TWI475218B - Observation device and observation method - Google Patents

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TWI475218B
TWI475218B TW098114124A TW98114124A TWI475218B TW I475218 B TWI475218 B TW I475218B TW 098114124 A TW098114124 A TW 098114124A TW 98114124 A TW98114124 A TW 98114124A TW I475218 B TWI475218 B TW I475218B
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坂口直史
渡部貴志
高橋正史
岡本裕昭
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尼康股份有限公司
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Description

觀察裝置及觀察方法
本發明係關於觀察半導體晶圓或液晶玻璃基板等基板之觀察裝置及觀察方法。
近年，形成於半導體晶圓之電路元件圖案之積體度變高且在半導體製程被用於晶圓之表面處理之薄膜之種類在增加中。隨此，薄膜之緣部(境界部分)露出之晶圓之端部附近之缺陷檢查日漸重要。若於晶圓之端部附近有異物等缺陷，在後續之製程異物等會繞至晶圓之表面側而產生不良影響，影響由晶圓製成之電路元件之良率。
針對此點，有考慮數之方向觀察半導體晶圓等之被形成為圓盤狀之基板之端部周邊(例如頂點或上下之斜面部)，檢查異物或膜之剝離、膜內之氣泡、膜之繞行等缺陷之有無之檢查裝置(例如參考專利文獻1)。使用此種檢查裝置檢出膜之緣部(境界部分)之位置係使用例如使用焦點深度較深之光學系統從與基板之平坦部大致平行之方向(基板之側方)一次觀察頂點附近之方法或使用對基板之平坦部朝向斜方向之光學系統觀察膜之緣部出現之上側之斜面部之方法。
[專利文獻1]日本特開2004-325389號公報
然而，使用焦點深度較深之光學系統一次觀察頂點附近時必須縮小光學系統之開口數，故會使用膜之緣部(境界部分)不鮮明之影像檢出該膜之緣部，有在檢出膜之緣部(境界部分)之位置時有誤差產生之虞。
本發明係鑑於此種問題而為，以提供可高精度檢出形成於基板表面之膜之緣部(境界部分)之觀察裝置及觀察方法為目的。
為達成此種目的，本發明之觀察裝置具備保持基板之保持機構、從前述基板之延伸之方向拍攝受前述保持機構保持之前述基板之端部附近之攝影部，使用由前述攝影部攝影取得之前述基板之端部附近之影像進行前述基板之端部附近之觀察之觀察裝置，前述基板之表面具有形成於前述基板之端部附近且面對前述端部側傾斜之傾斜部、形成於前述傾斜部之內側且大致平坦之平坦部，形成於前述基板之表面之膜之緣部位於前述傾斜部，具備為進行以前述攝影部之前述攝影而照明前述基板之端部附近之照明部、使用由前述攝影部攝影取得之前述基板之端部附近之影像檢出前述膜之緣部之膜檢出部，前述攝影部具有使前述基板之端部附近之像成像之觀察光學系統、拍攝由前述觀察光學系統成像之前述基板之端部附近之像之攝影元件，前述照明部具有透過前述觀察光學系統照明前述基板之端部附近之落射照明、被配設為與前述基板之表面對向且使用擴散光照明前述基板之端部附近之擴散照明。
另外，上述觀察裝置中，前述攝影部具有變更前述基板之前述觀察光學系統之物體側之焦點位置之焦點變更部，且在由前述焦點變更部使前述焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之狀態及配合前述膜之緣部之狀態分別以前述攝影元件拍攝前述基板之端部附近之像，前述膜檢出部係利用使前述焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之前述基板之端部附近之影像及使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
又，上述觀察裝置中，具備利用使前述焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之前述基板之端部附近之影像及使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像求取使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述影像中之從前述焦點位置偏離被拍攝之前述平坦部之影像資訊與前述影像中之實際之前述平坦部之位置之相關之相關測定部，前述膜檢出部係基於使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像檢出前述膜之緣部之位置並利用由前述相關測定部求得之前述相關檢出前述平坦部之位置，求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
另外，上述觀察裝置中，前述保持機構係以被形成為大致圓板狀之前述基板之旋轉對稱軸為旋轉軸，將前述基板保持為可旋轉，前述攝影部係涵蓋前述基板之全周連續拍攝由前述保持機構旋轉驅動之前述基板之端部附近，前述膜檢出部係涵蓋前述基板之大致全周求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
