JP6723633B2 - 検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被検査物を検査するための検査装置に関する。
IC、LSI等に代表される半導体デバイスの製造工程では、いわゆる外観検査装置を用いて半導体ウェーハの表裏面等を検査することが多い(例えば、特許文献1参照)。この外観検査装置によれば、半導体ウェーハの表裏面等を撮像することによって、回路パターン内に混入した異物や、研削・研磨等の処理で発生するスクラッチ等の欠陥を検出できる。
ところで、上述の外観検査装置では、半導体ウェーハの表裏面等を2次元的に撮像して欠陥を検出するので、半導体ウェーハの厚み方向(高さ方向)に関する欠陥の詳細な情報を得ることはできない。この問題を解決すべく、近年では、対象の領域を複数回撮像して3次元的な情報を得る3次元測定装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平10−185535号公報 特開2015−38438号公報
上述した3次元測定装置は、比較的狭い領域の情報を詳細に取得できる一方で、広い領域を概略的に検査する用途には向いていない。そのため、この3次元測定装置を用いて半導体ウェーハ等の被検査物を検査する際には、外観検査装置で欠陥の分布等を予め確認しておくのが通例である。
ところが、このような検査方法では、外観検査装置での検査の後に、被検査物を3次元測定装置に搬入して詳細な検査を実施することになるので、被検査物の検査に要する時間が長くなり易いという問題があった。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被検査物の検査に要する時間を短縮できる検査装置を提供することである。
本発明の一側面によれば、板状の被検査物を検査する検査装置であって、該被検査物を保持する保持面を備えた被検査物保持手段と、該被検査物の面に照射されたレーザー光線の散乱光に基づいて、研削又は研磨で発生した該面内のスクラッチを検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出された該スクラッチが含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定手段と、を備え、該3次元測定手段は、ミラウ型の干渉光学系を含み、Z軸方向の位置を変えて複数の画像を取得することを特徴とする検査装置が提供される。また、本発明の一側面において、該被検査物保持手段に連結され該被検査物保持手段を回転させる回転駆動源と、該被検査物保持手段を跨ぐように配置された支持構造と、該支持構造に設けられ、該欠陥検出手段を左右方向に移動させる第1移動機構と、該支持構造に設けられ、該3次元測定手段を該左右方向に移動させる第2移動機構と、を更に備え、該被検査物保持手段を回転させるとともに、該欠陥検出手段又は該3次元測定手段を該左右方向に移動させることで、該欠陥検出手段による該スクラッチの検出又は該3次元測定手段による該領域の3次元的な撮像を行うことがある。
本発明の他の一側面によれば、板状の被検査物を検査する検査装置であって、該被検査物を保持する保持面を備えた被検査物保持手段と、該被検査物の面を明視野又は暗視野で撮像して、研削又は研磨で発生した該面内のスクラッチを検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出された該スクラッチが含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定手段と、を備え、該3次元測定手段は、ミラウ型の干渉光学系を含み、Z軸方向の位置を変えて複数の画像を取得することを特徴とする検査装置が提供される。また、本発明の他の一側面において、該被検査物保持手段に連結され該被検査物保持手段を回転させる回転駆動源と、該被検査物保持手段を跨ぐように配置された支持構造と、該支持構造に設けられ、該欠陥検出手段を左右方向に移動させる第1移動機構と、該支持構造に設けられ、該3次元測定手段を該左右方向に移動させる第2移動機構と、を更に備え、該被検査物保持手段を回転させるとともに、該欠陥検出手段又は該3次元測定手段を該左右方向に移動させることで、該欠陥検出手段による該スクラッチの検出又は該3次元測定手段による該領域の3次元的な撮像を行うことがある。
上述した本発明の一側面において、該欠陥検出手段は、該散乱光の光強度が予め設定された閾値を超えた場合に該スクラッチが存在すると判定することが好ましい。
本発明の一側面に係る検査装置は、被検査物の面内の欠陥を検出する欠陥検出手段と、欠陥検出手段で検出された欠陥が含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定手段と、を併せ備えるので、被検査物の面内の欠陥を検出した後に、その場で欠陥が含まれる領域を3次元的に撮像して再評価できる。よって、搬送等の工程が不要になり、被検査物の検査に要する時間を短縮できる。
