JP2011033449A - ウェーハの欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥検査を簡素化することにある。
【解決手段】光源と撮像器と光学系を備える２組の光源・撮像ユニット４、５をウェーハ１を挟んで対向して配置し、光源・撮像ユニット４、５の少なくとも一方からウェーハ１に赤外光を照射してウェーハ１からの透過光を受光してウェーハ１の透過画像を撮像する第１撮像工程と、光源・撮像ユニット４、５からウェーハ１に赤外光又は可視光を照射してウェーハ１からの反射光を受光してウェーハ両面の反射画像をそれぞれ撮像する第２撮像工程と、透過画像と両面の反射画像に基づいてウェーハ１の欠陥を抽出する抽出工程を有し、ウェーハの内部欠陥と表裏面の欠陥を同一時に検出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの欠陥検査方法及び欠陥検査装置に係り、特に、ウェーハに赤外光を照射して得られた透過画像を用いてウェーハの内部及び表裏面の欠陥を検査する技術に関する。

例えば、ウェーハの内部欠陥を検査する技術が特許文献１に記載されている。これによれば、ウェーハの一方の面から赤外光を照射し、ウェーハを透過した赤外光をウェーハの他方の面に配置した赤外線カメラで受光して得られる透過画像に基づいて、ウェーハの内部欠陥を検査している。つまり、ウェーハ内部にボイドやクラックなどの欠陥が存在すると、照射した赤外光がウェーハ内部の欠陥で散乱され、欠陥が暗い部分として透過画像に現れるから、ウェーハの透過画像を観察してウェーハ内部の欠陥の有無を検査できるとしている。

一方、ウェーハの表面の欠陥を検査する技術が技術特許文献２に提案されている。これによれば、光源と撮像器と光学系を備える光源・撮像ユニットをウェーハの一面側に配置し、光源・撮像ユニットからウェーハにレーザ光を照射してウェーハの反射画像を撮像し、反射画像に基づいてウェーハ表面の欠陥の有無を検査している。

特開２００６−３５１６６９号公報 特開２００２−１２２５５２号公報

しかしながら、特許文献１、２では、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出することについては配慮されていない。例えば、特許文献１と特許文献２を組み合わせてウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を検査しようとすると、透過画像を撮像する光源・撮像ユニットと反射画像を撮像する光源・撮像ユニットを別々に設けて、一方の検査終了後にウェーハや光源・撮像ユニットを移動させる必要があるから、同一時に検査することができない。また、特許文献２に記載の技術でウェーハの表裏面の欠陥を検出しようとすると、ウェーハの一面の透過画像を撮像した後、ウェーハをひっくり返すか光源・撮像ユニットをウェーハの他面側に移動させる必要がある。すなわち、従来の技術では、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検査することができず、欠陥検査に手間や時間がかかり、欠陥検査の作業効率が悪いという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出し、かつ、欠陥検査の作業効率を向上させることにある。

上記の課題を解決するため、本発明のウェーハの欠陥検査方法の第１の態様は、光源と撮像器と光学系を備える２組の光源・撮像ユニットをウェーハを挟んで対向して配置し、光源・撮像ユニットの少なくとも一方からウェーハに赤外光を照射してウェーハからの透過光を他方の光源・撮像ユニットで受光してウェーハの透過画像を撮像する第１撮像工程と、光源・撮像ユニットからウェーハに赤外光又は可視光を照射してウェーハからの反射光を光源・撮像ユニットで受光してウェーハ両面の反射画像をそれぞれ撮像する第２撮像工程と、透過画像と両面の反射画像に基づいてウェーハの欠陥を抽出する抽出工程を有することを特徴とする。

これによれば、２組の光源・撮像ユニットをウェーハを挟んで対向して配置したから、ウェーハの透過画像とウェーハの表裏面の反射画像を同一時に撮像でき、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出できる。そして、ウェーハの透過画像と両面の反射画像を撮像する光源・撮像ユニットを共通化して欠陥検査にかかる手間や時間を削減したから、ウェーハの内部欠陥及び表面、裏面の欠陥検査の作業効率を向上できる。

ところで、ウェーハの表面や裏面に研削条痕や付着異物などの欠陥がある場合は、照射した赤外光が表面や裏面の欠陥で反射して欠陥となって透過画像に現れるから、内部欠陥のみを抽出することが困難になる。この点、第１の態様によれば、透過画像に現れた欠陥のうち両面の反射画像に現れた欠陥に対応する欠陥を除去することで、透過画像からウェーハ内部に存在するピンホール、クラックやボイドなどの内部欠陥のみを抽出できる。

