続いて検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ８のハードディスク装置８１に記憶された欠陥の有る半導体チップＤの検査箇所ＴｄのＸＹ位置に基づいて検査ステージ２を水平駆動して、欠陥の有る半導体チップＤの検査箇所Ｔｄの上に対物レンズ１１Ａが来るようにする（ステップＳ４２）。そして前記ステップＳ３３と同様な要領で、欠陥の有る半導体チップＤの検査箇所Ｔｄについての自動合焦を行う（ステップＳ４３）。自動合焦後、加速度センサ等の振動検出手段（不図示）により検出した検査ステージ２の振動が規定値以下となった時点で（ステップＳ４５でイエス）、制御用コンピュータ８からの指令信号により照明用光源７が閃光Ｌを発すると同時に、欠陥の有る半導体チップＤの検査箇所Ｔｄを欠陥画像撮像用カメラ５１ｂが撮像する（ステップＳ４６）。

自動外観検査装置１によると、照明用光源７から照射する閃光Ｌは、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光Ｌを発するように制御する制御用コンピュータ８とから得られるように構成したため、閃光時間を非常に短くすることができる。従来のようにハロゲンランプとシャッターとを用いた場合とは異なり、シャッターの開閉時間は無関係である。また、ステップＳ４４において振動が緩和し検査ステージ２が安定するまでに待機する時間が短くても画質の優れた撮像を行うことができ、半導体ウェーハＫの外観検査に要するタクトタイムの短縮を図ることができる。

続いて、欠陥の有る半導体チップＤの検査箇所Ｔｄの画像を、画像処理用コンピュータ９のハードディスク装置９１に記憶する（ステップＳ４７）。上と同様な要領で欠陥の有る全ての半導体チップＤの検査箇所Ｔｄを撮像して（ステップＳ４８でイエスとなるまで）、その画像を画像処理用コンピュータ９のハードディスク装置８１に記憶する（ステップＳ４７）。記憶した画像は欠陥データとして原因究明や工程改善のために利用される。また、これらの画像を別置きのモニター画面に表示するようにしてもよい。これにより欠陥の状況を直ちに視認することができるようになる。

ウェーハアンロードステップＳ５において、検査済みの半導体ウェーハＫを真空吸着または固定から解放し、搬送用ロボットに引き渡す。以降、新たな半導体ウェーハＫを受け取り、上と同様な手順で処理を進める。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。例えば、制御用コンピュータ８による処理及び画像処理用コンピュータ９による処理の一部または全体を、これら２つのいずれかのコンピュータ内で処理する構成としてもよい。また、検査ステージ２の動作態様、検査処理の各ステップの順序などについても、本発明の主旨に沿い適宜変更してよい。

本発明に係る自動外観検査装置１の正面概略図である。本発明の要部を示す図である。自動外観検査装置における検査処理の概略を示すフローチャートである。全体検査ステップの流れを示すフローチャートである。レビューステップの流れを示すフローチャートである。全体検査処理時における検査ステージの動作を示す図である。レビュー処理時における検査ステージの動作を示す図である。

符号の説明

１自動外観検査装置
２検査ステージ（ワーク保持手段）
３検査ステージ駆動部（相対移動手段）
５撮像光学ユニット（照射撮像手段）
７照明用光源（照射撮像手段）
９画像処理用コンピュータ（判定手段）
Ｋ半導体ウェーハ（対象ワーク）
Ｔ検査箇所

Claims

対象ワーク（Ｋ）における複数の検査箇所（Ｔ）の外観を自動的に検査する自動外観検査装置（１）であって、対象ワーク（Ｋ）を保持するワーク保持手段（２）と、各検査箇所（Ｔ）に閃光（Ｌ）を照射しながら撮像する照射撮像手段（５，７）と、ワーク保持手段（２）と照射撮像手段（５，７）とを相対移動させる相対移動手段（３）と、照射撮像手段（５）により得た検査箇所（Ｔ）の画像に基づいてこの検査箇所（Ｔ）の外観に欠陥が有るか否かを判定する判定手段（９）とを備え、
照射撮像手段（５，７）から照射する閃光（Ｌ）は、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光（Ｌ）を発するように制御する制御手段（８）とから得られるように構成したことを特徴とする自動外観検査装置。
請求項１に記載の自動外観検査装置において、前記対象ワーク（Ｋ）が、半導体またはフラットパネルディスプレイの製造工程で用いられるシリコンウェーハまたはガラス基板である自動外観検査装置。
請求項１または請求項２に記載の自動外観検査装置において、照射撮像手段（５，７）は、検査用カメラ（５１ａ）と、欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）と、互いに異なる倍率を有し検査箇所（Ｔ）の拡大像を検査用カメラ（５１ａ）及び欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）のそれぞれに導く複数の対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）と、対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）を選択的に切り替えるレボルバー（５３）とを備え、欠陥画像撮像用カメラ（５１ｂ）により欠陥画像撮像をする場合はレボルバー（５３）により対物レンズ（１１Ａ〜１１Ｅ）を切り替えて、異なる倍率で撮像するように構成した自動外観検査装置。
請求項３の自動外観検査装置において、欠陥画像撮像時に照射撮像手段（５，７）から照射する閃光（Ｌ）は、キセノン放電管と、このキセノン放電管が所定のタイミングで閃光（Ｌ）を発するように制御する制御手段（８）とから得られるように構成した自動外観検査装置。