又，上述觀察裝置中，前述保持機構係將前述基板保持為可平行移動，前述焦點變更部係利用前述保持機構使前述基板沿前述觀察光學系統之光軸平行移動，使前述基板之前述觀察光學系統之焦點位置變更較理想。
又，上述觀察裝置中，前述焦點變更部可係使前述觀察光學系統中之任一光學元件沿前述觀察光學系統之光軸移動，使前述基板之前述觀察光學系統之焦點位置變更。
又，上述觀察裝置中，可為前述攝影部係在使前述觀察光學系統之焦點位置配合前述膜之緣部之狀態下以前述攝影元件拍攝前述基板之端部附近之像，前述膜檢出部係基於使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像檢出前述膜之緣部之位置並由前述基板之厚度方向之中心位置及事先記錄之前述基板之厚度檢出前述平坦部之位置，求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離。
又，上述觀察裝置中，可具備夾前述基板配設於與前述攝影部相反側且往前述攝影部與前述基板之前述平坦部平行送光之相反側照明部。
又，上述觀察裝置中，可為前述攝影部可在使前述觀察光學系統之焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之狀態及配合前述膜之緣部之狀態分別以前述攝影元件拍攝前述基板之端部附近之像，前述膜檢出部係從由前述攝影部拍攝之前述影像分別檢出前述焦點位置符合而被拍攝之前述傾斜部與前述平坦部之境界部及前述膜之緣部之位置，求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離。
又，本發明之觀察方法係利用具備保持基板之保持機構、從前述基板之延伸之方向拍攝受前述保持機構保持之前述基板之端部附近之攝影部之觀察裝置之使用由前述攝影部攝影取得之前述基板之端部附近之影像進行前述基板之端部附近之觀察之觀察方法，前述基板之表面具有形成於前述基板之端部附近且面對前述端部側傾斜之傾斜部、形成於前述傾斜部之內側且大致平坦之平坦部，形成於前述基板之表面之膜之緣部位於前述傾斜部，前述攝影部具有使前述基板之端部附近之像成像之觀察光學系統、拍攝由前述觀察光學系統成像之前述基板之端部附近之像之攝影元件，具有照明前述基板之端部附近之照明處理、以前述攝影部拍攝前述被照明之前述基板之端部附近之攝影處理、使用由前述攝影部攝影取得之前述基板之端部附近之影像檢出前述膜之緣部之膜檢出處理，於前述照明處理以落射照明透過前述觀察光學系統使用照明光照明前述基板之端部附近。
另外，上述之觀察方法中，於前述攝影處理在使前述觀察光學系統之物體側之焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之狀態及配合前述膜之緣部之狀態分別以前述攝影元件拍攝前述基板之端部附近之像，於前述膜檢出處理利用使前述焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之前述基板之端部附近之影像及使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
又，上述之觀察方法中，具有利用使前述焦點位置配合前述傾斜部與前述平坦部之境界部之前述基板之端部附近之影像及使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像求取使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述影像中之從前述焦點位置偏離被拍攝之前述平坦部之影像資訊與前述影像中之實際之前述平坦部之位置之相關之相關測定處理，於前述膜檢出處理基於使前述焦點位置配合前述膜之緣部之前述基板之端部附近之影像檢出前述膜之緣部之位置並利用由前述相關測定處理求得之前述相關檢出前述平坦部之位置，求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
又，上述之觀察方法中，前述保持機構係以被形成為大致圓板狀之前述基板之旋轉對稱軸為旋轉軸，將前述基板保持為可旋轉，於前述攝影處理使用前述攝影部涵蓋前述基板之全周連續拍攝由前述保持機構旋轉驅動之前述基板之端部附近，於前述膜檢出處理係涵蓋前述基板之大致全周求取前述基板之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離較理想。
利用本發明，可高精度檢出形成於基板表面之膜之緣部(境界部分)。
以下說明本發明之理想實施形態。將本發明之觀察裝置之一例顯示於圖1，此觀察裝置1係以觀察者之目視檢查半導體晶圓10(以下稱為晶圓10)之端部及端部附近之異常之有無。
基板之一個即晶圓10係形成為薄圓板狀，於其表面係如圖2所示形成有薄保護膜15。於晶圓10之表面(上面)之外周端部內側環狀形成有面對晶圓10之外周端部側傾斜之上斜面部11，於此上斜面部11之內側形成有大致平坦之平坦部14。又，於晶圓10之背面(下面)之外周端部以晶圓10為基準與上斜面部11表裡對稱形成下斜面部12。此外，連接於上斜面部11與下斜面部12之晶圓端面為頂點部13。
