JP2011220729A - シリコンウェハ汚れ検査装置および該方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハの汚れを検査し得るシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法を提供する。
【解決手段】本発明の一シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、測定対象であるシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光を投光する投光部１ａと、投光部１によって光を投光されたシリコンウェハＳＷの表面を撮影する撮影部２と、撮像部２によって得られたシリコンウェハＳＷの表面の画像を１枚用い、前記画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出部３１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェハの表面上における汚れを検査するシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法に関する。

シリコンウェハは、通常、それを用いて製品を製造する前に例えば薬品洗浄によって洗浄されるが、洗浄後でも汚れが残ることがある。この汚れの有る状態で、シリコンウェハを用いて製品を製造すると、所定の性能が得られないおそれがある。このため、一般に、シリコンウェハの汚れの有無が例えば目視検査や検査装置によって検査される。このようなシリコンウェハの汚れ検査装置は、例えば、特許文献１に開示の装置がある。

図８は、特許文献１に開示の多結晶半導体ウェハ外観検査装置の構成を示す図である。この特許文献１に開示の多結晶半導体ウェハの外観検査装置１０００は、図８に示すように、コンピュータ１０１０と、表面撮像装置１０２０と、多結晶シリコンウェハ反転装置１０３０と、裏面撮影装置１０４０と、搬送装置１０５０とを備え、多結晶シリコンウェハ１００２の汚れを検査する外観検査装置である。

表面撮像装置１０２０は、光源部１０２１、カメラ１０２２、拡散板１０２３および橋脚１０２４を含み、多結晶シリコンウェハ１００２の表面を撮像する撮像装置である。光源部１０２１は、多結晶シリコンウェハ１００２を四方から囲うように設置された４個の装置から成り、４個の中の２個の光源部１０２１は、多結晶シリコンウェハ１００２の表面に対して、１０度ないし３０度の角度で光を照射し、他の２個の光源部１０２１は、多結晶シリコンウェハ１００２の表面に対して、６０度ないし８０度の角度で光を照射する。

同様に、裏面撮像装置１０４０は、光源部１０４１、カメラ１０４２、拡散板１０４３および橋脚１０４４を含み、多結晶シリコンウェハ１００２の裏面を撮像する撮像装置である。光源部１０４１は、多結晶シリコンウェハ１００２を四方から囲うように設置された４個の装置から成り、４個の中の２個の光源部１０４１は、多結晶シリコンウェハ１００２の表面に対して、１０度ないし３０度の角度で光を照射し、他の２個の光源部１０４１は、多結晶シリコンウェハ１００２の表面に対して、６０度ないし８０度の角度で光を照射する。

このような構成の多結晶ウェハ外観検査装置１０００では、表面撮像装置１０２０において、多結晶シリコンウェハ１００２の表面が１０度ないし３０度の角度で光を照射され、カメラ１０２２によってその表面の画像（表面低角度画像）が撮像され、続いて、多結晶シリコンウェハ１００２の表面が６０度ないし８０度の角度で光を照射され、カメラ１０２２によってその表面の画像（表面高角度画像）が撮像される。そして、多結晶シリコンウェハ１００２が搬送装置１０５０によって搬送され、多結晶シリコンウェハ反転装置１０３０によって表裏が反転される。そして、裏面撮像装置１０４０において、多結晶シリコンウェハ１００２の裏面が１０度ないし３０度の角度で光を照射され、カメラ１０４２によってその裏面の画像（裏面低角度画像）が撮像され、続いて、多結晶シリコンウェハ１００２の裏面が６０度ないし８０度の角度で光を照射され、カメラ１０４２によってその裏面の画像（裏面高角度画像）が撮像される。そして、コンピュータ１０１０は、表面低角度画像および表面高角度画像から表面の汚れ候補画像のデータを生成し、裏面低角度画像および裏面高角度画像から裏面の汚れ候補画像のデータを生成し、そして、これら表面の汚れ候補画像のデータと裏面の汚れ候補画像のデータとを比較することによって、表面または裏面に付着した汚れの有無を判定する。すなわち、特許文献１には、その［００５０］段落に「多結晶シリコンウェハ１００２は、例えば厚さ２００μｍと薄いので、表面の粒界による模様と、裏面の粒界による模様とは、上下反転または左右反転すれば同じ模様になる。すなわち、表面の粒界による模様が表面の汚れ候補画像データが示す画像に現れ、かつ裏面の粒界による模様が裏面の汚れ候補画像データが示す画像に現れても、表面の汚れ候補画像データと裏面の汚れ候補画像データとを、２つの面が対向する位置の画素毎に排他的論理和をとることによって、表面の粒界による模様と裏面の粒界による模様とを相殺することができ、汚れ部分のみが差として残り、差があれば、汚れがあると判定することができる。」と記載されている。

