JP2011117928A - 基板の内部欠陥検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は基板の内部欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】
まず基板の側面に、少なくとも光源を提供する。光源は、側面に向かって基板を透過する光線を発する。さらに基板の上表面のイメージを取得するイメージセンサモジュールを提供する。光線が側面に相対する入射角度は、光線が基板内で全反射によって伝達される第１所定角度内に制限する。これにより、光線が基板内を伝わり内部欠陥に遭遇した場合、欠陥部分に明点が形成され、イメージセンサモジュールがこの欠陥の位置を検出する。この種の方法は、内部欠陥の好適なイメージ解像度を確実に向上させる。このほか、本発明はさらに、上述の基板の内部欠陥検査方法に基づいた、基板の内部欠陥検査装置を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は基板の内部欠陥検査装置および方法に関する。

半導体製造工程では、基板の薄膜堆積などを行う製造工程が主であり、基板にいくつかの電子素子を形成する。したがって、基板そのものの異物、気泡、またはひびなど内部欠陥の多少は、電子素子の品質の良し悪しに影響を及ぼすことが多い。このほか、基板は常に輸送、または高熱処理もしくはエッチングなどの製造工程を経る必要があるため、ひびが生じやすい。

したがって、基板の内部欠陥検査の実施は、非破壊検査項目として不可欠である。現在、一般的なひびの検査方法は、基板を透過する光線を発する照明光源を利用する。基板下方から基板の下表面に照射を行い、基板上方では、ビデオカメラを使用して基板の上表面のイメージを取得する。内部欠陥は光線を反射、屈折または散乱させて、欠陥部分の光線透過率を低下させる。そのため、内部欠陥のイメージの明度が、その他の部分と比較して明らかに低く、後に人為的またはコンピュータによるイメージ分析を行いやすく、内部欠陥の位置および大きさを認識する。

内部欠陥イメージの解像は、検査効果および後に続く分析の難易度に関係するため、内部欠陥イメージを如何にして正確にはっきりと取得するかが、検査工程において解決が急がれる問題の一つである。しかし、上述の内部欠陥検査方法は、以下に挙げるいくつかの欠点が存在する。まず図１に示すのは、上述の内部欠陥検査方法の概要図である。異物またはひびなど内部欠陥１２が光線透過率に影響を及ぼすだけでなく、製造工程において、基板１０の表面または裏面にたびたび付着する汚染物質１１、あるいは基板１０の表面のスジも光線透過率に影響を及ぼすことがある。そのため、ビデオカメラ３０が取得したイメージを判読するとき、イメージの暗点を内部欠陥１２または表面汚染物質１１として効果的に分類することができず、表面汚染物質１１を内部欠陥１２であると判断を誤る状況がたびたび起こる。

さらに、図２に示すように、光線が遮られると回折が起こるため、イメージ中の微小な内部欠陥１２は、使用される光線の明度が比較的明るいときに消失することがある。すなわち内部欠陥１２のイメージ幅は、光線の明度に反比例する。したがって、基板１０の厚さが少し厚いため、光線強度を高めてイメージの明度を強める必要があるとき、光線強度を特定の強度まで高めた後、さらに上昇させると、反対に回折光強度が強くなりすぎることがあり、内部欠陥１２のイメージ解像度が低下し、さらに高コストの高解像度ビデオカメラを組み合わせて、はっきりと撮影する必要が生じる。さらに、このような状況は、基板１０そのものの厚みの公差が比較的大きい場合、最良の光線強度を決定し、最高のイメージを得ることは難しくなる。このほか、図３に示すように、微細な欠陥１２は、光線が全く平行光線でない状況では、ひびの幅が小さくなる。すなわち、多方向の光線によって微細なひびのイメージ解像度を高めることはできない。添付資料１の写真は、従来の欠陥検査方法を利用して取得したひびのイメージ写真である。

