JP4740672B2

JP4740672B2 - 表面検査装置及び表面検査方法

Info

Publication number: JP4740672B2
Application number: JP2005205609A
Authority: JP
Inventors: 哲城野
Original assignee: Nanosystem Solutions Inc
Current assignee: Nanosystem Solutions Inc
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP2007024623A

Description

本発明は表面検査装置及び表面検査方法に関し、特に半導体デバイスの製造に用いられる試料の表面を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。

従来から、半導体デバイスの製造に用いられる試料表面の状態、例えば、うねり、ディンプル、突起、洗浄不良又はバフダメージなどを検出する検査装置として、光源から試料表面に光を照射し、試料表面の反射光から試料表面の状態を検出する表面検査装置が知られている。

このような表面検査装置を用いた表面検査方法として、基板の表面の一方向に沿って並設された凸部の高さを検査する方法が知られている。その中でもバンプの高さ検査は、バンプを用いる実装ではリードフレームなどの実装基板の対応箇所に多数のバンプを一括接着することからバンプの高さが適切であることが要請されるため、半導体集積回路の高集積化及び微細化が進んだ今日においては特に重要である。

例えば、特許文献１には、バンプが形成された基板表面に斜め方向からスリット光を走査し、その反射光から得た光情報よりバンプの３次元形状を測定する、いわゆる光切断法による表面検査方法が記載されている。

この光切断法によれば、基板の表面の一方向に沿って並設されたバンプの高さを検査するにあたり、前記一方向に沿って延在するライン状の光を照射し、前記一方向に対応する方向に基板に対して相対移動する受光素子を使用して、基板上反射光及びバンプ上反射光を交互に受光することによって、基板上反射光及びバンプ上反射光のピーク発生位置の距離に基づきバンプの高さを求めることができる。

この方法においては、例えば図８に示すように、受光素子上でＲＯＩ_３を基板上反射光の受光部、ＲＯＩ_４をバンプ上の反射光の受光部とすることにより、図９に示すように、基板を走査した際に基板上反射光とバンプ上の反射光とを区別することができる。
特開２００４−６５０４号公報

しかしながら、上記の表面検査方法では、基板に反り、うねり又は厚みムラがある場合に、基板の中心に比べて基板の中心周辺はやや高さが低くなるため、スリット光が反射する方向に誤差が生じるという問題があった。例えば、図１０に示すように、基板に反りがある場合、基板上反射光の受光分布は受光部ＲＯＩ_３内で受光されるものの、受光部ＲＯＩ_３の中心から図面の右方向に偏倚している。また、バンプ上の反射光の受光分布も受光部ＲＯＩ_４内で受光されるものの、受光部ＲＯＩ_４の中心から更に図面の右方向に偏倚している。

また、図１１に示すように、基板の端部付近では反りの影響が大きく、スリット光が反射する方向により大きな誤差が生じる。このため、基板上反射光は受光部ＲＯＩ_３から外れてしまっている。また、バンプ上の反射光の受光分布は更に右方向に偏倚して、受光部ＲＯＩ_４ではなく受光部ＲＯＩ_３内で受光されてしまっている。

このように、基板の表面高さの違いに起因して基板上反射光及びバンプ上の反射光がそれぞれ受光部ＲＯＩ_３及びＲＯＩ_４から外れた場合、これらの反射光を基板上又はバンプ上の反射光として正確に検出することができなくなる。また、基板上反射光を検出するために受光部ＲＯＩ_３を広げると、バンプ上の反射光を受光部ＲＯＩ_４ではなく受光部ＲＯＩ_３で受光することになる。その結果、基板上反射光及びバンプ上反射光のピーク発生位置の距離を正確に検出することができず、バンプの高さを正確に求めることができないという問題があった。また、基板にうねりや厚みムラがある場合も、基板表面の部分によって高さが変わるため、同様の問題があった。

