JP5167542B2 - 検査用照明装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハや金属板に光を照射し、そこから返ってきた散乱光によって検査を行う検査用照明装置に関するものである。

従来から特許文献１に示すようにシリコンウエハ上の欠陥やほこりなどを検出するために、シリコンウエハの表面に偏光させた光を照射し、偏光が保存される反射光を偏光フィルタでカットして、撮像することが行われている。このようにすると、欠陥やほこりにおいて生じた散乱光のみが撮像され、シリコンウエハ上の欠陥やほこりを検出することができる。

ところで、シリコンウエハの検査においては、欠陥やほこりを検出する以外にも、例えば、シリコンウエハの表面に形成されている電極が設計通りの幅になっているかどうかも検査したいという要望がある。

しかしながら、偏光した光を照射し、偏光フィルタを介してシリコンウエハ表面を撮像することによってシリコンウエハ上の電極の幅を検査することは難しい。一般的に、上述したようなシリコンウエハとほこりのように明らかに材質が異なるもの同士の場合には、散乱率が大きく異なるため容易にほこりを検出することができるのに対して、シリコンと金属、あるいは金属と金属のように、散乱率が極めて近いもの同士の場合には、偏光フィルタを介して撮像するとそれぞれが同じように写ってしまい、区別することが困難であると考えられている。

このような現状に対して、本願発明者が鋭意研究を重ねたところ、材質が散乱率の近いもの同士であっても、例えば、電極を形成するために金属粒子を接合材でペースト状にしている金属粒子集合体の散乱率とシリコンウエハの散乱率とを比較した場合、形状が異なることによってわずかではあるがそれぞれの散乱率が異なるのではないかという着想を得た。
特開２００７−５７３８７号公報

本願発明は、上述したような着想に基づいて、従来においては、その違いを検出することが難しかったシリコンウエハ上の電極や金属上の金属などを検出することができる検査用照明装置及び検査方法を提供することを所期課題とするものである。

すなわち、本願発明の検査用照明装置は、金属又は半金属である被検査体本体と、その被検査体本体の表面又は前記被検査体本体とは別体に形成された金属粒子集合体と、を具備した被検査体を外観検査するために用いられるものであって、前記被検査体本体に入射する光の反射光が特定の方向に偏光するように前記被検査体本体の表面と前記金属粒子集合体とに光を照射する光照射部と、前記特定の方向に偏光した光を遮断する偏光素子と、を備え、前記偏光素子を透過した光を前記被検査体本の外観検査に使用可能に構成していることを特徴とする。

また、本願発明の検査方法は、金属又は半金属である被検査体本体と、その被検査体本体の表面又は前記被検査体本体とは別体に形成された金属粒子集合体と、を具備した被検査体を外観検査するために用いられる検査方法であって、前記被検査体本体に入射する光の反射光が特定の方向に偏光するように前記被検査体本体の表面と前記金属粒子集合体とに光を照射し、前記特定の方向に偏光した光を偏光素子によって遮断し、前記偏光素子を透過した光を用いて、前記被検査体本の外観検査をするために用いられることを特徴とする。

ここで、半金属とは、金属と非金属の中間の性質を示す物質のことである。代表的なものとしては、シリコンなどが挙げられる。

このようなものであれば、前記偏光素子を用いて前記被検査体本体又は金属集粒子合体で反射した光を遮断することによって、被検査体本体又は金属粒子集合体によって散乱されて、前記特定の方向とは異なる方向の偏光成分を有した光のみを例えば、ＣＣＤカメラ等の受光素子によって検出することができる。すなわち、偏光が保存されない散乱光を受光素子によって検出するのに用いることによって、前記被検査体本体と、前記金属粒子集合体との間の散乱率の違いを利用して、前記被検査体本体と前記金属粒子集合体とを区別して検出することができる。

さらに、例えば前記被検査体本体が結晶方向の異なる多結晶からなるものであった場合、反射光の進行方向がばらばらになってしまうために、何もせずに受光素子で受光すると大きな濃淡情報として検出されてしまうところを、偏光素子によって反射光を遮断することによって検出しないようにすることができる。従って、濃淡情報に合わせて測定レンジを大きく取る必要がなくなるため、検出分解能を大きくすることができ、例えば、被検査体本体の表面にある欠陥や、ほこりなどを検出することがより容易になる。

