JP2006201360A - Imaging system and imaging method - Google Patents

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Daikichi Awamura
Yasunori Namita
安功 波田
大吉 粟村
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Ohkura Industry Co
大倉インダストリー株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging system displaying an image of the whole edge of a disk-like body over an azimuth angle of 180° on a monitor at a time.
SOLUTION: A wafer edge is scanned in three dimensions by using a confocal microscope having a light source (1) which emits a light beam, 1st and 2nd beam deflecting devices (2, 7), an objective (11) which converges and projects the light beam on a sample, and a linear image sensor (4) to image the wafer edge from a plurality of angle directions. A signal processing circuit (16) puts together and displays a plurality of images picked up at a plurality of angles on an image display device (17). The wafer edge is scanned in three dimensions, so the image of the wafer edge is displayed in three dimensions by using depth-directional height information.
COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、互いに平行な第1及び第2の表面と、これら2つの表面間に位置する端縁とを有するディスク状物体、特に半導体ウェハの端縁の像を撮像するのに好適な撮像システムに関するものである。 The present invention includes a parallel first and second surfaces to each other, these two disc-shaped object having a edge located between the surfaces, particularly suitable imaging system for imaging an image of the edge of the semiconductor wafer it relates.

半導体デバイスは、鏡面仕上げされた半導体ウェハ上に半導体膜、絶縁膜、金属膜等の各種材料膜が形成され、エッチング処理、不純物注入処理、洗浄処理等の各種のプロセスを経て製造される。 The semiconductor device includes a semiconductor film on a semiconductor wafer that has been mirror-finished, an insulating film, various material films of a metal film or the like is formed, etching, impurity implantation process is manufactured through various processes of the cleaning or the like. 半導体デバイスの製造工程において、歩留りを向上させるためには、各種プロセスが行われたウェハ表面をクリーンな状態にしてから次の工程を行う必要がある。 In the manufacturing process of a semiconductor device, in order to improve the yield is from the wafer surface in which various process has been performed to a clean state is necessary to perform the next step. 例えば、前段の工程において使用した材料が残存すると、コンタミネーションを起し、歩留りが著しく低下してしまう。 For example, the materials used in the preceding step is left, cause contamination, the yield is significantly lowered. このため、各種プロセスが行われた後、ウェハ全体にわたってクリーニング処理が行われ、前工程で使用した材料の残存物が除去され、クリーンな状態にされてから次のプロセスが実行される。 Thus, after the various process has been performed, the cleaning process is performed over the entire wafer, is pre remnants of the materials used in the process is removed, the following processes are executed after being clean. しかしながら、ウェハの素子形成領域は洗浄処理によりクリーンな状態に維持されるが、素子形成領域の周縁に位置する端縁部分は180°の方位角にわたるため、クリーニング不足になりがちであり、異物等が残存するおそれがある。 However, although the element formation region of the wafer is maintained in a clean state by washing treatment, since the edge portion located on the periphery of the element forming region over the azimuth angle of 180 °, they tend to be cleaning insufficient, foreign matters such as there is likely to remain. さらに、ウェハの周縁部分は、各種のプロセスが行われた後研磨処理(ポリシング)により前段の工程で形成された膜等が除去されるが、その研磨量が不足すると、異物が残存してコンタミネーションが発生するおそれがあり、過剰な研磨が行われると素子形成領域に悪影響を及ぼすおそれがある。 Further, the peripheral portion of the wafer is polished film or the like formed in the preceding step by (policing) after various processes have been performed is removed, when the polishing amount is insufficient, foreign matters remaining contamination There is a risk that Nation occurs, excessive polishing is when there may adversely affect the device formation region takes place. 従って、半導体デバイスの製造の歩留りを上げるためには、半導体ウェハの周縁の表面の状態を観察できる撮像システムが必要である。 Therefore, in order to increase the yield of the fabrication of semiconductor devices it requires imaging system capable of observing the state of the surface of the periphery of the semiconductor wafer. 一方、現在の処理プロセスでは、光学顕微鏡を用いて半導体ウェハの端縁が観察されている。 On the other hand, in the current processing process, the edge of the semiconductor wafer is observed with an optical microscope.

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、ウェハの端縁全体を同時に観察することが望まれている。 In the manufacturing process of semiconductor devices, it is desirable to observe the entire edge of the wafer at the same time. しかしながら、ウェハの端縁は、デバイスが形成される素子形成面と裏面とにより画成され、180°の方位角にわたっている。 However, the edge of the wafer is defined by the element formation surface and the back surface of the device is formed, and over the azimuthal angle of 180 °. このため、従来の顕微鏡を用いて観察する場合、ウェハの表面側及び裏面側からそれぞれ別個に撮像しなければならず、端縁全体の像を同時にモニタ上に表示することは困難であった。 Therefore, when observed with the conventional microscope, it is necessary to respectively separately taken from the front side and back side of the wafer, it is difficult to display on the monitor an image of the entire edge simultaneously. また、ウェハの端縁は湾曲する複数の面で構成されるため、各面毎に方位角が大きく相違する。 Further, since the edge of the wafer which is composed of a plurality of surfaces curved azimuth differs greatly each surface. このため、通常の光学顕微鏡で半導体ウェハの端縁の像を撮像しようとする場合、焦点が合うウェハ上の範囲は狭く、対物レンズの焦点が合った部位から横方向に離間した位置ではピントがずれてしまい、端縁全体にわたって合焦した像を撮像するには限界があった。 Therefore, when attempting to image the image of the edge of the semiconductor wafer in a conventional optical microscope, narrow range on the wafer in focus, the focus is at a location spaced laterally from sites focus of the objective lens deviation will be, in imaging the focus and image throughout edge was limited. この場合、焦点深度の深い対物レンズを用いて撮像しようとしても限界がある。 In this case, it is also a limit as be imaged using deep objective lens depth of focus.

