CN101276770B - 外观检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供外观检查装置，外观检查装置具有对晶片的周缘部进行照明的上部照明、下部照明、侧部照明、一对斜照明、一对棒照明，明亮地对晶片的周缘部进行照明。在上部照明中形成有间隙，通过该间隙来投射反射照明部的照明光。反射照明部的照明光由第1反射镜折回，对晶片的周缘部进行照明。根据需要使第2反射镜共同工作，由此改变照明位置。周缘部的像利用与反射照明部同轴配置的摄像部来取得。

Description

外观检查装置

技术领域

本发明涉及对晶片等工件的周缘部进行外观检查的外观检查装置。

背景技术

在半导体晶片等工件上形成电路等的图案时，有时由于热处理会在工件上产生翘曲或内部应力。当工件的翘曲或内部应力增大时，有时工件在电路的制造中途裂开，因此，公知有通过预先对工件的周缘部进行观察，来检测有无将来可能发展为裂开的裂纹的技术。

作为观察工件的周缘部的装置，例如日本特开2003-243465号公报所公开的那样，有如下装置：接近工件的周缘部设置C型的照明部，在离开工件和照明部的位置上设置摄像机。照明部沿着工件的周缘部的厚度方向的预定圆弧形成照明面，以光朝向圆弧的中心会聚的方式放射照明光。摄像机配置成，位于来自照明部的照明光的反射光的明视场范围。

但是，在现有的装置结构中，如果不在明视场范围设置摄像机就无法获得像，因此，可观察的范围狭小。

在现有的照明部中，难以在宽的范围内明亮地对工件进行照明，因此，在移动摄像机时，无法良好地进行在明视场的观察。

为了详细地观察、分析工件的周缘部，优选能够进行在暗视场的观察，但是，在现有的装置结构中，无法进行在暗视场的观察。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而完成的，其主要目的在于，能够在宽的区域进行良好的明视场观察。并且，另一目的在于，也可以进行在暗视场的观察。

本发明的外观检查装置的特征在于，该外观检查装置具有：周缘观察装置，其对支承在支承部上的工件的周缘部进行观察；和周缘照明装置，其对基于所述周缘观察装置的观察位置进行照明，所述周缘照明装置具有对位于观察位置的所述工件的周缘部进行照明的多个面光源，这些面光源以包围所述工件的周缘部的方式分别配置在位于观察位置的所述工件的周缘部的上方、下方和侧方。

在该外观检查装置中，当点亮以包围工件的周缘部的方式配置的多个面光源时，分别从工件的周缘部的上方、下方和侧方对工件进行照明。周缘观察装置从其他方向进行被照明的工件的周缘部的观察。

根据本发明，能够利用多个面光源明亮地对工件的周缘部进行照明，因此，即使改变利用周缘观察装置进行观察的位置，也能够获得清晰的像。

关于本发明的上述和其他目的、作用、效果等，根据附图和本发明的实施方式的记载，本领域技术人员将更加清楚。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的外观检查装置的概略结构的图。

图2是沿图1的A-A线的俯视图。

图3是沿图2的B-B线的侧视图。

图4是示出对工件的侧面进行观察时的状态的图。

图5是示出对工件的上表面进行观察时的状态的图。

图6是示出对工件的下表面进行观察时的状态的图。

图7是图2的箭头C方向的视图。

图8是示出周缘观察装置的变形例的图。

符号说明

1、71：外观检查装置；3：XYθ载物台；3A：支承部；5：周缘观察装置；6：周缘照明装置；14：第1反射镜(光学部件)；21：上部照明(面光源)；21A：孔(间隙)；21B、22B、23B：发光面；22：下部照明(面光源)；23：侧部照明(面光源)；25：空间；W：晶片(工件)。

