JP6142996B2 - Via shape measuring device and via inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウエハのような基板に形成されたビアホールの底面のサイズないし直径を測定するビア形状測定装置及びビアの底面を検査するビア検査装置に関するものである。 The present invention relates to a via shape measuring device that measures the size or diameter of the bottom surface of a via hole formed in a substrate such as a silicon wafer, and a via inspection device that inspects the bottom surface of a via.
次世代シリコンの3次元実装技術として、TSV(Through Silicon Via)技術が開発されている。TSV技術では、シリコンウエハに配線層を形成する前又は配線層の形成後において、RIEエッチングにより直径が5μm程度で深さが50μm程度のビアホールが形成されている。続いて、ビアホールの側壁に絶縁膜が形成された後、銅メッキ処理によりビアの内部に銅が埋め込まれ、柱状電極が形成されている。ビアの内部に銅を充填した後、ウエハの裏面は、銅の柱状電極の先端が露出するようにバックグラインドされると共に、ウエハの表面側に突起電極(バンプ)が形成される。柱状電極及びバンプが形成された後、シリコンダイは積層され、シリコンウエハを貫通する柱状電極とバンプとが電気的に接続される。 TSV (Through Silicon Via) technology has been developed as a three-dimensional mounting technology for next-generation silicon. In the TSV technique, a via hole having a diameter of about 5 μm and a depth of about 50 μm is formed by RIE etching before or after forming a wiring layer on a silicon wafer. Subsequently, after an insulating film is formed on the side wall of the via hole, copper is embedded in the via by copper plating to form a columnar electrode. After filling the vias with copper, the back surface of the wafer is back-ground so that the tips of the copper columnar electrodes are exposed, and bump electrodes are formed on the front surface side of the wafer. After the columnar electrodes and bumps are formed, the silicon dies are stacked, and the columnar electrodes penetrating the silicon wafer and the bumps are electrically connected.
積層したシリコンダイ同士は、柱状電極とバンプとにより電気的に接続されるので、柱状電極の先端部分の形状はコンタクトの安定性に影響を与える可能性がある。従って、柱状電極を形成するためにウエハに形成されるビアの先端部分の形状を正確に検査できると共にビア底面の直径を測定できる検査装置の開発が要請されている。すなわち、ビアの底面の直径が不正確な場合、柱状電極の先端の直径が基準値からずれてしまい、柱状電極とバンプとの間の電気的な接続が不安定になってしまう。また、ビアの底面の湾曲状態が規定値よりもずれた場合、例えば底面の曲率半径が規定値よりも小さい場合、柱状電極の先端が先鋭になり、同様にバンプとの間の電気的接続が不安定になってしまう。従って、ビアのエッチング底面のサイズないし直径を正確に測定すること及びビアのエッチング底面の形状を検査することがTSV技術を開発する上で急務の課題となっている。 Since the stacked silicon dies are electrically connected by the columnar electrode and the bump, the shape of the tip of the columnar electrode may affect the stability of the contact. Accordingly, there is a demand for the development of an inspection apparatus capable of accurately inspecting the shape of the tip portion of the via formed on the wafer to form the columnar electrode and measuring the diameter of the via bottom. That is, when the diameter of the bottom surface of the via is inaccurate, the diameter of the tip of the columnar electrode is deviated from the reference value, and the electrical connection between the columnar electrode and the bump becomes unstable. In addition, when the bent state of the bottom surface of the via is deviated from a specified value, for example, when the curvature radius of the bottom surface is smaller than the specified value, the tip of the columnar electrode becomes sharp, and similarly the electrical connection between the bumps It becomes unstable. Therefore, it is an urgent task to develop TSV technology to accurately measure the size or diameter of the bottom surface of the via and to inspect the shape of the bottom surface of the via.
シリコンウエハに形成されたビアの底面を観察する方法として、ビアが形成されているウエハの表面側から落射照明を行い、明視野観察する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、照明光はビアの内部に十分に入射しないため、ビア全体が暗く観察され、ビアの底面を検査することは困難であった。 As a method of observing the bottom surface of the via formed on the silicon wafer, a method of performing bright field observation by performing epi-illumination from the surface side of the wafer on which the via is formed can be considered. However, in this method, since the illumination light does not sufficiently enter the inside of the via, the entire via is observed dark and it is difficult to inspect the bottom surface of the via.
また、シリコンウエハの裏面側から落射照明を行い、ビアの底面を明視野観察する方法も考えられ。しかしながら、この方法では、ビアの中央部だけが明るく観察され、底面のエッジ付近は側壁部を含めて全体的に暗く、底面の直径を正確に測定することは困難であった。また、共焦点レーザ顕微鏡を用いてウエハの裏面側からビアの形状を観察することも既知である(例えば、特許文献1参照)。 Another possible method is to perform epi-illumination from the back side of the silicon wafer and observe the bottom of the via in bright field. However, with this method, only the central part of the via is observed brightly, and the vicinity of the bottom edge including the side wall part is entirely dark, making it difficult to accurately measure the bottom diameter. It is also known to observe the shape of a via from the back side of a wafer using a confocal laser microscope (see, for example, Patent Document 1).
さらに、ウエハ表面をSEMを用いて観察することも想定される。しかし、SEMを用いて底面を観察する場合、底面から発生する2次電子の収率が低く、ビアの底面を明瞭に観察することは困難であった。 Furthermore, it is assumed that the wafer surface is observed using an SEM. However, when the bottom surface is observed using SEM, the yield of secondary electrons generated from the bottom surface is low, and it is difficult to clearly observe the bottom surface of the via.
さらに、シリコンウエハの内部に存在する欠陥を検出する検査装置として、シリコンウエハの裏面又は表面に向けて照明ビームをブリュースター角で投射し、欠陥で発生する散乱光を対物レンズにより集光する検査装置が既知である(例えば、特許文献2参照)。この既知の検査装置では、照明ビームをブリュースター角に等しい入射角で投射し、欠陥により発生した散乱光はウエハの裏面又は表面から出射し対物レンズにより集光されている。従って、照明光の大部分がシリコンの内部に進入するため、暗視野照明により欠陥検出が行われ、高精度な欠陥検出が行われている。
上述したように、柱状電極を形成するためのビアの底面の直径や湾曲度の測定は、柱状電極とバンプとの間で安定した電気的接続を確立する上で極めて重要である。しかしながら、共焦点レーザ顕微鏡を用いてシリコンウエハの裏面側からビアを観察する方法を記載した特許文献1には、ビアの深さ測定について言及されているが、ビアの底面の直径を測定することについて言及されていない。また、ビアの底面の湾曲度を検査することについても言及されていない。また、特許文献2に記載された検査装置は、異物から発生する散乱光を検出しているので、ウエハの内部に存在する欠陥を検出する検査装置として有効である。しかし、ビアの底面の直径を測定することができず、またビアの底面の湾曲度等を測定するように適合していない。
As described above, measurement of the diameter and curvature of the bottom surface of the via for forming the columnar electrode is extremely important for establishing a stable electrical connection between the columnar electrode and the bump. However, Patent Document 1, which describes a method for observing a via from the back side of a silicon wafer using a confocal laser microscope, refers to the measurement of the depth of the via, but measures the diameter of the bottom of the via. Is not mentioned. Also, there is no mention of inspecting the curvature of the bottom surface of the via. Further, the inspection apparatus described in
本発明の目的は、シリコンウエハやガラス基板等の基板に形成されたビアの底面のサイズないし直径を測定できるビア形状測定装置を実現することにある。
また、本発明は、ビアのエッチング底面の形状及びビアに埋め込まれた絶縁膜や金属材料を高速で検査できるビア検査装置を提供することにある。
An object of the present invention is to realize a via shape measuring apparatus capable of measuring the size or diameter of the bottom surface of a via formed on a substrate such as a silicon wafer or a glass substrate.