觀察裝置1係以將晶圓10保持為可旋轉之晶圓保持機構20、照明受晶圓保持機構20保持之晶圓10之外周端部附近之照明部30、拍攝受晶圓保持機構20保持之晶圓10之外周端部附近之攝影部40、對被以攝影部40拍攝之晶圓10之影像進行特定之影像處理之影像處理部50、進行晶圓保持機構20、照明部30、攝影部40等之驅動控制之控制部60為主體。
晶圓保持機構20具有基台21、從基台21往上方垂直延伸設置之旋轉軸22、於旋轉軸22之上端部安裝為大致水平且以上面側支撐晶圓10之晶圓保持具23。於晶圓保持具23之內部設有真空吸附機構(未圖示)，以真空吸附機構利用真空吸附吸附保持晶圓保持具23上之晶圓10。另外，晶圓保持具23係形成為比晶圓10小徑之大致圓盤狀，在晶圓10被吸附保持於晶圓保持具23上之狀態下，包含上斜面部11、下斜面部12、頂點部13之晶圓10之外周端部附近會從晶圓保持具23突出。
於基台21之內部設有使旋轉軸22旋轉驅動之旋轉驅動機構(未圖示)，以旋轉驅動機構使旋轉軸22旋轉驅動會使安裝於旋轉軸22之晶圓保持具23與吸附保持於晶圓保持具23上之晶圓10一起以晶圓10之中心(旋轉對稱軸A1)為旋轉軸被旋轉驅動。另外，晶圓10之中心與旋轉軸22之中心係以不圖示之對準機構使大致一致。又，基台21係被構成為可使用未圖示之XY平台在水平面內平行移動，為補正伴隨晶圓10之旋轉之晶圓10之中心(旋轉對稱軸A1)之偏移，吸附保持於晶圓保持具23上之晶圓10可在水平面內平行移動。另外，晶圓10之中心(旋轉對稱軸A1)之偏移係以不圖示之檢出器檢出。如上述，晶圓保持機構20係將晶圓10保持為在水平面內可旋轉且可平行移動。
照明部30具有對向於晶圓10之表面(上面)而設之第1擴散照明31、對向於晶圓10之背面(下面)而設之第2擴散照明36、設於攝影部40之落射照明48。第1擴散照明31具有於晶圓10之徑方向延伸之第1板狀構件32、複數安裝於第1板狀構件32之第1 LED照明33、覆蓋與晶圓10之表面對向之第1板狀構件32之表面(下面)側之第1擴散板34，以從第1 LED照明33透過第1擴散板34所得之擴散光照明晶圓10之外周端部附近。另外，第1擴散板34係使用乳白色或使表面粗化之丙烯板等被形成為板狀。
第2擴散照明36係與第1擴散照明31同樣之構成，具有第2板狀構件37、第2 LED照明38、第2擴散板39，以從第2 LED照明38透過第2擴散板39所得之擴散光照明晶圓10之外周端部附近。另外，第2擴散照明36係設於晶圓10之背面(下面)側，被形成為比第1擴散照明31小型以免與晶圓保持機構20干涉。另外，關於落射照明係後述。
攝影部40具有使晶圓10之外周端部附近之像成像之觀察光學系統41、拍攝由觀察光學系統41成像之晶圓10之外周端部附近之像之CCD或CMOS等攝影元件46、收容此等之筐體部47。又，於攝影部40設有落射照明48、透鏡驅動部49，此等亦收容於筐體部47。
觀察光學系統41具有與晶圓10之頂點部13對向且使光軸與晶圓10之厚度方向之中心大致一致之對物透鏡42、使來自對物透鏡42之光於攝影元件46之攝影面上成像之成像透鏡43、配設於對物透鏡42與成像透鏡43之間之半鏡即落射鏡44。來自落射照明48之照明光在落射鏡44反射，經過對物透鏡42照明晶圓10之外周端部附近，且來自晶圓10之反射光經過對物透鏡42、落射鏡44、成像透鏡43被導向攝影元件46，攝影元件46拍攝在攝影元件46之攝影面上成像之晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之像。
又，攝影部40係被配置為與晶圓10之頂點部13對向，從與晶圓10之旋轉軸(旋轉對稱軸A1)正交之方向(亦即晶圓10之延在方向，與頂點部13對向之方向)局部拍攝頂點部13。藉此，使受晶圓保持機構20保持之晶圓10旋轉後，晶圓10之外周端部亦即頂點部13會往晶圓10之周方向對攝影部40之攝影區域相對旋轉，故被配置為與晶圓10之頂點部13對向之攝影部40可往周方向(亦即相對旋轉方向)連續複數攝影頂點部13，可涵蓋晶圓10之全周拍攝頂點部13。另外，由攝影部40之攝影元件46拍攝之影像資料被輸出往影像處理部50。又，藉由使成像透鏡43沿觀察光學系統41之光軸A2移動，可改變觀察光學系統41之(前側)焦點位置。
控制部60係由進行各種控制之控制基板等構成，以發自控制部60之控制信號進行晶圓保持機構20、照明部30、攝影部40、影像處理部50等之作動控制。又，於控制部60電氣連接有具備影像顯示部及進行影像上之游標操作等之操作部之介面部61、記錄影像資料或晶圓10之厚度資訊等之記憶部(未圖示)。
影像處理部50係由未圖示之電路基板等構成，如圖3所示具有輸入部51、內部記憶體52、影像生成部53、膜檢出部54、相關測定部55、輸出部56。於輸入部51有來自攝影部40之影像資料被輸入，且在介面部61被輸入之各種設定參數等係經過控制部60而被輸入。被輸入至輸入部51之晶圓10(頂點部13)之影像資料被送往內部記憶體52。影像生成部53係與內部記憶體52電氣連接，基於記錄於內部記憶體52之複數之影像資料進行特定之影像處理，生成將頂點部13之部分影像於周方向連結之頂點部13之連結影像C(參考圖8(a))後對輸出部56輸出。
膜檢出部54係與內部記憶體52電氣連接，在影像資料從內部記憶體52被輸入後，基於該影像資料進行後述之膜檢出處理。相關測定部55係與內部記憶體52電氣連接，在影像資料從內部記憶體52被輸入後，基於該影像資料進行後述之相關測定處理。