また、光学顕微鏡で端縁像を撮像する場合、端縁の像は平面的にしか画像表示されないため、モニタ上に表示される特異点の性状ないし特性を判定することが困難であった。 Furthermore, when imaging the edge image by an optical microscope, the image of the edge is because they are not the image display only a plane, it is difficult to determine the properties or characteristics of the singular point to be displayed on the monitor. 例えば、モニタ上に周囲よりも濃い濃度の部分が表示されても、当該部分が異物付着による像であるか又は傷による像であるか判別するのが困難であった。 For example, be displayed darker density portions than the surrounding on a monitor, the portion was difficult to determine whether the image by as or scratches image due to foreign matter adhesion. また、異物の付着が検出されても、付着している異物の性状や大きさ等に関する情報を得にくく、さらに、光学的に透明な材料の異物が付着している場合、透明異物を検出することも難しかった。 Moreover, even if adhesion of the foreign matter is detected, difficult to obtain information on the properties and size of the foreign matter from further if foreign matter optically transparent material is attached, for detecting a transparent foreign substance it also was difficult. 従って、光学顕微鏡でウェハ端縁を撮像する方法では、半導体デバイスの製造プロセスの歩留りを向上させるために必要な定性分析及び定量分析に有用な画像情報を得るには限界がある。 Accordingly, in the method of imaging a wafer edge with an optical microscope, to obtain a useful image information for qualitative and quantitative analysis required for improving the yield of the manufacturing process of the semiconductor device is limited. さらに、半導体ウェハの端縁が正確に研磨されているか否かを判別するためには、ウェハの断面形状を得る必要がある。 Furthermore, in order to determine whether the edge of the semiconductor wafer is polished accurately, it is necessary to obtain the cross-sectional shape of the wafer. しかし、通常の光学顕微鏡を用いて断面形状を撮像するためにはウェハを破断しなければならず、破断した場合もはや当該ウェハは不良品となってしまう。 However, in order to image a cross section using an ordinary optical microscope must break the wafer, no longer the wafer when broken becomes defective.

さらに、180°の方位角にわたるウェハの端縁を撮像するためには、多数の方位角方向から撮影しなければならず、観察に長時間かかるばかりでなく、その作業も煩雑であり、一層有用な撮像方法の開発が強く要請されている。 Furthermore, in order to image the edge of the wafer over the azimuth angle of 180 ° has to be taken from a number of azimuthal direction, observed not only takes a long time, is also complicated the work, more useful development of imaging methods have been strongly requested such.
尚、上述した課題は、半導体ウェハについてだけでなく、各種のディスク状物体及び刃物等の板状物体の検査においても要請されている事項である。 Incidentally, the above-described problems not only for semiconductor wafers is a matter that has been requested also in the inspection of the plate-like object such as the various disc-shaped objects and cutlery.

本発明の目的は、180°の方位角にわたるディスク状又は板状物体の端縁全体の像をモニタ上に同時に表示できる撮像システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an imaging system that can be simultaneously displayed on the monitor an image of the entire edge of the disk-shaped or plate-shaped object over the azimuth angle of 180 °.
さらに、本発明の別の目的は、半導体ウェハの端縁に関して製造プロセスの定性分析及び定量分析に有用な画像情報を得ることができる撮像システムを実現することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to realize an imaging system capable of obtaining a useful image information for qualitative and quantitative analysis of the manufacturing process with respect to the edge of the semiconductor wafer.

本発明による撮像システムは、互いに平行な第1及び第2の表面と、これら2つの表面の間に位置する端縁とを有するディスク状又は板状物体の端縁を撮像する撮像システムであって、 The imaging system according to the present invention is an imaging system for imaging an edge of the disk-shaped or plate-like object having parallel first and second surfaces to each other, and edge located between these two surfaces ,
光ビームを放出する光源、光源から放出された光ビームを第1の方向に周期的に偏向する第1のビーム偏向装置、第1のビーム偏向装置から出射した光ビームを第1の方向と直交する第2の方向に偏向する第2のビーム偏向装置、第2のビーム偏向装置から出射した光ビームを走査スポットに集束して撮像すべきディスク状物体の端縁に向けて投射する対物レンズ、前記第1の方向と対応する方向に配列され複数の受光素子を有し、ディスク状物体からの反射光を第2のビーム偏向装置を介して受光するリニァイメージセンサ、及び、リニァイメージセンサからの出力信号を受け取りビデオ信号を形成する信号処理回路を具えるコンフォーカル顕微鏡と、 Light source emitting a light beam, the first beam deflector for periodically deflecting the emitted light beam in a first direction from a light source, a light beam emitted from the first beam deflector perpendicular to the first direction second beam deflection device, the second beam deflecting a light beam emitted from the device is focused to a scanning spot an objective lens for projecting toward the edge of the disc-shaped object to be imaged for deflecting in a second direction, the first is arranged in a direction corresponding to the direction having a plurality of light receiving elements, linear § image sensor for receiving reflected light from the disk-shaped object through the second beam deflection device, and, linear § image sensor a confocal microscope comprising a signal processing circuit for forming a receive video signal an output signal from,
前記走査スポットとディスク状物体との間の光軸方向の相対距離を変化させる手段と 前記信号処理回路から出力されるビデオ信号を用いて物体の端縁の像を表示する画像表示装置とを具え、 Comprising an image display device for displaying an image of the edge of the object using the video signal output relative distance in the optical axis direction and means for changing from the signal processing circuit between the scanning spot and the disc-shaped object ,
ディスク状物体の端縁をその周囲に沿って複数の角度方向から、走査スポットとディスク状物体の端縁との間の相対距離を変えながら撮像し、前記信号処理回路において、複数の角度で撮像した画像を合成して端縁の像を画素表示装置上に表示することを特徴とする。 A plurality of angular directions along the edge of the disc-shaped object around, captured while changing the relative distance between the edge of the scanning spot and the disc-shaped object, in the signal processing circuit, imaging at a plurality of angles characterized in that by combining the image to display the image of the edge on the pixel display device.

