(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光光源によって照明し、検査対象物の鏡面状表面の画像をテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段により撮像し、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から検査対象物の鏡面状表面の微小凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、上記拡散光光源は検査対象物上のリニアセンサアレイの撮像箇所を帯状に照明することを特徴とする表面欠陥検出方法。
【請求項２】
前記拡散光光源は近赤外線光源であることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。
【請求項３】
前記撮像手段は近赤外線フイルターを備え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光することを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。
【請求項４】
移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光によって照明する拡散光光源と、検査対象物の鏡面状表面の画像と撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段と、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から検査対象物の鏡面状表面上の微小凹凸欠陥を検出する画像処理手段とを備える表面欠陥検出装置であって、上記拡散光光源は検査対象物上のリニアセンサアレイの撮像箇所を帯状に照明するように光の出射部が配置されていることを特徴とする表面欠陥検出装置。
【請求項５】
前記拡散光光源は近赤外線光源であることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出装置。
【請求項６】
前記撮像手段は近赤外線フイルターを備え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光することを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出装置。
【請求項７】
前記検査対象物は、円板のエッジ部であり、前記拡散光光源は光源部が円弧状または楕円弧状または門型であり、前記検査対象物の面取り部および側面部を撮像する複数の前記撮像手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体用のシリコンウエハのエッジ部の微少凹凸状の欠陥およびその他の鏡面板の上にある微少凹凸状の欠陥を検出することができる表面欠陥検出方法および表面欠陥検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の形成に用いるシリコンウエハのエッジ部の検査は、鏡面部の検査と比べてこれまで重視されてこなかった。ところが、半導体用のシリコンウエハのエッジ部に、打痕、クラック、微少突起およびパーティクルの付着などの欠陥があると、この欠陥が原因でシリコンウエハに致命的な不具合が発生することがある。
【０００３】
シリコンウエハのエッジ部に打痕、クラック等がある場合では、熱処理工程などの工程でシリコンウエハに熱が加えられると、これらの欠陥が原因となってシリコンウエハの鏡面部すなわち半導体回路が形成される面にクラックが発生して不良品となるおそれがある。
【０００４】
一方、シリコンウエハのエッジ部にパーティクルが付着している場合では、工程が進むにつれてこのパーティクルが鏡面部に転位して付着するおそれがある。あるいは、打痕、クラック部の一部が剥離し鏡面部に付着するおそれがある。
【０００５】
近年、ＬＳＩの集積度が高くなり、ファインピッチ化の要求が高まるにつれてシリコンウエハの鏡面部にこのような微少なパーティクルが付着したり、鏡面にクラックが発生したシリコンウエハを次に工程に供給するのを完全に排除しなければならず、そのためには半導体用のシリコンウエハのエッジ部に打痕、クラック、パーティクルの付着などの欠陥の有無を厳密に検査する必要がある。
【０００６】
半導体用のシリコンウエハのエッジ部以外の鏡面の微少凹凸欠陥検査には、鏡面仕上げされている表面に平行光線を当てて、コリメートレンズにより反射輝度の濃淡を発生させることにより、表面の微少凹凸の検査を行うことができる。
【０００７】