其次，參考圖4所示之流程圖於以下說明使用如上述之觀察裝置1之晶圓10之觀察方法。首先，於步驟S01進行照明晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之照明處理。在此照明處理係接受發自控制部60之控制信號後，落射照明48經過觀察光學系統41之對物透鏡42、落射鏡44照明晶圓10之外周端部附近且照明部30之第1擴散照明31、第2擴散照明36使用擴散光照明晶圓10之外周端部附近。
其次，於步驟S102進行拍攝晶圓10之頂點部13附近之第1攝影處理。在此第1攝影處理係接受發自控制部60之控制信號後，在晶圓保持機構20使晶圓10停止於特定之旋轉角度位置之狀態下，攝影部40拍攝頂點部13。此時，攝影部40藉由使用透鏡驅動部49使成像透鏡43沿觀察光學系統41之光軸A2移動，在如圖5(a)所示使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之狀態及如圖5(b)所示使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之狀態分別以攝影元件46拍攝晶圓10之頂點部13附近之像。另外，由攝影部40之攝影元件46拍攝之影像資料被輸出往影像處理部50。又，被從攝影部40輸出之影像資料分別被輸入影像處理部50之輸入部51後被送往內部記憶體52。
本實施形態之攝影部40(觀察光學系統41)具有可充分鮮明拍攝晶圓10之頂點部13之開口數，如圖5(a)及圖5(b)所示，觀察光學系統41之焦點深度(D1、D2)非常小。因此，若在如圖5(a)所示使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之狀態以攝影元件46拍攝晶圓10之頂點部13附近之像，其面像會如圖6(a)所示，相對於合於焦點位置之頂點部13或保護膜15之緣部16為鮮明，在離開焦點位置之平坦部14會有失焦產生，映出平坦部之模糊像14a。反之，若在如圖5(b)所示使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之狀態以攝影元件46拍攝晶圓10之頂點部13附近之像，其面像會如圖6(b)所示，相對於合於焦點位置之平坦部14之境界部B為鮮明，在離開焦點位置之頂點部13或保護膜15之緣部16會有失焦產生，映出保護膜15之緣部16之模糊像16a或頂點部13與各斜面部11、12之境界部之模糊像。
在此，於其次之步驟S103進行相關測定處理。在此相關測定處理係相關測定部55利用記錄於內部記憶體52之使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料及使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之晶圓10之頂點部13附近之影像資料求取使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像之平坦部之模糊像14a之位置與實際之平坦部14b之位置之相關(亦參考圖7)。
另外，實際之平坦部14b之位置雖關於在第1攝影處理被拍攝之2種類之影像觀察光學系統41之焦點位置不同，但由於攝影區域本身不變，故可從使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之晶圓10之頂點部13附近之影像資料求得。又，平坦部之模糊像14a之位置可從使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料求得。因此，相關測定部55可由如上述求得之平坦部之模糊像14a之位置資料及實際之平坦部14b之位置資料求得平坦部之模糊像14a之位置與實際之平坦部14b之位置之相關，將求得之相關資料往膜檢出部54輸出。
在以相關測定部55求取平坦部之模糊像14a之位置與實際之平坦部14b之位置之相關後，於其次之步驟S104進行於涵蓋晶圓10之全周拍攝晶圓10之頂點部13之第2攝影處理。此第2攝影處理係接受發自控制部60之控制信號後，晶圓保持機構20使晶圓10旋轉且攝影部40往周方向連續複數拍攝往晶圓10之周方向相對旋轉之頂點部13，涵蓋晶圓10之全周拍攝頂點部13。
攝影部40連續拍攝頂點部13時，於藉由晶圓10之旋轉而相對移動所得之攝影部40之各攝影區域取得頂點部13之複數之部分影像，該部分影像之影像資料被往影像處理部50輸出。又，此時，攝影部40藉由使用透鏡驅動部49使成像透鏡43沿觀察光學系統41之光軸A2移動，在如圖5(a)所示使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之狀態以攝影元件46拍攝晶圓10之頂點部13附近之像。被從攝影部40輸出之部分影像資料分別被輸入影像處理部50之輸入部51後被送往內部記憶體52。
在以攝影部40涵蓋晶圓10之全周拍攝晶圓10之頂點部13之部分影像後，於其次之步驟S105進行膜檢出處理。在此膜檢出處理係膜檢出部54基於記錄於內部記憶體52之使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料檢出保護膜15之緣部16之位置，並利用以相關測定部55求得之相關資料檢出平坦部14之位置(亦即使觀察光學系統41之焦點位置配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像中之實際之平坦部14b之位置)，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L(參考圖8(b))。另外，晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L係涵蓋晶圓10之全周每隔特定之間隔(像素)被求取，於涵蓋晶圓10之全周被求取之距離L被輸出往輸出部56並透過控制部60被送往記錄部52，在記錄部52被記錄。
