JP5544894B2 - ウエハ検査装置及びウエハ検査方法 - Google Patents
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そこで、レンズを光軸方向に移動させてピント合わせを行おうとしても焦点深度が浅いため、その微調整が困難となることがある。撮像ポイント毎にピントを微調整する作業が手間取るとウエハ全面の撮像に時間を要してしまい、検査工程が煩雑になってしまう。
また、ターレットの回転などによってレンズを交換する場合でも、ウエハの全面を走査する外観検査における全撮像ポイントにおいて多くのレンズの中から撮像に最適なレンズを選択するためには時間を要してしまうことがある。
ウエハが載置されるステージと、
前記ウエハに対向する所定位置に配される対物レンズと、光軸方向における前記対物レンズとの距離がそれぞれ異なる複数の中間レンズのうち何れか1つと、の組み合わせ毎にそのレンズ系の焦点距離を切り替えるレンズ切替部と、
前記レンズ系を通じて前記ウエハを撮像する撮像部によって前記ウエハの撮像対象箇所を撮像可能とするように、前記レンズ系に対して前記ステージを相対的に移動させ、前記ウエハの撮像対象箇所を調整する撮像箇所調整部と、
前記レンズ切替部と前記撮像箇所調整部とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記撮像箇所調整部を動作制御し、前記ウエハに予め定められている複数の基準位置に順次前記対物レンズを合わせるとともに、前記レンズ切替部を動作制御して、前記光軸中に配する中間レンズを切り替えて、複数の中間レンズのうち最適な画像が前記撮像部で撮像可能となる中間レンズを前記基準位置毎に対応付ける処理を実行し、さらに前記制御部が、前記複数の基準位置に対応付けられた中間レンズに応じて前記ウエハの全面を区分した領域を設定する処理を実行した後、
前記制御部が前記撮像箇所調整部を動作制御して、前記レンズ系を通じて前記ウエハの全面を走査して前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像する際、そのウエハの撮像対象箇所となる前記領域に応じて前記制御部が前記レンズ切替部を動作制御して、その領域に対応する中間レンズに切り替える処理を実行する。
また、好ましくは、前記制御部は、前記領域毎に前記中間レンズを切り替えた前記レンズ系で前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像した検査画像と、予め定められている前記ウエハの基準画像とを比較して、前記ウエハの欠陥を抽出する処理を実行する。
また、好ましくは、前記複数の基準位置に対応付けられた各中間レンズに応じて設定された、前記ウエハの全面を区分した領域に関するデータを記憶する記憶部を備える。
また、好ましくは、前記レンズ系の焦点深度は、前記レンズ系間でオーバーラップする。
ウエハが載置されるステージと、前記ウエハに対向する所定位置に配される対物レンズと、同じ光学特性を有する複数の中間レンズが、前記対物レンズの光軸方向に互いに異なる配置に配されたレンズ格納部と、前記対物レンズ及び前記中間レンズを通じて前記ウエハを撮像する撮像部と、を備えるウエハ検査装置を用いるウエハ検査方法であって、
前記対物レンズに対して前記ステージを相対的に移動させて、前記ウエハに予め定められている複数の基準位置に順次前記対物レンズを合わせ、前記光軸中に配する中間レンズを切り替えて、複数の中間レンズのうち最適な画像が前記撮像部で撮像可能となる中間レンズを前記基準位置毎に対応付け、前記複数の基準位置に対応付けられた中間レンズに応じて前記ウエハの全面を区分した領域を設定する工程と、
前記対物レンズ及び前記中間レンズに対して前記ステージを相対的に移動させて、前記対物レンズ及び前記中間レンズを通じて前記ウエハの全面を走査する際、そのウエハの撮像対象箇所となる前記領域に応じて、その領域に対応する中間レンズに切り替えて、前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像する工程と、
を備えることを特徴としている。
ステージ駆動部11は、ステージ10を対物レンズ20の光軸方向と直交する方向(X軸方向、Y軸方向)に移動させる。また、ステージ駆動部11は、ステージ10を対物レンズ20の光軸方向を軸心として回転させる。
