(57)【要約】  【課題】  ウエハ周端縁の三面を一台のカメラで同時に画像検査する。  【解決手段】  ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３から一台のカメラ１へ向けて、三つの屈曲する光路３ａ，３ｂ，３ｃを有する光学系３を設け、これら光路３ａ，３ｂ，３ｃで導かれる反射光を上記一台のカメラ１で撮像して、上記外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３の３面を同時に映像化することにより、これら外周端面Ｗ１と面取り部Ｗ２，Ｗ３及びその境界Ｗ５，Ｗ６に生じた表面欠陥が同時に検出可能となる。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するウエハ（Ｗ）の周端縁に検査光を照射して反射させ、この反射光をカメラ（１）で撮像して映像化することにより、該ウエハ周端縁の外周端面（Ｗ１）と、それを厚さ方向に挟んで形成される一対の面取り部（Ｗ２，Ｗ３）とに生じた表面欠陥を同時に検出するウエハ用検査装置において、
前記ウエハ周端縁の外周端面（Ｗ１）及び面取り部（Ｗ２，Ｗ３）から一台のカメラ（１）へ向けて、三つの屈曲する光路（３ａ，３ｂ，３ｃ）を有する光学系（３）を設け、これら光路（３ａ，３ｂ，３ｃ）で導かれる反射光を上記一台のカメラ（１）で撮像して、上記外周端面（Ｗ１）及び面取り部（Ｗ２，Ｗ３）の３面を同時に映像化することを特徴とするウエハ用検査装置。
【請求項２】
前記光学系（３）の光路（３ａ，３ｂ，３ｃ）途中に複数のプリズム（４）を配置して、前記ウエハ周端縁の外周端面（Ｗ１）及び面取面（Ｗ２，Ｗ３）からの反射光を屈折させ合成した請求項１記載のウエハ用検査装置。
【請求項３】
前記検査光を照射する照明（２）として明視野照明と暗視野照明を備え、これら明視野照明と暗視野照明の光源を切り換えて撮像する請求項１又は２記載のウエハ用検査装置。
【請求項４】
前記ウエハ（Ｗ）に対して前記カメラ（１）及び光学系（３）を相対的に移動させる移動手段と、ウエハ（Ｗ）のオリフラ部（Ｗ４）がカメラ（１）による撮像位置に送達したことを検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じて上記移動手段を作動制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記オリフラ部（Ｗ４）の検出時に上記カメラ（１）及び光学系（３）を移動させる請求項１、２又は３記載のウエハ用検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの断面形状が立体的形状をしている周端縁（エッジ）に発生した例えばピットや突起などの表面欠陥を光学的手段の使用により非破壊で検出するためのウエハ用検査装置に関する。
詳しくは、回転するウエハの周端縁に検査光を照射して反射させ、この反射光をカメラで撮像して映像化することにより、該ウエハ周端縁の外周端面と、それを厚さ方向に挟んで形成される一対の面取り部とに生じた表面欠陥を同時に検出するウエハ用検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のウエハ用検査装置としては、ウエハの周端縁の厚さ方向の異なる部位を撮像する複数の撮像カメラとして、ウエハ周端縁の外周側面、面取りされた上面及び下面に対して撮像方向を略直角に対面させて夫々配置した側面用撮像カメラ、上面用撮像カメラ及び下面用撮像カメラを備え、これらの各撮像カメラが、Ｃ型の周端縁照明部からの照明を正反射で受け、これら反射光の明視野範囲に位置するように配置され、上記ウエハ周端縁の側面、上面及び下面にピットあるいは突起などが発生して、その正反射光が撮像カメラに入射されない部分は暗くなり、画像処理で欠陥として抽出されるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４３４６５号公報（第８−１３頁、図１５−１６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし乍ら、このような従来のウエハ用検査装置では、ウエハ周端縁の外周端面及び面取り部に対応して少なくとも３台以上のカメラが必要となるため、その構造が複雑化して大型化し、それによりコスト高になるという問題があった。