前記光照射部によって照射された光の反射光が特定の方向に偏光しているようにするには、前記光照射部が偏光した光を射出するものであればよい。これは、反射前後の光は、その偏光が保存されるからである。

前記光照射部によって照射された光の反射光が特定の方向に偏光しているようにする別の態様としては、前記光照射部の光の入射角を、前記被検査本体の材質によって決まるブリュースター角又はその近傍の角度に設定していればよい。このようなものであれば、反射光はＳ偏光が生じた光となる。

前記金属粒子集合体から均一に散乱光を発生させて、その輪郭を鮮明に検出し、その幅などの検査を容易に行えるようにするには、前記光照射部が前記被検査体の周囲から光を照射するリング照明であればよい。

前記被検査体本体と前記金属粒子集合体との、間のわずかな散乱率の差を検出する具体的な態様としては、前記偏光素子を透過した光を受光してその強度を示す強度信号を出力する受光素子をさらに備えたものであり、その受光素子が、前記被検査体本体からの散乱光と前記金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を検出することが可能なダイナミックレンジを有したものであればよい。

画像処理によって、より被検査体本体と金属粒子集合体とを区別しやすくするには、前記受光素子の特定の部位のガンマ値を変化させて、前記被検査体本体からの散乱光と前記金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を強調する補正機構をさらに備えたものであればよい。

このように、本願発明によれば、散乱率の違いに基づいて金属又は半金属である被検査体本体と、金属粒子集合体と、を区別できるように検出して、例えば、電極が設計通りに配設されているかなどの様々な検査を行うことができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る検査用照明装置１００は、図１に示すように、シリコンウエハ１１とその表面に形成された電極１２と、を具備した被検査体１について、その電極１２の幅や配置を検査するためのものである。ここで、半金属であるシリコンウエハ１１が被検査体１本体に当たり、前記電極１２はアルミの粒子を接合材によってペースト状にしたものを焼結、または溶剤を蒸発させて形成したものであり、金属粒子集合体に当たる。つまり、被検査体１は、金属又は半金属である被検査体本体と、その被検査体本体の表面に形成された金属粒子集合体と、を具備したものである。本実施形態では、被検査体本体の上に金属粒子集合体が載置されているが、別々の場所に配置されていても構わない。撮像などを行った場合に同一視野にあるものであっても構わない。なお、図１では、分かりやすさのために金属粒子集合体である電極１２を拡大し模式的に示しているため、後述する図２、図３とは完全には一致しない。また、反射光ｒ及び散乱光ｓは、様々な光路があるが中央の想像線にて代表させてある。

前記検査用照明装置１００は、前記シリコンウエハ１１の表面及び前記電極１２に偏光した光を照射する光照射部と、前記被検査体１からの反射光ｒを遮断する偏光素子３と、を備えたものである。本実施形態では、前記偏光素子３を透過した前記被検査体１からの散乱光ｓを受光し得る位置に、ＣＣＤカメラ等の受光素子４が配置してある。

前記光照射部であるリング照明２は、中央部に貫通孔２１１を有した円環状の保持体２１と、その保持体２１に取り付けられて円環状に複数列に並べてある複数のＬＥＤ２２と、そのＬＥＤ２２の前方に配置してありＬＥＤ２２からの光を平行光にする光学素子２３（凸レンズなど）と、前記光学素子２３の前方に配置してあり、ＬＥＤ２２からの光に偏光をかける偏光フィルタ２４とから構成してある。このリング照明２の光が照射される中心に被検査体１が載置されており、前記被検査体１からの反射光ｒや散乱光ｓは前記貫通孔２１１を通って、リング照明２の上方へと抜ける。

前記受光素子４にリング照明２の上方には、前記貫通孔２１１を臨むように配置された受光素子４（ＣＭＯＳなど）が配置してある。受光素子４は、後述する被検査体本体からの散乱光と金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を検出することが可能なダイナミックレンジを有したものである。

前記偏光素子３は、前記偏光フィルタ２４によって偏光した光と同じ方向に偏光している光を遮断するものであり、この実施形態の場合、被検査体１からの反射光ｒを遮断し、散乱光ｓのみを透過させる。これは、反射光ｒは入射光ｉの偏光を保存するのに対して、散乱光ｓは入射光ｉの偏光を保存せず、他の偏光した成分の光も含まれているためである。