また、第１の態様において、検査対象のウェーハの両面から順次に赤外光を照射して両面の透過画像と両面の反射画像を撮像するようにすれば、両面の反射画像と両面の透過画像に基づいてウェーハの欠陥を抽出することができる。例えば、ウェーハの表面から裏面に貫通した貫通欠陥がある場合、この貫通欠陥は両面の反射画像及び両面の透過画像の全てに現れるから、貫通欠陥を他の欠陥と区別して検出することができる。

一方、本発明のウェーハの欠陥検査方法の第２の態様は、ウェーハの一方の面に配置した光源・撮像ユニットから赤外光をウェーハに照射し、ウェーハを透過した赤外光をウェーハの他方に配置した撮像ユニットで受光して透過画像を撮像した後、撮像ユニットで受光する赤外光の光量を大きくしてウェーハの透過画像を撮像し、光源・撮像ユニットから赤外光又は可視光を照射してウェーハの反射画像を光源・撮像ユニットで撮像し、これらの透過画像と反射画像に基づいてウェーハの欠陥を抽出することを特徴とする。

すなわち、光量を大きくして透過画像を撮像すると、表裏面の欠陥が透過画像に現れにくくなり、内部欠陥のみが明確化するから、透過画像のみで内部欠陥を検出できる。そして、ウェーハの表裏面の欠陥及び内部欠陥が現れるよう赤外光の光量を小さくして撮像した透過画像から、内部欠陥と反射画像で検出した一方の面の欠陥を除去することで、ウェーハの他方の面の欠陥を抽出できるから、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出できる。さらに、光源・撮像ユニットと撮像ユニットをウェーハを挟んで対向して配置し、透過画像及び反射画像を撮像する光源・撮像ユニット及び撮像ユニットを共通化したから、ウェーハをひっくり返したり光源・撮像ユニットなどを移動するなどの手間や時間が削減でき、ウェーハの欠陥検査の作業効率を向上できる。

また、本発明のウェーハの欠陥検査方法の第３の態様は、赤外光の設定光度及び撮像素子の設定露出時間に基づいて検査対象のウェーハの透過画像を撮像し、撮像された透過画像の各画素の輝度の頻度分布を求め、求めた輝度分布が２つのピークを有する場合に、内部欠陥有りと判定する判定工程を有することを特徴とする。

すなわち、本発明の発明者らは、ウェーハ両面の欠陥を無視し得るような赤外光の光度や撮像器の露出時間で透過画像を撮像すると、内部欠陥があるウェーハの場合、透過画像の画素の輝度頻度分布に２つのピークが現れることを知見した。この現象に基づいて、赤外光の光度や撮像器の露出時間を上げていって、透過画像の画素の輝度頻度分布が２つのピークが現れた場合、内部欠陥有りと判定することができる。これにより、ウェーハの透過画像のみでウェーハの内部欠陥を検出でき、ウェーハの反射画像を撮像する手間や時間を削減できるから、欠陥検査の作業効率を向上できる。なお、内部欠陥は高輝度側に現れ、表面及び裏面の欠陥は分離はできないが低輝度側に現れることから、高輝度側をカットすると、ウェーハの表面及び裏面の欠陥データを抽出できる。

一方、本発明の第１の態様のウェーハの欠陥検査方法は、ウェーハの周縁部を支持する検査台と、ウェーハの一方の面に赤外光と可視光を切り替えて照射する第１の光源及び一方の面を撮像する第１の撮像器を同一の光学系に装着してなる第１の光源・撮像ユニットと、ウェーハの他方の面に赤外光と可視光を切り替えて照射する第２の光源及び他方の面を撮像する第２の撮像器を同一の光学系に装着してなる第２の光源・撮像ユニットと、第１と第２の光源及び第１と第２の撮像器を制御して、第２の光源からウェーハの他方の面に照射される赤外光の透過光を第１の撮像器で受光して撮像される透過画像と、第１の光源からウェーハの一方の面に照射される赤外光又は可視光の反射光を第１の撮像器で受光して撮像される第１の反射画像と、第２の光源からウェーハの他方の面に照射される赤外光又は可視光の反射光を第２の撮像器で受光して撮像される第２の反射画像とに基づいて、ウェーハの欠陥画像を生成する欠陥画像生成手段を備える装置により実現できる。

この場合において、第１の透過画像と、第１の透過画像より光量を大きくして撮像した第２の透過画像と、ウェーハの一方の面の反射画像に基づいてウェーハの欠陥画像を生成することができる。