検査装置の主に正面側を模式的に示す斜視図である。 検査装置の主に背面側を模式的に示す斜視図である。 欠陥検出ユニットの構成例を模式的に示す図である。 3次元測定ユニットの構成例を模式的に示す図である。 干渉ユニットの構成例を模式的に示す図である。 図6(A)は、欠陥検出工程を模式的に示す平面図であり、図6(B)は、欠陥検出ユニットで測定される光強度の例を示すグラフである。 図7(A)は、再評価工程を模式的に示す側面図であり、図7(B)は、形成される3次元画像の例を示す図である。 第1変形例に係る欠陥検出ユニットを模式的に示す図である。 変形例に係る検査装置の主に背面側を模式的に示す斜視図である。
添付図面を参照して、本発明の一側面に係る実施形態について説明する。図1は、検査装置2の主に正面側を模式的に示す斜視図であり、図2は、検査装置2の主に背面側を模式的に示す斜視図である。
図1及び図2に示すように、検査装置2は、各構成要素を支持する基台4を備えている。基台4の中央には、板状の被検査物11(図3等参照)を保持する保持テーブル(被検査物保持手段)6が設けられている。被検査物11は、例えば、IC、LSI等の製造に使用される円盤状の半導体ウェーハである。ただし、被検査物11の種類、形状等に制限はなく、例えば、パッケージ基板、セラミックス基板、ガラス基板等を被検査物11としても良い。
保持テーブル6は、例えば、モータ等の回転駆動源(不図示)に連結されており、Z軸方向(鉛直方向)に概ね平行な回転軸の周りに回転する。保持テーブル6の上面は、被検査物11を保持する保持面6aになっている。この保持面6aは、例えば、保持テーブル6の内部に形成された吸引路(不図示)等を通じて吸引源(不図示)に接続されている。吸引源の負圧を保持面6aに作用させることで、被検査物11を保持テーブル6で保持できる。
基台4の上面には、欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)8及び3次元測定ユニット(3次元測定手段)10を支持する門型の支持構造12が、保持テーブル6を跨ぐように配置されている。支持構造12の前面12aの上部には、欠陥検出ユニット8をY軸方向(左右方向)に移動させる第1移動機構14が設けられている。
第1移動機構14は、支持構造12の前面12aに配置されY軸方向に平行な一対の第1ガイドレール16を備えている。第1ガイドレール16には、第1移動機構14を構成する移動ブロック18がスライド可能に取り付けられている。移動ブロック18の裏面側(後面側)には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、第1ガイドレール16に平行な第1ボールネジ20が螺合されている。
第1ボールネジ20の一端部には、第1パルスモータ22が連結されている。第1パルスモータ22で第1ボールネジ20を回転させれば、移動ブロック18は、第1ガイドレール16に沿ってY軸方向に移動する。移動ブロック18の下部には、欠陥検出ユニット8が設けられている。欠陥検出ユニット8の詳細については後述する。
一方で、支持構造12の後面12bの上部には、3次元測定ユニット10をY軸方向及びZ軸方向に移動させる第2移動機構24が設けられている。第2移動機構24は、支持構造12の後面12bに配置されY軸方向に平行な一対のY軸ガイドレール26を備えている。Y軸ガイドレール26には、第2移動機構24を構成するY軸移動プレート28がスライド可能に取り付けられている。
Y軸移動プレート28の裏面側(前面側)には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、Y軸ガイドレール26に平行なY軸ボールネジ30が螺合されている。Y軸ボールネジ30の一端部には、Y軸パルスモータ32が連結されている。Y軸パルスモータ32でY軸ボールネジ30を回転させれば、Y軸移動プレート28は、Y軸ガイドレール26に沿ってY軸方向に移動する。
Y軸移動プレート28の表面(後面)には、Z軸方向に平行なZ軸ガイドレール34が設けられている。Z軸ガイドレール34には、3次元測定ユニット10の筐体36がスライド可能に取り付けられている。筐体36の裏面側(前面側)には、ナット部(不図示)が設けられており、このナット部には、Z軸ガイドレール34に平行なZ軸ボールネジ38が螺合されている。
Z軸ボールネジ38の一端部には、Z軸パルスモータ40が連結されている。Z軸パルスモータ40でZ軸ボールネジ38を回転させれば、3次元測定ユニット10の筐体36は、Z軸ガイドレール34に沿ってZ軸方向に移動する。
図3は、欠陥検出ユニット8の構成例を模式的に示す図である。図3に示すように、本実施形態に係る欠陥検出ユニット8は、下方に配置される被検査物11の被検査面11aに向けてレーザー光線21を照射するレーザー照射ユニット42を備えている。このレーザー照射ユニット42は、例えば、レーザー発振器で発振されたレーザー光線21を被検査面11aに集光する。
