(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に鏡面を有する楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置された被検査物の端部に向けてコヒーレント光を照射する発光部と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置され、照射された前記コヒーレント光によって、前記被検査物の前記端部及び前記楕円鏡に反射して前記第２焦点位置に到達する回折光を検出可能な光検出部と、前記回折光の内、正反射された低次元の回折光を遮光する遮光手段とを備えた端部傷検査装置であって、
前記発光部は、移動手段によって前記被検査物の前記厚さ方向に自在に前記発光部の位置を設定して、前記被検査物の前記端部の前記厚さ方向の異なる照射範囲に前記コヒーレント光を照射することが可能であることを特徴とする端部傷検査装置。
【請求項２】
内側に鏡面を有する楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置された被検査物の端部に向けてコヒーレント光を照射する発光部と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置され、照射された前記コヒーレント光によって、前記被検査物の前記端部及び前記楕円鏡に反射して前記第２焦点位置に到達する回折光を検出可能な光検出部と、前記回折光の内、正反射された低次元の回折光を遮光する遮光手段とを備えた端部傷検査装置であって、
前記発光部は、前記被検査物の前記厚さ方向の異なる位置に複数設けられ、各々の前記発光部は異なる方向から前記被検査物の前記端部の前記厚さ方向の異なる照射範囲に前記コヒーレント光を照射することが可能であることを特徴とする端部傷検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の端部検査装置において、
前記発光部は、前記コヒーレント光を発光する光源と、該光源から照射されたコヒーレント光に光学的に作用し、前記照射範囲を前記被検査物の前記端部の厚さ方向に縮小させて照射させる焦光手段とを備えることを特徴とする端部傷検査装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の端部検査装置において、
前記発光部は、異なる波長の前記コヒーレント光を照射することが可能であることを特徴とする端部傷検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査物の端部の傷を光学的に検査する端部傷検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハの外周エッジ部のような端部に形成される狭く長い端部クラック、欠損または研磨傷のような端部の傷を検査する端部傷検査装置としては、楕円鏡を利用した検査装置が提案されている。例えば、楕円鏡の鏡面に光吸収部材を配置して、正反射光である低次元の回折光は光吸収部材に吸収させて、端部の傷で乱反射した高次元の回折光のみを第２焦点位置に設けた光検出部で検出させる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、第２焦点位置に設けた第１の光検出部の他に、第１焦点位置に設置した被検査物の周囲に第２の光検出部を設けて、２つの受光部によって縦傷及び横傷に対応することを可能とした装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
しかしながら、これらの端部傷検査装置は、被検査物を回転させることによって、端部全周に亘って検査可能としたものの、周方向と直交する厚さ方向の詳細な位置や大きさについては不明なままであった。また、受光部で検出される光の強度によってある程度の傷の種類を推測することが可能であったが、光の強度という一測定項目から詳細について識別するには限界があった。
【特許文献１】特開２００３−２８７４１２号公報