具体的に、ステージ駆動部11は、対物レンズ20に対しウエハ1が載置されたステージ10の位置を、光軸方向と直交するX軸方向、Y軸方向にそれぞれ移動させたり、そのステージ10を光軸方向に沿うZ軸を軸心に回転させたりして、対物レンズ20に対するウエハ1の位置を調整し、対物レンズ20を通じたウエハ1の撮像対象箇所を調整する撮像箇所調整部として機能する。
対物レンズ駆動部21は、ステージ10に対して一定の距離を保つ所定位置に対物レンズ20を配するように、対物レンズ20を光軸方向(Z軸方向)に移動させて、ステージ10上のウエハ1と対物レンズ20との距離を調整する。
ターレット駆動部51は、ターレット50の回転軸50aを所定角度ずつ(例えば、本実施形態では45°ずつ)回転させて、ターレット50における中間レンズ5のうち1つを対物レンズ20の光軸中に配して、対物レンズ20と中間レンズ5を組み合わせたレンズ系毎に焦点距離を切り替えるレンズ切替部として機能する。つまり、対物レンズ20と中間レンズ5を組み合わせて使用することによって、対物レンズ20を光軸方向に移動させずに、対物レンズ20と中間レンズ5とからなるレンズ系の焦点距離を8段階に切り替えることができる。
なお、対物レンズ20と中間レンズ5が組み合わされて焦点距離が切り替えられた各レンズ系の焦点深度は光軸方向に所定の幅を有しており、ターレット50に配された中間レンズ5における光軸方向順に隣接する各中間レンズ5が組み込まれているレンズ系間で焦点深度がオーバーラップするようになっている。つまり、ウエハ1の表面に起伏がある場合に、レンズ系の焦点距離を切り替えるために対物レンズ20と中間レンズ5との組み合わせを変える際に、中間レンズ5を光軸方向順に切り替える焦点距離の変更を行なえば、各レンズ系間で焦点深度がオーバーラップするため、連続的にレンズ系の焦点がウエハ1に合うようになるので、ウエハ1の画像がぼけることなく撮像可能となる。
例えば、記憶部70は、ウエハ1に予め定められている複数の基準位置を示す座標データを記憶している。なお、各基準位置に関する座標データはウエハ1の種類ごとに異なり、基準位置の数もウエハ1の種類やサイズごとに異なる。
また、記憶部70は、後述する制御部80によって対応付けられた、ウエハ1の基準位置と中間レンズ5との対応関係を記憶する。
また、記憶部70は、ウエハ1における複数の基準位置に対応付けられた各中間レンズ5に応じて後述する制御部80によって設定された、ウエハ1の全面を区分した領域に関するデータを記憶する。
また、記憶部70は、ウエハ1の種類やサイズごとに、ウエハ1の全面を走査する際の走査経路に関するデータを記憶している。
また、記憶部70は、ウエハ1の種類ごとに、ウエハ1の良品を示す基準画像に関するデータを記憶している。例えば、基準画像は、ウエハ1上に形成される半導体集積回路のチップ1つ当たりの良品画像である。
また、記憶部70は、ウエハ1の種類やサイズごとに、ウエハ1上に形成される半導体集積回路のチップの配列とスクライブラインに関するマップデータを記憶している。
また、記憶部70は、ウエハ1の外観検査結果として得られたウエハ1におけるチップの良品と不良品とを判別したチップの配列に関するマップデータを記憶する。
これにより、ウエハ1が対物レンズ20に対する規定の配置にセットされる。
なお、ウエハ1の表面にレンズ系の焦点が合う所定位置は、撮像部30によりウエハ1表面を撮像した画像のエッジ検出を制御部80が行なうことで自動的に決定してもよく、また、撮像部30による撮像画像を表示部60に表示して、検査者が決定する操作を行なうようにしてもよい。
なお、ウエハ1の表面に最も焦点が合う中間レンズ5の決定は、撮像部30によりウエハ1表面を撮像した画像のエッジ検出を制御部80が行なうことで自動的に行ってもよく、また、撮像部30による撮像画像を表示部60に表示して、検査者が決定する操作を行なうようにしてもよい。
なお、ウエハ1の全面を走査する際に使用する中間レンズ5に対応する領域にウエハ1を区分するために設定される区分線は、記憶部70に記憶されているウエハ1のマップデータに基づき、スクライブラインと重なるように設定される。
具体的に、対物レンズ20に対してステージ10が相対的に移動することで、ウエハ1の全面をレンズ系が走査して、そのレンズ系を通じてウエハ1の表面を撮像部30で連続的に撮像する過程で、そのウエハ1の撮像対象箇所となる領域が変わる際、ウエハ1の全面が区分された領域と中間レンズ5との対応関係に基づき、撮像対象箇所となる領域に応じて最適な中間レンズ5に切り替えられので、その撮像対象箇所の領域に焦点距離が合ったレンズ系でウエハ1の検査画像を撮像することが可能になる。
なお、レンズ系を通じて撮像部30で撮像されたウエハ1の検査画像に関する画像データは、制御部80に送出される。