ここで、シリコンウエハ１１について詳述すると、図２に示すように、このシリコンウエハ１１は太陽電池に用いられる多結晶のものであり、結晶方向は様々な方向を向いて形成されている。

そのため、リング照明２から照射された光は、必ずしも一定の方向に反射されるとは限らず、表面の極微小な凸凹の方向によって反射光ｒが直上の受光素子４の方向へ進んでいくことなど、様々な方向に進んでいく。従って、偏光素子３を用いずに単純に受光素子４に受光させると、結晶ごとの反射光ｒの量が異なってくるため、シリコンウエハ１１の表面は濃淡情報を有した状態で検出されることになる。

次に、上述した検査用照明装置１００を用いたシリコンウエハ１１上の電極１２を撮像について説明する。

前記リング照明２から射出された偏光した光のほとんどは、シリコンウエハ１１表面では反射し、欠陥やほこりなどによってごく一部で散乱が生じている。

それに対して、金属粒子集合体である電極１２では、シリコンウエハ１１表面で生じている散乱に比べてより多くの光が散乱する。これは、アルミの粒子が細かく、その直径が入射する光の波長と近くなり、相互作用を起こしやすくなるために散乱が生じやすくなる、あるいは、焼結しても残っている接合材の樹脂の影響によって散乱が生じていることが考えられる。

これらの被検査体１からの反射光ｒと散乱光ｓは、前記リング照明２の貫通孔２１１を通って、偏光素子３に入射する。ここで、反射光ｒと散乱光ｓの基本性質について確認しておくと、反射光ｒは入射した光の偏光を保つのに対して、散乱光ｓは入射した光の偏光を保たず、非偏光の光となる。

したがって、偏光素子３は、リング照明２が射出した光と同じ偏光を有した光を遮断するように構成してあるので、散乱光ｓのみが通過し、受光素子４によって検出される。

前述したように、シリコンウエハ１１表面の散乱率よりも、金属粒子集合体である電極１２の散乱率のほうが高いので、前記リング照明２から十分に照明を行うとともに、構成される光学系のＮＡを十分小さくして撮像すると、図３に示すように、シリコンウエハ１１表面からの反射光を遮断し、その模様が現れないようにしつつ、電極１２のみをその輪郭を明確にして検出することができる。

シリコンウエハ１１が多結晶体からなる場合、偏光の照射角度がシリコンウエハ１１の表面に対する法線方向からみて大きくなると、多結晶体から返される偏光の状態のバラツキが大きくなり、大部分の反射光（直接光）は前記偏光素子３によって遮られるものの、一部は透過してしまい、シリコンウエハ１１の表面も撮像されてしまうことが確かめられている。

この偏光の状態のバラツキによるシリコンウエハ１１の映り込みを防ぐには、照射する偏光は出来る限りシリコンウェハ１１の法線方向に近い角度から照射し、なおかつ、前記被検査体１を観察する観察光学系のNA（開口数）は小さくすればよい。なぜなら、照射角度を小さくすることによって、偏光の状態のバラツキが小さくなるとともに、観察光学系のNAを小さくすると、多結晶体から返される直接光、ただし、この直接光は前述の偏光のズレによって偏光素子３を一部透過してきた直接光を、遮断する確率が大きくなるからである。

言い換えると、前記光照射部は、前記被検査体に照射する光の入射角を小さく設定されており、前記偏光素子を透過した光は、前記被検査体本体又は前記金属粒子集合体の外観検査をするために、ＮＡを小さく設定された観察光学系にて、用いられるものであれば、特にシリコンウエハ１１の映り込みを無くすことができるように照明することができる。

実験によると、照射光の照射角度は法線方向から２０°以内であり、観察光学系のNAは０．０１以下であれば、良好な結果が得られているが、許容範囲としては照射角度は２５°以内、観察光学系のNAは０．０５以下が望ましい。

なお、本実施形態での観察光学系とは前記被検査体１とＣＣＤカメラなどの受光素子４とによって構成されるものであり、前記被検査体１から返ってくる光を検出するための光学系のことである。

次に、シリコンウエハ１１と金属粒子集合体である電極１２をわずかな散乱光の差により区別して検出できることを、この実施形態の検査用照明装置１００を用いて、同様に散乱率の近い材質同士である金属端子と、金属粒子集合体である銀ペーストを同時に撮像した場合のサンプル写真を用いて説明する。

