JP2009222629A - 被検物端面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検面端面に存在する膜の境界や膜の屈曲部で発生する散乱光を効果的に除去することが可能な被検面端面検査装置を提供する。
【解決手段】 欠陥検出装置の前側に、膜位置モニター用光学系を設け、ウエハ１０に形成された膜１１の膜境界１２、屈曲部１３を検出する。この検出位置に基づいて、検査点では、膜１１の膜境界１２、屈曲部１３を照明する照野３５を照明する照明光が遮光されるように透過型液晶素子３３の対応する素子３３Ｂ、３３Ａを非透過状態とする。これにより膜境界１２、ベベルの傾斜開始点１３を照明する部分が遮光部３８、３９となり、膜境界１２、ベベルの傾斜開始点１３で発生する散乱光を防止でき、検査のＳ／Ｎを上げることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は被検物端面検査装置に関するものである。

これまでウエハの検査は表、裏面の傷やゴミ、クラックの有無、膜ムラ等を検出することが主流であり、端面部は比較的軽視されがちであった。しかし近年端面部の欠陥が歩留まりに大きく影響することが認識され始め、ウエハ端面を検査する要求が高まっている。

具体的にはウエハ端面に欠陥がある場合、最悪、チップの製造プロセス中にウエハが割れることがある。この場合そのウエハ上の全チップが不良となるだけでなく、製造装置、検査装置の汚染をも引き起こすことになり、製造プロセスそのものに大きな影響を与えることになる。端面部の欠陥としてはカケ、割れ、傷、クラック等のスクラッチ系の欠陥から、レジストダレ、洗い残し、汚れ、ウォーターマーク等の異物系の欠陥まで様々なものが存在する。

端面検査装置はこれらの欠陥を検出することを目的としている。ウエハ端面部は側面に向かって傾斜したベベル部、側面のアペックス部からなり、これらの形状の違いから通常は上側ベベル部、アペックス、下側ベベル部で別々の光学系を用いて欠陥検査を行う。検査にはいくつかの手法があるが、大別してＣＣＤカメラを用いて２次元の画像を取得するもの、及びフォトダイオードやラインセンサー等により信号強度だけを取得するものの２種類に分類される。

ＣＣＤカメラを用いて２次元の画像を取得する方法は、２次元の画像から欠陥のサイズや形態などの詳細な情報を得ることができ、またカラーＣＣＤを用いることで膜厚ムラなども同時に検出できるといったメリットがある。しかしながら画像の取得には時間がかかり、また検査データの容量が膨大になってしまうなどのデメリットもある。この手法を用いた検査装置の例としては特開２００７−３０３８５４号公報に記載されているものがある。

一方フォトダイオード等の検出器を用いてデータを取得する方法は、ウエハを回転させながら高速にデータを取得でき、さらにデータの容量が小さいというメリットがある。しかしながら検出できるのは光量のみであり、サイズや形態といった欠陥の詳細は分からないというデメリットもある。この手法を用いた検査装置の例としては特許第３４２５５９０号公報に記載されているものがある。これらの手法はメリットとデメリットのバランスを考慮され、最終的な装置の目的に合わせて適切に選択される。
特開２００７−３０３８５４号公報 特許第３４２５５９０号公報

フォトダイオード等の検出器を用いて高速にデータを取得する方法では、通常レーザーやスリット光をウエハ端面に照射し、傷や異物などの欠陥で散乱された光を受光光学系で検出する。受光光学系は照明光の正反射光が直接入射しない暗視野光学系となるように配置される。そのため被検ウエハの端面に欠陥がなければ、受光光学系では光は検出されないが、欠陥があれば欠陥での散乱や回折による光を、受光光学系で検出することができる。

しかしながら実際に検査を必要とするウエハの端面には図３に示すように膜１１の境界１２や、ベベルの傾斜の開始部分での屈曲部１３が存在している可能性があり、このような膜の境界１２や屈曲部１３があればそこで散乱光が生じてしまう。この散乱光は欠陥検査のノイズとなり、欠陥検査の精度が下げてしまうという問題がある。

又、逆に、このような膜の境界や屈曲部の状態のみを検出したいという要望もある。

本発明はこのような事情によりなされたものであり、被検物端面に存在する膜の境界や膜の屈曲部で発生する散乱光を効果的に除去することが可能な被端面検査装置と、膜の境界や膜の屈曲部のみを検査可能な被検物端面検査装置との両方を実現する被検物端面検査装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、表面及び裏面の少なくとも一方に膜が形成された被検物の端面部を検査する装置であって、前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方の前記被検物の放射方向位置を検出するモニター装置と、
前記被検物の端面部に照明光を照射する照明光学系と、前記端面部からの光を受光する受光光学系と、前記受光光学系からの信号を処理して欠陥を検出する演算部を有する欠陥検出装置とを有し、
前記欠陥検出装置は、前記モニター装置の出力信号に応じて前記照明光学系による前記ウエハ端面部の照明領域を可変に制御して検査を行うものであることを特徴とする被検物端面検査装置である。