【特許文献２】特開平１１−３５１８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、被検査物の端部の傷の厚さ方向の詳細な位置、傷の大きさ、及び傷の種類について検出可能な端部傷検査装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内側に鏡面を有する楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置された被検査物の端部に向けてコヒーレント光を照射する発光部と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置され、照射された前記コヒーレント光によって、前記被検査物の前記端部及び前記楕円鏡に反射して前記第２焦点位置に到達する回折光を検出可能な光検出部と、前記回折光の内、正反射された低次元の回折光を遮光する遮光手段とを備えた端部傷検査装置であって、前記発光部は、移動手段によって前記被検査物の前記厚さ方向に自在に前記発光部の位置を設定して、前記被検査物の前記端部の前記厚さ方向の異なる照射範囲に前記コヒーレント光を照射することが可能であることを特徴とする。【０００６】
この発明に係る端部傷検査装置によれば、移動手段によって被検査物の端部の厚さ方向の異なる照射範囲にコヒーレント光を照射することが可能なので、それぞれの照射範囲と対応する回折光の強度を光検出部で検出することによって、傷の厚さ方向の詳細な位置、傷の大きさを検出することができる。【０００７】
また、本発明は、内側に鏡面を有する楕円鏡と、該楕円鏡の第１焦点位置近傍に配置された被検査物の端部に向けてコヒーレント光を照射する発光部と、前記楕円鏡の第２焦点位置に配置され、照射された前記コヒーレント光によって、前記被検査物の前記端部及び前記楕円鏡に反射して前記第２焦点位置に到達する回折光を検出可能な光検出部と、前記回折光の内、正反射された低次元の回折光を遮光する遮光手段とを備えた端部傷検査装置であって、前記発光部は、前記被検査物の前記厚さ方向の異なる位置に複数設けられ、各々の前記発光部は異なる方向から前記被検査物の前記端部の前記厚さ方向の異なる照射範囲に前記コヒーレント光を照射することが可能であることを特徴とする。【０００８】
この発明に係る端部傷検査装置によれば、複数の発光部によって被検査物の端部の厚さ方向に異なる照射範囲にコヒーレント光を照射することが可能なので、それぞれの発光部に対応する回折光の強度を光検出部で検出することによって、厚さ方向の傷の位置、傷の大きさを検出することができる。【０００９】
さらに、上記発明の端部検査装置は、前記発光部は、前記コヒーレント光を発光する光源と、該光源から照射されたコヒーレント光に光学的に作用し、前記照射範囲を前記被検査物の前記端部の厚さ方向に縮小させて照射させる焦光手段とを備える構成としてもよい。【００１０】
この発明に係る端部傷検査装置によれば、被検査物の端部に照射されるコヒーレント光の照射範囲を厚さ方向に縮小することによって、厚さ方向に異なる位置から発光部によって照射した時に、厚さ方向の傷の位置、傷の大きさによる光検出部での検出される回折光の強度差を明確にすることができる。【００１１】
さらに、上記発明の端部検査装置において、前記発光部は、異なる波長の前記コヒーレント光を照射することが可能であるとしてもよい。【００１２】
この発明に係る端部傷検査装置によれば、異なる様々な波長のコヒーレント光によって回折光の強度を光検出部で検出することで、微細な傷の検出や波長の長いコヒーレント光では吸収が大きく検出できなかった傷あるいは特定の波長のコヒーレント光でのみ乱反射する傷の検出が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光部から照射されるコヒーレント光の照射範囲を被検査物の厚さ方向に変えることが可能なので、被検査物の厚さ方向の傷の詳細な位置、傷の大きさを特定することができる。さらに、異なる波長のコヒーレント光によって、微細な傷や波長の長いコヒーレント光では吸収が大きく検出できなかった傷あるいは特定の波長のコヒーレント光でのみ乱反射する傷の検出が可能となり、詳細な端部傷検査を実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の第一の実施形態の端部傷検査装置を鉛直面によって切断した縦断面図である。
【図２】この発明の第一の実施形態の端部傷検査装置を水平面によって切断した縦断面図である。
【図３】この発明の第一の実施形態の発光部によって被検査物の端部を照射する説明図である。
【図４】この発明の第一の実施形態の発光部によって照射された被検査物の端部の拡大した正面図である。
【図５】この発明の第一の実施形態の発光部によって照射された被検査物の端部の拡大した断面図である。