図４に示すのは、偏向素子３を用いず、偏光をカットせずに受光素子４によって撮像したサンプル写真である。この図４には、中央部にＬＳＩが配置してあり、ＬＳＩの周囲に漏れ出しているものが、ＬＳＩと基板とを接合するために用いられる金属集合体である銀ペーストＡｇである。ＬＳＩからは放射状に金線Ｌが延びており、その先端が金属端子Ｍに接続されている。この写真から分かるように、反射光によって撮像すると、銀ペーストＡｇと金属端子Ｍは同じように白く写っているので、金属端子Ｍ上に銀ペーストＡｇが乗っている場合などでは区別することが難しい。

図５に、偏向素子３を用いて、偏光をカットして受光素子４によって撮像したサンプル写真を示す。図５の場合には、中央にある銀ペーストＡｇのみが白く写っており、金属端子Ｍは写っていないことが分かる。すなわち、銀ペーストＡｇのみを検出することができている。この写真から、散乱率が極めて近い材質のものであっても、金属端子Ｍのような金属片と銀ペーストＡｇのような金属粒子集合体では、わずかではあるが形状による散乱率の違いが出るため、偏光素子３を用いて偏光をカットしてそれぞれを区別して検出できることがわかる。

また、金属片や金属板など、金属粒子集合体の金属粒子に比べて十分に大きいものの上に、金属粒子集合体が乗っている場合などは、反射光ではそれぞれの違いが検出しにくいのに対して、図５のように散乱率の違いにより片方を白く、もう片方を黒くし、明確に区別して検出することができるので、特に有効である。言い換えると、被検査体本体と、金属粒子集合体とが、重なって配置されている場合には、反射光によって区別して検出することは難しいので、本実施形態の検査方法である、形状、形態による微小な散乱率の差を検出する検査方法は特に効果を発揮する。

以上の図４及び図５のサンプル写真より、シリコンウエハ１１と表面上のアルミペーストである電極１２も図３に示したようにシリコンウエハ１１を黒く、アルミペーストである電極１２を白くして、明確に区別して検出できることが分かる。

このように、本実施形態の検査用照明装置１００及び検査方法は、予め偏光させた光を前記リング照明２によって前記被検査体１に照射し、その偏光が保存された反射光ｒは偏光素子３によって遮断して、散乱光ｓのみを受光素子４にて検出するようにしてある。

そして、本実施形態では、金属粒子集合体である電極１２は微小粒子の集まりであることや接合材の樹脂の影響により、単なる金属の塊などに比べて散乱率が大きくなっていることを利用して、図２のようにシリコンウエハ１１上の電極１２について輪郭を明確にして検出することができる。

しかも、シリコンウエハ１１は多結晶であり結晶方向がそれぞれ異なっているため、通常であれば結晶ごとの濃淡情報を受光素子４が検出してしまうところを、反射光ｒを偏光素子３により遮断することによってそのような問題が起きるのを防いでいる。従って、シリコンウエハ１１表面の欠陥やほこりを検出するなどの表面検査において、結晶を示す濃淡にそれらの情報がまぎれてしまい検出できなくなることを防ぐことができ、加えて、複雑な画像処理を必要としなくなる。また、濃淡情報に合わせて測定レンジを大きく取る必要がなり、分解能を大きくすることができるので、わずかな散乱率の差を検出することがしやすくなり、金属集合体である電極１２をより鮮明に検出できる。

また、リング照明２によって被検査体１を周囲からもれなく光を照射しているので、電極１２における散乱を均一に発生させることができる。従って、電極１２を鮮明に検出することができるので、その幅や長さが設計通りのものであるかどうかを容易に検査することができるようになる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

前記実施形態では、偏光素子を照射時の偏光を有した光、つまり反射光を遮断するように構成していたが、逆に、照射時の偏光を有した光のみを透過するようにしても構わない。散乱率の差は反射光にも現れるので、シリコンウエハの表面は明るくなり、電極の部分は暗くなって受光素子に受光されることになり、電極を検出することができる。

