JP2009031125A - 基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対物レンズの倍率を上げることなく、基板端部を詳細に観察することができる基板検査装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る基板検査装置は、ウェハ２を保持するウェハホルダ１４と、ウェハ２の端部を観察するラインセンサカメラ２０と、ウェハ２の端部とラインセンサカメラ２０とを相対移動させるウェハ支持部１０とを備えている。ラインセンサカメラ２０は、ウェハ２の端部に照射された照明光の反射光を受光するラインセンサ２４を有しており、またラインセンサ２４は、ウェハ２の相対移動方向に対して斜めに交差する向きに配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円盤状の被検基板の端部を検査する基板検査装置に関する。

従来より、半導体装置に用いられる半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）は、例えば厚みが１ｍｍ未満の円盤状に形成されており、そのため半導体装置の製造過程において外周端部に欠け、割れ等（以下、単に欠陥と呼ぶ）が発生することがあり、それらの欠陥を防ぐために、切り出されたウェハの外周端部に面取りを施している。また、上記のように面取りを施した場合においても、搬送装置の不具合等によりウェハの外周端部に欠陥が生じることがある。この欠陥は、ウェハに回路を焼き付ける際に不良発生の原因ともなるために、例えば特許文献１に示すような基板検査装置を用いて、ウェハを回転させながら欠陥の有無を検査することが知られている。また、特許文献１には、外周端部の欠陥部分をＣＣＤカメラで撮像することにより、欠陥部分を検査する手法が開示されている。

特開２００４−３２５３８９号公報

しかし、従来の基板検査装置において、ラインセンサを用いて画像を取得する場合、画面視野内に基板端部を大きく投影するために対物レンズの倍率を上げることで焦点深度が浅くなり、基板端部を大きく投影することが困難であるという課題があった。

以上のような課題に鑑みて、本発明では、対物レンズの倍率を上げることなく基板端部を詳細に観察することができる基板検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る基板検査装置は、被検基板を保持する保持部と、前記被検基板の端部を観察する観察部と、前記被検基板の端部と前記観察部とを相対的に移動させる移動部とを備えている。そして、前記観察部は、前記被検基板に照射された観察光の反射光を受光するライン状の受光部を有しており、また、前記ライン状の延在方向は、前記相対移動方向に対して斜めに交差する向きに配置されている。

上記構成の基板検査装置において、前記移動部は、円盤状の前記被検基板の中心部を回転軸として前記被検基板を回転させ、前記観察部は、前記被検基板の側端面と対向して配置されている構成が好ましい。さらに、上記構成の基板検査装置において、前記観察部は、前記移動部により移動する前記被検基板の端部を観察し、前記受光部において得られた観察結果を合成する合成部を備えている構成が好ましい。また、上記構成の基板検査装置において、前記観察部は、前記受光部に像を結像させる光学系を有しており、前記光学系が倍率約１０倍で構成されていることが好ましい。

本発明に係る基板検査装置によれば、対物レンズの倍率を上げることなく基板端部を詳細に観察することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る基板検査装置の一例を示しており、この基板検査装置１は、ウェハ２の端部近傍を撮像することにより、端部近傍において欠陥発生の有無を検査するように構成されている。ここで説明の便宜上、図１に示す矢印の方向をＸＹＺ方向として定義する。

まず、被検対象であるウェハ２について説明する。ウェハ２は、薄い円盤状に形成されており、その直径は規格（ＳＥＭＩ）管理されているため略円形とみなすことが可能であり、また表面にはウェハ２から取り出される複数の半導体チップ（チップ領域）に対応した回路パターン（図示せず）が形成される。図２に示すように、ウェハ２の上表面２ｅにおける外周端部内側には、回路パターンが形成されていない上ベベル部２ｃが径方向に幅Ｄを有してリング状に形成され、この上ベベル部２ｃの径方向内側に回路パターンが形成される。また、ウェハ２の下平面２ｈにおける外周端部内側には、下ベベル部２ｄが上ベベル部２ｃと表裏対称に形成される。そして、上ベベル部２ｃと下ベベル部２ｄとに繋がるウェハ端面には、アペックス部２ｉが形成される。なお、図１に示すように、ウェハ２の外周端部には、位置決めとして使用する所定形状に切り欠かれたノッチ２ａが１つ形成されている。

基板検査装置１は、図１に示すように、ウェハ支持部１０およびラインセンサカメラ２０を主体に構成されている。ウェハ支持部１０は、θステージ１２、回転軸１３、ウェハホルダ１４から構成されている。θステージ１２は、内部にθ駆動機構（図示せず）を有しており、θ駆動機構が駆動することにより、回転軸１３をＺ軸方向に延びた回転中心軸Ａを中心として矢印Ｂの方向に回転させる構成となっている。回転軸１３は、θステージ１２からＺ軸正方向に延びており、θ駆動機構が駆動することにより回転し、回転軸１３に連結されたウェハホルダ１４を一体回転させる。ウェハホルダ１４は、略円盤状に形成されており、その内部に設けられた真空吸着機構（図示せず）により、ウェハホルダ１４上に載置されたウェハ２の下平面２ｈを吸着保持する構成となっている。

