(57)【要約】【課題】  シリコンウェハの表面に生じるクラックを簡単な構成により短時間で検出できるようにする。【解決手段】  光学装置３０は、光ファイバ３１、接眼レンズ３２、ピンホール部材３３、ハーフミラー３４およびコリメートレンズ３５からなり、光源２０から発せられた光から平行光を生成して、シリコンウェハＳＩＬの表面に垂直に照射する。シリコンウェハＳＩＬから垂直に反射された反射光Ａ（平行光）は、コリメートレンズ３５、ハーフミラー３４および撮像レンズユニット３６を介して撮像カメラユニット４０に導かれる。撮像カメラユニット４０は、この反射光によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を撮像する。クラックの発生に伴い、クラックに沿って画像に現れる暗いおよび明るい線状部分の存在によりクラックの発生を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発する光源と、
前記発せられた光から平行光を生成してシリコンウェハの表面に照射し、同シリコンウェハの表面にて反射した所定視野内の反射光を導く光学装置と、
前記導かれた反射光によるシリコンウェハの表面画像を撮像する撮像手段とを備えたことを特徴とするシリコンウェハの検査装置。
【請求項２】
光源によって発せられた光から平行光を生成してシリコンウェハの表面に照射し、
シリコンウェハの表面にて反射した所定視野内の反射光を導き、かつ
前記導かれた反射光によるシリコンウェハの表面画像を撮像手段に撮像させるようにしたことを特徴とするシリコンウェハの検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載したシリコンウェハの検査装置または請求項２に記載したシリコンウェハの検査方法において、
前記撮像手段は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラおよびラインセンサのうちのいずれか一つである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハの表面に生じるクラックを検出するシリコンウェハの検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウェハを裏面研削した薄型ウェハが量産され始めてきている。薄型ウェハは、その厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度であり、薄いために結晶欠陥があると、搬送中などにクラックが発生し易い。したがって、クラックの発生の有無を検査するための検査装置が必要となる。このクラックの検査装置としては、クラックの幅が１μｍ程度であるために、シリコンウェハをＸＹ移動ステージ上に載せてＸＹ方向に移動させることによりウェハ表面を走査しながら、ウェハ表面の全体を顕微鏡で拡大して観察するようにすることが一般的である。
【０００３】
しかしながら、この検査装置は回路パターンの焼き付けられたウェハの外観を検査する検査装置と同等の検査装置であり、極めて高価である。また、約１μｍ幅のクラックの検出には０．５μｍ程度の分解能が必要であり、１０倍から２０倍程度の対物レンズを備えた顕微鏡で拡大観察した場合、１０6画素程度のカメラ（この種の検査装置で多く用いられている）で撮影すると、視野の大きさは０．５ｍｍ角程度でしかなく、１００ｍｍ角のシリコンウェハを検査するためには４×１０4程度の画面が必要となり、ウェハ表面の全体を走査するためには多くの検査時間を必要とする。
【０００４】
一方では、このようなクラックは半導体製造工程の随所で発生するものであり、多くの製造工程でクラックの検査装置が必要であるので、従来から、クラックを高速で検出できかつ低価格の検査装置および検査方法が望まれていた。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、上記問題点に対処するためになされたもので、その目的は、シリコンウェハの表面に生じるクラックを簡単な構成により短時間で検出できるシリコンウェハの検出装置および検出方法を提供することにある。
