(57)【要約】【課題】端部検査装置の小型化および簡略化が可能であり、かつ被測定物の端部の材質の変化が欠陥として誤検出されにくい端部検査装置を提供する。【解決手段】本発明の端部検査装置１０は、投光部７と受光部８と変位センサアンプ４とデータ処理装置５とを備えている。投光部７は、半導体ウエハ１の端部１ａに対して光を投光する。受光部８は、半導体ウエハ１の端部１ａで反射した正反射光を受光する。変位センサアンプ４およびデータ処理装置５は、受光部８が受光した正反射光の光量の分布の変化により、半導体ウエハ１の端部１ａの変位量を演算する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の端部に対して光を投光する投光部と、
前記被測定物の端部で反射した正反射光を受光する受光部と、
前記受光部が受光した前記正反射光の光量の分布の変化により、前記被測定物の端部の変位量を演算する演算装置とを備える、端部検査装置。
【請求項２】
前記投光部は、前記被測定部の端部およびその周囲に対して光を投光し、かつ前記被測定部の端部の周囲に投光された光を前記受光部へ反射する反射部材をさらに備える、請求項１に記載の端部検査装置。
【請求項３】
前記投光部および前記受光部は、前記被測定物の端部における第１の位置の変位量を測定するものであり、前記被測定物の端部の厚み方向に異なる第２の位置の変位量を測定する他の投光部および他の受光部をさらに備える、請求項１または２に記載の端部検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端部検査装置に関し、より特定的には、被測定物の端部に対して光を投光し、その反射光により被測定物の端部の欠陥を検出する端部検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハは非常に多くの半導体製造装置による搬送およびプロセス処理を経る。この半導体製造装置による搬送およびプロセス処理においては、たとえば搬送装置の機械的故障により半導体ウエハの端部へ欠けや傷などの欠陥が発生することがある。これらの欠陥を有する半導体ウエハは、搬送において発生する機械的応力やプロセス処理中の熱処理により発生する熱応力を受けて容易に割れてしまう。さらには、割れた半導体ウエハの破片が半導体製造装置の内部に滞留することでプロセス異常を生じさせたり、割れた半導体ウエハの破片が正常なウエハに異物として付着し、製造される半導体ウエハの歩留まりの低下を生じることもある。
【０００３】
このような問題を予防するために、半導体ウエハの端部の検査を行なうことが必要とされている。従来の半導体ウエハの端部検査装置が、たとえば特開平１１−３５１８５０号公報（特許文献１）に開示されている。
【０００４】
上記公報に開示された半導体ウエハの端部検査装置は、ウエハを保持する回転台と、投光部と、２つの検出器と、楕円鏡とを主に備えている。楕円鏡の第１焦点にはウエハの端部が配置され、このウエハの端部に対して直近の真上および真下の位置に、一方の検出器が配置されている。楕円鏡の第２焦点には他方の検出器が配置されている。
【０００５】
ウエハの端部に傷（欠け）のある場合には、投光部から投光された光はウエハ端部で散乱される。ここで、ウエハの端部の傷が横傷である場合には、主に上下方向に散乱反射光が発生し、この散乱反射光が一方の検出器によって受光される。また、ウエハ端部の傷が縦傷である場合には、主に横方向に散乱反射光が発生し、この散乱反射光が楕円鏡によって反射され、他方の検出器によって受光される。一方の検出器および他方の検出器で検出された散乱反射光の光量は、電気回路を通すことにより各々デジタル信号化される。こうして、発生した散乱反射光の光量と方向とに基づいてウエハ端部の傷の有無および形状が評価される。また、同様の半導体ウエハの端部検査装置が、特開平９−２６９２９８号公報（特許文献２）に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３５１８５０号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−２６９２９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体ウエハの端部検査装置においては、散乱反射光の光量と方向とに基づいてウエハ端部の欠陥の有無が評価されるので、散乱反射光を受光部の方向へ反射するための楕円鏡や、複数の受光部といった構成が必要である。このため、部品点数が多く、端部検査装置が大型化および複雑化するという問題があった。
【０００９】