前記課題を解決する第２の手段は、前記第１の手段であって、前記欠陥検出装置は、前記照明領域のうち、前記モニター装置が検出した前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方を照明する照明光を遮光するように制御して検査を行うことを特徴とするものである。

前記課題を解決する第３の手段は、前記第１の手段であって、前記欠陥検出装置は、前記照明領域のうち、前記モニター装置が検出した前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方のみを照明するように制御して検査を行うことを特徴とするものである。

前記課題を解決する第４の手段は、前記第１の手段であって、前記照明光学系において透過型液晶素子が前記照明領域と共役な位置に配置され、前記透過型液晶素子のオン・オフにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とするものである。

前記課題を解決する第５の手段は、前記第１の手段であって、前記照明光学系においてＤＭＤが前記照明領域と共役な位置に配置され、前記ＤＭＤのオン・オフにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とするものである。

前記課題を解決する第６の手段は、前記第１の手段であって、前記照明光学系は、光源とスキャナを備え、前記光源からの光を前記スキャナによりスキャンすることにより照明を行うものであり、前記光源のオン・オフを制御することにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とするものである。

前記課題を解決する第７の手段は、前記第１の手段であって、前記照明光学系は、直線状に配置した複数の単位光源を有し、前記単位光源のオン・オフを制御することにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、被検物端面に存在する膜の境界や膜の屈曲部で発生する散乱光を効果的に除去することが可能な被端面検査装置と、膜の境界や膜の屈曲部のみを検査可能な被検物端面検査装置との両方を実現する被検物端面検査装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１、図２は本発明の実施の形態であるウエハ端面検査装置の１例を模式的に示す図である。本発明では上下ベベル部、アペックス部の３箇所を検査するために、同じ光学系を３セット用意し、それぞれの箇所に配置する。なお配置に当たっては上下ベベル部、アペックス部の照明光が別の光学系に入ってノイズとなることを防ぐため、これら３箇所の光学系は十分位置をずらして配置することが望ましい。つまり上下ベベル部、アペックス部はあるタイミングにおいてウエハの別々の円周方向位置を検査することになる。

図１では上ベベル部検査用の光学系を１、アペックス部検査用の光学系を２として示しており、下ベベル部検査用の光学系はウエハ１０に隠れているため、図示を省略している。また本実施の形態ではそれぞれの光学系は９０度ずつずれた位置、すなわち、上ベベルが上ベベル検査位置7を、アペックス部が、それから９０°ずれたアペックス検査位置８を、下ベベル部が下ベベル検査位置９を検査するように配置されている。

ただし位置のずらし量はこれに限定されるものではなく、お互いの照明光がノイズとならない範囲で任意の角度に設定できる。

図２にはウエハ１０を真上から見た場合のウエハ端面検査装置の概要図を示す。図１、２から分かるように上下ベベル部を検査するための光学系の光線の光軸はウエハ１０に対して直交する面内にあり、スリット状の照明光が、その長手方向がウエハ１０の放射方向となる向きに照射されるように配置されている。

一方アペックス部の光学系２の光線の光軸はウエハを含む面内にあり、ウエハの厚さ方向に長いスリット状照明光がウエハ１０に対して直交するような向きに照射されるように配置されている。上下ベベル部、アペックス部のそれぞれの箇所を検査する光学系は同一であるため、以下では上ベベル部光学系１に着目して検査方法を詳しく述べる。

まずウエハ端面検査装置には膜位置モニター用光学系（モニター光学系）３が含まれている。膜位置モニター用光学系３は図３に示すように落射照明光学系と拡散照明光学系とを有する。落射照明光学系は、光源２１からの光を照明レンズ２２リレーし、ハーフミラー２３で反射させて、対物レンズ２９を介して、ウエハ１０を落射照明する。一方拡散照明光学系２４は、ＬＥＤ等の光源を並べて光源部を構成し、その前に拡散板を取り付けたもので、拡散光でウエハ１０を照明する。

