JP2008198966A - ウエーハ欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコンウエーハの表面及び内部の欠陥を透過光により検査する際に撮像手段としてエリアセンサカメラを用いると、撮像範囲全体を単位領域に分割して撮像を行うために、均一な撮像条件でかつ高速に撮像することができない。また、電気抵抗率が低いシリコンウエーハでは、赤外光照明の光がほとんど透過せず透過検査が困難である。
【解決手段】 赤外光に感度を有するラインセンサアレイを撮像素子として用いることにより、ウエーハ全体を同一の検査条件で行うことを可能にするとともに検査工程の高速化に対応可能なウエーハ検査装置を実現し、照明手段をウエーハの電気抵抗率に対応して照度を変更可能に構成することにより、低抵抗ウエーハに対しても透過検査を可能にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハの表面及び内部にあるクラックあるいは気泡などの欠陥を透過光照明により検出するウエーハ欠陥検査装置に関する。

半導体製造に用いられるシリコンウエーハ（以下「ウエーハ」と記す）表面の平面部の欠陥検査の重要性は言うまでもなく、不良率をゼロとするために細心の注意で検査が行われる。一方ウエーハの内部の欠陥については、従来はあまり考慮がされてこなかった。

ウエーハを製造する際に、インゴット中に存在する数１０μｍ程度の欠陥（クラックあるいは気泡）はスライスされる際にウエーハの内部にそのまま残されることがある。これらの欠陥が表面に現れている場合は、表面に関する欠陥検査装置により検出することができるが、この種の欠陥がウエーハ内部に残される場合は、表面用の欠陥検査装置で検出することはできない。このようなウエーハ内部に存在するクラックあるいは気泡などの欠陥により半導体装置の性能に影響を及ぼすと考えられており、その欠陥検査が求められている。

一般的にウエーハの透過検査は、赤外光照明を用いて行われるが、１１２７ｎｍ以上の波長の赤外光のみウエーハを透過することが知られている。ところで、通常のウエーハの電気抵抗率は１Ω・ｃｍ以上であり、８．５〜１１．５Ω・ｃｍが標準である。一方、低抵抗ウエーハと呼ばれるウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下のウエーハが近年になって実用化されている。これらの低抵抗ウエーハは電力用などの目的で使用されるものであり、０．０１〜０．０２Ω・ｃｍの電気抵抗率の低いウエーハが使用されている。

通常透過検査に用いる可視光は、シリコンウエーハを透過せず、１１２７ｎｍ以上のシリコン透過波長をシリコン表面に投射すると、その光はシリコンウエーハを透過する。例えばモリテックス製の１００Ｗ赤外ハロゲン光源を用いると、その透過光によりウエーハの内部にある欠陥を検査することが可能となる。しかし、低抵抗ウエーハと呼ばれる電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の低抵抗ウエーハに対しては、同じモリテックス製の１００Ｗ赤外ハロゲン光源を用いて試験したところほとんど透過しないことが判明した。

一方、ウエーハ内部の欠陥を検査するための撮像手段としては、現時点において、エリアセンサカメラを用いてウエーハの内部の欠陥を検査する装置が知られている。この装置は、エリアセンサカメラにとって充分な分解能が得られるようなエリアセンサカメラの撮像範囲を単位領域とし、ウエーハの内部欠陥の領域をその単位領域ごとに分割し、その撮像位置を順次移動させることにより複数の撮影画像を得ることで、ウエーハ全体の欠陥を検査している。

しかし、上記のようにエリアセンサを用いて撮像を行う場合、単位領域の全域に亙って均一な照明を施すことが難しく、撮像領域の中心部と外端部とは撮像画像にムラができるために正確な画像を撮像することが困難である。また複数の領域に分割して撮像して検査するために、精度および再現性の点で問題がある。さらに小領域に分割して撮像して検査を行うために検査時間が長くなり、検査工程の高速化に対応することができない。

上述したように、撮像手段として一般的に使用されるエリアセンサカメラでは、撮像範囲全体を単位領域に分割して撮像を行うために、検査時間が長くなり検査工程の高速化に対応することができないという問題がある。また、赤外線光源を用いて検査対象のウエーハを照明した場合、ウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以上のものは透過するものの、ウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下のものは透過せず、電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の低抵抗ウエーハの透過検査を行うことができないという問題がある。

