JP2006351669A

JP2006351669A - 赤外検査装置および赤外検査方法ならびに半導体ウェハの製造方法

Info

Publication number: JP2006351669A
Application number: JP2005173423A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Matsumoto; 紀久松本; Shigeru Matsuno; 繁松野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-06-14
Filing date: 2005-06-14
Publication date: 2006-12-28
Also published as: NO20062660L; US20060278831A1; DE102006026710A1

Abstract

【課題】赤外線を照射して、その透過光を観測することによって被検体の異常部分を検出する場合において、特に被検体の端部において適切に微少な異常部分を検出できる赤外検査装置を提供する。
【解決手段】赤外検査装置は、被検体に赤外線を照射する赤外光源と、前記被検体を透過した赤外線を集光する赤外線レンズと、前記赤外線レンズにより集光された赤外線を受光して電気信号に変換して出力する赤外線カメラと、前記赤外線カメラから出力する電気信号を入力して画像信号に変換し、前記画像信号に基づいて画像を表示するモニタと、前記赤外光源と前記被検体の外周部との光路上、又は、前記被検体の外周部と前記赤外線レンズとの光路上のうち少なくとも一方の光路上に設けられ、前記赤外光源からの赤外線が前記被検体を透過することなく前記赤外線レンズに達することを妨げる赤外線漏洩防止部材とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体に赤外線を照射して、被検体を透過した赤外線を観測して被検体を検査する赤外線検査装置に関し、特に、被検体として半導体ウェハを用いた半導体ウェハの赤外検査装置に関する。

従来、赤外線を被検体である半導体ウェハに照射して、半導体ウェハを透過又は反射した赤外線を観測して半導体ウェハの微少クラックを検出する半導体ウェハ検査装置が開発されている。特許文献１は、そのような半導体ウェハ検査装置の一つを開示している。特許文献１の半導体ウェハ検査装置では、適宜作成された赤外散乱光を、まず被検体である半導体シリコンウェハに入射する。シリコンウェハはシリコンの単結晶であり赤外散乱光を一様に反射するため、反射光を基に形成されるモニタ上の赤外線画像は、通常、一様な画像になる。ところが、半導体シリコンウェハにおけるクラックの部分はシリコン単結晶部分とは異なって赤外散乱光を反射するため、同クラック部分は反射光を基に形成される赤外線画像において影として出現する。そこで、この影の画像をモニタ上で観察することによって半導体シリコンウェハの微少なクラックを発見できる。

また、特許文献２は、基板の欠陥を検出する装置および方法を開示する。同装置および方法は、リング状に配置した赤外光源により被測定物に均一な赤外光が照射されるようにし、その中心部分で被測定物からの反射光を検出するものである。特許文献３に開示される赤外検査装置は、赤外線を利用した半導体ウェハ等の欠陥を検出する検査装置である。この赤外検査装置では、被検体を透過することなく赤外光源から直接入射する赤外線を抑制することについては考慮されていない。特許文献４は、シリコンウェハの品質評価方法および再生方法を開示し、該方法は、赤外吸収スペクトルによりシリコンウェハを分析し吸光度の比に基づいて品質評価するものである。この品質評価方法では、シリコンウェハを透過することなく赤外光源から直接入射する赤外線を抑制することについては考慮されていない。特許文献５は被測定物に電流を流しながら赤外線カメラを用いて欠陥検査を行う装置を開示し、該装置は、被測定物に電流を流すことで欠陥部にヒートスポットを生じさせて、この部分での赤外線の輝点をモニタすることで欠陥部分を検出する。特許文献５では、光源が発する熱が被検体に及ぼす悪影響を回避する実施例が示されているが、被検体に直接照射される赤外線量を積極的に削減する方法に関するものではない。

特開平６−３０８０４２号公報特開２０００−６５７６０号公報特開平８−２２０００８号公報特開２００２−２６０９６号公報特開平８−３０４２９８号公報

上記従来技術のうち、被検体に対して赤外線を照射して、被検体を透過した赤外線を観測することによって、被検体の端部で異常部分（クラック部分）の検査を行おうとする場合、赤外線画像のコントラスト比が得られず観測を行えない場合がある。これは、被検体を透過した赤外線より被検体の端部外より漏れてくる赤外線の強度が強いために、この漏れてくる赤外線がダイレクトに赤外線カメラに入射するために起こる現象である。

本発明の目的は、赤外線を照射して、その透過光を観測することによって被検体の異常部分を検出する場合において、特に被検体の端部において適切に微少な異常部分を検出できる赤外検査装置を提供することである。

