JP2008014697A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、装置が大掛かりにならず、エッジ部分の詳細な観察が出来る上に、エッジ部分に生じた微細な欠陥の発見が容易な表面検査装置を提供すること。
【解決手段】被検物体（半導体ウエハ１０）のエッジ部分１１に光を照射して該エッジ部分１１を観察する表面検査装置で、前記被検物体１０のエッジ部分１１に、該エッジ部１１の接線方向と垂直な方向（法線方向）の第１の方向の光と該第１の方向の光に対して傾斜する第２の方向の光とを照射する光照射部（拡散照明部材２０）を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体ウエハ、液晶ガラス基板などの被検物体のエッジ部分に生じた欠陥を検出するために該エッジ部に光を照射してエッジ部分を観察する表面検査装置に関する。

近年、半導体ウエハ上に形成される各チップ領域の集積度が年々増加し、また各チップ領域の表面上に積層する膜の構成材料の種類が増加している。これに伴い、半導体ウエハのエッジ部分に生じる欠陥、例えばエッジ部の欠損、パーティクルなどの異物の付着、膜の剥離、膜内の気泡、膜の回り込みなどの観察が重要になってきている。このようなエッジ部分の欠陥はその付近にあるチップ領域に及んで、半導体チップの歩留まりに大きく影響する。

また、半導体ウエハの製造工程には、洗浄、エッチング、イオン注入などの工程が繰り返されてエッジ部分が徐々にあれるので、エッジ部分を削り取る工程が導入されている。この工程でのエッジ部分の削り取りがきちんと行われたか否かを確認するためにもエッジ部分の検査が必要となっている。

エッジ部分の検査、観察において、単に異物の検知だけではなく、欠陥状態を把握する上で重要なエッジ部分にある傾斜部分の良好な撮影画像を取得するのには、半導体ウエハを回転テーブルにより回転させつつ、半導体ウエハのエッジ部分を撮像する必要があり、また撮影に際しては半導体ウエハの姿勢に合わせて斜め方向から照明し、その角度を変化させる必要がある。

このため、例えば、回転テーブル上に載置したシリコンウエハなどの半導体ウエハのエッジ部分に散乱光を照射する一方、ＣＣＤカメラによりエッジ部分を撮影し、この撮影画像から異物などを検知する、表面欠陥検出装置が提案されている（特許文献１）。

この装置によれば、発光部が帯状で且つ円弧状あるいは楕円弧状に形成され、回転テーブル上に載置されたシリコンウエハのエッジ部分を上下及び側面方向から散乱光を照射するＣ型光源を装備する。また、Ｃ型光源からエッジ部に照射された反射光を受光してエッジ部分の上面、側面、下面を撮影する、上面撮影用、側面撮影用及び下面撮影用ＣＣＤカメラを装備する。

Ｃ型光源はシリコンウエハの半径方向から僅かに傾けた姿勢で配置され、一方、ＣＣＤカメラはシリコンウエハの半径方向から反対側に傾けた姿勢でＣ型光源から出た光の正反射光を最も効率よく受けるように配置される（特許文献１中の図１、図２、段落番号００２８及び００２９参照）。

特開２００３−１３９５２３号公報

Ｃ型光源及びＣＣＤカメラをシリコンウエハの半径方向から僅かに傾けた姿勢で配置しているが、これはＣ型光源から出た光の正反射光をＣＣＤカメラが最も効率よく受光できるようにするためであり、実質的には略真上から照明して撮影しているのと変わらず、撮影画像からはエッジ部分に生じた欠陥、例えば微細な凹凸を発見することが難しい課題があった。

また、エッジ部分の撮影には該エッジ部分を照明するＣ型光源と、該Ｃ型光源で照射されたエッジ部分からの反射光を受光する複数台のＣＣＤカメラとを必要とし、装置が大掛かりになる課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、装置が大掛かりにならず、エッジ部分の詳細な観察が出来る上に、エッジ部分に生じた微細な欠陥の発見が容易な表面検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の表面検査装置は、被検物体のエッジ部分に光を照射して該エッジ部分を観察する表面検査装置であって、前記被検物体のエッジ部分に、該エッジ部の接線方向と垂直な第１の方向の光と該第１の方向の光に対して傾斜する第２の方向の光とを照射する光照射部と、前記エッジ部を有する面と交差する方向から観察する観察部と、を備えたことを特徴とする。