本発明は、ウエーハ全体を同一の検査条件で行うことにより検査工程の高速化に対応可能なウエーハ欠陥検査装置を提供するとともに、ウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下のウエーハに対しても表面及び内部に存在するクラックあるいは気泡などの欠陥を検査可能なウエーハ欠陥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ために、本発明の第１の解決手段のウエーハ欠陥検査装置は、シリコンウエーハの表面に対峙させて設けた赤外光照明手段と、シリコンウエーハに対して赤外光照明手段とは反対側に設けた撮像手段と前記撮像手段の画像からシリコンウエーハの表面及び内部の欠陥を検出する画像処理装置とから構成されるウエーハ欠陥検査装置であって、前記撮像手段は前記赤外光照明手段の赤外光に感度を有するラインセンサアレイを備えることを特徴とする。

上記の第１の解決手段によれば、撮像手段として赤外光に感度を有するラインセンサアレイを用いているために、撮像手段と撮像対象であるウエーハとを相対的に移動させながらラインセンサアレイに画像を取り込むことによりウエーハ全体の画像を得ている。ラインセンサアレイの場合極めて狭い帯状の領域が撮像領域となるので、均一な撮像条件を容易に実現することができるために赤外光の透過光によりウエーハ表面及び内部の欠陥検査を効率よく実現することができる。

本発明の第２の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ欠陥検査装置であって、前記赤外光照明手段は照明光の照度が可変となっていることを特徴としており、電気抵抗率の値に応じて適当な照度を選択することにより低抵抗ウエーハの透過光を実現し、ウエーハ表面及び内部の欠陥の検査を可能にする。

本発明の第３の解決手段は第１の解決手段のウエーハ欠陥検査装置であって、前記シリコンウエーハの電気抵抗率は、１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする。

本発明の第４の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ欠陥検査装置であって、前記赤外光照明手段の照明光の波長は１１２７ｎｍより長い波長が主として含まれることを特徴とする。

本発明の第５の解決手段は、第１の解決手段のウエーハ欠陥検査装置であって、前記撮像手段の光学系はテレセントリック光学系であることを特徴としており、ウエーハ表面及び内部に存在する欠陥の位置および大きさを正確に検出することができる。

上述したように本発明の方法は、撮像手段に赤外光に感度を有するラインセンサアレイを用いることにより３００ｍｍウエーハなどの大口径のウエーハに対して均一な撮像条件を実現し、その結果検査工程の高速化を実現する。

また、赤外光照明手段の照度を可変にすることにより、ウエーハの電気抵抗率に対して最適な照度を選択して低抵抗ウエーハを透過する透過光を実現し、ウエーハ表面及び内部の欠陥検査を可能にする。

図をもって本発明の方法および装置について詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。

図１は本発明の実施例のウエーハ欠陥検査装置１の構成を示す正面図、図２はその平面図、図３はその側面図であり、ウエーハ欠陥検査装置１は撮像手段２、ライン型照明手段３およびウエーハ載置台４および図示しない画像処理装置とから構成される。ここで、ウエーハ９は図４に示すようにウエーハ載置台４に水平に保持されている。

撮像手段２は、リニアセンサアレイを撮像素子とする撮像手段であり、図１に示すようにウエーハ載置台４に載置されているウエーハ９の上方に配置される。本実施例で使用するリニアセンサアレイは、特に高い解像度を有する素子を採用し、微細な傷や欠陥であっても検出できるように構成されている。

リニアセンサアレイは、画素を直線状に並べて走査機能を持たせたものであり、２次元の画像を得るには、リニアセンサアレイの走査方向、即ち画素を並べた直線方向と直交する方向に移動させる必要がある。図１において、撮像手段に搭載されているリニアセンサアレイ自身の走査方向は、紙面に平行な方向であり、リニアステージ５により検査対象物のウエーハ９を紙面に垂直な方向（図２におけるＡ矢印方向）に移動させることにより、２次元画像を得る。

リニアセンサアレイには、撮像範囲があるために、それを超える範囲の画像を撮像するには、撮像領域を複数の領域に分割し、それぞれの領域を撮像する撮像手段を配置し、それぞれの撮像手段が備えるリニアセンサアレイによりそれぞれの領域を撮像する。本実施例では図５に示すように２つの領域に分けてそれぞれの撮像領域に撮像手段２を配置し、ウエーハ９の全面の撮像画像を取得している。