具体实施方式

参照附图详细说明用于实施本发明的最佳方式。但是，本发明本身当然不限于这些实施方式。

如图1所示，外观检查装置1在基座2上设有对工件即晶片W进行吸附保持的XYθ载物台3和Z载物台4。

XYθ载物台3具有支承晶片W的支承部3A，在支承部3A上设有对晶片W的背面的中央进行吸附保持的未图示的吸附部。XYθ载物台3构成为，使支承部3A能够沿在水平方向上正交的两个方向(X方向、Y方向)移动，且能够绕与XY方向正交的Z轴旋转。XYθ载物台3的驱动由未图示的电动机控制。电动机使用如伺服电动机或步进电动机那样可以精密定位的电动机。

Z载物台4使用利用电动机驱动使滑动件4A在Z方向升降的精密载物台。Z载物台4所使用的电动机也与上述同样为可以精密定位的电动机。在Z载物台4的滑动件4A上搭载有周缘观察装置5和周缘照明装置6。

周缘观察装置5具有：固定部11，其固定在Z载物台4的滑动件4A上；观察光学系统12，其通过固定部11支承为比晶片W更靠上方；以及摄像部13，其配置在观察光学系统12的上部，具有与晶片W的主面平行地配置了摄像面的摄像元件。进而，具有用于从观察光学系统12与晶片W同轴地投射照明光的反射照明部60。来自反射照明部60的照明光通过设置在观察光学系统12的中途的半透半反镜61同轴地进行照明。而且，在该光轴的前方具有一个第1反射镜14和两个第2反射镜15A、15B。如图1和图2所示，第1反射镜14在观察光学系统12的光轴上，通过凸轮机构等以可以移动和转动的方式支承在固定部11上。保持第1反射镜14的保持器16A的转动轴16B与晶片W的主面平行，且设定在与观察光学系统12的光轴正交的方向。三个反射镜14、15A、15B利用未图示的凸轮机构等，以工作距离(Working Distance，以下为WD)始终恒定且光轴不偏移的方式与观察光学系统12一体地移动和转动。由此，当利用未图示的电动机使转动轴16B转动时，利用第1反射镜14，能够使反射照明部60的照明光朝向晶片W的周缘部以及晶片W的上侧的区域、下侧的区域折回。另外，在图3中，第1反射镜14位于相对于观察光学系统12的光轴倾斜45°的位置。如图4所示，当第1反射镜14处于侧面观察晶片W的位置时，能够观察晶片W的周缘部的侧面。在从侧面看时光轴朝向晶片W的角度(观察角度)为0°时，在观察角度为±45°的范围内，第1反射镜14一边转动，一边以WD在与图4的纸面平行的面内恒定的方式与观察光学系统12一体地移动来进行观察。

如图3、图5和图6所示，第2反射镜15A、15B以从晶片W离开同样的距离的方式分别配置在晶片W的周缘部的上方和下方。在从侧面看时，在第1反射镜14的上方和下方大致水平地各配置一个，以便映入摄像画面而不会使光学性能下降。当超过上述±45°的观察角度时，第2反射镜15A、15B构成为可以利用设置在固定部11上的保持器17来变更倾斜角度。如图5所示，在从晶片W的上方进行观察时，第2反射镜15A的倾斜角度在与第1反射镜14的凸轮机构等联动而由第1反射镜14折回观察光学系统12的光轴时，变更为可以观察晶片W的周缘部的表面侧的角度。同样，如图6所示，在从晶片W的下方进行观察时，第2反射镜15B的倾斜角度在由第1反射镜14折回观察光学系统12的照明光时，变更为可以观察晶片W的周缘部的背面侧的角度。

如图1所示，摄像部13由成像透镜13A和CCD(Charge CoupledDevice：电荷耦合器件)摄像机13B构成。CCD摄像机13B与未图示的监视器连接，能够监视显示晶片W的周缘图像。

如图2和图3所示，周缘照明装置6具有：上部照明21，其固定在周缘观察装置5的观察光学系统12的罩12A的下表面；下部照明22，其与上部照明21对置地配置；以及侧部照明23，其配置在与上部照明和下部照明22正交的方向，固定在隔着第1反射镜14而与晶片W对置的位置上。

