JP4878907B2

JP4878907B2 - 画像検査装置およびこの画像検査装置を用いた画像検査方法

Info

Publication number: JP4878907B2
Application number: JP2006129218A
Authority: JP
Inventors: 裕久西野; 隆雄小原; 真彦宇野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-08
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-05-08
Also published as: EP1855103B1; EP1855103A2; US7569822B2; CN100590427C; CN101071107A; US20070257192A1; EP1855103A3; NO20072102L; NO338042B1; JP2007303829A

Description

本発明は、半導体ウェハのごとく板状で赤外光を透過する被検査体の画像を撮影し、その画像から欠陥を検査する画像検査方法及び画像検査装置の改良に関するものである。

半導体ウェハや液晶パネルなどの板状の透明または半透明体の欠陥（クラックや異物の付着）を検査する装置がある。本発明の説明では、説明の都合上、半導体ウェハの場合について説明するが、本発明の適用対象は半導体ウェハ（セルと呼ぶ場合もある）に限るものではない。例えば特許文献１には、赤外線を被検体である半導体ウェハに照射して半導体ウェハのクラックを検出する検査装置が開示されている。特許文献１の図１には、赤外光を透過する被検体１と、被検体１を保持する微動台２と、被検体１に赤外光１２を照射する赤外光源１０、赤外光源１０に密着して設置した拡散器１１、拡散器１１から出射した赤外線１２が図示されている。被検体１を透過した赤外線１３は、赤外線レンズ１４を装着した赤外線カメラ１５で検出され、赤外線カメラの映像信号を入力するモニタ１６に像として表示される。

次に特許文献１に開示されたものの動作について説明する。赤外光源１０からでた赤外線は、拡散器１１によって均一化され、被検体１を、その裏面から照射する。ここで被検体１は微動台２によって、両側で（下方から）保持されている。照射された赤外線は被検体１の表面へ透過し、この透過した赤外線を赤外線レンズ１４によって赤外線カメラ１５に取り込み、モニタ１６は目視で確認できる映像にして表示する。ここで被検体１が、例えばパターン加工などを施す前の半導体ウェハとすると、クラックとその他の部分とは赤外線の透過状態が異なるために、容易にクラックを検出することが可能となる。
特許文献１に開示されたものでは、被検体１に対してその裏面から表面に透過する透過光を用いて検査している。しかし、セルの周辺部分は微動台２により透過光が遮蔽されてしまうので、その部分は透過光が透過せず、検査ができないという問題がある。ところが、半導体ウェハの欠陥は、その周辺部分に発生しやすいという性質があり、また半導体ウェハの歩留まりを向上させるためにも半導体ウェハの周辺部分も検査することが望まれている。
特開平８−２２０００８号公報

従来の画像検査方法及び画像検査装置は以上のように、被検体の周辺部分は被検体を把持する装置により遮蔽されている構成なので、透過光で検査する場合、遮蔽された部分は透過光が透過しないため検査ができない部分が生じるという問題があった。しかし、半導体ウェハに限らず、その周辺までくまなく利用するためには、被検体の周辺も検査することが望まれる。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、被検体の端部まで全ての部分を検査することが出来る画像検査方法および画像検査装置を得ることを目的とする。

この発明の画像検査方法は、赤外光を透過する板状の被検査体を第一の支持手段により支持する手順、前記被検査体の一面側から赤外光を照射する手順、前記被検査体の周囲に、前記赤外光を遮蔽するマスク手段を設置する手順、前記被検査体の他面側に設置された赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第一の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する手順、前記被検査体を第二の支持手段により支持した後、前記第一の支持手段を前記被検査体を遮蔽しない位置に退避させる手順、及び赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第二の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する手順を含むものである。

また、この発明の画像検査装置は、赤外光を透過する板状の被検査体の一面側から赤外光を照射する赤外光源、前記被検査体の他面側に設置され、前記被検査体を透過した赤外光を画像化する赤外線カメラ、前記被検査体の板面とほぼ同面内に、前記被検査体の板の端面との間に所定の間隙を有して配置され、前記赤外光を遮蔽するマスク手段、前記披検査体を支持する第一と第二の支持手段、及び前記第一の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第二の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させ、前記第二の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第一の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させる退避手段を有する被検査体保持手段を備えたものである。
さらに、この発明の画像検査装置は、赤外光を透過する板状の被検査体の一面側から赤外光を照射する赤外光源、前記被検査体の他面側に設置され、前記被検査体を透過した赤外光を画像化する赤外線カメラ、前記被検査体と前記赤外線カメラとの間に、この赤外線カメラから前記被検査体を望む画角の外側に、画角との間に所定の間隙を有して配置され、前記赤外光を遮蔽するマスク手段、前記披検査体を支持する第一と第二の支持手段、及び、前記第一の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第二の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させ、前記第二の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第一の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させる退避手段を有する被検査体保持手段を備えたものである。