しかし、この検査方法をシリコンウエハのエッジ部の表面の微少凹凸の検査に用いることはできない。なぜなら、シリコンウエハのエッジ部は、幾つかの平面部とＲ部分からなるために、一定方向の平行光では一つの面のみが検出可能であり、他の平面部およびＲ部の欠陥の有無を判別することができる画像を撮像することができない。
【０００８】
そこでシリコンウエハなどの面取りあるいはテーパを有するエッジ部の検査について幾つかの提案がなされている。
【０００９】
特許２９９９７１２号ではレーザーの回折現象を利用して凹凸欠陥を検出する方法が開示されているが、この方法では微細クラックや微少突起の欠陥を検出することが困難であり、さらに汚れに過剰に検出するという不具合がある。
【００１０】
また特開平２０００．４６５３  ７号公報にはエッジ面の欠陥内部に焦点を合わせて欠陥と研摩くずなどと区別して欠陥の検出を行う方法が提案されているが、被写界深度を浅くすることが必要であり、ウエハの偏心や撮像装置のアライメント誤差などにより微細クラックや微少突起の検出が困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上術したように、半導体用のシリコンウエハのエッジ部以外の鏡面の凹凸欠陥検査に用いられている検査方法では、ほぼ平坦な面以外の表面の凹凸状欠陥の検査に用いることができない。
【００１２】
また今まで提案されているエッジ部の欠陥を検出する方法は、上記の説明から明らかなように微少クラックおよび微少突起を検出するのに適切な方法とはいえず、また、表面の汚れを欠陥と過って認識するおそれがある。
【００１３】
上記問題を鑑み、本発明は、シリコンウエハなどのエッジ部のように立体的な面あるいは不定形の面の微少凹凸状欠陥を検出することを可能にするとともに、検査対象面の汚れなどを過って欠陥と認識することを無くすることで検査精度を向上させ、さらに検査のスループットを高く設定することができる表面欠陥検査方法およびその検査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光光源によって照明し、検査対象物の鏡面状表面の画像をテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段により撮像し、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から検査対象物の鏡面状表面上の微小凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、上記拡散光光源は検査対象物上のリニアセンサアレイの撮像箇所を帯状に照明することを特徴とする。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明の表面欠陥検出方法において、前記拡散光光源は近赤外線光源であることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明の表面欠陥検出方法において、前記撮像手段は近赤外線フイルターを備え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光することを特徴とする。
【００１７】
第４の発明は、移動する検査対象物の鏡面状表面を拡散光によって照明する拡散光光源と、検査対象物の鏡面状表面の画像と撮像するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段と、このリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度から検査対象物の鏡面状表面上の微小凹凸欠陥を検出する画像処理手段とを備える表面欠陥検出装置であって、上記拡散光光源は検査対象物上のリニアセンサアレイの撮像箇所を帯状に照明するように光の出射部が配置されていることを特徴とする。
【００１８】
第５の発明は、第４の発明の表面欠陥検出装置において、前記拡散光光源は近赤外線光源であることを特徴とする。
【００１９】
第６の発明は、第４の発明の表面欠陥検出装置において、前記撮像手段は近赤外線フイルターを備え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光することを特徴とする。
【００２０】
第７の発明は、第４の発明の表面欠陥検出装置において、前記検査対象物は、円板のエッジ部であり、前記拡散光光源は光源部が円弧状または楕円弧状または門型であり、検査対象物の面取り部および側面部を撮像する複数の前記撮像手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
【作用】