【図６】この発明の第一の実施形態の発光部によって照射された被検査物の端部の拡大した正面図である。
【図７】この発明の第一の実施形態の発光部によって照射された被検査物の端部の拡大した断面図である。
【図８】この発明の第一の実施形態の厚さ方向に照射範囲を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフである。
【図９】この発明の第一の実施形態の照射されるコヒーレント光の波長を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフである。
【図１０】この発明の第一の実施形態の複数の波長のコヒーレント光で厚さ方向に照射範囲を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフである。
【図１１】この発明の第二の実施形態の端部傷検査装置を鉛直面によって切断した縦断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１、１３    端部傷検査装置
２    楕円鏡
２ａ    内側
２ｂ    鏡面
３    発光部
３ａ    端部
４、１４、１５、１６、１７、１８    発光部
５    光検出部
７    移動手段
８    遮光手段
９    光源
１０    焦光手段
１１、１１ａ、１１ｏ、１１ｐ    照射範囲
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
図１から図１０は、この発明に係る第一の実施形態を示している。図１に端部傷検査装置を鉛直面によって切断した縦断面図、図２に水平面によって切断した縦断面図を示す。図３に発光部によって被検査物の端部を照射する説明図を示す。また、図４及び図６に発光部によって照射された被検査物の端部の拡大正面図、図５及び図７に拡大断面図を示す。さらに、図８には厚さ方向に照射範囲を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフ、図９には照射されるコヒーレント光の波長を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフ、図１０には複数の波長のコヒーレント光で厚さ方向に照射範囲を変えた時の光検出部による検出結果の一例を表わすグラフを示す。【００１７】
図１、図２に示すように、端部傷検査装置１は、内側２ａに鏡面２ｂを有し、頂点部２ｃに被検査物３を挿入可能な切欠き２ｄが形成される楕円鏡２と、楕円鏡２の第１焦点位置Ａ近傍に配置された被検査物３の端部３ａにコヒーレント光Ｃを照射する発光部４と、楕円鏡２の第２焦点位置Ｂに配置された光検出部５とを備える。また、端部傷検査装置１は、被検査物３を回転可能に保持する保持部６と、発光部４を被検査物３の厚さ方向へ楕円鏡２の第１焦点位置Ａを中心に回転可能とする移動手段７と、楕円鏡２に設けられた遮光手段８とを備える。被検査物３は、例えば板状のシリコンウエハ、半導体ウエハなどである。【００１８】
図３に示すように、発光部４は、コヒーレント光Ｃを発光する光源９と、照射されたコヒーレント光Ｃに光学的に作用する焦光手段１０とを備える。光源９は、例えばレーザ光であり、波長を自在に調整することが可能となっている。より詳しくは、Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導体レーザを用い、様々な波長の複数のレーザを切り替え可能とすることで、波長を自在に調整させる。あるいは、波長可変レーザを使用しても良い。また、焦光手段１０は、被検査物３の端部３ａに光源９から発せられたコヒーレント光Ｃを照射する際に、被検査物３の端部３ａの厚さ方向に照射範囲１１を縮小させるレンズである。このような発光部４は、移動手段７によって、被検査物３の厚さ方向に自在に位置を設定することができ、被検査物３の端部３ａの厚さ方向に異なる照射範囲にコヒーレント光Ｃを照射することが可能である。また、図１、図２に示すように、光検出部５は、発光部４から照射された被検査物３の端部３ａで反射された回折光Ｄが楕円鏡２に反射して、第２焦点位置Ｂに集光された回折光Ｄを検出するものであり、例えばフォトダイオードである。【００１９】
