JP2010256090A - 表面検査用照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が研磨されたウエハ等の基板の表面、特に基板のエッジ部分の欠陥を検査するための効率的な照明を行う検査用照明装置を提供すること。
【解決手段】照射光に対してウエハ等の基板を相対的に移動させることにより、検査対象部を走査しながら検査する検査装置の検査用照明装置において、照明用光源からの照射光のうち、基板の相対移動方向（走査方向）の照射光を基板表面に集光するように反射させるために、断面が放物線（または楕円）等の曲線形状の反射面を有する反射部材を備えており、光源からの光を基板表面の検査領域上に集光するように反射させることにより、照射光を有効に被検査対象部に照射する。これにより、光源からの走査方向の光を検査部に集光して、効率的な照明を行うことにより、検査部からの散乱光を増やしてより正確な検査を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板表面の欠陥、ごみ、疵等を検査するウエハ検査用照明装置に関する。特に、半導体ウエハ等のような基板のエッジの検査に適する表面検査用照明装置に関する。

半導体ウエハの外周部（エッジ部）は、外周部を面取り加工する際や、ウエハの搬送やウエハの加工処理のためのハンドリングの際に、エッジ部分に欠けや割れ等の欠陥が生じることがある。これらの欠陥があると、ウエハの研磨時や半導体ウエハに半導体チップや集積回路を形成する際に、ウエハの破片が加工処理装置内に混入することや、これらの欠陥が原因となり、半導体の製造工程において致命的な問題が発生することがある。
例えば、シリコンウエハのエッジ部に傷、打痕、クラック等の欠陥がある場合には、熱処理行程においてシリコンウエハに熱が加えられると、これらの欠陥が原因となってシリコンウエハの半導体回路が形成される面にまでクラックが発生して不良品となる恐れがある。また、クラック部の一部が剥離して、半導体ウエハの加工表面に付着するおそれがある。さらに、シリコンウエハのエッジ部にパーティクルが付着している場合には、工程が進むにつれてこのパーティクルが半導体ウエハの加工表面に転移して付着するおそれもある。

このような問題の発生を防ぐため、シリコンウエハの鏡面（加工表面）やエッジに発生したクラックや付着したパーティクルは、次工程に進む前に完全に排除することが求められ、厳重な検査が行われる。

しかし、シリコンウエハのエッジ部の表面を微小検査する場合、エッジ部がいくつかのＲ（曲線）部分から構成されるために、厳密な検査が困難である。

そのため、従来技術によりいくつかの検査方法が提案されている。たとえば、表面に埃等が存在しても欠陥検出の検査精度を上げるために、被検査物内部に焦点位置を合わせて被検査物からの散乱光を検出して、欠陥の検査精度を上げるようにしたもの（特許文献１）や、拡散光光源によって検査対象物の上の撮像箇所を帯状に照明することにより、立体的な面や不定形の面の微少凹凸を検出することで検査精度を向上させる技術（特許文献２）が提案されている。

特開２０００−４６５３７号公報 特許第３７０９４２６号公報

しかしながら、従来の拡散（散乱）光照明では、拡散光源を帯状に備えても、検査対象物に到達するまでに照明光が広がってしまい、照明効率が悪かった。すなわち、十分な照明を得るために、光源からの照明強度を上げると照明光源の寿命が短くなり、照明強度が弱いと十分な照明ができないという問題があった。そこで、本発明は、弱い照明光源であっても、集光することで照明に十分な光量を確保して、被検査対象物の走査領域を効率的に照明することのできる表面検査用照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の第１の態様に係る表面検査用照明は、基板表面に照明光を照射して、その反射光を受光することにより基板表面の欠陥を検出するために、検査対象部に照射される前記照射光及びその反射光に対して前記基板を相対的に移動させることにより、前記検査対象部を走査して検査する検査装置において、前記検査対象部の表面を照明するための照明装置であって、前記検査対象部に照射する照明光を出力する光源と、前記光源と前記検査対象部の間に配置され、前記光源から照射された前記照明光を前記基板の検査対象部に集光するように反射する断面形状が曲面である反射面を有する反射部材と、を備えていることを特徴とする。

ここで、照明光には、光源から検査対象部に直接照射する光だけでなく、光源からの光をレンズにより集光した光や、光ファイバなどを通して照射する光や、さらに光源からの光を反射面により反射した光など、検査対象部に間接的に照射する光も含まれる。

また、集光する手段としては、反射面を放物面にし、光源をその焦点に配置することにより、平行光を得ることができる。このような平行光を照射光として用いる場合には、後述する一点集光する照射光を用いる場合に比べて照射される範囲が光源からの距離による影響を受け難い。