本発明に係る赤外検査装置は、被検体に赤外線を照射する赤外光源と、
前記被検体を透過した赤外線を集光する赤外線レンズと、
前記赤外線レンズにより集光された赤外線を受光して電気信号に変換して出力する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラから出力する電気信号を入力して画像信号に変換し、前記画像信号に基づいて画像を表示するモニタと、
前記赤外光源と前記被検体の外周部との光路上、又は、前記被検体の外周部と前記赤外線レンズとの光路上のうち少なくとも一方の光路上に設けられ、前記赤外光源からの赤外線が前記被検体を透過することなく前記赤外線レンズに達することを妨げる赤外線漏洩防止部材と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る赤外検査装置を利用することにより、被検体の端部の正常部分と異常部分を適切かつ明確に把握できる。

以下、図面を参照して本発明に係る好適な実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明に係る赤外検査装置の一つの例示として半導体ウェハの検査を行う半導体ウェハ検査装置を取りあげる。もちろん、本発明に係る赤外検査装置は、半導体ウェハ以外の対象物の検査も行うことができる。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。

（実施の形態1）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハ検査装置１の構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る半導体ウェハ検査装置１は、例えば多結晶シリコン基板などを被検体２とすることができる。被検体２は微動台４によって支持されると共に、その水平位置および垂直位置が決定される。赤外光源６は、被検体２に赤外線を照射する光源であり、例えば赤外線を照射可能なハロゲンランプが利用される。後述のモニタ１２上の画像を鮮明にするため赤外光源６の先には可視光線をカットできるフィルタを設けてもよい。赤外線レンズ８を備える赤外線カメラ１０は、被検体２からの赤外線を集光し該赤外線を光電変換して電気信号に変え、赤外線カメラ１０に接続するモニタ１２にその電気信号を送信する。モニタ１２は、赤外線カメラ１０からの電気信号を受け赤外線カメラ１０が撮像した画像を表示する。被検体２に接触して設置されるガイド１８は、被検体２の外周部全周に渡って接触させて設けている。このガイド１８によって、被検体２の下部に設置された赤外光源６からの赤外線が被検体２の端部外より漏れて赤外線レンズに達することを防止することができる。このガイド１８は、被検体２と接触するため被検体２が割れたり、傷つかないように柔らかい材料からなることが望ましい。具体的には、ガイド１８は、被検体２より柔らかいことが好ましい。また、このガイド１８は、使用する赤外線の波長０．８〜２μmを透過しない素材からなることが望ましい。ここでは、ガイド１８として、上記のような条件を満足する、カーボンをスポンジに練り込んだ導電性のスポンジを用いた。

次に、上記半導体ウェハ検査装置１の全体動作を説明する。
赤外光源６から出射された赤外線１４は、被検体２の一方の主面から照射される。被検体２は微動台４に支持されており、微動台４を適宜操作することにより、赤外光源６および赤外線カメラ１０に対して被検体２を適切な位置に保持することができる。赤外線カメラ１０に備える赤外線レンズ８は、赤外線カメラ１０付属の操作手段により赤外線カメラ１０に対する相対的距離を設定される。したがって、赤外光源６と赤外線１０とを結ぶ線上を被検体２と赤外線レンズ８とを適宜平行移動させることにより、赤外線カメラ１０のピントを被検体２に合わせることができる。赤外光源６から出射された赤外線１４は被検体２を透過する。以下では、被検体２を透過した後の赤外線を「透過後の赤外線１６」という。透過後の赤外線１６は、赤外線レンズ８によって赤外線カメラ１０内部の受光素子上に被検体２の像を結ぶ。赤外線カメラ１０は、この被検体２の像を光電変換し、さらに増幅などの信号処理を行い規定のビデオ信号に変換して赤外線カメラ１０に接続するモニタ１２に送信する。モニタ１２はこのビデオ信号を入力し画像に変換して表示する。

次に、ガイド１８の役割およびその動作を説明する。
被検体２が多結晶シリコン基板である場合、その内部には微少なクラック（異常部分）が存在していることがある。半導体ウェハ検査装置１は、異常部分とその他の部分との赤外線の透過状態の差異を利用して異常の特定を行う。異常部分とその他の部分との赤外線の透過状態の差異とは、次のようなことである。まず、多結晶シリコン基板は、概ね０．８〜２μmの赤外線を透過する。ここで、基板は多結晶性から、結晶の面方位によって透過率に多少の違いは生じ得るが、シリコン基板は一定量の赤外線を透過する。したがって、シリコン基板の赤外線画像は一様な画像となる。一方、シリコン基板にクラックなどの異常部分が含まれているときには、その異常部分では赤外線の透過状態が多結晶シリコン基板部分とは異なるために、異常部分と多結晶シリコン部分とで赤外線の透過状態に差異が生じる。この差異が赤外線カメラ１０で影として捕らえられる。半導体ウェハ検査装置１は、赤外線画像において正常な透過部分と影の部分とのコントラスト比により異常部分の位置を特定している。しかし、赤外線レンズ８に直接赤外線１４と被検体２を透過した赤外線１６が入射すると、透過後の赤外線１６よりも赤外光源６から直接入射する赤外線１４の強度が強いために、透過した赤外線１６を十分に識別することができなくなる。このため、画像全体が明るく異常部分の識別が出来ない。そこで、この赤外検査装置１では、赤外線漏洩部材としてガイド１８を被検体２の端部の全外周部に渡って密着させて設けている。これによって、赤外光源６から赤外線レンズ８に直接入射する赤外線１４を抑止することができ、被検体２の端部外からの赤外線漏れを防止することができる。その結果、透過した赤外線１６で異常部分とその他の部分でのコントラスト比を十分に得ることが出来るので、異常部分の位置を特定することができるようになる。