特開２００７−０６７１０２号公報

ところで、前記特許文献１に開示の多結晶半導体ウェハの外観検査装置１０００では、多結晶シリコンウェハの結晶粒界が入射光の入射角度に依存することから、低角度画像および高角度画像の２枚の画像が必要であり、しかも、上述のように、表裏それぞれのこれら画像から得られた表面の汚れ候補画像データと裏面の汚れ候補画像データとを比較することによって汚れを判定しているので、１面のシリコンウェハの汚れ判定に、装置構成として、表面撮像装置１０２０および裏面撮像装置１０２０が必要であり、そして、判定データとして、表面低角度画像、表面高角度画像、裏面低角度画像および裏面高角度画像の４枚の画像が必要となる。このため、前記特許文献１に開示の多結晶半導体ウェハの外観検査装置１０００は、その構成が複雑で、その情報処理に手間がかかってしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハの汚れを検査することができるシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかるシリコンウェハ汚れ検査装置は、測定対象であるシリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光を投光する投光部と、前記投光部によって光を投光された前記シリコンウェハの表面を撮影する撮影部と、前記撮像部によって得られた前記シリコンウェハの表面の画像を１枚用い、前記画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出部とを備えることを特徴とする。そして、他の一態様にかかるシリコンウェハ汚れ検査方法は、測定対象であるシリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光を投光しながら、前記シリコンウェハの表面を撮影する撮影工程と、前記撮像工程によって得られた前記シリコンウェハの表面の画像を１枚用い、前記画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出工程とを備えることを特徴とする。

このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法では、測定対象であるシリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光が投光され、前記シリコンウェハの表面が撮影され、画像が得られる。このため、このような画像には、シリコンウェハの反射光に入射角依存性があっても、複数の角度からの入射光による反射光で画像が形成されるので、反射光の入射角依存性が画像に現れ難い。したがって、このような１枚の画像から、その輝度を閾値で判定することによって汚れの領域を検出することができる。このように、上記構成のシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法は、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハの汚れを検査することができる。

また、他の一態様では、上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記投光部によって投光される光は、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光であることを特徴とする。

シリコンウェハの反射率は、波長依存性を有し、一般に、波長４００ｎｍ以下において、反射率が約０．５以上となる。したがって、このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置では、シリコンウェハの表面からの反射光を比較的大きな光強度で撮影部が受光できる。このため、上記構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、ノイズ耐性を向上させることができ、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、これら上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する光源部と、前記光源部によって発光された光を拡散するとともに前記拡散した光を前記シリコンウェハの表面へ投光する拡散面を内壁面に持つ拡散反射体とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、光源部から放射された光を拡散反射体で拡散反射することによって、シリコンウェハの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度で同時に拡散光を投光することができる。このため、上記構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、反射光の入射角依存性が画像により現れ難くなり、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記拡散反射体は、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体または前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体であり、前記光源部は、前記部分球体または前記部分球台体の内周面に沿って配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、光源部が内周面に沿って配置されているので、シリコンウェハの表面へ拡散光をより均一に投光することができる。このため、このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記拡散反射体は、中空の錐体または前記錐体の頂部を水平に切り落とした錐台体であり、前記光源部は、前記錐体または前記錐台体における側面の内面に沿って配置されていることを特徴とする。

このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、拡散反射体を錐体または錐台体で構成するので、拡散反射体をより簡易に製造することができる。

また、他の一態様では、これら上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する光源部と、前記光源部によって発光された光を拡散して透過するとともに前記拡散透過した光を前記シリコンウェハの表面へ投光する拡散透過面を持つ拡散透過体とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、光源部から放射された光を拡散透過体で拡散透過することによって、シリコンウェハの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度で同時に拡散光を投光することができる。このため、上記構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、反射光の入射角依存性が画像により現れ難くなり、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記拡散透過体は、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体または前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体であり、前記光源部は、前記部分球体または前記部分球台体の外周面に沿って配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、光源部が外周面に沿って配置されているので、シリコンウェハの表面へ拡散光をより均一に投光することができる。このため、このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記拡散透過体は、中空の錐体または前記錐体の頂部を水平に切り落とした錐台体であり、前記光源部は、前記錐体または前記錐台体における側面の外面に沿って配置されていることを特徴とする。

このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、拡散透過体を錐体または錐台体で構成するので、拡散透過体をより簡易に製造することができる。

また、他の一態様では、これら上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする拡散光を放射する複数の光源部を備え、前記複数の光源部は、前記拡散光を前記シリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から投光するように、互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする。

このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、拡散光を放射する複数の光源部を互いに異なる位置に配置することで、シリコンウェハの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度で同時に拡散光を投光することができる。このため、上記構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、反射光の入射角依存性が画像により現れ難くなり、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、これら上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記投光部によって投光される光は、前記シリコンウェハの反射率のピークに対応する波長の光であることを特徴とする。