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、光を発する光源と、前記発せられた光から平行光を生成してシリコンウェハの表面に照射し、同シリコンウェハの表面にて反射した所定視野内の反射光を導く光学装置と、前記導かれた反射光によるシリコンウェハの表面画像を撮像する撮像手段とを備えたシリコンウェハの検査装置にある。
【０００７】
また、本発明を別の観点から捉えると、本発明の特徴は、光源によって発せられた光から平行光を生成してシリコンウェハの表面に照射し、シリコンウェハの表面にて反射した所定視野内の反射光を導き、かつ前記導かれた反射光によるシリコンウェハの表面画像を撮像手段に撮像させるシリコンウェハの検査方法にある。これらの場合、前記撮像手段は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラおよびラインセンサのうちのいずれか一つである
【０００８】
シリコンウェハの表面にクラックが発生した場合、クラック自体は、その幅が１μｍ程度の細い線状のものであるが、その両側は図３に示すように盛り上がり、またはその逆に窪んだものとなる。本発明はこの盛り上がり部分または窪み部分を検出することによりクラックを検出するもので、このクラック両側の盛り上がり部分または窪み部分の幅はクラックの幅に比べて非常に広い。
【０００９】
本発明のように、シリコンウェハの表面に平行光を照射すると、クラックの発生していないシリコンウェハの表面は鏡面であるので、前記照射された平行光は所定の反射角で反射する。しかし、シリコンウェハにクラックが発生している場合には、通常、前記盛り上がり部分または窪み部分の傾斜により平行光の反射方向が変わり、盛り上がり部分または窪み部分からの反射光は所定視野から外れるので、撮像手段によって撮像される反射光によるシリコンウェハの表面の画像はクラックに沿って周囲に比べて暗い帯状部分を有することになる（図２(Ａ)および図３(Ａ)参照）。また、シリコンウェハと撮像手段との間の距離によっては、前記盛り上がり部分または窪み部分の傾斜がレンズ効果をもって、撮像手段によって撮像された反射光によるシリコンウェハの表面の画像がクラックに沿って周囲に比べて明るい帯状部分を有することもある（図２(Ｂ)および図３(Ｂ)参照）。
【００１０】
このような反射光による画像の暗い帯状部分および明るい帯状部分は、前記のようにクラックの周囲の盛り上がりまたは窪みに起因するものでクラックの幅に比べて非常に広いので、分解能が比較的低くても、例えば数１０μｍ〜１００μｍ程度でも、クラックを検出可能である。したがって、例えば、１０6画素程度の撮像手段を用いれば、５０ｍｍ〜３００ｍｍ角程度の広い視野を一度に撮像することができるようになる。したがって、分解能の比較的低い撮像手段を用いても、シリコンウェハの表面に対する光の照射の走査処理をなくし、または少なくすることができる。その結果、シリコンウェハの表面に生じるクラックを簡単な構成による安価な装置を用いて短時間で検出できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図１は同実施形態に係るシリコンウェハの検査装置を概略的に示すブロック図である。この検査装置は、ＸＹ移動ステージ１０、光源２０、光学装置３０および撮像カメラユニット４０からなる。
【００１２】
ＸＹ移動ステージ１０は、シリコンウェハＳＩＬを上面に載置させるもので、水平面内を互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に構成されている。このＸＹ移動ステージ１０には、電動モータなどの駆動源を備えた駆動装置１１が接続されており、ＸＹ移動ステージ１０は駆動装置１１によってＸ軸およびＹ軸に移動されるようになっている。光源２０は、レーザ光源、ＬＥＤ光源、蛍光灯光源、ハロゲン等の電球式光源などで構成されて、単色または白色光を発する。
【００１３】
光学装置３０は、光ファイバ３１、接眼レンズ３２、ピンホール部材３３、ハーフミラー３４、コリメートレンズ３５および撮像レンズユニット３６からなる。光ファイバ３１は、光源２０から発せられた光を接眼レンズ３２に導く。接眼レンズ３２は、光の強度を上げるために、光ファイバ３１によって導かれた光を集光する。ピンホール部材３３は、接眼レンズ３２による光の集光位置にピンホールを形成してなり、接眼レンズ３２から入射した光を点光源として出射する。