また、明視野のみの撮像で表面欠陥の検出を行っているため、例えばパーティクルやゴミなどの付着異物が、ピットなどのキズ欠陥として誤判定するおそれがあるという問題もあった。
【０００５】
本発明のうち第一の発明は、ウエハ周端縁の三面を一台のカメラで同時に画像検査することを目的としたものである。
第二の発明は、第一の発明の目的に加えて、画像検査の精度を更に向上させることを目的としたものである。
第三の発明は、第一の発明又は第二の発明の目的に加えて、パーティクルやゴミなどの付着異物をピットなどのキズ欠陥と分別して判定することを目的としたものである。
第四の発明は、第一の発明、第二の発明又は第三の発明の目的に加えて、オリフラ部の面像にエッジシャドーが発生するのを防止することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明のうち第一の発明は、ウエハ周端縁の外周端面及び面取り部から一台のカメラへ向けて、三つの屈曲する光路を有する光学系を設け、これら光路で導かれる反射光を上記一台のカメラで撮像して、上記外周端面及び上下面取り部の３面を同時に映像化することを特徴とするものである。
第二の発明は、第一の発明の構成に、前記光学系の光路途中に複数のプリズムを配置して、前記ウエハ周端縁の外周端面及び面取面からの反射光を屈折させ合成した構成を加えたことを特徴とする。
第三の発明は、第一の発明又は第二の発明の構成に、前記検査光を照射する照明として明視野照明と暗視野照明を備え、これら明視野照明と暗視野照明の光源を切り換えて撮像する構成を加えたことを特徴とする。
第四の発明は、第一の発明、第二の発明又は第三の発明の構成に、前記ウエハに対して前記カメラ及び光学系を相対的に移動させる移動手段と、ウエハのオリフラ部がカメラによる撮像位置に送達したことを検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じて上記移動手段を作動制御する制御手段とを備え、この制御手段は、上記オリフラ部の検出時に上記カメラ及び光学系を移動させる構成を加えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のうち第一の発明は、ウエハ周端縁の外周端面及び面取り部から一台のカメラへ向けて、三つの屈曲する光路を有する光学系を設け、これら光路で導かれる反射光を上記一台のカメラで撮像して、上記外周端面及び面取り部の３面を同時に映像化することにより、これら外周端面と面取り部及びその境界に生じた表面欠陥が同時に検出可能となる。
したがって、ウエハ周端縁の三面を一台のカメラで同時に画像検査することができる。
その結果、ウエハ周端縁の外周端面及び面取り部に対応して少なくとも３台以上のカメラが必要となる従来のものに比べ、その構造を簡素化してコンパクト化が可能になり、それによってコストの低減化を図ることができる。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明の効果に加えて、光学系の光路途中に複数のプリズムを配置して、ウエハ周端縁の外周端面及び面取面からの反射光を屈折させ合成することにより、反射光の散乱反射が防止される。
したがって、画像検査の精度を更に向上させることができる。
【０００９】
第三の発明は、第一の発明又は第二の発明の効果に加えて、検査光を照射する照明として明視野照明と暗視野照明を備え、これら明視野照明と暗視野照明の光源を切り換えて撮像することにより、暗視野においてパーティクルやゴミなどの付着異物とピットなどのキズ欠陥とが、それら反射形態の違いで識別され、明視野照明において検出される欠陥データと照合することで、付着欠陥が除去されてキズ欠陥のみになる。
したがって、パーティクルやゴミなどの付着異物をピットなどのキズ欠陥と分別して判定することができる。
その結果、明視野のみの撮像で表面欠陥の検出が行われる従来のものに比べ、パーティクルやゴミなどの付着異物をも欠陥として誤判定されることがなく、判定精度を向上させることができる。
【００１０】