本発明では、ディスク状物体の端縁を、複数の角度方向から撮像し、信号処理回路において撮像された複数の画像を合成し、合成画像をビデオ信号として出力するので、180°の方位角にわたる端縁全体の像を同時にモニタ上に表示することができる。 In the present invention, the edge of the disc-shaped object, captured from a plurality of angular directions, synthesizes a plurality of images captured in the signal processing circuit, so outputs the synthesized image as a video signal, over the azimuth angle of 180 ° image of the entire edge can be simultaneously displayed on a monitor.

本発明による撮像システムの好適実施例は、観察すべきディスク状物体を半導体ウェハとし、半導体ウェハの中心面をはさんで素子形成面の側から及び裏面側から、対物レンズの光軸を前記中心面に対して45°の角度に設定してそれぞれ撮像し、前記信号処理回路において2つの画像を合成し、前記素子形成面及び裏面の一部を含む端縁全体の画像を表示することを特徴とする。 Preferred examples of the imaging system according to the invention, the disc-shaped object to be observed as a semiconductor wafer, and from the back side from the side of the element forming surface across the central plane of the semiconductor wafer, wherein an optical axis of the objective lens characterized in that each captured by setting an angle of 45 ° to the plane, the two images synthesized in said signal processing circuit, and displays an image of the entire edge, including a portion of the element formation surface and the back surface to. 開口角が45°以上の対物レンズを用い、対物レンズの光軸を半導体ウェハの中心面に対して45°の角度に設定すれば、90°の方位角にわたって撮像できる。 Opening angle with 45 ° or more objective lens is set to be an angle of 45 ° to the optical axis relative to the center plane of the semiconductor wafer of the objective lens, it can be captured over the azimuth angle of 90 °. よって、表面側及び裏面側から撮像し、信号処理回路で2つの画像を合成するだけで端縁全体の画像を同時にモニタ上に表示することができる。 Therefore, it is possible to taken from the front side and back side, and displays an image of the entire edge by simply combining the two image signal processing circuit at the same time on the monitor. この結果、撮像作業が容易になると共に信号処理回路の負荷も軽減される。 As a result, the load of the signal processing circuit is also reduced with the imaging work becomes easy. さらに、半導体ウェハの端縁は方位角の異なる複数の平面又は湾曲面で形成されているが、本発明では、半導体ウェハの端縁と走査スポットとの間の相対距離を変えながら撮像しているため、方位角が異なる複数の表面全体について焦点が合った画像を撮像することができる。 Furthermore, the edges of the semiconductor wafers are formed by a plurality of planar or curved faces having different azimuth angles, in the present invention, being captured while changing the relative distance between the edge and the scanning spot of a semiconductor wafer Therefore, it is possible to azimuth capturing an image focused on the entire plurality of different surfaces.

本発明による撮像システムの好適実施例は、前記信号処理回路は、走査スポットと半導体ウェハの端縁との間の相対距離を変えながら撮像する間に得られた輝度値から最大輝度値を求める手段、最大輝度を発生する光軸方向の位置情報を求める手段、及び、求めた最大輝度値及び対応する位置情報を各画素毎に記憶する記憶手段を有することを特徴とする。 Preferred examples of the imaging system according to the present invention, the signal processing circuit comprises means for obtaining the maximum luminance value from the obtained luminance values ​​during imaging while changing the relative distance between the edge of the scanning spot and the semiconductor wafer , means for determining the positional information of the optical axis for generating a maximum brightness, and characterized by having storage means for storing the maximum luminance value and a corresponding position information obtained for each pixel. コンフォーカル顕微鏡では、走査スポットが試料表面上に位置するとき最大輝度が出力され、走査スポットが試料表面から光軸方向に変位した場合僅かな反射光しかリニァイメージセンサに入射しない特性がある。 The confocal microscope, the scanning spot is maximum brightness is output when located on the sample surface, the scanning spot has a characteristic that does not enter the small reflected light only linear § image sensor when displaced from the sample surface in the optical axis direction. 従って、最大輝度値及び対応する位置情報を出力し、位置情報を奥行方向の高さ情報として用いれば、ウェハ端縁の像を3次元的に表示することができ、ウェハの端縁に付着した異物や傷等を明確に判別することができ、製造プロセスの各種分析に有用な情報を得ることができる。 Therefore, it outputs the maximum brightness value and the corresponding position information, by using the position information as the height information of the depth direction, an image of the wafer edge three-dimensional manner can be displayed, adhering to the edge of the wafer can be clearly distinguished foreign matter and scratches, it is possible to obtain useful information on various analyzes of the manufacturing process. しかも、付着した異物の大きさ及び厚さ等の情報も得ることができる利点が達成される。 Moreover, advantages can be obtained information such as the size and thickness of the deposited foreign matter is achieved.