本発明の課題は、半導体デバイスの製造に用いられる試料の表面検査において、基板に反り、うねり又は厚みムラがある場合でも、基板上に規則的に形成された凸部の高さを正確に検出することを可能とする表面検査装置又は表面検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、基板の表面の一方向に沿って並設された凸部の高さを検査する表面検査装置において、前記一方向に沿って延在するライン状の光を前記基板の表面に照射する投光光学系と、前記基板の一方向に対応する方向に該基板に対して相対移動可能に構成されその相対移動に伴って前記基板上反射光及び前記凸部上反射光を交互に受光する受光素子と、前記受光素子の受光部を第１の受光部と第２の受光部とに割り当て、前記第１の受光部で受光された反射光を前記基板上反射光と判定し前記第２の受光部で受光された反射光を前記凸部上反射光と判定して前記基板上反射光及び前記凸部上反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいて前記凸部の高さを求める制御部とを備え、
前記受光素子は前記基板上反射光を受光する位置から前記基板に対する相対移動を開始し、
前記制御部は１回目の測定において前記受光素子の全受光部を前記第１の受光部とし、２回目以降の測定において前記受光素子の受光部を前記第１の受光部と前記第２の受光部とに割り当て、
さらに、前記制御部は、前記受光素子からの出力に基づいて前記第１の受光部又は前記第２の受光部における基準位置からの前記ピーク発生位置の偏倚の方向及び偏倚量を求め、その偏倚の方向及び偏倚量に基づきその偏倚を解消するように前記第１の受光部及び前記第２の受光部を割り当て直すことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の表面検査装置であって、前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布が最高値となる位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の表面検査装置であって、前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布の重心値に対応する位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の表面検査装置であって、前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点と、前記受光分布が最後に所定の閾値以下となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の前記ピーク発生位置と判断することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、基板の表面の一方向に沿って並設された凸部の高さを検査するにあたり、前記基板の一方向に対応する方向への該基板に対する相対移動に伴って前記基板上反射光及び前記凸部上反射光を交互に受光する受光素子を使用し、前記基板の表面の一方向に沿って延在するライン状の光を前記基板の表面に照射して、前記受光素子の受光部を第１の受光部と第２の受光部とに割り当て、前記第１の受光部で受光された反射光を前記基板上反射光と判定し前記第２の受光部で受光された反射光を前記凸部上反射光と判定して前記基板上反射光及び前記凸部上反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいて前記凸部の高さを求める表面検査方法において、
前記基板上反射光を受光する位置から前記受光素子の前記基板に対する相対移動を開始し、１回目の測定において前記受光素子の全受光部を前記第１の受光部とし、２回目以降の測定において前記受光素子の受光部を前記第１の受光部と前記第２の受光部とに割り当て、
前記受光素子からの出力に基づいて前記第１の受光部又は前記第２の受光部における基準位置からの前記ピーク発生位置の偏倚の方向及び偏倚量を求め、その偏倚の方向及び偏倚量に基づきその偏倚を解消するように前記第１の受光部及び前記第２の受光部を割り当て直すことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の表面検査方法であって、前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布が最高値となる位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５記載の表面検査方法であって、前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布の重心値に対応する位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項５記載の表面検査方法であって、前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点と、前記受光分布が最後に所定の閾値以下となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の前記ピーク発生位置とすることを特徴とする。

請求項１又は請求項５記載の発明によれば、基板の反り、うねり又は厚みムラによる基板の表面高さの違いに起因して、基板上反射光又は凸部上反射光が受光部における所定の基準位置から偏倚した場合でも、その偏倚の方向及び偏倚量に基づき、その偏倚を解消するように受光部を割り当て直すことから、基板上反射光及び凸部上反射光をそれぞれの受光部で確実に受光することが可能となる。これにより、基板上反射光及び凸部上反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいて凸部の高さを正確に求めることが可能となる。

また、請求項１又は請求項５記載の発明によれば、基板上反射光を受光する位置から受光素子の基板に対する相対移動を開始し、１回目の測定では受光素子の全受光部を第１の受光部とすることから、最初の測定で基板上反射光のピーク発生位置を確実に検出することが可能となる。

請求項２又は請求項６記載の発明によれば、基板上反射光の受光分布と凸部上反射光の受光分布とが近接し、一部重なるような場合であっても、所定の閾値を超える反射光の受光分布を使用して両者の受光分布を明確に区別し、その受光分布が最高値となる位置をとることにより、それぞれの反射光のピーク発生位置を正確に検出することが可能となる。これにより、凸部の高さを正確に検出することが可能となる。

