(57)【要約】【課題】基板端部に発生する研磨痕を、効率良く検出することができる基板端面端面検査装置を提供する。【解決手段】照明光学系１から放出された照明光は、ウエハ２のベベル部３を斜め照明する。一方、ベベル部３の鉛直方向上方には、撮像光学系４が設けられており、ベベル部３の研磨痕により発生する回折光を受け、その像を撮像装置５の撮像面上に結像するようになっている。撮像光学系４の光軸は鉛直方向向きとされている。照明光学系１の光軸は、鉛直方向からθだけ傾いており、この結果ベベル部３での正反射光は撮像光学系４の対物レンズに入射することができない。そして、ベベル部３の研磨痕により発生する回折光が撮像光学系４の対物レンズに入射するようになっている。【選択図】  図１
2008180601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の端面を検査する基板端面検査装置であって、
前記端面を照明する照明光学系と、
前記端面からの光を受光する受光光学系とを有し、
前記受光光学系は、前記端面からの光のうち回折光のみを受光する位置に配置されてなる基板端面検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基板端面検査装置であって、
前記受光光学系は、その光軸が前記基板の面に対して垂直になるように、前記基板上方に配置され、
前記照明光学系の光軸は、前記受光光学系の光軸に対して、略１０〜２０°傾斜して配置されてなる基板端面検査装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の基板端面検査装置であって、前記回折光の強度及び波長から前記端面に存在する欠陥の大きさを導き出す処理装置を備えた基板端面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板端面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでウエハの検査は、表、裏面の傷やゴミ、クラックの有無、膜ムラ等を検出することが主流であり、端面部は比較的軽視されがちであった。しかし近年端面部の欠陥が歩留に大きく影響することが認識され始め、ウエハ端面を検査する要求が高まっている。具体的にはウエハ端面に欠陥がある場合、チップの製造プロセスに中に最悪ウエハが割れることがある。この場合そのウエハ上の全チップが不良となるだけでなく、製造装置、検査装置の汚染をも引き起こすことになり、製造プロセスそのものに大きな影響を与えることになる。
【０００３】
ウエハ端面部は側面に向かって傾斜したベベル部、側面のアペックス部からなり、欠陥としては膜のエッジカット不良やクラック、傷などがある。
【０００４】
従来のウエハ検査装置には顕微鏡が用いられているが、これらの顕微鏡は、照明光学系の光軸と撮像光学系の光軸を途中で同一とし、共通の対物レンズを介して、ウエハの被検査部を落射照明し、被検査部からの正反射光を撮像光学系で撮像するようになっている。このような、ウエハ検査装置は、ウエハの表、裏面を検査するためには有効であるが、ベベル部を検査する場合には、正反射光が対物レンズに入射することができない。よって、観察される画像は図５に示すようになり、表裏面２１の画像は明るく見えるがベベル部２２の画像が暗くなってしまい、その結果ベベル部の検査ができないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、例えばＷＯ２００３／０２８０８９号公報（特許文献１）に記載されるようなウエハの端面検査装置が提案されている。この装置は顕微鏡対物レンズや落射テレセントリック照明結像光学系を用いて、ウエハ端面部の画像を取得し、画像から欠陥を検出するものである。
【特許文献１】ＷＯ２００３／０２８０８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、欠陥を検出する最適な照明条件等についてはふれられておらず、どのような欠陥を検出できるのか不明瞭な点がある。またウエハのベベル部は状態を整えるために切削等の処理が行われることがある。このときベベルに切削痕（研磨痕）が残ればここにゴミが溜まりこれが内部の基板に影響を及ぼす可能性があるため、このような切削痕の検出も必要とされている。しかし一般にこのような傷は1μm以下と非常に小さく、通常の低倍顕微鏡測定では検出できないものもある。
【０００７】