It is another object of the present invention to provide a via inspection apparatus capable of inspecting the shape of the bottom surface of the via and the insulating film and metal material embedded in the via at high speed.
本発明によるビア形状測定装置は、基板の表面に形成されたビアの底面の直径を測定するビア形状測定装置であって、
基板に対して透明な照明光を発生する光源装置と、
光源装置から出射した照明光を基板に向けて投射する照明光学系と、
光軸が基板表面と直交するように配置され、前記ビアで反射し基板の裏面から出射する反射光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された反射光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像信号から、ビアの底面の直径を求める信号処理装置とを有し、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸を含み基板表面と直交する光入射面内において、対物レンズの光軸をはさんで互いに反対向きの入射角で基板表面に入射する第1及び第2の照明ビームを投射する第1及び第2の照明ビーム投射手段を有し、
前記信号処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号から基板の2次元画像を形成する画像形成手段と、
形成された2次元画像から、ビア底面のエッジ又はその近傍の輝度画像に対応する第1及び第2の輝度画像を検出する手段と、
検出された第1及び第2の輝度画像間の間隔を求める手段とを有することを特徴とする。
A via shape measuring device according to the present invention is a via shape measuring device that measures the diameter of the bottom surface of a via formed on the surface of a substrate,
A light source device that generates illumination light transparent to the substrate;
An illumination optical system that projects illumination light emitted from the light source device toward the substrate;
An objective lens that is arranged so that the optical axis is orthogonal to the substrate surface, and that collects the reflected light that is reflected by the via and emitted from the back surface of the substrate;
An image sensor that receives reflected light collected by the objective lens;
A signal processing device for determining the diameter of the bottom surface of the via from the image signal output from the image sensor;
The illumination optical system includes a first and a first light incident on the substrate surface at incident angles opposite to each other across the optical axis of the objective lens in a light incident surface including the optical axis of the objective lens and orthogonal to the substrate surface. First and second illumination beam projection means for projecting two illumination beams,
The signal processing apparatus includes: an image forming unit that forms a two-dimensional image of a substrate from an image signal output from the image sensor;
Means for detecting first and second luminance images corresponding to luminance images at or near the edge of the via bottom from the formed two-dimensional image;
Means for obtaining an interval between the detected first and second luminance images.
本発明では、シリコンウエハの表面に形成されたビアのサイズないし直径を測定する方法として、ビアが形成されている表面側から裏面側に向けて進行する照明ビームを用いる。この照明ビームがビアに入射すると、ビア底面のエッジ又はその近傍において全反射し、ビアの中心軸線ないし対物レンズの光軸と平行に進行する反射光としてウエハから出射する。従って、ビアの底面のエッジ及びその近傍を円弧状の輝度画像として撮像することができる。一方、対物レンズは限られた集光角の範囲を有するので、このような照明ビームがビア底面のエッジ以外の部位に入射すると、ウエハの裏面で大きく屈折し、ほとんどの反射光は対物レンズの集光範囲から大きく外れて出射する。従って、ビア底面のエッジ及びその近傍を暗視野照明と同様な照明状態で明瞭に検出することができる。よって、対物レンズの光軸をはさんで互いに反対側から照明すれば、ビア底面の互いに対向するエッジの画像が形成できるので、2次元画像を用いてビア底面の対向するエッジの位置を検出することができ、2つのエッジ間の間隔を測定することにより、ビア底面のサイズないし直径を測定することができる。 In the present invention, as a method for measuring the size or diameter of the via formed on the surface of the silicon wafer, an illumination beam traveling from the front surface side where the via is formed toward the back surface side is used. When this illumination beam is incident on the via, it is totally reflected at or near the edge of the via bottom, and is emitted from the wafer as reflected light that travels parallel to the central axis of the via or the optical axis of the objective lens. Therefore, the edge of the bottom surface of the via and the vicinity thereof can be captured as an arcuate luminance image. On the other hand, since the objective lens has a limited collection angle range, when such an illumination beam is incident on a portion other than the edge of the via bottom, it is largely refracted on the back surface of the wafer, and most of the reflected light is reflected by the objective lens. Outgoes far from the light collection range. Therefore, the edge of the via bottom and the vicinity thereof can be clearly detected in the same illumination state as the dark field illumination. Therefore, if illumination is performed from opposite sides across the optical axis of the objective lens, images of opposite edges of the via bottom surface can be formed, so the position of the opposite edge of the via bottom surface is detected using a two-dimensional image. The size or diameter of the via bottom can be measured by measuring the distance between the two edges.
ビアをウエハの表面側から裏面側に向けて進行する照明ビームを形成する方法として、シリコンウエハのビアが形成される表面に反射性の配線層が形成されている場合、裏面側から照明ビームを投射すれば、照明ビームは配線層で反射し、表面側から裏面側に進行する照明ビームを形成する。一方、ウエハの表面に配線層が形成されていない場合、ウエハの表面に照明ビームを投射すれば、表面側から裏面側に進行する照明ビームを形成することができる。 As a method of forming an illumination beam that proceeds from the front surface side of the wafer toward the back surface side, when a reflective wiring layer is formed on the surface of the silicon wafer via surface, the illumination beam is applied from the back surface side. When projected, the illumination beam is reflected by the wiring layer to form an illumination beam that travels from the front side to the back side. On the other hand, when a wiring layer is not formed on the surface of the wafer, an illumination beam traveling from the front surface side to the back surface side can be formed by projecting the illumination beam onto the wafer surface.
本発明によるビア検査装置は、基板の表面に形成されたビアの底面を検査するビア検査装置であって、
基板に対して透明な照明光を発生する光源装置と、
光源装置から出射した照明光を基板の裏面に向けて投射する照明光学系と、
光軸が基板表面と直交するように配置され、前記ビアで反射し基板の裏面から出射する反射光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された反射光を受光する撮像素子と、
光検出手段から出力される画像信号から、ビアの底面の湾曲状態を検査すると共にビアの底面の直径を検出する信号処理装置とを有し、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸を含み基板表面と直交する光入射面内において、対物レンズの光軸をはさんで互いに反対向きの入射角で基板表面に入射する第1及び第2の照明ビームを投射する第1及び第2の照明ビーム投射手段を有し、
前記信号処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号から基板の2次元画像を形成する画像形成手段と、
形成された2次元画像から、ビア底面のエッジ又はその近傍の輝度画像に対応する2つの輝度画像から成る第1の輝度画像対を検出する手段と、
検出された第1の輝度画像対の2つの輝度画像間の間隔を測定する手段とを有することを特徴とする。
A via inspection device according to the present invention is a via inspection device that inspects the bottom surface of a via formed on the surface of a substrate,
A light source device that generates illumination light transparent to the substrate;
An illumination optical system that projects the illumination light emitted from the light source device toward the back surface of the substrate;
An objective lens that is arranged so that the optical axis is orthogonal to the substrate surface, and that collects the reflected light that is reflected by the via and emitted from the back surface of the substrate;
An image sensor that receives reflected light collected by the objective lens;
A signal processing device that inspects the curved state of the bottom surface of the via and detects the diameter of the bottom surface of the via from the image signal output from the light detection means;
The illumination optical system includes a first and a first light incident on the substrate surface at incident angles opposite to each other across the optical axis of the objective lens in a light incident surface including the optical axis of the objective lens and orthogonal to the substrate surface. First and second illumination beam projection means for projecting two illumination beams,
The signal processing apparatus includes: an image forming unit that forms a two-dimensional image of a substrate from an image signal output from the image sensor;
Means for detecting a first luminance image pair composed of two luminance images corresponding to luminance images at or near the edge of the bottom surface of the via from the formed two-dimensional image;
And means for measuring an interval between two luminance images of the detected first luminance image pair.