このことから、本発明は特殊な設計の基板の照明方法を提供し、業界を長い間悩ませていた上述の難題を解決する。本発明は光線を利用しており、基板内部で全反射方式によって伝達される。基板の内部欠陥を直接照明し、基板内部のひび、穴、異物、気泡、ずれなど、内部欠陥のイメージ解像度を高めて、表面の汚れなど、異物の画像化を効果的に防止する。優れた内部欠陥の検出能力以外に、基板表面の加工後、基板内部の検査測定を行うことができないという難題を解決する。

したがって、本発明の目的は、基板の内部欠陥検査方法を提供することにある。これにより、基板の内部欠陥の好適なイメージ解像度を得ることができる。

上述の目的を達成するため、本発明が提供する基板の内部欠陥検査方法は、基板の内部欠陥検査に使用される。基板は上表面、および上表面と接続した複数の側面を有する。該基板の内部欠陥検査方法は、まず少なくとも光源を提供し、基板のうちの１側面部分に設置する。光源が側面に向かって、基板を透過するのに対応した光線を発する。さらに、イメージセンサモジュールを提供し、基板の上方に設けて、基板の上表面のイメージを取得する。光線が側面に相対する入射角度は、光線が基板内でほぼ全反射方式によって伝達される第１所定角度内に制限する必要がある。

このほか、本発明の別の目的は、基板の内部欠陥検査装置を提供することにある。これにより、基板の内部欠陥の好適なイメージ解像度を得ることができる。

本発明が提供する基板の内部欠陥検査装置は、基板の内部欠陥検査に使用される。基板は上表面、および上表面と接続した複数の側面を有する。該基板の内部欠陥検査装置は、少なくとも光源およびイメージセンサモジュールを含む。光源は基板のうちの１側面部分に設置され、側面に向かって基板を透過するのに対応した光線を発する。イメージセンサモジュールは基板の上方に設置され、基板の上表面のイメージを取得するのに使用される。光線が側面に相対する入射角度は、光線が基板内でほぼ全反射方式によって伝達される第１所定角度内に制限する必要がある。

本発明は光線が基板内に進入し、基板内で全反射方式によって伝達され、光線が基板外へ屈折することはない。光線が基板内を伝わり、内部欠陥に遭遇したとき、光線の方向が変わり、反射、屈折または散乱など光路の変化が生じ、この部分で明点が形成される。これにより、基板上方のイメージセンサモジュールがこの欠陥位置を検出する。この種の方法では、内部欠陥の好適なイメージ解像度が確実に向上し、内部欠陥の検出率を高める。

図１は、従来の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図２は、従来の基板の内部欠陥検査装置が行う基板検査の概要図である。 図３は、従来の基板の内部欠陥検査装置が行う基板検査の別の概要図である。 図４は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図５は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図６は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図７は、光線強度のイメージ信号の幅、およびコントラストに関する曲線図である。 図８は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図９は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図１０は、本発明の基板の内部欠陥検査装置の概要図である。 図１１は、図１０の基板の内部欠陥検査装置の別側面の概要図である。

本発明に関する技術内容および詳細な説明を、図を組み合わせて以下のように説明する。

本発明の好適な実施例の概要図である図４を参照されたい。該基板の内部欠陥検査装置は、基板４０の内部欠陥検査を行う。該基板の内部欠陥検査装置は、主として光源５０およびイメージセンサモジュール６０を含む。

光源５０は基板４０のうちの１側面４３部分に設置され、側面４３に向かって基板４０を透過するのに対応した光線５１を発する。好ましくは、光源５０の発する光線が平行光線である、すなわち発する光線が同じ進行方向を有すると、基板４０に入射する光線の比率が高まる。本実施例において、基板４０はシリコンウェーハであるため、光源５０はシリコンウェーハを透過する赤外光源を使用する必要がある。その他の使用において、光源５０の選択はこれに限定されない。例えば、基板４０がガラスであるとき、その光源５０は可視光源を選択する必要がある。

具体的に述べると、図５に示すように、本実施例の基板４０は太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）基板を例としているが、実際の使用時はこれに限定されない。基板４０は、本体４４、上表面４１と下表面４２、上表面４１および下表面４２に接続する複数の側面４３を有する。上表面４１は交差設置された複数の非反射部４１１、および金属電極部４１２を含む。非反射部４１１は光透過性で、金属電極部４１２は光不透過性である。下表面４２は光不透過性の金属電気伝導部である。側面４３は上表面４１および下表面４２におよそ垂直である。