前記リング照明が予め、偏光した光を射出するものでなくても構わない。特にシリコンウエハであれば、透過光がわずかながら発生して屈折が生じているので、前記シリコンウエハ表面に照射する光の入射角をブリュースター角にすれば、反射光はＳ偏光が生じた光となり、受光素子に入る光を偏光素子によって選択することができるようになる。

また、被検査体はシリコンウエハとシリコンウエハの表面に形成された金属粒子集合体に限られない。例えば、金属板と金属板の表面に形成された銀ペーストなどの金属粒子集合体と、によって構成される被検査体であっても構わない。このようなものであっても、本実施形態で説明したのと同様に、散乱率が近い材質同士であっても、金属粒子集合体の形状に由来する散乱率の差を利用して、それぞれを明確に区別して検出することが可能となる。

金属粒子集合体は、焼結する前の状態であっても構わない。細かい金属粒子が集まって形成されているものであり、被検査体本体との散乱率の差が生じるものであれば良い。

被検査体本体の形状は、板状のものに限られない。照射する光の波長に対して十分に大きな塊になっている金属又は半金属であればよい。

より被検査体本体と金属粒子集合体とを明確に区別して検出できるようにするために、ガンマ値の補正を行うことによって、輝度の差がでるようにしても良い。この場合、画像処理を行うために受光素子が出力した前記受光素子が出力した強度信号のガンマ値を変化させて、前記被検査体本体からの散乱光と前記金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を強調する補正機構をさらに備えたものであればよい。補正機構は、汎用のコンピュータによるものであってもよいし、受光素子に専用のボードを供えたものであってもよい。

その他、本願発明の趣旨に反しない範囲で、様々な変形が可能である。

本願発明の一実施形態に係る検査用照明装置の模式図。 本願発明の検査方法によって撮影した被検査体の写真。 偏光素子を用いずに撮影した場合の比較用の写真。 金属端子と銀ペーストからの偏光をカットせずに撮影した場合のサンプル写真。 金属端子と銀ペーストからの偏光をカットして撮影した場合のサンプル写真。

符号の説明

１００・・・検査用照明装置
１・・・被検査体
１１・・・シリコンウエハ（被検査体本体）
１２・・・電極（金属粒子集合体）
２・・・光照射部
３・・・偏光素子
４・・・受光素子

Claims (6)

1. 金属板又はシリコンウェハである被検査体本体と、その被検査体本体の表面に形成された金属粒子集合体と、を具備した被検査体を外観検査するために用いられるものであって、
   前記被検査体本体に入射する光の反射光が特定の方向に偏光するように前記被検査体本体の表面と前記金属粒子集合体とに偏光した光を照射する光照射部と、
   前記特定の方向に偏光した光を遮断する偏光素子とを備え、
   前記偏光素子を透過した光を前記被検査体の外観検査に使用可能に構成し、
   前記被検査体本体と前記金属粒子集合体とを区別して検出することを特徴とする検査用照明装置。
2. 前記光照射部が前記被検査体の周囲から光を照射するリング照明であり、
   前記金属粒子集合体がシリコンウェハ表面に形成された電極である請求項１記載の検査用照明装置。
3. 前記光照射部の光の入射角を、前記被検査本体の材質によって決まるブリュースター角又はその近傍の角度に設定している請求項１又は２記載の検査用照明装置。
4. 前記偏光素子を透過した光を受光してその強度を示す強度信号を出力する受光素子をさらに備えたものであり、その受光素子が、前記被検査体本体からの散乱光と前記金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を検出することが可能なダイナミックレンジを有したものである請求項１、２、又は３記載の検査用照明装置。
5. 前記受光素子が出力した強度信号のガンマ値を変化させて、前記被検査体本体からの散乱光と前記金属粒子集合体からの散乱光の輝度の差を強調する補正機構をさらに備えた請求項４記載の検査用照明装置。
6. 金属板又はシリコンウェハである被検査体本体と、その被検査体本体の表面に形成された金属粒子集合体と、を具備した被検査体を外観検査するために用いられる検査方法であって、
   前記被検査体本体に入射する光の反射光が特定の方向に偏光するように前記被検査体本体の表面と前記金属粒子集合体とに偏光した光を照射し、
   前記特定の方向に偏光した光を偏光素子によって遮断し、
   前記偏光素子を透過した光を用いて、前記被検査体の外観検査を行い、前記被検査体本体と前記金属粒子集合体とを区別することを特徴とする検査方法。