また、本発明の第３の態様のウェーハの欠陥検査方法は、ウェーハの周縁部を支持する検査台と、ウェーハの一方の面に赤外光を照射する光源と、光源からウェーハに照射される赤外光の透過光を受光して透過画像を撮像する撮像器と、撮像器で撮像される透過画像に基づいてウェーハの欠陥画像を生成する欠陥画像生成手段を備えてなり、欠陥画像生成手段は、赤外光の設定光度及び撮像素子の設定露出時間に基づいて検査対象のウェーハの透過画像を撮像し、撮像された透過画像の各画素の輝度の頻度分布を求め、求めた輝度頻度分布が２つのピークを有する場合に、内部欠陥有りと判定して欠陥画像を生成する装置により実現できる。

本発明によれば、ウェーハの内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出でき、かつ、欠陥検査の作業効率を向上できる。

実施形態１の欠陥検査装置の全体構成図である。 実施形態１の欠陥検査方法のフローチャートを示す図である。 実施形態１の差分画像処理を示す図である。 実施形態２の欠陥検査方法のフローチャートを示す図である。 実施形態２の差分画像処理を示す図である。 光量の大きさを変えた透過画像を示す図である。 実施形態３の欠陥検査装置の全体構成図である。 透過画像の輝度分布を示す図である。 実施形態３の欠陥検査方法のフローチャートを示す図である。 ウェーハの不純物濃度（比抵抗）と赤外線の透過率との関係を示す線図である。

以下、本発明のウェーハの欠陥検査方法を直接実施する欠陥検査装置を、実施例に基づいて説明する。
（実施形態１）
図１に、本発明の実施形態１の欠陥検査装置の全体構成図を示す。図に示すように、検査対象のウェーハ１は、ウェーハの周縁部の複数箇所を支持する枠体２aを有してなる検査台２に保持される。実施形態１においては、検査台２はウェーハ走査装置３によって、ウェーハ１の面に沿って前後左右に移動可能に形成されている。ウェーハの一方の面（以下、表面という。）に対向させて、赤外光と可視光を切り替えて照射する第１の光源４ａ、及び表面を撮像する第１の撮像器４ｂが、レンズなどを含む同一のテレセントリック光学系４ｃに装着された第１の光源・撮像ユニット４が設けられている。また、ウェーハ１の他方の面（以下、裏面という。）に対向させて、赤外光と可視光を切り替えて照射する第２の光源５ａ，及び裏面を撮像する第２の撮像器５ｂが、レンズなどを含む同一のテレセントリック光学系５ｃにされた第２の光源・撮像ユニット５が設けられている。これにより、２組の光源・撮像ユニット４、５の光軸が一致するようになっている。ここで、テレセントリック光学系４ｃ、５ｃは、周知のように、焦点が変わっても、倍率が変わらない光学素子である。テレセントリック光学系４ｃ、５ｃの内部には図示していないハーフミラーが設けられ、光源４ａ、５ａからの赤外光（又は可視光）を反射してウェーハ１の表面、裏面に向けて照射でき、ウェーハ１からの赤外光（又は可視光）を透過して撮像器４ｂ、５ｂに導くようになっている。

一方、欠陥画像生成装置１０は、第１と第２の光源４ａ、５ａのオン、オフ及び必要に応じて赤外光又は可視光を切り替える光源操作手段１１と、第１と第２の撮像器４ｂ、５ｂにより撮像された画像を記憶する画像メモリ１２を備えて構成されている。さらに、欠陥画像生成装置１０は、欠陥画像生成手段１３と画像を表示するモニタ１４を備えて構成されている。欠陥画像生成手段１３は、ウェーハ走査装置３と光源操作手段１１の動作を制御するとともに、第１と第２の撮像器４ｂ、５ｂにより撮像された画像を画像メモリ１２に記憶させる制御を行うようになっている。

また、欠陥画像生成手段１３は、第１の光源４ａからウェーハ１の表面に照射される赤外光（又は可視光）の反射光を第１の撮像器４ｂで受光して撮像される第１の反射画像Ａを画像メモリ１２に記憶させる。また、第２の光源５ａからウェーハ１の裏面に照射される赤外光の透過光を第１の撮像器４ｂで受光して撮像される透過画像Ｂを画像メモリ１２に記憶させる。さらに、第２の光源５ａからウェーハ１の裏面に照射される赤外光（又は可視光）の反射光を第２の撮像器５ｂで受光して撮像される第２の反射画像Ｃを画像メモリ１２に記憶させる。そして、欠陥画像生成手段１３は、後述する差分画像処理により、ウェーハ１の欠陥画像を生成して、モニタ１４に表示するとともに、画像メモリ１２に記憶させるようになっている。