この発明の画像検査方法及び画像検査装置によれば、被検査体ウェハを支える第１と第２の支持手段が互いに交代で退避するので、被検査体ウェハの周辺部の検査の邪魔にならない。また、被検査体ウェハの周囲から所定の間隙を有したマスク手段を設置することで、カメラにハレーションが生ぜず、周辺部も安定して検査可能になる。赤外光拡散体を光散乱板として用いれば、光のハレーションを防ぎやすくなる上、赤外光源の保護も可能になる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す構成図である。図において赤外光を透過する半導体ウェハ１（被検査体）に対し、その下側に半導体ウェハ１を保持する保持台２（被検査体保持手段という）を設けている。ここでは半導体ウェハ１は四角形である場合について説明している。半導体ウェハ１の下方には赤外光源３を配置し、赤外光源３の上部に赤外光を散乱する赤外光拡散体４の板を設ける。ここで赤外光拡散体４とは赤外光を均一に拡散する機能を有する例えば半透明またはすりガラス状のガラス板のようなものである。赤外光拡散体４から出射した赤外光は説明のため符号１６を付す。半導体ウェハ１を透過した赤外光は符号１７とする。半導体ウェハ１の上方には、赤外光レンズ５を装着した赤外光に感度を持つカメラ６（以下、赤外線カメラ又は赤外光カメラと記す）を配置する。赤外線カメラ６の撮影した映像信号はモニタ７に表示され、検査員が目視して欠陥を検出する。あるいは図示しない画像処理手段により自動的に欠陥を検出させる。半導体ウェハ１の高さとほぼ同じ高さには半導体ウェハ１の外側からもれる赤外光を遮るマスク８（マスク手段と言う）が設けられている。

図２は保持台（被検査体保持手段）２の基本的な構造と動作を説明する図である。保持台２は、図２ａ、図２b、図２ｃに示すように、支持手段２ａ〜２ｄの４個で構成され、図示しないスライド機構（退避手段と言う）により各々半導体ウェハ１の板面を覆わない位置まで半導体ウェハ１の面とほぼ平行な方向に退避可能な構造を持つ。即ち、図２ａは退避していない状態を示す図、図２ｂは支持代２ｂと２ｄが退避した状態、図２ｃは支持台２ａと２ｃが退避した状態を示す図である。

次に動作について説明する。赤外光源３から出た赤外光は、赤外光拡散体４によって均一化され、均一化された赤外光１６は半導体ウェハ１をその裏面から（図に向かって下方から）照射する。ここで半導体ウェハ１は、図示しない位置決め機構により赤外線カメラ６の位置に対して相対的に位置決めされた後、図２ｂに示すように支持台２ａ、２ｃ（第一の支持手段という）によって、対角部分で保持されている。支持台２ｂ、２ｄは半導体ウェハ１と重ならない位置に退避している。照射された赤外光１６は表面へ透過する。この透過した赤外光１７は赤外光レンズ５によって赤外線カメラ６に取り込まれ、モニタ７は目視で確認できる画像にして表示し、人が画像を見てクラックの検査を行う。無論、モニタ７を用いないで、図示しない画像検査ソフトなどを用いて自動的に検査させるようにすることも出来る。次に、図２ａに示すように支持台２ｂ，２ｄを元に戻して、図２ｃに示すように支持台２ｂ、２ｄ（第二の支持手段という）によって半導体ウェハ１の反対側の対角部分を保持した後、支持台２ａ、２ｃは半導体ウェハ１と重ならない位置に退避させる。そして同様の手順で透過した赤外光１７を赤外線カメラ６に取り込み、モニタ７に表示することで、先ほど検査できなかった支持台２ａ、２ｃと半導体ウェハ１が重なる部分の画像検査を行う。