上部照明21在从侧面看时，配置成比晶片W和上侧的第2反射镜15A靠上方预定距离，且具有在中央设置有孔21A的环形。孔21A是形成在来自观察光学系统12的照明光和观察所需的充分的光束可通过的位置上的间隙。上部照明21具有LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件和散射板，且成为环形的发光面21B朝下配置的面光源。上部照明21的外形比第1反射镜14大很多，从上部照明21投射的照明光从上方宽范围地对晶片W的周缘部的观察位置P1及其周围进行照明。

下部照明22在从侧面看时，配置成比晶片W和下侧的第2反射镜15B靠下方预定距离，且固定在Z载物台4的滑动件4A上。下部照明22具有发光元件和散射板，且成为朝上形成有四边形的发光面22B的面光源。下部照明22的外形比第1反射镜14大很多，从下部照明22投射的照明光从下方宽范围地对晶片W的周缘部的观察位置及其周围进行照明。

侧部照明23配置在第1反射镜14的背面侧，并固定在固定部11上。侧部照明23从比下侧的第2反射镜15B更靠下方延伸到比上侧的第2反射镜15A更靠上方，通过发光元件和散射板来形成四边形的发光面23B。从侧部照明23投射的照明光从径向外侧宽范围地对晶片W的周缘部进行照明。

这样，由于是从三个方向被发光面包围的结构，所以，几乎能够从所有的方向对晶片W的周缘部进行照明，即使晶片W径向的截面形状因批次(lot)而不同也能够应对。并且，如果空间有富余，则还可以在分别与三个照明21～23正交的面(即与图1的纸面平行的面)上以隔着第1反射镜14的方式配置面光源。并且，也可以代替面光源而配置反射镜。另外，面光源除了LED以外，只要能够获得充分的亮度，也可以采用有机EL或液晶显示器的背照光(back light)。

并且，如图2所示，周缘照明装置6在XYθ载物台3和第1反射镜14之间具有一对斜照明31。斜照明31隔着由第1反射镜14折回的观察光学系统12的光轴和反射照明部60的光轴，在臂32上各固定一个。斜照明31具有多个LED，各个LED 31A被配置成倾斜地对晶片W的周缘部的观察位置P1进行照明。各斜照明31比第1反射镜14和其他照明21、22、23接近晶片W进行配置，呈点状对晶片W进行照明。斜照明31配置成与晶片W的水平轴大致在同一平面上。通过来自两个方向的斜照明，特别是能够防止凹口(notch)的两个直线部分中的一个成为影子的状态，能够均匀地照明。

支承斜照明31的臂32弯曲，以避开由三个照明21、22、23所包围的空间25，并且，所述臂32引出到固定部11的背面，转动自如地安装在固定部11上。如图1所示，臂32连接在汽缸35上，能够以使一对臂32开闭的方式进行驱动。当使一对臂32闭合时，各斜照明31移动到对晶片W进行照明的照明位置。当使一对臂32打开时，各斜照明31移动到从由三个照明21～23所包围的空间25退避的待机位置。

进而，如图2、图3和图7所示，周缘照明装置6具有以沿上下夹着晶片W的方式配置的一对棒照明41A、41B。棒照明41A、41B固定在从滑动件4A延伸的支承部42上。在俯视时，棒照明41A、41B在与连接晶片W上的观察点和第1反射镜14的轴线正交的方向上细长地延伸，可调节发光面43的角度，以朝向观察位置P1投射照明光。棒照明41A、41B具有在长度方向上并列设置的发光元件和扩散板，宽范围地对观察位置P1及其周围进行照明。另外，也可以为对由光纤导光的光进行扩散的一组棒状(ロツト棒状)的照明。