ここで、欠陥画像生成手段１３の処理手順の一例について、図２に示したフローチャートを参照して説明する。本例は、第１と第２の光源・撮像ユニット４、５の撮像視野の大きさに対し、ウェーハ１の大きさ（径）が大きいために、一度の撮像操作でウェーハ１の全面を撮像できない場合の例である。この場合、光源・撮像ユニット４、５の撮像視野の大きさに応じて、ウェーハ１の表裏面を直交２軸（Ｘ、Ｙ）に沿って複数の区分領域Ｒij（ここで、ｉ，ｊ＝０、１、・・、ｎ）に分ける。区分領域Ｒijの分け方は任意であるが、光源・撮像ユニット４，５の撮像視野が円形の場合は、走査により全ての区分領域Ｒijが撮像視野に入るように設定する。

欠陥画像生成手段１３は、設定された区分領域Ｒijに合せて、ウェーハ走査装置３を駆動して、最初の区分領域Ｒ_００が撮像視野に入るようにウェーハ１を移動する（Ｓ１）。次いで、光源操作手段１１を操作して光源４ａからウェーハ１の表面に赤外光（又は可視光）を照射し、その反射光を撮像器４ｂで受光して第１の反射画像Ａ_００を撮像して、画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ２）。また、光源操作手段１１を操作して光源５ａからウェーハ１の裏面に赤外光を照射し、その透過光を撮像器４ｂで受光して透過画像Ｂ_００を撮像して、画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ３）。さらに、第２の光源５ａからウェーハ１の裏面に赤外光（又は可視光）を照射し、その反射光を撮像器５ｂで受光して第２の反射画像Ｃ_００を撮像して画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ４）。なお、Ｓ２〜Ｓ４の順序はこれに限られず、どのような順序で行なってもよい。

このようにして、最初の区分領域Ｒijの第１の反射画像Ａ_００、透過画像Ｂ_００、反射画像Ｃ_００の撮像が終了したら、全区分領域についての撮像が終了したか否か判断し（Ｓ５）、未撮像の区分領域Ｒijがあれば、Ｓ１に戻って次の区分領域Ｒijを撮像視野に移動して、Ｓ１〜Ｓ５を繰返し実行する。欠陥画像生成手段１３は、全ての区分領域Ｒijについて反射画像Ａij、透過画像Ｂij、反射画像Ｃijの撮像が終了した場合、画像メモリ１２内に記憶されているそれらの画像に基づいて、ウェーハ１の欠陥画像を生成する。

欠陥画像の生成は、図３に示す差分画像処理により、次のように求める。図示のＡは反射画像Ａijであり、Ｂは透過画像Ｂijであり、Ｃ´は透過画像Ｂijに対応するように反射画像Ｃijの左右の画素の位置を反転させて得た画像である。図に示すようにウェーハ１の表面や裏面の欠陥は、第１の反射画像Ａ、第２の反射画像Ｃ´に輝度の違いとなって現れるから、この画素を抽出することでウェーハ１の表面と裏面の欠陥を求めることができる。また、透過画像Ｂには、ウェーハ１の表裏面の欠陥が現れることがあるから、透過画像Ｂに現れた影から第１の反射画像Ａ及び第２の反射画像Ｃ´に現れた欠陥を除去する差分画像処理により、透過画像Ｂに残った欠陥を示す画素を抽出することで、ウェーハ１の内部欠陥のみを検出できる。

これによれば、ウェーハ１を挟んで対向して配置した２組の光源・撮像ユニット４、５でウェーハ１の透過画像Ｂij及び両面の反射画像Ａij、Ｃijを同一時に撮像できるから、ウェーハ１の内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出できる。そして、ウェーハ１の透過画像Ｂijと両面の反射画像Ａij、Ｃijを共通の光源・撮像ユニット４、５で撮像できるから、ウェーハ１をひっくり返したり光源・撮像ユニット４、５を移動するなどの手間や時間が削減でき、欠陥検査の作業効率を向上できる。

また、ウェーハ１の表面や裏面に欠陥があり、透過画像Ｂijにウェーハ１の表裏面の欠陥が現れる場合であっても、透過画像Ｂij及び両面の反射画像Ａij、Ｃijによる差分画像処理により、ウェーハ内部欠陥のみを抽出できる。その結果、例えば、ウェーハ１の表面に付着した除去できる異物による欠陥及び許容できるウェーハ１の研削条痕などの欠陥と内部欠陥を区別できるから、内部欠陥と表裏面の欠陥を区別することでウェーハ１の歩留まりを向上できる。

