JP2007303854A - 端部検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平板形状の被検物体の端部の状態を精度よく検査する。
【解決手段】平板形状の被検物体１の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から拡散光を照射する照明手段５と、前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段４と、前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶ガラス基板など平板形状の基板の端部を検査する端部検査装置に関する。

近年、半導体ウエハ上に形成される回路パターンの集積度は、年々高くなっていると共に、生産過程のウエハの表面処理に用いられる物質の種類が増えてきている。これに伴い、生産過程においてウエハ上に形成される膜の境界部分に位置するウエハの端部付近の観察が重要となってきている。この端面付近の欠陥管理が、ウエハからできる回路の歩留まりに影響する。

そのため、たとえば、半導体ウエハなどの平板状の基板の端部周辺を複数の方向から観察して、異物や膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込み、切削痕などがないかを検査することが行われる。

これらの検査を行う検査装置としては、レーザ光等の照射による散乱光での異物検知を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３５１８５０号公報

たとえば、半導体ウエハの端部は、表面に対して傾きをもった面を有しており、従来の検査装置においては、この傾いた面の状態を検査することが困難であるという問題点があった。

本発明は、平板形状の被検物体の端部の状態を精度よく検査できる端部検査装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の端部検査装置は、
平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から拡散光を照射する照明手段と、
前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の端部検査装置は、
平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から指向性の高い照明光を照射する照明手段と、
前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の端部検査装置は、
平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から、拡散光あるいは指向性の高い照明光を照射する照明手段と、
前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
前記照明手段のよる照明光を、前記拡散光と前記指向性の高い照明光とで切り替える制御手段と
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、平板形状の被検物体の端部の状態を精度よく検査できる。

以下、本発明の実施形態の説明をする。
図１は、本発明の実施形態による端部検査装置の構成を示す図である。半導体ウエハ１は、保持テーブル２上に載置され吸着保持される。回転駆動部３は、保持テーブル２を、回転させる。これによって、保持テーブル２に保持された半導体ウエハ１を回転させることができる。

カメラ４は、半導体ウエハ１の上方に設置されており、半導体ウエハ１の外周の端部を上方から撮像することができる。カメラ４は、半導体ウエハ１の端部から半導体ウエハ１の表面に対して垂直方向の位置に設置するのが好ましいが、半導体ウエハ１の端部を撮像できる位置であれば、どこへ設置してもかまわない。なお、カメラ４を半導体ウエハ１の下方に設置して、ウエハ１の裏面の端部を撮像してもよい。

カメラ４は、落射照明機能を有しており、撮像範囲の少なくとも一部分に対して落射照明を行って撮像することができる。また、カメラ４の落射照明のための光学系はテレセントリック光学系である。

照明装置５は、半導体ウエハ１の端部に対して、横方向から照明するための装置である。拡散光による照明または指向性の高い照明光による照明を行う。照明装置による照明光は、半導体ウエハ１の表面あるいは裏面の上方、下方以外の方向から照明される。本実施形態では、半導体ウエハ１の表面（あるいは裏面）と同一面の外周より外側方向から照明が行えるように照明装置５を設置する。照明装置５は、制御装置７による制御により、照明装置５のよる照明を、拡散光による照明、指向性の高い照明光による照明のいずれかに切り替えることができる。また、照明装置５は、拡散光による照明または指向性の高い照明光による照明のどちらの照明を行う場合も、光源を切り替えることができる。光源を、たとえばハロゲンランプとＬＥＤとで切り替えることにより、照明光の波長を変えることができる。照明光の波長を変えることにより、照明光の色が変わり、結果として、ホワイトバランスを調整することができる。

水平駆動部６は、保持テーブル２、回転駆動部３を水平方向に移動させる。ここで、水平方向とは、図中の保持テーブル２の半導体ウエハ１を載置する面と平行な方向であり、かつ図中の左右方向である。このような水平方向の駆動は、半導体ウエハ１を保持テーブル２に載置した際に、半導体ウエハ１の中心と保持テーブル２の回転中心が一致しないことによる、いわゆる偏芯状態を補正するために行う。

