JP2006017685A

JP2006017685A - 表面欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2006017685A
Application number: JP2004220970A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Oyama; 洋一郎大山
Original assignee: Nippon Electro Sensory Devices Corp
Current assignee: Nippon Electro Sensory Devices Corp
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】検査対象表面にある緩やかな凹凸があった場合や欠陥とは言えない浅い傷や加工プロセス途上の表面荒さや、洗浄液残り等があった場合、照明によってはこれらの陰影が現われ、重欠陥であるクラック状欠陥と区別できないという問題がある。本発明は、検査対象表面にある緩やかな凹凸があった場合や、プロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥とは言えない浅い傷が陰影として現われず、本来の重欠陥であるクラック状欠陥だけが陰影として現われる照明手段を備える表面欠陥装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の表面欠陥検出方法および表面欠陥検出装置は、検査対象物表面への入射角度が広角かつ均一な拡散光照明手段で照明し、テレセントリック光学系の撮像手段により撮像することにより、緩やかや凹凸や欠陥とは言えない微小な傷が陰影となって現われてないために、欠陥と誤認することがなく、欠陥検査の信頼性を高める効果を有する。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

半導体用のシリコンウエハのエッジ部の微少凹凸状の欠陥およびその他の鏡面板の上にある微少凹凸状の欠陥を検出することができる表面欠陥検出装置に関する。

半導体の形成に用いるシリコンウエハのエッジ部の検査は、鏡面部の検査と比べてこれまで重視されてこなかった。ところが、半導体用のシリコンウエハのエッジ部に、打痕、クラック、微少突起およびパーティクルの付着などの欠陥があると、この欠陥が原因でシリコンウエハに致命的な不具合が発生することがあり、シリコンウエハのエッジ部検査の重要性が再認識されている。

例えば、シリコンウエハのエッジ部に打痕、クラック等がある場合では、熱処理工程などの工程で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鏡面部すなわち半導体回路が形成される面にクラックが発生して不良品となるおそれがある。

一方、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では、工程が進むにつれてこのパーティクルが鏡面部に転位して付着するおそれがある。あるいは、打痕、クラック部の一部が剥離し鏡面部に付着するおそれがある。

近年、ＬＳＩの集積度が高くなり、ファインピッチ化の要求が高まるにつれてシリコンウエハの鏡面部にこのような微少なパーティクルが付着したり、鏡面にクラックが発生したシリコンウエハを次に工程に供給するのを完全に排除しなければならず、そのためには半導体用のシリコンウエハのエッジ部に打痕、クラック、パーティクルの付着などの欠陥の有無を厳密に検査する必要がある。

半導体用のシリコンウエハのエッジ部以外の鏡面の微少凹凸欠陥検査には、鏡面仕上げされている表面に平行光線を当てて、コリメートレンズにより反射輝度の濃淡を発生させることにより、表面の微少凹凸の検査を行うことができる。

しかし、この検査方法をシリコンウエハのエッジ部の表面の微少凹凸の検査に用いることはできない。なぜなら、シリコンウエハのエッジ部は、幾つかの平面部とＲ部分からなるために、一定方向の平行光では一つの面のみが検出可能であり、他の平面部およびＲ部の欠陥の有無を判別することができる画像を撮像することができない。

そこで本発明人は特開２００３−１３９５２３号公報において照明手段として拡散光であるＣ型ライトガイドを用いて照明し、さらにテレセントリックレンズを用いることにより、平面部およびＲ部の欠陥の有無を判別する方法について提案している。

上記のＣ型ライトガイドは所定の幅のＣ型アークの内側面の発光面全面にわたって広角に出射される光源が配置されている照明手段であり、検査対象物への入射光のうち、Ｃ型アークとその中心を含む面に平行な方向から入射する照明光の角度は広角でかつ光量が均一となる。一方、Ｃ型ライトガイドから出射される照明光でＣ型アークとその中心を含む面に交差する方向でウエハに入射する照明光は、入射角度が狭い範囲に限られている。

ところで、照明の照射面に緩やかな凹凸があった場合や浅い傷があった場合には、照射面への入射角度によって傷の陰影が異なることが知られている。上記のＣ型ライトガイドでは、方向によって入射角度の範囲が異なる、即ち照明光に指向性があるために検査対象表面にある緩やかな凹凸があった場合や浅い傷のある箇所が陰影として現われ、重大な欠陥の陰影とこれらの陰影を区別することができない。