また、透過画像Ｂijに加えて、光源４ａからウェーハ１の表面に照射した赤外光の透過光を撮像器５ｂで受光して透過画像Ｄijを撮像して画像メモリ１２に記憶し、ウェーハ１の反射画像Ａij、透過画像Ｂij、反射画像Ｃij、透過画像Ｄijに基づいてウェーハ１の欠陥画像を生成できる。これによれば、ウェーハ１に表面から裏面に貫通した貫通欠陥がある場合、反射画像Ａij、透過画像Ｂij、反射画像Ｃij、透過画像Ｄijに全てに共通の欠陥として現れるから、貫通欠陥は区別して検出できる。

なお、図２の処理手順では、第１と第２の光源・撮像ユニット４、５の撮像視野に対して、ウェーハ走査装置３によりウェーハ１をウェーハ面に沿って移動して、ウェーハ１の全体を光源・撮像ユニット４、５の撮像視野に走査する例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、光源・撮像ユニット４、５の撮像視野とウェーハ１の全面とを相対的に走査すればよいから、ウェーハ１を検査台２に固定して、光源・撮像ユニット４、５をウェーハ面に沿って移動して、ウェーハ１の全面を走査するようにすることができる。

さらに、光源・撮像ユニット４、５をウェーハ面に沿って走査する場合であっても、光源・撮像ユニット４、５をそれぞれ複数、一列に配置し、複数の光源・撮像ユニット４、５の全体をウェーハ１に対して一方向（例えば、図１において前後方向）に移動走査するようにすることができる。これによれば、画像の解像度を高くできるとともに、走査に要する検査時間を短縮できる。なお、ウェーハ１の大きさ（径）に対して光源・撮像ユニット４、５の撮像視野が十分に大きい場合は、ウェーハ１を走査する必要はない。

また、光源４ａ及び光源５ａの赤外光と可視光の切り替えは、１つの光源から発生させた光を偏光フィルタで赤外光と可視光に切り替えること、又は赤外光と可視光の別々の光源を配置して光路を切り換えるなど適宜選択できる。

また、ウェーハ１の反射画像Ａij及び反射画像Ｃijを可視光の反射光で撮像すると、可視光はウェーハ１を透過しないから、撮像器４ｂと５ｂで反射画像Ａijと反射画像Ｃijを同時に取得でき、ウェーハ１の欠陥検査の作業時間を一層短縮できる。

（実施形態２）
図４に、本発明の実施形態２の欠陥検査方法のフローチャートを示す。実施形態２が実施形態１と相違する点は、反射画像Ａijを撮像せず、透過画像Ｂijの撮像の際の光量より大きくして透過画像Ｅijを撮像し、反射画像Ｃij、透過画像Ｂij、透過画像Ｅijに基づいて欠陥画像を生成している点である。欠陥検査装置は、欠陥画像生成手段１３を除いて実施形態１と同一であるから説明を省略する。

欠陥画像生成手段１３は、設定された区分領域Ｒijに合せて、ウェーハ走査装置３を駆動して、最初の区分領域Ｒ_００が撮像視野に入るようにウェーハ１を移動する（Ｓ１）。次いで、光源操作手段１１を操作して光源５ａからウェーハ１の裏面に赤外光（又は可視光）を照射し、その反射光を撮像器５ｂで受光して反射画像Ｃ_００を撮像して、画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ２）。また、光源操作手段１１を操作して光源５ａからウェーハ１の裏面に赤外光を照射し、その透過光を撮像器４ｂで受光して第１の透過画像Ｂ_００を撮像して、画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ３）。さらに、欠陥画像生成手段１３は、光源５ａから照射する赤外光の光度を高く又は撮像器４ｂの露出時間を長くして、撮像器４ｂで受光する透過光の光量を大きくして第２の透過画像Ｅ_００を撮像し、画像メモリ１２に記憶する（Ｓ４）。なお、Ｓ２〜Ｓ４の順序はこれに限られず、どのような順序で行なってもよい。

このようにして、最初の区分領域Ｒijの反射画像Ｃ_００、第１の透過画像Ｂ_００、第２の透過画像Ｅ_００の撮像が終了したら、全区分領域についての撮像が終了したか否か判断し（Ｓ５）、未撮像の区分領域Ｒijがあれば、Ｓ１に戻って次の区分領域Ｒijを撮像視野に移動して、Ｓ１〜Ｓ５を繰返し実行する。欠陥画像生成手段１３は、全ての区分領域Ｒijについて反射画像Ｃij、透過画像Ｂij、透過画像Ｅijの撮像が終了した場合、画像メモリ１２内に記憶されているそれらの画像に基づいて、ウェーハ１の欠陥画像を生成する。