請求項３又は請求項７記載の発明によれば、基板上反射光の受光分布と凸部上反射光の受光分布とが近接し、一部重なるような場合であっても、所定の閾値を超える反射光の受光分布を使用して両者の受光分布を明確に区別し、その受光分布の重心値に対応する位置をとることにより、それぞれの反射光のピーク発生位置を正確に検出することが可能となる。これにより、凸部の高さを正確に検出することが可能となる。

請求項４又は請求項８記載の発明によれば、基板上反射光又は凸部上反射光の各々の受光分布においてピークが複数回あった場合でも、受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの交点と、受光分布が最後に所定の閾値以下となったとき交点との中点をとることによって、基板上反射光又は前記凸部上反射光のピーク発生位置を決定することが可能となる。

本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る表面検査装置１の概略構成図である。

本実施形態の表面検査装置１は、バンプの高さを検査するための装置であり、図１に示すように、ステージ３（図４参照）に支持された被検体２にライン光を投光する投光光学系４と、被検体２からの反射光を受光する受光光学系５とを備えている。

被検体２は、基板の表面の一方向に沿って半田の突起であるバンプが並設されたバンプ基板である。本実施形態のバンプは、上面が水平に形成された、一辺の長さ寸法が１３μｍ程度のストレートバンプとなっている。また、本発明は上部が球状に形成されたボールバンプ又はマッシュルームバンプの高さ検出についても適用可能である。

ステージ３は、ＸＹ方向に駆動可能に構成されており、投光光学系４に対して、被検体２を基板上の一方向に沿って所定のステップで走査させるようになっている。本実施形態においては４μｍステップとなっているが、更に小さいステップとして検査の精度を上げることも可能であり、また、更に大きいステップとして検査の速度を上げることも可能である。なお、本実施形態の表面検査装置１は投光光学系４がステージ３に支持された基板に対して相対的に移動する構成であればよく、投光光学系４を基板に対して走査させる構成としてもよい。

投光光学系４にはＤＭＤ６及び投影レンズ７が設けられており、これらはシャインプルーフ光学系を構成している。シャインプルーフ光学系としたのは、ＤＭＤ６の各部から被検体２の対応位置までの光路長を合わせるためである。

ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）６は、半導体素子上に微細なミラーエレメントを格子状に敷き詰めて、１枚のパネルとして形成したものであり、それぞれのミラーが独立して傾斜角度を変えることによって、図示しない光源の出力光の投射をＯＮ／ＯＦＦできるようになっている。そして、このミラーにより基板の一方向に沿って延在するライン光を形成して投射するようになっている。なお、光源としては特に限定されないが、本実施形態ではハロゲンランプを使用している。また、メタルハライドランプ、キセノンランプ、発光ダイオード又はレーザなどを使用することも可能である。

また、投影レンズ７は、ＤＭＤ６からの投射光を平行光にして被検体２に照射するものである。

受光光学系５にはテレセントリック光学系８及びＣＣＤ（Charge Coupled Device）１２が設けられている。

テレセントリック光学系８は、対物レンズ９と結像レンズ１０の２つのレンズから構成され、対物レンズ９の後側焦点と結像レンズ１０の前側焦点を一致させて配列し、この焦点位置に絞り１１が設けられたいわゆる両側テレセントリック光学系として構成されている。このような構成により、開口角を狭くして焦点深度を深くしている。

ＣＣＤ１２は、テレセントリック光学系８からの光を受光して電気信号に変換する光電変換素子である。図２に示すように、本実施形態のＣＣＤ１２はラインセンサとして構成されており、基板上反射光及びバンプ上の反射光を交互に受光するようになっている。
また、図２及び図３に示すように、ＣＣＤ１２においてＲＯＩ_１が基板上反射光の受光部として、ＲＯＩ_２がバンプ上の反射光の受光部として割り当てられている。そして、基板の走査に伴い、基板上反射光とバンプ上の反射光とをそれぞれの受光部で受光するようになっている。