図1は本発明による撮像システムの一例を示す線図である。 Figure 1 is a diagram illustrating an example of an imaging system according to the present invention. 本例では、ディスク状の物体として半導体ウェハを用い、半導体ウェハの端縁を撮像する例について説明する。 In this example, a semiconductor wafer as a disk-like object, examples will be described for imaging an edge of a semiconductor wafer. 光源1から照明用の光ビームを発生する。 Generating a light beam for illumination from the light source 1. 光ビームは、エキスパンダ光学系(図示せず)により拡大光束とされ、音響光学素子2に入射する。 The light beam is a magnified beam by expander optical system (not shown), enters the acoustooptic element 2. この音響光学素子2は、入射した光ビームを第1の方向(主走査方向)に高速振動させる。 The acousto-optic element 2 makes the high-speed vibrating the incident light beam in a first direction (main scanning direction). 音響光学素子2から出射した光ビームはリレーレンズ3及び4を経て偏光ビームスプリッタ5に入射し、偏光ビームスプリッタ5を透過し、結像レンズ6を経て第2のビーム偏向装置である振動ミラー7に入射する。 The light beam emitted from the acousto-optic element 2 is incident on the polarization beam splitter 5 via the relay lenses 3 and 4, transmitted through the polarization beam splitter 5, vibrating mirror 7 is a second beam deflection device through the imaging lens 6 incident on. 振動ミラー7は、入射した光ビームを第1の方向と直交する第2の方向(副走査方向)に副走査周波数で周期的に偏向する。 Vibrating mirror 7 is periodically deflected by the sub-scanning frequency in a second direction perpendicular to the incident light beam to the first direction (sub-scanning direction). 振動ミラー7から出射した光ビームはリレーレンズ8及び9並びにλ/4波長板10を介して対物レンズ11に入射する。 The light beam emitted from the vibrating mirror 7 is incident on the objective lens 11 through the relay lens 8 and 9 and lambda / 4 wave plate 10. 入射した光ビームは、対物レンズ11により微小スポット状に収束されて観察すべき試料である半導体ウェハ12に入射する。 Incident light beam is incident on the semiconductor wafer 12 as a sample to be observed is converged to a minute spot by the objective lens 11. この結果、撮像されるべき半導体ウェハ12の端縁は微小スポット状の照明ビームにより主走査方向及び副走査方向に所定の走査周波数で2次元走査される。 As a result, the edges of the semiconductor wafer 12 to be imaged is two-dimensionally scanned at a predetermined scanning frequency in the main scanning direction and the sub-scanning direction by the illumination beam of the minute spot. 尚、半導体ウェハはステージ(図示せず)上に支持し、ステージを回転させることにより半導体ウェハの表面側及び裏面側に照明ビームを入射させることができる。 The semiconductor wafer can be incident illumination beam on the surface side and back side of the semiconductor wafer by supporting on a stage (not shown) to rotate the stage.

本例では、光ビームにより形成される走査スポットと半導体ウェハの端縁との間の相対距離を変えながら2次元走査を行う。 In this example, performing a two-dimensional scanning while changing the relative distance between the edge of the scanning spot and the semiconductor wafer formed by the light beam. このため、本例では、対物レンズ11を光軸方向に変位させる変位手段であるステッピングモータ13を設け、ステッピングモータにより対物レンズを光軸方向に変位させながら2次元走査を行う。 Therefore, in this embodiment, the stepping motor 13 is a displacing means for displacing the objective lens 11 in the optical axis direction is provided, it performs two-dimensional scanning while displacing the objective lens in the optical axis direction by the stepping motor. また、対物レンズの光軸方向の変位量をエンコーダにより検出し、対物レンズの変位量を深さ方向の位置情報としてメモリに記憶する。 Further, the displacement amount of the optical axis of the objective lens is detected by the encoder is stored in the memory as a position information in the depth direction displacement amount of the objective lens. 尚、対物レンズを固定し、半導体ウェハを支持するステージを対物レンズの光軸方向に変位させて対物レンズすなわち走査スポットとウェハ端縁との間の相対距離を変位させることもできる。 Incidentally, fixing the objective lens, it is also possible to displace the relative distance between the objective lens i.e. the scanning spot and the wafer edge by the stage for supporting the semiconductor wafer is displaced in the optical axis direction of the objective lens.

半導体ウェハ12の端縁で反射した光は対物レンズ11により集光され、λ/4波長板10並びにリレーレンズ9及び8を経て振動ミラー7に入射し、デスキャンされ、結像レンズ6を経て偏光ビームスプリッタ5に入射する。 The light reflected by the edge of the semiconductor wafer 12 is focused by the objective lens 11, is incident on the vibration mirror 7 via a lambda / 4 wave plate 10 and the relay lens 9, and 8, is descanned, polarization through the imaging lens 6 It enters the beam splitter 5. このウェハ表面からの反射光は、λ/4波長板10を2回通過しているから、その偏光面が90°回転しており、偏光ビームスプリッタの偏光面で反射し、リニァイメージセンサ14に収束した状態で入射する。 The reflected light from the wafer surface, a lambda / 4 wave plate 10 from passing through twice, the polarization plane has rotated 90 °, it is reflected by the polarization plane of the polarization beam splitter, linear § image sensor 14 incident in a state of being converged to. リニァイメージセンサ14は、結像レンズ6の結像位置に配置され、半導体ウェハからの反射光を主走査方向の1ライン毎に受光するようにウェハ表面上の走査方向である第1の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出周波数で読み出す。 Linear § image sensor 14 is disposed at an imaging position of the imaging lens 6, the first direction is a scanning direction on the wafer surface so as to receive the reflected light in each line in the main scanning direction from the semiconductor wafer and a plurality of light receiving elements arranged in the corresponding direction, reading out the charges stored in the light receiving elements at a predetermined read frequency. ウェハ表面からの反射光は振動ミラー7によりデスキャンされているから副走査方向には変位せず、従ってリニァイメージセンサの各受光素子はウェハ表面からの反射光により周期的に走査されることになる。 The reflected light from the wafer surface is not displaced in the sub-scanning direction from being descanned by the vibration mirror 7, so that each light receiving element of the linear § image sensor that is periodically scanned by the light reflected from the wafer surface Become. この結果、リニァイメージセンサの各受光素子に蓄積された電荷を所定の読出周波数で読み出すことにより、ウェハ端縁の2次元画像情報が出力される。 As a result, by reading out the charges stored in the light receiving elements of the linear § image sensor at a predetermined reading frequency, the two-dimensional image information of the wafer edge is output.