进而，如图1所示，外观检查装置1设有控制装置51、照明电源52和输入装置53。控制装置51分别与各载物台3、4、观察光学系统12、摄像部13、第1反射镜14、周缘照明装置6和臂32连接，能够对它们进行控制。照明电源52能够进行反射照明部60和周缘照明装置6的光源的点亮和光量的调节。输入装置53接受检查者的操作，具有未图示的按钮、开关、操纵杆等。输入装置53和控制装置51可以使用通用的个人计算机(personal computer)。

接着，说明本实施方式的作用。

另外，作为初始状态，XYθ载物台3从图1所示的位置水平地移动，在从周缘观察装置5离开的晶片接收位置待机。周缘照明装置6的斜照明31配置在空间25以外的待机位置。

最初，将晶片W搭载在XYθ载物台3上。晶片W在预先由校准装置校准的状态下，通过未图示的机械手等进行搬送，定位并载置在XYθ载物台3上。XYθ载物台3吸附并保持晶片W的背面中央，然后，根据控制装置51的指令开始检查。

开始检查后，XYθ载物台3水平移动，根据需要驱动Z载物台4，将周缘观察装置5的位置调节为最适于观察晶片W的位置。晶片W的移动结束后，利用汽缸35使一对臂32转动，使在晶片W的移动时预先退避以便不会产生干涉的斜照明31移动到图2所示的照明位置。

使用周缘观察装置5对由反射照明部60和周缘照明装置6照明的晶片W的周缘部进行观察。周缘照明装置6的上部照明21从上方宽范围地对晶片W进行照明。下部照明22从下方宽范围地对晶片W进行照明。侧部照明23从侧方宽范围地对晶片进行照明。这些照明21～23具有足够的大小，因此，即使照明光被第1反射镜14、第2反射镜15A、15B、斜照明31遮挡，也有充足光量的照明光到达观察位置P1。

棒照明41A、41B从与三个照明21～23不同的角度宽范围地对晶片W进行照明。斜照明31对观察位置进行点照明。当晶片W的凹口位于观察位置时，凹口的凹陷部分容易成为影子，但是由于斜照明31从斜方向进行照明，从而凹口的凹陷不会成为影子，而变得明亮。

反射照明部60根据第1反射镜14的角度而对不同的位置进行照明。当对位于观察位置P1的晶片W的周缘部的侧面进行观察时，操作输入装置53等，如图3所示，将第1反射镜14的倾斜角度设定为45°。反射照明部60的照明光由第1反射镜14折回，对位于观察位置P1的晶片W的周缘部的侧面进行照明。由于周缘观察装置5与反射照明部60同轴地配置，所以，能够获得位于观察位置P1的晶片W的周缘部的侧面的像。除了基于反射照明部60的照明以外，还通过周缘照明装置6对观察位置P1进行照明，因此，能够获得明亮的像。

当对位于观察位置P1的晶片W的周缘部的上表面进行观察时，操作输入装置53等，如图5所示那样驱动转动轴16B，将第1反射镜14设定为朝向上侧的第2反射镜15A的第1角度和位置。由此，反射照明部60的照明光由第1反射镜14折回而入射到上侧的第2反射镜15A。进而，利用第2反射镜15A朝向晶片W的周缘部的上表面折回，对该部分进行照明。周缘观察装置5获得由反射照明部60和周缘照明装置6明亮地照明的晶片W的周缘部的上表面的像。

当对位于观察位置P1的晶片W的周缘部的下表面进行观察时，如图6所示，操作输入装置53等，驱动转动轴16B，将第1反射镜14设定为朝向下侧的第2反射镜15B的第2角度和位置。由此，反射照明部60的照明光由第1反射镜14折回而入射到下侧的第2反射镜15B。进而，利用第2反射镜15B朝向晶片W的周缘部的下表面折回，对该部分进行照明。周缘观察装置5获得由反射照明部60和周缘照明装置6明亮地照明的晶片W的周缘部的下表面的像。

当第1反射镜14被设定为从45°到第1角度之间的角度时，对从晶片W的观察位置的侧面到上表面的预定位置进行照明，获得对应位置的像。当第1反射镜14被设定为从45°到第2角度之间的角度时，对从晶片W的观察位置的侧面到下表面的预定位置进行照明，获得对应位置的像。