前記被検物体としては、例えばシリコンウエハなどの半導体ウエハや、液晶ガラス基板が含まれる。

前記エッジ部が曲線、曲面を含む場合には、前記エッジ部の接線方向と垂直な方向の第１の方向の光は法線方向の光である。

前記観察部としては、例えばＣＣＤカメラが含まれる。

本発明の請求項２に記載の表面検査装置は、前記光照射部が、前記第１の方向から第２の方向へ連続して変化する方向の光を照射することを特徴とする。

前記第１の方向から第２の方向へ連続するとは、例えば第１の方向からこれに対して傾斜する第２の方向の傾斜角度が連続的に大きくなることを意味する。

本発明の請求項３に記載の表面検査装置は、前記光照射部が、拡散照明部材を含むことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の表面検査装置は、前記拡散照明部材が、光拡散板と光源とを含むことを特徴とする。

前記光源としては、例えば蛍光灯やハロゲンランプなどが含まれる。

本発明の請求項５に記載の表面検査装置は、前記第１の方向の光の光量よりも該第１の方向の光に対して傾斜する第２の方向の光の光量が多いことを特徴とする。

前記第２の方向の光を第１の方向の光よりも光量を多くするには、例えば前記第２の方向の光が透過する前記光拡散板の部位で光強度分布が最大になるように、前記光拡散板の光強度分布を設定する。

本発明の請求項６に記載の表面検査装置は、前記拡散照明部材が、輝線スペクトルを有することを特徴とする。

前記輝線スペクトルは一本の場合と複数本の場合がある。

本発明の請求項７に記載の表面検査装置は、前記被検物体が半導体ウエハであることを特徴とする。

本発明の表面検査装置によれば、エッジ部分に、該エッジ部の接線方向と垂直な方向の第１の方向の光と該第１の方向の光に対して傾斜する第２の方向の光とを照射するので、装置が大掛かりにならずに済み、エッジ部分の詳細な観察が出来る上に、エッジ部分に生じた僅かな凹凸でも影により強調することができ、微細な欠陥の発見が容易となる。

以下本発明の表面検査装置の一実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。

図１は本発明の表面検査装置の一実施形態を示す概略側面図、図２は図１の表面検査装置の主要部を示す一部省略した拡大側面図である。

表面検査装置は、図１に示すように、回転テーブル３０上に載置されたシリコンウエハなどの半導体ウエハ１０のエッジ部分１１を照明する光照射部としての拡散照明部材２０及び落射照明部材２１と、これら拡散照明部材２０及び落射照明部材２１により照明されたエッジ部分１１を撮影する撮影部としてのＣＣＤカメラ２２と、このＣＣＤカメラ２２からの画像信号を処理する画像処理装置２３と、この画像処理装置２３で処理されたＣＣＤカメラ２２の撮影画像を表示する表示装置２４とを備える。

拡散照明部材２０は、図２に示すように、エッジ部分１１の傾斜部分１１ａ及び曲面部分１１ｂを指向性の少ない拡散光により照明するもので、光拡散板２５と光源としての蛍光灯２６とを備え、エッジ部分１１の近傍において、図３に示すように半導体ウエハ１０の中心を通る線に対して同図の下方にずらして配置される。

このため、図３に示すように、光拡散部材２０からはエッジ部分１１のウエハの延在方向であって接線方向と垂直な方向の第１の方向の光（法線方向の光）と、この第１の方向の光に対して傾斜した第２の方向の光とが発せられて、エッジ部分１１の傾斜部分１１ａ及び曲面部分１１ｂを照明する。また、図４に示すように、第２の方向の光の第１の方向の光に対する傾斜角度は連続的に変化し、凹凸などを種々の角度から照明することが出来る。