また、ウェハホルダ１４によって吸着保持されたウェハ２は、その上表面２ｅおよび下平面２ｈがＸＹ平面と平行となっており、つまりウェハ２は、回転中心軸Ａと直交するような位置関係となって吸着保持されている。なお、ウェハ２はウェハホルダ１４よりも大きな径を有しているため、ウェハホルダ１４上に吸着保持された状態において、ウェハ２の外周端部に形成された上ベベル部２ｃ、下ベベル部２ｄおよびアペックス部２ｉは、ウェハホルダ１４の外周端部から径方向側方にはみ出るようになっている。

ラインセンサカメラ２０は、照明光源２１、落射照明光学系２２、対物レンズ２３、ラインセンサ２４およびレンズ２５を主体に構成されている。照明光源２１から発光された光は、落射照明光学系２２において集光されて、ウェハ２の端部近傍（上ベベル部２ｅ、下ベベル部２ｄおよびアペックス部２ｉ）に照射される。ラインセンサ２４は、直線状に並んで配置された連続画像取得可能な複数の画素２４ａを有したセンサであり、ウェハ２の端部の像が、例えば倍率が１０倍の対物レンズ２３により拡大され、例えば倍率が１倍のレンズ２５を介してラインセンサ２４上に投影されて結像される。そして、投影されたウェハ２の端部の像が、明視野像として基板検査装置１の外部に設けられたディスプレイ１００に出力される。なお、上ベベル部２ｅおよび下ベベル部２ｄで反射した照明光は、そのほとんどがラインセンサカメラ２０に到達しないため、よって、ラインセンサ２４によってアペックス部２ｉのみが撮像されることになる。

また、ラインセンサ２４は、ラインセンサカメラ２０の内部において、ウェハ２に対して所望角度となるように角度変更自在となっている。ここで、図１の矢印ＩＩＩの方向から見たウェハ２とラインセンサ２４との角度関係を示したものが図３であるが、本実施例においては、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、回転中心軸Ａに対してラインセンサ２４を傾斜角度θだけ傾斜させて配置して、ウェハ２の外周端面の像を取得する構成となっている。

さらに、ラインセンサカメラ２０は、ウェハ２のアペックス部２ｉと対向するように配置され、ウェハ２の回転中心軸Ａと直交する方向からアペックス部２ｉを撮像するようになっている。こうすることで、ウェハ支持部１０に支持されたウェハ２を回転させると、ウェハ２の外周端部、すなわちアペックス部２ｉが周方向へ相対移動する。よって、アペックス部２ｉと対向するように配置されたラインセンサカメラ２０は、アペックス部２ｉを周方向へ連続的に撮像することができ、最終的にはウェハ２の全周にわたってアペックス部２ｉを撮像可能となる。

以上、ここまでは基板検査装置１の各構成部材について説明したが、以下において、ウェハ２の端部を検査する際の各構成部材の動作について説明する。

まず、ウェハ２がウェハホルダ１４上に吸着保持された状態において、ウェハ２を回転中心軸Ａを中心として矢印Ｂの方向に連続回転させながら、ラインセンサカメラ２０によって、回転するウェハ２の外周端面を撮像する。このとき、図３（ａ）に示すように、ラインセンサ２４の画素２４ａの列が回転中心軸Ａに対して傾斜角度θだけ傾斜して配置されているので、図３（ｂ）に示すように、ウェハ２の外周端面の撮像に関与するのは、例えばハッチングを施した５つの画素２４ｂである。そして、５つの画素２４ｂに投影された外周端面（アペックス部２ｉ）の像が、ディスプレイ１００に出力されることにより外周端面（アペックス部２ｉ）が幅Ｄ１の大きさで表示される（図３（ｃ）を参照）。

このとき、ラインセンサカメラ２０は、連続してウェハ２の外周端面の像を取得する構成となっており、また、ラインセンサ２４上において一度に撮像される像は、図３（ｂ）に示すように画素２４ａの列に沿った細長い領域に限られる。そこで、連続取得された像をメモリ（図示せず）に記憶しておき、記憶された複数の像を合成することで１つの表示画面分の明視野像とした後、ディスプレイ１００に順次出力される。そうすることで、ディスプレイ１００に外周端面（アペックス部２ｉ）の明視野像が順次表示され、目視によって欠陥の有無が検査可能となる。

ここで、上述の基板検査装置１において、図４（ａ）に示すように、ラインセンサ２４の画素２４ａの列が、回転中心軸Ａと平行となるようにラインセンサ２４を配置した場合について説明する。この場合、図４（ｂ）に示すようにウェハ２の外周端面の撮像に関与するのは、例えばハッチングを施した３つの画素２４ｃである。そして、３つの画素２４ｃに投影された外周端面（アペックス部２ｉ）の像が、ディスプレイ１００に出力されることにより、外周端面（アペックス部２ｉ）が幅Ｄ２の大きさで表示されることになる（図４（ｃ）を参照）。