次に、図４に本実施形態の表面検査装置１の機能的構成を示す。

図４に示すように、本実施形態の表面検査装置１は制御装置１３を備えている。

制御装置１３は制御部１４を備えており、制御部１４は、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによってこの処理プログラムを実行することにより、表面検査装置１の各構成部分を駆動制御するようになっている。

また、制御装置１３はキーボード又はマウスなどから構成される入力部１５を備えており、ユーザによる指示入力などができるようになっている。

また、制御装置１３は、半導体メモリなどからなる記憶部１６を備えている。記憶部１６は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。この記憶部１６には、予め受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２の設定幅が記憶されており、これらが初期設定されるようになっている。

制御部１４は、図５に示すように、走査開始後の１回目の測定において、ＣＣＤ１２の全受光部を基板上反射光の受光部ＲＯＩ_１として割り当て、受光部ＲＯＩ_１で受光した反射光から基板上反射光の受光分布を求めるようになっている。そして、ＣＣＤ１２の配列方向における受光分布のうち所定の閾値を超える受光分布の重心値に対応する位置又は所定の閾値を超える受光分布が最高値となる位置を、基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１として判断するようになっている。

このように、所定の閾値を越える部分のデータを使用することにより、基板上反射光の受光分布とバンプ上の反射光の受光分布とが近接し、一部重なる場合でも、両者の受光分布を明確に区別することが可能となり、その重心値に対応する位置又は最高値となる位置をとって、ピーク発生位置Ｐ_１を正確に検出することが可能となっている。

また、制御部１４は、受光部ＲＯＩ_１で受光した反射光の基板上におけるバンプの並設方向に沿った受光分布が、最初に所定の閾値以上となったときの受光分布及び所定の閾値の交点と、最後に所定の閾値以下となったときの受光分布及び所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を基板上反射光のピーク発生位置とすることも可能である。

なお、「所定の閾値」とは、反射光からノイズをカットし、かつ、反射光を信号として検出するために好適な値として定められる閾値である。

また、制御部１４は、図５に示すように、２回目の測定前に、１回目の測定における基板上反射光のピーク発生位置が２回目の測定における受光部ＲＯＩ_１の中心位置となるように、受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当てるようになっている。なお、この際の受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２の設定幅は初期設定に基づく。

また、制御部１４は、図６に示すように、受光部ＲＯＩ_１で受光された反射光を基板上反射光と判定し、受光部ＲＯＩ_２で受光された反射光をバンプ上反射光と判定するようになっている。そして、それぞれの受光部で受光したＣＣＤ１２の配列方向における受光分布のうち、所定の閾値を超える受光分布の重心値に対応する位置又は所定の閾値を超える受光分布が最高値となる位置を、それぞれ基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１又はバンプ上の反射光のピーク発生位置Ｐ_２として判断するようになっている。

また、制御部１４は、上記と同様に、受光部ＲＯＩ_１又はＲＯＩ_２で受光した反射光の基板上におけるバンプの並設方向に沿った受光分布の各々が、最初に所定の閾値以上となったときの交点と、最後に所定の閾値以下となったときの交点との中点をとり、その中点の位置をそれぞれ基板上反射光又はバンプ上反射光のピーク発生位置とすることも可能である。

そして、基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１とバンプ上の反射光のピーク発生位置Ｐ_２との差Ｄを算出し、下記式（１）によりバンプの高さＨを算出するようになっている。

更に、制御部１４は、２回目以降の測定において受光部ＲＯＩ_１で反射光を受光した場合は、基板上反射光のピーク発生位置について所定の基準位置からの偏倚の方向及び偏倚量を算出し、次回の測定前にその偏倚を解消するように受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当て直すようになっている。本実施形態では、所定の基準位置を前回の測定における受光部ＲＯＩ_１の中心位置としている。なお、バンプ上の反射光のピーク発生位置について、前回の測定における受光部ＲＯＩ_２の中心位置を基準として偏倚の方向及び偏倚量を算出してもよい。