特に注意すべきことは、基板の内部欠陥および外部欠陥を効果的に区別するため、図４に示すように、本発明は光源５０の光線５１が側面４３に相対する入射角度を、第１所定角度θ１内に制限する。これにより光線５１が基板４０に入射した後、ほぼ全反射方式により伝達される。この第１所定角度θ１は、光線５１の波長、基板４０の屈折率と関係しており、一般的な光学知識により算出することができる。

光線５１の入射角度は、上述の第１所定角度θ１内に制限する必要がある。この他にも、基板４０の実際の厚みがほぼ１ｍｍより小さく、さらに基板４０が光源５０に相対する位置は、多少の偏位が生じることがある。したがって、光源５０が発する光線が基板４０に発することができないことを避けるため、一般に、採用する光源５０の直径はほとんど基板４０の厚みより大きい。そのため、光線が部分的に基板４０の上表面４１に照射されて散乱が生じ、さらにはイメージセンサモジュール６０が取得するイメージを妨害する。この散乱光が、イメージセンサモジュール６０が取得するイメージのコントラストに影響を及ぼすのを可能な限り防止するため、本発明は光線５１が側面４３に相対する入射角度を、第２所定角度θ２内に制限する。第２所定角度θ２は、第１所定角度θ１のイメージセンサモジュール６０から、より離れた側の半分である。第２所定角度θ２内で基板４０に向かって発せられる光線５１は、上表面４１を直接照射することはなく、基板４０に進入し、基板４０内の上表面４１または下表面４２で全反射され、基板４０外に屈折することはない。

イメージセンサモジュール６０は、基板４０の上方または下方に位置し、基板４０の上表面４１のイメージを取得するのに使用される。本実施例において、基板４０の上表面４１は光透過性の非反射部４１１および光不透過性の金属電極部４１２を含み、その下表面４２は、光不透過性の金属電気伝導部である。したがって、ひび４５、異物４６など内部欠陥に遭遇して反射、屈折または散乱が生じた後、上表面４１の非反射部４１２が透過した光線５１を検出するために、イメージセンサモジュール６０を基板４０上方に設置する必要がある。イメージセンサモジュール６０の型式は限定されず、各種形式のカメラ、ビデオカメラなどイメージ検出器でよい。

総合して述べると、光線５１が基板４０の側面４３に入射する。その入射角度が第２所定角度θ２内にあるとき、光線５１は基板４０内に順調に進入する。反対に、光線５１の入射角度が第２所定角度θ２外にあるとき、一部分の光線だけが基板４０内に進入し、大部分の光線は、基板４０を透過して明点領域を形成し、イメージ情報の混乱が起こって判断が難しくなる。さらにこの状況においては、光線５１が第２所定角度θ２から大きくずれるほど、基板４０に進入する光線の比率は低くなる。

光線５１が基板４０内に進入したのち、光線５１のほとんどが全反射方式により基板４０内を伝わる。基板４０内部の材質が一様に無欠陥である場合、光線５１は基板４０外に屈折することはなく、前に向かって、エネルギーが完全に消失するか、または基板４０の別側面４３から放出されるまで伝わり続ける。光線５１が基板４０内で伝達される過程で、ひび４５など材質の界面、または異物４６、気泡、内部不純物など材質の違いによる内部欠陥に遭遇したとき、光線５１の方向が変化し、反射、屈折または散乱など光路の変化が生じる。これに近接する上表面４１で、基板４０外に透過され、明点が形成される。基板４０上方のイメージセンサモジュール６０により、この欠陥の位置が検出される。添付資料２の写真は、本発明を利用して取得したひびの写真である。添付資料１の欠陥検査方法で取得したひびのイメージ写真と比較して、本発明が取得したひびのイメージは明らかに明瞭である。