また、半導体装置の製造プロセスにおいて、半導体ウエハの端部には薄膜やフォトレジストが形成されていることがある。このように半導体ウエハの端部の材質が変化すると、散乱反射光の光量と方向とは大きく変化する。このため、薄膜やフォトレジストを欠陥として誤検出してしまうという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、端部検査装置の小型化および簡略化が可能であり、かつ被測定物の端部の材質の変化が欠陥として誤検出されにくい端部検査装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の端部検査装置は、被測定物の端部に対して光を投光する投光部と、被測定物で反射した正反射光を受光する受光部と、演算装置とを備えている。演算装置は、受光部が受光した正反射光の光量の分布の変化により、被測定物の端部の変位量を演算するものである。
【００１２】
なお、本明細書中において「正反射光」とは、投光された光の入射角と等しい反射角で一定方向へ反射する光を意味しており、散乱反射光とは異なるものを意味している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における端部検査装置の構成を示す概略図である。
【００１５】
図１を参照して、本実施の形態における端部検査装置１０は、保持・回転テーブル２と光学式変位センサ３と変位センサアンプ４（演算装置）とデータ処理装置５（演算装置）とを備えている。保持・回転テーブル２は、半導体ウエハ１（被測定物）の下側の主表面に吸着することで半導体ウエハ１を保持している。そして、保持・回転テーブル２が回転することにより半導体ウエハ１が回転する。光学式変位センサ３は、半導体ウエハ１の近傍において、半導体ウエハ１の主表面と水平方向に設置されている。また、光学式変位センサ３は投光部７と受光部８とを有している。光学式変位センサ３と変位センサアンプ４とは互いに電気的に接続されていて、変位センサアンプ４とデータ処理装置５とは互いに電気的に接続されている。投光部７はたとえば可視光半導体レーザーや発光ダイオードなどで構成されている。受光部８はたとえばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）などで構成されている。
【００１６】
続いて、本実施の形態における端部検査装置１０の動作について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１における端部検査装置の要部拡大図である。
【００１７】
図１および図２を参照して、半導体ウエハ１が回転している状態で、光学式変位センサ３の投光部７から半導体ウエハ１の端部１ａに光が投光される。投光された光は端部１ａで反射され、正反射光が光学式変位センサ３の受光部８によって受光される。受光部８は複数の受光素子１１ａ〜１１ｄを有している。
【００１８】
ここで、複数の受光素子１１ａ〜１１ｄで受光される正反射光の光量（受光部内における光量の分布）は、光学式変位センサ３から端部１ａまでの距離の変化、すなわち端部１ａの欠陥の有無により変化する。具体的には、端部１ａに欠陥がない場合には、端部１ａで反射された光９ａはたとえば受光素子１１ｂで主に受光される。このため、正反射光は、受光素子１１ｂで受光される光量が最も多くなるような光量の分布となる。一方、端部１ａに欠陥１ｂがある場合には、欠陥１ｂの底部で反射された光９ｂはたとえば受光素子１１ｃで主に受光される。このため、正反射光は、受光素子１１ｃで受光される光量が最も多くなるような光量の分布に変化する。なお、受光部８では散乱反射光も受光されるが、その光量はごくわずかであるため、端部検査装置１０の精度には影響を及ぼさない。
【００１９】
受光部８で受光された正反射光の光量の分布データは、変位センサアンプ４へ伝達される。変位センサアンプ４では、この正反射光の光量の分布データに基づいて、半導体ウエハ１の全周にわたっての光学式変位センサ３から端部１ａまでの相対距離が演算される。
【００２０】
図３は、変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。図３を参照して、たとえば位置Ａにおいて端部１ａに欠陥がある場合には、位置Ａにおける光学式変位センサ３から端部１ａまでの相対距離が大きくなる。
【００２１】
図１を参照して、変位センサアンプ４において演算された相対距離のデータがデータ処理装置５へ伝達される。データ処理装置５では、たとえば以下の演算処理フローが行なわれ、それにより半導体ウエハ１の端部１ａの欠陥が評価される。
【００２２】
図４は、本発明の実施の形態１におけるデータ処理装置で実施される演算処理フローの一例である。