対物レンズ２９はベベル部の傾斜の全面に亘ってピントが合うように低倍の対物レンズを選択することが望ましい。この対物レンズ２９にてウエハ端面部の明視野像を取得する。対物レンズ２９で検出された光は、ハーフミラー２３を透過し、結像レンズ２５により、ウエハ１０の表面の像を、撮像素子２６の撮像面に結像する。データを高速に取得するために撮像素子２５には、ラインセンサー（１次元の光検出器）を使用することが望ましい。このときラインセンサーはウエハの放射方向の信号強度を取得できるように配置される。なお、図３において、１４は上ベベル部、１５は下ベベル部、１６はアペックスである。

このように配置したラインセンサーにて取得した強度データを図４に示す。ウエハを図示しない回転テーブル上で回転させながら端面部のデータを取得すると、ベベルの傾斜が始まる位置１３に２７、膜の境界部（端部）１２に２８のように、信号強度の大きな変化が生じたデータが得られる。

この変化が生じた位置を図示しないメモリーに記憶する。なお上記以外にも大きな欠陥があれば信号強度に変化が生じるが、ウエハの回転位置に対して連続しているかどうかで膜の境界１２やベベルの傾斜が始まる位置１３と欠陥を区別することができる。なおセンサーとしては他にも２次元のＣＣＤやＴＤＩカメラを使用することができ、これらを用いるとデータの取得には時間がかかるが、詳細な２次元画像を取得することで膜の境界位置をより正確に検出することができる。

図１、図２に示すように、膜位置モニター用光学系３に対してウエハ回転方向の下流側に上ベベル検査位置７が設けられている。照明光学系４は、図に示すように、ウエハ１０の上ベベル検査位置７の放射方向に直線状の照明光を照射する。照明光学系４は斜入射で上ベベル検査位置７を照明するように配置されており、照明角度に対して正反射光が受光光学系５に入らないように受光光学系５が配置される。受光光学系５はウエハ１０の端面部の欠陥で散乱された光をフォトダイオード等の検出器６に集光する機能を有する。

ウエハ１０にはそりなどが生じていることがあり、この場合ウエハ面の位置が上下にぶれることがある。この面ぶれの影響を低減するためには、受光光学系５として、瞳像を検出器６の撮像面上に結像する光学系を用いることが有効である。本発明では照明光学系に特徴があり、以下で詳細に述べる。

照明光学系の第１の実施の形態の概要を図５に示す。ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの光源３１から出射された光はレンズ３２によりコリメートされ、その瞳位置には透過型液晶素子３３が配置されている。透過型液晶素子３３を透過した光はレンズ３２と絞り３４とレンズ３２Ａを通って、照野３５に照明光を形成する。照野３５と透過型液晶素子３３は共役関係になっており、透過型液晶素子３３は視野絞りの役割を担うことになる。則ち、照野３５には、透過型液晶素子３３の像が形成される。

透過型液晶素子３３は単位素子に印加する電圧のオン・オフで単位素子を透過素子又は遮光素子とし、遮光領域３６と透過領域３７を、単位素子毎に自由に制御できる素子であり、透過領域を制御することで照野領域を自由に制御することができる。このことが本発明では非常に重要である。なお図５では照野領域がスリット状になるように透過型液晶素子３３の制御を行っている。以下この照明光学系を用いて、検査を行う手順について述べる。

まず膜位置モニター用光学系３において、ウエハ１０のある角度位置に対応する膜境界１２やベベルの傾斜開始点１３などのノイズ発生位置を検出し、この位置情報を図示しないメモリーに保存する。図示しない制御装置は膜位置モニター用光学系と検査位置間の距離情報、およびウエハの回転速度から先の記憶した箇所が上ベベル検査位置７に来るタイミングを計算する。さらにその箇所が上ベベル検査位置７に来たタイミングで、メモリーに記憶した、これらノイズの発生位置に対応する照明光を遮光するように透過型液晶素子３３の制御を行う。これにより、後に図６に示すように、膜境界１２に対応する領域３８、およびベベルの傾斜が始まる傾斜開始点１３に対応する領域３９のみ照明光を遮光することができ、これらの箇所で散乱光が発生することを防止できる。

なおこの方法であればノイズ発生位置が、ウエハ１０の回転に伴って変化する場合でも、その連続的に膜境界１２の位置、およびベベルの傾斜が始まる傾斜開始点１３の検出を行うために問題なく検査を行うことができる。

この様子を図６に示す。図６は図５の一部であるので、図５に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。図６では膜位置モニター用光学系３で検出した撮像素子２６上の位置２７、２８に対応する透過型液晶素子３３の各素子３３Ａ、３３Ｂを遮光するように透過型液晶素子３３に制御が働いて遮光状態となっている。これにより照明光のうち、ちょうど膜境界１２に対応する３８、およびベベルの傾斜開始点１３に対応する３９が遮光され、この位置で発生する散乱光を防止できる。