発明が解決しようとする課題

このように、検査対象表面にある緩やかな凹凸があった場合や欠陥とは言えない浅い傷や加工プロセス途上の表面荒さや、洗浄液残り等があった場合、照明によってはこれらの陰影が現われ、重欠陥であるクラック状欠陥と区別できないという問題がある。

本発明は、検査対象表面にある緩やかな凹凸があった場合や、プロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥とは言えない浅い傷が陰影として現われず、本来の重欠陥であるクラック状欠陥だけが陰影として現われる照明手段を備える表面欠陥装置を提供することを目的とする。

さらに、検査対象表面がプロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥評価には、別途照明手段および撮像手段を設けることで欠陥の種類を把握することができる表面欠陥検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

第１の発明の表面欠陥検出装置は、移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光によって照明する拡散光照明手段と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段と、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から鏡面状検査対象物表面の凹凸欠陥を検出する画像処理手段とを備える表面欠陥検出装置であって、前記拡散光照明手段は検査対象物への入射角度が広角でかつ光量が均一であることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明の表面欠陥検査装置であって、前記拡散光照明手段は、反射面を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明の表面欠陥検査装置であって、前記拡散光照明手段は、ドーム型の反射面を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明の表面欠陥検査装置であって、さらに照射方向により指向性を異にする拡散光照明手段を設け、この照明で照明された検査対象物の表面の画像を撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。

第５の発明は、第４の発明の表面欠陥検査装置であって、前記拡散光照明手段はＣ型ライドガイドであることを特徴とする。

作用

本発明の表面欠陥検査装置はテレセントリック光学系を使用しているために、入射光は光学系に平行な光線のみ撮像素子に入射する。様々な角度から入射する無指向性照明手段を使用すると、表面粗度やレジストのムラ状態、汚れなどの緩やかな凹凸があった場合や欠陥とは言えない浅い傷の箇所でも反射光が光軸に平行となる入射光が存在する。すなわち、緩やかな凹凸があった場合や欠陥とは言えない浅い傷による陰影ができず、欠陥である深い傷の箇所のみ陰影が現われる。この結果、緩やかな凹凸があった場合や欠陥とは言えない浅い傷は撮像装置には認識されず、重欠陥であるクラック状欠陥のみが認識される。その実現のためには、ドーム型ライドガイドを用いることで、対象物への入射角度が広角でかつ光量が均一である照明が保証される。

また、照射方向により指向性を異にする拡散光照明手段とその撮像手段とを別途設けることで、検査対象表面がプロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥を撮像することが可能となり、欠陥の性状を把握することが可能となる。

図をもって本発明の表面欠陥検査装置および検査方法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は本発明の実施にかかる表面欠陥検査装置を側面図でもって示すものであり、図２は表面欠陥検査装置の平面図である。図１および図２でもって示す表面欠陥装置は半導体製造用のシリコンウエハのエッジ部を検査対象物とする場合の実施例を示すものである。図から分かるように、本実施例の表面欠陥装置１は、照明手段３と撮像手段４１、４２、４３と画像処理装置６とから成る。

シリコンウエハ２のエッジ部は図３に示すように、２つのテーパ部、上側テーパ面２１と下側テーパ面２３および側面２２とからなり、それぞれの面と他の面との交叉部はＲ面で滑らかに繋がれている。

ドーム型照明手段３は図４に示すように円周上にドーム反射面に向かって配列されたメタルハライドランプ光源のライトガイド３１とドーム型の反射面３２と開口部３３とからなり、ドームの頂点部には撮像用の窓３４が設けられている。反射面３２は極く微細な凹凸のある面にしておくことが望ましい。何となれば、反射光が様々な角度で反射することになり、検査対象であるウエハ２の表面に様々な角度で入射することで、対象物に広角で入射する照明光となる。

撮像手段は、ウエハの上側テーパ面２１を撮像する上面撮像手段４１、ウエハの側面２２を撮像する側面撮像手段４２、ウエハの下側テーパ面２３を撮像する下面撮像手段４３とから構成される。

ドーム型照明３の窓３４の後方に配置される側面撮像手段４２は図２に示すように、ドームの中心軸に対して若干傾けた方向に配置する。

シリコンウエハ２は、円形の形状をしており、回転テーブル５に載置されて一定速度で回転する。上面用撮像手段４１、側面用撮像手段４２および下面用撮像手段４３のラインセンサアレイは、それぞれシリコンウエハ２の上側テーパ面２１と側面２２と下側テーパ面２３の画像を連続的にスキャンし、その出力を画像処理装置６に送って欠陥の検出を行う。