【００２３】
図４を参照して、始めにローパスフィルタ処理が行なわれる（ステップＳ１）これにより、半導体ウエハ１の周囲にうねりがある場合に、データ中のうねり成分が除去される。次に、ハイパスフィルタ処理が行なわれる（ステップＳ２）。これにより、データ中のノイズ成分が除去される。次に、微分処理が行なわれる（ステップＳ３）。これにより、データ中の変化成分の絶対値が抽出され、半導体ウエハ１の端部１ａの変位量が演算される。次に、伸長処理が行なわれる（ステップＳ４）。具体的には、上記変化成分の値が２乗または３乗される。これにより、データの変化成分の大小が強調される。次に、圧縮処理される（ステップＳ５）これにより、変化成分の大小が強調されたデータが適当なスケール内に収めて表示され、閾値を設けて欠陥を検査する場合にこの閾値とデータとスケールが合わせられる。次に、欠陥抽出処理が行なわれる（ステップＳ６）。これにより、閾値を超える変位のある部分が欠陥として評価される。
【００２４】
図５は、データ処理装置で演算された変位量と位置との関係の一例を示す図である。図５を参照して、位置Ａにおける変位量が閾値を超えている。このデータから、位置Ａに欠陥が発生していると判断される。
【００２５】
本実施の形態における端部検査装置１０においては、受光部９が受光した正反射光の光量の分布の変化により半導体ウエハ１の端部１ａの変位量が演算されている。この正反射光は、半導体ウエハ１で一定方向へ反射された光である。このため、受光するための構成は、一定方向へ反射された正反射光を受光するための構成である受光部８のみで足りる。したがって、楕円鏡などの構成は不要であり、また、複数の受光部は不要である。したがって、端部検査装置１０の小型化および簡易化が可能である。なお、本実施の形態においては、図４に示される演算処理フローがソフトウェアで行なわれるので、ローパスフィルタ処理などを行なうための電気回路の構成が不要である。したがって、端部検査装置１０の一層の小型化および簡易化が可能である。
【００２６】
また、半導体ウエハ１の端部１ａの材質が変化した場合に、正反射光は散乱反射光に比べて受光される光量の分布の変化がごくわずかとなる。このため、半導体ウエハ１の端部１ａの材質の変化が欠陥として誤検出されにくくなる。
【００２７】
なお、本実施の形態においては、半導体ウエハ１の端部１ａの欠陥を検査する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、あらゆる物の端部検査装置として適用可能である。
【００２８】
また、本実施の形態においては、正反射光が受光部の一部に入射する場合について示したが、本発明はこのような場合の他、たとえば正反射光が受光部よりも広い幅を有していて、受光部８全体に入射する場合にも適用可能である。
【００２９】
また、本実施の形態においては、図４に示すデータ処理が行なわれる場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、被測定部の端部の変位量が演算装置により演算されればよい。
【００３０】
さらに、本実施の形態においては、閾値を設けて欠陥の位置を判断する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定られるものではなく、たとえば、変位量の大きい方から任意の個数の位置が抽出され、その位置がＣＣＤカメラ等で撮影され、その画像をもとに欠陥が検査され、欠陥の位置が判断されてもよい。
【００３１】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における端部検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【００３２】
図６を参照して、本実施の形態における端部検査装置１０は、スリット（反射部材）６をさらに備えている。光学式変位センサ３の投光部７から半導体ウエハ１の端部１ａおよびその周囲に光が投光されている。このうち、端部１ａの周囲に対して投光された光９ｃは、スリット６により反射されて受光部８で受光される。スリット６は、たとえば投光部７から投光される光の全光量の１０％程度が反射されるようなスリット幅を有していることが好ましい。また、スリット６において光を反射する部分は、たとえば１〜２ｍｍ以上の幅を有していることが好ましい。
【００３３】
なお、これ以外の構成については図１〜５に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