また、別の集光する手段としては、反射面を楕円面にし、光源をその一方の中心点に配置することにより、他方の中心点に集光した照射光を得ることができる。ここで、前述の平行光と比べてこの一点に照射する照射光は、照射範囲は狭くなるが、同じ照射量を照射した場合、単位面積当たりの照射効率がよくなる。

本発明の第２の態様に係る表面検査用照明装置は、前記第１の態様において、前記反射部材が、前記検査対象部の前記走査方向と直交する領域を覆うように、前記走査方向と直交する方向に延びていることを特徴する。

この態様では、たとえば、反射部材が基板の走査方向と直行する方向に長く伸びた形状や、半導体ウエハ等のエッジの検査する検査装置では、Ｃ字形状等のようにエッジを覆う形状となる。

本発明の第３の態様に係る表面検査用照明装置は、前記第１の態様または第２の態様において、前記光源が、前記走査方向と直行する方向に沿って伸びていることを特徴とする。

この場合、光源及び反射部材の双方が、基板の走査方向と直行する方向に長く伸びた形状や、半導体ウエハ等のエッジの検査する検査装置では、Ｃ字形状等のエッジを覆う形状となる。

本発明の第４の態様に係る表面検査用照明装置は、第１の態様乃至第３の態様のいずれかの態様において、前記光源が前記走査方向と直行する方向に沿って複数配列されていることを特徴とする。

この態様によれば、照射光量を増やすことが可能となり、より正確な検査が可能となる他、１個の光源の負荷を小さくすることができる。

本発明の構成によれば、距離が遠くなるに従って単位面積当たりの光量が減少する散乱光を、反射部材で平行光に変換して照射することにより、散乱光を照射光として効率的に利用することが可能となる。光源の光量を少なくしてもより正確な検査が可能となり、検査対象部に照射する光を一定とした場合、光源の光量を抑制することにより、光源の寿命を長くすることが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる検査用照明装置を用いた他の実施形態にかかる検査装置の全体構成を示す模式図である。 （ａ）は、本発明にかかる検査用照射装置の一実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は、その照射光の反射を示す説明するための模式的な拡大断面図である。 （ａ）は、本発明にかかる検査用照射装置の他の実施形態を示す斜視図である。（ｂ）は、その照射光の反射を示す説明するための模式的な拡大断面図である。 （ａ）は、図２に示す検査用照明装置の光源の位置を説明するための図であり、（ｂ）は、図３に示す検査用照明装置の光源の位置を説明するための図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態にかかる検査用照明装置を用いた他の検査装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の他の実施形態にかかる検査用照明装置の使用状態を示す斜視図である。 （ａ）は、図６に示す検査用照明装置の光源ブロックの一実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は、同じく図６に示す検査用照明装置の光源ブロックの他の実施形態を示す斜視図である。 楕円の一部を反射面とした場合の検査用照明装置を説明するための概念図である。 撮像手段の配置を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の基本的な考え方及び本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる検査用照明装置を用いた検査装置の全体構成を模式的に示す構成図である。図２（ａ）は、図１に示す検査装置に適用可能な本発明の一実施形態にかかる検査用照射装置を示す斜視図であり、（ｂ）は、図２（ａ）の検査用照明装置による照射光の光路を説明する図であり、図２（ａ）Ａ−Ａ’方向の拡大断面図である。

図１に示すように、検査用照明装置１０から照明光９０が出力されて、基板（たとえば、半導体ウエハ）１００の被検査対象部分（図１では、エッジ部分）に照射される。照射光９０は、基板１００のエッジで反射されて、破線で示す反射光９５となり、反射板９６による反射を経て画像処理装置等に接続されている撮像手段（ＣＣＤカメラまたはラインセンサ等）９７に照射される。撮像手段９７で受光した反射光９５は、画像処理装置で解析され、基板上の傷その他欠陥の有無が検査される。
尚、図１では、照射光９０と反射光９５の関係を分かり易く示すために、簡潔に示しており、各構成要素１０、９６，９７、１００等の配置や形状は以後説明する照明装置等とは異なっている。特に、後述する図２、図３における検査用照明装置と基板の位置関係は、図１とは異なっている。

図２を参照して、本発明の一実施形態にかかる検査照明装置１０の構成及び機能について説明する。図２（ａ）に示されているように、検査照明装置１０は、Ｃ字状の光源ブロック１１と反射ブロック１５が隣接して設けられた構造をしており、Ｃ字の窪み部分２０を基板１００のエッジ部分が回転して通過するよう構成される。

光源ブロック１１には、光ファイバ等の光源１２がＣ字形状の保持ブロックに沿って複数配置されている。反射ブロック１５には、光源１２と対抗する位置に光源１２に沿って、一次反射面１６が設けられている。光源ブロック１１と反射ブロック１５は間隔を空けて配置されており、その間に、反射ブロック１５の一次反射面１６から反射した照明光を再度反射して基板１００の被検査部に照射するする反射部材１７が配置されている。反射部材１７は曲線状の反射面を備えており、一次反射面からの照射光を平行光に変換して照射する。これにより、拡散光光源から出力されて、光源から離れるに従って広がり散乱してしまう照射光を、平行光として集光することにより拡散を防止し、被検査対象物の検査領域に効率的に照射する。