被検査面11aのレーザー光線21が照射された領域(以下、被照射領域)に欠陥が存在する場合、レーザー光線21は欠陥で散乱され、散乱光23が発生する。一方、被照射領域に欠陥が存在しない場合、レーザー光線21はそのまま反射される。照射ユニット42のレーザー発振器は、例えば、半導体レーザーであり、欠陥での散乱に適した波長(405nm等)のレーザー光線21を発振する。ただし、レーザー発振器の種類やレーザー光線21の波長等に制限はない。
照射ユニット42の周囲には、上述した散乱光23を集光する筒状の集光ユニット44が配置されている。集光ユニット44の内壁面44aは、鏡面に仕上げられており、下部に形成された開口44bから集光ユニット44内に入る散乱光23を反射して上方の集光点に集光する。
集光ユニット44の上方には、集光された散乱光23を検出する検出ユニット46が配置されている。検出ユニット46は、微弱な光を検出可能な光電子増倍管48を備えている。光電子増倍管48は、上述した散乱光23の集光点近傍に配置される。これにより、欠陥に起因する微弱な散乱光23を光電子増倍管48で適切に検出できる。
図4は、3次元測定ユニット10の構成例を模式的に示す図である。図4に示すように、本実施形態に係る3次元測定ユニット10は、各構成要素が搭載される筒状の筐体36を備えている。筐体36内の側部には、LED等の光源52が設置されている。光源52で発生した光25は、主に側方へと放射される。
光源52の側方には、光源52から放射された光25を下方に導くハーフミラー54が設けられている。ハーフミラー54の下方には、ハーフミラー54で反射された光源52の光25を被検査面11aに集光する集光ユニット56が配置されている。集光ユニット56は、代表的には凸レンズであり、例えば、筐体36の下端に設けられた鏡筒58の内部に固定される。
集光ユニット56の下方には、参照用の光27を生成して、被検査面11aで反射された光29と干渉させる干渉ユニット60が配置されている。図5は、干渉ユニット60の構成例を模式的に示す図である。干渉ユニット60は、代表的には、ミラウ型の干渉光学系であり、光25,27,29を透過するガラス等の材料でなるプレート62と、プレート62の下方に配置されたハーフミラー64とを備えている。
プレート62の中央には、参照面を構成する微小な参照ミラー66が配置されている。集光ユニット56を通過してハーフミラー64で上向きに反射された光25の一部は、参照ミラー66で下向きに反射される。一方、ハーフミラー64を透過した光25の別の一部は、被検査面11aで上向きに反射される。
参照ミラー(参照面)66での反射により生成された参照用の光27は、ハーフミラー64で再び上向きに反射され、被検査面11aで反射された光29とともに、プレート62、集光ユニット56、ハーフミラー54等を通過して、上方の撮像ユニット68に到達する。よって、撮像ユニット68に到達する光27と光29とは、被検査面11aから干渉ユニット60までの距離等に応じた所定の条件で干渉することになる。
撮像ユニット68は、複数の画素が2次元的(X軸方向及びY軸方向)に配列されたCCD、CMOS等の撮像素子を備えている。この撮像素子で、光27と光29との干渉光の2次元的な光強度を取得することで、被検査面11aから干渉ユニット60までの距離等に応じて決まる輝度分布を持つ画像を形成できる。
つまり、取得される画像の輝度は、3次元測定ユニット10のZ軸方向の位置に応じて変化する。この現象を利用して、例えば、Z軸方向の位置を変えて取得される複数の画像から、それぞれ、輝度や輝度変化が最大等になる座標(XY座標)を抽出することで、被検査面11aの形状に対応する3次元画像を形成できる。
次に、検査装置2で実施される被検査物11の検査方法の概略を説明する。本実施形態に係る検査方法では、まず、検査装置2の保持テーブル6に被検査物11を保持させる保持工程を実施する。具体的には、被検査面11aが上方に露出するように保持面6aに被検査物11を載せる。この状態で、吸引源の負圧を保持面6aに作用させれば、被検査物11は保持テーブル6で吸引、保持される。
保持工程の後には、被検査面11aに存在する欠陥の分布を欠陥検出ユニット8で検出する欠陥検出工程を実施する。図6(A)は、欠陥検出工程を模式的に示す平面図である。この欠陥検出工程では、例えば、図6(A)に示すように、保持テーブル6をZ軸の周りに回転させるとともに、欠陥検出ユニット8をY軸方向に移動させる。これにより、検査の対象領域は、被検査面11a上で螺旋を描くように移動する。
この移動の間に、欠陥検出ユニット8で散乱光23の強度を連続的、又は断続的に測定することで、欠陥の分布を被検査面11aの概ね全体で検出できる。図6(B)は、欠陥検出ユニット8で測定される光強度の例を示すグラフである。散乱光23の光強度は、一般に、欠陥が存在する領域で大きくなる。よって、例えば、ある領域(座標)で測定された散乱光23の光強度が予め設定された閾値Ithを超える場合には、その領域(座標)に欠陥が存在すると判定できる。