しかしながら、基板４０の上表面４１の異物４７は、光線５１の基板４０内部の伝達にほとんど影響を及ぼさない。例えば、上表面４１の異物４７には、ほこり、プラスチック微粒子、油垢、水垢、指の跡などが挙げられる。しかし、基板４０内の光線５１が異物４７部分に伝わるとき、異物を透過できないため、光線５１の伝達に影響を及ぼすことはない。光線５１がこの部分から基板４０を透過して、イメージセンサモジュール６０に取得されることもないため、イメージの判断において、基板４０の内部欠陥と混同することはない。このほか、基板４０の上表面４１の腐食エッチングなどの、微小な表面のスジが起こす光線透過量も小さく、イメージセンサモジュール６０はこの種の欠陥を検出できず、基板４０の内部欠陥との混同には至らない。

図６を参照されたい。本発明は界面散乱の原理を採用して、内部欠陥に明点信号を形成させるため、光線強度を高める方式によって、イメージの解像度を高めることができる。図の左半分は、光線強度が比較的低い状況である。図の右半分は、相対的に光線強度が比較的高い状況である。内部欠陥４８は光線強度が比較的高いとき、比較的幅の広いイメージ情報が生成され、極小のひびなど材質の界面の検出に使用される。図７に示すのは、光線強度のイメージ信号の幅、および全体イメージのコントラストに関する曲線図である。図に示すひびのイメージ信号の幅は、光線強度の上昇に伴って大きくなり、全体イメージのコントラストの低下は制限され、イメージの判断を助ける。

図８に示すのは、本発明の別の実施例である。基板４０の複数の側面４３、４３’、４３”に向かって、基板４０を透過する光線をそれぞれ発するため、複数の光源５０を提供し、基板４０内の内部欠陥４９のイメージの明度および幅をさらに増加する。光源５０は線状でよく、それぞれ側面４３、４３’、４３”から延伸した方向に平行して設置される。内部欠陥４９は方向性を有することがあり、図に示すように、内部欠陥４９から延伸した方向は側面４３とおよそ垂直である。このような状況では、側面４３から光線が進入し、生成される内部欠陥のイメージの明度は、隣接する側面４３’から光線が進入して生成される内部欠陥のイメージの明度にはるかに及ばない。図９に示すように、多方向から光が進入するとき、内部欠陥４９から延伸した方向とおよそ垂直に光が進入し、イメージ中の内部欠陥の信号幅を確実に効果的に高める。

基板４０の複数側面４３、４３’、４３”から光が進入することで、多方向から提供されるイメージの光線強度が重なり合って、内部欠陥４９の方向性によって起こる、透過光量が比較的少ない問題を解消し、内部欠陥４９の明度を高める。したがって、微小なひびについて述べると、イメージ識別率を効果的に高めるため、イメージセンサモジュール６０が必要とする最大解像度を大幅に低下させる。コストの低下以外に、既存の市販されているイメージセンサモジュールの最大解像度の制限を受けることはない。

図１０および図１１に示すのは、本発明の別の実施例である。上述の実施例と比較すると、本実施例はさらに基板４０を搭載するのに使用する搭載台７０を含み、搭載台７０は土台７１、および土台７１上に設置される伝動モジュール７２を含む。伝動モジュール７２は基板４０を動かして、イメージセンサモジュール６０に相対して水平方向（図１１の矢印が示す方向）に移動させる。さらに、光源５０は集光レンズ５５を介して、光線を基板４０の側面４３に発し、光線を側面４３に集中させる。つまり、光源５０が発する光線は、すべての側面４３を完全に照射するものではなく、側面４３の一部分を照射するだけである。さらに、本実施例はイメージセンサモジュール６０および基板４０の間に開孔を有する遮光板６５を設ける。遮光板６５は外部光線がイメージセンサモジュール６０に与える影響を低減するのに使用され、イメージセンサモジュール６０は遮光板６５の開孔を介して、基板４０の上表面４１のイメージを正確に取得する。