このような構成のシリコンウェハ汚れ検査装置は、より大きな光強度で反射光を撮影部で受光することができ、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、他の一態様では、これら上述のシリコンウェハ汚れ検査装置において、前記シリコンウェハは、多結晶シリコンウェハであることを特徴とする。

多結晶シリコンウェハは、多結晶であるが故に、反射光の入射角依存性が高い。
このため、本発明のシリコンウェハ汚れ検査装置は、測定対象が多結晶シリコンウェハである場合に、より効果的である。

本発明にかかるシリコンウェハ汚れ検査装置およびシリコンウェハ汚れ検査方法は、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハの汚れを検査することができる。

第１実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。 シリコンウェハの反射率特性を示す図である。 第２実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。 第３実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。 第２および第３態様の拡散反射体の構成を示す図である。 第４態様の拡散反射体の構成を示す図である。 製造ラインにシリコンウェハ汚れ検査装置を配置した場合における拡散反射体の構成を示す図である。 特許文献１に開示の多結晶半導体ウェハ外観検査装置の構成を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。図１（Ａ）は、断面図を示し、図１（Ｂ）は、拡散反射体の内部を説明するための斜視図である。図２は、シリコンウェハの反射率特性を示す図である。図２の横軸は、ｎｍ単位で示す波長を表し、その縦軸は、反射率を表す。

図１において、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、投光部１（１ａ）と、撮影部２と、演算制御部３とを備え、さらに、図１に示す例では、当該シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａに所定のコマンドやデータ等を入力するために入力部５を備え、入力部５から入力された前記所定のコマンドやデータ等および当該シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａの検査結果等を出力するために出力部４を備えて構成される。

投光部１は、測定対象であるシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光を投光する装置である。投光部１は、例えば、図１に示す例では、拡散反射体１１ａと、光源部１２ａとを備えて構成される投光部１ａである。

光源部１２ａは、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する装置である。このような光源部１２ａは、例えば、いわゆるブラックライト等を用いることができる。ブラックライトは、紫外線の波長域の光を発光する蛍光管であり、このブラックライトには、波長約４００ｎｍ以下の光だけでなく、波長約４００ｎｍよりも長い波長の光も同時に放射する装置と、波長約４００ｎｍよりも長い波長の光を光学フィルタによってカット（遮断）し、波長約４００ｎｍ以下の光だけを放射する装置とがある。いずれのブラックライトが光源部１２ａに用いられても、シリコンウェハＳＷの表面における汚れを検出する検出精度の点では、略同等であるが、波長約４００ｎｍ以下の光だけでなく、波長約４００ｎｍよりも長い波長の光を含む方が、シリコンウェハＳＷに対する投光部１による光の投光状態（投光状況）を目視によって確認することができ、投光部１における光学系の位置合わせを容易に調整することができるので、好ましい。また、ブラックライトは、蛍光管であることから、様々な角度で光が放射され、拡散反射体１１ａに様々な角度で光が入射するので、好ましい。

拡散反射体１１ａは、光源部１２ａによって発光された光を拡散するとともに、この拡散した光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光する拡散面を内壁面に持つ部材である。拡散反射体１１ａは、例えば、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体であってもよいが、図１に示す例では、前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体である。より具体的には、半球体の頂部を水平に切り落とした半球台体である。この前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分には、略円形の観察用開口ＨＬが開口形成されており、この観察用開口ＨＬから拡散反射体１１ａ内に配置されるシリコンウェハＳＷの表面を観察することができるようになっている。拡散反射体１１ａの内面には、光源部１２ａから放射された光を拡散するように加工されている。例えば、拡散反射体１１ａの内面には、紫外線の波長域において、反射率が比較的高い物質、例えばアルミニウム等により散乱層（散乱面）が形成されている。なお、光源部１２ａが上述したブラックライトである場合には、ブラックライトは、近紫外線を含む光、例えば波長３５０ｎｍ〜４００ｎｍの光であるので、可視光用の拡散材料を用いて拡散反射体１１ａの内面に散乱層が形成されても、シリコンウェハＳＷの汚れの検出には、実用可能である。

そして、光源部１２ａは、直管状の１または複数の蛍光管がシリコンウェハＳＷの側辺に沿って配置されて構成されてもよいが、図１に示す例では、図１（Ｂ）に示すように、環状（リング状、ドーナツ状）の形状であり、シリコンウェハＳＷを外周から囲周するように、そして、部分球台体の拡散反射体１１ａにおける内周面に沿って配置されている。