図５は、上面用撮像手段４１、側面用撮像手段４２および下面用撮像手段４３に適用されているテレセントリック光学系を説明する説明図である。

像側レンズ７１とリニアセンサ側レンズ７３との間に絞り７２が配置されており、その位置は、像側レンズ７１の後側焦点であって、かつリニアセンサ側レンズ７３の前側焦点である位置に置かれる。このように構成されている光学系では、主光線は像側レンズ７１の光軸に平行な光線となり、さらにリニアセンサ側レンズ７３を通過した主光線はリニアセンサ側レンズ７３の光軸に平行になる。すなわち、リニアセンサアレイ７４には、テレセントリック光学系の光軸に平行な光線のみ入射することになる。

リニアセンサアレイ７４は、ＣＣＤ電荷素子を一列に配置した高い解像度を得られる受光素子であり、検査対象物の移動方向と直交する方向に配置してスキャンを行うことで、２次元画像を得る撮像素子であって、回転運動するシリコンウエハ２のエッジ部の表面を連続的に撮像することができる。

画像制御装置６は、リニアセンサアレイ７４から出力された撮像手段４１，４２，４３の出力信号の明暗度からウエハ２表面の凹凸などの欠陥を検出する。

次に本実施例の表面欠陥検査装置の機能と検査手順について説明する。回転テーブル４に載置されたシリコンウエハ２はその中心軸を回転中心にして一定速度で回転している。上面用撮像手段４１、側面用撮像手段４２および下面用撮像手段４３に備えられているラインセンサアレイ７４がそれぞれ上側テーパ面２１、側面２２および下側テーパ面２３の画像を連続的に撮像する。

本発明の表面欠陥検査装置に用いる撮像手段はテレセントリック光学系撮像手段であるために、撮像手段の光学系の光軸に平行な光線のみ撮像素子のリニアセンサアレイ７４に入射する。したがって、図６に示すように、撮像している面に欠陥である傷や余計な付着物がある箇所では光が散乱する結果、撮像手段に入射する光軸に平行な光線の光量が減少し、平坦である箇所とは明暗の差が生じる。即ち、欠陥である傷や余計な付着物がある箇所に陰影が現われる。本発明の微少凹凸欠陥検査装置ではこの性質を利用して検査面の微少凹凸を明暗度の違いとして検出する。

従来の照明手段によれば、表面に緩やかな凹凸がある場合や欠陥とは言えない浅い傷がある場合にも、傷が陰影として現われ、欠陥との区別が付けにくいという問題があった。

本発明の表面欠陥検査装置では、広角で均一な散乱光照明を用いている。そのために、検査対象物の全表面に対して均一にかつ様々な方向から照明光が当たるので、緩やかな凹凸がある場合や欠陥とは言えない浅い傷の場合にはテレセントリック光学系を経由して一定量以上の光量がリニアセンサアレイ７４に入射する。その結果、緩やかな凹凸がある場合や欠陥とは言えない浅い傷の箇所の画像には陰影となって現われない。

また、エッジのＲ面に対してもあらゆる方向から均一な散乱光が照射されるので、緩やかな凹凸がある場合や欠陥とは言えない浅い傷の場合には、同様にテレセントリック光学系を経由して一定量以上の光量がリニアセンサアレイ７４に入射する結果、画像に陰影ができない。

このように、立体的な形状の撮像対象であっても、あらゆる方向から均一な散乱光で照明し、テレセントリック光学系の撮像手段により撮像することにより、緩やかな凹凸がある場合や欠陥とは言えない浅い傷の場合には陰影として現われず、欠陥のみ陰影として認識することができる。

ドーム型照明手段３の他に図７に示すＣ型ライトガイド８と撮像手段９１，９２，９３を追加して撮像する構成とすることができる。シリコンウエハ２の中心に対して反対の位置に置くことによりドーム型照明手段３による画像と、Ｃ型ライトガイド８の照明光による画像を合わせて入手することができる。

図７に示すように、Ｃ型ライトガイド８は所定の幅のＣ型アークの内側面の全面にわたって広角に出射される光源が配置されている照明手段であり、検査対象物であるウエハ２への入射光のうち、Ｃ型アークとその中心を含む面に平行な方向から入射する照明光の角度は広角でかつ光量が均一となる。即ち図７の紙面に平行な照明光は、さまざま方向からウエハ２の上側テーパ面２１、側面２２および下側テーパ面２３を照明する。一方、Ｃ型ライトガイド８から出射される照明光でＣ型アークとその中心を含む面に交差する方向でウエハ２に入射する照明光は、入射角度が狭い範囲に限られている。