すなわち、制御部１４は、受光部ＲＯＩ_１の起点をＳ_１、終点をＥ_１、受光部ＲＯＩ_２の起点をＳ_２、終点をＥ_２としたときに、下記式（２）〜（５）により、次回の測定における受光部ＲＯＩ_１の起点Ｓ_１next及び終点Ｅ_１next、受光部ＲＯＩ_２の起点Ｓ_２next及び終点Ｅ_２nextを算出するようになっている。そして、図７に示すように、算出した位置に受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を移動させる。これにより、基板に反り、うねり又は厚みムラがある場合でも、バンプ上の反射光又は基板上反射光を確実に受光部ＲＯＩ_１又はＲＯＩ_２で受光して、両者のピーク発生位置Ｐ_１，Ｐ_２の差を求めることが可能となっている。

また、図４に示すように、制御装置１３にはＤＭＤ６を制御するコントローラ１７、ステージ３を制御するステージ駆動機構１８及びＣＣＤ１２が電気的に接続されている。

コントローラ１７は、図示しない光源をＯＮにすると共に、制御部１４の指示信号に基づきＤＭＤ６が備えるミラーの傾斜角度を制御するようになっている。これにより、図示しない光源の出射光を基板の一方向に沿って延在するライン光とするようになっている。

ステージ駆動機構１８は、１回目の測定において受光素子が基板上反射光を受光する位置となるように被検体２の走査を開始するようになっている。また、ステージ３の駆動により、ステージ３に支持された被検体２を基板上の一方向に沿って４μｍピッチで走査させるようになっている。

ＣＣＤ１２は、制御部１４の制御により所定のタイミングで基板上反射光又はバンプ上の反射光を受光して電気信号に変換し、画像データとして制御部１４に送信するようになっている。

次に、上記の表面検査装置１を使用した本発明の表面検査方法について説明する。

ユーザは、被検体２として基板の表面の一方向に沿ってバンプが並設されたバンプ基板を表面検査装置１のステージ３に支持させる。

被検体２の表面検査が開始されると、コントローラ１７は図示しない光源をＯＮにしてＤＭＤ６に光を照射すると共に、制御部１４の指示信号に基づき、ミラーの傾斜角度を制御して基板の一方向に沿って延在するライン光を形成する。更に、投影レンズ７はＤＭＤ６からのライン光を平行光にして被検体２に照射する。

続いて、ステージ駆動機構１８は、受光素子が基板上反射光を受光する位置から被検体２の走査を開始する。また、図５に示すように、制御部１４は、ラインセンサとして構成されたＣＣＤ１２の全受光部を基板上反射光の受光部であるＲＯＩ_１として割り当てる。そして、１回目の測定で受光したＣＣＤ１２の配列方向におけるの受光分布のうち、所定の閾値を超える受光分布の重心値に対応する位置又は所定の閾値を超える受光分布が最高値となる位置を基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１として判断する。

なお、制御部１４は、受光部ＲＯＩ_１で受光した反射光の基板上におけるバンプの並設方向に沿った受光分布が、最初に所定の閾値以上となったときの受光分布及び所定の閾値の交点と、最後に所定の閾値以下となったときの受光分布及び所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を基板上反射光のピーク発生位置としてもよい。

続いて制御部１４は、２回目の測定前に、図５に示すように、基板上反射光のピーク発生位置が受光部ＲＯＩ_１の中心位置となるように受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当てる。

更に、ステージ駆動機構１８がステージ上の被検体２を基板上の一方向に沿って４μｍピッチで走査させると、ＣＣＤ１２は基板上反射光とバンプ上の反射光とを受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２において交互に受光する。

この際、制御部１４は、図６に示すように、受光部ＲＯＩ_１で受光された反射光を基板上反射光、受光部ＲＯＩ_２で受光された反射光をバンプ上反射光と判定する。そして、それぞれの受光部で受光したＣＣＤ１２の配列方向における受光分布のうち、所定の閾値を超える受光分布の重心値に対応する位置又は所定の閾値を超える受光分布が最高値となる位置を、それぞれ基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１又はバンプ上の反射光のピーク発生位置Ｐ_２として判断する。

なお、制御部１４は、上記と同様に、受光部ＲＯＩ_１又はＲＯＩ_２で受光した反射光の基板上におけるバンプの並設方向に沿った受光分布の各々が、最初に所定の閾値以上となったときの交点と、最後に所定の閾値以下となったときの交点との中点をとり、その中点の位置をそれぞれ基板上反射光又はバンプ上反射光のピーク発生位置としてもよい。