撮影部２は、演算制御部３によって制御され、投光部１（１ａ）によって光を投光されたシリコンウェハＳＷの表面を撮影する装置である。撮影部２は、図略の支持部材によって支持され、拡散反射体１１ａの観察用開口ＨＬを介してシリコンウェハＳＷの表面を撮影することができるように配設されている。撮影部２は、例えば、光学系、前記光学系によって結像された光像を、電気的な信号に変換することによって撮像する例えばＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）型イメージセンサ等の撮像素子、および、前記撮像素子の出力に対し所定の処理を行うことで、前記光像の画像を生成する画像処理部等を備えたカメラである。撮影部２は、撮影した画像を演算制御部３へ出力する。なお、撮影部２は、画像処理等を行うことなく撮像素子の出力（例えばいわゆるＲＡＷデータ）を演算制御部３へ出力し、演算制御部３が画像処理等を行って画像形成してもよい。

演算制御部３は、シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、シリコンウェハＳＷの表面における汚れを検出するものである。演算制御部３は、例えば、シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムや、シリコンウェハＳＷの表面における汚れを検出する汚れ検出プログラム等の、各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶する、不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Read Only Memory）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）と、前記所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の演算処理や制御処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）と、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる前記ＣＰＵのワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路とを備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。演算制御部３は、機能的に、撮像部２によって得られたシリコンウェハＳＷの表面の画像を１枚用い、この画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出部３１を備えている。前記所定の閾値は、例えば、サンプルテストによって予め決定される。例えば、良品として扱われる複数のシリコンウェハＳＷの平均輝度値と、典型的な汚れた領域を持つ複数のシリコンウェハＳＷにおける該汚れ領域の平均輝度値とに基づいて決定される。より具体的には、前記良品に対する平均輝度値と前記汚れ領域の平均輝度値との略中央の値に、前記所定の閾値が設定される。

入力部５は、演算制御部３に接続され、外部から当該シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにコマンド（命令）やデータ等を入力するための装置であり、例えばタッチパネルやキーボードやマウス等である。出力部４は、演算制御部３に接続され、入力部５から入力されたコマンドやデータおよび演算制御部３の演算結果等を出力するための装置であり、例えばＣＲＴディスプレイやＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や有機ＥＬディスプレイ等のディスプレイおよびプリンタ等の印刷装置等である。

これら演算制御部３、出力部４および入力部５は、いわゆるコンピュータ、例えば、パーソナルコンピュータ等によって実現可能である。

図略の電源スイッチがオンされると、シリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａが起動され、演算制御部３によって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えばシリコンウェハＳＷが所定の位置に配置され、入力部５から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部３は、シリコンウェハＳＷの表面における汚れの検出を開始する。

まず、投光部１によってシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光が投光される。より具体的には、図１に示す例では、光源部１２ａが光を放射し、この光源部１２ａから放射された光は、その一部分がシリコンウェハＳＷの表面に直接的に照射され、そして、他の一部分が拡散反射体１１ａの内壁面に照射され、この内壁面で拡散反射され、シリコンウェハＳＷの表面に照射される。これによって、シリコンウェハＳＷの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度（低角度から高角度までの広い範囲）で同時に拡散光が投光される。すなわち、実質的に半球の全方向からシリコンウェハＳＷの表面へ同時に光が投光される。

このようにシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光を投光しながら、演算制御部３の制御に従う撮影部２によって、シリコンウェハＳＷの表面が撮影される。この撮影部２によって撮影されたシリコンウェハＳＷの表面の画像（画像データ）は、撮影部２から演算制御部３へ出力される。

シリコンウェハＳＷの表面の画像を受け取ると、演算制御部３の検出部３１は、前記１枚の画像における画素ごとに、画素の輝度値と前記所定の閾値とを比較する。通常、汚れは、細かな粒子の集合体でその反射率が低いと考えられることから、この比較の結果、前記画素の輝度値が前記所定の閾値以下である場合（前記画素が前記所定の閾値に対応する明るさよりも暗い場合）には、前記画素の輝度値が汚れを示すものと判定し、前記画素の輝度値が前記所定の閾値より大きい場合（前記画素が前記所定の閾値に対応する明るさよりも明るい場合）には、前記画素の輝度値が汚れを示すものではない、すなわち、シリコンウェハＳＷの清浄な表面を示すものと判定する。なお、検出部３１は、互いに隣接する画素の輝度値が汚れを示すものと判定された場合には、これらを１つに纏めて汚れた領域（汚れ領域）を示すものとしてよい。

汚れの有無の判定を前記画像の全画素（シリコンウェハＳＷの表面に対応する画像における全画素）について実行すると、演算制御部３は、検出結果を出力部４に出力する。出力部４には、汚れの有無（汚れを示す画素の輝度値の有無）のみが出力されてもよいし、図１（Ａ）に示すように、前記画像が出力されるとともに汚れと判定された画素（汚れ領域）を示す例えば矢印等のマーカＭＫが出力されてもよい。

