JP3936220B2

JP3936220B2 - 端部傷検査装置

Info

Publication number: JP3936220B2
Application number: JP2002091866A
Authority: JP
Inventors: 和之平本; 貴史神野
Original assignee: 株式会社レイテックス
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: EP1348947A1; JP2003287412A; US20030184743A1; US6798503B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検査端部の傷を光学的に検査する端部傷検査装置に関し、特に、シリコンウエハ、半導体ウエハ等の板状に形成された部品の端部を探傷する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハの外周エッジ部のように狭く長い端部のクラック、欠損または研磨傷のような端部傷を探索する端部傷検査装置としては、例えば、特許第２９９９７１２号公報に掲載された構造のものがある。
図６に示されるように、この端部傷検査装置２０は、第１焦点２１と第２焦点２２との中央近傍で切断した凹面鏡状の楕円鏡２３と、この楕円鏡２３の第１焦点２１に向けてレーザ光を照射する光源２４と、第２焦点２２に配した光検出器２５と、第１焦点２１と光源２４との間に配置した遮光板２６とを備えている。楕円鏡２３の頂部には、２つの焦点２１，２２を含む水平面（以下、この平面の方向を水平方向とする。）に沿ってスリット２７が形成されている。図中符号３０は、レンズを示している。
【０００３】
該スリット２７は、シリコンウエハ２８の厚みより若干大きな幅寸法を有しており、楕円鏡２３の外部からシリコンウエハ２８の一部を楕円鏡２３の内部に挿入することを可能にしている。該スリット２７から楕円鏡２３の内部に挿入されたシリコンウエハ２８は、その外周端部が第１焦点２１を通過するように保持されている。また、シリコンウエハ２８は、鉛直軸線回りに回転可能に保持されており、第１焦点２１に配される外周端部を周方向に連続的に変化させることができるようになっている。
【０００４】
前記遮光板２６には、光源２４と第１焦点２１とを結ぶ光路上に貫通穴２９が形成されている。光源２４から出射されたレーザ光は、遮光板２６の貫通穴２９を通して第１焦点２１に配されているシリコンウエハ２８の外周端部に到達し、そこで反射されるようになっている。
シリコンウエハ２８の端面を正面にして見た場合、図７に示すようにその端面に傷があり、その傷が垂直方向に延びる縦傷３１であれば、端面に入射されたレーザ光は一般に左右方向に、より強く散乱するようになる。一方、図８に示されるように、端面に生じた傷が水平方向に延びる横傷３２であれば、端面に入射されたレーザ光は一般に上下方向に、より強く散乱するようになる。
【０００５】
第１焦点２１位置においてシリコンウエハ２８の外周端部で反射したこれらの反射光は、３次元的に散乱して、それぞれ楕円鏡２３の鏡面に到達し、そこで反射して第２焦点２２に集光される。第２焦点２２位置には光検出器２５が配置されているので、集光された散乱反射光が光検出器２５によって検出されることになる。
これらの散乱反射光は、シリコンウエハ２８の外周端部に存在する欠陥の種類や表面粗さなどにより周波数成分が異なるため、これを検出して周波数成分を分析することにより、欠陥の種類や表面粗さなどを検出することができる。また、シリコンウエハ２８を鉛直軸線回りに回転させることにより、その外周端部を全周にわたって探傷することが可能となる。
【０００６】
一方、シリコンウエハ２８の外周端部の傷以外の表面において反射される光は、いわゆる正反射光などの低次元の回折光となる。例えば、水平方向に沿って配されているシリコンウエハ２８の外周端部からの正反射光は、第１焦点２１および第２焦点２２を含む鉛直面およびその近傍に反射するものが多い。しかし、この低次元の回折光は、傷以外の表面において反射する光であり、外周端部の探傷に必要な情報を含んでいないので、光検出器２５によって検出されないようにすることが好ましい。
【０００７】