【００１４】
ハーフミラー３４、コリメートレンズ３５および撮像レンズユニット３６は、ＸＹ移動ステージ１０上のシリコンウェハＳＩＬ上に垂直であって撮像カメラユニット４０の光軸と同一の光軸となるように配置されている。ハーフミラー３４は、ピンホール部材３３からの光束をコリメートレンズ３５に向けて反射するとともに、コリメートレンズ３５を介した反射光を透過させる。コリメートレンズ３５は、ハーフミラー３４による反射光を平行光に変換して、同平行光をＸＹ移動ステージ１０上のシリコンウェハＳＩＬの上面に対して垂直に照射するとともに、シリコンウェハＳＩＬによる垂直の反射光（この反射光も平行光である）をコリメートレンズ３５の焦点位置Ｏ１に集光する。この場合、コリメートレンズ３５の視野内に入射しない反射光は焦点位置Ｏ１に集光されない。撮像レンズユニット３６は、撮像レンズ（結像レンズ）３６ａを内蔵していて、ハーフミラー３４を介した反射光を焦点位置Ｏ２に集光して、同反射光によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を結像する。
【００１５】
撮像カメラユニット４０は、撮像レンズユニット３６によるシリコンウェハＳＩＬの焦点位置（結像位置）Ｏ２にて撮像レンズ３６ａに対向するように配置されたカメラ本体４１を内蔵しており、同カメラ本体４１はシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を撮像する。この場合、カメラ本体４１としては、ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメラが利用される。
【００１６】
また、この検査装置は、駆動装置１１、光源２０および撮像カメラユニット４０に接続された電気制御装置５０を備えている。電気制御装置５０は、駆動装置１１を制御してＸＹ移動ステージ１０を水平面内にてＸ軸方向およびＹ軸方向に移動するとともに、光源２０の作動を制御する。また、この電気制御装置５０は、コンピュータ装置５１を内蔵しており、コンピュータ装置５１は、カメラ本体４１により撮像されて電気制御装置５０に送られるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像データを画像処理する。
【００１７】
次に、上記のように構成した検査装置の動作について説明する。ＸＹ移動ステージ１０上にシリコンウェハＳＩＬを載せた状態で、この検査装置を作動開始させる。この作動開始により、光源２０は、電気制御装置５０に作動制御されて光を発する。この発せられた光は光ファイバ３１を介して接眼レンズ３２に導かれ、接眼レンズ３２は前記導かれた光をピンホール部材３３のピンホール位置に集光する。ピンホール部材３３のピンホールは点光源として光を出射し、同出射された光はハーフミラー３４によって反射されて、コリメートレンズ３５に入射する。コリメートレンズ３５をこの入射した光を平行光に変換して、この平行光をシリコンウェハＳＩＬの表面に垂直に照射する。
【００１８】
シリコンウェハＳＩＬの表面に平行光が照射されると、クラックの発生していないシリコンウェハＳＩＬの表面は鏡面であるので、前記照射された平行光は垂直上方に反射する。なお、この垂直上方に反射された反射光も平行光である。そして、この反射光はコリメートレンズ３５によりハーフミラー３４を介して所定位置Ｏ１に集光した後、さらに上方に進んで撮像レンズユニット３６に入射する。撮像レンズユニット３６の撮像レンズ３６ａは前記入射した反射光を集光して、結像位置Ｏ２に反射光によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を結像する。この結像されたシリコンウェハＳＩＬの画像は、結像位置Ｏ２に設けたカメラ本体４１により撮像される。そして、この撮像されたシリコンウェハＳＩＬの画像を表す画像データはコンピュータ装置５１に供給され、コンピュータ装置５１はこの画像データを画像処理して、シリコンウェハＳＩＬの表面上のクラックの発生の有無、クラックが発生している場合にはクラックの発生位置、長さなどが計測される。