基板４０が伝動モジュール７２によって動かされ、イメージセンサモジュール６０に相対して水平方向に移動するとき、光源５０が発する光線５１は、基板４０の側面４３を水平にスキャンし、イメージセンサモジュール６０は連続して基板４０の上表面４１のイメージングを行う。これにより、伝動モジュール７２を利用し、基板４０の検査、測定を連続して行う。製造工程前、製造工程中、または製造工程後の検査、測定に使用するため、本実施例をオンライン製造工程の設備と適合させる。

しかし上述の記載は、本発明の好適な実施例にすぎず、本発明の実施範囲を限定するものではない。本発明の特許請求の範囲に基づいて行う同等な変化および修飾は、すべて本発明特許に含まれる範囲内に属する。

４０ 基板
４１ 上表面
４１１ 非反射部
４１２ 金属電極部
４２ 下表面
４３ 側面
４３’ 側面
４３” 側面
４３１ 法線
４４ 本体
４５ ひび
４６ 異物
４７ 異物
４８ 欠陥
４９ 欠陥
５０ 光源
５１ 光線
５５ 集光レンズ
６０ イメージセンサモジュール
６５ 遮光板
７０ 搭載台
７１ 土台
７２ 伝動モジュール
θ１ 第１所定角度
θ２ 第２所定角度

Claims (12)

1. 基板の内部欠陥検査に用いられる基板の内部欠陥検査方法であって、該基板は上表面、および該上表面と接続した複数の側面を有し、該基板の内部欠陥検査方法が、
   該基板のうちの１側面部分に設置され、該側面に向かって、該基板を透過するのに対応した光線を発する光源を少なくとも提供することと、
   該基板の上方に設置され、該基板の上表面のイメージを取得するイメージセンサモジュールを提供することを含み、
   該光線が該側面に相対する入射角度を、該光線が該基板内でほぼ全反射方式によって伝達される第１所定角度内に制限する必要がある、
   ことを特徴とする方法。
2. 該光線が平行光線で該側面に入射することを特徴とする、請求項１に記載の基板の内部欠陥検査方法。
3. 該光線が該側面に相対する入射角度を第２所定角度内に制限し、該第２所定角度が、第１所定角度の該イメージセンサモジュールから、より離れた側の半分であることを特徴とする、請求項１に記載の基板の内部欠陥検査方法。
4. 該基板の内部欠陥検査方法が、該側面に向かって該基板を透過する光線をそれぞれ発する複数の光源を提供することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の基板の内部欠陥検査方法。
5. 基板の内部欠陥検査に用いられる基板の内部欠陥検査装置であって、該基板は上表面、および該上表面と接続した複数の側面を有し、該基板の内部欠陥検査装置が、
   少なくとも、該基板のうちの１側面部分に設置され、該側面に向かって該基板を透過するのに対応した光線を発する光源、および
   該基板の上方に設置され、該基板の上表面のイメージを取得するのに使用されるイメージセンサモジュールを含み、
   該光線が該側面に相対する入射角度を、該光線が該基板内でほぼ全反射方式によって伝達される第１所定角度内に制限する必要がある、
   ことを特徴とする装置。
6. 該光線が平行光線であることを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
7. 該光線が該側面に相対する入射角度を第２所定角度内に制限し、該第２所定角度が、第１所定角度の該イメージセンサモジュールから、より離れた側の半分であることを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
8. 該基板の内部欠陥検査装置が複数の光源を含み、該光源が該側面に向かって該基板を透過する光線をそれぞれ発することを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
9. 該光源が線状であり、それぞれ該側面から延伸した方向と平行して設置されることを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
10. 該光源の幅が、該側面の幅より大きいことを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
11. 該基板を搭載する搭載台をさらに含み、該搭載台が土台および該土台上に設置される伝動モジュールを含み、該伝動モジュールが該基板を動かして、該イメージセンサモジュールに相対して水平方向に移動させることを特徴とする、請求項５に記載の基板の内部欠陥検査装置。
12. 該光線が、集光レンズにより該側面の一部分に集中することを特徴とする、請求項１１に記載の基板の内部欠陥検査装置。

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