欠陥画像の生成は、図５に示す差分画像処理により、次のように求める。図５のＢは第１の透過画像Ｂijであり、Ｃは反射画像Ｃijであり、Ｅは第２の透過画像Ｅijである。図に示すように反射画像Ｃにウェーハ１の裏面の欠陥が影となって現れるから、その欠陥の画素を抽出することで裏面の欠陥を検出できる。また、光量を大きくして撮像した第２の透過画像Ｅには、図６に示すように内部欠陥のみが明確に現れるから、その欠陥の画素を抽出することで内部欠陥を検出できる。さらに、第１の透過画像Ｂには、ウェーハ１の表面と裏面の欠陥及び内部欠陥が現れるから、第１の透過画像Ｂに現れた欠陥から、反射画像Ｃ及び第２の透過画像Ｅに現れた欠陥を除去する差分画像処理をして、透過画像Ｂに残った欠陥の画素を抽出することで、ウェーハ１の表面の欠陥を区別して検出できる。また、反射画像Ｃと第１の透過画像Ｂと第２の透過画像Ｅに共通に現れた欠陥を貫通欠陥として区別して検出できる。

これによれば、撮像した透過画像Ｂij、Ｅij及び反射画像Ｃijにより、ウェーハ１の内部欠陥及び表裏面の欠陥を同一時に検出できる。そして、一対の光源・撮像ユニット４、５で透過画像Ｂij、Ｅij及び反射画像Ｃijを撮像できるから、共通化した光源・撮像ユニット４、５でウェーハ１の内部欠陥及び表裏面の欠陥を検出できる。その結果、一台の欠陥検査装置で欠陥検査ができるから、ウェーハ１の欠陥検査の作業効率を向上できる。さらに、ウェーハ１の内部欠陥と表面、裏面の欠陥、貫通欠陥を区別して検出できるから、ウェーハ１の歩留まりを向上できる。

なお、実施形態２は、ウェーハ１の一方の面から少なくとも赤外光を照射できる欠陥検査装置であればよく、光源・撮像ユニット４、５のいずれか一方を撮像器と光学系を備える撮像ユニットにすることができる。

（実施形態３）
図７に、本発明の実施形態３の欠陥検査装置の全体構成図を示す。実施形態３が実施形態１と相違する点は、光源・撮像ユニット４、５に代えて、ウェーハ１の一方の面に撮像器４ｂと光学系４ｃを備える撮像ユニット１５を配置し、ウェーハ１の他方の面に図示していない光源と光学系を備える光学ユニット１６を配置し、撮像ユニット１５と光学ユニット１６の光軸を一致させている点である。そして、欠陥画像生成手段１３が、ウェーハ１の内部欠陥に対応する画素の輝度範囲を示す判定データを有している点である。その他の構成は実施形態１と同一であるから、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態３の欠陥検出の原理を、図８を用いて説明する。図８は、赤外線を照射して撮像されたウェーハの透過画像の各画素の輝度の頻度分布を示す図であり、横軸が輝度、縦軸が同一輝度の画素が検出された頻度である。同図の実線２５で示す頻度分布曲線は、赤外線の光度が比較的低い場合の透過画像の例であり、頻度分布は１つ山（ピーク）を有する曲線となる。しかし、赤外線の光度を上げていくと、あるいは撮像器の露出時間を長くしていくと、実線２１で示すような頻度分布が２つのピークを有する曲線になる場合があることを知見した。また、頻度分布の２つのピークの位置及び最大値（頻度）は、赤外線光度あるいは撮像器の露出時間に応じて変わることが知見された。

輝度頻度分布に実線２１のように２つのピークが現れるのは、ピーク間の輝度範囲（点線２３で囲まれた領域）の画素に対応する部位に内部欠陥があり、その内部欠陥により赤外線が反射するから、透過率が低下するものと考えられる。そこで、実際に、２つのピークを有する輝度頻度分布の透過画像が得られたウェーハを切断して内部を観察したところ、内部欠陥が認められた。このことから、赤外線光度を上げていって、あるいは露出時間を長くしていって、ウェーハの透過画像を撮像したときに、実線２１のように２つのピークが現れた場合、ウェーハに内部欠陥があることを検出できる。

さらに、図８の現象について検討した。単結晶シリコンウェーハでは、不純物濃度（比抵抗：Ω−ｃｍ）に応じて赤外線の透過挙動が変わり、図１０に示すように、不純物濃度を増加すると赤外線が透過しにくくなる。図１０の横軸は不純物濃度（atom/cc）であり、縦軸は赤外線の透過率である。また、同図のデータは、赤外線の波長を１．３μmに設定して測定したものである。このことから、赤外線光度は、ウェーハの比抵抗に応じて透過強度が同じになるように、制御することが好ましい。この場合、欠陥検査前にウェーハの中心位置で透過光強度を測定して、透過画像の輝度が一定となるように光源の赤外線光度を制御する。

