JP2013036888A - シリコン基板の検査装置、および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶粒界や光学系のムラによる画像の濃淡差が発生しても内部クラックを検出することの出来るシリコンウエハ検査方法および装置を提供する。
【解決手段】赤外照明光を円偏光フィルタを用いて円偏光し、シリコンウエハに対して照射する。シリコンウエハ表面，および裏面での反射光は偏光方向が反転するため，円偏光フィルタを透過することは出来ない。
一方，内部にクラックなどの欠陥があれば照明光は乱反射するため無偏光となり，円偏光フィルタを透過することが出来るため，カメラにて撮像が可能である。このため，クラック等の欠陥で乱反射した照明光のみを撮像し画像処理装置で検出することで，クラック等の欠陥の有無を検出することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン基板の検査装置および検査方法に関する。

シリコン基板の内部には、製造時や搬送時のトラブル等により、クラックと称される微小な割れが発生する場合がある。クラック等の欠陥が存在するシリコン基板を不良品として除外するために、シリコン基板におけるクラックの有無の検査が実施されている。かかる検査については、従来、シリコン基板へ赤外照明光ビームを照射し、シリコン基板における透過光や反射光をカメラで撮像することによりクラックを検出する技術が提案されている。例えば特許文献１では，シリコン基板に第一の直線偏光フィルタを介した偏光赤外光を照射し，シリコン基板からの反射光，もしくは透過光を第二の直線偏光フィルタを介して撮像する。シリコン基板からの反射光，もしくは透過光の偏光方向は，結晶面方位によって変化するため，第二の直線偏光フィルタの偏光方向を調整することにより，クラック部で発生する乱反射光のみを透過し撮像することで，シリコン基板におけるクラックを可視化する技術が記載されている。

特開２００８−５８２７０

シリコン基板のクラックを可視化するためには，第二の直線偏光フィルタの偏光方向を調整すれば良いが，その方向はシリコン基板の結晶面方位に依存する。このため，クラック部で発生した乱反射光のみを透過させるためには，結晶面方位に合わせてその都度，第二の直線偏光フィルタの偏光方向を調整し、乱反射光以外を遮光する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シリコン基板の内部に存在するクラック等の欠陥を正確に検出可能とする、シリコン基板の検査装置および検査方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外線光源と、前記赤外線光源と前記シリコン基板との間のビームの光路中に設けられ，前記赤外照明光のうち円偏光成分を射出する円偏光フィルタと、前記シリコン基板から反射したビームを，前記円偏光フィルタを介して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から入力された画像データを演算する画像処理手段と、を有することを特徴とする。

赤外線光源とシリコン基板との間のビームの光路中に円偏光フィルタを設置し、シリコン基板に対して照射した円偏光の反射光を，再度円偏光フィルタを介して撮像することにより、クラックが存在しない箇所の正反射光は円偏光フィルタを透過せず、クラックでの乱反射によって生じる無偏光は円偏光フィルタを透過することを利用して、クラック等の欠陥の有無を正確に検出可能となる。

本発明の実施の形態１における、被検査体表面での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における、被検査体表面での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における、欠陥が無い箇所での円偏光赤外光の透過の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における、クラック等の欠陥がある箇所での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における、欠陥が無い箇所での円偏光赤外光の透過の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における、クラック等の欠陥がある箇所での円偏光赤外光の透過の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態３における、欠陥が無い箇所での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態３における、被検査体裏面での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態３における、クラック等の欠陥がある箇所での円偏光赤外光の反射の状態を示す模式図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１の模式図を図１、２、３、４に示す。
図２、３は、欠陥がない箇所を撮像した状態であり、図４は、クラックなどの欠陥がある箇所を撮像した状態である。
以下、図に従って説明を行う。
図２において、光源１は、赤外線照明光を供給する赤外線光源であり、ハロゲンランプなどを用い、可視光をフィルタによってカットしたものである。
この光源１からビーム（以下単に照明光とも呼ぶ場合も同じ意味）２が出射され、ビーム２は、この段階では無偏光となっている。
このビーム２は、光源１とシリコンウエハ間に配設されたビームスプリッタ３を介して、シリコンウエハ６に照射され、また、このシリコンウエハ６の表面から反射したビームは、上記ビームスプリッタ３により、９０度そのビームの進行方向を変えてカメラ７に撮像される(後ほど詳述する)。
円偏光フィルタ４は、上記ビームスプリッタ３とシリコンウエハの間に配置され、光源１から出射された無偏光のビームは、この円偏光フィルタ４を透過することで円偏光したビームとなる。
この円偏光フィルタ４を透過したことで円偏光したビーム５ａは、被検査体であるシリコンウエハ６の表面で反射して上記ビーム５ａとは偏光状態が異なる円偏光したビーム５ｂとなる。
シリコンウエハ６から反射したビームはカメラ７により撮像される。
このカメラ７から出力される画像情報は画像処理装置８に入力され、シリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥９が検出される。
なお、シリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥から乱反射した乱反射光１０は無偏光となっている。