図２（ｂ）を用いて、照射光の光路を説明する。光源１２から出力された照射光９１は、一次反射面１６により反射されて、一次反射光９２となる。一次反射光９２は、さらに反射部材１７の曲線の反射面１８により反射されて平行な照射光９０となり、被検査対象物である基板１００のエッジ部に照射される。

一次反射面１６からの一次反射光９２を再度反射して平行な照射光９０にする反射部材１７の曲面形状の反射面１８は、断面が放物線形状となっている。放物線の焦点から出た光は、放物線上の反射面で反射すると放物線の軸線方向に平行な光になるという特徴を有している。従って、光源１２は、反射面１８の曲面を構成する放物線の焦点位置に配置される。図２に示す実施形態では、光源１２からの照射光９１が一次反射面１６を介して反射面１８に照射されるので、一次反射面１６を対称線として反射面１８を構成する放物線の焦点位置と線対称位置に、光源１２を配置することにより、照射光９１の反射面１８による反射光は平行光９０として、基板１００のエッジ部に照射される。

図３（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る検査用照明装置２０を示す斜視図であり、（ｂ）は、その照射光の反射を示す説明するための、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線方向からみた模式的な拡大断面図である。
第２の実施形態にかかる検査用照明装置２０では、光源ブロック２１に設けられた光源２２からの照射光９１を、光源ブロック２１と対向する位置に設けられた反射部材２７の曲線形状の反射面２８に直接照射している。反射部材２７の反射面２８は、放物線であり、光源２２は、反射面２８を構成する放物線の焦点位置に配置されているので、反射面２８の反射光が平行な照射光９０として基板１００のエッジ部分に照射される。

図４（ａ）（ｂ）を用いて、図２及び図３に示す検査用照明装置１０，２０の光源１２，２２の配置について説明する。今、反射面を構成する放物線をｙ＝ａｘ^２とすると、この放物線の焦点の位置ｆは、ｆ＝１／４ａである。放物線ｙの軸に平行に入射する光は、焦点ｆに集光されるから、逆に焦点ｆから出た光は、放物線ｙの軸に平行な方向に反射されることになる。

図２の実施形態の検査用照明装置は、図４（ａ）に示すように、放物線ｙと焦点ｆの間に反射面を挿入して、放物線の側に光源を配置した場合に相当する。この場合、反射面１６を対称線として焦点ｆと線対称位置に光源１２を配置することにより、焦点ｆに光源１２を配置したのと同じことになる。
図３の実施形態の検査用照明装置は、図４（ｂ）に示すように、放物線ｙの焦点位置に光源２２を配置した構成である。
光源をこのように配置することにより、光源１２、または２２から出力されて放物線の反射面で反射された光は、放物線ｙの軸に平行な方向に進む平行光となる。

図５は、本発明の他の一実施形態にかかる検査用照明装置３０を用いた検査装置の全体構成を示す模式図である。ここでも、光路を簡明に示すために、光源と反射ブロックの位置は正確に描かれていない。
この実施形態の検査用照明装置３０では、光源３２と反射ブロック３５が分離されている。光源３２は反射ブロック３５から離れた位置にあり、そこから照射光９１が反射ブロック３５に照射される。反射ブロック３５では照射光９１を反射させることにより、平行光に変換した照明光９０を、基板１００に照射する。基板１００からの反射光９５は、反射板９６等を経て撮像手段９７に入力されて、基板表面の傷等の欠陥の存在についての解析が行われる。

図６は、さらに本発明の他の実施形態に係る検査用照明装置４０を示す斜視図である。図２，図３，及び図５に示した本発明の第１乃至第３の実施形態１０、２０、４０は、基板１００のエッジ部分を検査する例を示している。これらの実施形態では、基板１００の検査対象部であるエッジ部分を覆うようにＣ字形状に反射板等が走査方向（基板の回転方向と直交する方向）に伸びていた。

図６に示す実施形態では、基板表面の検査を行う検査用照明装置４０の例を示している。この検査用照明装置４０は直方体の形状を備えており、被検査対象部である基板表面の走査方向と直交する方向を覆うように基板１００の表面上を直径方向に延びている。この検査用照明装置４０では、複数の光源４２が長手方向に一列に配置された光源ブロック４１と、その対向位置に配置され、断面が放物線上の反射面４８を有する反射ブロック４７を備えている。複数の光源４２は、反射面４８の放物線の焦点位置に配置されている。このようにして基板表面に平行光を照射し、基板を回転させることにより、基板表面を走査して検査することができる。