図６は、撮像手段２に適用されているテレセントリック光学系を説明する説明図である。対象側レンズ２２とリニアセンサ側レンズ２４との間に絞り２３が配置されており、その位置は、対象側レンズ２２の後側焦点であって、かつリニアセンサ側レンズ２４の前側焦点である位置に置かれる。このように構成されている光学系では、主光線は対象側レンズ２２の光軸に平行な光線となり、さらにリニアセンサ側レンズ２４を通過した主光線はリニアセンサ側レンズ２４の光軸に平行になる。すなわち、リニアセンサアレイ２１には、テレセントリック光学系の光軸に平行な光線のみ入射することになる。その結果、撮像対象の位置が移動してもその大きさは変わらず、正確な撮像対象の位置および大きさを知ることができる。

シリコンウエーハは可視光を透過しないために、可視光を用いた通常の照明手段では、透過観察を行うことができない。１１２７ｎｍより長い波長（赤外光）であればシリコンウエーハを透過することが知られているので、１１２７ｎｍより長い波長を主として発光する赤外光光源を光源７として用いる。

ライン型照明手段３は、検査対象であるウエーハ９の撮像範囲を帯状に照明する照明手段であり、１１２７ｎｍより長い波長の赤外光を主として発光する光源７から発せられた照明光は、光ファイバー８を経由してライン型照明手段３からウエーハ９に照射される。本実施例に使用されるライン型照明手段３は、撮像手段２の撮像領域を照明するのに十分な長さと幅を有するとともに、レンズを用いて集光することにより、撮像に十分な強さの照明光が得られるように構成している。

さらにウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の低抵抗ウエーハと呼ばれるウエーハにおいては、赤外光照明の照度が弱い場合にはシリコンウエーハを透過しないということが知られている。そこで本実施例のライン型照明手段３は、照度を可変として透過対象となるシリコンウエーハの電気抵抗率に対応した照明照度の強さを選択できるように構成してあり、ウエーハの電気抵抗率に応じて適切な照明照度に設定することで撮像に適切な透過光を得ている。

ウエーハ載置台４は図に示すように、リニアステージ５およびスライドガイド６によって矢印Ａ方向に移動可能に形成されている。リニアステージ５は、精密に加工されたレールとこれに組み合わせるリニアガイドベアリングによりガイドされるとともに、精密に位置決め可能な駆動部を備えており、ウエーハ載置台４を一定速度で移動させる。スライドガイド６はスライドブッシュ６１とスライドシャフト６２から構成され、ウエーハ載置台４の荷重を支えるとともに、そのスムースな移動を実現する。即ち、本実施例のウエーハの移動手段は、ウエーハ載置台４とリニアステージ５とスライドガイド６とから構成される。

上述の説明では、ウエーハを移動させる構成とする実施例を説明したが、これに限るものではなく、例えば、撮像手段と照明手段を移動可能に構成し、固定したウエーハ載置台に載置されるウエーハを照明しつつ撮像する構成とすることで、ウエーハ全体をスキャンできる構成としてもよい。

次に本実施例のウエーハ欠陥検査装置の機能と検査を行う工程について説明する。図示しない搬送装置によってウエーハ９を搬送し、ウエーハ載置台４にウエーハ９を移載する。本実施例のウエーハ保持方法は、ウエーハ９を把持装置などにより掴むのではなく、ウエーハ９のエッジに設けられるテーパ部あるいは欠陥検査に影響しない範囲のエッジ部でもってウエーハ９を支える構造としている。

ウエーハ９はリニアステージ５によって一定方向に一定速度で移動し、２台の撮像装置２によってウエーハ９の透過光による映像の撮像が行われる。撮像手段２に搭載されている撮像素子は画素を線状に並べたリニアセンサアレイ２１であるので、各撮像素子が並ぶ主走査方向に走査が行われると同時に副走査方向であるリニアセンサアレイの移動方向即ち図２の矢印Ａの方向に移動させながら走査を繰り返すことにより、２次元の画像が得られる。

撮像手段２のリニアセンサアレイの撮像範囲には制限があるために、例えば口径が３００ｍｍのウエーハについては、図５に示すように２個の撮像範囲に分割してそれぞれ対応する撮像素子２を対応させて撮像を行う。