上述のように、光源１のから出射したビームは、円偏光フィルタ４を透過することにより円偏光したビーム５ａとなる。円偏光したビーム５ａはシリコンウエハ６に照射され、その一部はシリコンウエハ６の表面で正反射され円偏光したビーム５ｂとなる。なお、シリコンウエハ６の表面で正反射された円偏光したビームは、その反射前後で円偏光方向が逆となるため、円偏光したビーム５ａと５ｂは方向が逆向きの円偏光となっている。円偏光フィルタ４に入射した円偏光したビーム５ｂは、その偏光方向がシリコンウエハ表面で逆となっているため、円偏光フィルタ４を透過することは出来ず、カメラ７には撮像されない。
また、図３に示すように、シリコンウエハ６に照射された円偏光したビーム５ａの一部は、シリコンウエハ６を透過する。透過したビームはカメラ７に入射されないため、撮像されない。

一方、図４に示すように、クラック等の欠陥に照射された円偏光したビーム５ａはクラック表面で乱反射され、その乱反射したビームの一部は無偏光１０として円偏光フィルタ４に入射される。この乱反射したビームは無偏光であるため、円偏光フィルタ４を透過することが可能であり、カメラ７にて撮像される。

以上より、シリコンウエハ６にクラック等の欠陥がない場合、円偏光フィルタ４を透過し円偏光したビーム５ａはカメラに撮像されない。一方、シリコンウエハ６にクラック等が内在する場合、クラック表面での乱反射光は無偏光ビームとなるため、カメラで撮像することができる。そして、撮像画像内で輝度の高い箇所をクラック等の欠陥として検出する処理を画像処理装置８で行うことにより、容易に欠陥検出を行うことができる。
なお，図２、３、４では，光源１とシリコンウエハの間にビームスプリッタ３を配置し、シリコンウエハからの反射光を９０°折り曲げてカメラ７にて撮像したが、図１に示すように光源１をカメラの周囲に配置することでビームスプリッタ３を配置せずともシリコンウエハからの反射光をカメラ７にて撮像することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、シリコンウエハ６に対して照射した照明の反射光を撮像することでクラック等の欠陥検出を実施したが、透過光を撮像することでもクラック等の欠陥検出をすることが可能である。

本発明の実施の形態２の模式図を図５、６に示す。
図５は、欠陥がない箇所を撮像した状態を示したものであり、図６は、クラックなどの欠陥がある箇所を撮像した状態を示したものである。

以下、図に従って説明を行う。
図５において、光源１は、赤外線照明であり、ハロゲンランプなどを用い、可視光をフィルタによってカットしたものである。
この光源１からビーム（照明光）２が出射され、ビーム２は、この段階では無偏光となっている。
このビーム２はシリコンウエハ６に照射され、このシリコンウエハ６を透過したビームはカメラ７に撮像される(後ほど詳述する)。
円偏光フィルタ４（これを第１の円偏光フィルタとも呼ぶ）は、上記光源１とシリコンウエハの間に配置され、光源１から出射された無偏光のビームは、この円偏光フィルタ４を透過することで円偏光したビームとなる。
シリコンウエハ６を透過したビームは、シリコンウエハ６とカメラ７の間に配置され、円偏光フィルタ４とは偏光方向が逆である円偏光フィルタ１１（これを第２の円偏光フィルタとも呼ぶ）を通して、カメラ７により撮像される。
このカメラ７から出力される画像情報は画像処理装置８に入力され、シリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥９が検出される。
なお、図６に示すようにシリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥で乱反射した乱反射光１０は無偏光となっている。