このガイド１８は、可動式にし、被検体２を微動台４に設置した後に、ガイド１８を移動し被検体２のサイズに合わせて端部に密着させるように設置される。このとき、被検体２にガイド１８を突き当てることで新たなクラック等を被検体２に生じさせないように注意する必要がある。

なお、実施の形態１に係る半導体ウェハ検査装置１では、検査者がモニタ１２を目視して検査を行うことを前提としている。ここで、赤外線カメラ１０の出力するビデオ信号を解析するための適切なコンピュータプログラムを作成し、赤外線カメラ１０またはモニタ１２を適切なコンピュータに接続し、該コンピュータのメモリ部に上記コンピュータプログラムを搭載し、該コンピュータによりビデオ信号を解析して、シリコン基板の異常部分の解析を自動的に行うようにしてもよい。

また、ガイド１８は、被検体２の外周部の一部分のみに接触するように設置してもよい。

さらに、赤外線レンズ８および赤外線カメラ１０を可視光線も集光し電気信号に変換して出力するものとした上で（すなわち、赤外線レンズ８および赤外線カメラ１０として、可視光による像も撮像できる機能を有するものを用いて）、可視光による撮像と、可視光をカットした赤外線による撮像とを同時に行って、モニタ１２において両方の撮像による像を比較表示して異常の位置を精度良く特定してもよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハ検査装置１ａの構成を示すブロック図である。この半導体ウェハ検査装置１ａは、実施の形態１に係る半導体ウェハ検査装置１と比較すると、赤外線漏洩防止部材として、半導体ウェハの外周部に設けたガイドに代えて赤外光源と半導体ウェハの外周部との間の光路上にスリット２０を設けている点で相違する。なお、実質的に同一の部位には同一の符号を付しており、その説明を省略する。

図２に示すように、実施の形態２では被検体２の端部を観測する際に赤外光源からの赤外線１４はスリット２０を通して照射される。スリット２０の存在により赤外線１４の照射方向が抑制されるために、赤外光源６からの赤外線１４が赤外線レンズ８に直接入射されることはなくなる。

図３は、スリット２０による赤外線１４の抑制角度と被検体２、スリット２０との位置関係を示す拡大概略図である。赤外光源６から赤外線１４が直接に赤外線レンズ８に達することを抑制するためのスリット２０の片端は必ず被検体２の端部より内側（スリット位置２４）に位置していることが必要である。さらに、スリット２０と被検体２とのなす角（スリット角２２）が被検体２の水平面よりも下側に位置していることが最も重要となる。以上のパラメータは被検体２と赤外光源６の位置、スリット２０の開口幅等により最適値を設定する必要があるが、ここではスリット２０の開口幅を１０ｍｍ、スリット位置２４を基板端より５mm、スリット角２２を３０度とした。これにより、赤外光源６から赤外線１４が被検体２を透過しないで赤外線レンズ８に直接入射することがなくなるので、透過後の赤外線１６により異常部分とその他の部分でのコントラスト比を十分に得ることができ、異常部分の位置を特定することができる。

なお、図２において図示していないが、実施の形態２に関する半導体検査装置１でもガイド１８をさらに追加設置して、このガイド１８が被検体２に接触するように設けてもよい。

（実施の形態３）
半導体ウェハの製造方法において、実施の形態１に示したような半導体ウェハの検査装置を用いた場合の実施例を示す。

実施の形態１に示したような検査装置および検査方法を用いることで、半導体ウェハ内にクラック等の異常部分を有するものと、そうでないものを判別することができる。

このようなクラック等の異常部分を有する半導体ウェハを半導体ウェハ製造装置内に投入すると製造工程時の搬送や熱処理等によりクラック部分が拡大し、基板が割れて複数個に分割されることがある。このような基板割れが発生すると装置異常の発生の原因となり、製造装置の故障、割れ基板を取り除くまでの間の製造装置の強制停止などによって、製造が行えなくなるという問題が発生する。これが原因となって、製造歩留まりが低下し製造ライン全体に悪影響を及ぼす。