制御装置７は、回転駆動部３、カメラ４、照明装置５、水平駆動部６の動作の制御を行い、カメラ４からの画像に基づいて、半導体ウエハ１の端部の欠陥検出を行う。
次に、カメラ４により半導体ウエハ１の端部の画像を取得する構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。図２において、照明装置５ａは、光源の前方に拡散板を設けることにより、拡散光を半導体ウエハ１の端部に照射する。

半導体ウエハ１の端部には、図２に記号Ａで示す上面の領域と記号Ｂで示す上面に対して傾斜した領域がある。領域Ａに対しては、カメラ４のテレセントリック光学系により落射照明を行い、カメラ４により、その落射照明に基づいた領域Ａの明視野像を撮像する。そして、領域Ｂに対しては、照明装置５による照明を拡散光による照明に切り替え、拡散光照明によりカメラ４により明視野像を撮像する。なお、図中では、照明装置５を拡散光照明で使われる場合は、照明装置に符号５ａを付し、指向性の高い照明光による照明で使われる場合は、照明装置に符号５ｂを付すこととする。このようにして、カメラ４により、領域Ａ、領域Ｂの両方の明視野像を同時に撮像することができる。

カメラ４による撮像を行う前に、制御装置７は、カメラ４に入力されている像により、領域Ａの輝度と領域Ｂの輝度とが、カメラ４で撮像可能な範囲の輝度となるように、カメラ４による落射照明の強度と照明装置５の照明光の強度を調整する制御を行う。また、制御装置７は、照明装置５の光源を切り替えることにより、カメラ４に入力されている像のホワイトバランスを調整する制御を行う。

図３は、撮像した画像による欠陥検出のしかたを説明するための図である。図３（ａ）の半導体ウエハ１の上面のＣで示される領域が、カメラ４による撮像範囲である。図３（ｂ）は、領域Ｃの画像を良品ウエハで予め撮像した画像である。図３（ｃ）は、検査対象である半導体ウエハ１の領域Ｃの画像である。図３（ｂ）の良品ウエハの画像は、予め制御部７に記憶されており、制御部７は、カメラ４によって撮像された検査対象の半導体ウエハ１の画像である図３（ｃ）の画像と比較する。この比較は、図３（ｃ）の画像の各画素値から図３（ｄ）の画像の対応する各画素値を減ずることにより、図３（ｄ）の画像を得ることにより行う。図３（ｄ）の画像は欠陥を示す欠陥画像である。欠陥がなければ、図３（ｄ）の画像は、全面的に白い画像となるはずであるが、図３（ｄ）のように黒くなっている部分が欠陥である。

図４は、検出された欠陥の位置を特定するための座標系について説明するための図である。図４は、カメラ４による撮像範囲内で撮像した画像を示しているが、画像の中のある点を原点として座標系を定義することを考える。図４においては、画像の左上の点を原点Ｏととして、横方向をＸ軸、下方向をＹ軸として定義している。原点からのある位置までの画素数により、Ｘ値、Ｙ値を求め、画像内での位置を特定することができる。さらに、半導体ウエハ１内での位置を特定するためにθ値を用いる。図３（ａ）矢印Ｆで示すように、半導体ウエハ１は回転させることができる。制御部７は、半導体ウエハ１を回転させる制御を行い、カメラ４による各回転角度位置で撮像を行う制御をすることにより、半導体ウエハ１の全周における端部の画像を得ることができる。回転角度位置は、ある基準位置からの回転角度によって特定することができる。基準位置は、周知の技術により、半導体ウエハ１の端部に設けられたノッチやオリエンテーションフラットを検出することにより決めることができる。したがって、半導体ウエハの端部位置は、基準位置からの回転角度θと、その回転角度θの位置における撮像画像内の位置Ｘ値、Ｙ値による座標値（θ，Ｘ，Ｙ）によって特定することができる。図４においては、欠陥である黒点の位置を座標値（θ，Ｘ，Ｙ）によって示している。