すなわち、検査対象のウェーハの比抵抗に応じて、赤外光の設定光度及び撮像器の設定露出時間を予め定めておき、検査時に対象ウェーハに合わせて赤外光の光度及び撮像器の露出時間を設定する。そして、設定された赤外光の光度及び撮像器の露出時間でウェーハ１の透過画像を撮像し、透過画像の輝度分布を求める。その結果、図８の実線２１のような、２つのピークを有する輝度分布パターンが得られた場合は、内部欠陥有りと判定することができる。

なお、図８の点線２３で囲まれた領域の輝度頻度は、ウェーハの比抵抗、赤外光の光度、撮像器の露出時間に応じて変動することが予想されることから、予め判定データを準備しておき、欠陥画像生成手段１３に格納しておくことが好ましい。つまり、判定データは、予め内部欠陥を有するウェーハについて、ウェーハ両面の欠陥を無視し得る赤外光の設定光度及び撮像器の設定露出時間で透過画像を撮像し、透過画像の各画素の輝度の頻度分布を求め、頻度分布に基づいてウェーハの内部欠陥に対応する画素の輝度範囲を求めて作成する。

図９に、実施形態３の欠陥検査方法のフローチャートを示す。欠陥画像生成手段１３は、設定された区分領域Ｒijに合せて、ウェーハ走査装置を駆動して、最初の区分領域Ｒ_００が撮像視野に入るようにウェーハ１を移動する（Ｓ１）。次いで、光源操作手段１１を操作して、光源ユニット１６からウェーハ１の裏面に赤外光を照射し、予め判定データを求めた赤外光の光度及び撮像器の露出時間に従って透過画像Ｂ_００を撮像ユニット１５で撮像して、画像メモリ１２に記憶させる（Ｓ２）。最初の区分領域Ｒ_００の透過画像Ｂ_００の撮像が終了したら、全区分領域についての撮像が終了したか否か判断し（Ｓ３）、未撮像の区分領域Ｒijがあれば、Ｓ１に戻って次の区分領域Ｒijを撮像視野に移動して、Ｓ１、Ｓ２を繰返し実行する。欠陥画像生成手段１３は、全ての区分領域Ｒijについて透過画像Ｂijの撮像が終了した場合、画像メモリ１２内に記憶されているそれらの画像の各画素の輝度と判定データを比較し、透過画像Ｂijから内部欠陥に対応する輝度範囲の画素を抽出して、ウェーハ１の内部欠陥画像を生成記録する。

また、透過画像Ｂijの内部欠陥以外の輝度を示す画素には、表面欠陥及び裏面欠陥に対応した低い輝度の情報が含まれている。そこで、高輝度側をカットし、表面及び裏面の欠陥データを抽出して、表裏面の欠陥画像を作成記録することができる。

これによれば、ウェーハ１の透過画像Ｂijのみでウェーハ１の内部欠陥を検出できるから、ウェーハ１の反射画像を撮像する手間や時間を削減でき、欠陥検査の作業効率を向上できる。

なお、判定データの輝度範囲は、適宜測定して欠陥検査前に求めるが、一例として、ウェーハの比抵抗が１Ω−ｃｍの場合、赤外光の光度を２０００ｃｄ、撮像器の露出時間を１００ｍｓにした場合の判定データの輝度範囲は４００ｃｄ／ｍ^２〜６００ｃｄ／ｍ^２であった。

また、本実施形態３において、ウェーハ１の両面に光源と撮像器と光学系を有する光源・撮像ユニットを配置して、ウェーハ１の両面に赤外光又は可視光を照射し、ウェーハ１の表面及び裏面の反射画像を撮像して、撮像した両面の反射画像に基づいてウェーハ１の表面と裏面の欠陥を検出するように構成することもできる。

１ ウェーハ
４ 光源・撮像ユニット
４ａ 光源
４ｂ 撮像器
５ 光源・撮像ユニット
５ａ 光源
５ｂ 撮像器
１０ 欠陥画像生成装置
１３ 欠陥画像生成手段
１５ 撮像ユニット
１６ 光源ユニット

Claims (7)