上述のように、光源１のビームは、円偏光フィルタ４を透過することにより円偏光したビーム５ａとなる。円偏光したビーム５ａは、シリコンウエハ６に照射され、その一部はシリコンウエハ６を透過する。シリコンウエハ６を透過した透過光は、円偏光フィルタ１１に入射するが、円偏光フィルタ４と円偏光フィルタ１１は偏光方向が逆であるため、透過光である円偏光したビーム５ａは、円偏光フィルタ１１を透過することは出来ず、カメラ７には撮像されない。

また、図６に示すように、クラック等の欠陥に照射された円偏光したビーム５ａはクラック表面で乱反射され、その乱反射したビームの一部は無偏光ビーム１０として円偏光フィルタ１１に入射される。この乱反射したビームは無偏光であるため、円偏光フィルタ１１を透過することが可能であり、カメラ７にて撮像される。

以上より、シリコンウエハ６にクラック等の欠陥がない場合、円偏光フィルタ４を透過した円偏光したビーム５ａはカメラに撮像されず、一方、シリコンウエハ６にクラック等が内在する場合、クラック表面で乱反射したビームは無偏光となるため、カメラで撮像することができる。そして、撮像画像内で輝度の高い箇所をクラック等の欠陥として検出する処理を画像処理装置８で行うことにより、容易に欠陥検出を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、シリコンウエハの裏面でのビームの反射はないことを想定したが、シリコンウエハによっては、裏面側に銀やアルミ、バックフィルム等の反射材が設置されることがある。このような場合には、シリコンウエハの裏面側の反射材によるビームの反射を考慮する必要がある。

本発明の実施の形態３の模式図を図７、８、９に示す。
図７、８は、欠陥がない箇所を撮像した状態を示したものであり、図９は、クラックなどの欠陥がある箇所を撮像した状態を示したものである。

以下、図に従って説明を行う。
図７において、光源１は、赤外線照明であり、ハロゲンランプなどを用い、可視光をフィルタによってカットしたものである。
この光源１からビーム（照明光）２が出射され、ビーム２は、この段階では無偏光となっている。
このビーム２は、光源１とシリコンウエハ間に配設されたビームスプリッタ３を介して、シリコンウエハ６に照射され、また、このシリコンウエハ６の表面もしくはシリコンウエハ６の裏面側に配置した反射材１２から反射したビームは、上記ビームスプリッタ３により、９０度そのビームの進行方向を変えてカメラ７に撮像される(後ほど詳述する)。
円偏光フィルタ４は、上記ビームスプリッタ３とシリコンウエハの間に配置され、光源１から出射された無偏光のビームは、この円偏光フィルタ４を透過することで円偏光したビームとなる。
この円偏光フィルタ４を透過したことで円偏光したビーム５ａは、被検査体であるシリコンウエハ６の表面もしくはシリコンウエハ６の裏面側に配置した反射材１２で反射して上記ビーム５ａとは偏光状態が異なる円偏光したビーム５ｂとなる。
シリコンウエハ６の表面もしくはシリコンウエハ６の裏面側に配置した反射材１２から反射したビームはカメラ７により撮像される。
反射材１２は、銀やアルミ、バックフィルム等である。
このカメラ７から出力される画像情報は画像処理装置８に入力され、シリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥９が検出される。
なお、シリコンウエハ内に内在するクラック等の欠陥から乱反射した乱反射光１０は無偏光となっている。

図７に示すように、光源１から出射したビームは、円偏光フィルタ４を透過することにより円偏光したビーム５ａとなる。円偏光したビーム５ａは、シリコンウエハ６に照射され、その一部はシリコンウエハ６の表面で正反射され円偏光したビーム５ｂとなる。表面で正反射され円偏光したビーム５ｂは、その反射前後で円偏光方向が逆となる。つまり、円偏光したビーム５ａと５ｂは方向が逆向きの円偏光である。円偏光フィルタ４に入射した円偏光したビーム５ｂは、その偏光方向がシリコンウエハ表面で円偏光したビーム５ａとは偏光方向が逆となっているため、円偏光フィルタ４を透過することは出来ず、カメラ７には撮像されない。