図５は、半導体ウエハ１を保持テーブル２に載置した際に、半導体ウエハ１の中心と保持テーブル２の回転中心が一致しないことによる偏芯状態の補正について説明するための図である。半導体ウエハ１を保持テーブル載置する際に、、半導体ウエハ１の中心と保持テーブル２の回転中心とは一致させることは困難である。したがって、保持テーブル２を回転させて、複数の回転位置で順次カメラ４により半導体ウエハ１の端部を撮像していくと、撮像された画像内の端部の位置は、回転位置によってずれることになる。図５に示すように、カメラ４で撮像される画像内の半導体ウエハ１の最端部の領域Ｂの位置は、回転位置によって、画像内上方の破線で示した位置から、下方の破線で示した位置まで変化する。このような偏芯量は、周知の技術によって求めることができ、半導体ウエハ１を１回転させながら端部の位置を検出することにより求めることができる。

本実施形態では、予め各回転角度位置における偏芯量を求めることにより、画像撮像時に補正を行う。すべての回転角度位置における撮像時に、画像内での領域Ｂの位置が、図５の実線で示す位置となるように、制御部７が水平駆動部６を制御することにより、保持テーブル２を水平方向に移動させる。

図５のような、半導体ウエハ１の端部の画像の外周の円弧の一部は、直線として近似できるので、半導体ウエハ１の外周に対して法線方向となる座標（図４で示したＹ方向）の位置を補正（保持テーブル２の水平方向移動）をした後に撮像すれば、偏芯の補正をしながら各回転位置での画像が得られる。

以上のようにして、各回転角度位置で撮像された画像により、半導体ウエハ１の端部の欠陥検出を行う。欠陥検出は、図３で説明したが、さらに詳しく説明を行う。前述したように、欠陥の検出は、図３（ａ）で示した撮像された画像を、図３（ｂ）で示した予め撮像された良品ウエハの画像と比較することにより行う。

検査時に撮像する回転角度位置は、予め設定することができる。半導体ウエハ１の全外周すべての端部を撮像できるように撮像する回転角度位置の数を設定することもできるし、所定の検査位置を設定することもできる。良品ウエハの画像は、検査時に撮像する回転角度位置と同じ位置での画像を予め撮像して、制御部７に記憶保持しておく。そして、各回転角度位置で撮像された画像（図３（ｂ））と、それに対応する良品ウエハの画像（撮像された画像と同じ回転角度位置での良品ウエハの画像）とを比較することにより欠陥検出を行う。この動作を各回転角度位置での画像ごとに行う。

また、良品ウエハの画像は、必ずしも、検査時の撮像する各回転角度位置すべてに対応したものを予め保持する必要はない。良品ウエハの端部画像が回転角度位置によって大きな違いがないのであれば、良品ウエハのある一部の位置での画像を保持し、その画像と、各回転角度位置で撮像された画像とを比較することにより、欠陥検出は可能である。

また、良品ウエハの画像がなくても、次のようにして欠陥検出は可能である。本実施形態では、半導体ウエハ１を回転させることにより、複数の回転角度位置での端部の画像を得ている。そこで、ある角度位置での画像と他の角度位置での画像を比較することにより、欠陥検出を行うことができる。これは、欠陥が含まれている画像は、他の画像との差が大きいからである。例えば、ある回転角度位置での画像の欠陥検出をする場合、その隣の回転角度位置での画像との比較をすればよい。隣り合う部分は、正常であれば大きな差はないはずであるから、画像にある程度大きい差がある場合は、欠陥が存在すると判断する。もちろん、隣の回転角度位置ではない位置の画像と比較しても欠陥検出は可能である。