本発明によるビア検査装置では、2つの輝度画像から成る輝度画像対を検出し、2つの輝度画像間の間隔を測定することによりビアの直径が求められるので、検出された2つの輝度画像間の間隔を基準値と比較することにより、シリコンウエハ等の各種基板に形成されたビアの良否判定を行うことができる。 In the via inspection apparatus according to the present invention, a diameter of a via is obtained by detecting a luminance image pair composed of two luminance images and measuring an interval between the two luminance images. By comparing the interval with the reference value, it is possible to determine whether the vias formed on various substrates such as a silicon wafer are good or bad.
本発明によれば、基板に形成されたビアの底面のエッジ又はその近傍が周囲から識別できる輝度画像として撮像されるので、照明ビームを用いて基板を走査することにより得られる輝度画像からビア底面の直径を求めることができる。
さらに、本発明では、光軸をはさんで対向する2本の照明ビームを用いて基板を走査することによりビア底面の直径が求められるので、ビアの検査を高速で行うことが可能である。
According to the present invention, the edge of the bottom surface of the via formed on the substrate or the vicinity thereof is picked up as a luminance image that can be identified from the surroundings. Therefore, the bottom surface of the via is obtained from the luminance image obtained by scanning the substrate using the illumination beam. Can be obtained.
Furthermore, in the present invention, the diameter of the via bottom is obtained by scanning the substrate using two illumination beams facing each other across the optical axis, so that the via inspection can be performed at a high speed.
本例では、検査すべき基板として、表面側にデバイス及び反射性の配線層(金属配線層)が形成されると共にTSV用のビアホールがエッチング形成されているシリコンウエハを用いる。そして、シリコンウエハの裏面側から照明ビームを投射し、ビアで反射した反射光、すなわちビアの内壁表面と空気との界面で反射した反射光を対物レンズにより集光する。対物レンズにより集光された反射光は光検出手段に入射し、光検出手段から出力される画像信号に基づいてビア底面の直径を測定し、ビアの底面の湾曲度を検査する。勿論、金属の配線層が形成されていないシリコンウエハについて検査する場合、ビアホールがエッチング形成されている表面側から照明ビームを投射してビア底面の直径を測定することができる。 In this example, as a substrate to be inspected, a silicon wafer in which a device and a reflective wiring layer (metal wiring layer) are formed on the surface side and a TSV via hole is formed by etching is used. Then, an illumination beam is projected from the back side of the silicon wafer, and the reflected light reflected by the via, that is, the reflected light reflected by the interface between the inner wall surface of the via and air is collected by the objective lens. The reflected light collected by the objective lens enters the light detection means, measures the diameter of the via bottom based on the image signal output from the light detection means, and inspects the curvature of the via bottom. Of course, when inspecting a silicon wafer on which a metal wiring layer is not formed, the diameter of the bottom surface of the via can be measured by projecting an illumination beam from the surface side where the via hole is formed by etching.
柱状電極とバンプとの間に良好な電気的接続を確立するためには、正常な底面形状のビアが形成されることが必要であり、ビアの底面の検査のパラメータとして底面の直径を計測することにより、ウエハに形成されたビアの良否判定を行うことができ、ビアの底面ないし先端部分の直径を測定し、基準値と比較することによりビアについての欠陥検査を行うことができる。基準値との比較検査として、例えばビアの底面のエッジの画像を撮像し、ダイ対ダイ比較検査により不良なビア及びそのアドレスを検出することが可能である。尚、本発明は、検査すべき試料としてガラス基板を用い、ガラス基板に形成されたビアやトレンチの底面の直径を測定し底面の湾曲度を検査する場合にも適用される。 In order to establish a good electrical connection between the columnar electrode and the bump, it is necessary to form a normal bottom-shaped via, and the bottom diameter is measured as a parameter for inspecting the bottom of the via. As a result, the quality of the via formed in the wafer can be determined, and the diameter of the bottom or tip of the via can be measured and compared with a reference value to perform defect inspection on the via. As a comparison inspection with a reference value, for example, an image of the bottom edge of a via can be taken, and a defective via and its address can be detected by die-to-die comparison inspection. The present invention is also applicable to the case where a glass substrate is used as a sample to be inspected, the diameter of the bottom surface of a via or trench formed in the glass substrate is measured, and the curvature of the bottom surface is inspected.
図1は本発明によるビア検査装置の光学系の一例を示す図であり、図2は、図1に示すビア検査装置の照明ビーム投射部の構成を対物レンズの光軸方向から見た平面図である。検査されるべきシリコンウエハ1はステージ2上に載置する。ステージ2として、第1の方向(X方向)及び第1の方向と直交する第2の方向(Y方向)に移動可能なXYステージが用いられ、ウエハ1を支持すると共に走査系を構成する。ステージ2は、信号処理装置3から供給される駆動信号によりX方向及びY方向にジッグザグ状に移動し、検査されるシリコンウエハ1の裏面は照明ビームによりその全面が走査される。ステージ2には位置センサ4が連結され、移動中のステージのX方向及びY方向の位置が検出され、位置情報として信号処理装置3に供給される。信号処理装置3は、入力した位置情報を用いて異常が認められたビアのアドレスを特定する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical system of a via inspection apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the configuration of an illumination beam projection unit of the via inspection apparatus shown in FIG. 1 viewed from the optical axis direction of the objective lens. It is. A silicon wafer 1 to be inspected is placed on a
照明ビーム投射部5から、ステージ上に載置されたシリコンウエハ1に向けて光学的に透明な波長域の照明ビームを投射する。本例では、照明ビームを投射する手段として2本の偏波面保存ファイバ10a及び10bを用いる。これら偏波面保存ファイバから照明ビームが投射され、シリコンウエハ1に照明エリアを形成する。本例では、偏波面保存ファイバ10a及び10bは、シリコンウエハに対してP偏光した照明光をブリュースター角(74°)にほぼ等しい入射角で投射する。従って、シリコンウエハ1の表面における反射率はほぼ零となり、投射された照明光の大部分はシリコンウエハの内部に進入する。尚、偏波面保存ファイバの先端にはコリメータレンズとして機能するGINレンズ又はロッドレンズが装着され、偏波面保存ファイバから全体が平行な照明ビームが放出される。
An illumination beam in an optically transparent wavelength region is projected from the illumination