次に、図８に示す場合について説明する。この場合には、シリコンウエハ６に照射された円偏光したビーム５ａ（の一部）は、シリコンウエハ６を透過し、シリコンウエハの裏面側の反射材１２で正反射され、円偏光したビーム５ｂとなる。図７の場合と同様に、反射材１２の表面で正反射された円偏光は、その反射前後で円偏光方向が逆となる。つまり、円偏光したビーム５ａと円偏光したビーム５ｂは、方向が逆向きの円偏光となっている。円偏光フィルタ４に入射した円偏光したビーム５ｂは、その偏光方向がシリコンウエハ裏面で逆となっているため、円偏光フィルタ４を透過することは出来ず、カメラ７には撮像されない。

一方、図９に示すように、クラック等の欠陥に照射された円偏光したビーム５ａは、クラック表面で乱反射され、その乱反射したビームの一部は無偏光１０として円偏光フィルタ４に入射される。この乱反射したビームは無偏光であるため、円偏光フィルタ４を透過することが可能であり、カメラ７にて撮像される。

以上より、シリコンウエハ６にクラック等の欠陥がない場合、円偏光フィルタ４を透過し円偏光したビーム５ａはカメラに撮像されない。一方、シリコンウエハ６にクラック等が内在する場合、クラック表面での乱反射光は無偏光ビームとなるため、カメラで撮像することができる。そして、撮像画像内で輝度の高い箇所をクラック等の欠陥として検出する処理を画像処理装置８で行うことにより、容易に欠陥検出を行うことができる。
なお，図７、８、９では，光源１とシリコンウエハの間にビームスプリッタ３を配置し、シリコンウエハおよび反射材１２からの反射光を９０°折り曲げてカメラ７にて撮像したが、図１と同様に光源１をカメラの周囲に配置することでビームスプリッタ３を配置せずともシリコンウエハからの反射光をカメラ７にて撮像することが可能となる。

１ 光源、
２ ビーム(無偏光)、
３ ビームスプリッタ、
４ 円偏光フィルタ(第１の円偏光フィルタ)、
５ 円偏光したビーム、
６ シリコンウエハ、
７ カメラ、
８ 画像処理装置、
９ クラック等の欠陥、
１０ クラック等の欠陥から乱反射された無偏光ビーム、
１１ 円偏光フィルタ(第２の円偏光フィルタ)、
１２ 反射材。

Claims (6)

1. 被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外線光源と、
   前記赤外線光源と前記シリコン基板との間のビームの光路中に設けられ，前記赤外照明光のうち円偏光成分を射出する円偏光フィルタと、
   前記シリコン基板から反射したビームを，前記円偏光フィルタを介して撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段から入力された画像データを演算する画像処理手段と、
   を有することを特徴とするシリコン基板の検査装置。
2. 被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外照明光を供給する赤外線光源と、
   当該赤外線光源と前記シリコン基板との間のビームの光路中に設けられ，前記赤外照明光のうち円偏光成分を射出する第１の円偏光フィルタと、
   前記ビームの光路の延長線上であって、前記シリコン基板に対して、前記円偏光フィルタの配置された側とは逆側に配設され、前記第１の円偏光フィルタの偏光方向と逆の偏光方向をもつ第２の円偏光フィルタと、
   当該第２の円偏光フィルタを透過するビームを撮像する撮像手段と、
   当該撮像手段から入力された画像データを演算する画像処理手段と、
   を有することを特徴とするシリコン基板の検査装置。
3. 被検査体はビーム反射材をその裏面に有するものであることを特徴とする請求項１に記載のシリコン基板の検査装置。
4. 被検査体であるシリコン基板へ向けて赤外線光源により赤外照明光を供給する照明工程と、
   前記赤外照明光であるビームのうちの円偏光成分を円偏光フィルタにより射出する円偏光出射工程と、
   前記円偏光フィルタを透過し前記シリコン基板で反射したビームの円偏光成分を撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程により撮像された、前記ビームの円偏光成分の画像データを演算する画像処理工程と、
   を含むことを特徴とするシリコン基板の検査方法。
5. 円偏光出射工程は、前記シリコン基板に対して、前記ビームの光路のうち前記赤外線光源と同じ側における場合と逆側における場合の複数の工程を含むことを特徴とする請求項４に記載のシリコン基板の検査方法。
6. 被検査体はビーム反射材をその裏面に有するものであることを特徴とする請求項４に記載のシリコン基板の検査方法。

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