このように、良品ウエハの画像がなくても、検査対象の半導体ウエハの他の位置の端部の画像と比較することにより、欠陥検出を行うことができる。
図６は、本発明の第２の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。図６において、照明装置５による照明は、制御装置７によって、光ファイバによるライン照明に切り替えられており、指向性の高い照明が行なわれる。図中では、照明装置は、指向性の高い照明が行われている場合は、符号５ｂを付す。本実施形態においても、図２の場合と同様に、半導体ウエハ１の領域Ａの部分に対しては、カメラ４のテレセントリック光学系により落射照明を行い、カメラ４により、その落射照明に基づいた領域Ａの明視野像を撮像する。そして、領域Ｂに対しては、照明装置５ｂからのライン照明により、カメラ４により暗視野像を撮像する。このようにして、カメラ４により、領域Ａの明視野像、領域Ｂの暗視野像を同時に撮像することができる。

図２の第１の実施形態と異なるのは、領域Ｂの暗視野像を撮像していることである。半導体ウエハ１の端部の傷や付着したゴミ等の異物の有無の検査においては、暗視野像の方が検出がしやすい。

図７は、本発明の第３の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。本実施形態では、図６の第２の実施形態と同様に照明装置５ｂからライン照明光を照射する。しかしながら、カメラ４からの落射照明は行わない。すなわち、本実施形態では、制御装置７による制御により、カメラ４からの落射照明をやめ、照明装置５による照明をライン照明に切り替え、ライン照明のみにより、カメラ４により領域Ａと領域Ｂの暗視野像を撮像する。

前述のように、半導体ウエハ１の端部の傷や付着したゴミ等の異物の有無の検査においては暗視野像の方が検出がしやすいのであるが、本実施形態では、領域Ａ、領域Ｂの両方に対して、その効果が得られる。

図８は、本発明の第４の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。本実施形態では、図２の第１の実施形態と同様に、照明装置５ａからは拡散光による照明を行う。しかしながら、第３の実施形態と同様にカメラ４からの落射照明は行わない。すなわち、本実施形態では、照明装置５からの拡散光照明により、カメラ４により領域Ｂの明視野像を撮像する。

以上のように、実施形態に応じて、制御装置７により、照明装置５による照明を、拡散光による照明あるいは指向性の高い照明光による照明に切り替える。さらに、制御装置７により、カメラ４による落射照明を行うか行わないかを切り替える。このように照明方式を切り替えることにより、暗視野像での撮像により、ゴミなどの凹凸型の欠陥を検出しやすくする場合や、明視野像での撮像により、欠陥の状態、色合いを観測することが可能である。このように、検査したい欠陥を検出しやすくするような照明方式に切り替えながら検査を行うことができるので、最適な照明で検査を行うことができる。

図９は、本実施形態の端部検査装置を用いた欠陥検査の他の例を説明するための図である。半導体ウエハ１の表面端部には、表面に塗布されたレジスト膜の境界部分が存在する。この境界部分は、領域Ａの部分に存在する。図９は、境界部分が撮像された画像を示している。この画像による欠陥検出は、図３で説明したように、良品ウエハの画像と比較することにより行うことができる。その場合、膜の境界部分が正常か否かは、以下のような処理を行って判断することができる。

図９に示す画像において、膜の境界部分から端部の最外周までの半径方向の距離を各位置で求める。半径方向とは、実際には図の上下方向とほぼ等しいから、上下方向の距離を求めればよい。そして、距離の最大値（図９中の矢印Maxで示した距離）と最小値（図９中の矢印Minで示した距離）を求める。良品ウエハでも同様にして最大値と最小値を求め許容範囲を決定し、それらの値を比較し、撮像された画像での値が許容範囲に入っているか否かによって、良否の判定を行う。

このような画像による良否判定は、カラー画像で行うことが好ましい。カラー画像より、Ｒ（赤色）成分、Ｇ（緑色）成分、Ｂ（青色）成分による画像の他、ＲＧＢの値からＨ（色相）、Ｓ（彩度），Ｉ（明度）成分を求め、これらの値により良否判定を行ってもよい。

上記実施形態では、図５で説明したように、半導体ウエハ１が保持テーブル２に載置された状態での偏芯の補正は、水平駆動部６を駆動することにより半導体ウエハ１を移動させることにより行った。この補正は、カメラ４と半導体ウエハ１の端部との相対位置関係を補正すればよいわけであるから、カメラ４を水平方向に移動させることによって補正を行ってもよい。