シリコンウエハ1の表面(ステージ2と直接対向する側)には金属の配線層が形成されているので、照明ビームは、ウエハ1の裏面を透過し、表面側の配線層との界面で反射し、ウエハの表面に形成さているビアを照明する。そして、ビアの底面のエッジ付近においてビアの内壁と空気との界面で反射し、ウエハ1の裏面を通過して対物レンズ(対物光学系)6により集光される。また、ビアの底面に入射した照明光は、その一部の照明光は底面の内壁と空気との界面でフレネル反射し、ウエハの裏面を透過して対物レンズ6に入射する。対物レンズ6は、その光軸がシリコンウエハ1の面と直交するように配置する。
Since the metal wiring layer is formed on the surface of the silicon wafer 1 (the side directly facing the stage 2), the illumination beam is transmitted through the back surface of the wafer 1 and reflected at the interface with the wiring layer on the front surface side. The vias formed on the surface of the wafer are illuminated. Then, the light is reflected at the interface between the inner wall of the via and air near the edge of the bottom surface of the via, passes through the back surface of the wafer 1, and is collected by the objective lens (objective optical system) 6. The illumination light incident on the bottom surface of the via is partly reflected by Fresnel at the interface between the inner wall of the bottom surface and the air, passes through the back surface of the wafer, and enters the
対物レンズ6により集光された反射光は、結像レンズ7を経て撮像素子8に入射する。本例では、撮像素子としてラインCCDセンサを用いる。ラインセンサ以外の撮像素子として、TDIセンサ、2次元CCDセンセやCMOSセンサを用いることができる。撮像素子8から出力された画像信号は信号処理装置3に供給され、信号処理装置3はシリコンウエハの全面の2次元画像を形成する。そして、形成された2次元画像からビアで反射した反射光に基づいてビアの2次元画像が形成され、ビアの2次元画像からビア底面の直径が計測されると共にビア底面の湾曲度が検査される。
The reflected light condensed by the
次に、照明ビームの投射方法について説明する。図2は、対物レンズの光軸方向にそって照明ビーム投射部5を見た平面図である。図1及び図2を参照して、照明ビーム投射部5について説明する。照明ビーム投射部は、シリコンウエハ1の裏面(デバイス及び配線層が形成されていない面)に向けて照明ビームを投射する2本の偏波面保存ファイバ10a及び10bと、これら偏波面保存ファイバを支持する支持プレート11と、偏波面保存ファイバ10a及び10bを支持プレート11に固定するための押えプレート12とを有する。2本の偏波面保存ファイバは、それらの先端側は被覆が取り除かれた状態に維持する。そして、支持プレート11には、照明エリアを挟んで対向する2つのV溝が形成され、これらV溝中に偏波面保存ファイバを配置し、接着剤により固定する。さらに、各V溝中に偏波面保存ファイバをそれぞれ配置した状態で押えプレート12を接着剤により取付け、2本の偏波面保存ファイバを固定する。
Next, an illumination beam projection method will be described. FIG. 2 is a plan view of the illumination
支持プレート11に形成されたV溝は、試料表面に対して試料のブリュースター角にほぼ等しい入射角で照明ビームが入射するように傾斜を設ける。例えば、シリコンウエハに形成されたビアを検査する場合、近赤外域の波長光(例えば、1300nmの波長光)を用いた場合シリコン材料のブリュースター角は約74°であるため、各偏波面保存ファイバ10a及び10b光出射端から出射する照明ビームがシリコンウエハ1の表面に対して74°の入射角で入射するように偏波面保存ファイバを支持する。尚、試料の光学特性に応じてブリュースター角が相違するため、検査すべき試料の光学特性に応じて対応するブリュースター角に等しい入射角で照明できるように、傾斜角度が設定された支持プレートを用意することが望ましい。尚、本例では、照明ビームはブリュースター角に等しい入射角で投射する構成としたが、ブリュースター角以外の入射角で照明ビームを投射することも可能である。
The V-groove formed in the support plate 11 is inclined so that the illumination beam is incident on the sample surface at an incident angle substantially equal to the Brewster angle of the sample. For example, when inspecting a via formed in a silicon wafer, when using near-infrared wavelength light (for example, 1300 nm wavelength light), the Brewster angle of the silicon material is about 74 °. The polarization preserving fiber is supported so that the illumination beam emitted from the light emitting ends of the
2本の偏波面保存ファイバ10a及び10bは、対物レンズ6の光軸を含みシリコンウエハの表面と直交する光入射面内に互いに対向するように配置される。すなわち、2本の偏波面保存ファイバ10a及び10bは、ブリュースター角(74°)にほぼ等しい入射角で照明ビームを投射し、照明エリアを照明する。従って、シリコンウエハに形成される照明エリアは、互いに反対の2方向からブリュースター角で照明されることになる。
The two polarization
図3は、シリコンウエハの内部を伝搬する照明光線と対物レンズの集光角との関係を示す。本例では、対物レンズとして、倍率が50倍で開口数が0.6の対物レンズについて説明する。シリコンウエハの屈折率は3.5であり、厚さは775μm(φ300mmウエハの場合)とする。本例のシリコンウエハは、裏面に金属の反射層が形成されている。波長が1300nmの照明ビームをシリコンウエハに投射する場合、ブリュースター角はほぼ74°である。照明ビームをブリュースター角に等しい入射角でシリコンウエハに投射すると、シリコンウエハの表面で屈折し、16°の屈折角でウエハの内部を伝搬する。 FIG. 3 shows the relationship between the illumination light beam propagating inside the silicon wafer and the focusing angle of the objective lens. In this example, an objective lens having a magnification of 50 times and a numerical aperture of 0.6 will be described as an objective lens. The refractive index of the silicon wafer is 3.5 and the thickness is 775 μm (in the case of φ300 mm wafer). The silicon wafer of this example has a metal reflective layer formed on the back surface. When an illumination beam having a wavelength of 1300 nm is projected onto a silicon wafer, the Brewster angle is approximately 74 °. When the illumination beam is projected onto the silicon wafer at an incident angle equal to the Brewster angle, it is refracted at the surface of the silicon wafer and propagates inside the wafer at a refraction angle of 16 °.
NA=0.6の対物レンズの集光角は、計算によれば、約37°である。この角度で照明ビームがシリコンウエハの表面に入射した場合、ウエハ表面における屈折角は約10°となる。従って、ビアの内壁とビア内部の空気との界面で全反射し又はフレネル反射した反射ビームが対物レンズの光軸に対して±10°の角度範囲内でウエハの内部を伝搬する場合、ビアで反射した反射ビームは対物レンズにより集光され、それ以外の角度でウエハの内部を伝搬する光線は対物レンズにより集光されず、2次元画像の形成に寄与しないことになる。 According to the calculation, the condensing angle of the objective lens with NA = 0.6 is about 37 °. When the illumination beam is incident on the surface of the silicon wafer at this angle, the refraction angle at the wafer surface is about 10 °. Therefore, if the reflected beam that is totally reflected or Fresnel reflected at the interface between the inner wall of the via and the air inside the via propagates within the wafer within an angle range of ± 10 ° with respect to the optical axis of the objective lens, The reflected reflected beam is collected by the objective lens, and light rays propagating through the wafer at other angles are not collected by the objective lens and do not contribute to the formation of a two-dimensional image.