そして、従来の端部傷検査装置２０では、光源２４と第１焦点２１との間の空間に鉛直方向に延びる帯板状の遮光板２６を設け、正反射光などの低次元の回折光の楕円鏡２３の鏡面への到達を阻止し、あるいは、楕円鏡２３の鏡面に到達してしまった低次元の回折光については、そこで反射されたものが第２焦点に到達することを遮ることとしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、光源と第１焦点との間の空間に配される遮光板２６では、正反射光などの低次元の回折光のみならず、当該遮光板２６の配置されている空間を通過しようとする全ての回折光を遮断してしまう不都合があった。
すなわち、シリコンウエハ２８の外周端部において反射した全ての回折光は、第１焦点２１において３次元的に散乱し、その散乱方向ベクトルと前記第１、第２焦点２１，２２とを含む平面内を進行させられる。しかし、光源２４と第１焦点２１との間の空間に遮光板２６を配する従来の装置では、シリコンウエハ２８の外周端部の端部傷により散乱させられた散乱回折光であっても、横傷による散乱回折光のように、散乱方向ベクトルが鉛直面に対して浅い角度方向を向いていると、当該散乱回折光の進行する平面が遮光板２６と交差してしまうので、散乱回折光が遮光板２６によって遮られてしまう不都合があった。
【０００９】
そして、この場合には、端部傷に関する有効な情報を含む回折光を光検出器２５において検出することができないので、欠陥の存在やその種類を判断することが困難となる場合が生じていた。
また、特開平１１−３５１８５０号公報に示されているように、第１焦点の近傍に受光素子アレイを配置して、正反射光の遮光と横傷による散乱回折光の検出とを行う方法も提案されているが、楕円鏡の内部空間に配置された受光素子アレイは、探傷に有効な散乱回折光を遮るものであり、上記と同様に光検出器により検出される情報量を低下させるという不都合があった。
【００１０】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、正反射光のような低次元の回折光を効果的に排除する一方、散乱回折光のような高次元の回折光を遮ることなく光検出器において検出することができる端部傷検査装置を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置した被検査端部に向けてコヒーレント光を照射する光源と、該光源から照射され、前記被検査端部において反射された光のうち、低次元の回折光を遮光する遮光手段と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置した光検出器とを備え、前記遮光手段が、前記低次元の回折光が到達する前記楕円鏡の鏡面に配置された光吸収部材により構成され、前記光吸収部材が、前記第１焦点からの距離に応じた幅寸法を有する端部傷検査装置を提供する。
【００１２】
この発明によれば、光源から出射されたコヒーレント光は、被検査端部において反射される。被検査端部は第１焦点位置近傍に配されているので、被検査端部の状態に応じてそれぞれ３次元方向に散乱させられる。散乱方向には楕円鏡が配されているので、該楕円鏡の鏡面において反射された光は第２焦点の方向に向けて屈折させられる。そして、第２焦点には光検出器が設けられているので、反射してきた光は全て第２焦点に集光され、そこで検出されることになる。
【００１３】
この場合において、被検査端部からは、傷の情報を含まない低次元の回折光も存在するが、当該低次元の回折光が散乱する方向はある程度定まっており、当該散乱方向に配されている楕円鏡の鏡面には光吸収部材からなる遮光手段が設けられているので、低次元の回折光は光吸収部材によって吸収され光検出器により検出されることが阻止される。一方、それ以外の回折光は、楕円鏡の鏡面において反射されるが、遮光手段は鏡面にのみ配置され、従来のように楕円鏡の内部空間内に配置されていないので、楕円鏡の鏡面において反射された全ての散乱回折光は第２焦点に集光され、光検出器によって検出されることになる。
【００１４】
また、第１焦点において反射された光は、あらゆる方向に３次元的に反射されるが、正反射光などの傷の情報を含まない低次元の回折光も所定の角度範囲にわたって散乱する。すなわち、第１焦点において所定の角度範囲に亘って反射された光は、第１焦点の近傍ではその幅が狭いが、第１焦点から離れるに従って、その幅が広くなる。したがって、第１焦点からの距離が近いところでは、光吸収部材の幅を狭くしておき、遠くなるに従って広くしておくことにより、端部傷の探傷に不要な低次元の回折光を効果的に吸収し、かつ、傷の探傷に必要な高次元の回折光を効果的に第２焦点に向かわせることが可能となる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の端部傷検査装置において、前記光吸収部材が、光吸収材からなるマスキングテープである端部傷検査装置を提供する。