在进行观察时，检查者一边利用输入装置53操作周缘观察装置5和照明电源52，一边观察晶片W的周缘部。周缘观察装置5具有变倍功能，在提高了变焦倍率时，控制装置51乘以预先登记的系数，增加全部照明的光量。

希望在明视场观察晶片W时，点亮反射照明部60和周缘照明装置6的全部照明，根据需要进行调光。特别地，反射照明部60和上部照明21可以一边观察周缘观察装置5的像，一边进一步进行微调节。由此，即使晶片W的观察角度、晶片W的种类、变焦倍率变化时，也能够使整体变得明亮而获得良好的明视场照明，能够获得清晰的明视场的像。反射照明部60和上部照明21的微调节若能够利用设置在输入装置53上的开关来增减光量，则操作变得简单。在开关的附近若设置相对于光量、例如最大光量的比例等的显示部，则检查者易于确认光量。

希望在暗视场观察晶片W时，除了斜照明31和棒照明41A、41B以外的照明都熄灭。根据晶片W的观察角度分别对棒照明41A、41B进行调光，在不需要时也能够熄灭棒照明41A、41B。由此，能够根据晶片W的观察角度、晶片W的种类、变焦倍率，获得最佳的暗视场照明，能够获得清晰的暗视场的像。

这里，若在输入装置53上设置切换基于明视场的观察和基于暗视场的观察的按钮，则能够通过一次操作来进行切换操作。也可以在控制装置51中预先制作表51A，并按照该表51A进行照明的切换，该表51A将在明视场和暗视场中分别点亮的照明和粗调光时的光量作为初始值对应。该情况下，在切换明视场和暗视场时，根据表51A进行各照明的自动调光。从该状态操作输入装置53时，能够根据需要进行微调节。作为表51A的一个例子，可以是下述表1的方式，当然也可以采用其他方式。

                     表1光量调节表(表51A)

通过设置表51A，能够省略繁杂的粗调光作业。

表51A也可以存储针对每个变焦倍率粗调光时的光量的数据。能够尽快地应对变焦倍率的变化。并且，也可以根据观察位置的角度或晶片种类来制作表。

这样进行的外观检查在使XYθ载物台3旋转、使需要检查的周缘部依次移动到观察位置P1的同时实施。在对必要部位的检查结束后，驱动汽缸35，打开一对臂32，使斜照明31移动到待机位置。使XYθ载物台3移动到晶片交接位置后，解除晶片W的吸附保持，利用机械手搬出已检查完的晶片W。

根据本实施方式，由于以可调光的方式配置多个照明，从其他方向对晶片W进行照明，所以，能够宽范围且明亮地对晶片W进行照明。因此，即使改变观察位置，也能够获得清晰的像。由于将周缘照明装置6的照明21～23形成为大面积的面光源，所以，即使第1反射镜14和斜照明31配置在空间25内，也能够充分且明亮地对观察位置P1的晶片W进行照明。

通过对多个照明进行调光，能够简单地调节观察条件，因此，不仅在明视场中，在暗视场中也能够获得清晰的像。

由于在周缘观察装置5中设置有可以转动且可以与观察光学系统12一体地移动的第1反射镜14和旋转式的第2反射镜15A、15B，所以，不使CCD摄像机13B大幅转动或大幅移动就能够改变观察位置。可实现装置结构的简化和小型化。