図4は本発明によるビア形状測定装置の原理を示す図である。シリコンウエハ20は表面20aと裏面20bを有し、その表面20aにビア21が形成される。尚、シリコンウエハの深さ方向の寸法は縮小して図示する。ビア21はRIEエッチングにより形成され、断面が円形の細孔である。ビアは側壁21aと底面21bとを有する。また、ビアの中心軸線をLで示し、中心軸線Lはウエハの表面20a及び裏面20bと直交すると共に対物レンズの光軸と平行である。RIEエッチングの特性より、底面21bは連続した湾曲面として形成される。このビアの底面21bは、側壁とつながる部位(エッジ部分)は中心軸線Lと平行であり、底面21bの中央部は中心軸線Lと直交する。すなわち、ビアの底面は、中心軸線Lに対して0°の角度から90°の角度まで連続的に変化する湾曲面である。
FIG. 4 shows the principle of the via shape measuring apparatus according to the present invention. The silicon wafer 20 has a
本例では、ウエハの表面20aに対してブリュースター角に等しい入射角で照明ビームを投射する。照明ビームは平行光束とする。照明ビームは、ウエハの表面20aで16°の屈折角で屈折し、ウエハの内部に進入する。ここで、光線b1は、屈折した後、ビアをかすめてウエハの裏面20bに入射し、74°の屈折角で屈折し、外部に出射する。この照明光線b1は、対物レンズの集光範囲から大幅にはずれるため、対物レンズにより集光されない。
In this example, the illumination beam is projected onto the
次に、光線b3は、ビアの側壁21bに入射し、全反射し、ウエハの裏面20bに入射する。そして、74°の屈折角で屈折し、外部に出射する。この照明光線b3も対物レンズの集光角の範囲からは大幅にはずれるため、対物レンズにより集光されない。
Next, the light beam b3 is incident on the via
次に、ビアの底面のエッジ又はその近傍に入射する照明光線について説明する。光線b2は、ウエハの表面20aで16°の屈折角で屈折し、ウエハの内部に進入し、ビアのエッジである側壁と底面との境界付近に入射する。この場合、入射した部位がビアの中心軸線Lに対して8°の傾斜角をなす場合、照明光線b2は、当該部位で全反射しビアの中心軸線Lと平行な反射光線となりウエハの裏面20bに入射し、そのまま出射する。この反射光線は、対物レンズの集光角の範囲内であるため、対物レンズにより集光される。すなわち、ビア底面のエッジ付近は、中心軸線Lに対して僅かに傾斜した湾曲面であるため、エッジ又はその近傍に入射した照明光線は、ビアの内壁と空気との界面で全反射し、中心軸線にほぼ平行ないし平行に近い状態でウエハの裏面20bに入射するため、対物レンズにより集光され、底面のエッジの画像を形成する。従って、ビアをはさんで互いに反対側から照明ビームを投射し、対物レンズにより集光される光線間の間隔D1を測定することによりビア底面のエッジ間の距離が測定される。ここで、ビア底面のビアの中心軸線に対して8°の角度をなす部位は、底面と側壁との交差部近傍に位置するので、底面のエッジの位置とみなすことができる。
Next, the illumination light beam that enters the edge of the bottom surface of the via or the vicinity thereof will be described. The light beam b2 is refracted at a refraction angle of 16 [deg.] On the
上述したように、ウエハの内部を表面側から裏面に向けて進行する照明ビームを用いてビアのエッジを照明した場合、エッジからずれた位置に入射した照明光線は対物レンズの集光範囲からはずれ、エッジ又はその近傍に入射した照明光線だけが対物レンズにより集光される。従って、ビアをはさんで互いに反対の方向からビア底面のエッジを照明することにより、エッジの2次元画像が撮像され、2つのエッジ像間の間隔を測定することによりビア底面の直径を測定することができる。 As described above, when the edge of a via is illuminated using an illumination beam that travels from the front side to the back side of the wafer, the illumination beam incident on the position deviated from the edge deviates from the focusing range of the objective lens. Only the illumination beam incident on or near the edge is collected by the objective lens. Therefore, by illuminating the edge of the via bottom from opposite directions across the via, a two-dimensional image of the edge is captured, and the diameter of the via bottom is measured by measuring the distance between the two edge images. be able to.
図5はウエハ裏面から照明する場合の照明ビームの進行状態をより詳細に示す。尚、図面を明瞭にするため、シリコンウエハの深さ方向の寸法は縮小して図示する。本例では、検査の対象として、表面に金属の配線層31が形成されているシリコンウエハ30を用い、シリコンウエハ30に形成されたビア32を検査する。ビア32は、断面が円形な側壁部32aと底面32bを有する。ビア32は、RIEエッチングにより形成されるので、側壁はウエハの表面と直交し、底面32bは、光軸に対して0°(エッジ部)から90°(ビアの中央部)にわたって凸状に連続的に湾曲した湾曲面を形成する。
FIG. 5 shows in more detail the progress of the illumination beam when illuminating from the backside of the wafer. For the sake of clarity, the dimension in the depth direction of the silicon wafer is shown in a reduced scale. In this example, a
図面上、ビア32をはさんで左側から第1の照明ビームBLがブリュースター角(74°)で投射され、右側から第2の照明ビームBRがブリュースター角で投射される。これら照明ビームBL及びBRは、ビーム全体が平行な平行光束とする。ステージ上に配置されたシリコンウエハ30はステージ移動により紙面と直交する方向に向けて相対移動し、照明ビームは静止状態とする。従って、シリコンウエハ30は、互いに反対向きのブリュースター角に等しい入射角で入射する2本の照明ビームにより2次元的に走査される。尚、図面を明瞭にするため、第1の照明ビームBLは照明光線b1〜b7を用いて説明するが、第2の照明ビームBRは、入射方向の向きが反対方向であり、その他は第1の照明ビームBLと同一であるため、詳細な説明は省略する。
In the drawing, the first illumination beam BL is projected at the Brewster angle (74 °) from the left side with the via 32 interposed therebetween, and the second illumination beam BR is projected at the Brewster angle from the right side. These illumination beams BL and BR are parallel light beams in which the whole beam is parallel. The
照明光線b1は、ブリュースター角でシリコンウエハ30の裏面に入射し、16°の屈折角で屈折し、進行する。そして、シリコンウエハの表面側に形成された金属の配線層31で反射し、ウエハの裏面で屈折し、ウエハから74°の出射角で出射する。この照明光線b1は、対物レンズの集光角の範囲を大きく超えるため、対物レンズにより集光されない。
The illumination beam b1 is incident on the back surface of the
照明光線b2も同様に、シリコンウエハの裏面で屈折し、金属の配線層で反射し、ウエハの外部に出射する。この照明光線も対物レンズの集光範囲を超えるため、対物レンズにより集光されない。 Similarly, the illumination light beam b2 is refracted on the back surface of the silicon wafer, reflected by the metal wiring layer, and emitted to the outside of the wafer. Since this illumination beam also exceeds the focusing range of the objective lens, it is not collected by the objective lens.
照明光線b3は、ウエハの裏面で16°の屈折角で屈折し、配線層21で反射し、さらにビアの底面のエッジ付近に入射する。この場合、照明光線がビアに入射すると、シリコンと空気の屈折率の関係より、照明光線はビアの内壁と空気との間の界面で全反射する。この際、ビアの底面が対物レンズの光軸に対して8°の角度をなす場合、エッジ付近に入射した照明光線b3は、ビアの底面のエッジ付近で全反射し、光軸と平行な反射光線となり、ウエハから出射する。この反射光線は、対物レンズにより集光され、輝度画像を形成する。
The illumination light beam b3 is refracted at a refraction angle of 16 ° on the back surface of the wafer, reflected by the
照明光線b4は、配線層31で反射してビアの側壁22aに入射する。この光線は、ビアの側壁で反射し、再び配線層21で反射し、ウエハの内部を進行し、裏面から74°の出射角で出射する。この光線も、対物レンズの集光範囲を大幅に超え、対物レンズにより集光されない。
The illumination beam b4 is reflected by the
照明光線b5は、ウエハの裏面で屈折した後、ビアの底面32bに入射する。この照明光線の一部は、ビア底面と空気との界面でフレネル反射する。この場合、入射した底面の部位がビアの中心軸線Lに対して82°の角度をなす湾曲面の場合、フレネル反射した反射光は対物レンズの光軸と平行になり、そのままウエハから出射し、対物レンズにより集光される。従って、底面が中心軸線に対して82°の角度をなす部位及びその近傍に入射した場合、輝度画像を形成する。
The illumination light beam b5 is refracted on the back surface of the wafer and then enters the
さらに、照明光線b6は、ビアの底面22bに入射し、その一部は反対方向にフレネル反射し、裏面から出射する。この反射光も対物レンズの集光角の範囲を超えるため、対物レンズにより集光されない。 Furthermore, the illumination light beam b6 is incident on the bottom surface 22b of the via, a part of which is Fresnel-reflected in the opposite direction and is emitted from the back surface. Since this reflected light also exceeds the range of the collection angle of the objective lens, it is not collected by the objective lens.
