JP2007263612A - ウエハ外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥を、自動的に検査することができるウエハ外観検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ウエハに光束を照射する光源と、上記光源からの光が上記ウエハで散乱した散乱光を受け、この受けた散乱光を複数の光に分割する光分割手段と、上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの１つの光を受光し、受光量を検出する光センサと、上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの他の光に基づく上記ウエハの像を撮影するカメラとを有するウエハ外観検査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばφ３００ｍｍウエハの外観検査において、半導体ウエハを自動ハンドリングし、表と裏の両面およびエッジに光を当て、その散乱光を光センサ（光電子倍増管）と、ＣＣＤカメラとによって検出し、ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥等を自動的に検査するウエハ外観検査装置に関する。

ウエハを回転させ、その表面、裏面、端面に強い光を当てると、ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥があれば、そこで、光が散乱する。また、この光っているパーティクル、傷、欠陥等と、照明の角度とを変化させることによって、この散乱光を最大にすることができる。

従来、上記のようにしながら、ウエハを人が目視し、ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥等を検出し、検査する（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０００−１１４３３２号公報

しかし、上記従来例では、ウエハを人が目視するので、検査作業が煩雑であるという問題がある。

本発明は、ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥を、自動的に検査することができるウエハ外観検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、ウエハに光束を照射する光源と、上記光源からの光が上記ウエハで散乱した散乱光を受け、この受けた散乱光を複数の光に分割する光分割手段と、上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの１つの光を受光し、受光量を検出する光センサと、上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの他の光に基づく上記ウエハの像を撮影するカメラとを有するウエハ外観検査装置である。

本発明によれば、ウエハ上のパーティクル、傷、欠陥を、自動的に検査することができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。

図１は、本発明の実施例１であるウエハ外観検査装置１００を示す概念図である。

ウエハ外観検査装置１００は、ウエハの保持・移動装置１０と、光源２０と、第１の偏光フィルタＦ１と、第２の偏光フィルタＦ２と、受光装置３０と、第３の偏光フィルタＦ３と、光学的シールドＳＨとを有する。

ウエハの保持・移動装置１０は、ウエハＷを、把持し、回転し、Ｘ方向、Ｙ方向、θ方向、チルト方向に移動する手段である。

なお、実施例１は、基本的には、ウエハＷを水平の位置に固定して検査する装置であり、ウエハ外観検査装置１００をθ方向、チルト方向に移動する必要はない。しかし、光源１の位置、放射されるビーム（光束）の角度によっては、ウエハＷを傾ける場合があり、この場合に備えて、ウエハ外観検査装置１００がθ方向、チルト方向に移動する機能を有している。

光源２０は、ウエハＷにビーム（光束）を照射する光源である。ウエハＷに照射するビームは、たとえば、直径５ｍｍである。光源２０のウエハＷに対する高さは一定であり、また、光源２０が照射するビームの方向も一定である。

第１の偏光フィルタＦ１は、光源２０とウエハＷとの間に設けられ、Ｐ波のみを通過させるフィルタである。

第２の偏光フィルタＦ２は、第１の偏光フィルタＦ１を通過したＰ波がウエハＷで反射した光とウエハＷによる散乱光とを受け、Ｐ波を吸収するフィルタである。

光学的シールドＳＨは、ウエハの保持・移動装置１０と、光源２０と、第１の偏光フィルタＦ１と、第２の偏光フィルタＦ２と、受光装置３０と、第３の偏光フィルタＦ３とを覆い、これらの外部から光が入ることを阻止する手段である。

図２は、ウエハ外観検査装置１００に使用されている受光装置３０の構成を示す図である。

受光装置３０は、レンズ３１と、センサケース３２と、ハーフミラー３３と、光センサ３４と、ＣＣＤカメラ３５と、固定座３６とを有する。また、ＣＣＤカメラ３５の出力信号を受けるモニタ４０と、ウエハ欠陥位置検出手段５０とが、受光装置３０に接続されている。