この判定は、例えば、欠陥検出ユニット8を構成する判定ユニット(不図示)等で行われる。なお、判定ユニットは、欠陥検出ユニット8の外部に設けられていても良い。例えば、検査装置2の全体を制御する制御ユニット(不図示)等を、欠陥検出ユニット8の判定ユニットとして用いることもできる。
欠陥検出工程の後には、欠陥が存在する領域を3次元測定ユニット10で3次元的に撮像して再評価する再評価工程を実施する。図7(A)は、再評価工程を模式的に示す側面図である。この再評価工程では、まず、保持テーブル6をZ軸の周りに回転させるとともに、3次元測定ユニット10をY軸方向に移動させて、欠陥検出ユニット8で欠陥が検出された領域(XY座標)に3次元測定ユニット10を位置付ける。
そして、3次元測定ユニット10のZ軸方向の位置を変更しながら、各位置(Z座標)で被検査面11aを撮像する。上述のように、取得される画像の輝度は、3次元測定ユニット10のZ軸方向の位置に応じて変化する。よって、Z軸方向の位置を変えて取得される複数の画像から、それぞれ、輝度や輝度変化が最大等になる座標(XY座標)を抽出して重ね合せることで、被検査面11aの形状に対応する3次元画像を形成できる。
図7(B)は、形成される3次元画像の例を示す図である。3次元画像の形成は、例えば、3次元測定ユニット10を構成する処理ユニット(不図示)等で行われる。なお、処理ユニットは、3次元測定ユニット10の外部に設けられていても良い。例えば、検査装置2の全体を制御する制御ユニット等を、3次元測定ユニット10の処理ユニットとして用いることもできる。
以上のように、本実施形態に係る検査装置2は、被検査物11の被検査面11a内の欠陥を検出する欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)8と、欠陥検出ユニットで検出された欠陥が含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定ユニット(3次元測定手段)10と、を併せ備えるので、被検査物11の被検査面11a内の欠陥を検出した後に、その場で欠陥が含まれる領域を3次元的に撮像して再評価できる。よって、搬送等の工程が不要になり、被検査物11の検査に要する時間を短縮できる。
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、被検査物11の被検査面11aに照射したレーザー光線21の散乱光23に基づいて被検査面11a内の欠陥を検出する欠陥検出ユニット8を例示しているが、他の欠陥検出ユニットを用いることもできる。
図8は、第1変形例に係る欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)8aを模式的に示す図である。第1変形例に係る欠陥検出ユニット8aは、例えば、被検査物11の被検査面11aを明視野又は暗視野で撮像して、この被検査面11a内の欠陥を検出できるように構成されている。
欠陥検出ユニット8aは、明視野観察用の明視野光源72を備えている。明視野光源72から放射された明視野光31は、照明レンズ74、ハーフミラー76、鏡筒78内の対物レンズ80等を経て、平行光束として被検査物11の被検査面11aに照射される。また、欠陥検出ユニット8aは、暗視野観察用の暗視野光源82を備えている。暗視野光源82から放射された暗視野光33は、鏡筒78内のミラー84等を経て、被検査物11の被検査面11aに対して光束が傾斜した状態で照射される。
ハーフミラー76の上方には、被検査面11aで反射された反射光を集光して結像する結像レンズ86が配置されている。結像レンズ86の更に上方には、CCD、CMOS等の撮像素子を含む撮像ユニット88が配置されている。撮像ユニット88は、結像レンズ86で形成される像に対応した画像を生成する。
このように構成された欠陥検出ユニット8aを用いる欠陥検出工程では、まず、明視野光31及び暗視野光33を、明視野観察又は暗視野観察に適した光量に調整する。そして、保持テーブル6をZ軸の周りに回転させるとともに、欠陥検出ユニット8をY軸方向に移動させる。これにより、検査の対象領域は、被検査面11a上で螺旋を描くように移動する。
この移動の間に、撮像ユニット88で被検査物11の被検査面11aを撮像すれば、明視野光31及び暗視野光33の光量に応じた画像を取得して、欠陥の分布を被検査面11aの概ね全体で検出できる。なお、明視野による観察は、例えば、傷や欠け等の欠陥を検出するのに向いており、暗視野による観察は、例えば、付着物等の欠陥を検出するのに向いている。
また、欠陥検出ユニットで一度に観察できる領域が十分に広い場合等には、必ずしも、保持テーブル6をZ軸の周りに回転させたり、欠陥検出ユニット8をY軸方向に移動させたりしなくても良い。