この発明によれば、光吸収部材をマスキングテープとすることにより、極めて簡易に端部傷検査装置を構成することが可能となる。また、マスキングテープとすることにより、楕円鏡への着脱が容易であり、さらに、マスキングテープの幅寸法を調整することにより、検出したい端部傷の種類に合わせた装置を提供することが可能となる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の端部傷検査装置において、前記被検査端部が、円板状の検査対象物の周面であり、前記被検査端部に形成されるコヒーレント光のスポットを、前記検査対象物の厚み方向よりも周方向に短い形状にする焦光手段を備える端部傷検査装置を提供する。
この発明によれば、円板状の被検査対象物を厚さ方向を広い範囲にわたって検査し、また、レーザ光を周方向に狭く絞ることにより、細かい端部傷をも有効に探傷することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の第１の実施形態に係る端部傷検査装置について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係る端部傷検査装置１は、楕円鏡２と、該楕円鏡２の第１焦点３の位置近傍に配置したウエハ４の端面（被検査端部）４に向けてコヒーレント光を照射する光源５と、該光源５から照射され、前記ウエハ４の端面において反射された光のうち、低次元の回折光を遮光する遮光手段６と、前記楕円鏡２の第２焦点７の位置に配置した光検出器８とを備えている。
【００１８】
前記楕円鏡２は、第１焦点３と第２焦点７とを結ぶ中心線９に直交し、かつこれら第１焦点３と第２焦点７のほぼ中央を通過する平面で切断した略半楕円球体状に形成されている。また、楕円鏡２の頂部には、前記中心線９を含む水平面１０に沿って切断したスリット１１が設けられている。このスリット１１は、楕円鏡２の外部に水平回転可能に支持されたウエハ４が挿入されるように形成されている。スリット１１に挿入されたウエハ４は、図示しない位置決め機構によって、その端面が前記楕円鏡２の第１焦点３を通過する位置まで移動させられるようになっている。
【００１９】
前記光源５は、例えば、レーザ光源であって、第１焦点３と第２焦点７とを結ぶ中心線９に沿って、第１焦点３に向けてレーザ光（コヒーレント光）を照射するようになっている。図中、符号１２は、レーザ光を焦光させるレンズである。
レーザ光は、ウエハ４の端面の振れを考慮して、ウエハ４の厚みより若干大きめ、すなわち、レーザ光のビーム径寸法は、ウエハ４の厚み約６００μｍ〜８００μｍより大きな寸法とする必要がある。
【００２０】
一方、検出しようとする端部傷のサイズには５０μｍ以下のものもある。したがって、微小端部傷からの散乱反射光を十分に得るためには、端部傷と同サイズ程度のビーム径までレーザ光を絞り込む必要がある。例えば、１００μｍの端部傷に対して１０００μｍのビーム径のレーザ光が照射された場合には、散乱反射光の強度が低下してしまう。したがって、１００μｍの端部傷に対しては１００μｍ程度のビーム径のレーザ光を照射する必要がある。
【００２１】
これらの相矛盾する要求を両立するために、レーザ光源５から発せられるレーザ光をウエハ４の厚さ方向に長く周方向に短く調整する。このために、図５に示すように、レーザ光源５と第１焦点３との間のレンズ（焦光手段）１２として、シリンドリカルレンズを使用している。なお、このレンズ１２は、シリンドリカルレンズに限定されるものではなく、ロッドレンズまたは２方向の曲率半径が異なるトーリックレンズでもよい。
【００２２】
前記遮光手段６は、例えば、マスキングテープである。マスキングテープ６は、例えば、黒色の植毛材などの光吸収材からなる表面を有し、裏面の粘着面を楕円鏡２の鏡面に貼り付けることによって楕円鏡２の一部を覆うように構成されている。マスキングテープ６が貼り付けられるのは、楕円鏡２の鏡面の内、第１焦点３と第２焦点７とを結ぶ中心線６を含む鉛直平面との交差線を中心とした左右の領域である。