ここで、マスク８は、図３の上面図と図４の側面図に示すように、半導体ウェハ１の周辺部分に光が透過するよう、わずかに間隙１０を設けて設置しておく。間隙１０が大きければ、半導体ウェハ１の周辺部分を赤外線カメラ６で撮像すると間隙１０を通過する光１８が大きすぎてハレーションが生じ、クラックと正常な部分とを区別することは不可能となる。間隙１０の幅がわずか、例えば０．２〜１．０ｍｍ、好ましくは０．５mm程度であれば、間隙１０を通過する光１８はハレーションすることなく、半導体ウェハ１の周辺部分においても、良好な画像を得ることができる。無論、間隙の幅寸法は狭いほうが光の漏れは少なくなるが、支持手段２が半導体ウェハ１に接触する機会が増えることなり、無用の接触によって半導体ウェハ１を汚すことにもなりかねないので、漏れと、接触との妥協点として上記寸法が選択される。その結果、半導体ウェハ１の周辺部分においても、クラックと正常な部分との赤外光の透過状態の差を検出することができ、クラックの検査が可能となる。

また、マスク８は、図１では半導体ウェハ１とほぼ同じ高さとして図示、説明したが、半導体ウェハ１と赤外光レンズ５との間、半導体ウェハ１のほぼ横、半導体ウェハ１と赤外光源３との間、のいずれの位置に設置してもよい。しかしながら、図５のように、マスク８を半導体ウェハ１と赤外光レンズ５との間に設置した場合、半導体ウェハ１の位置決め機構や保持台との干渉を避けることができ、より単純な機構で安価な検査装置を提供することができるというものの、カメラレンズ５から被検体１を見る見掛けの大きさ（図示説明線９９）に応じてマスク８の大きさを小さくすることが望ましい。即ち、図示説明線９９とマスク８との間隙１０が前記の値の範囲になるように大きさを設定する。即ち、赤外線カメラから被検査体を望む画角の外側に０．２〜１．０ｍｍの間隙を有して赤外光を遮蔽するマスク手段を設けるのである。また、マスク８がカメラレンズ５に接近すればするほど、マスク８による遮蔽部分の輪郭がぼやけて写るという問題や、マスク８を被検体１から離せば離すほどハレーションを起こしやすくなるという問題があるため、マスク８を被検体１から離す程度はカメラレンズ５の焦点深度の範囲、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度であることが望ましい。
なお、半導体ウェハ１と赤外光源３との間に設置した赤外光拡散体４は、赤外光を散乱させてハレーションを防ぎやすくすることにより、より安定したクラックの検査を可能とする。また、赤外光源３に直接ゴミや半導体ウェハ１の破片が落ちるのを防ぎ、赤外光源３の保護も可能となる。

上記説明のうち、検査を行う手順について、順を追って整理して再度説明する。
まず、赤外光を透過する板状の被検査体を第一の支持手段により支持する。
前記被検査体の一面から赤外光を照射する。
前記被検査体の周囲に、前記赤外光を遮蔽するマスク手段を設置する（先に設置してあってもよい）。
前記被検査体の他面に設置された赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第一の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する。
前記被検査体を第二の支持手段により支持した後、前記第一の支持手段を前記被検査体を遮蔽しない位置に退避させる。
前記赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第二の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する。この撮影範囲は第一の支持手段により支持しつつ撮影したとき、撮影されなかった範囲であることは言うまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１の図１では、マスク８は厚みのある板状のものとして図示した。しかし、図６に示すように、マスク８の板の端面はカメラ６から見える位置にあるので、半透明物体４から出た光がここで反射（反射光を９８として図示）してカメラに写り込むことがありえる。この問題を解消するため、図７に示すように、半導体ウェハ１や赤外線カメラ６の方向に余分な光が反射しないよう、端面を薄く鋭利に尖らせた形状の鋭端部８０ａとするとともに傾斜部８０ｂを持たせた構造を有する無反射マスク８０とする。鋭端部８０ａがきわめて薄いので端面の反射光はカメラに写らない。また傾斜部８０ｂにより余分な反射光がカメラ側に達することが防止され、さらに良好な画像を得ることができ、より安定したクラックの検査が可能となる。鋭端部８０ａは例えば端部の厚みが０．２ｍｍ以下になるように、又、傾斜部８０ｂは傾斜部で反射した光が半導体ウェハ１の側に入り込まないよう、例えば半導体ウェハの面に対して１０°〜８０°の角度を持たせることが好ましい。