そして、ウエハ1の全面を走査してウエハ1の表面を撮像部30で撮像した帯状に連続する撮像画像の画像データに基づき、制御部80は画像処理を施し、1枚のウエハ1としての検査画像に合成する。画像データに画像合成処理を施し、帯状の撮像画像を1枚のウエハ1としての検査画像に合成することで、ウエハ1の表面を走査する際にレンズ系の視野から外れて分断されてしまったチップ部分も復元されるようになる。この画像処理がなされたウエハ1の検査画像は、記憶部70に記憶されているウエハ1のマップデータに関連付けられる。
なお、欠陥として抽出されたチップ部分は、記憶部70に記憶されているウエハ1のマップデータに関連付けられて、記憶部70に記憶される。
なお、ステージ10に載置されたウエハ1には、例えば図3(a)に示すように、9か所の基準位置Pが定められている。
なお、ウエハ1における中央の基準位置Pに対しては、No.1の中間レンズ5が対応付けられたフォーカスティーチングがなされたものとする。
具体的に、例えば図3(b)に示すように、図中左下側4つの基準位置PにNo.1の中間レンズ5が対応付けられ、図中左上側2つの基準位置PにNo.2の中間レンズ5が対応付けられ、図中右下側2つの基準位置PにNo.3の中間レンズ5が対応付けられ、図中右上側1つの基準位置PにNo.4の中間レンズ5が対応付けられている場合、そのウエハ1上の各基準位置Pに対応付けられたそれぞれの中間レンズ5が同じ部分同士をまとめるように、各基準位置P間に仮想の区分線Lを等高線のように引いて、各基準位置Pに対応付けられた中間レンズ5ごとにウエハ1の全面を区分けして、ウエハ1を撮像する際に使用する中間レンズ5別の領域を設定する。ここでは、中間レンズ5のNo.1からNo.4に対応する領域R1から領域R4の4つの領域が設定されている。
なお、ここでウエハ1の全面が区分けされるように設定された中間レンズ5別の領域(R1〜R4)は、ウエハ1を撮像する際に使用する中間レンズ5に応じて区分された領域であって、その中間レンズ5が組み込まれたレンズ系の焦点距離に応じて区分された領域である。つまり、ウエハ1の表面には起伏があるので、基準位置Pでサンプリングを行なうようにして、各基準位置Pに対応付けた中間レンズ5(焦点距離)の分布に基づき、ウエハ1全体の起伏の分布を推定するように、ウエハ1を撮像する撮像対象箇所に応じてレンズ系に組み込む中間レンズ5に応じた、そのレンズ系の焦点距離別の領域が設定されるようになっている。
つまり、所定の走査経路に沿ってウエハ1の表面をレンズ系を通じて撮像する際、ウエハ1の撮像対象箇所となる領域(R1〜R4)が変わるタイミングにターレット50が回転されて、その撮像対象箇所となる領域に対応する中間レンズ5がレンズ系に組み込まれることで、その領域を撮像することに適した焦点距離を有するレンズ系が構成されるので、煩わしいピント合わせの微調整を行なう必要がなく、容易に焦点距離の合ったレンズ系でウエハ1の表面を撮像することができる。
欠陥として抽出されたチップ部分は、記憶部70に記憶されているウエハ1のマップデータに関連付けられて、例えば図5に示すように、ウエハ1上に形成される半導体集積回路のチップの配列中、欠陥部分を黒色で示した位置を特定する座標データとして記憶部70に記憶されて(ステップS10)、ウエハ1の外観検査が終了する。
そして、ウエハ1の全面を走査して、対物レンズ20と中間レンズ5を組み合わせたレンズ系を通じて撮像する際、そのウエハ1における撮像対象箇所となる領域に応じて、その領域に対応する中間レンズ5に自動的に切り替えられるので、その領域を撮像することに最適な焦点距離となるレンズ系でウエハ1の表面にピントを合わせた撮像を容易に行なうことができる。
つまり、ステージ10に載置されたウエハ1が、ステージ10の凹凸や真空吸引による影響などによって僅かに撓み、ウエハ面に起伏が生じていることがあっても、そのウエハ1を撮像する撮像対象箇所に応じてレンズ系に組み込む中間レンズ5に応じた領域が設定されていることで、ウエハ1の全面を走査する際、その起伏の分布に起因して区分された領域に応じてレンズ系に組み込む中間レンズ5を切り替えて、その領域を撮像することに適した焦点距離のレンズ系でウエハ1を撮像することが可能になるので、ウエハ1の全面にピントが合った検査画像を容易に取得することができる。
そして、ウエハ1の全面を走査するように、ウエハ1の表面を連続的に撮像する際、各領域を撮像することに適した焦点距離のレンズ系でウエハ1を撮像することができ、ウエハ1の全面にピントが合った検査画像を容易に取得することができるので、煩わしいピント合わせの微調整を行なう必要がなく、ウエハの外観検査の簡便化を図ることができる。