【００２３】
また、この遮光手段６を構成するマスキングテープ６が貼り付けられている領域は、図２および図３に示されるように、前記第１焦点３からの距離に比例した幅寸法を備えている。すなわち、第１焦点３から近い距離に配されている楕円鏡２の頂部近傍においては、マスキングテープ６の水平方向の幅寸法が狭く、第１焦点３から離れるに従ってその幅寸法が広くなるように構成されている。
前記光検出器８は、例えば、フォトダイオードである。
【００２４】
このように構成された本実施形態に係る端部傷検査装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る端部傷検査装置１によれば、光源５から出たレーザ光が楕円鏡２の第１焦点３に到達すると、第１焦点３に配されているウエハ４の端面において反射される。ウエハ４の端面において反射された光は、全て、第１焦点３を基点として３次元的に広がり、その先方に配されている楕円鏡２の鏡面に当たって第２焦点７の方向に反射させられる。
【００２５】
この場合において、第１焦点３と第２焦点７とを含む鉛直面近傍に配される楕円鏡２の鏡面にはマスキングテープ６が貼り付けられているので、該マスキングテープ６の範囲内に反射された光は、楕円鏡２の鏡面に到達することなくマスキングテープ６によって吸収される。
【００２６】
すなわち、ウエハ４の端面において反射された光の内、第１焦点３と第２焦点７とを含む鉛直面に対して浅い角度θをなして反射された光Ｌ₁は、正反射光などの低次元の回折光であり、ウエハ４端面の探傷に必要な情報を有していない光が多い。したがって、これらの低次元の回折光をマスキングテープ６によって吸収することにより、探傷に不要な光Ｌ₁を除去して、有用な情報を効果的に抽出することが可能となる。
【００２７】
この場合において、本実施形態に係る端部傷検査装置では、第１焦点３からの距離に比例してマスキングテープ６の幅を変更しているので、第１焦点３と第２焦点７とを含む鉛直面Ｐに対して浅い角度範囲−θ₁≦θ≦＋θ₁に反射された光Ｌ₁を効果的に除去する一方、ウエハ４端面の探傷に必要な情報を有しているその範囲外の光Ｌ₂がマスキングテープ６によって除去されてしまうことを防止することができる。
【００２８】
すなわち、例えば、鉛直面に対して一定角度θをなして反射された光Ｌ₁，Ｌ₂は、第１焦点３から離れるに従って鉛直面Ｐから離れていくことになる。したがって、第１焦点からの距離が近いところではマスキングテープ６の幅を狭く、遠いところではマスキングテープ６の幅を広く設定しておくことにより、鉛直面Ｐに対して所定の角度範囲−θ₁≦θ≦＋θ₁内に反射された低次元の回折光Ｌ₁を有効に除去することができる。また、当該角度範囲−θ₁≦θ≦＋θ₁外に反射された光Ｌ₂については、マスキングテープ６に吸収させることなく、楕円鏡２の表面において反射させることにより、第２焦点７に向かわせることができる。
【００２９】
また、本実施形態に係る端部傷検査装置１によれば、従来のように、楕円鏡２の内部空間に遮光板を配置する構造と異なり、楕円鏡２の鏡面をマスキングする構造であるため、楕円鏡２の内部空間から障害物を排除し、探傷のために有効な情報を含む光が第２焦点７に到達することなく遮られてしまうことを防止することができる。また、マスキングテープ６によれば、加工も容易であり、楕円鏡２の鏡面に貼り直すことも容易にできるので便利である。
【００３０】
さらに、本実施形態に係る端部傷検査装置１によれば、シリンドリカルレンズ１２をレーザ光源５と第１焦点３との間に配置することにより、レーザ光の断面を縦長に形成しているので、ウエハ４の厚さ方向の全長にわたって端部傷を検査することが可能となる。また、レーザ光を周方向に狭く絞ることにより、細かい端部傷をも有効に探傷することができる。
【００３１】
このようにして第２焦点７に集光させられた回折光は、第２焦点７に配されている光検出器８によって検出される。検出された回折光は、ウエハ４の端部に形成されている欠陥の種類や表面粗さ等により、その強度や周波数成分を異ならせるため、欠陥の種類毎に回折光の強度や周波数成分等を求めておき、検出した回折光を分類することにより、クラック、チップ、傷等を選別し、表面粗さをも検出することができる。また、ウエハ４を鉛直軸線回りに水平回転させることにより、その全周にわたって探傷することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態に係る端部傷検査装置１では、被検査物として円板状のウエハ４を例に挙げて説明したが、これに限定されることなく、板状の他、例えば、ボンディング用の全線ワイヤなどの線状部材等をも被検査物とすることができる。