続いて、制御部１４は、それぞれの反射光の受光分布におけるピーク発生位置Ｐ_１，Ｐ_２の差Ｄを算出し、上記式（１）によりバンプの高さＨを算出する。

また、制御部１４は、２回目以降の測定において受光部ＲＯＩ_１で反射光を受光した場合は、上記式（２）〜（５）によりピーク発生位置Ｐ_１について受光部ＲＯＩ_１の中心位置からの偏倚の方向及び偏倚量を算出し、次回の測定前に、図７に示すように、その偏倚を解消するように受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当て直す。なお、ピーク発生位置Ｐ_２の受光部ＲＯＩ_２の中心位置からの偏倚の方向及び偏倚量を基準として受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当て直すことも可能である。そして、それぞれの受光部で受光した反射光から、ピーク発生位置Ｐ_１，Ｐ_２を判断し、ピーク発生位置Ｐ_１，Ｐ_２の差Ｄを算出することによりバンプの高さＨを算出する。

このように、基板上反射光のピーク発生位置Ｐ_１若しくはピーク発生位置Ｐ_２のいずれか又は双方に基づいて受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当て直していくことにより、基板に反り、うねり又は厚みムラがある場合でも、基板上反射光及びバンプ上の反射光をそれぞれ受光部ＲＯＩ_１又はＲＯＩ_２で確実に受光して、両者のピーク発生位置Ｐ_１，Ｐ_２の差を正確に検出することが可能となる。

以上のように本実施形態に係る表面検査装置１によれば、基板の反り、うねり又は厚みムラによる基板の表面高さの違いに起因して、基板上反射光又はバンプ上反射光が受光部ＲＯＩ_１の中心位置から偏倚した場合でも、その偏倚の方向及び偏倚量に基づき、その偏倚を解消するように受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２を割り当て直すことから、基板上反射光及びバンプ上反射光をそれぞれの受光部で確実に受光することが可能となる。これにより、それぞれの反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいてバンプの高さを正確に求めることが可能となる。

また、基板上反射光を受光する位置から受光素子の移動を開始し、１回目の測定では受光素子の受光部の全受光部を受光部ＲＯＩ_１とすることから、最初の測定で基板上反射光のピーク発生位置を確実に検出することが可能となる。

また、基板上反射光の受光分布とバンプ上の反射光の受光分布とが近接し、一部重なるような場合であっても、所定の閾値を超える反射光の受光分布を使用して両者の受光分布を明確に区別し、その最高値となる位置又は重心値に対応する位置をとることにより、それぞれの反射光のピーク発生位置を正確に検出することが可能となる。これにより、バンプの高さを正確に検出することが可能となる。

また、基板上反射光又はバンプ上反射光の各々の受光分布においてピークが複数回あった場合でも、受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの交点と、受光分布が最後に所定の閾値以下となったとき交点との中点をとることによって、基板上反射光又はバンプ上反射光のピーク発生位置を決定することが可能となる。

なお、本実施形態の表面検査装置１又は表面検査方法は基板の表面に形成されたバンプの高さを測定する装置として説明したが、本発明の表面検査装置又は表面検査方法は、基板上に規則的に形成された凸部の高さ測定であれば、プラズマディスプレイ基板の隔壁の高さ測定などに適用することも可能である。

以上詳細に説明したように本発明の表面検査装置又は表面検査方法によれば、半導体デバイスの製造に用いられる試料の表面検査において、基板に反り、うねり又は厚みムラがある場合でも、基板上に形成された凸部の高さを正確に検出することが可能となる。

本発明の実施形態に係る表面検査装置の構成図である。本発明の実施形態に係る表面検査装置を模式的に示した斜視図である。本発明の実施形態に係るＣＣＤにおける反射光の受光部及び受光分布を示すグラフである。本発明の実施形態に係る表面検査装置の機能的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係るＣＣＤにおける走査開始時の受光部を示すグラフである。受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２の決定方法を示すグラフである。受光部ＲＯＩ_１及びＲＯＩ_２の移動方法を示すグラフである。従来の光切断法による受光素子における受光部及び受光分布を示すグラフである。従来の光切断法による基板走査時の受光分布を示すグラフである。従来の光切断法で基板に反りがあった場合の受光分布を示すグラフである。従来の光切断法で基板に反りがあった場合の基板走査時の受光分布を示すグラフである。