このとき、本実施例から得られた幅Ｄ１と幅Ｄ２とを比較すると、撮像に関与した画素の個数に比例するので、例えば幅Ｄ１は幅Ｄ２の５／３倍だけ拡大されて表示されることになる。さらに、ラインセンサ２４の傾斜角度θと、そのときディスプレイ１００に表示されるウェハ２の外周端面の幅との関係を、より詳細に示した説明図が図５である。図５において、点線で示す円は対物レンズ２３の視野２３ａを示しており、この視野２３ａ内におけるラインセンサ２４の有効領域長さを２ｒとする。このとき、回転中心軸Ａに対してラインセンサ２４を傾斜角度θだけ傾斜させて配置することで、ｃｏｓθ＝ｘ／ｒの関係が成立する。よって、傾斜角度θだけ傾斜させると撮像領域は図４（ａ）に示す場合と比較してｒ／ｘ倍、つまり、１／ｃｏｓθ倍に拡大されてディスプレイ１００に表示可能となる。

本発明による効果を簡潔にまとめると、第１に、回転中心軸Ａに対してラインセンサ２４を傾斜させて配置するという簡易な方法によって、ラインセンサ２４の検出領域を有効活用して、ウェハ２の外周端面の幅をディスプレイ１００の画像視野内に拡大表示できるので、よって、端面検査の作業効率を高めることができるとともに、より厳格に検査を行うことが可能となる。第２に、回転中心軸Ａに対してラインセンサ２４を傾斜させる際に、対物レンズの倍率を上げることがないので焦点深度が浅くなることがなく、また、対物レンズ２３の視野２３ａ内で行う角度変更なので照明光量が低下せず、よって、撮像画像に影響を及ぼすことなくウェハ２の外周端面の幅を拡大表示可能となる。

上述の実施例において、さらにラインセンサカメラ２０をウェハ２のＺ軸正方向およびＺ軸負方向に対向するように追加して設置し、これらのカメラで上ベベル部２ｃおよび下ベベル部２ｄを撮像時においても、ウェハ２の回転進行方向に対してラインセンサ２４を傾斜させることで、撮像倍率を適切に調整する構成も可能である。

上述の実施例において、回転中心軸Ａに対してラインセンサ２４を傾斜させる際の傾斜角度θは特に制限がなく、ディスプレイ１００に表示されるアペックス部２ｉの明視野像が、所望幅となるように任意に変更可能である。

上述の実施例において、２０００ピクセルで全長１４ｍｍのＣＣＤ（７μｍ／ピクセル）を使って、１２インチウェハを観察する場合で説明したために、対物レンズ２３とレンズ２５による光学系の倍率を１０倍とした。厚さ０．８ｍｍ（０．７７５±０．０２５ｍｍ）の１２インチウェハでは、アペックス部の厚さは０．４ｍｍ程度であり、１０倍の光学系を用いれば、ラインＣＣＤを４５°傾けると約４０％のＣＣＤを使うことになり、多少ウェハにソリがあっても観察領域からアペックスが外れることはない。このように約１０倍の光学系を用いることが適していた。しかし、これに限ることなく、観察対象が大きければ光学系の倍率を下げることができ、ＣＣＤの全長が長ければ、光学系の倍率を上げることができる。つまり、ディスプレイ１００に表示されるアペックス部２ｉの明視野像が所望幅となるように任意に倍率を変更することができる。

本発明に係る基板検査装置の構成を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ部分を示す断面図である。 回転中心軸に対してラインセンサを傾斜させて撮像する場合の説明図である。 回転中心軸と平行にラインセンサを配置して撮像する場合の説明図である。 ラインセンサの傾斜角度と撮像範囲の関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 基板検査装置 ２ ウェハ（被検基板）
１０ ウェハ支持部（移動保持部） ２０ ラインセンサカメラ（観察部）
２３ 対物レンズ（光学系） ２４ ラインセンサ（受光部）
２５ レンズ（光学系）

Claims (4)

1. 被検基板を保持する保持部と、
   前記被検基板の端部を観察する観察部と、
   前記被検基板の端部と前記観察部とを相対的に移動させる移動部とを備えた基板検査装置において、
   前記観察部は、前記被検基板に照射された観察光の反射光を受光するライン状の受光部を有し、
   前記ライン状の延在方向は、前記相対移動方向に対して斜めに交差する向きに配置されていることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記移動部は、円盤状の前記被検基板の中心部を回転軸として前記被検基板を回転させ、
   前記観察部は、前記被検基板の側端面と対向して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記観察部は、前記移動部により移動する前記被検基板の端部を観察し、前記受光部において得られた観察結果を合成する合成部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
4. 前記観察部は、前記受光部に像を結像させる光学系を有しており、前記光学系が倍率約１０倍で構成されていることを特徴とする請求項１から３に記載の基板検査装置。

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