検査される半導体ウエハ１にはさまざまな種類のものがあり、半導体ウエハ１の端部１ａの形状もさまざまである。そこで、異なる種類の半導体ウエハ１の端部１ａが検査される場合には、半導体ウエハ１の端部１ａの形状も変化する。半導体ウエハ１の端部１ａの形状が変化すると、散乱反射光の光量と方向とが大きく変化するため、従来の端部検査装置においては、半導体ウエハ１の端部１ａの形状に合わせて装置の調整が必要となっていた。このため、装置操作の複雑化、検査時間の増大をもたらしていた。
【００３５】
一方、本実施の形態では半導体ウエハ１からの正反射光およびスリット６からの反射光を受光し、このうち正反射光の光量の分布の変化から半導体ウエハ１の端部１ａの変位量が演算されている。
【００３６】
ここで、本実施の形態においてスリット６がない場合には、半導体ウエハ１の端部１ａの形状が変化すると、正反射光の光量の分布が大きく変化することにより、受光部８で受光される正反射光の光量が低下しやすい。図７は、スリットがない場合において変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。図７を参照して、受光部８で受光される正反射光の光量が低下し、位置Ｂで受光部８の測定限界を超える相対距離として演算されている。このような場合には、位置Ｂにある欠陥が検出できない。
【００３７】
図８は、スリットがある場合において変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。図８を参照して、本実施の形態における端部検査装置１０では、受光部８で受光される正反射光の光量の低下がスリット６からの反射光により補われている。このため、位置Ｂにおいても受光部８の測定限界の範囲内で相対距離が演算されるので、位置Ｂにある欠陥が検出可能となる。
【００３８】
本実施の形態における端部検査装置１０においては、半導体ウエハ１からの正反射光およびスリット６からの反射光が受光部８で受光され、正反射光の光量の分布の変化から半導体ウエハ１の端部１ａの変位量が演算されている。これにより、半導体ウエハ１の端部１ａの形状が変化し、半導体ウエハ１からの正反射光の光量が低下した場合にも、スリット６からの反射光により光量が補われる。したがって、受光部８で受光される光の光量の測定限界以下に光量が低下することが防止され、半導体ウエハ１の端部１ａの形状に合わせて端部検査装置１０の調整を行なう必要がなくなる。したがって、装置操作が簡略化され、検査時間が短縮される。
【００３９】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における端部検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【００４０】
図９を参照して、本実施の形態における端部検査装置１０は、３つの光学式変位センサ３ａ〜３ｃを備えている。３つの光学式センサ３ａ〜３ｃの各々は、投光部７ａ〜７ｃと受光部８ａ〜８ｃとを備えている。これにより、半導体ウエハ１の端部１ａの厚み方向に異なる３つの位置の変位量が測定される。
【００４１】
すなわち、光学式変位センサ３ｂは半導体ウエハ１の主表面と水平方向に設置されている。光学式変位センサ３ｂの投光部７ｂ（投光部）から投光される光は、半導体ウエハ１の端部１ａの中央部（第１の位置）に投光されている。端部１ａの中央部で反射した正反射光は受光部８ｂ（受光部）で受光される。
【００４２】
光学式変位センサ３ａは半導体ウエハ１よりも上部に設置されている。光学式変位センサ３ａの投光部７ａ（他の投光部）から投光される光は、半導体ウエハ１の主表面と水平な面に対して約２０度〜４０度の角度で、半導体ウエハ１の端部１ａの上部（第２の位置）に投光されている。端部１ａの上部で反射した正反射光は受光部８ａで受光される。
【００４３】
光学式変位センサ３ｃは半導体ウエハ１よりも下部に設置されている。光学式変位センサ３ｃの投光部７ｃから投光される光は、半導体ウエハ１の主表面と水平な面に対して約２０度〜４０度の角度で、半導体ウエハ１の端部１ａの下部に投光されている。端部１ａの下部で反射した正反射光は受光部８ｃで受光される。
【００４４】
なお、これ以外の構成については図１〜５に示す実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４５】
図１０は、半導体ウエハの端部の上部に形成された欠陥を示す概略図である。
図１０を参照して、半導体ウエハ１の端部１ａにおいては、中央部に欠陥が発生する場合の他、上部に欠陥が発生する場合や、下部に欠陥が発生する場合もある。光学式変位センサ３ｂにおいては、このような端部１ａの上部または下部に発生した欠陥による正反射光の光量の分布の変化はわずかである。したがって、光学式変位センサ３ｂのみの構成では、端部１ａの上部または下部に発生した欠陥が検出されにくい。