このように本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、シリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光が投光され、シリコンウェハＳＷの表面が撮影され、画像が得られる。このため、このような画像には、シリコンウェハＳＷの反射光に入射角依存性があっても、複数の角度からの入射光による反射光で画像が形成されるので、反射光の入射角依存性が画像に現れ難い。したがって、このような１枚の画像から、その輝度を閾値で判定することによって汚れを検出することができる。このように本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハＳＷの汚れを検査することができる。

特に、シリコンウェハＳＷが単結晶シリコンウェハではなく、多結晶シリコンウェハである場合では、その反射率は、結晶方位によって異なる。すなわち、或る一方向から光を入射した場合の反射率と、前記或る一方向とは異なる他方向から光を入射した場合の反射率とは、言い換えれば２方向反射率は、互いに異なる。このため、或る一方向から光を入射した場合に撮影される多結晶シリコンウェハの表面の画像は、或る結晶粒では明るく、他の結晶粒では暗くなり、結晶粒によって明るさの異なるものとなる。さらに、光の入射方向を変えると、同一の多結晶シリコンウェハであっても、その表面の画像は、異なるものとなる。このため、前記画像における画素の輝度値で汚れを判定する際に、多結晶シリコンウェハへ一方向から光を照射した場合では、暗い結晶粒の領域が汚れと判定され、誤判定されるおそれがある。本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、前記画像における画素の輝度値で汚れを判定するが、投光部１ａによって多結晶シリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光が投光されるので、上述の反射率の結晶方位の依存性が平均されて多結晶シリコンウェハの表面の画像にあらわれ難くなり、多結晶シリコンウェハの表面の汚れを検出することが可能となる。このように本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、多結晶シリコンウェハの表面における汚れの有無を検出する場合に好適である。

また、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、投光部１によって投光される光は、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光である。シリコンウェハＳＷの反射率は、図２に示すように、波長依存性を有し、一般に、波長４００ｎｍ以下において、反射率が約０．５以上となる。したがって、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、シリコンウェハＳＷの表面からの反射光を比較的大きな光強度で撮影部２が受光できる。このため、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、ノイズ耐性を向上させることができ、より精度よく汚れの領域を検出することができる。例えば、汚れた部分における輝度値が２０である場合において、反射率０．２５で最高輝度値５０である場合では、汚れを判定するために、前記所定の閾値を例えば３５（＝（５０−２０）／２＋２０）程度に設定しなければならないが、反射率０．５で最高輝度値１００である場合では、汚れを判定するために、前記所定の閾値を例えば６０（＝（１００−２０）／２＋２０）程度に設定してよく、ノイズに対するマージンを大きく取れ、誤判定を低減することができる。

ここで、図２から理解されるように、入射光の波長に対する反射率は、大略、前記波長が短いほど大きく（波長２００ｎｍで反射率約０．７０）、前記波長が長くなるに従って徐々に小さくなるが、波長約２７０ｎｍおよび波長約３６０ｎｍにおいて、ピークを有している。波長約２７０ｎｍでは、反射率は、約０．７５であり、波長約３６０ｎｍでは、反射率は、約０．６０である。このため、投光部１によって投光される光は、より強い光強度で反射光を撮影部２で受光する観点から、このようなシリコンウェハＳＷの反射率のピークに対応する波長の光であることが好ましい。より具体的には、投光部１によって投光される光は、例えば、波長約２７０ｎｍの光であり、また例えば、波長約３６０ｎｍの光である。このことは、以下の実施形態においても同様である。

また、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、光源部１２ａから放射された光を拡散反射体１１ａで拡散反射するので、シリコンウェハＳＷの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度で同時に拡散光を投光することができる。このため、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、反射光の入射角依存性が画像により現れ難くなり、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａでは、光源部１２ａが拡散反射体１１ａの内周面に沿って配置されているので、シリコンウェハＳＷの表面へ拡散光をより均一に投光することができる。このため、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第２実施形態）
第１実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、光源部１２ａによって発光された光を拡散反射体１１ａの内壁面における拡散面で拡散反射し、この拡散反射した光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光したが、第２実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、光源部１４によって発光された光を拡散透過し、この拡散透過した光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光するものである。

図３は、第２実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。図３において、第２実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、投光部１（１ｂ）と、撮影部２と、検査部３１（不図示）を含む演算制御部３と、出力部４と、入力部５とを備えて構成される。これら第２実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂにおける撮影部２、演算制御部３、出力部４および入力部５は、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける撮影部２、演算制御部３、出力部４および入力部５と同様であるので、その説明を省略する。

投光部１は、測定対象であるシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光を投光する装置である。投光部１は、例えば、図３に示す例では、拡散透過体１３と、光源部１４とを備えて構成される投光部１ｂである。

光源部１４は、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する装置である。第１実施形態と同様に、投光部１によって投光される光は、シリコンウェハＳＷの反射率のピークに対応する波長の光であってよい。