レンズ３１は、第２のフィルタＦ２を通過した光の像をＣＣＤカメラ３５の結像面に結像させるものである。

センサケース３２は、ハーフミラー３３と、光センサ３４と、ＣＣＤカメラ３５とを内蔵するケースである。

ハーフミラー３３は、レンズ３１を通過した光を、それぞれの比に分割し、光センサ３４とＣＣＤカメラ３５とに振り分ける。

光センサ３４は、第２の偏光フィルタＦ２を通過し、ハーフミラー３３で分割された光の量を検出するセンサであり、光電子倍増管が使用されている。

ＣＣＤカメラ３５は、第２の偏光フィルタＦ２を通過し、ハーフミラー３３で分割された残りの光に基づくウエハＷの像を撮影するカメラである。

第３の偏光フィルタＦ３は、第１の偏光フィルタＦ１を通過したＰ波のビームがウエハＷで正反射した（鏡面反射した）ビームを吸収する偏光フィルタである。このようにすれば、第３の偏光フィルタＦ３によって、ウエハＷ面の正反射による外乱光をカットし、検査室内の外乱光の影響を除去することができる。

ウエハ欠陥位置検出手段５０は、ウエハの欠陥（結晶が不完全である部分）だけではなく、パーティクル（ゴミ）、傷、曇り、鏡面になっていない部分等、広く欠陥として認識されるものの位置を検出する（特定する）手段である。

また、受光装置３０は、光学的シールドＳＨ内の位置であって、ビームＢＭ３を受ける位置以外の位置に設けられている。

図３は、ウエハ外観検査装置１００に使用されているウエハの保持・移動装置１０を示す斜視図である。

ウエハの保持・移動装置１０は、基台Ｂの上に、Ｙ軸ボールネジＢＮＹと、Ｙ軸ボールネジＢＮＹを駆動するＹ軸駆動モータＭＹと、２つのＹ軸ガイドＧＹとが設けられている。Ｙ軸駆動モータＭＹによって、Ｙ軸ボールネジＢＮＹ上をＹ軸用スライダＳＹが摺動し、このＹ軸用スライダＳＹに第１載置板Ｂ１が固定され、この第１載置板Ｂ１は、２つのＹ軸ガイドＧＹを摺動するものである。

第１載置板Ｂ１には、Ｘ軸ボールネジＢＮＸと、Ｘ軸ボールネジＢＮＸを駆動するＸ軸駆動モータＭＸと、２つのＸ軸ガイドＧＸとが設けられている。Ｘ軸駆動モータＭＸによって、Ｘ軸ボールネジＢＮＸ上をＸ軸用スライダＳＸが摺動し、このＸ軸用スライダＳＸに第２載置板Ｂ２が固定され、この第２載置板Ｂ２は、２つのＸ軸ガイドＧＸを摺動するものである。

第２載置板Ｂ２には、円板６０と、Ｕ字状のアームＡと、アーム回動モータＭＡ と、ベルトＢＴ２とが設けられている。

円板６０は、第２載置板Ｂ２に軸支されている回転可能な円板であり、Ｕ字状のアームＡは、円板６０を介して第２載置板Ｂ２に設けられ、アーム回動モータＭＡ は、鉛直線を中心にアームＡを回動させるモータである。また、円板６０は、ベルトＢＴＡ を介して、アーム回動モータＭＡ によって回転され、アーム回動モータＭＡ による回転力が円板６０に伝達される。

アームＡには、自転板ＳＢを内蔵するリングＲＧと、自転モータＭ１と、表裏反転モータＭ２とが設けられている。

表裏反転モータＭ２は、自転板ＳＢの軸心と直交する直線を中心に自転板ＳＢを回動させるモータである。

つまり、ウエハの保持・移動装置１０は、ウエハＷの自転、Ｘ方向の移動、Ｙ方向の移動のうちの少なくとも１つを実行する装置の例である。

光源２０の位置と、光源２０が出力するビームの方向と、ウエハＷの位置とに応じて、光源２０が出力したビームがウエハＷを照射するビーム照射位置が定まる。

ウエハ欠陥位置検出手段５０は、光源２０がビームをウエハＷに照射した位置であるビーム照射位置と、上記光センサが検出した光量とに基づいて、ウエハＷにおける欠陥位置を判断する。たとえば、欠陥が含まれている直径１μｍの範囲を検出する。

つまり、ウエハ欠陥位置検出手段５０は、光源２０がビームをウエハに照射した位置であるビーム照射位置と、ウエハの保持・移動装置３０が実行したウエハＷの自転量と、Ｘ方向またはＹ方向の移動量と、上記光センサが検出した光量とに基づいて、ウエハＷにおける欠陥位置を判断する手段の例である。

なお、ウエハＷの中心から、トラックを分割し、放射状に分割することによって、ウエハＷの位置を区分けし、ウエハＷをＸ方向またはＹ方向に移動するとともにウエハＷを自転する（ウエハＷの表面を含む平面内で、ウエハＷを回転させること）ことによって、ウエハＷの全エリアについて、パーティクル、傷、欠陥の位置を特定する。