本発明の表面欠陥検査装置は、拡散光光源によって検査対象物の鏡面状表面を照明するので、複数の平面から構成される立体的な形状の検査対象物であっても撮像可能に照明することができるとともに、検査対象物の鏡面状表面の画像をテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段により撮像する結果、鏡面状検査対象物表面の微少凹凸状欠陥をリニアセンサアレイから出力される信号の明暗度として検出することを可能にしている。
【００２２】
また、拡散光光源を近赤外線光源とし、撮像手段に近赤外線フイルターを用いるなどの手段を用いることにより検査表面の濃度および汚れの影響を軽減することができる。
【００２３】
さらに、前記拡散光光源の形状を円弧状または楕円弧状または門型にすることにより円板のエッジ部分のテーパ部および端面を同時に照明することにより立体的な形状の表面にある微少凹凸状欠陥を検出することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図をもって本発明の表面欠陥検査装置および検査方法について詳細に説明する。なお、本発明は本実施例によって限定されるものではない。
【００２５】
図１は本発明による表面欠陥検査装置１を側面図でもって示すものであり、図２は表面欠陥検査装置１の平面図である。図１および図２でもって示す表面欠陥装置１は半導体製造用のシリコンウエハ６のエッジ部を検査対象物とする場合の実施例を示すものであり、撮像手段として上面用撮像手段２、側面用撮像手段３および下面用撮像手段４を備える。また、照明手段としてＣ型光源５を用いている。
【００２６】
シリコンウエハ６のエッジ部は図３に示すように、２つのテーパ部、上側テーパ面６１と下側テーパ面６３および側面６２とからなる。それぞれの面と他の面との交叉部はＲ面で滑らかに繋がれている。
【００２７】
Ｃ型光源５は、図１に示すように発光部が帯状でかつ円弧状あるいは楕円弧状に形成されている拡散光光源であり、シリコンウエハ６のエッジ部を上下および側面方向から拡散光でもって照明する。
【００２８】
図２に示すように、Ｃ型光源５はシリコンウエハ６の半径方向から僅かに傾けた姿勢で配置され、側面用撮像手段３はシリコンウエハ６の半径方向から反対側に傾けた姿勢で配置されることで、Ｃ型光源５から出た光の正反射光を最も効率よく受ける構成としている。
【００２９】
一方、上面用撮像手段２および下面用撮像手段４は、図１に示すように、それぞれ、シリコンウエハ６のエッジ部の上側テーパ面６１と下側テーパ面６３にほぼ正対するように配置され、側面用撮像手段３と同様に、Ｃ型光源５から出た光の正反射光を最も効率よく受ける位置に配置される。
【００３０】
シリコンウエハ６は、円形の形状をしており、図示しない回転テーブルに載置されて一定速度で回転する。上面用撮像手段２、側面用撮像手段３および下面用撮像手段４のラインセンサアレイは、シリコンウエハ６のエッジ部の画像を連続的にスキャンし、その出力を画像処理装置７に送って欠陥の検出を行う。
【００３１】
図４は、上面用撮像手段２、側面用撮像手段３および下面用撮像手段４に適用されているテレセントリック光学系を説明する説明図である。
【００３２】
像側レンズ８１とリニアセンサ側レンズ８３との間に絞り８２が配置されており、その位置は、像側レンズ８１の後側焦点であって、かつリニアセンサ側レンズ８３の前側焦点である位置に置かれる。このように構成されている光学系では、主光線は像側レンズ８１の光軸に平行な光線となり、さらにリニアセンサ側レンズ８３を通過した主光線はリニアセンサ側レンズ８３の光軸に平行になる。すなわち、リニアセンサアレイ８４には、テレセントリック光学系の光軸に平行な光線のみ入射することになる。
【００３３】
リニアセンサアレイ８４は、ＣＣＤ電荷素子を一列に配置した高い解像度を得られ受光素子であり、検査対象物の移動方向と直交する方向に配置してスキャンを行うことで、２次元画像を得る撮像素子であって、回転運動するシリコンウエハ６のエッジ部の表面を連続的に撮像する。
【００３４】
次に本実施例の表面欠陥検査装置の機能と検査手順について説明する。
図示しない回転テーブルに載置されたシリコンウエハ６はその中心軸を回転中心にして一定速度で回転している。この間に上面用撮像手段２、側面用撮像手段３および下面用撮像手段４に備えられているラインセンサアレイ７４がそれぞれ上側テーパ面６１、側面６２および下側テーパ面６３の画像を連続的に撮像する。
【００３５】
本発明の表面欠陥検査装置に用いる撮像手段はテレセントリック光学系撮像手段であるために、撮像手段の光学系の光軸に平行な光線のみ撮像素子のリニアセンサアレイ８４に入射する。したがって、図５に示すように、撮像している面に微少凹凸がある箇所では光が散乱する結果、撮像手段に入射する光軸に平行は光線が減少し、平坦である箇所とは明暗の差が生じる。本発明の微少凹凸欠陥検査装置ではこの性質を利用して検査面の微少凹凸を明暗度の違いとして検出する。