図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図６の検査用照明装置４０に適用可能な光源ブロックの例を示す斜視図である。図７（ａ）の光源ブロック４１では、光ファイバまたは発光ダイオード等からなる光源４２が、横一列に複数個並んで配置されている。図７（ｂ）では、光源ブロック５１に一列に整列した複数の光源５２、５３，５４が縦３段（行）並んで配置されている。このように複数段（行）の光源を配列することにより、より、光量の大きな照明光源とすることが可能となる。

図８は、本発明に係る照明装置の反射面として楕円形状の一部を使用する場合について説明する。楕円１８は、２つの焦点ｇ、ｈを有しており、一方の焦点ｇから出力されて楕円１８の内面で反射した光は、他方の焦点ｈに集光する。従って、光源（散乱光の光源）１２を一方の焦点ｇに配置し、被検査対象物（例えば基板１００）を他方の焦点ｈの近くに配置することにより、光源の光を基板１００の検査部分に集光することが可能となる。

以上の説明においては、光源１２，２２，３２，４２，５２，５３，５４として、光ファイバや、発光ダイオードを使用する例を示したが、例えばハロゲンランプのような光源を１個または複数個用いて、照明光の出力用光源とすることも可能である。

図９は、反射板９６を撮像手段９７の配置の一例を示す模式図であり、基板１００の側面から観た状態を示す図である。図９では、３個の撮像手段９７ａ、９７ｂ、９７ｃを基板１００の上方、側方、下方に配置している。９６ａ，９６ｂ，９６ｃはそれぞれ各撮像手段９７ａ〜９７ｃに対応する反射板である。９５ａ〜９５ｃはそれぞれ基板１００に照射される照射光であり、９５ａ〜９５ｃはそれぞれ、基板１００からの反射光である。

撮像手段９７は、ＣＣＤカメラまたはラインセンサ等の画像取得可能なセンサ等で構成することができる。例えば、ラインセンサは、進行方向に対して直交する方向に延在するセンサアレイであり、このラインセンサで測長して、時系列で得られる測長データをつなぎあわせて画像とすることで、傷を検出する。

撮像手段の設置の向きは、図９に示すように反射光と所定の角度を有するようにずらして配置する場合と、反射光を真正面から受光して撮像するよう配置する場合がある。これは、検査対象物によって異なり、また撮像の仕方によっても異なる。反射光を真正面から受けるようにすることにより、傷の影だけを浮き出すことができる。反射光に対して真正面から少し角度をなした方向（例えば１０°程度傾斜した位置）で撮像すると、傷のエッジだけ白く光った画像を得ることができる。このようにして、傷（欠陥や異物を含む）部分を判別することが可能となる。
傷や異物の大きさによって散乱の状態が異なるため、傾斜角度は、検出したい傷（欠陥や異物）の大きさに応じて変えることができる。小さな傷や異物には、散乱方向にむらがあり、特定の方向に強く散乱する場合がある。このような傷等を検出するには、図９に示すように、照射方向に対して撮像手段を特に散乱する方向に向けて傾斜させて設置するのが好ましい。これにより特定の大きさの傷等の検出効率が向上する。

１０、２０、３０、４０ 本発明に係る検査用照明装置
１１、２１、光源ブロック
１２、２２、３２、４２、５２〜５４ 光源
１５、３５ 反射ブロック
１６ 一次反射面
１７、２７、４７ 反射部材
１８、２８、４８ 反射面
９０ 照射光
９１、９２ 照射光（出力光）
９５ 反射光（基板からの反射光）
９７ 撮像手段（ＣＣＤカメラ、ラインセンサ等）
１００ 基板（ウエハ）
ｙ：放物線、 Ｐ：放物線の軸、 ｆ：放物線の焦点

Claims (4)

1. 基板表面に照明光を照射して、その反射光を受光することにより基板表面の欠陥を検出するために、検査対象部に照射される前記照射光及びその反射光に対して前記基板を相対的に移動させることにより、前記検査対象部を走査して検査する検査装置において、前記検査対象部の表面を照明するための照明装置であって、
   前記検査対象部に照射する照明光を出力する光源と、
   前記光源と前記検査対象部の間に配置され、前記光源から出力された前記照明光を前記基板の検査対象部に集光するように反射する断面形状が曲面である反射面を有する反射部材と、を備える表面検査用照明装置。
2. 前記反射部材は、前記検査対象部の前記走査方向と直交する領域を覆うように、前記走査方向と直交する方向に延びていることを特徴する請求項１に記載の表面検査用照明装置。
3. 前記光源は、前記走査方向と直行する方向に沿って伸びていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査用照明装置。
4. 前記光源が前記走査方向と直行する方向に沿って複数配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表明検査用照明装置。
   

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