また、光センサ３４が検出した光量とウエハＷの欠陥の大きさとの関係を示すテーブルＴ１を設けるようにしてもよい。この場合、テーブルＴ１に基づいて、ウエハＷの欠陥の程度を判断する欠陥程度判断手段を設ける。

実施例１において、図示しないロボットがウエハＷを、ウエハの保持・移動装置１０にセットし、ウエハの保持・移動装置１０を介して、ウエハＷを回転、反転、Ｙ，Ｙ移動等をさせ、ＣＣＤカメラ（高感度カメラ）３５で自動検査するものである。

なお、外乱の影響を阻止するために、ウエハ外観検査装置１００の全体を光学的にシールドする光学的シールド手段が設けられている。

図４は、ウエハの保持・移動装置１０を簡略化して示す斜視図である。

図４に示すウエハの保持・移動装置１０において、図示しないチャックを介して、自転板ＳＢがウエハＷを挟み、この状態で、自転板ＳＢともにウエハＷを自転させることができ、また、自転板ＳＢを表裏反転させることができる。

なお、実施例１においては、ウエハＷを傾斜させずに、ウエハＷを水平に設置した状態で、ウエハＷの外観を検査する。なお、ウエハＷを傾斜させて、その外観を検査するようにしてもよい。

次に、ウエハ外観検査装置１００における外観検査の動作について説明する。

光源２０から、ウエハＷの表面、裏面、端面に強い光を当て、ウエハＷを回転（自転）させると、ウエハＷ上にパーティクル、傷、欠陥があれば、光がそこで散乱する。この散乱光を、受光装置３０に内蔵されている光センサ３４で受光し、光電子倍増管で増幅し、電圧レベル信号に変換することによって、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を自動的に検査することができる。

具体的には、光源２０が、可視光のビームＢＭ１をウエハＷに向けて照射する。この場合、光源２０とウエハＷとの間に、第１のフィルタＦ１が設けられ、第１のフィルタＦ１を通過したビームＢＭ２は、Ｐ波のみのビームであり、このビームＢＭ２がウエハＷで反射し反射光Ｌ１になる。この反射光Ｌ１は、Ｐ波と、散乱光とが含まれ、この散乱光には、Ｓ波成分が含まれている。そして、この反射光Ｌ１が、第２のフィルタＦ２を介して、受光素子２０に送られる。この場合、第２のフィルタＦ２は、Ｐ波を吸収するので、散乱光中のＳ波成分のみが、受光素子２０に送られる。

なお、ビームＢＭ２のうちで、ウエハＷで正反射されたビームＢＭ３のうちでＰ波成分が、第３の偏光フィルタＦ３で吸収される。したがって、ウエハＷで反射されたビームＢＭ３が天井等で反射し、外乱光になることを阻止することができる。

つまり、ウエハＷ上の広範囲のエリアに、可視光を照射し、偏光フィルタＦ１、Ｆ２によって、反射光と散乱光とを分離し（散乱光のみを抽出し）、パーティクル、傷、欠陥を検出する。したがって、ウエハ外観検査装置１００では、ウエハＷのパーティクル、傷、欠陥を、全自動で、迅速かつ安全に、検査することができる。

上記のようにして検出されたウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を、ＣＣＤカメラ３５が撮影し、この撮影した映像を、モニタ４０に表示し、または、撮影した映像データを、図示しないパソコンに蓄積し、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を解析する。

ウエハ外観検査装置１００は、ウエハＷの表面、裏面、端面にスポット状の光を照射し、ウエハの保持・移動装置１０によって、ウエハＷを回転、移動し、パーティクル、傷、欠陥部位で発生した散乱光を、高感度の受光装置３０で検出し、受光装置３０が出力した電圧レベルの変化に基づいて、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥等を検出し、その位置を特定する。

受光装置３０の前に設けられている偏光フィルタＦ２によってＰ波をカットし、この結果、ウエハＷ面での反射光がカットされるが、傷、欠陥等に当たった光は、表面に微小な凹凸によって偏光面が散乱され、偏光フィルタＦ２でカットされずに、受光装置３０に入り、光センサ３４と、ＣＣＤ高感度受光装置２５によって検出される。