したがって、例えば半導体ウェハの製造工程の初期段階において、実施の形態1に示したような検査装置および検査方法を用いて、半導体ウェハ内にクラック等の異常部分を有する半導体ウェハを検出した場合には、これらの基板を除外し、後工程を行わないことで製造工程全般に対して、製造装置の停止等の悪影響を防止することができる。

また、製造工程の各段階において、複数回のクラック検査を実施して製造装置内における基板割れにより発生すると装置トラブルをさらに防止しても構わない。

本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハ検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハ検査装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハ検査装置のスリットと被検体との位置関係を示す概略図である。

符号の説明

１、１ａ半導体ウェハ検査装置、２被検体、４微動台、６赤外光源、８赤外線レンズ、１０赤外線カメラ、１２モニタ、１４、１６、２６赤外線、１８ガイド、２０スリット、２２角度、２４被検体端部からのスリット位置

Claims

被検体に赤外線を照射する赤外光源と、
前記被検体を透過した赤外線を集光する赤外線レンズと、
前記赤外線レンズにより集光された赤外線を受光して電気信号に変換して出力する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラから出力する電気信号を入力して画像信号に変換し、前記画像信号に基づいて画像を表示するモニタと、
前記赤外光源と前記被検体の外周部との光路上、又は、前記被検体の外周部と前記赤外線レンズとの光路上のうち少なくとも一方の光路上に設けられ、前記赤外光源からの赤外線が前記被検体を透過することなく前記赤外線レンズに達することを妨げる赤外線漏洩防止部材と
を備えることを特徴とする赤外検査装置。
前記赤外線漏洩防止部材は、前記被検体の外周部に接触して設けられたガイドからなることを特徴とする請求項１に記載の赤外検査装置。
前記赤外線漏洩防止部材は、前記赤外光源と前記被検体の外周部との間の光路上に設けられたスリットからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外検査装置。
前記赤外線漏洩防止部材は、赤外線を透過しない材料からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の赤外検査装置。
前記赤外線漏洩防止部材は、前記被検体より柔らかいことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の赤外検査装置。
被検体に赤外線を照射する赤外光源と、
前記被検体を透過した赤外線を集光する赤外線レンズと、
前記赤外線レンズにより集光された赤外線を受光して電気信号に変換して出力する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラから出力する電気信号を入力して画像信号に変換し、前記画像信号に基づいて画像を表示するモニタと、
前記赤外光源と前記被検体の外周部との光路上、又は、前記被検体の外周部と前記赤外線レンズとの光路上のうち少なくとも一方の光路上に設けられ、前記赤外光源からの赤外線が前記被検体を透過することなく前記赤外線レンズに達することを妨げる赤外線漏洩防止部材とを備えた赤外検査装置を用いた赤外検査方法であって、
前記赤外光源から前記被検体に赤外線を照射し、
前記被検体を透過した赤外線を前記赤外線レンズによって集光し、
前記集光された赤外線を前記赤外線カメラで受光して電気信号に変換し、
前記変換された電気信号に基づいて前記モニタに画像を表示し、
前記画像に基づいて前記被検体の異常部分と正常部分とを判別することを特徴とする赤外検査方法。
半導体ウェハの製造方法において、
前記半導体ウェハに赤外線を照射する赤外光源と、
前記半導体ウェハを透過した赤外線を集光する赤外線レンズと、
前記赤外線レンズにより集光された赤外線を受光して電気信号に変換して出力する赤外線カメラと、
前記赤外線カメラから出力する電気信号を入力して画像信号に変換し、前記画像信号に基づいて画像を表示するモニタと、
前記赤外光源と前記半導体ウェハの外周部との光路上、又は、前記半導体ウェハの外周部と前記赤外線レンズとの光路上のうち少なくとも一方の光路上に設けられ、前記赤外光源からの赤外線が前記半導体ウェハを透過することなく前記赤外線レンズに達することを妨げる赤外線漏洩防止部材とを備えた赤外検査装置を用いて、
前記赤外光源から前記半導体ウェハに赤外線を照射し、
前記半導体ウェハを透過した赤外線を前記赤外線レンズによって集光し、
前記集光された赤外線を前記赤外線カメラで受光して電気信号に変換し、
前記変換された電気信号に基づいて前記モニタに画像を表示し、
前記画像に基づいて前記半導体ウェハの異常部分と正常部分とを判別することにより半導体ウェハ製造装置内において半導体ウェハの割れによる装置異常の発生を抑制することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。