第四の発明は、第一の発明、第二の発明又は第三の発明の効果に加えて、ウエハに対してカメラ及び光学系を相対的に移動させる移動手段と、ウエハのオリフラ部がカメラによる撮像位置に送達したことを検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じて上記移動手段を作動制御する制御手段とを備え、この制御手段が、上記オリフラ部の検出時に上記カメラ及び光学系を移動させることにより、外周端面及び面取り部が形成される円周部を撮像する時のカメラ及び光学系の位置と、オリフラ部を撮像する時のカメラの位置とが変えられる。
したがって、オリフラ部の面像にエッジシャドーが発生するのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のウエハ用検査装置の実施形態は、ウエハＷを回転可能に支持する支持部と、この支持部に支持されて回転させたウエハＷの周端縁を連続的に撮像する周端縁撮像部と、この周端縁撮像部で撮像した撮像データを処理する制御部とを備え、この周端縁撮像部は、図１〜図４に示すように、ウエハＷの周端縁の厚さ方向の異なる部位を撮像する一台のカメラ１と、該ウエハＷの周端縁に検査光を照射する照明２からなる。
【００１２】
上記ウエハＷの周端縁には、その外周端面Ｗ１と、これを厚さ方向に挟んで傾斜状に形成される一対の面取り部Ｗ２，Ｗ３が夫々形成され、これら外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３へ向けて、上記照明２から照射される検査光を正反射させ、夫々の正反射光を上記一台のカメラ１で撮像して映像化することにより、該外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３とに生じた例えばピットや突起などの表面欠陥を同時に検出している。
【００１３】
上記ウエハＷの周端縁に検査光を照射する照明２としては、図２〜図４に示すように、ＬＥＤなどを光源２ａと、上記ウエハ周端縁を包み込むように配置されて該光源２ａからから照射された検査光を球面反射し集光させる半球状の積分球２ｂとからなる積分球照明を使用することが好ましい。
【００１４】
上記ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３と一台のカメラ１との間には、三つの屈曲する光路３ａ，３ｂ，３ｃを有する光学系３が設けられ、これら光路３ａ，３ｂ，３ｃの途中に例えばプリズムやミラーなどの反射体４を配置して、該外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３からの各反射光を夫々分離しつつ導くとともに合成して一台のカメラ１で撮像することにより、上記外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３の３面を同時に映像化する。
【００１５】
さらに、上記ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１からの反射光を導く光路３ａは、上記ウエハＷの厚み方向へ調整移動自在に支持され、上記面取り部Ｗ２，Ｗ３からの反射光を導く光路３ｂ，３ｃは、上記ウエハＷの厚み方向へ調整移動自在に支持されるとともに、それら撮像画像のフォーカスを独自に調整するフォーカス調整機構が備えられることにより、該ウエハＷの径寸法や厚み寸法の変化に対応してフォーカス調整できるようにすることが好ましい。
【００１６】
上記制御部における画像処理では、欠陥コントラストと適度な面拡散光により面のザラツキ感を白くフェードさせ、欠陥とのコントラスト差を出すことが必要だが、同軸入射軸を上記プリズムやミラーなどの反射体による光学系で軸回転させることで正反射光を逃がし、適切なコントラストに調整することが可能となる。
【００１７】
また、上記ウエハＷとしては、図５〜図７に示すように、その周端縁の一部に平面状のオリフラ（オリエンテーションフラット）部Ｗ４が形成されるものについても外観検査を可能にすることが好ましい。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