実施例１において、ウエハＷにおけるパーティクル、傷、欠陥等を、自動的に検出することができる。また、ハーフミラー３３によって光を分割し、分割された光に基づいて、光センサ３４が光量を検出し、カメラ３５が、ウエハＷにおけるパーティクル、傷、欠陥等の画像を得るので、パーティクル、傷、欠陥等の視認することができる。

また、実施例１によれば、パーティクル、傷、欠陥以外に、曇り、鏡面になっていない部分をも検出することができる。

実施例１において、ハーフミラー３３の代わりに、プリズム等、光を分割する他の手段を使用するようにしてもよい。

実施例１において、ＣＣＤカメラ３５が設けられていなくてもよい。つまり、ウエハＷにおいてパーティクル、傷、欠陥等があれば、そこで乱反射し、乱反射に応じた光量を、光センサ３４が検出するので、ウエハＷにおけるパーティクル、傷、欠陥等を、自動的に検出することができる。

なお、上記実施例において、Ｐ波とＳ波とを入れ替えて考えるようにしてもよい。

つまり、ウエハ外観検査装置１００は、ウエハＷにビームを照射する光源と、光源とウエハとの間に設けられ、Ｓ波のみを通過させる第１の偏光フィルタと、第１の偏光フィルタを通過したＳ波がウエハで反射した光とウエハによる散乱光とを受け、Ｓ波をカットする第２の偏光フィルタと、上記第２の偏光フィルタＦ２を通過した光の量を検出する光センサとを有するウエハ外観検査装置であってもよい。

また、ウエハ外観検査装置１００は、ウエハに光束を照射する光源と、光源と上記ウエハとの間に設けられ、Ｓ波のみを通過させる第１の偏光フィルタと、第１の偏光フィルタを通過したＳ波が上記ウエハで反射した光と上記ウエハによる散乱光とを受け、Ｓ波をカットする第２の偏光フィルタとと、上記第２の偏光フィルタを通過した光を分割する光分割手段と、上記光分割手段によって分割された複数の光のうちの１つの光を受光し、受光量を検出する光センサと、上記光分割手段によって分割された複数の光のうちの他の光に基づく上記ウエハの像を撮影するカメラとを有するウエハ外観検査装置であってもよい。

図５は、本発明の実施例２であるウエハ外観検査装置２００を示す概念図である。

ウエハ外観検査装置２００は、基本的には、ウエハ外観検査装置１００と同じであるが、ウエハ外観検査装置１００において、第１の偏光フィルタＦ１と、第２の偏光フィルタＦ２と、第３の偏光フィルタＦ３とが削除された実施例である。

つまり、ウエハ外観検査装置２００は、ウエハの保持・移動装置１０と、光源２０と、受光装置３０と、光学的シールドＳＨとを有する。

ウエハ外観検査装置２００は、光源２０で発生したビームＢＭ１が、ウエハＷで反射し、この反射光（ビームＢＭ４）は、光学的シールドＳＨで吸収される。ウエハＷにおけるビームＢＭ１の照射面に傷等が生じていなければ、ウエハＷの反射面で、ビームＢＭ１の全てが反射し、光学的シールドＳＨで吸収されるので、受光装置３０には、光が到達しない。

しかし、ウエハＷにおけるビームＢＭ１の照射面に傷等が生じていれば、ウエハＷの反射面で、ビームＢＭ１が散乱し、この散乱光Ｌ３が、受光装置３０に到達する。そして、受光装置３０に到達した散乱光Ｌ３が２つの光に分割され、その一部が光センサ３４で受光され、光電子倍増管で増幅され、電圧レベル信号に変換することによって、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を自動的に検査することができる。また、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を、ＣＣＤカメラ３５が撮影し、この撮影した映像を、モニタ４０に表示し、または、撮影した映像データを、図示しないパソコンに蓄積し、ウエハＷ上のパーティクル、傷、欠陥を解析する。

なお、受光装置３０は、光学的シールドＳＨ内の位置であって、ビームＢＭ３を受ける位置以外の位置に設けられている。

また、ウエハ外観検査装置２００において、ウエハ外観検査装置１００における偏光フィルタＦ１（Ｓ波を吸収するフィルタ）と偏光フィルタＦ３（Ｐ波を吸収するフィルタ）とを張り合わせたフィルタ等を使用して、ビームＢ４を吸収するようにしてもよい。