由于在周缘观察装置5中，使各照明21～23为平面形状，所以，与现有的C字形的光学部件不同，通用性高，能够降低装置成本。

图8示出变形例。外观检查装置71的特征在于，在用于形成周缘照明装置6的空间25内配置有周缘观察装置75。周缘观察装置75具有在以观察位置P1为中心的大致C字形的导轨76上移动自如地安装有CCD摄像机77的结构。周缘照明装置6不具有第1、第2反射镜，其他结构相同。在进行观察时，使CCD摄像机77沿着导轨76移动，来观察期望的位置。照明的光量和切换与前述同样进行，在明视场和暗视场进行观察。如以往那样，在照明装置的外侧配置CCD摄像机的情况下，为了确保CCD摄像机的视场，需要在照明中设置孔或间隙。并且，由于从CCD摄像机到晶片的距离长，所以CCD摄像机的移动距离长。与此相对，在该外观检查装置71中，能够使CCD摄像机77接近晶片W进行配置，因此，可实现装置结构的简化和小型化。外观检查装置71也可以是具有两个以上的CCD摄像机77的多眼式。

另外，本发明不限于所述实施方式，能够广泛地应用。

例如，外观检查装置1也可以单独使用，但也可以安装在使用显微镜进行晶片表面的检查的微观检查装置中进行使用。该情况下，与微观检查装置共用基座2和XYθ载物台3。并且，也可以安装在目视进行晶片表面的检查的宏观检查装置中进行使用。也可以安装在具有微观检查装置和宏观检查装置的检查装置中进行使用。

控制装置51的表51A不是必须的结构要素。

上部照明21的外形不限于环形。设置在上部照明21中的间隙只要能够使来自观察光学系统12的照明光和观察所需要的光束通过即可，不限于孔21A。也可以在下部照明22和侧部照明23的背面侧配置周缘观察装置5。该情况下，在用于配置周缘观察装置5的照明22、23上，形成使观察光学系统12的照明光通过的间隙。

如上所述，参照特定的实施方式详细记载和图示了本发明，但是，该记载不意味着以限定的意思来解释，通过参照本申请说明书，本发明的其他实施方式对本领域技术人员来说是清楚的。即，可以对所公开的实施方式进行各种变更，因此，只要不脱离本申请权利要求书所记载的发明的范围，就能够进行该变更。

Claims (10)

1.一种外观检查装置，其特征在于，该外观检查装置具有：周缘观察装置，其对支承在支承部上的工件的周缘部进行观察；和周缘照明装置，其对基于所述周缘观察装置的观察位置进行照明，所述周缘照明装置具有对位于观察位置的所述工件的周缘部进行照明的多个面光源，所述周缘观察装置具有配置在被所述面光源包围的空间内的光学部件，这些面光源以包围所述工件的周缘部的方式分别配置在位于观察位置的所述工件的周缘部的上方、下方和侧方。

2.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

所述周缘观察装置具有配置在被所述面光源包围的空间内的可转动的光学部件，所述面光源具有比所述光学部件大的发光面。

3.根据权利要求2所述的外观检查装置，其特征在于，

所述面光源具有如下大小：各自投射的照明光可以到达利用所述周缘观察装置观察所述工件的周缘部时的观察位置。

4.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

在所述周缘观察装置中，最靠近所述工件的周缘部配置的所述光学部件配置成比所述多个面光源靠近所述工件的周缘部。

5.根据权利要求4所述的外观检查装置，其特征在于，

所述光学部件是反射镜。

6.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

该外观检查装置具有如下的所述面光源，即，所述面光源与所述周缘观察装置的光轴位置对准地设置有光可通过的间隙。

7.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

所述周缘照明装置具有一对棒照明，所述一对棒照明配置成夹着所述工件的上下。

8.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

所述周缘照明装置在所述工件移动时，能够利用臂退避以便不发生干涉，并且具有对观察位置进行点照明的斜照明。

9.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

该外观检查装置具有能够控制所述周缘照明装置的控制装置，该控制装置具有表，按照该表进行照明的切换，该表将在明视场和暗视场中分别点亮的照明和粗调光时的光量作为初始值来对应。

10.根据权利要求1所述的外观检查装置，其特征在于，

该外观检查装置具有能够控制所述周缘照明装置的控制装置，该控制装置具有存储了针对每个变焦倍率进行粗调光时的光量的数据的表。

Images