図１、図２に示すように、保持部６は、被検査物３の端部３ａを楕円鏡２の第１焦点位置Ａ近傍に位置決めするとともに、回転軸６ａが回転することによって、第１焦点位置Ａ上で被検査物３の端部３ａを周方向に移動させることが可能となっている。また、遮光手段８は、第１焦点位置Ａ及び第２焦点位置Ｂを含む被検査物３の厚さ方向に平行な面と楕円鏡２とが交わる交線上に所定の幅を有して貼り付けられたマスキングテープである。この遮光手段８に到達した回折光Ｄは、反射して光検出部５に到達することなく、遮光手段８に吸収されてしまう。また、光検出部５の第１焦点位置Ａ側には、遮光板１２が設けられている。これは、発光部４から照射されたコヒーレント光Ｃは、被検査物３の端部３ａに反射して回折光Ｄとなるが、回折光Ｄが楕円鏡２に反射せずに直接光検出部５に到達するのを防ぐためである。【００２０】
次に、この端部傷検査装置１の作用について説明する。図１に示すように、被検査物３の端部３ａの周方向の任意の位置について、傷の有無を検査する場合について説明する。まず、発光部４は、中央位置Ｏに位置して被検査物３の端部３ａを照射する。図４は中央位置Ｏにおいて照射した際の被検査物３の端部３ａの拡大正面図、図５は拡大断面図を示している。図４、図５に示すように、傷３ｂが被検査物３の端部３ａの上方に位置していた場合、中央位置Ｏから照射した時の照射範囲１１ｏには、傷３ｂは含まれない。このため、照射されるコヒーレント光Ｃは、正反射して、低次元の回折光Ｄ１となる。低次元の回折光Ｄ１は、図２に示すように、平面視楕円鏡２の軸線Ｌ付近を経路として、第２焦点位置Ｂに向い、図１、図５に示すように、側面視被検査物３の端部３ａの形状に従い、厚さ方向にある程度の広がりをもつ。このため、低次元の回折光Ｄ１は、遮光手段８あるいは遮光板１２に吸収されて、その多くが光検出部５に到達しない。【００２１】
なお、上記のように中央位置Ｏに位置して被検査物３の端部３ａをコヒーレント光Ｃで照射する場合、コヒーレント光Ｃは楕円鏡２の軸線Ｌ上を通過して照射することになるが、これに代えて、光源９と第２焦点Ｂとが重ならないように、光源９の光軸を楕円鏡２の軸線Ｌに対して若干（４°程度）ずらして配置しても良い。このようにすることによって、照射したコヒーレント光Ｃが被検査物３の端部３ａに正反射した低次元の回折光Ｄ１も楕円鏡２の軸線Ｌからずれるので、遮光板１２を省略することが可能となる。【００２２】
また、この場合において、楕円鏡２の軸線Ｌに対して、光源９の光軸を水平方向に傾けてもよいが、鉛直方向に傾けることが好ましい。すなわち、水平に支持された被検査物３の端面３ａに、楕円鏡２の軸線Ｌに対して水平方向に傾けた方向からコヒーレント光Ｃを照射すると、探傷に必要な情報を多く含む左右方向の散乱反射光が左右で偏ってしまい、有効な情報が損なわれてしまう不都合があるからである。一方、鉛直方向に傾ける場合には、上下方向の散乱反射光は探傷に必要な情報をあまり含んでないので、上述した不都合が少ない。なお、水平方向に傾けた場合においても、楕円鏡２の形状を左右非対称にするなどの工夫によって、左右方向の散乱反射光を光検出器に集光することにしてもよい。【００２３】
次に、図１に示すように、発光部４を上方へ移動しながら順次照射を行い、上方位置Ｐに達したとする。図６は上方位置Ｐで被検査物３の端部３ａを照射した時の拡大正面図、図７は拡大断面図を示している。図６及び図７に示すように、照射範囲１１ｐは、傷３ｂと重なるので、傷３ｂによってコヒーレント光Ｃは乱反射して、高次元の回折光Ｄ２となる。このため、図１、図２、図７に示すように、回折光Ｄ２は、遮光手段８に吸収されず、その多くが楕円鏡２に反射して、第２焦点位置Ｂの光検出部５で検出される。図８は、中央位置Ｏにおける照射角φを０度として、照射角φと光検出部５で検出される光の強度Ｒとの関係を示している。図８に示すように、中央位置Ｏ、あるいはそれよりも下方に位置する照射角φを負の値である場合には、正反射の低次元の回折光Ｄ１となり、そのほとんどが光検出部５に到達しないので、光の強度Ｒは低レベルで推移する。中央位置Ｏより上方へ移動し、照射角φが正の値を示すと、照射範囲１１に傷３ｂが含まれるので、乱反射して高次元の回折光Ｄ２が発生し、次第に光の強度Ｒは高まり、上方位置Ｐにおいて最大値に達する。このように、被検査物３の任意の端部３ａにおいて、被検査物３の厚さ方向に照射範囲を変えて照射することによって、厚さ方向の傷の位置あるいは傷の状態（大きさ、形状など）を表わす情報を得ることができる。そして、保持部６の回転軸６ａを回転させて、端部３ａを周方向にも移動させれば、被検査物３の端部３ａの傷の有無、位置、大きさを周方向及び厚さ方向に詳細に調べることができる。【００２４】