この実施例１は、図１（ａ）に示すように、前記光学系３の光路３ａ，３ｂ，３ｃ途中に複数のプリズム４を夫々配置して、その下流側にテレセントリック撮像レンズ５を配置することにより、前記ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１及び上下面取り部Ｗ２，Ｗ３からの各反射光を例えばＣＣＤカメラなどのラインセンサカメラ１へ向け平行に導き、これらの３画像をリレー合成により、図１（ｂ）に示すように、該ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３に相当するＡ部分、Ｂ部分、Ｃ部分の３画像が一方向へ並んで同時に表示され、同時に画像検査するようにしている。
【００１９】
前記ウエハＷの周端縁に検査光を照射する積分球照明２は、図２〜図４に示すように、前記積分球２ｂの球芯（積分中心）を通るように、該ウエハ周端縁が回転可能に挿入されて、この積分球２ｂの積分中心に上記面取り部Ｗ２，Ｗ３の撮像中心が合うように配置される。
上記積分球２ｂの内部には、ウエハ周端縁を挟むように上記積分球２ｂの上下には、前記光源２ａとして照明面積が多くてフラットな面光源を夫々配置し、上記ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３の背後から積分球２ｂへ向けて照明している。
この光源２ａの背後には、図示しないが、外光による影響を制限するための遮光カバー２ｃを設けることが好ましく、この遮光カバーには、該ウエハ周端縁を回転可能に挿入するスリットが形成される。
【００２０】
さらに、上記光源２ａのウエハ側の先端には、例えばルーバーやブラインドなどの遮光板２ｃを配置し、上記ウエハ周端縁の面取り部Ｗ２，Ｗ３に対する照明角度を制限して直接照明されないようにすることにより、該面取り部Ｗ２，Ｗ３とウエハ面との間に形成されるコーナー部Ｗ５及び面取り部Ｗ２，Ｗ３と外周端面Ｗ１との境界に形成されるコーナー部Ｗ６が白く光ることを防止している。
【００２１】
また、上記ウエハ周端縁の外周端面Ｗ１に対する上記光源２ａからの積分中心照明の正反射が撮像レンズに効率良く入射するように、該ウエハＷの円周方向へ所定角度シフトさせて、該外周端面Ｗ１に相当するＢ部分の画像の中心に黒いスジの影が発生しないようにしている。
図示例の場合には、図３に示すように、上記積分球２ｂの積分中心線と、ウエハＷの中心を通る撮像軸とを一致させ、該積分球２ｂの積分中心からウエハＷの円周方向へ所定角度（約１４度）以上傾斜した位置に、上記外周端面Ｗ１のモニタ光路３ａのポート２ｄを開穿している。
その他の例として、図示しないが、上記積分球２ｂをその積分中心線が、ウエハＷの中心を通る撮像軸に対し、ウエハＷの円周方向へ所定角度（約１４度）以上傾斜させて取り付けることや撮像軸をオフセットすることも可能である。
【００２２】
さらに、上記積分球２ｂの上下には、上記外周端面Ｗ１のモニタ光路３ａのポート２ｄを開穿している。
【００２３】
一方、上記光学系３の光路３ａ，３ｂ，３ｃは、図５〜図７に示すように、カバーケース３ｄで覆われ、上述した積分球照明２及び上記カメラ１と一体化して、これら全体を、前記支持部に回転可能に支持されるウエハＷに対し、移動自在に支持している。
【００２４】
さらに、上記積分球照明２の光源２ａの明視野照明に加えて、ＬＥＤなどを光源とした暗視野照明が備えられ、明視野照明でウエハＷの周端縁を一回転させて、外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３の全外周を撮像した後、次に暗視野照明でもう一回転させて撮像を行う。
それにより、暗視野において例えばパーティクルやゴミなどの付着欠陥とピットなどのキズ欠陥とを、それらの反射形態の違いで識別し、明視野照明で検出された欠陥データと照合することで、付着欠陥を除去しキズ欠陥のみにしている。
【００２５】
そして、このようなウエハ用検査装置を用いて、オリフラ部Ｗ４が形成されたウエハＷの外観検査を行う場合には、ウエハＷの回転に伴い上述した外周端面Ｗ１及び面取り部Ｗ２，Ｗ３が形成される円周部Ｗ５を撮像する時のカメラ１の位置と、オリフラ部Ｗ４を撮像する時のカメラ１の位置とを変えることで、オリフラ部Ｗ４の面像にエッジシャドー（黒いスジの影）が発生しないようにしている。
【００２６】
即ち、円周部Ｗ５を撮像する時のカメラ１の位置で、そのまま平面状のオリフラ部Ｗ４を撮像すると、オリフラ部Ｗ４は円周部Ｗ５に比べて凹んでいるため、カメラ１との位置関係が変化し、それによりオリフラ部Ｗ４の面像に黒いスジの影が発生する。