さらに、照明光線b7は、ウエハの裏面で屈折し、ビアはさんで反対側の配線層に入射し、配線層で反射してウエハの裏面から出射する。この光線も対物レンズにより集光されない。 Further, the illumination light beam b7 is refracted on the back surface of the wafer, enters the opposite wiring layer via the via, is reflected by the wiring layer, and exits from the back surface of the wafer. This light beam is not condensed by the objective lens.
上述したように、ウエハに形成されたビア及びその近傍を平行光束の照明ビームにより照明すると、ビアの底面の光軸に対して8°及び82°の角度をなす部位から発生する反射光だけが対物レンズにより集光され、それぞれ輝度画像を形成する。尚、図3を用いて説明したように、対物レンズは集光角について範囲を有するので、8±α°及び82±α°の角度の部位からの反射光も輝度画像を形成する。 As described above, when the via formed in the wafer and the vicinity thereof are illuminated by the illumination beam of the parallel luminous flux, only the reflected light generated from the portions that form an angle of 8 ° and 82 ° with respect to the optical axis of the bottom surface of the via. The light is condensed by the objective lens and forms a luminance image. As described with reference to FIG. 3, since the objective lens has a range with respect to the condensing angle, reflected light from portions having angles of 8 ± α ° and 82 ± α ° also forms a luminance image.
反対向きの照明ビームBRについても同様であり、ビアの中心軸線Lに対して8°及び82°の角度をなす部位から発生する反射光だけが対物レンズにより集光され、それぞれ輝度画像を形成する。 The same applies to the illumination beam BR facing in the opposite direction, and only the reflected light generated from the portions having angles of 8 ° and 82 ° with respect to the central axis L of the via is condensed by the objective lens to form a luminance image. .
ここで、ビア底面が中心軸線に対して8°の傾斜角をなす部位は、底面のエッジ近傍であるため、8°の傾斜角をなす部位は底面のエッジとみなすことができる。 Here, the portion where the via bottom has an inclination angle of 8 ° with respect to the central axis is in the vicinity of the edge of the bottom, and therefore the portion having the inclination angle of 8 ° can be regarded as the edge of the bottom.
図6はシリコンウエハを照明ビームにより照明することにより、撮像素子8により撮像されるビア底面の2次元画像(輝度画像)を示す。ビア底面32bの中心軸線に対して8°角度をなす傾斜面の反射画像40R及び40Lから成る第1の輝度画像対が撮像され、底面の傾斜角が82°の部位の反射画像41R及び41Lから成る第2の輝度画像対が撮像される。ビア32は円形の孔であるため、反射画像40R及び40L並びに41R及び41Lは、円弧状の輝度画像となる。ここで、第1の輝度画像対の輝度画像40Rと40Lとの間の間隔D1はビア底面のエッジ間距離、すなわち直径に対応する。従って、画像処理技術を用い、形成された2次元画像から円弧状の輝度画像を検出し、2つの円弧状の輝度画像間の間隔を測定することによりビア底面の直径が求められる。求めた2つの輝度画像間の間隔を基準値と比較することにより、ビア底面が規定通りに形成されているか否か検査され、基準値からずれている場合欠陥と判定することができる。
FIG. 6 shows a two-dimensional image (luminance image) of the via bottom imaged by the image sensor 8 by illuminating the silicon wafer with an illumination beam. A first luminance image pair composed of the
傾斜角が82°の部位の2つの画像41Rと41Lとの間の間隔D2は、ビア底面の湾曲度に対応する。すなわち、底面の湾曲度が先鋭な場合、第2の輝度画像対の2つの輝度画像41Rと41Lとの間の間隔は短くなる。従って、傾斜角が82°の部位の反射画像41Rと41Lとの間の間隔D2を測定することにより、ビア底面が基準の形状ないし基準の湾曲度に形成されているか判断でき、間隔が基準値よりも短い場合、欠陥と判定することができる。
A distance D2 between the two
次に、ビアが形成されているウエハ表面に反射性の配線層が存在しない場合について説明する。この場合、図4に基づいて説明したように、シリコンウエハのビアが形成されている表面側から照明ビームを投射し、ビアで反射し、ウエハの裏面から出射する反射光を検出し、2次元画像(輝度画像)を形成することによりビア径を測定することができる。 Next, a case where there is no reflective wiring layer on the wafer surface where vias are formed will be described. In this case, as described with reference to FIG. 4, the illumination beam is projected from the front surface side where the via of the silicon wafer is formed, reflected by the via, and reflected light emitted from the back surface of the wafer is detected, and two-dimensional By forming an image (luminance image), the via diameter can be measured.
さらに、図7はウエハ表面に金属の配線層が形成されていないシリコンウエハを検査する別の実施例を示す。図7において、図1で用いた構成要素と同一の構成要素には同一符号を付する。本例では、2本の偏波面保存ファイバ10a及び10bの出射側に、回転可能な1/2波長板50a及び50bをそれぞれ配置する。1/2波長板50a及び50bを回転調整することにより、光源から出射した照明ビームをP偏光とS偏光との間で切り換えることができる。従って、金属の配線層が形成されているシリコンウエハを検査する場合1/2波長板を調整してP偏光を投射し、金属の配線層が形成されていないシリコンウエハを検査する場合S偏光を出射するように調整する。S偏光の照明ビームは、シリコンウエハ1の裏面を透過し、ウエハの内部を伝搬し、ウエハの表面においてフレネル反射する。よって、表面でフレネル反射した照明ビームを利用することにより、表面側から裏面に向けて進行する照明ビームによりビアを照明することができる。
Further, FIG. 7 shows another embodiment for inspecting a silicon wafer in which a metal wiring layer is not formed on the wafer surface. In FIG. 7, the same components as those used in FIG. In this example, rotatable half-
図8は瞳フィルタを用いて角度分解能を改良した実施例を示す。本例では、対物レンズの瞳位置又はリレーレンズを介して瞳と共役な位置に瞳フィルタ50を配置する。瞳フィルタは、基板のビアで反射した反射光のうち、特定の角度範囲で進行する反射光だけを選択的に通過させる。従って、瞳フィルタを用いることにより、ビアの底面のように、湾曲度が緩やかに変化する場合高い角度分解能で観察することができ、底面の良否判定に有益である。
FIG. 8 shows an embodiment in which the angular resolution is improved by using a pupil filter. In this example, the
瞳フィルタ50は、入射光を遮光する遮光部50aと入射光を通過させる光透過部50bとを有する。図8(A)〜(C)の上段は、3種類の瞳フィルタを示す。図8(A)の瞳フィルタは、光軸に対してエッジ部が3°傾斜し、底面が77°傾斜した部位を検出して検査する場合に有効である。図8(B)の瞳フィルタは、光軸に対してエッジ部が8°傾斜し、底面が82°傾斜した部位を検出して検査する場合に有効である。さらに、図8(C)の瞳フィルタは、光軸に対してエッジ部が13°傾斜し、底面が88°傾斜した部位を検出する場合に有効である。
The
次に、検査装置のアルゴリズムについて説明する。図9は信号処理装置における検査アルゴリズムの一例を示す図である。撮像素子8から出力される画像信号は増幅器60により増幅され、A/D変換器61によりデジタル信号に変換され、信号処理装置8に供給される。また、位置センサ4から出力されるシリコンウエハの位置情報も信号処理装置に供給され、位置情報として利用する。
Next, the algorithm of the inspection apparatus will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an inspection algorithm in the signal processing device. An image signal output from the image sensor 8 is amplified by an
位置センサ入力した画像信号は、2次元画像形成手段62に供給され、シリコンウエハの2次元画像が形成される。本例では、ダイ対ダイ比較検査により欠陥を検出する。例えば、所定の位置にビアが形成されていない場合、或いはビアの直径が基準値から外れている場合、さらに所定の位置に円弧状の輝度画像が形成されていない場合、画像比較検査により欠陥ビアを検出することができる。1つのダイの2次元画像情報は画像メモリ63に供給される。続いて、次のダイの2次元画像が形成され、順次比較手段64に供給される。比較手段64は、入力する2つの画像信号を比較し、輝度値の差分を検出する。検出された差分値は閾値比較手段65に供給する。閾値比較手段65は、入力した差分値が予め設定した閾値を超えるか否かを判定し、閾値を超える場合欠陥であると判定し、欠陥のアドレスを含む欠陥検出信号を発生する。