図9は、変形例に係る検査装置2aの主に背面側を模式的に示す斜視図である。なお、変形例に係る検査装置2aの構成要素の多くは、上述した検査装置2の構成要素と共通している。よって、共通の構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。図9に示すように、変形例に係る検査装置2aは、欠陥検出ユニット8の代わりに、第2変形例に係る欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)8bを備えている。
この第2変形例に係る欠陥検出ユニット8bは、例えば、イメージスキャナー等と呼ばれる画像生成装置であり、X軸方向において被検出面11aの全体を一度に撮像して検査できるように構成されている。よって、この欠陥検出ユニット8bをY軸方向に移動(走査)させながら被検出面11aを撮像、検査することで、欠陥の分布を被検査面11aの概ね全体で検出できる。
なお、イメージスキャナーの方式としては、例えば、CCD方式やCIS方式等が挙げられる。ただし、これらの方式は、用途に応じて任意に選択できる。また、この第2変形例に係る欠陥検出ユニット8bを用いる場合には、保持テーブル6をZ軸の周りに回転させる必要はない。
更に、上述した欠陥検出ユニット8と欠陥検出ユニット8aとを併せ備える欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)等を用いることもできる。その他、上記実施形態及び変形例に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
2,2a 検査装置
4 基台
6 保持テーブル(被検査物保持手段)
6a 保持面
8,8a,8b 欠陥検出ユニット(欠陥検出手段)
10 3次元測定ユニット(3次元測定手段)
12 支持構造
12a 前面
12b 後面
14 第1移動機構
16 第1ガイドレール
18 移動ブロック
20 第1ボールネジ
22 第1パルスモータ
24 第2移動機構
26 Y軸ガイドレール
28 Y軸移動プレート
30 Y軸ボールネジ
32 Y軸パルスモータ
34 Z軸ガイドレール
36 筐体
38 Z軸ボールネジ
40 Z軸パルスモータ
42 レーザー照射ユニット
44 集光ユニット
44a 内壁面
44b 開口
46 検出ユニット
48 光電子増倍管
52 光源
54 ハーフミラー
56 集光ユニット
58 鏡筒
60 干渉ユニット
62 プレート
64 ハーフミラー
66 参照ミラー
68 撮像ユニット
72 明視野光源
74 照明レンズ
76 ハーフミラー
78 鏡筒
80 対物レンズ
82 暗視野光源
84 ミラー
86 結像レンズ
88 撮像ユニット
11 被検査物
11a 被検査面
21 レーザー光線
23 散乱光
25,27,29 光
31 明視野光
33 暗視野光

Claims (4)

  1. 板状の被検査物を検査する検査装置であって、
    該被検査物を保持する保持面を備えた被検査物保持手段と、
    該被検査物の面に照射されたレーザー光線の散乱光に基づいて、研削又は研磨で発生した該面内のスクラッチを検出する欠陥検出手段と、
    該欠陥検出手段で検出された該スクラッチが含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定手段と、を備え
    該3次元測定手段は、ミラウ型の干渉光学系を含み、Z軸方向の位置を変えて複数の画像を取得することを特徴とする検査装置。
  2. 板状の被検査物を検査する検査装置であって、
    該被検査物を保持する保持面を備えた被検査物保持手段と、
    該被検査物の面を明視野又は暗視野で撮像して、研削又は研磨で発生した該面内のスクラッチを検出する欠陥検出手段と、
    該欠陥検出手段で検出された該スクラッチが含まれる領域を3次元的に撮像して再評価する3次元測定手段と、を備え
    該3次元測定手段は、ミラウ型の干渉光学系を含み、Z軸方向の位置を変えて複数の画像を取得することを特徴とする検査装置。
  3. 該欠陥検出手段は、該散乱光の光強度が予め設定された閾値を超えた場合に該スクラッチが存在すると判定することを特徴とする請求項1記載の検査装置。
  4. 該被検査物保持手段に連結され該被検査物保持手段を回転させる回転駆動源と、
    該被検査物保持手段を跨ぐように配置された支持構造と、
    該支持構造に設けられ、該欠陥検出手段を左右方向に移動させる第1移動機構と、
    該支持構造に設けられ、該3次元測定手段を該左右方向に移動させる第2移動機構と、を更に備え、
    該被検査物保持手段を回転させるとともに、該欠陥検出手段又は該3次元測定手段を該左右方向に移動させることで、該欠陥検出手段による該スクラッチの検出又は該3次元測定手段による該領域の3次元的な撮像を行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の検査装置。
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