在以膜檢出部54求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L後，於其次之步驟S106進行顯示處理。在此顯示處理係影像生成部53基於記錄於內部記憶體52之複數之部分影像之影像資料進行特定之影像處理，生成於周方向連結頂點部13之部分影像之頂點部13之連結影像C(參考圖8(a))後往輸出部56輸出。被往輸出部56輸出之連結影像C之影像資料透過控制部60被送往記錄部52，在記錄部52被記錄。之後，控制部60使記錄於記錄部52之頂點部13之連結影像C及晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L在介面部61之影像顯示部顯示。另外，影像生成部53亦可利用以相關測定部55求得之相關資料生成將實際之平坦部14b重疊於平坦部之模糊像14a之連結影像C’(參考圖8(b))。
其結果，利用本實施形態之觀察裝置1及觀察方法，由於以設於攝影部40之落射照明48透過觀察光學系統41照明基板10之外周端部附近並使用來自第1及第2擴散照明31、32之擴散光照明基板10之外周端部附近，故可大致均等照明基板10之外周端部附近，可高精度檢出形成於基板10之表面之保護膜15之緣部16。
又，此時，只要利用使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料及使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之晶圓10之頂點部13附近之影像資料求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L，便可在欲檢出之位置分別獲得配合焦點位置之鮮明影像，即使為焦點深度較小之光學系統亦可高精度檢出形成於基板10之表面之保護膜15之緣部16。
又，此時，只要基於使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料檢出保護膜15之緣部16之位置，並利用平坦部之模糊像14a之位置與實際之平坦部14b之位置之相關檢出平坦部14之位置(亦即使觀察光學系統41之焦點位置配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像中之實際之平坦部14b之位置)，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L，便可將使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之攝影動作抑制為最小限度，可高速且高精度檢出形成於基板10之表面之保護膜15之緣部16。另外，在以攝影部40涵蓋晶圓10之全周連續拍攝晶圓10之頂點部13附近，涵蓋晶圓10之全周求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L時特別有效。
又，藉由如前述使用透鏡驅動部49使成像透鏡43沿觀察光學系統41之光軸A2移動以變更光學系統41之焦點位置，可以最小限度之構成變更光學系統41之焦點位置。另外，變更對晶圓10之觀察光學系統41之焦點位置並不限於成像透鏡43亦可使用不圖示之驅動裝置使對物透鏡42(沿觀察光學系統41之光軸A2)移動，或使攝影部40(觀察光學系統41)全體(沿觀察光學系統41之光軸A2)移動。
又，變更對晶圓10之觀察光學系統41之焦點位置亦可不使攝影部40(觀察光學系統41)中之任一光學元件移動而利用晶圓保持機構20使晶圓10沿觀察光學系統41之光軸A2移動平行移動。以此做法亦可獲得與使攝影部40(觀察光學系統41)中之任一光學元件移動時同樣之效果。
另外，上述之實施形態中，雖於第2攝影處理涵蓋晶圓10之全周拍攝頂點部13，但並不受限於此，亦可藉由控制部60之作動控制僅對頂點部13之所欲之角度位置範圍拍攝。藉此，可僅對頂點部13之所欲之角度位置範圍檢查異常之有無。
又，亦可於上述之實施形態，從與以晶圓10之中心(旋轉對稱軸A1)為基準之攝影部40相反側之方向以雷射裝置70(參考圖1之兩點鏈線)照射具有特定顏色之雷射光。如此做法，由於與晶圓10之平坦部14大致平行行進之高指向性雷射光到達攝影部40之攝影元件46，故即使於使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像映出平坦部之模糊像14a，由於晶圓10與雷射光之境界部分係以平坦部被映出，故可省略第1攝影處理及相關測定處理並不使用根據相關測定部55之相關資料，從使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像檢出平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L。