実施の形態３．
実施の形態１と実施の形態２では、赤外光拡散体４を水平に設置する例を示したが、図８に示すように赤外光拡散体４を所定の角度、例えば水平に対して５°から６０°の角度を持たせて設置してもよい。所定の角度を持たせて設置することで、赤外光拡散体４の上にゴミや半導体ウェハの破片等が堆積することがなく、半透明物体４の上面に積もったゴミ・破片等が赤外線カメラ６で撮像した画像に写りこむのを防ぎ、クラックとの誤認識を無くすことで、より安定したクラックの検査が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態１の図１では保持手段２は図示しないスライド機構（退避手段）により半導体ウェハ１の面に平行に移動すると説明したが、この退避手段は、半導体ウェハ１と重ならない（覆わない）位置に退避可能な構造であればそれに限られることはなく、例えば図９に示すように支点９７を中心として回転する回転機構により支持台２ａ〜２ｄを半導体ウェハ１と重ならない位置に退避させてもよい。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５を示す構成図である。図１の符号と同じ符号のものは同一、又は相当部分なので、ここでは説明を省略し、実施の形態１と異なる赤外光が透過するガラス板９で半導体ウェハ１を保持する点につき詳細に説明する。
実施の形態１では、半導体ウェハ１の周辺部分を検査するために、支持台２ａ〜２ｄを、支持する台と退避させる台とに切換える必要があったが、図１０に示すように、図１の保持台の代わりに、固定された透明な（赤外光に対して透明という意味）ガラス板９でウェハ１を支えている構成とすることで、半導体ウェハ１の全ての周辺部分を1度に検査することが可能となる。よって、検査に要する時間が短縮され、また保持台を可動させる機構も不要となることから、より効率的で安価な検査装置を提供することが可能となる。ガラス板９は本発明に言う透過型保持手段である。

マスク８は、実施の形態１と同様に、半導体ウェハ１とほぼ同じ高さに設置した場合は、半導体ウェハ１の周辺部分に光が透過するよう、わずかに間隙１０を設けて設置しておく。間隙１０の幅が大きければ、半導体ウェハ１の周辺部分を赤外線カメラ６で撮像すると間隙１０を通過する光１８が大きすぎてハレーションが生じ、クラックと正常な部分とを区別することは不可能であるが、間隙が０．２〜１ｍｍ程度、好ましくは０．５ｍｍ程度であれば、間隙１０を通過する光１８はハレーションすることなく、半導体ウェハ１の周辺部分において、良好な画像を得ることができる。結果、半導体ウェハ１の周辺部分においても、クラックと正常な部分との赤外光の透過状態の差を検出することができ、クラックの検査が可能となる。

また、マスク８は、実施の形態１と同様に、半導体ウェハ１と赤外線カメラ６との間、半導体ウェハ１のほぼ横、半導体ウェハ１と赤外光源３との間のいずれの位置に設置してもよい。しかしながら、マスク８を半導体ウェハ１と赤外線カメラ６との間に設置した場合、半導体ウェハの位置決め機構やガラス板との干渉を避けることができ、より単純な機構で安価な検査装置を提供することができる。
また、マスク８は、実施の形態２と同様に、半導体ウェハ１や赤外線カメラ６の方向に余分な光が反射しないよう、無反射マスク８０としてもよい。傾斜部を持たせることで、さらに良好な画像を得ることができ、より安定したクラックの検査が可能となる。
また、赤外光拡散体４を水平に設置する例を示したが、実施の形態４に示したように、赤外光拡散体４を所定の角度を持たせて設置してもよい。所定の角度を持たせて設置することで、赤外光拡散体４の上にゴミや半導体ウェハの破片等が堆積することがなく、ゴミ・破片等が赤外線カメラで撮像した画像に写りこむのを防ぎ、クラックとの誤認識を無くすことで、より安定したクラックの検査が可能となる。
なお、透過型保持手段９は半導体ウェハ１に接触することになるが、透過型保持手段そのものも、半導体ウェハ１とともに検査されることになるので、汚れがあると直ちに検出される。よって、透過型保持手段は常にきれいな状態で使用され、半導体ウェハが汚される心配はない。

実施の形態６．
実施の形態５の図１０において、半導体ウェハ１を保持するガラス板９と、赤外光を均一化する赤外光拡散体４を別個に設置する例を示したが、これに限られることはなく、赤外光拡散体４によって半導体ウェハ１を保持してもよい。即ち、赤外光拡散体４は半導体ウェハ１を支持するガラス板９を兼ねるようにしてもよい。この構成とすることで、より単純な機構で安価な検査装置を提供することができる。