また高倍顕微鏡では検出することは可能であるが、視野範囲、焦点深度が非常に狭くなるなど測定に大きな制限がついてしまう。ＳＥＭを用いても研磨痕の測定は可能であるが、基板を小さくカットするなど測定が大掛かりなものになってしまう。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、基板端部に発生する研磨痕を、効率良く検出することができる基板端面検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板の端面を検査する基板端面検査装置であって、前記端面を照明する照明光学系と、前記端面からの光を受光する受光光学系とを有し、前記受光光学系は、前記端面からの光のうち回折光のみを受光する位置に配置されてなる基板端面検査装置である。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記受光光学系は、その光軸が前記基板の面に対して垂直になるように、前記基板上方に配置され、前記照明光学系の光軸は、前記受光光学系の光軸に対して、略１０〜２０°傾斜して配置されてなるものである。
【００１１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記回折光の強度及び波長から前記端面に存在する欠陥の大きさを導き出す処理装置を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板端部に発生する研磨痕を、効率良く検出することができる基板端面検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であるウエハ端面検査装置の照明光学系と撮像光学系の配置の概要を示す図である。照明光学系１から放出された照明光は、水平なホルダー（図示せず）上に保持されたウエハ２のベベル部３を斜め照明する。一方、ベベル部３の鉛直方向上方には、撮像光学系４が設けられており、ベベル部３の研磨痕により発生する回折光を受け、その像を撮像装置５の撮像面上に結像するようになっている。撮像光学系４の光軸は鉛直方向の向きとされている。ホルダーの回転によりウエハの回転位置を任意に変え、被検査位置を変えることができる。
【００１４】
照明光学系１の光軸は、鉛直方向からθだけ傾いており、この結果ベベル部３での正反射光は撮像光学系４の対物レンズに入射することができない。そして、前述のように、ベベル部３の研磨痕により発生する回折光が撮像光学系４の対物レンズに入射するようになっている。検証を行った結果、研磨痕は正反射光ではほとんど見えず、回折光でよく見えることが判明した。
【００１５】
照明光学系１の鉛直方向からの角度θを、ベベル部３からの正反射光と回折光が共に撮像光学系４の対物レンズに入射するように設定すると、撮像される像に正反射光が結像する明るい場所と正反射光が結像しない暗い場所ができてしまい、正反射光が入射する明るい場所では、正反射光がノイズとなって、回折光により形成される像を観測することができない。つまり照明光学系１は、正反射光成分が撮像光学系４の対物レンズに入射できず、回折光のみ撮像光学系４の対物レンズに入射するような配置にすることが必要である。ベベル部３上の正反射光成分の位置は照明光学系とベベルの相対角度、及び照明ＮＡよって変化するが、通常のウエハの場合、照明光学系を図１に示すような配置とし、θを10〜20°にすることで、正反射光成分が撮像光学系４の対物レンズに入射できず、回折光のみ撮像光学系４の対物レンズに入射するような配置にすることができ、最適に研磨痕を検出できることが判明した。さらに照明光学系１は照明ＮＡをある程度確保することで、幅広いサイズの研磨痕検出が可能となることに加えて、ベベル部３の傾斜変化にも対応することが可能となる。照明光学系１の照明ＮＡをあまり大きく取れない場合は、ベベル部３の傾斜変化に対応するため照明光学系１の配置角度を調整する機構を備えていることが望ましい。
【００１６】
次に撮像光学系４について述べる。ベベル部３は図１に示したとおり傾斜しており、鉛直方向からベベル全面を見るためには深い焦点深度が必要である。焦点深度は幅で200μm程度あることが望ましい。これを達成するには撮像光学系４の対物レンズのＮＡは0.05程度となり、低倍率のテレセントリック対物レンズがふさわしい。低倍率の対物レンズを使用することで、一度に検査できる領域が広くなるというメリットもある。
【００１７】
このようなウエハ端面検査装置により観察される画像の概念図を図２に示す。正反射光が入射しないので、表裏面２１の画像、ベベル部２２の画像とも暗くなっているが、回折光により結像される研磨痕の像２３が、明るく観察される。
【００１８】
以下、具体例をあげて説明する。照明光学系１の照明ＮＡを0.17（角度10°）で、配置をθ＝15°とする。つまり照明の角度は鉛直から5〜25°までを満たしているとする。撮像光学系４の対物レンズのＮＡを0.04(角度2.3°)、ベベル部３の傾斜を30°とする。連続する研磨痕のピッチを1μm（研磨痕のサイズは0.5μm、一般に研磨痕のサイズとは、研磨痕のピッチの１／２を言う）としたとき、回折光の様子をシミュレーションした結果を図３に示す。図３は２次の回折光について示したもので、角度は鉛直から時計回り方向を正にとってある。つまり図１の入射角θは図３において負の角度となる。図３において、中央のハッチをかけた矩形部分が観察可能範囲であり、横方向の幅は照明光学系１のＮＡで決定され、縦方向の幅は撮像光学系４のＮＡで決定される。