The image signal input by the position sensor is supplied to the two-dimensional image forming means 62 to form a two-dimensional image of the silicon wafer. In this example, a defect is detected by die-to-die comparison inspection. For example, when a via is not formed at a predetermined position, or when the diameter of the via deviates from a reference value, and when an arc-shaped luminance image is not formed at a predetermined position, a defective via is detected by image comparison inspection. Can be detected. The two-dimensional image information of one die is supplied to the
2次元画像形成手段62から出力される2次元画像情報は、輝度画像検出手段65にも供給される。輝度画像検出手段66は、2つの輝度画像対を検出する。すなわち、ビアのエッジ及びその付近の輝度画像並びにビアの底面の輝度画像は円弧状の輝度画像であるため、画像処理技術を利用して4つの円弧状の輝度画像を検出する。そして、外側の対称的な形状の2つの円弧状輝度画像を第1の輝度画像対とし、内側の対称的な形状の2つの円弧状輝度画像を第2の輝度画像対として検出する。検出された2つの輝度画像対は間隔検出手段67に供給され、第1及び第2の円弧状の輝度画像対の輝度画像間の間隔を検出する。輝度画像間の間隔は、照明ビームの走査方向、すなわちステージの移動方向と直交する方向の対称的な2つの輝度画像間の距離を検出することにより、行うことができる。検出された第1及び第2の輝度画像対の輝度画像間の間隔は、ビア直径情報及び底面湾曲度情報として出力される。
The two-dimensional image information output from the two-dimensional
さらに、検出された2つの輝度画像間の間隔情報は、閾値比較手段68に供給される。閾値比較手段は、入力した2つの輝度画像手段の間隔が予め定めた間隔の範囲にあるか否かを判定し、閾値を超える場合及び下回る場合、欠陥ビアと判定し、ビア欠陥情報として出力する。すなわち、検出されたビアの直径が所定の範囲から外れた場合欠陥ビアと判定し、底面の輝度画像対の間隔が所定の範囲から外れた場合、底面の湾曲度が所定の範囲からはずれているものと判定し、同様に欠陥ビアと判定する。
Further, the interval information between the two detected luminance images is supplied to the
尚、ビア検査は、シリコンウエハに形成された全てのビアについて検査してれよく、又は予め定めた位置のビアだけを検査するサンプリング検査を行うことも可能である。 In the via inspection, all the vias formed on the silicon wafer may be inspected, or a sampling inspection for inspecting only vias at predetermined positions may be performed.
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、照明光学系は、ブリュースター角に等しい入射角で照明ビームを投射する構成としたが、照明ビームの入射角はブリュースター角に限定されず、ブリュースター角以外の入射角に設定することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the illumination optical system is configured to project the illumination beam at an incident angle equal to the Brewster angle. However, the incident angle of the illumination beam is not limited to the Brewster angle, and other than the Brewster angle. The incident angle can be set.
さらに、上述した実施例では、照明ビーム投射手段として、偏波面保存ファイバを用いたが、光源装置から出射した光ビームをレンズ系を用いて平行光束として基板表面に向けて投射することも可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the polarization plane preserving fiber is used as the illumination beam projecting means. However, it is also possible to project the light beam emitted from the light source device toward the substrate surface as a parallel light beam using a lens system. is there.
さらに、対物レンズとラインセンサとの間の光路中にガルバノミラーを配置し、指定された位置の2次元画像を撮像することも可能である。 Furthermore, it is also possible to place a galvanometer mirror in the optical path between the objective lens and the line sensor and take a two-dimensional image at a specified position.
さらに、上述した実施例では、検査すべき試料としてシリコンウエハを用いたが、本発明はガラス基板に形成されたビアやトレンチの底面の径やサイズを測定する場合にも適用することができる。 Furthermore, in the above-described embodiments, a silicon wafer is used as a sample to be inspected. However, the present invention can also be applied to the case where the diameter and size of the bottom surfaces of vias and trenches formed on a glass substrate are measured.
1,20,30 シリコンウエハ
2 ステージ
3 信号処理装置
4 位置センサ
5 照明ビーム投射部
6 対物レンズ
7 結像レンズ
8 撮像素子
10a,10b 偏波面保存ファイバ
11 支持プレート
12 押えプレート
21,32 ビア
31 配線層
DESCRIPTION OF
11
Claims (14)
基板に対して透明な照明光を発生する光源装置と、
光源装置から出射した照明光を基板に向けて投射する照明光学系と、
光軸が基板表面と直交するように配置され、前記ビアで反射し基板の裏面から出射する反射光を集光する対物光学系と、
対物レンズにより集光された反射光を受光する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像信号から、ビアの底面のサイズを求める信号処理装置とを有し、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸を含み基板表面と直交する光入射面内において、対物レンズの光軸をはさんで互いに反対向きの入射角で基板表面に入射する第1及び第2の照明ビームを投射する第1及び第2の照明ビーム投射手段を有し、
前記信号処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号から、ビア底面のエッジ又はその近傍の輝度画像に対応する第1及び第2の輝度画像を検出する手段と、
検出された第1及び第2の輝度画像間の間隔を求める手段とを有することを特徴とするビア形状測定装置。 A via shape measuring device that measures the size or diameter of the bottom surface of a via formed on the surface of a substrate,
A light source device that generates illumination light transparent to the substrate;
An illumination optical system that projects illumination light emitted from the light source device toward the substrate;
An objective optical system that is arranged so that the optical axis is orthogonal to the substrate surface, collects the reflected light reflected by the via and emitted from the back surface of the substrate;
An image sensor that receives reflected light collected by the objective lens;
A signal processing device for obtaining the size of the bottom surface of the via from the image signal output from the image sensor;
The illumination optical system includes a first and a first light incident on the substrate surface at incident angles opposite to each other across the optical axis of the objective lens in a light incident surface including the optical axis of the objective lens and orthogonal to the substrate surface. First and second illumination beam projection means for projecting two illumination beams,
The signal processing device detects, from the image signal output from the image sensor, first and second luminance images corresponding to luminance images at or near the edge of the via bottom surface;
A via shape measuring apparatus comprising: means for obtaining an interval between the detected first and second luminance images.
2. The via shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the first and second luminance images are formed by reflected light that is totally reflected at or near an edge of a bottom surface of the via and emitted from a back surface of the substrate. Via shape measuring device characterized by the above.