なお、図３に示すように、焦光手段１０であるレンズの切り替えで厚さ方向全体に照射される照射範囲１１ａとすれば、周方向の端部の傷の検査を効率的に行うことができる。つまり、照射範囲１１ａで周方向に傷の有無を確認した後、傷の存在が確認された部分のみ照射範囲１１を縮小させて厚さ方向の検査を行えば、効率的に詳細な検査が行える。ここで、照射範囲１１を変化させる焦光手段１０としては、メニスカスレンズやフレネルレンズなどの拡散レンズ系やフォーカシングレンズ系などの集光や拡散レンズ系の切り替えによる方法などが考えられる。また、発光部４へその機能を持たせても良い。【００２５】
また、発光部４は、異なる波長λのコヒーレント光Ｃを照射することが可能である。このため、波長λの長いコヒーレント光Ｃでは、吸収が大きく認識できなかった傷を、波長λを短くすることによって、認識することが可能となる。図９は、被検査物３の端部３ａの任意の位置について、波長λを変えて照射した時の波長λと光検出部５で検出された光の強度Ｒとの関係を示している。図９に示すように、波長λを変化させることで、ある波長λ１では検出できなかった傷が、波長λ２では検出することができる。図１０は、波長λを変えるとともに、発光部４の照射角φを変化させた場合のグラフを示している。ここで、各グラフは、各々図示する波長λ３、λ４、λ５、λ６の時の関係を表わしていて、それぞれの波長λの大きさは、λ３＜λ４＜λ５＜λ６となっている。図１０に示すように、この例においては、照射角φ１付近においては、小さな波長λで傷に起因する高次元の回折光Ｄ２を顕著に検出することができ、照射角φ２付近においては、大きな波長λで傷に起因する高次元の回折光Ｄ２を顕著に検出することができる。【００２６】
以上のように、端部傷検査装置１は、被検査物３の端部３ａの周方向だけでなく、厚さ方向にも詳細に検査でき、かつ傷の特性に合わせて照射するコヒーレント光Ｃの波長λを変えて検査することができる。このため、傷の位置、大きさ、範囲及び種類について検査することができる。【００２７】
（第二の実施形態）
図１１は、この発明に係る第二の実施形態を示していて、端部傷検査装置の鉛直面によって切断して示す縦断面図を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。【００２８】
この実施形態の端部傷検査装置１３は、複数の発光部１４、１５、１６、１７、１８を備えている。発光部１４、１５、１６、１７、１８は、被検査物３の厚さ方向に略等しい角度をもって配列し、各々は光源９及び焦光手段１０を有して、第１焦点位置Ａの被検査物３の端部３ａを照射することが可能である。【００２９】
このように、発光部が被検査物３の厚さ方向に移動手段によって移動可能でなくても、複数配置することによって、同様に被検査物３の端部３ａを厚さ方向に詳細に検査することができる。【００３０】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。【００３１】
なお、発光部の焦光手段１０によって、被検査物３の端部３ａの厚さ方向に照射範囲１１を縮小する一例を示したが、これに限るものではない。照射範囲１１が大きくても、厚さ方向に照射範囲を変えることで、光の強度Ｒは相対的に変化するので、傷の識別をすることは可能である。また、同一照射範囲に異なる角度からコヒーレント光を照射することで、照射範囲にある傷の状態によって反射光の強度に差を生ずる。これを利用することによって、傷の状態（大きさ、角度など）を間接的に検知することも可能である。また、遮光手段８として、楕円鏡２にマスキングテープを貼り付けるものとしたが、これに限ることは無い。少なくとも、正反射した低次元の回折光Ｄ１を遮光できれば良く、例えば、被検査物３の端部３ａと光源９の間に空間フィルターとして所定幅の板材からなる遮光板を被検査物３の面に直交する垂直方向に楕円鏡２の内面と当接するように配置しても良い。これによって、低次元の回折光Ｄ１は遮光板で遮られるが、高次元の回折光Ｄ２は遮光板の外に漏れて楕円鏡２により集光される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
発光部から照射されるコヒーレント光の照射範囲を被検査物の厚さ方向に変えることが可能なので、被検査物の厚さ方向の傷の詳細な位置、傷の大きさを特定することができる。
【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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