本発明の実施例１であるウエハ外観検査装置１００を示す概念図である。 ウエハ外観検査装置１００に使用されている受光装置３０の構成を示す図である。 ウエハ外観検査装置１００に使用されているウエハの保持・移動装置１０を示す斜視図である。 ウエハの保持・移動装置１０を簡略化して示す斜視図である。 本発明の実施例２であるウエハ外観検査装置２００を示す概念図である。

符号の説明

１００、２００…ウエハ外観検査装置、
１０…ウエハの保持・移動装置、
２０…光源、
Ｆ１…第１の偏光フィルタ（Ｓ波を吸収）、
Ｆ２…第２の偏光フィルタ（Ｐ波を吸収）、
Ｆ３…第３の偏光フィルタ（Ｐ波を吸収）、
ＢＭ２…ビーム（Ｐ波のみのビーム）、
ＢＭ３…ビームＢＭ２がウエハＷで反射したビーム、
Ｌ１…反射光（Ｐ波と散乱光）、
３０…受光装置、
３４…光センサ、
３５…ＣＣＤカメラ、
４０…モニタ。

Claims (10)

1. ウエハに光束を照射する光源と；
   上記光源からの光が上記ウエハで散乱した散乱光を受け、この受けた散乱光を複数の光に分割する光分割手段と；
   上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの１つの光を受光し、受光量を検出する光センサと；
   上記光分割手段によって分割された上記複数の光のうちの他の光に基づく上記ウエハの像を撮影するカメラと；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
2. ウエハに光束を照射する光源と；
   上記光源と上記ウエハとの間に設けられ、Ｐ波のみを通過させる第１の偏光フィルタと；
   上記第１の偏光フィルタを通過したＰ波が上記ウエハで反射した光と上記ウエハによる散乱光とを受け、Ｐ波をカットする第２の偏光フィルタと；
   上記第２の偏光フィルタを通過した光の量を検出する光センサと；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
3. ウエハに光束を照射する光源と；
   上記光源と上記ウエハとの間に設けられ、Ｓ波のみを通過させる第１の偏光フィルタと；
   上記第１の偏光フィルタを通過したＳ波が上記ウエハで反射した光と上記ウエハによる散乱光とを受け、Ｓ波をカットする第２の偏光フィルタと；
   上記第２の偏光フィルタを通過した光の量を検出する光センサと；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
4. ウエハに光束を照射する光源と；
   上記光源と上記ウエハとの間に設けられ、Ｓ波のみを通過させる第１の偏光フィルタと；
   上記第１の偏光フィルタを通過したＳ波が上記ウエハで反射した光と上記ウエハによる散乱光とを受け、Ｓ波をカットする第２の偏光フィルタと；
   上記第２の偏光フィルタを通過した光を複数の光に分割する光分割手段と；
   上記光分割手段によって分割された複数の光のうちの１つの光を受光し、受光量を検出する光センサと；
   上記光分割手段によって分割された複数の光のうちの他の光に基づく上記ウエハの像を撮影するカメラと；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、
   上記ウエハの自転、Ｘ方向の移動、Ｙ方向の移動のうちの少なくとも１つを実行するウエハ移動手段と；
   上記光源の位置と、上記光源が出力するビーム方向と、上記ウエハの位置とに基づいて、上記光源が出力したビームが上記ウエハを照射するビーム照射位置を出力するビーム照射位置出力手段と；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
6. 請求項２または請求項３において、
   上記第１の偏光フィルタを通過したＰ波のビームが上記ウエハで正反射したビームを吸収する第３の偏光フィルタを有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
7. 請求項４または請求項５において、
   上記第１の偏光フィルタを通過したＳ波のビームが上記ウエハで正反射したビームを吸収する第３の偏光フィルタを有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
8. 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、
   ビーム照射位置出力手段が出力したビーム照射位置と、上記ウエハ移動手段が実行した上記ウエハの自転量と、Ｘ方向またはＹ方向の移動量と、上記光センサが検出した光量とに基づいて、上記ウエハにおける欠陥位置を判断するウエハ欠陥位置検出手段と；
   を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。
9. 請求項５において、
   上記ウエハの中心から、トラックを分割し、また放射状に分割することによって、上記ウエハの位置を区分けし、上記ウエハをＸ方向またはＹ方向に移動するとともに上記ウエハを回転することによって、上記ウエハの全エリアについて、パーティクル、傷、欠陥の位置を特定することを特徴とするウエハ外観検査装置。
10. 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、
    ウエハ外観検査装置の全体を光学的にシールドする光学的シールド手段を有することを特徴とするウエハ外観検査装置。

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