【００１９】
図３を見ると例えば照明光の入射角θを−10°としてベベル部３を照明すると、赤の回折光は−13°、黄の回折光は−2°、青の回折光は10°の方向に出射することが分かる。撮像光学系４の対物レンズは角度±2.3°の光を拾うことができるため、先の回折光（θ＝−10°の場合）では黄色に近い光が対物レンズに入射し、撮像装置５の撮像面上に結像されることになる。照明光学系は角度−5〜−25°まで満たした光でベベルを照明するため、図３で、中央のハッチをかけた矩形部分の領域の光が全て４の撮像面上の結像に寄与することになる。つまり照明ＮＡが大きいと幅広い回折光を発生できることになり、幅広い研磨痕のサイズに対応することが可能となる。
【００２０】
このとき、ハーフピッチが0.5μｍの研磨痕に対して、入射角度−25°の角度で入射した照明光から発生した回折光のうち赤の光が、入射角度−5°の角度で入射した照明光から発生した回折光のうち青と黄の間、すなわち緑の光が対物レンズに入射することになり、これらの光が重なり合って結局白っぽい光が撮像光学系４の撮像面上に結像される。つまりハーフピッチ0.5μmの研磨痕は白っぽい光として検出できることが分かる。回折光として３次光まで考えると表１の範囲にある研磨痕を検出することが可能である。
【表１】
2008180601.tif 000003
【００２１】
撮像光学系４の対物レンズは先に述べたとおり焦点深度を稼ぐためにＮＡ0.05程度のものを使用することが望ましいが、開口数が小さくなると解像力が落ちるというデメリットがある。例えばＮＡ0.05ではエアリーディスクの半径は波長d線において7μmとなり、本来この程度の傷しか検出できない。しかし上記のとおり回折光を利用することで、これよりも一桁小さい研磨痕の検出が可能となる。
【００２２】
次に本発明の応用について説明する。先に述べた具体例では照明光として、入射角に広がりのある光（ＮＡの大きな光）を用いたため、様々な色の回折光が重なり合って研磨痕は白っぽく検出される。これに対し、本応用例では照明光学系は照明ＮＡをできるだけ絞ってベベル部３を照明する。このときベベル部３の研磨痕はそのサイズに応じた色と強度を示すことになる。撮影画像からこの強度と色を検出することで、研磨痕のサイズを推定することが可能である。まず強度を検出することで回折光の次数を推定することができる。照明光学系１の配置角度は既知であり、ベベル部３の傾斜角を事前に測定しておくことで、先の図３と同等のシミュレーションを行うことができる。これにより所定の入射角における回折光が検出した色に近くなるような研磨痕のピッチを求めることが可能である。例えば照明光の入射角度を15°とし、ベベル部３の傾斜が30°のウエハを測定した結果、回折次数が２次と思われる赤い研磨痕を検出したとする。この様子をシミュレーションした結果を図４に示す。図４においては、照明光学系１の照明ＮＡが絞られているので、中央のハッチをかけた矩形部分の領域の横幅が狭くなり、検出される回折光が色づいて見えるようになる。
【００２３】
図４の場合、中央のハッチをかけた矩形部分の領域に入る光は赤色である。予め定められた、色と研磨痕ピッチとの関係から、この場合２次回折光に対応する研磨痕のピッチは1.1μmであることが分かる。つまり研磨痕のサイズはハーフピッチ0.6μm程度であると予想される。この応用例を用いることで、取得した研磨痕のデータから研磨痕のサイズを推定することが可能である。すなわち、予め観測される色と研磨痕のサイズの関係を各回折光の次数ごとに求めておき、観察の結果、回折光の強さで回折光の次数を決定し、決定された回折光について、色と研磨痕のサイズの関係を利用して、研磨痕のサイズを求める。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態であるウエハ検査装置の照明光学系と撮像光学系の配置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態であるウエハ検査装置を用いてウエハのベベル部を検査した場合の、撮影画像を示す模式図である。
【図３】照明ＮＡがある程度大きい場合の回折光のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】照明ＮＡが小さい場合の回折光のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】従来のウエハ検査装置を用いてウエハのベベル部を検査した場合の撮像画面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…照明光学系、２…ウエハ、３…ベベル部、４…撮像光学系、５…撮像装置
【図１】
2008180601.tif 000004
【図２】
2008180601.tif 000005
【図３】
2008180601.tif 000006
【図４】
2008180601.tif 000007
【図５】
2008180601.tif 000008