また、カメラ４と半導体ウエハ１の端部との物理的な相対位置関係は変えずに（すなわち、半導体ウエハ１もカメラ４も水平方向に移動させないで）、カメラ４で撮像した画像を処理することによって偏芯の補正を行ってもよい。図５に示すような破線部分の領域が画像処理をすることによって実線部分に来るようにすればよい。この場合、上下方向位置のずれを画像処理により補正するわけであるが、補正された画像は上下のいずれかの部分の画像情報が欠けることになる。

なお、照明装置５で用いる光源は、分光特性を可視領域に持つ光源としてもよいが、分光特性を赤外領域に持つ光源を用いてもよい。また、分光特性を紫外領域に持つ光源を用いてもよい。

また、本実施形態では、カメラ４を半導体ウエハ１の上方に設置して、半導体ウエハ１の表面端部を検査することとしたが、カメラ４を半導体ウエハ１の下方に設置して、半導体ウエハ１の裏面端部を検査する装置としてもよいし、上方、下方両方にカメラを設置し、表面、裏面両方の端部を検査する装置としてもよい。

本発明の実施形態による端部検査装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。 撮像した画像による欠陥検出のしかたを説明するための図である。 検出された欠陥の位置を特定するための座標系について説明するための図である。 半導体ウエハ１を保持テーブル２に載置した際に、半導体ウエハ１の中心と保持テーブル２の回転中心が一致しないことによる偏芯状態の補正について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態による端部検査装置のカメラ４による半導体ウエハ１の端部の撮像を説明するための図である。 本実施形態の端部検査装置を用いた欠陥検査の他の例を説明するための図である。

符号の説明

１：半導体ウエハ、２：保持テーブル、３：回転駆動部、４：カメラ、５：照明装置、６：水平駆動部、７：制御部。

Claims (9)

1. 平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から拡散光を照射する照明手段と、
   前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
   を備えたことを特徴とする端部検査装置。
2. 平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から指向性の高い照明光を照射する照明手段と、
   前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
   を備えたことを特徴とする端部検査装置。
3. 平板形状の被検物体の端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面の上方あるいは下方以外の位置から、拡散光あるいは指向性の高い照明光を照射する照明手段と、
   前記端部を前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により得られた像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に対して傾斜した部分の状態を検査する検査手段と
   前記照明手段のよる照明光を、前記拡散光と前記指向性の高い照明光とで切り替える制御手段と
   を備えたことを特徴とする端部検査装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の端部検査装置において、
   前記端部に対して、前記被検物体の表面あるいは裏面と平行な面に対して垂直方向位置から落射照明を行う落射照明手段を有し、
   前記検査手段は、前記撮像手段により得られた、前記落射照明手段によって照明された部分の像により、前記端部の前記表面あるいは裏面に平行な面の部分の状態を検査することを特徴とする端部検査装置。
5. 請求項４に記載の端部検査装置において、
   前記撮像手段によって撮像される、前記照明手段によって照明された前記傾斜した部分の像と前記落射照明手段によって照明された前記平行な面の像の明るさが、前記撮像手段の感度の範囲内になるように調整する調整手段を有することを特徴とする端部検査装置。
6. 請求項４に記載の端部検査装置において、
   前記調整手段は、前記照明手段と前記落射照明手段による照明光を調整することにより前記撮像手段により撮像されるそれぞれの像の状態を調整することを特徴とする端部検査装置。
7. 請求項４に記載の端部検査装置において、
   前記照明手段と前記落射照明手段の光源を、分光特性を赤外領域に持つ光源とすることを特徴とする端面検査装置。
8. 請求項４に記載の端部検査装置において、
   前記照明手段と前記落射照明手段の光源を、分光特性を紫外領域に持つ光源とすることを特徴とする端面検査装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の端部検査装置において、
   前記平板形状の被検物体を回転させる回転手段を有し、
   前記撮像手段は、前記被検物体の端部の複数位置を撮像することを特徴とする端部検査装置。