1. 光源と撮像器と光学系を備える２組の光源・撮像ユニットをウェーハを挟んで対向して配置し、前記光源・撮像ユニットの少なくとも一方から前記ウェーハに赤外光を照射して前記ウェーハからの透過光を他方の前記光源・撮像ユニットで受光して前記ウェーハの透過画像を撮像する第１撮像工程と、前記光源・撮像ユニットから前記ウェーハに赤外光又は可視光を照射して前記ウェーハからの反射光を前記光源・撮像ユニットで受光して前記ウェーハ両面の反射画像をそれぞれ撮像する第２撮像工程と、前記透過画像と前記両面の反射画像に基づいて前記ウェーハの欠陥を抽出する抽出工程を有する欠陥検査方法。
2. 請求項１に記載の欠陥検査方法において、
   前記第１撮像工程は前記ウェーハの両方から赤外光を照射して前記ウェーハの両面からの透過画像をそれぞれ撮像し、前記抽出工程は前記両面の透過画像と前記両面の反射画像に基づいて前記ウェーハの欠陥を抽出することを特徴とする欠陥検査方法。
3. 光源と撮像器と光学系を備える光源・撮像ユニットと撮像器と光学系を備える撮像ユニットをウェーハを挟んで対向して配置し、前記光源・撮像ユニットから前記ウェーハに赤外光を照射して前記ウェーハからの透過光を前記撮像ユニットで受光して前記ウェーハの透過画像を撮像する第１撮像工程と、前記光源・撮像ユニットの光源から照射する赤外光の光度又は前記撮像ユニットの撮像器の露出時間を調整して、前記第１撮像工程より前記赤外光の光量を大きくして前記ウェーハの透過画像を撮像する第２撮像工程と、前記光源・撮像ユニットから前記ウェーハに赤外光又は可視光を照射して前記ウェーハからの反射光を前記光源・撮像ユニットで受光して反射画像を撮像する第３撮像工程と、前記第１、第２撮像工程で得られた前記透過画像と前記反射画像に基づいて前記ウェーハの欠陥を抽出する抽出工程を有するウェーハの欠陥検査方法。
4. 赤外光の設定光度及び撮像素子の設定露出時間に基づいて検査対象のウェーハの透過画像を撮像する撮像工程と、前記撮像工程で得られた透過画像の各画素の輝度の頻度分布を求め、求めた輝度分布が２つのピークを有する場合に、内部欠陥有りと判定する判定工程を有するウェーハの欠陥検査方法。
5. ウェーハの周縁部を支持する検査台と、前記ウェーハの一方の面に赤外光と可視光を切り替えて照射する第１の光源及び前記一方の面を撮像する第１の撮像器を同一の光学系に装着してなる第１の光源・撮像ユニットと、前記ウェーハの他方の面に赤外光と可視光を切り替えて照射する第２の光源及び前記他方の面を撮像する第２の撮像器を同一の光学系に装着してなる第２の光源・撮像ユニットと、前記第１と第２の光源及び第１と第２の撮像器を制御して、前記第２の光源から前記ウェーハの前記他方の面に照射される赤外光の透過光を前記第１の撮像器で受光して撮像される透過画像と、前記第１の光源から前記ウェーハの前記一方の面に照射される赤外光又は可視光の反射光を前記第１の撮像器で受光して撮像される第１の反射画像と、前記第２の光源から前記ウェーハの前記他方の面に照射される赤外光又は可視光の反射光を前記第２の撮像器で受光して撮像される第２の反射画像とに基づいて、前記ウェーハの欠陥画像を生成する欠陥画像生成手段を備えてなるウェーハの欠陥検査装置。
6. 請求項５に記載のウェーハの欠陥検査装置において、
   前記欠陥画像生成手段は、前記第１と第２の光源及び第１と第２の撮像器を制御して、前記第２の光源から前記ウェーハの前記他方の面に照射される赤外光の透過光を前記第１の撮像器で受光して第１の光量で撮像される第１の透過画像と、前記第２の光源から前記ウェーハの前記他方の面に照射される赤外光の透過光を前記第１の撮像器で受光して第１の光量より大きい第２の光量で撮像される撮像される第２の透過画像と、前記第２の光源から前記ウェーハの前記他方の面に照射される赤外光又は可視光の反射光を前記第２の撮像器で受光して撮像される第２の反射画像とに基づいて、前記ウェーハの欠陥画像を生成する欠陥画像生成手段を備えてなるウェーハの欠陥検査装置。
7. ウェーハの周縁部を支持する検査台と、前記ウェーハの一方の面に赤外光を照射する光源と、該光源から前記ウェーハに照射される赤外光の透過光を受光して透過画像を撮像する撮像器と、該撮像器で撮像される透過画像に基づいて前記ウェーハの欠陥画像を生成する欠陥画像生成手段を備えてなり、
   該欠陥画像生成手段は、赤外光の設定光度及び撮像素子の設定露出時間に基づいて検査対象のウェーハの透過画像を撮像し、撮像された透過画像の各画素の輝度の頻度分布を求め、求めた輝度分布が２つのピークを有する場合に、内部欠陥有りと判定して前記欠陥画像を生成するウェーハの欠陥検査装置。

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