拡散透過体１３は、光源部１４によって発光された光を拡散して透過するとともに、この拡散透過した光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光する拡散透過面を持つ部材である。拡散透過体１３は、例えば、すりガラスによって構成される。拡散透過体１３は、例えば、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体であってもよいが、図３に示す例では、前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体である。より具体的には、半球体の頂部を水平に切り落とした半球台体である。この前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分には、略円形の観察用開口ＨＬが開口形成されており、この観察用開口ＨＬから拡散透過体１３内に配置されるシリコンウェハＳＷの表面を観察することができるようになっている。

そして、光源部１４は、環状（リング状、ドーナツ状）の形状であり、そして、部分球台体の拡散透過体１３における外周面に沿って、複数個、配置されている。図３に示す例では、光源部１４は、３個の第１ないし第３光源部１４−１〜１４−３を備えて構成されている。このように本実施形態の投光部１ｂでは、光源部１４とシリコンウェハＳＷとの間に拡散透過体１３が配置される。

このような第２実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂでは、シリコンウェハＳＷの汚れを検査する際に、投光部１によってシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光が投光される。より具体的には、図３に示す例では、光源部１４−１〜１４−３が光をそれぞれ放射し、この光源部１４−１〜１４−３から放射された各光は、拡散透過体１３に入射され、拡散透過体１３によって拡散されて拡散透過体１３を透過し、シリコンウェハＳＷの表面に照射される。これによって、シリコンウェハＳＷの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度（低角度から高角度までの広い範囲）で同時に拡散光が投光される。すなわち、実質的に半球の全方向からシリコンウェハＳＷの表面へ同時に光が投光される。

以下、第２実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａと同様に、動作する。したがって、このような第２実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａと同様に、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハＳＷの汚れを検査することができる。

また、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂでは、光源部１４から放射された光を拡散透過体１３で拡散透過するので、シリコンウェハＳＷの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度で同時に拡散光を投光することができる。このため、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、反射光の入射角依存性が画像により現れ難くなり、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

また、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂでは、光源部１４が拡散透過体１３の内周面に沿って配置されているので、シリコンウェハＳＷの表面へ拡散光をより均一に投光することができる。このため、本実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｂは、より精度よく汚れの領域を検出することができる。

次に、別の実施形態について説明する。

（第３実施形態）
第１実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａは、光源部１２ａによって発光された光を拡散反射体１１ａの内壁面における拡散面で拡散反射し、この拡散反射した光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光したが、第３実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃは、拡散光を放射する光源部１５によって拡散光をシリコンウェハＳＷの表面へ投光するものである。

図４は、第３実施形態におけるシリコンウェハ汚れ検査装置の構成を示す図である。図４において、第３実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃは、投光部１（１ｃ）と、撮影部２と、検査部３１（不図示）を含む演算制御部３と、出力部４と、入力部５とを備えて構成される。これら第３実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃにおける撮影部２、演算制御部３、出力部４および入力部５は、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける撮影部２、演算制御部３、出力部４および入力部５と同様であるので、その説明を省略する。

投光部１は、測定対象であるシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光を投光する装置である。投光部１は、例えば、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする拡散光を放射する複数の光源部１５を備えて構成される投光部１ｃである。これら複数の光源部１５は、図４に示すように、拡散光をシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から投光するように、互いに異なる位置に配置されている。このような光源部１５は、例えば、紫外線ＬＥＤや紫外線ランプ（ＵＶランプ）等である。これら複数の光源部１５は、例えば、点光源として、半球面上の各位置に配置される。すなわち、複数の光源部１５によって形成される面は、半球面となっている。図４は、断面を示していることから、図４には、１０個の第１ないし第１０光源部１５−１〜１５−１０が示されているが、複数の光源部１５は、様々な周に沿って配置されている。様々な角度からより均一に拡散光をシリコンウェハＳＷに照射する観点から、複数の光源部１５は、互いに接するように隙間なく略半球状に配置されることが好ましい。

このような第３実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃでは、シリコンウェハＳＷの汚れを検査する際に、投光部１によってシリコンウェハＳＷの表面へ同時に複数の角度から光が投光される。より具体的には、図４に示す例では、複数の光源部１５が拡散光をそれぞれ放射し、互いに異なる各位置に配置された複数の光源部１５から放射された各拡散光は、複数の角度からシリコンウェハＳＷの表面にそれぞれ照射される。これによって、シリコンウェハＳＷの表面へ、低角度から高角度までの様々な角度（低角度から高角度までの広い範囲）で同時に拡散光が投光される。すなわち、実質的に半球の全方向からシリコンウェハＳＷの表面へ同時に光が投光される。

以下、第３実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃは、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａと同様に、動作する。したがって、このような第３実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓｃは、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａと同様に、より簡単な構成で、より簡易な情報処理でシリコンウェハＳＷの汚れを検査することができる。