又，上述之實施形態中，膜檢出部54可基於記錄於內部記憶體52之使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像資料檢出保護膜15之緣部16之位置，並如圖9所示由晶圓10之厚度方向之中心位置10a及記錄於記錄部(不圖示)之晶圓10之厚度t(亦參考圖5(a))檢出平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L。即使如此做法，亦可省略第1攝影處理及相關測定處理並不使用根據相關測定部55之相關資料，從使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像檢出平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L。另外，晶圓10之厚度方向之中心位置10a可根據檢出頂點部13與各斜面部11、12之境界部位之位置，做為各境界部之間之中間位置求取。
又，上述之實施形態中，可例如圖10所示，分別同時拍攝使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像及使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之晶圓10之頂點部13附近之影像，由使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D1)配合保護膜15之緣部16之晶圓10之頂點部13附近之影像檢出保護膜15之緣部16之位置，並由使觀察光學系統41之焦點位置(焦點深度之範圍D2)配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之晶圓10之頂點部13附近之影像檢出平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L。即使如此做法，亦可不使用根據相關測定部55之相關資料，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14(實際之平坦部14b)與保護膜15之緣部16之間之距離L。
於圖10顯示之第1變形例之觀察裝置100中，攝影部140具有使晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之像成像之(包含對物透鏡141及半鏡144之)第1觀察光學系統142、拍攝由第1觀察光學系統142成像之晶圓10之外周端部附近之像之CCD或CMOS等第1攝影元件146、使晶圓10之外周端部附近之像成像之(包含對物透鏡141及半鏡144之)第2觀察光學系統152、拍攝由第2觀察光學系統142成像之晶圓10之外周端部附近之像之CCD或CMOS等第2攝影元件156、收容此等之筐體部158。又，於攝影部140設有落射照明48、第1及第2透鏡驅動部147、157，此等亦收容於筐體部158。
來自落射照明48之照明光在落射鏡145反射，經過半鏡144及對物透鏡141照明晶圓10之外周端部附近。來自晶圓10之反射光之一半經過對物透鏡42及半鏡144，經過構成第1觀察光學系統142之落射鏡145及第1成像透鏡143被導向第1攝影元件146，第1攝影元件146拍攝在第1攝影元件146之攝影面上成像之晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之像。另外，來自晶圓10之反射光之剩餘一半透過對物透鏡42後在半鏡144反射，經過構成第2觀察光學系統152之反射鏡153及第2成像透鏡154被導向第2攝影元件156，第2攝影元件156拍攝在第2攝影元件156之攝影面上成像之晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之像。
第1透鏡驅動部147可藉由使第1成像透鏡143沿第1觀察光學系統142之光軸A3移動使第1觀察光學系統142之(前側)焦點位置配合保護膜15之緣部16。又，第2透鏡驅動部157可藉由使第2成像透鏡154沿第2觀察光學系統152之光軸A4移動使第2觀察光學系統154之(前側)焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B。藉此，可同時拍攝使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜15之緣部16之頂點部13附近之影像及使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之頂點部13附近之影像。
另外，由第1攝影元件146及第2攝影元件156拍攝之影像資料分別被輸出往影像處理部160。之後，影像處理部160之膜檢出部(不圖示)由使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜15之緣部16之頂點部13附近之影像檢出保護膜15之緣部16之位置，並由使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之頂點部13附近之影像檢出平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14與保護膜15之緣部16之間之距離L。另外，第1觀察光學系統142及第2觀察光學系統152之焦點位置之關係亦可相反。