実施の形態７．
以上の実施の形態では、半導体ウェハ１は四角形として図示説明した。しかし、半導体ウェハには円形のものもある。半導体ウェハの形が円形である場合にも、各実施の形態の原理はそのまま適用することが出来るので、例えば図１１に示す絞り機構式マスク８１のような、カメラの機械式絞り機構と類似する構造のマスクを用いることで幅０．２〜１ｍｍの間隙を得ることができる。即ち、円周上に配置された複数の回転軸の回りにそれぞれが回転可能に設置された複数の赤外線遮蔽翼を互いに重なるように回転させて構成されていて、回転角度を変えることで中心の孔の直径を変化させることが出来る。このような機械式絞り機構の形状はよく知られているので詳細な説明は省略する。この絞り機構式マスクは以上に説明した全ての実施の形態において使用可能であることはいうまでもない。
以上の各実施の形態の説明では被検査体は半導体ウェハ１であるとして説明したが、赤外光を透過する被検体であれば半導体ウェハに限らない。例えば液晶パネル、太陽電池のフロントパネルなどでも検査できることは言うまでもない。

この発明の画像検査装置によれば、半導体ウェハの検査にかぎらず、液晶表示器用のパネル板、太陽電池パネルの検査にも利用することが出来る。

この発明の実施の形態１による画像検査装置の構成を示す断面図である。図1のものの動作を説明する説明図である。図1のものの構成の細部を説明する図である。図3の側面図である。実施の形態２の画像検査装置の構成を示す断面図である。実施の形態３の画像検査装置を説明するための図である。実施の形態３の画像検査装置の細部を示す図である。実施の形態４の画像検査装置の構成を示す断面図である。実施の形態５の画像検査装置の構成を示す断面図である。実施の形態６の画像検査装置の構成を示す断面図である。実施の形態７の画像検査装置の細部の構造を示す図である。

符号の説明

１半導体ウェハ、２保持台、３赤外光源、４赤外光拡散体、
５赤外光レンズ、６赤外線カメラ、７モニタ、８マスク、
９赤外光に対して透明なガラス板、１０間隙、
１６赤外光拡散体から出射した赤外光、１７半導体ウェハを透過した赤外光、
１８間隙を通過した赤外光、８０無反射マスク、８０ａ鋭端面、
８０ｂ傾斜部、８１絞り機構式マスク、９７マスクの回転軸、
９８反射光、９９説明補助線。

Claims

赤外光を透過する板状の被検査体を第一の支持手段により支持する手順、
前記被検査体の一面側から赤外光を照射する手順、
前記被検査体の周囲に、前記赤外光を遮蔽するマスク手段を設置する手順、
前記被検査体の他面側に設置された赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第一の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する手順、
前記被検査体を第二の支持手段により支持した後、前記第一の支持手段を前記被検査体を遮蔽しない位置に退避させる手順、及び
前記赤外線カメラにより、前記被検査体の前記第二の支持手段により覆われていない部分を透過した赤外光を撮影する手順を含むことを特徴とする画像検査方法。
赤外光を透過する板状の被検査体の一面側から赤外光を照射する赤外光源、
前記被検査体の他面側に設置され、前記被検査体を透過した赤外光を画像化する赤外線カメラ、
前記被検査体の板面とほぼ同面内に、前記被検査体の板の端面との間に所定の間隙を有して配置され、前記赤外光を遮蔽するマスク手段、
前記披検査体を支持する第一と第二の支持手段、及び
前記第一の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第二の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させ、前記第二の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第一の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させる退避手段を有する被検査体保持手段を備えたことを特徴とする画像検査装置。
赤外光を透過する板状の被検査体の一面側から赤外光を照射する赤外光源、
前記被検査体の他面側に設置され、前記被検査体を透過した赤外光を画像化する赤外線カメラ、
前記被検査体と前記赤外線カメラとの間に、この赤外線カメラから前記被検査体を望む画角の外側に、画角との間に所定の間隙を有して配置され、前記赤外光を遮蔽するマスク手段、
前記披検査体を支持する第一と第二の支持手段、及び、
前記第一の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第二の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させ、前記第二の支持手段が前記披検査体を支持するとき、前記第一の支持手段を前記被検査体の板面を覆わない位置に退避させる退避手段を有する被検査体保持手段を備えたことを特徴とする画像検査装置。
前記マスク手段はマスクの端面を尖らせた鋭端部と、前記赤外光源から発せられる赤外光を前記被検査体のない側に反射させる傾斜部とを有することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の画像検査装置。
前記赤外光源と前記被検査体との間に設置され、前記赤外光を拡散させる赤外光拡散体を備え、前記赤外光拡散体は、水平面に対して５°〜６０°の角度で設置されたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の画像検査装置。
前記マスク手段は、円周上に配置された複数の回転軸の回りにそれぞれが回転可能に設置された複数の赤外線遮蔽翼を互いに重なるように回転させて構成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の画像検査装置。