なお、これら第１ないし第３実施形態において、投光部１（１ａ〜１ｃ）の底面は、測定対象のシリコンウェハＳＷが載置されている載置面ＳＴと同一水平面に有る必要はない。例えば、投光部１（１ａ〜１ｃ）の底面は、シリコンウェハＳＷが載置されている載置面ＳＴより下方にあってもよく、また、前記載置面ＳＴよりも上方にあってもよい。

図５は、第２および第３態様の拡散反射体の構成を示す図である。図５（Ａ）は、第２態様の拡散反射体の構成を示し、図５（Ｂ）は、第３態様の拡散反射体の構成を示す図である。

例えば、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける投光部１（１ａ）の場合について例示すると、投光部１は、例えば、図５（Ａ）に示すように、拡散反射体１１ｄと、光源部１２ａとを備えて構成される投光部１ｄであり、この拡散反射体１１ｄは、その底面が、シリコンウェハＳＷが載置されている載置面ＳＴより下方となるように、構成されている。より具体的には、拡散反射体１１ｄは、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を大小２つに切断した場合における大きい方の部分球体の頂部を、水平に切り落とした部分球台体である。前記所定の水平面は、前記中空の球体における中心を含まない面であり、前記中空の球体における中心から軸方向に所定の距離だけ離れた位置で前記軸に直交する面である。前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分には、拡散反射体１１ａと同様に、略円形の観察用開口ＨＬが開口形成される。

なお、図示しないが、拡散透過体１３も図５（Ａ）に示す拡散反射体１１ｄと同様の形状で構成することができる。

また例えば、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける投光部１（１ａ）の場合について例示すると、投光部１は、例えば、図５（Ｂ）に示すように、拡散反射体１１ｅと、光源部１２ａとを備えて構成される投光部１ｅであり、この拡散反射体１１ｅは、その底面が、シリコンウェハＳＷが載置されている載置面ＳＴより上方となるように、構成されている。より具体的には、拡散反射体１１ｅは、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を大小２つに切断した場合における小さい方の部分球体の頂部を、水平に切り落とした部分球台体である。前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分には、拡散反射体１１ａと同様に、略円形の観察用開口ＨＬが開口形成される。

なお、図示しないが、拡散透過体１３も、図５（Ｂ）に示す拡散反射体１１ｅと同様の形状で構成することができ、複数の光源部１５よって形成される面も、図５（Ｂ）に示す拡散反射体１１ｅと同様の形状とすることができる。

拡散反射体１１ａ、１１ｄ、１１ｅの拡散反射面は、例えば、図５（Ｂ）に示すように、載置面ＳＴ（シリコンウェハＳＷ）の法線方向ＮＬを０度とし、法線方向ＮＬ（角度０度）から拡散反射面の一方端までの角度をβすると、１枚の画像でシリコンウェハＳＷの汚れを検出可能とするために、好ましくは、βは、０＜β≦１０゜である。あるいは、拡散反射体１１ａ、１１ｄ、１１ｅの拡散反射面は、載置面ＳＴ（シリコンウェハＳＷ）を０度とし、載置面ＳＴ（角度０度）から拡散反射面の他方端までの角度をαとすると、１枚の画像でシリコンウェハＳＷの汚れを検出可能とするために、好ましくは、αは、０＜α≦１０゜である。なお、拡散透過体１１ｂの拡散透過面も、同様であり、複数の光源部１５よって形成される面も、同様である。

また、これら第１ないし第３実施形態において、投光部１（１ａ〜１ｃ）は、部分球体または部分球台体である必要はなく、様々な形状で構成することが可能である。

図６は、第４態様の拡散反射体の構成を示す図である。例えば、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける投光部１（１ａ）の場合について例示すると、投光部１は、例えば、図６に示すように、拡散反射体１１ｆと、光源部１２ｂとを備えて構成される投光部１ｆであり、この拡散反射体１１ｆは、中空の錐体の頂部を水平に切り落とした錐台体であり、光源部１２ｂは、錐台体における側面の内面に沿って配置されている。なお、拡散反射体１１ｆは、錐台体の代わりに錐体であってもよい。図６に示す例では、拡散反射体１１ｆは、中空の四角錐の頂部を水平に切り落とした錐台体であるが、前記四角錐に代え、三角錐、五角錐および六角錐等の多角錐であってよく、また円錐や楕円錐等であってもよい。そして、光源部１２ｂは、図６に示す例では、拡散反射体１１ｆが４つの側面を持つことから、その形状に合わせて、４個の光源部１２ｂ−１〜１２ｂ−４を備えて構成されている。

このような構成では、光源部１２ｂが拡散反射体１１ｆの内周面に沿って配置されているので、シリコンウェハＳＷの表面へ拡散光をより均一に投光することができる。このため、このような投光部１ｆを用いたシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓは、より精度よく汚れの領域を検出することができる。また、この構成によれば、拡散透過体１１を錐体または錐台体で構成するので、加工性が向上し、拡散透過体１１ｆをより簡易に製造することができる。