これによりウエハ端面部に存在する欠陥からの散乱光のみを検出することができるため、検出のＳ／Ｎが向上し精度の高い欠陥検査が可能となる。検査はウエハを回転させながら検出器において検出される光量をモニターする。事前にサンプルウエハ等で光量の閾値を決定しておき、その閾値を超えた光量を検出した場合にその角度位置には欠陥が存在すると判定し、角度情報と信号強度を出力するようになっている。これらの検査が上下ベベル、アペックス部の３箇所において行われる。

照明光学系の第２の実施の形態の概要を図７に示す。本実施の形態の特徴は視野絞りにＤＭＤ４０を使用して照明領域を可変にしているところに特徴がある。以下で照明の方法について詳細に述べる。ハロゲンランプ、ＬＥＤなどの光源３１から出射された光はレンズ３２によりコリメートされ、その瞳位置にＤＭＤ（Digital Micromirror Device）４０が配置されている。ＤＭＤとはミクロンサイズの微小なミラーが複数並べられた素子で、オン・オフによりそのミラーが傾く仕組みになっている。

本実施の形態では、ＤＭＤの素子の電源オン時に、その素子により照明光は光路４２に反射され、レンズ３２’と絞り３４を通って、レンズ３２Ａにより平行光とされ、照野３５を形成する。一方、ＤＭＤの素子の電源オフ時に、その素子により照明光は４３の光路に反射され、遮光部材４１により吸収される。

レンズ３２’、３２Ａは、ＤＭＤ４０の面と照野３５が共役となるように配置されており、ＤＭＤ４０の各素子の電源を制御することで、照明領域を自由に制御することができる。ノイズの発生源となる膜境界などの検出は前述の方法で行い、所定箇所のＤＭＤ４０の電源をオフ制御することで照明光内の遮光すべき位置、３８、３９の遮光が可能である。ＤＭＤ４０は第1の実施の形態の液晶素子に比べて応答性が速いため、ウエハ１０の速い回転速度に対応することが可能であり、スループットを向上させる効果を有する。

照明光学系の第３の実施の形態の概要を図８に示す。本実施の形態は視野絞りを設けずにレーザーのスキャンにより欠陥検査を行うことを特徴とする。レーザー光源４４から出射したレーザー光はガルバノミラー４５によってスキャンされ、スリット状の照野３５を形成する。このとき前述の方法でノイズの発生源となる膜境界などが検出されており、照野３５のうちこれらの位置に対応する箇所は遮光したい。

そこでガルバノミラーが、通常照明を行うべき領域に対応する位置４５ａにある場合はレーザー光源４４をからレーザー光を出射し、一方遮光すべき領域３９に対応する位置４５ｂになった場合には、レーザーをオフにする制御を図示しない制御装置で行う。同様、遮光すべき領域３８に対応する位置になった場合にもレーザーをオフにする。つまりガルバノミラー４５のスキャンのタイミングとレーザーのオフのタイミングの関係を計算し、事前に検出した遮光したい領域にレーザー光が到達するタイミングでのみレーザーをオフとする。この方法でも照明領域の制御が可能である。

照明光学系の第４の実施の形態の概要を図９に示す。本実施の形態では光源ユニットと照野が共役になるクリティカル照明の配置とし、光源ユニットの発光位置を制御することに特徴がある。

光源ユニット４６は複数のＬＥＤ等の小型光源４７を直線状に並べて構成されており、ここから放射される光はレンズ３２によりリレーされスリット状の照野３５を形成する。途中、絞り３４により光束が制限される。この実施の形態では光源ユニット４６が照野と共役であるため、膜位置モニター用光学系３により検出した遮光領域３８，３９に対応する光源のみを発光させないように制御することで、照明領域の制御が可能である。図で、黒丸の小型光源４７が発光していない光源、白丸の小型光源４７が発光している光源である。

以上の実施の形態に示した方法で照明領域の制御を行うことで、膜境界１２、およびウエハ端面にあるベベルの傾斜開始点１３に対応する箇所の照明光を遮光することができる。これによりウエハ端面部に存在する欠陥からの散乱光のみを検出することができるため、検出のS/Nが向上し精度の高い欠陥検査が可能となる。又、以上の説明においては、検査点で散乱、干渉した光（散乱光）のみを検出し、正反射光が検出器に入らないようにしていたが、逆に、正反射光のみ、又は正反射光と散乱光の両方が検出器に入るようにして検査を行う場合も考えられ、このような場合にも本発明を適用することができる。