又，如於圖11所示之構成亦可獲得與於圖10顯示之狀況同樣之效果。於圖11顯示之第2變形例之觀察裝置200中，攝影部240具有使晶圓10之外周端部附近(頂點部13附近)之像成像之觀察光學系統241、拍攝由觀察光學系統241成像之晶圓10之外周端部附近之像之CCD或CMOS等攝影元件251、收容此等之筐體部252。又，於攝影部240設有落射照明48、第1及第2透鏡驅動部253、254，此等亦收容於筐體部252。
來自落射照明48之照明光在落射鏡245反射，經過第1半鏡244及對物透鏡242照明晶圓10之外周端部附近。來自晶圓10之反射光之一半經過觀察光學系統241之對物透鏡242及第1半鏡244，再經過落射鏡245及第1成像透鏡243、第2半鏡246被導向攝影元件251。另外，來自晶圓10之反射光之剩餘一半透過對物透鏡242後在第1半鏡244反射，再經過第1反射鏡247、第2反射鏡248、第2成像透鏡249、第2半鏡246被導向攝影元件251。
第1透鏡驅動部253可藉由使第1成像透鏡243沿落射鏡245與第2半鏡246之間之光軸A5移動使包含第1成像透鏡243之光學系統之(前側)焦點位置配合保護膜15之緣部16。又，第2透鏡驅動部254可藉由使第2成像透鏡249沿第2反射鏡248與第2半鏡246之間之光軸A6移動使包含第2成像透鏡249之光學系統之(前側)焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B。藉此，可分別同時重疊使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜15之緣部16之頂點部13附近之影像及使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之頂點部13附近之影像並以攝影元件251拍攝。
另外，由攝影元件251拍攝之影像資料分別被輸出往影像處理部260。之後，影像處理部260之膜檢出部(不圖示)由使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜15之緣部16之頂點部13附近之像與使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部11與平坦部14之境界部B之頂點部13附近之像重疊之影像分別檢出焦點吻合之保護膜15之緣部16之位置及焦點吻合之平坦部14之位置，求取晶圓10之厚度方向之平坦部14與保護膜15之緣部16之間之距離L。另外，包含第1成像透鏡243之光學系統及包含第2成像透鏡249之光學系統之焦點位置之關係亦可相反。
另外，在包含變形例之上述實施形態中，攝影元件並不限於2維影像感測器，亦可使用直線感測器形式之CCD或CMOS等。
1．．．觀察裝置
10．．．晶圓(基板)
11．．．上斜面部(傾斜部)
12．．．下斜面部
13．．．頂點部
14．．．平坦部
14a．．．平坦部之模糊像
14b．．．實際之平坦部
14c．．．實際之平坦部(變形例)
15．．．保護膜
16．．．緣部
16a．．．緣部之模糊像
20．．．晶圓保持機構
30．．．照明部
31．．．第1擴散照明
36．．．第2擴散照明
40．．．攝影部
41．．．觀察光學系統
46．．．攝影元件
48．．．落射照明
49．．．透鏡驅動部
50．．．影像處理部
54．．．膜檢出部
55．．．相關測定部
60．．．控制部
61．．．介面部
70．．．雷射裝置(相反側照明部)
100．．．觀察裝置(第1變形例)
140．．．攝影部
142．．．第1觀察光學系統
146．．．第1攝影元件
152．．．第2觀察光學系統
156．．．第2攝影元件
147．．．第1透鏡驅動部
157．．．第2透鏡驅動部
160．．．影像處理部(膜檢出部)
200．．．觀察裝置(第2變形例)
240．．．攝影部
241．．．觀察光學系統
251．．．攝影元件
253．．．第1透鏡驅動部
254．．．第2透鏡驅動部
260．．．影像處理部(膜檢出部)
圖1係本發明之觀察裝置之概略構成圖。
圖2係顯示晶圓之外周端部附近之側面圖。
圖3係顯示影像處理部之控制方塊圖。
圖4係顯示本發明之觀察方法之流程圖。
圖5(a)係顯示使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜之緣部之狀態之示意圖，(b)係顯示使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部與平坦部之境界部之狀態之示意圖。
圖6(a)係顯示使觀察光學系統之焦點位置配合保護膜之緣部之頂點部附近之影像之示意圖，(b)係顯示使觀察光學系統之焦點位置配合上斜面部與平坦部之境界部之頂點部附近之影像。
圖7係顯示平坦部之模糊像與實際之平坦部之關係之示意圖。
圖8(a)係顯示頂點部之連結影像之示意圖，(b)係顯示將實際之平坦部重疊於平坦部之模糊像之頂點部之連結影像之示意圖。
圖9係顯示觀察方法之變形例之示意圖。
圖10係顯示第1變形例之觀察裝置之概略構成圖。
圖11係顯示第2變形例之觀察裝置之概略構成圖。
1．．．觀察裝置
10．．．晶圓(基板)
20．．．晶圓保持機構
21．．．基台
22．．．旋轉軸
23．．．晶圓保持具
30．．．照明部
31．．．第1擴散照明
32．．．第1板狀構件
33．．．第1 LED照明
34．．．第1擴散板
36．．．第2擴散照明
37．．．第2板狀構件
38．．．第2 LED照明
39．．．第2擴散板
40．．．攝影部