このように、半導体ウェハ12の端縁は、スポット状に収束した光ビームで走査され、当該端縁からの反射光はリニァイメージセンサの各受光素子により受光されるため、当該光学系はコンフォーカル光学系を構成し、高い分解能のウェハ端縁像を撮像することができる。 Thus, the edges of the semiconductor wafer 12 is scanned by the light beam converged into a spot shape, because the reflected light from the edge can be received by the light receiving elements of the linear § image sensor, the optical system is con configure the focal optics can image the wafer edge image of high resolution.

図2は、撮像されるべき半導体ウェハの端縁の向きと対物レンズの光軸との関係を示す線図である。 Figure 2 is a graph showing the relationship between the optical axis of the edge orientation and the objective lens of the semiconductor wafer to be imaged. 図2において、半導体ウェハは紙面と直交する方向に延在しているものとする。 2, the semiconductor wafer is assumed to extend in a direction perpendicular to the paper surface. 半導体ウェハ12の周縁は、素子形成領域を構成する第1の表面12aと、第1の表面と対向する平行な裏面である第2の表面12bとを有し、これら第1の表面と第2の表面との間に端縁が形成されている。 Periphery of the semiconductor wafer 12 has a first surface 12a constituting the element formation region, and a second surface 12b which is parallel back surface opposite the first surface, these first surface and a second edge is formed between the surfaces. ここで、2つの表面12a及び12bの中間に位置しウェハの中心を通る面を中心面Scとして規定する。 Here, located halfway between the two surfaces 12a and 12b defining a central plane Sc a plane passing through the center of the wafer. 端縁は、中心面Scと直交する面12cとその両側に位置する2つの表面12d及び12eとにより構成される。 Edge is constituted by the surface 12c perpendicular to the center plane Sc and the two surfaces 12d and 12e located on both sides thereof. 尚、端縁を形成する各表面は平面又は僅かに湾曲した湾曲面である。 Incidentally, each surface forming the edge is a curved surface which is flat or slightly curved.

ウェハの端縁は5個の面12a〜12eにより形成されるから、各面に対して対物レンズの光軸を垂直に設定し、5回の撮像操作により撮像し、5個の画像を合成して端縁像を表示することも可能である。 Since the edge of the wafer is formed by five surfaces 12a to 12e, and set perpendicular to the optical axis of the objective lens with respect to each surface, imaged by five imaging operations, by combining the five image it is also possible to display the edge image Te. しかし、多数回撮像操作を行う必要があり、撮像に長時間かかる欠点がある。 However, it is necessary to perform a large number of times imaging operation, there is a disadvantage that take a long time for imaging. この欠点を解消するため、本例では開口角が45°以上の対物レンズを用い、対物レンズの光軸を中心面Scに対して45°の角度に設定し、第1の表面12aの側及び反対側の第2の表面12bの側の2つの側からそれぞれ中心面に対して45°の角度で端縁を撮像する。 To overcome this drawback, using an aperture angle of 45 ° or more objective lens in the present example, set at an angle of 45 ° to the center plane Sc the optical axis of the objective lens, the side and the first surface 12a imaging the edge at an angle of 45 ° with respect to each center plane from the two sides of the side opposite the second surface 12b. この場合、ウェハ端縁の片側半分の領域を構成する3つの表面12a、12d及び12cの画像を同時に撮像することができ、また、ウェハを支持するステージを90°回動させることにより反対側の3つの表面12b、12e及び12cの画像を同時に撮像することができる。 In this case, three surface 12a which constitutes the one side half region of the wafer edge, the image of the 12d and 12c can be imaged simultaneously, also, on the opposite side by the stage rotated by 90 ° to support the wafer three surface 12b, 12e and 12c images of can be simultaneously imaged. この結果、方位角が180°にわたるウェハ端縁について、2回の撮像操作により撮像することができ、2つの画像を合成するだけで端縁全体の画像をモニタ上に表示することができる。 As a result, the wafer edges azimuth over 180 °, can be imaged by the imaging operation of the two, images of the entire edge by simply combining the two images can be displayed on the monitor. 尚、撮像ヘッドを2個有する撮像システムを用いれば、ウェハ端縁全体を同時に撮像することができる。 Incidentally, by using an imaging system having two imaging heads can be imaged simultaneously entire wafer edge. また、1個の撮像ヘッドを有する撮像システムにおいて、対物レンズを含む撮像ヘッドを90°回転させることにより、ウェハ端縁全体の像を2回の撮像操作で撮像することも可能である。 In the imaging system including a single imaging head, by rotating 90 ° the imaging head including the objective lens, it is also possible to image by the imaging operation of two images of the entire wafer edge.

対物レンズの光軸をウェハの中心面Scに対して45°の角度に設定して撮像する場合、対物レンズの光軸は端縁を形成する各面に対して垂直ではなく、光軸に対して各表面は傾斜した面となる。 When imaging the optical axis is set to an angle of 45 ° to the center plane Sc of the wafer of the objective lens, the optical axis of the objective lens is not perpendicular to each face forming the edge, with respect to the optical axis each surface is a sloped surface Te. このため、対物レンズから各表面の各部位までの距離が大きく相違し、焦点の合った部分は狭い範囲になってしまう。 Therefore, different distances greater to each part of each surface from the objective lens, focus regions of becomes a narrow range. そこで、本発明では、対物レンズを変位させて走査スポットとウェハ端縁との間の相対距離を変えながら2次元走査する。 Therefore, in the present invention, the two-dimensional scanning while changing the relative distance between the scanning spot and the wafer edge by displacing the objective lens. コンフォーカル顕微鏡では、走査スポットが試料表面に位置する場合強い反射光がリニァイメージセンサの対応する受光素子に入射し、走査スポットが試料表面から光軸方向に変位している場合すなわち走査スポットが試料表面の前側又は後側に位置する場合、リニァイメージセンサの受光素子には僅かな反射光しか入射しない。 The confocal microscope, strong reflected light when the scanning spot is located on the sample surface is incident on the corresponding light receiving elements of the linear § image sensor, may namely scanning spot scanning spot is displaced from the sample surface in the optical axis direction If positioned on the front side or the rear side of the sample surface, only incident slight reflected light to the light receiving elements of the linear § image sensor. このコンフォーカル顕微鏡の特有の性質を利用して走査スポットを光軸方向に変位させながら撮像することにより、ウェハ端縁の各面が光軸に対して傾斜しても、撮像される端縁画像の全体にわたって合焦した画像を得ることができる。 By imaging while displacing the scanning spot in the optical axis direction by utilizing the unique properties of the confocal microscope, the edge image each side of the wafer edge is also inclined with respect to the optical axis, to be captured focus images throughout can be obtained. すなわち、第1の表面側から撮像した場合、第1の表面12a並びに端縁を構成する2つの面12c及び12dの全体について合焦した画像を撮像することができる。 That is, when an image from the first surface side, it is possible to image the focus image for the entire two surfaces 12c and 12d that constitute the first surface 12a and the edge. 従って、端縁のいずれの部位に異物が付着したり傷が存在する場合であっても、これら異物及び傷等を全て鮮明に撮像してモニタ上に表示することができる。 Therefore, even if there are any flaws or adhered foreign matter into the site of the edge, it can be displayed on a monitor and all clearly imaged these foreign objects and scratches.