なお上記では検出した膜境界１２、およびベベル傾斜開始点１３の両方の照明光を遮光するようにしたが、必要に応じてどちらか一方の遮光のみを行っても構わない。

また逆にこれらの位置のみを照明することも可能である。その場合は膜境界の荒れ具合などに特化した検査が可能となる。この場合には、膜境界１２、およびベベル傾斜開始点１３の放射方向位置の検出とトラッキングは、以上説明した方法と同じ方法で行う。

そして、検査点が照野の位置にきたとき、トラッキングされた位置情報に基づいて、膜境界１２、およびベベル傾斜開始点１３に対応するウエハ上の位置のみが照明されるように制御を行う。その方法は、例えば、図６〜図９において説明した照明光において、遮光されていた照明光を検査位置を照明する照射光に変え、照明光となっていた部分を遮光するように、各装置を制御すればよい。

例えば、図６において、膜境界１２に対応する領域３８とベベル傾斜開始点１３に対応する領域３９の領域のみ照明光が照射され、その他の領域が遮光されるように、透過型液晶素子３３の制御を行う。図７〜図９における例でも、照明領域と遮光領域を反転させるように制御を行えばよい。膜境界１２、ベベル傾斜開始点１３およびのどちらか一方のみを検査したいときは、検査したい方のみに照明光が当たるように、装置の制御を行えばよい。

本発明の実施の形態であるウエハ端面検査装置の１例を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態であるウエハ端面検査装置の１例を模式的に示す図である。 膜位置モニター用光学系の概要を示す図である。 膜位置モニター用光学系で検出したデータの例を示す図である。 照明光学系の第１の実施の形態の概要を示す図である。 照明光学系の第１の実施の形態の作用を示す図である。 照明光学系の第２の実施の形態の概要を示す図である。 照明光学系の第３の実施の形態の概要を示す図である。 照明光学系の第４の実施の形態の概要を示す図である。

符号の説明

１…上ベベル部光学系、２…アペックス部光学系、３…膜位置モニター用光学系、４…照明光学系、５…受光光学系、６…検出器、７…上ベベル検査位置、８…アペックス検査位置、９…下ベベル検査位置、１０…ウエハ、１１…膜、１２…膜境界、１３…傾斜開始点（屈曲部）、１４…上ベベル、１５…下ベベル、１６…アペックス、２１…光源、２２…照明レンズ、２３…ハーフミラー。対物レンズ、２４…散照明光学系、２５…結像レンズ、２６…撮像素子、２７…信号強度の大きな変化が生じたデータ、２８…信号強度の大きな変化が生じたデータ、２９…対物レンズ、３１…光源、３２，３２’…レンズ、３２Ａ…レンズ、３３…透過型液晶素子、３４…絞り、３５…照野、３６…遮光領域、３７…透過領域、３８…遮光領域（部分）、３９…遮光領域（部分）、４０…ＤＭＤ、４１…遮光部材、４２…光路、４４…レーザー光源、４５…ガルバノミラー、４６…光源ユニット、４７…小型光源

Claims (7)

1. 表面及び裏面の少なくとも一方に膜が形成された被検物の端面部を検査する装置であって、前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方の前記被検物の放射方向位置を検出するモニター装置と、
   前記被検物の端面部に照明光を照射する照明光学系と、前記端面部からの光を受光する受光光学系と、前記受光光学系からの信号を処理して欠陥を検出する演算部を有する欠陥検出装置とを有し、
   前記欠陥検出装置は、前記モニター装置の出力信号に応じて前記照明光学系による前記ウエハ端面部の照明領域を可変に制御して検査を行うものであることを特徴とする被検物端面検査装置。
2. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記欠陥検出装置は、前記照明領域のうち、前記モニター装置が検出した前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方を照明する照明光を遮光するように制御して検査を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。
3. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記欠陥検出装置は、前記照明領域のうち、前記モニター装置が検出した前記膜の屈曲部及び前記膜の端部の少なくとも一方のみを照明するように制御して検査を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。
4. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記照明光学系において透過型液晶素子が前記照明領域と共役な位置に配置され、前記透過型液晶素子のオン・オフにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。
5. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記照明光学系においてＤＭＤが前記照明領域と共役な位置に配置され、前記ＤＭＤのオン・オフにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。
6. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記照明光学系は、光源とスキャナを備え、前記光源からの光を前記スキャナによりスキャンすることにより照明を行うものであり、前記光源のオン・オフを制御することにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。
7. 請求項１に記載の被検物端面検査装置であって、前記照明光学系は、直線状に配置した複数の単位光源を有し、前記単位光源のオン・オフを制御することにより、前記照明領域の可変を行うことを特徴とする被検物端面検査装置。

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