【００４６】
そこで、本実施の形態における端部検査装置１０によれば、光学式変位センサ３ａ〜３ｃによって、半導体ウエハ１の端部１ａの上部と中央部と下部との各々の領域において、正反射光の光量の分布の変化が測定される。このため、端部１ａの中央部に存在する欠陥の他、端部１ａの上部および下部に存在する欠陥も検査することができる。したがって、半導体ウエハ１の端部１ａにおけるより広い領域で、欠陥が検出可能となる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、半導体ウエハ１の円周方向において同一の位置で、かつ厚さ方向に互いに異なる３つの位置に３つの光学式変位センサ３ａ〜３ｃが設置される場合について示した。しかしながら、本発明はこのような構成の他、たとえば図１１に示すように、半導体ウエハ１の円周方向における異なる３つの位置に３つの光学式変位センサ３ａ〜３ｃが設置されてもよい。この場合には、光学式変位センサ３ａ〜３ｃの各々の測定位置が異なるので、欠陥の位置を判断する際に光学式変位センサ３ａ〜３ｃの測定位置の補正が必要となる。また、光学式変位センサ３ａ〜３ｃが互いに干渉し合うことを防止するために、投光部７ａ〜７ｃの投光のタイミングや受光部８ａ〜８ｃの受光のタイミングを制御する必要がある。
【００４８】
また、本実施の形態においては、３つの光学式変位センサ３ａ〜３ｃが設置される場合について示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、第２の位置の変位量を測定する他の投光部および他の受光部を備えていればよい。特に半導体ウエハ１の厚みが２５０μｍ以下である場合には、図９において、２つの光学式変位センサ３ａ、３ｃのみの構成でもよい。
【００４９】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明における端部検査装置においては、受光部が受光した正反射光の光量の分布の変化から被測定物の端部の変位量が演算されている。したがって、受光するための構成は１つの受光部のみで足りるので、楕円鏡などの構成は不要であり、また、複数の受光部は不要である。したがって、端部検査装置の小型化および簡易化が可能である。
【００５１】
また、被測定物の端部の材質が変化した場合に、正反射光は散乱反射光に比べて受光される光量の分布の変化がごくわずかとなる。このため、被測定物の端部の材質の変化が欠陥として誤検出されにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における端部検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における端部検査装置の要部拡大図である。
【図３】変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるデータ処理装置で実施される演算処理フローの一例である。
【図５】データ処理装置で演算された変位量と位置との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２における端部検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【図７】スリットがない場合において変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。
【図８】スリットがある場合において変位センサアンプで演算された相対距離と位置との関係の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３における端部検査装置の構成の一部を示す概略図である。
【図１０】半導体ウエハの端部の上部に形成された欠陥を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における端部検査装置の他の構成の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
１  半導体ウエハ、１ａ  端部、１ｂ  欠陥、２  保持・回転テーブル、３，３ａ〜３ｃ  光学式変位センサ、４  変位センサアンプ、５  データ処理装置、６  スリット、７，７ａ〜７ｃ  投光部、８，８ａ〜８ｃ  受光部、９ａ〜９ｃ光、１０  端部検査装置、１１ａ〜１１ｄ  受光素子。
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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