図1を参照するに、リニァイメージセンサ14からの出力信号は増幅器15により増幅して信号処理回路16に供給する。 Referring to FIG. 1, the output signal from the linear § image sensor 14 is supplied to the signal processing circuit 16 is amplified by the amplifier 15. そして、信号処理回路において種々の信号処理を行ってビデオ出力を作成し、画像表示装置17に供給し、画像表示装置上にウェハ端縁の像を表示する。 Then, to create the video output by performing various signal processing in the signal processing circuit, and supplied to the image display device 17 displays an image of the wafer edge in the image display device. 信号処理回路は、一例として以下の処理を行うことができる。 The signal processing circuit can perform the following process as an example.
初めに、本発明では、複数の方向からウェハの端縁画像を撮像し、各角度方向から撮像した画像をフレームメモリに記憶し、画像合成手段により各フレームメモリに記憶されている画像を合成し、ビデオ出力として画像表示装置17に供給する。 First, the present invention captures an edge image of the wafer from a plurality of directions, the image taken from each angular direction and stored in the frame memory, combining the image stored in the frame memory by the image combining means , to the image display device 17 as the video output. 上述したように、対物レンズの光軸をウェハの中心面に対して45°の角度に設定して撮像する場合、2つの側から撮像した2つの画像を合成し、ビデオ信号として画像表示装置に出力する。 As described above, when imaging by setting the optical axis of the objective lens at an angle of 45 ° to the center plane of the wafer, by combining two images captured from the two sides, the image display device as a video signal Output. この画像合成処理により、素子形成面及び裏面を含むウェハ端縁全体の画像を同時に画像表示装置上に表示することができる。 This by the image combining process, it is possible to display on the image display device at the same time an image of the entire wafer edge including an element forming surface and a back surface.

次に、対物レンズとウェハ端縁との間の相対距離を変えながら2次元画像を撮像する際、ウェハ端縁の2次元画像の各画素について最大輝度値及び最大輝度値を発生する位置情報をメモリに記憶する。 Then, when imaging a two-dimensional image while changing the relative distance between the objective lens and the wafer edge, the position information for generating a maximum brightness value and the maximum luminance value for each pixel of the two-dimensional image of the wafer edge It is stored in the memory. そして、最大輝度値及び位置情報を画像表示装置に供給し、位置情報を奥行方向の高さ情報として用いることによりウェハ端縁の像を3次元的に表示することができる。 Then, it is possible to supply the maximum brightness value and the position information to the image display apparatus, three-dimensionally displays an image of the wafer edge by using the position information as the height information of the depth direction. この結果、従来の顕微鏡では周囲と相違する特異点としか表示されなかった画像部分について、その外観形状を明確に把握することができ、例えば、表示された特異的な画像部分がウェハ端縁に付着した異物であるか又は端縁の表面に形成された傷であるか明確に判別することができる。 As a result, the image portion not only show a singular point of difference from the surroundings in the conventional microscope, the external shape can be clearly grasped, for example, the wafer edge is displayed specific image portion or a scratch formed on or is edge surface of the adherent foreign matter can be clearly discriminated. しかも、異物や傷を3次元的に表示することができるので、異物の大きさや厚さを表示画像から判定することができる。 Moreover, it is possible to display the foreign matter or scratches three-dimensionally, it is possible to determine the size and thickness of the material from the displayed image. さらに、異物が光学的に透明な材料の場合であっても、透明異物の表面に走査スポットが位置すると、透明異物表面での反射作用により反射光が発生しリニァイメージセンサに入射するので、透明材料の異物であってもその表面形状を撮像することができる。 Furthermore, even foreign matter in a case of optically transparent material, when the scanning spot on a surface of a transparent foreign substance is located, since the reflected light incident on the linear § image sensor caused by the reflection effect of the transparent foreign surfaces, even foreign matter transparent material can be imaged its surface shape. 従って、これらの判定結果に基づいて各プロセスの終了後に行われる研磨処理の良否や研磨処理に必要な時間等に関する有用な情報が得られ、この結果、製造プロセスの定量分析及び定性分析に有用な画像情報を提供することができる。 Therefore, useful information about the time necessary for quality and polishing of a polishing process performed after the completion of each process based on these determination results are obtained, as a result, it is useful for quantitative analysis and qualitative analysis of the manufacturing process it is possible to provide an image information.