例えば、ステージ駆動部11がステージ10を移動させることにより、レンズ系を通じたウエハ1の撮像対象箇所を調整するとしたが、レンズ系側をステージ10に対して移動させて撮像対象箇所を調整するようにしてもよい。
10 ステージ
11 ステージ駆動部(撮像箇所調整部)
20 対物レンズ
21 対物レンズ駆動部
30 撮像部
40 光源部
5 中間レンズ
50 ターレット(レンズ格納部)
51 ターレット駆動部(レンズ切替部)
60 表示部
70 記憶部
80 制御部
100 ウエハ検査装置
P 基準位置
L 区分線
R1、R2、R3、R4 領域
Claims (5)
- ウエハが載置されるステージと、
前記ウエハに対向する所定位置に配される対物レンズと、光軸方向における前記対物レンズとの距離がそれぞれ異なる複数の中間レンズのうち何れか1つと、の組み合わせ毎にそのレンズ系の焦点距離を切り替えるレンズ切替部と、
前記レンズ系を通じて前記ウエハを撮像する撮像部によって前記ウエハの撮像対象箇所を撮像可能とするように、前記レンズ系に対して前記ステージを相対的に移動させ、前記ウエハの撮像対象箇所を調整する撮像箇所調整部と、
前記レンズ切替部と前記撮像箇所調整部とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記撮像箇所調整部を動作制御し、前記ウエハに予め定められている複数の基準位置に順次前記対物レンズを合わせるとともに、前記レンズ切替部を動作制御して、前記光軸中に配する中間レンズを切り替えて、複数の中間レンズのうち最適な画像が前記撮像部で撮像可能となる中間レンズを前記基準位置毎に対応付ける処理を実行し、さらに前記制御部が、前記複数の基準位置に対応付けられた中間レンズに応じて前記ウエハの全面を区分した領域を設定する処理を実行した後、
前記制御部が前記撮像箇所調整部を動作制御して、前記レンズ系を通じて前記ウエハの全面を走査して前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像する際、そのウエハの撮像対象箇所となる前記領域に応じて前記制御部が前記レンズ切替部を動作制御して、その領域に対応する中間レンズに切り替える処理を実行することを特徴とするウエハ検査装置。 - 前記制御部は、前記領域毎に前記中間レンズを切り替えた前記レンズ系で前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像した検査画像と、予め定められている前記ウエハの基準画像とを比較して、前記ウエハの欠陥を抽出する処理を実行することを特徴とする請求項1に記載のウエハ検査装置。
- 前記複数の基準位置に対応付けられた各中間レンズに応じて設定された、前記ウエハの全面を区分した領域に関するデータを記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のウエハ検査装置。
- 前記レンズ系の焦点深度は、前記レンズ系間でオーバーラップすることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のウエハ検査装置。
- ウエハが載置されるステージと、
前記ウエハに対向する所定位置に配される対物レンズと、
同じ光学特性を有する複数の中間レンズが、前記対物レンズの光軸方向に互いに異なる配置に配されたレンズ格納部と、
前記対物レンズ及び前記中間レンズを通じて前記ウエハを撮像する撮像部と、
を備えるウエハ検査装置を用いるウエハ検査方法であって、
前記対物レンズに対して前記ステージを相対的に移動させて、前記ウエハに予め定められている複数の基準位置に順次前記対物レンズを合わせ、前記光軸中に配する中間レンズを切り替えて、複数の中間レンズのうち最適な画像が前記撮像部で撮像可能となる中間レンズを前記基準位置毎に対応付け、前記複数の基準位置に対応付けられた中間レンズに応じて前記ウエハの全面を区分した領域を設定する工程と、
前記対物レンズ及び前記中間レンズに対して前記ステージを相対的に移動させて、前記対物レンズ及び前記中間レンズを通じて前記ウエハの全面を走査する際、そのウエハの撮像対象箇所となる前記領域に応じて、その領域に対応する中間レンズに切り替えて、前記ウエハの表面を前記撮像部で撮像する工程と、
を備えることを特徴とするウエハ検査方法。
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