【００２７】
そこで、このようなウエハ用検査装置には、ウエハＷを回転させる回転駆動部と、このウエハＷに対して上述したカメラ１、積分球照明２及び光学系３を相対的に移動させる移動手段と、ウエハＷのオリフラ部Ｗ４がカメラ１による撮像位置に送達したことを自動的に検出する検出手段と、この検出手段による検出結果に応じて上記回転駆動部、カメラ１及び移動手段を夫々作動制御する制御手段とを備え、この制御手段は、ウエハＷのオリフラ部Ｗ４がカメラ撮像位置に送達した時にウエハＷの回転を停止させ、カメラ１、照明２及び光学系３を黒いスジの影が発生しない位置に移動させている。
【００２８】
その具体例を図５（ａ）〜（ｆ）、図６（ａ）（ｂ）及び図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明すると、先ず図５（ａ）（ｂ）に示すように、ウエハＷの回転に伴って円周部Ｗ５の撮像が終了しても、そのまま図６（ａ）に示すように撮像を続けると、図６（ｂ）に示すように、画像のオリフラ部Ｗ４側に黒スジが発生する。
【００２９】
これを防止するため、図５（ｃ）に示すように、ウエハＷの回転を停止して、カメラ１、照明２及び光学系３をウエハＷの回転方向へ平行移動させ、続いて図５（ｄ）及び図７（ａ）に示すように、ウエハＷを正回転又は逆回転して屈曲部Ｗ６を再撮像すると、オリフラ部Ｗ４側の黒スジが除去される。
【００３０】
その後は、図５（ｅ）に示すように、ウエハＷを正回転してオリフラ部Ｗ４と平行になったら回転を停止し、このオリフラ部Ｗ４の端部までカメラ１、照明２及び光学系３をウエハＷの回転方向へ平行移動させるとともに焦点を合わせるためにオリフラ部Ｗ４へ向けて接近移動し、続いて図５（ｆ）に示すように、カメラ１、照明２及び光学系３をオリフラ部Ｗ４に沿って平行移動させて、オリフラ部Ｗ４を撮像する。
それ以降は、上述した作動を繰り返して黒スジの除去を行う。
【００３１】
なお、前示実施例では、前記ウエハ周端縁に検査光を照射する照明２として光源２ａと該ウエハ周端縁を包み込むように配置される積分球２ｂとからなる積分球照明を使用する場合を示したが、これに限定されず、それ以外の照明を使用しても良い。
また、光路３ａ，３ｂ，３ｃの途中に例えばプリズムやミラーなどの反射体を配置してそれらにより導かれる反射光を一台のカメラ１に導いたが、これに限定されず、プリズムやミラーなどの反射体に代え、ファイバースコープなどを配置して、三つの屈曲する光路３ａ，３ｂ，３ｃが形成されるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のウエハ用検査装置の一実施例を示し、（ａ）が結像光学系光路図であり、（ｂ）が撮像画像とウエハの位置関係を示す説明図である。
【図２】ウエハと照明の位置関係を示す縦断側面図である。
【図３】ウエハと照明の位置関係を示す横断平面図である。
【図４】ウエハと照明の位置関係を示すウエハ側から見た正面図である。
【図５】撮像ステップを示す説明図で、（ａ）〜（ｆ）の順番に従って撮像が行われる。
【図６】（ａ）が撮像ステップの途中を示す説明図で、（ｂ）がその撮像画像である。
【図７】（ａ）が撮像ステップの途中を示す説明図で、（ｂ）がその撮像画像である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｗ  ウエハ                          Ｗ１  外周端面
Ｗ２，Ｗ３  面取り部                Ｗ４  オリフラ部
Ｗ５，Ｗ６  コーナー部              １  カメラ
２  照明（積分球照明）              ２ａ  光源
２ｂ  積分球                        ２ｃ  遮光カバー
２ｄ，２ｅ  ポート                  ３  光学系
３ａ，３ｂ，３ｃ  光路              ４  反射体（プリズム）
５  テレセントリック撮像レンズ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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