さらに、振動ミラー7を静止させ固定ミラーとして用いて1次元走査を行い、同時に対物レンズを光軸方向に変位させて最大輝度を発生する位置情報を求めることにより、ウェハ端縁の断面形状を求めることができる。 Furthermore, performs one-dimensional scanning using a fixed mirror is stationary vibration mirror 7, by obtaining the position information for generating a maximum brightness by displacing the objective lens in the optical axis direction at the same time, obtaining the cross-sectional shape of the wafer edge be able to. すなわち、コンフォーカル顕微鏡では、対物レンズを変位させながら1次元走査すると、走査スポットがウェハ表面に位置するときリニァイメージセンサの受光素子から最大輝度値が出力される。 That is, in the confocal microscope, when one-dimensional scanning while displacing the objective lens, the scanning spot is maximum luminance value is outputted from the light receiving element of the linear § image sensor when located on the wafer surface. 従って、合成された1次元画像の最大輝度値を発生する位置情報を画像表示装置上でプロットすることにより、ウェハ端縁の断面形状を表示することができる。 Thus, by plotting the position information to generate a maximum luminance value of the synthesized 1-dimensional image in the image display device on, it is possible to display the cross-sectional shape of the wafer edge. この断面形状の測定は、2次元画像の表示と共に利用すると一層有用な情報を得ることができる。 Measurement of the cross-sectional shape can be when utilized with the display of the two-dimensional image obtaining more useful information. 例えば、画像表示装置上に表示された2次元画像中に異物の付着が観察された場合、当該部分について断面形状を求めることにより、異物の断面形状や厚さを定量的に求めることができる。 For example, if the adhesion of foreign matter into the 2-dimensional image displayed on the image display device on was observed, by determining the cross-sectional shape for that portion, the cross-sectional shape and thickness of the foreign matter can be determined quantitatively.

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。 The present invention is susceptible to various modifications and variations not limited to the embodiments described above. 例えば、上述した実施例では、観察すべき試料として半導体ウェハの端縁を例にしたが、種々のディスク状物体の端縁画像を撮像する場合にも適用することができる。 For example, in the embodiment described above, the edge of the semiconductor wafer as a specimen to be observed was an example, it can be applied to a case of imaging an edge image of the various disk-like object.
また、信号処理回路における信号処理は一例であり、3次元走査により得られた各種の情報を用いて所望の画像をモニタ上に表示することができる。 Further, an example signal processing in the signal processing circuit can be displayed on a monitor a desired image by using the various information obtained by a three-dimensional scanning.

本発明による撮像システムに用いられるコンフォーカル顕微鏡の一例を示す線図である。 An example of a confocal microscope used for the imaging system according to the present invention is a diagram showing. ウェハ端縁と対物レンズの光軸との関係を示す線図である。 Is a graph showing the relationship between the optical axis of the wafer edge and the objective lens.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 光源 2 音響光学素子 ・ リレーレンズ 5 偏光ビームスプリッタ 6 結像レンズ10 λ/4波長板11 対物レンズ12 半導体ウェハ13 ステップモータ14 リニァイメージセンサ15 増幅器16 信号処理回路17 画像表示装置 1 light source 2 acousto relay lens 5 the polarization beam splitter 6 forming lens 10 lambda / 4 wave plate 11 objective lens 12 semiconductor wafer 13 step motor 14 linear § image sensor 15 amplifier 16 signal processing circuit 17 an image display device

Claims (6)