また、楕円鏡２の寸法、形状、マスキングテープ６の幅寸法等は、被検査物の種類、性状に応じて任意に選定することができる。特に、上記実施形態においては、第１焦点３からの距離に応じてマスキングテープの幅寸法を変化させることとしたが、これに代えて、図４に示すように、距離に関わらず一定の幅寸法のマスキングテープ６を使用することにしても、楕円鏡２の内部空間に障害物を形成しなくて済むという利点がある。
【００３３】
さらに、遮光手段６としては、楕円鏡２の鏡面に貼り付けたマスキングテープに代えて、楕円鏡２の鏡面に施した光吸収性塗料による塗装、あるいは、当該部分から楕円鏡を除去した構造としてもよい。
【００３４】
また、被検査物の端面に対して照射されるレーザ光を、楕円鏡２の第１焦点３と第２焦点７とを結ぶ中心線に沿って照射することとしたが、これに代えて、光源５と第２焦点７に配置した検出器８の光検出器とが重ならないように、光源５の光軸に対して楕円鏡２の長径方向の中心線を若干（４°程度）ずらして配置してもよい。
【００３５】
この場合において、楕円鏡２の長径方向の中心線に対して、光源５の光軸を水平方向に傾けてもよいが、鉛直方向に傾けることが好ましい。すなわち、水平に支持されたウエハ４の端面に対して、楕円鏡２の長径方向の中心線から水平方向に傾けた方向からレーザ光を照射すると、探傷に必要な情報を多く含む左右方向の散乱反射光が左右で偏ってしまい、有効な情報が損なわれてしまう不都合があるからである。一方、鉛直方向に傾ける場合には、上下方向の散乱反射光は探傷に必要な情報をあまり含んでいないので、上述した不都合が少ないからである。なお、水平方向に傾けた場合においても、楕円鏡２の形状を左右非対称にするなどの工夫をすることにより、左右方向の散乱反射光を光検出器に集光することにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る端部傷検査装置によれば、遮光手段を楕円鏡の鏡面にのみ配置し、楕円鏡の内部空間から、散乱回折光の障害となるものを排除することができるので、鏡面において反射された全ての散乱回折光を第２焦点に集光させることができ、探傷に必要な情報を含む散乱回折光を効率的に検出して、探傷の精度を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る端部傷検査装置を鉛直面によって切断して示す縦断面図である。
【図２】図１の端部傷検査装置を水平面によって切断して示す縦断面図である。
【図３】図１の端部傷検査装置を光源側から見た正面図である。
【図４】図１の端部傷検査装置の変形例を示す正面図である。
【図５】光源と第１焦点との間に配置されるレンズを示す斜視図である。
【図６】従来の端部傷検査装置を示す縦断面図である。
【図７】ウエハの端面における縦傷と光の反射状況を示す正面図である。
【図８】ウエハの端面における横傷と光の反射状況を示す正面図である。
【符号の説明】
１端部傷検査装置
２楕円鏡
３第１焦点
４シリコンウエハ（被検査端部）
５レーザ光源（光源）
６マスキングテープ（遮光手段）
７第２焦点
８光検出器
１２シリンドリカルレンズ（焦光手段）

Claims

楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置した被検査端部に向けてコヒーレント光を照射する光源と、該光源から照射され、前記被検査端部において反射された光のうち、低次元の回折光を遮光する遮光手段と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置した光検出器とを備え、
前記遮光手段が、前記低次元の回折光が到達する前記楕円鏡の鏡面に配置された光吸収部材により構成され、
前記光吸収部材が、前記第１焦点からの距離に応じた幅寸法を有する端部傷検査装置。
前記光吸収部材が、光吸収材からなるマスキングテープである請求項１に記載の端部傷検査装置。
前記被検査端部が、円板状の検査対象物の周面であり、
前記被検査端部に形成されるコヒーレント光のスポットを、前記検査対象物の厚み方向よりも周方向に短い形状にする焦光手段を備える請求項１又は２に記載の端部傷検査装置。