ライン型照明手段３は、照度を維持するためにできる限り検査対照のウエーハ９に近づけて配置する。ライン型照明手段３に設けられている照度調節手段を用いて検査対象のウエーハ９の電気抵抗率に合わせた照度の強さを選択するものとする。

適切に照度の調整がなされたライン型照明手段３から発せられた照明光は、ウエーハ９を透過し撮像手段２に設けられているリニアセンサアレイ２１に達する。ウエーハ９の表面あるいは内部にクラックあるいは気泡が存在すれば、その位置で透過光は屈折しラインセンサアレイ２１の撮像画像に濃淡の差が生じる。ウエーハ表面あるいは内部にクラックが存在する場合は線状、気泡が存在する場合は円状もしくは円環状の画像が得られる。その形状および濃度の情報から図示しない画像処理装置により欠陥の判別を行う。

本実施例では、２台の撮像手段でウエーハ全面をカバーする構成としたが、これに限るものではなく、多数台の撮像手段を一列に配置して分解能をあげることで、さらに高精細な検査画像を得ることが可能である。

本発明のウエーハ欠陥検査装置に用いる撮像手段はテレセントリック光学系撮像手段を採用している。その結果、撮像手段の光学系の光軸に平行な光線のみ撮像素子のリニアセンサアレイ２１に入射し、撮像対象の位置に関わらず、欠陥の正確な位置および大きさを検出できるという特徴を有している。

撮像手段として一般的に使用されるエリアセンサカメラでは、撮像範囲全体を単位領域に分割して撮像を行うために、検査時間が長くなり検査工程の高速化に対応することができないという問題があった。また、赤外線光源を用いた検査対象のウエーハを照明した場合、ウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以上のものは透過するものの、ウエーハの電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下のものは透過せず、電気抵抗率が１Ω・ｃｍ以下の低抵抗ウエーハの透過検査を行うことができないという問題があった。

本発明は、赤外光に感度を有するラインセンサアレイを撮像素子として用いることにより、ウエーハ全体を同一の検査条件で行うことを可能にするとともに検査工程の高速化に対応可能なウエーハ検査装置を実現している。また、照明手段をウエーハの電気抵抗率に対応して照度を変更可能に構成することにより、低抵抗ウエーハに対しても透過検査を可能にした。

その結果、従来透過検査の困難であった大口径の低抵抗ウエーハに対して全面に渡って均一でかつ高速である欠陥検査を行うことを可能にすることにより、産業への寄与が大なるものである。

本実施例のウエーハ内部検査装置の構成を一部断面で示す正面図である。 本実施例のウエーハ欠陥検査装置の構成を示す平面図である。 本実施例のウエーハ欠陥検査装置の構成を示す側面図である。 ウエーハ載置台の詳細を示す断面図である。 本実施例のウエーハ内部欠陥の検査領域を説明する説明図である。 撮像手段のテレセントリック光学系を説明する説明図である。

符号の説明

１ ウエーハ内部検査装置
２ 撮像手段
３ ライン型照明手段
４ ウエーハ載置台
５ リニアステージ
６ スライドガイド
７ 光源
８ 光ファイバー
９ ウエーハ
２１ リニアセンサアレイ
２２ 対物側レンズ
２３ 絞り
２４ リニアセンサ側レンズ
６１ スライドブッシュ
６２ スライドシャフト

Claims (5)

1. シリコンウエーハの表面に対峙させて設けた赤外光照明手段と、シリコンウエーハに対して赤外光照明手段とは反対側に設けた撮像手段と、前記撮像手段の画像からシリコンウエーハの表面及び内部の欠陥を検出する画像処理装置とから構成されるウエーハ欠陥検査装置であって、前記撮像手段は前記赤外光照明手段の赤外光に感度を有するラインセンサアレイを備えることを特徴とするウエーハ欠陥検査装置。
2. 前記赤外光照明手段は照明光の照度が可変となっていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ欠陥検査装置。
3. 前記シリコンウエーハの電気抵抗率は１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ欠陥検査装置。
4. 前記赤外光照明手段の照明光の波長は１１２７ｎｍより長い波長が主として含まれることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ欠陥検査装置。
5. 前記撮像手段の光学系はテレセントリック光学系であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ欠陥検査装置。

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