このように、Ｃ型ライトガイド８もやはり散乱光照明ではあるが、ドーム型照明手段３と比較すると検査対象物表面への方向によっては検査対象物への入射角度が狭い範囲に限られるので、検査対象表面がプロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥評価には、別途照明手段および撮像手段を設けることで欠陥の種類を把握することができる。

本実施例ではドーム型の反射面を備えた照明手段を用いたが、対象物に入射する角度が広角でかつ均一な散乱光であればドーム形照明手段に限るものではなく、反射面が円錐形のものでも同様の効果が期待できる。また、反射光ではなく直接光であっても照射域の広い光源を複数個並べることにより入射する角度が広角でかつ均一な散乱光の照明手段を実現することが可能である。

また、本実施例の表面欠陥装置では、撮像素子にリニアセンサアレイを用いているために、２次元のエリアセンサと比較して高い解像度を得ることが可能となり、微細な凹凸状欠陥の検出を行うことができる。また、リニアセンサアレイのスキャン速度はエリアセンサと比較して格段と速いので、高いスループットを保証し、検査処理能力が高い。

さらに、本発明の表面欠陥検査装置に使用する撮像素子はリニアセンサアレイであるので、対応する細い帯状の領域を照明すればいいので、入射する角度が広角でかつ均一な散乱光照明手段を容易に実現できる利点がある。

さらに、光源として近赤外線光を用いるか、あるいは撮像手段に近赤外線光のみ通すフィルターを用いることで、汚れの影響を受けにくい検査装置を構成することが可能となる。

本実施例では、シリコンウエハのエッジに存在する微少凹凸状の欠陥を検出する表面欠陥検出装置として説明したが、これに限るものではなく性状の異なる複数の面を持つ形状の検査対象物に存在する微少凹凸状の欠陥を検査することができる。

発明の効果

本発明の表面欠陥検出方法および表面欠陥検出装置は、検査対象物表面への入射角度が広角かつ均一な拡散光光源で照明し、テレセントリック光学系の撮像手段により撮像することにより、緩やかや凹凸や欠陥とは言えない微小な傷が陰影となって現われてないために、欠陥と誤認することがなく、欠陥検査の信頼性を高める効果を有する。

また、撮像手段にラインセンサアレイを用いることで、高い解像度およびスループットが得られ、生産性の向上に寄与すること大なるものがある。

さらに、Ｃ型ライトガイドを照明手段とするステージを設けることにより、検査対象表面がプロセス途上で生じた軽微なスクラッチやチッピングや面荒れ又はピット等微細な欠陥を画像として撮像することが可能であり、ドーム型照明手段により得られた画像データと比較することにより、傷や欠陥などの種類を把握することができる。

本実施例の表面欠陥装置の外観を示す説明図である。本実施例の表面欠陥装置の側面図である。シリコンウエハのエッジ部の詳細説明図である。ドーム型照明の説明図である。テレセントリック光学系を説明する説明図である。微少凹凸のある面を説明する説明図である。Ｃ型ライトガイドとその撮像手段を設けたステージの説明図である。

符号の説明

１表面欠陥検査装置
２シリコンウエハ
３ドーム型照明手段
４撮像手段
５回転テーブル
６画像処理装置
７テレセントリック光学系撮像手段
８Ｃ型ライトガイド
９撮像手段（Ｃ型ライトガイド用）
２１上側テーパ面
２２側面
２３下側テーパ面
３１ＬＥＤ
３２反射面
３３開口面
３４窓
４１上面用撮像手段
４２側面用撮像手段
４３下面用撮像手段
７１像側レンズ
７２絞り
７３リニアセンサ側レンズ
７４リニアセンサアレイ
８１発光面
９１上面用撮像手段
９２側面用撮像手段
９３下面用撮像手段

Claims

移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光によって照明する拡散光照明手段と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段と、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から鏡面状検査対象物表面の微少凹凸欠陥を検出する画像処理手段とを備える表面欠陥検出装置であって、前記拡散光照明手段は検査対象物への入射角度が広角でかつ光量が均一であることを特徴とする表面欠陥検出装置。
前記拡散光照明手段は、反射面を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出装置。
前記拡散光照明手段は、ドーム型の反射面を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出装置。
さらに照射方向により指向性を異にする拡散光照明手段を設け、この照明で照明された検査対象物の表面の画像を撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
前記拡散光照明手段はＣ型ライドガイドであることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検査装置。