光拡散板２５は、蛍光灯２６からの光を散乱させて発し、エッジ部分１１の傾斜部分１１ａ及び曲面部分１１ｂを照明する。光拡散板２５の光強度分布は、図４に示すように、第２の方向の光が発せられる部位での光強度がピーク値になり、第１の方向の光である法線方向の光が発せられる部位では光強度が小さくなるように設定されている。

光拡散板２５を図４に示す矢印方向に移動させて、第２の方向の光の光量が第１の方向の光の光量よりも多い状態の下で第２の方向の光の光量と第１の方向の光の光量とを調整することにより、エッジ部分１１の傾斜部分１１ａ又は曲面部分１１ｂに生じた微細な凹凸が影により強調されて明瞭に観察できるようになる。

蛍光灯２６は、複数の輝線スペクトル（例えば黄色、紫色、青色などの輝線スペクトル）を有する。したがって、半導体ウエハ１０に種々の材質からなる膜が形成されている場合であっても、膜に吸収されずに膜を反射し、干渉する輝線スペクトルが存在する。このため、複数層の膜が積層されている場合、膜の厚さにより異なった色に見え、膜を色分けして観察することが可能となる。

落射照明部材２１は、図１に示すように、ハロゲンランプなどの落射照明光源２７からの光をハーフミラー２８で反射させてエッジ部分１１の平面部分１１ｃ（図２参照）を照明するもので、エッジ部分１１寄りの半導体ウエハ１０の平面上に配置される。

次に上述のように構成された表面検査装置の作用、効果について説明する。

回転テーブル３０上に半導体ウエハ１０を載置し、回転テーブル３０により半導体ウエハ１０を回転させつつ、図２に示すように、エッジ部分１１付近の平面部分１１ｃを落射照明部材２１により照明し、エッジ部分１１の傾斜部分１１ａと曲面部分１１ｂとを拡散照明部材２０により照明する。これら平面部分１１ｃ、傾斜部分１１ａ及び曲面部分１１ｃからの反射光がそれぞれＣＣＤカメラ２２に入射する。図３にはこのＣＣＤカメラ２２の視野範囲が一点鎖線で表示されており、ＣＣＤカメラ２２はこの視野範囲内の反射光を受光し、画像処理装置２３で画像処理してエッジ部分１１の撮影画像を表示装置２４で表示する。

落射照明部材２１からの光により平面部分１１ｃ以外に傾斜部分１１ａや曲面部分１１ｂも照明されるが、その反射光はＣＣＤカメラ２２に余り受光されない。このため、落射照明部材２１からの光による照明のみではエッジ部分１１付近の平面部分１１ｃだけで、傾斜部分１１ａや曲面部分１１ｂを撮影して観察することが難しい。しかし、拡散照明部材２０からの種々の角度の光により傾斜部分１１ａ及び曲面部分１１ｂが照明され、その反射光がＣＣＤカメラ２２により受光されるので、傾斜部分１１ａと曲面部分１１ｂの観察も可能となる。

そして、図３に示すように、拡散照明部材２０からエッジ部分１１を照明する光には該エッジ部分１１の接線方向と垂直な方向（法線方向）の第１の方向の光とこの第１の方向の光に対して種々の角度で傾斜した第２の方向の光とがある。傾斜部分１１ａ又は曲面部分１１ｂにパーティクルの付着による凹凸、欠損による凹凸などがあると、特に第２の方向の光により拡散照明部材２０の反対側に該凹凸の影が生じるが、この第２の方向の光の光量が第１の方向の光の光量よりも多くなるように設定されているため、影はくっきりと濃く、長く延びる。この結果、ＣＣＤカメラ２２により撮影され、画像処理装置２３で画像処理されて表示装置２４に表示された凹凸の像は影が強調されてコントラストがある。したがって微細な凹凸でも発見し易い撮影画像として表示される。

法線方向の第１の方向の光とこれに対して種々の角度で傾斜する第２の方向の光とにより照明することで、エッジ部分１１（傾斜部分１１ａ、曲面部分１１ｂ）の明視野的な撮影画像と暗視野的な撮影画像の双方が得られ、単に凹凸の影だけではなく、エッジ部分１１の表面状態を詳細に観察することが出来る。このため、例えば、半導体ウエハ１０の表面及びエッジ部分１１上に積層された膜のエッジ部分１１での剥離、膜内の気泡、膜の回り込みなどの観察が行える。