符号の説明

１表面検査装置
２被検体
３ステージ
４投光光学系
５受光光学系
６ＤＭＤ
７投影レンズ
８テレセントリック光学系
１２ＣＣＤ
１３制御装置
１４制御部
１５入力部
１６記憶部
１７コントローラ
１８ステージ駆動機構

Claims

基板の表面の一方向に沿って並設された凸部の高さを検査する表面検査装置において、前記一方向に沿って延在するライン状の光を前記基板の表面に照射する投光光学系と、前記基板の一方向に対応する方向に該基板に対して相対移動可能に構成されその相対移動に伴って前記基板上反射光及び前記凸部上反射光を交互に受光する受光素子と、前記受光素子の受光部を第１の受光部と第２の受光部とに割り当て、前記第１の受光部で受光された反射光を前記基板上反射光と判定し前記第２の受光部で受光された反射光を前記凸部上反射光と判定して前記基板上反射光及び前記凸部上反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいて前記凸部の高さを求める制御部とを備え、
前記受光素子は前記基板上反射光を受光する位置から前記基板に対する相対移動を開始し、
前記制御部は１回目の測定において前記受光素子の全受光部を前記第１の受光部とし、２回目以降の測定において前記受光素子の受光部を前記第１の受光部と前記第２の受光部とに割り当て、
さらに、前記制御部は、前記受光素子からの出力に基づいて前記第１の受光部又は前記第２の受光部における基準位置からの前記ピーク発生位置の偏倚の方向及び偏倚量を求め、その偏倚の方向及び偏倚量に基づきその偏倚を解消するように前記第１の受光部及び前記第２の受光部を割り当て直すことを特徴とする表面検査装置。
前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布が最高値となる位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布の重心値に対応する位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
前記制御部は前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点と、前記受光分布が最後に所定の閾値以下となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の前記ピーク発生位置と判断することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
基板の表面の一方向に沿って並設された凸部の高さを検査するにあたり、前記基板の一方向に対応する方向への該基板に対する相対移動に伴って前記基板上反射光及び前記凸部上反射光を交互に受光する受光素子を使用し、前記基板の表面の一方向に沿って延在するライン状の光を前記基板の表面に照射して、前記受光素子の受光部を第１の受光部と第２の受光部とに割り当て、前記第１の受光部で受光された反射光を前記基板上反射光と判定し前記第２の受光部で受光された反射光を前記凸部上反射光と判定して前記基板上反射光及び前記凸部上反射光の互いのピーク発生位置の距離に基づいて前記凸部の高さを求める表面検査方法において、
前記基板上反射光を受光する位置から前記受光素子の前記基板に対する相対移動を開始し、１回目の測定において前記受光素子の全受光部を前記第１の受光部とし、２回目以降の測定において前記受光素子の受光部を前記第１の受光部と前記第２の受光部とに割り当て、
前記受光素子からの出力に基づいて前記第１の受光部又は前記第２の受光部における基準位置からの前記ピーク発生位置の偏倚の方向及び偏倚量を求め、その偏倚の方向及び偏倚量に基づきその偏倚を解消するように前記第１の受光部及び前記第２の受光部を割り当て直すことを特徴とする表面検査方法。
前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布が最高値となる位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする請求項５記載の表面検査方法。
前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布のうち、所定の閾値を超える前記受光分布の重心値に対応する位置をそれぞれの反射光の前記ピーク発生位置として判断することを特徴とする請求項５記載の表面検査方法。
前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の各々の前記一方向に沿った受光分布が最初に所定の閾値以上となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点と、前記受光分布が最後に所定の閾値以下となったときの前記受光分布及び前記所定の閾値の交点との中点をとり、その中点の位置を前記基板上反射光又は前記凸部上反射光の前記ピーク発生位置とすることを特徴とする請求項５記載の表面検査方法。