  1. 互いに平行な第1及び第2の表面と、これら2つの表面の間に位置する端縁とを有するディスク状又は板状物体の端縁を撮像する撮像システムであって、 An imaging system for imaging an edge of the disk-shaped or plate-like object having parallel first and second surfaces to each other, and edge located between these two surfaces,
    光ビームを放出する光源、光源から放出された光ビームを第1の方向に周期的に偏向する第1のビーム偏向装置、第1のビーム偏向装置から出射した光ビームを第1の方向と直交する第2の方向に偏向する第2のビーム偏向装置、第2のビーム偏向装置から出射した光ビームを走査スポットに集束して撮像すべきディスク状物体の端縁に向けて投射する対物レンズ、前記第1の方向と対応する方向に配列され複数の受光素子を有し、ディスク状物体からの反射光を第2のビーム偏向装置を介して受光するリニァイメージセンサ、及び、リニァイメージセンサからの出力信号を受け取りビデオ信号を形成する信号処理回路を具えるコンフォーカル顕微鏡と、 Light source emitting a light beam, the first beam deflector for periodically deflecting the emitted light beam in a first direction from a light source, a light beam emitted from the first beam deflector perpendicular to the first direction second beam deflection device, the second beam deflecting a light beam emitted from the device is focused to a scanning spot an objective lens for projecting toward the edge of the disc-shaped object to be imaged for deflecting in a second direction, the first is arranged in a direction corresponding to the direction having a plurality of light receiving elements, linear § image sensor for receiving reflected light from the disk-shaped object through the second beam deflection device, and, linear § image sensor a confocal microscope comprising a signal processing circuit for forming a receive video signal an output signal from,
    前記光ビームの走査スポットとディスク状物体との間の光軸方向の相対距離を変化させる手段と 前記信号処理回路から出力されるビデオ信号を用いて物体の端縁の像を表示する画像表示装置とを具え、 An image display device for displaying an image of the edge of the object using the video signal output means for varying the relative distance in the optical axis direction from the signal processing circuit between the scanning spot and the disc-shaped object of the light beam comprising a door,
    ディスク状物体の端縁をその周囲に沿って複数の角度方向から、走査スポットとディスク状物体の端縁との間の相対距離を変えながら端縁の像を撮像し、前記信号処理回路において、複数の角度で撮像した画像を合成して端縁全体の像を画像表示装置上に表示することを特徴とする撮像システム。 Along an edge of the disc-shaped object around a plurality of angular orientations, while changing the relative distance between the edge of the scanning spot and the disc-shaped object and captures an image of the edge, in the signal processing circuit, imaging system and displaying an image of the entire edge by combining the captured image to the image display device on a plurality of angles.
  2. 請求項1に記載の撮像システムにおいて、前記ディスク状物体を半導体ウェハとし、当該半導体ウェハは、前記第1及び第2の表面として半導体デバイスが形成される素子形成面及び素子形成面と対向する裏面を有し、素子形成面と裏面との間に方位角が互いに相違する複数の平面又は湾曲面を有することを特徴とする撮像システム。 An imaging system according to claim 1, the disc-shaped object is a semiconductor wafer, the semiconductor wafer is opposite to the element forming surface and the element formation surface on which a semiconductor device is formed as the first and second surfaces backside the a, an imaging system characterized by having a plurality of planar or curved surface which azimuth is different from each other between the element formation surface and the back surface.
  3. 請求項2に記載の撮像システムにおいて、半導体ウェハの中心面をはさんで素子形成面の側から及び裏面の側から、対物レンズの光軸を前記中心面に対して45°の角度に設定してそれぞれ撮像し、前記信号処理回路において2つの画像を合成し、前記素子形成面及び裏面の一部を含む端縁全体の画像を表示することを特徴とする撮像システム。 An imaging system according to claim 2, set from and from the back surface side of the side of the element formation surface across the central plane of the semiconductor wafer, at a 45 ° angle to the optical axis of the objective lens relative to the center plane each captured Te, imaging system by combining the two images in the signal processing circuit, and displaying an image of the entire edge, including a portion of the element formation surface and the back surface.
  4. 請求項2又は3に記載の撮像システムにおいて、前記信号処理回路は、走査スポットと半導体ウェハの端縁との間の相対距離を変えながら撮像する間に得られた輝度値から最大輝度値を求める手段、最大輝度を発生する光軸方向の位置情報を求める手段、及び、求めた最大輝度値及び対応する位置情報を各画素毎に記憶する記憶手段を有することを特徴とする撮像システム。 An imaging system according to claim 2 or 3, wherein the signal processing circuit obtains the maximum luminance value from the luminance values ​​obtained during the imaging while changing the relative distance between the edge of the scanning spot and the semiconductor wafer It means imaging system characterized in that it has means for determining the positional information of the optical axis for generating a maximum brightness, and a storage means for storing the maximum luminance value and a corresponding position information obtained for each pixel.
  5. 請求項4に記載の撮像システムにおいて、前記画像表示装置は、前記メモリに記憶されている最大輝度値及び対応する位置情報を用いてウェハ端縁の像を3次元的に表示することを特徴とする撮像システム。 An imaging system according to claim 4, wherein the image display device, a feature that three-dimensionally displays an image of the wafer edge using the position information which the maximum luminance value and the corresponding stored in the memory imaging system to be.
  6. 互いに平行な第1及び第2の表面と、これら2つの表面の間に位置する端縁とを有するディスク状又は板状物体の端縁を撮像する撮像方法であって、 An imaging method for imaging an edge of the disk-shaped or plate-like object having parallel first and second surfaces to each other, and edge located between these two surfaces,
    光ビームを放出する光源、光源から放出された光ビームを第1の方向に周期的に偏向する第1のビーム偏向装置、第1のビーム偏向装置から出射した光ビームを第1の方向と直交する第2の方向に偏向する第2のビーム偏向装置、第2のビーム偏向装置から出射した光ビームを走査スポットに集束して撮像すべきディスク状又は板状物体の端縁に向けて投射する対物レンズ、前記第1の方向と対応する方向に配列され複数の受光素子を有し、ディスク状物体からの反射光を第2のビーム偏向装置を介して受光するリニァイメージセンサ、及び、リニァイメージセンサからの出力信号を受け取りビデオ信号を形成する信号処理回路を具えるコンフォーカル顕微鏡と、前記光ビームの走査スポットとディスク状又は板状物体の端縁との間の光軸方 Light source emitting a light beam, the first beam deflector for periodically deflecting the emitted light beam in a first direction from a light source, a light beam emitted from the first beam deflector perpendicular to the first direction second beam deflection device for deflecting in a second direction, towards the edge of the disk-shaped or plate-shaped object to be imaged by focusing a light beam emitted from the second beam deflection device to a scanning spot projected to objective lens, the first are arranged in a direction corresponding to the direction having a plurality of light receiving elements, linear § image sensor for receiving reflected light from the disk-shaped object through the second beam deflection device, and, linear a confocal microscope comprising a signal processing circuit for forming a receive video signal an output signal from § image sensor, the optical axis direction between the edge of the scanning spot and the disc-shaped or plate-like object of said light beam の相対距離を変化させる手段とを用いて前記ディスク状又は板状物体の端縁を撮像するに当たり、 Upon imaging the edge of the disc-shaped or plate-like object using the means for changing the relative distance,
    対物レンズの光軸を前記ディスク状又は板状物体の中心面に対して45°又はそれ以下の角度に設定し、端縁をはさんで第1の面の側及び第2の面の側から、走査スポットとディスク状又は板状物体との間の相対距離を変えながら端縁の像をそれぞれ撮像し、走査スポットと端縁との間の相対距離を変えながら撮像する間に得られた輝度値から最大輝度値を求め、得られた最大輝度値を用いて画像信号を作成し、前記信号処理回路において第1及び第2の側から撮像した2つの画像信号を合成してビデオ信号を出力することを特徴とする撮像方法。 Set the optical axis of the objective lens to 45 ° or less angle with respect to the center plane of the disc-shaped or plate-like object, from the side of the side and second side of the first surface across the edge , respectively captures an image of the edge while changing the relative distance between the scanning spot and the disc-shaped or plate-like object, obtained during the imaging while changing the relative distance between the scanning spot and the edge intensity obtains the maximum luminance value from the value, creates an image signal by using the maximum luminance value obtained, the output video signal by combining the two image signals captured from the first and second side in said signal processing circuit imaging method characterized by.
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