拡散照明部材２０の光源には蛍光灯２６が使用され、複数の輝線スペクトルを有する光を発するので、エッジ部分１１の色合いを観察することが出来る。また、複数の輝線スペクトルを有することから、膜に吸収されずに反射する輝線スペクトルが存在し、膜の表面及び裏面で反射する輝線が干渉して、膜の厚さにより膜が異なる色に見え、複数層の膜を色分けして観察することが出来る。

拡散板２４の光強度分布、蛍光灯２６から発せられる輝線スペクトルの種類、蛍光灯２６に印加される電源電圧のデューティ比などを変えることにより、検査したい欠陥の内容に特化した照明に切り替えて、最適な照明条件のもとでエッジ部分１１の検査が可能となる。

なお、図２では平面部分１１ｃに連続する傾斜部分１１ａと曲面部分１１ｂのみを図示しているが、半導体ウエハ１０の裏面側の平面部分に連続して曲面部分１１ｂにつながる傾斜部分についても拡散照明部材２０から第１の方向の光と第２の方向の光を照射することができるので、裏面側にＣＣＤカメラを設置しておけば、裏面側の傾斜部分を反射する反射光を受光し、該傾斜部分の撮影画像を得ることが出来る。

上述した実施形態では、拡散照明部材２０として光拡散板２５と蛍光灯２６とを組み合わせて構成した場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば蛍光灯２６のみで構成することが出来る。

この場合、蛍光灯２６を二本使用し、その内の一本は半導体ウエハ１０のエッジ部分１１の近傍において、該半導体ウエハ１０の中心を通る線上に配置し、他の一本はこの線に対して平行にずらした位置に配置する。これにより、法線方向の第１の方向の光とこれに対して傾斜する第２の方向の光でエッジ部分１１を照明することが出来る。そして、ずらした位置に配置した蛍光灯の発光量を半導体ウエハ１０の中心を通る線上に配置した蛍光灯の発光量よりも多くすることにより、第２の方向の光の光量を第１の方向の光の光量よりも多く設定することが出来る。

また、上述した実施形態ではＣＣＤカメラを用いたが、ＣＭＯＳ等の固体増幅型撮像素子を用いることができる。

本発明の表面検査装置の一実施形態を示す概略側面図である。 図１の表面検査装置の主要部を示す一部省略した拡大側面図である。 概略平面図である。 光拡散板の光強度分布を示す説明図である。

符号の説明

１０ 半導体ウエハ
１１ エッジ部分
１１ａ 傾斜部分
１１ｂ 曲面部分
２０ 拡散照明部材（光照射部）
２２ ＣＣＤカメラ（撮影部）
２５ 光拡散板
２６ 蛍光灯（光源）

Claims (7)

1. 被検物体のエッジ部分に光を照射して該エッジ部分を観察する表面検査装置であって、
   前記被検物体のエッジ部分に、該エッジ部の接線方向と垂直な第１の方向の光と、該第１の方向に対して傾斜する第２の方向の光とを照射する光照射部と、
   前記エッジ部を有する面と交差する方向から観察する観察部と、
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１に記載の表面検査装置において、
   前記光照射部は、前記第１の方向から第２の方向へ連続して変化する方向の光を照射することを特徴とする表面検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の表面検査装置において、
   前記光照射部は、拡散照明部材を含むことを特徴とする表面検査装置。
4. 請求項３に記載の表面検査装置において、
   前記拡散照明部材は、光拡散板と光源とを含むことを特徴とする表面検査装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の表面検査装置において、
   前記第１の方向の光の光量よりも該第１の方向の光に対して傾斜する第２の方向の光の光量が多いことを特徴とする表面検査装置。
6. 請求項３乃至５の何れか一項に記載の表面検査装置において、
   前記拡散照明部材は、輝線スペクトルを有することを特徴とする表面検査装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の表面検査装置において、
   前記被検物体は半導体ウエハであることを特徴とする表面検査装置。

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