前記第1及び第2の照明ビームは、シリコンウエハの裏面にブリュースター角にほぼ等しい入射角で投射され、
前記対物レンズは、シリコンウエハの裏面を透過し、当該ウエハの表面に形成された配線層で反射し、さらにビアの底面のエッジ又はその近傍で全反射し、シリコンウエハの裏面から出射する反射ビームを集光することを特徴とするビア形状測定装置。 In the via shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, a silicon wafer in which a reflective wiring layer is formed on a surface on which a via is formed is used as the substrate.
The first and second illumination beams are projected onto the back surface of the silicon wafer at an incident angle substantially equal to the Brewster angle,
The objective lens is a reflected beam that is transmitted through the back surface of the silicon wafer, reflected by a wiring layer formed on the surface of the wafer, further totally reflected at or near the bottom edge of the via, and emitted from the back surface of the silicon wafer. A via shape measuring device characterized by condensing the light.
前記第1及び第2の照明ビームは、シリコンウエハのビアが形成されている表面に向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角で投射され、
前記対物レンズは、シリコンウエハの表面を透過し、さらにビアの底面のエッジ又はその近傍で全反射し、シリコンウエハの裏面から出射する反射ビームを集光することを特徴とするビア形状測定装置。 In the via shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5, a silicon wafer in which a wiring layer is not formed on a surface on which a via is formed is used as the substrate.
The first and second illumination beams are projected at an incident angle approximately equal to the Brewster angle toward the surface of the silicon wafer where the vias are formed,
The said objective lens permeate | transmits the surface of a silicon wafer, and also totally reflects in the edge of the bottom face of a via | veer, or its vicinity, and condenses the reflected beam radiate | emitted from the back surface of a silicon wafer, The via | veer shape measuring apparatus characterized by the above-mentioned.
基板に対して透明な照明光を発生する光源装置と、
光源装置から出射した照明光を基板の裏面に向けて投射する照明光学系と、
光軸が基板表面と直交するように配置され、前記ビアで反射し基板の裏面から出射する反射光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された反射光を受光する撮像素子と、
光検出手段から出力される画像信号から、ビアの底面の湾曲状態を検査すると共にビアの底面の直径を検出する信号処理装置とを有し、
前記照明光学系は、前記対物レンズの光軸を含み基板表面と直交する光入射面内において、対物レンズの光軸をはさんで互いに反対向きの入射角で基板表面に入射する第1及び第2の照明ビームを投射する第1及び第2の照明ビーム投射手段を有し、
前記信号処理装置は、前記撮像素子から出力される画像信号から基板の2次元画像を形成する画像形成手段と、
形成された2次元画像から、ビア底面のエッジ又はその近傍の輝度画像に対応する2つの輝度画像から成る第1の輝度画像対を検出する手段と、
検出された第1の輝度画像対の2つの輝度画像間の間隔を測定する手段とを有することを特徴とするビア検査装置。 A via inspection device for inspecting the bottom surface of a via formed on the surface of a substrate,
A light source device that generates illumination light transparent to the substrate;
An illumination optical system that projects the illumination light emitted from the light source device toward the back surface of the substrate;
An objective lens that is arranged so that the optical axis is orthogonal to the substrate surface, and that collects the reflected light that is reflected by the via and emitted from the back surface of the substrate;
An image sensor that receives reflected light collected by the objective lens;
A signal processing device that inspects the curved state of the bottom surface of the via and detects the diameter of the bottom surface of the via from the image signal output from the light detection means;
The illumination optical system includes a first and a first light incident on the substrate surface at incident angles opposite to each other across the optical axis of the objective lens in a light incident surface including the optical axis of the objective lens and orthogonal to the substrate surface. First and second illumination beam projection means for projecting two illumination beams,
The signal processing apparatus includes: an image forming unit that forms a two-dimensional image of a substrate from an image signal output from the image sensor;
Means for detecting a first luminance image pair composed of two luminance images corresponding to luminance images at or near the edge of the bottom surface of the via from the formed two-dimensional image;
A via inspection device comprising: means for measuring an interval between two luminance images of the detected first luminance image pair.
前記第1及び第2の照明ビームはシリコンウエハの裏面に向けて投射され、
前記信号処理装置は、さらに、前記画像形成手段により形成された2次元画像から、前記第1の輝度画像対の2つの輝度画像間の間隔よりも短い間隔で形成される2つの輝度画像より成る第2の輝度画像対を検出する手段、及び検出された第2の輝度画像対の輝度画像間の間隔を測定する手段を有し、検出された第1及び第2の画像対の輝度画像間の間隔情報に基づいてビアの良否判定を行うことを特徴とするビア検査装置。 In the via inspection apparatus according to claim 9, a silicon wafer in which a reflective wiring layer is formed on a surface on which a via is formed is used as the substrate.
The first and second illumination beams are projected toward the back surface of the silicon wafer;
The signal processing device further includes two luminance images formed from the two-dimensional image formed by the image forming unit at an interval shorter than the interval between the two luminance images of the first luminance image pair. Means for detecting a second luminance image pair and means for measuring an interval between the detected luminance images of the second luminance image pair, and between the detected luminance images of the first and second image pairs A via inspection device that performs pass / fail determination of vias based on the interval information.
前記対物レンズは、シリコンウエハの裏面を通過し、当該ウエハの表面に形成された配線層で反射し、さらにビアの底面のエッジ又はその近傍で全反射し、シリコンウエハの裏面から出射する反射光、及び、シリコンウエハの裏面を通過し、ビアの底面で反射した反射光を集光することを特徴とするビア検査装置。 The via inspection apparatus according to claim 10, wherein the first and second illumination beams are projected toward the back surface of the silicon wafer at an incident angle substantially equal to a Brewster angle,
The objective lens passes through the back surface of the silicon wafer, is reflected by the wiring layer formed on the surface of the wafer, is further totally reflected at or near the bottom edge of the via, and is reflected from the back surface of the silicon wafer. And a via inspection apparatus that collects reflected light that passes through the back surface of the silicon wafer and is reflected by the bottom surface of the via.
前記第2の輝度画像対は、前記基板の裏面を通過し、ビアの底面で反射し、ウエハの裏面から出射する反射光により形成されることを特徴とするビア検査装置。 12. The via inspection apparatus according to claim 11, wherein the first luminance image pair passes through the back surface of the substrate, is reflected by a wiring layer formed on the surface of the substrate, and is at or near the edge of the bottom surface of the via. And is formed by reflected light emitted from the back surface of the wafer,
2. The via inspection apparatus according to claim 1, wherein the second luminance image pair is formed by reflected light that passes through the back surface of the substrate, is reflected by the bottom surface of the via, and is emitted from the back surface of the wafer.
前記第1及び第2の照明ビームは、ビアが形成されているウエハの表面に向けてブリュースター角にほぼ等しい入射角で投射され、
前記対物レンズは、シリコンウエハの表面を通過し、ビアの底面のエッジ又はその近傍で全反射した反射光を集光することを特徴とするビア検査装置。 In the via inspection apparatus according to claim 9, a silicon wafer in which a reflective wiring layer is not formed on a surface on which a via is formed is used as the substrate.
The first and second illumination beams are projected at an incident angle substantially equal to the Brewster angle toward the surface of the wafer in which vias are formed,
The objective lens collects reflected light that passes through the surface of the silicon wafer and is totally reflected at or near the edge of the bottom surface of the via.
14. The via inspection apparatus according to claim 9, wherein the substrate is disposed on a stage that moves in a zigzag manner in a main scanning direction and a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction. A via inspection apparatus, wherein a direction is set to be orthogonal to the light incident surface.
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