【００３６】
本発明の欠陥検査装置に用いる光源は拡散光照明であり、さらに光源が円弧状の形状をしているために、上側テーパ面６１、側面６２および下側テーパ面６３の全面にわたって多方向から照明することになり、そのうち正反射光が撮像手段の光軸と平行になるものがラインセンサアレイ７４に入射する。
【００３７】
従来のように平行光線で照明すると、図３に示すＲ部においては反射光が散乱して暗い画像となる結果、表面の欠陥を検出することができない。一方本発明のように光源を拡散光光源とすることによりＲ部における反射光で撮像手段に入射する光が存在するために明るい画像が得られ、欠陥の有無を検出することが可能となる。
【００３８】
このように、立体的な形状の撮像対象であっても、拡散光光源で照明し、テレセントリック光学系の撮像手段により撮像することにより、すべての検査対象面の微少凹凸を確実に検出することができる。
【００３９】
また、本実施例の表面欠陥装置では、撮像素子にリニアセンサアレイを用いているために、２次元のエリアセンサと比較して高い解像度を得ることが可能となり、微細な凹凸状欠陥の検出を行うことができる。また、リニアセンサアレイのスキャン速度はエリアセンサと比較して格段と速いので、高いスループットを保証し、検査処理能力が高い。
【００４０】
さらに、光源として近赤外線光を用いるか、あるいは撮像手段に近赤外線光のみ通すフィルターを用いることで、汚れの影響を受けにくい検査装置を構成することが可能となる。
【００４１】
本実施例では、シリコンウエハのエッジに存在する微少凹凸状の欠陥を検出する表面欠陥検出装置として説明したが、これに限るものではなく性状の異なる複数の面を持つ形状の検査対象物に存在する微少凹凸状の欠陥を検査することができる。
【００４２】
例えば、図６に示すように段差のある検査対象面９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃを有する検査対象物であっても、拡散光照明９３でもってこれらの検査対象面９３を照明し、撮像手段９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃで撮像することにより、検査対象面に存在する微少凹凸状の欠陥を明暗度の違いにより検出することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の表面欠陥検出方法および表面欠陥検出装置は、拡散光光源で照明し、テレセントリック光学系の撮像手段により撮像することにより、立体的な形状の撮像対象であってもすべての検査対象面の微少凹凸を確実に検出することを可能にしたものであり、シリコンウエハなどのエッジ部のように立体的な面あるいは不定形の面の微少凹凸状欠陥を検出するのに用いることができる。
【００４４】
また、光源および受光を近赤外線光とすることにより、汚れを欠陥と過って認識することを防ぎ検出精度を向上させることを可能にする。
【００４５】
さらに、撮像手段にラインセンサアレイを用いることで、高い解像度およびスループットが得られ、生産性の向上に寄与すること大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の表面欠陥装置の外観を示す説明図である。
【図２】本実施例の表面欠陥装置の側面図である。
【図３】シリコンウエハのエッジ部の詳細説明図である。
【図４】テレセントリック光学系を説明する説明図である。
【図５】微少凹凸のある面を説明する説明図である。
【図６】他の立体的な検査対象物を示す説明図である。
【符号の説明】
１  表面欠陥検査装置
２  上面用撮像手段
３  側面用撮像手段
４  下面用撮像手段
５  Ｃ型光源
６  シリコンウエハ
７  画像処理装置
８  テレセントリック光学系撮像手段
５１  発光面
６１  上側テーパ面
６２  側面
６３  下側テーパ面
８１  像側レンズ
８２  絞り
８３  リニアセンサ側レンズ
８４  リニアセンサアレイ
９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ  検査対象面
９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ  撮像手段
９３  拡散光光源
【図１】
0003709426.tif 000002
【図２】
0003709426.tif 000003
【図３】
0003709426.tif 000004
【図４】
0003709426.tif 000005
【図５】
0003709426.tif 000006
【図６】
0003709426.tif 000007