41．．．觀察光學系統
42．．．對物透鏡
43．．．成像透鏡
44．．．落射鏡
46．．．攝影元件
47．．．筐體部
48．．．落射照明
49．．．透鏡驅動部
50．．．影像處理部
60．．．控制部
61．．．介面部
70．．．雷射裝置(相反側照明部)

Claims (12)

  1. 一種觀察裝置，具備保持晶圓之保持機構、以及從前述晶圓之延伸方向拍攝受前述保持機構保持之前述晶圓之端部附近之攝影部，使用由前述攝影部攝影取得之前述晶圓之端部附近之影像資料進行前述晶圓之端部附近之觀察，其特徵在於：前述攝影部包含於前述晶圓之端部附近物體側之焦點位置沿著前述晶圓之延伸之方向分別相異之第1觀察光學系統與第2觀察光學系統、以及拍攝由該第1觀察光學系統成像之前述晶圓之端部附近之第1像與由該第2觀察光學系統成像之前述晶圓之端部附近之第2像之攝影元件；具備生成基於以前述攝影元件拍攝之前述第1像與前述第2像之前述端部附近之影像資料之影像處理部。
  2. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，前述攝影元件包含拍攝前述第1像之第1攝影元件與拍攝前述第2像之第2攝影元件；前述影像處理部，係根據基於以前述第1攝影元件拍攝之前述第1像之第1影像資料、基於以前述第2攝影元件拍攝之前述第2像之第2影像資料，生成前述端部附近之影像資料。
  3. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，前述攝影元件係拍攝以由前述第1觀察光學系統與前述第2觀察光學系統之各個成像之前述第1像與前述第2像合成之像， 前述影像處理部係生成基於以前述攝影元件拍攝之前述合成之像之前述端部附近之影像資料。
  4. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，前述晶圓之表面具有形成於前述端部附近且面對前述晶圓之端部側傾斜之傾斜部、形成於前述傾斜部之前述晶圓之中心側且大致平坦之平坦部，形成於前述晶圓之表面之膜之緣部位於前述傾斜部，前述第1觀察光學系統之焦點位置係前述傾斜部與前述平坦部之境界部，前述第2觀察光學系統之焦點位置係前述膜之緣部。
  5. 如申請專利範圍第4項之觀察裝置，其中，前述影像處理部包含基於前述端部附近之前述影像資料檢出前述膜之緣部之膜檢出部。
  6. 如申請專利範圍第4項之觀察裝置，其中，前述膜檢出部，係利用前述端部附近之前述影像資料求取在前述晶圓之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離。
  7. 如申請專利範圍第2項之觀察裝置，其中，前述晶圓之表面具有形成於前述端部附近且面對前述晶圓之端部側傾斜之傾斜部、形成於前述傾斜部之前述晶圓之中心側且大致平坦之平坦部，形成於前述晶圓之表面之膜之緣部位於前述傾斜部，前述第1觀察光學系統之焦點位置係前述傾斜部與前述平坦部之境界部，前述第2觀察光學系統之焦點位置係 前述膜之緣部，前述影像處理部包含利用前述第1影像資料與前述第2影像資料，求取從前述第2觀察光學系統之物體側之焦點位置偏離被拍攝之前述第2影像資料中之前述平坦部之影像資訊與前述第2影像資料中之實際之前述平坦部之位置之相關之相關測定部；前述膜檢出部係基於前述第2影像資料檢出前述膜之緣部之位置，並利用由前述相關測定部求得之前述相關檢出前述平坦部之位置，求取在前述晶圓之厚度方向之前述平坦部與前述膜之緣部之間之距離。
  8. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，前述保持機構係以形成為大致圓板狀之前述晶圓之旋轉對稱軸為旋轉軸，將前述晶圓保持為可旋轉；前述攝影部，係涵蓋前述晶圓之全周連續拍攝由前述保持機構旋轉驅動之前述晶圓之端部附近；前述影像處理部係生成前述晶圓之端部附近之前述晶圓之全周之影像資料。
  9. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，前述第1觀察光學系統與前述第2觀察光學系統之至少一方之光學系統包含變更前述端部附近之前述光學系統之物體側之焦點位置之焦點變更部。
  10. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，具備包含透過包含於前述觀察光學系統之對物透鏡照明前述晶圓之端部附近之落射照明、以及被配設為與前述 晶圓之表面對向且使用擴散光照明前述晶圓之端部附近之擴散照明之照明部。
  11. 如申請專利範圍第1項之觀察裝置，其中，具備隔著前述晶圓配設於與前述攝影部相反側，且朝前述攝影部照明前述晶圓之相反側照明部。
  12. 一種觀察方法，係利用具備保持晶圓之保持機構、照明前述晶圓之端部附近之照明部、從前述晶圓之延伸之方向拍攝前述晶圓之攝影部之觀察裝置之使用由前述攝影部攝影取得之前述晶圓之端部附近之影像，進行前述晶圓之端部附近之觀察，其特徵在於：包含以前述照明部照明前述晶圓之端部附近之動作、於前述晶圓之端部附近透過包含於前述攝影部之物體側之焦點距離沿著前述晶圓之延伸方向分別相異之第1觀察光學系統與第2觀察光學系統生成基於以該第1觀察光學系統成像之前述晶圓之端部附近之第1像與以該第2觀察光學系統成像之前述晶圓之端部附近之第2像之前述端部附近之影像資料之動作。
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