なお、図示しないが、拡散透過体１３も、図６に示す拡散反射体１１ｆと同様の形状で構成することができ、複数の光源部１５よって形成される面も、図６に示す拡散反射体１１ｆと同様の形状とすることができる。

また、これら第１ないし第３実施形態において、投光部１（１ａ〜１ｆ）は、シリコンウェハＳＷをその内部に出し入れするために、シリコンウェハＳＷの縦断面に応じた形状の搬入口および搬出口が設けられてもよい。

図７は、製造ラインにシリコンウェハ汚れ検査装置を配置した場合における拡散反射体の構成を示す図である。例えば、第１実施形態のシリコンウェハ汚れ検査装置Ｓａにおける投光部１（１ａ）の場合について例示すると、投光部１は、例えば、図７に示すように、拡散反射体１１ｇと、光源部１２ａ（図７に不図示）とを備えて構成される投光部１ｇであり、この拡散反射体１１ｇは、半球体の頂部を水平に切り落とした半球台体であって、周面には、底面に沿って矩形の搬入口ＥＴおよび搬出口ＥＴが形成されている。一対の搬入口ＥＴおよび搬出口ＥＴは、一対の搬送レール４１によって搬送されるシリコンウェハＳＷを出し入れすることができるように、互いに対向する位置に形成される。このような一対の搬送レール４１に拡散反射体１１ｇが配置される場合には、光源部１２ａは、搬送路のスペースを確保し易くなる観点から、前記一対の搬送レール４１に沿うように配置された２本の直管状の蛍光管が好ましい。

なお、図示しないが、拡散透過体１３も、図７に示す拡散反射体１１ｇと同様の形状で構成することができる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｓａ〜Ｓｃ シリコンウェハ汚れ検査装置
１、１ａ〜１ｇ 投光部
２ 撮影部
３ 演算制御部
３１ 検出部
１１ａ、１１ｄ〜１１ｇ 拡散反射体
１３ 拡散透過体
１２ａ、１２ｂ、１４、１５ 光源部

Claims (12)

1. 測定対象であるシリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光を投光する投光部と、
   前記投光部によって光を投光された前記シリコンウェハの表面を撮影する撮影部と、
   前記撮像部によって得られた前記シリコンウェハの表面の画像を１枚用い、前記画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出部とを備えること
   を特徴とするシリコンウェハ汚れ検査装置。
2. 前記投光部によって投光される光は、波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光であること
   を特徴とする請求項１に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
3. 前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する光源部と、前記光源部によって発光された光を拡散するとともに前記拡散した光を前記シリコンウェハの表面へ投光する拡散面を内壁面に持つ拡散反射体とを備えること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
4. 前記拡散反射体は、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体または前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体であり、
   前記光源部は、前記部分球体または前記部分球台体の内周面に沿って配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
5. 前記拡散反射体は、中空の錐体または前記錐体の頂部を水平に切り落とした錐台体であり、
   前記光源部は、前記錐体または前記錐台体における側面の内面に沿って配置されていること
   を特徴とする請求項３に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
6. 前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする光を放射する光源部と、前記光源部によって発光された光を拡散して透過するとともに前記拡散透過した光を前記シリコンウェハの表面へ投光する拡散透過面を持つ拡散透過体とを備えること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
7. 前記拡散透過体は、軸に直交する所定の水平面で中空の球体を２つに切断した場合における一方の部分球体または前記部分球体の頂部を水平に切り落とした部分球台体であり、
   前記光源部は、前記部分球体または前記部分球台体の外周面に沿って配置されていること
   を特徴とする請求項６に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
8. 前記拡散透過体は、中空の錐体または前記錐体の頂部を水平に切り落とした錐台体であり、
   前記光源部は、前記錐体または前記錐台体における側面の外面に沿って配置されていること
   を特徴とする請求項６に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
9. 前記投光部は、前記波長４００ｎｍ以下の光を主成分とする拡散光を放射する複数の光源部を備え、
   前記複数の光源部は、前記拡散光を前記シリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から投光するように、互いに異なる位置に配置されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
10. 前記投光部によって投光される光は、前記シリコンウェハの反射率のピークに対応する波長の光であること
    を特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
11. 前記シリコンウェハは、多結晶シリコンウェハであること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のシリコンウェハ汚れ検査装置。
12. 測定対象であるシリコンウェハの表面へ同時に複数の角度から光を投光しながら、前記シリコンウェハの表面を撮影する撮影工程と、
    前記撮像工程によって得られた前記シリコンウェハの表面の画像を１枚用い、前記画像における輝度が所定の閾値以下である領域を汚れとして検出する検出工程とを備えること
    を特徴とするシリコンウェハ汚れ検査方法。

Images