【００１９】
シリコンウェハＳＩＬの表面上にクラックが発生していなければ、カメラ本体４１に撮像される画像は鏡面状のシリコンウェハＳＩＬの画像を表す。したがって、この場合には、コンピュータ装置５１はクラックの発生なしを判定する。
【００２０】
次に、シリコンウェハＳＩＬの表面にクラックが発生している場合について説明する。この場合、図２に示すように、クラックＸ自体は、その幅が１μｍ程度の細い線状のものであるが、その両側は盛り上がり、またはその逆に窪み、このクラックＸ両側の盛り上がり部分または窪み部分の幅はクラックＸの幅に比べれば非常に広い。前記のように、コリメートレンズ３５を介してシリコンウェハＳＩＬの表面に平行光を照射すると、クラックＸの発生していないシリコンウェハＳＩＬの表面部分は鏡面であるので、前記垂直下方に照射された平行光は垂直上方に反射する。しかし、図２(Ａ)に示すような前記盛り上がり部分または窪み部分の傾斜により平行光の反射方向が変わり、通常、盛り上がり部分または窪み部分からの反射光はコリメートレンズ３５には届かず、またはコリメートレンズ３５による焦点位置Ｏ１には集光されないので、撮像レンズ３６ａによって結像されかつカメラ本体４１によって撮像される反射光によるシリコンウェハＳＩＬの画像はクラックＸに沿って周囲に比べて暗い帯状部分を有することになる。すなわち、この盛り上がり部分または窪み部分からの反射光は、コリメートレンズ３５および撮像レンズ３６ａの視野外となる。図３(Ａ)は、撮像カメラユニット４０によって撮像したシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を示しており、図中左下の黒い（暗い）線状部分がクラックＸを示している。
【００２１】
一方、シリコンウェハＳＩＬとカメラ本体４１との間の距離によっては、前記盛り上がり部分または窪み部分の傾斜がレンズ効果をもって、反射光によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像がクラックに沿って周囲に比べて明るい帯状部分を有することもある。図２(Ｂ)はこの状態を模擬的に示している。図３(Ｂ)は、撮像カメラユニット４０によって撮像したこの状態におけるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を示しており、図中左下の白い（明るい）線状部分がクラックＸを示している。
【００２２】
そして、このような黒い線状部分または白い線状部分を含むシリコンウェハＳＩＬの表面の画像を表す画像データがコンピュータ装置５１に供給されると、コンピュータ装置５１は画像処理により、黒い線状部分または白い線状部分によりクラックＸの発生ありを判定するとともに、クラックＸの位置、長さなども計測する。
【００２３】
このような画像処理後、撮像カメラユニット４０がシリコンウェハＳＩＬの表面全体を視野内に入れていれば、新たなシリコンウェハＳＩＬをＸＹ移動ステージ１０に載せて前記のような検査工程を実施する。しかし、撮像カメラユニット４０がシリコンウェハＳＩＬの表面全体を視野内に入れていない場合には、電気制御装置５０により駆動装置１１を制御してＸＹ移動ステージ１０すなわちシリコンウェハＳＩＬの位置をＸ軸および／またはＹ軸方向に移動させることにより、シリコンウェハＳＩＬの表面全体を走査して前記検査をふたたび実施する。この走査により、シリコンウェハＳＩＬの表面全体の画像を撮像でき、シリコンウェハＳＩＬの表面全体の検査が終了する。この場合も、前述のように、新たなシリコンウェハＳＩＬをＸＹ移動ステージ１０に載せて前記のような検査工程を実施する。
【００２４】
このようなＸＹ移動ステージ１０の移動を伴う測定の場合には、ＸＹ移動ステージ１０の移動ごとにＸＹ移動ステージ１０を静止させてシリコンウェハＳＩＬの表面を撮像するようにしてもよい。しかし、光源２０としてストロボなどの瞬間発光光源を用いるか、カメラの電子シャッター機能で短時間だけ露光させ、かつＸＹ移動ステージ１０を移動させるようにしてもよい。検査時間としては、後者の方が有利である。
【００２５】
上記作動説明からも理解できるように、前記反射光による画像の暗い帯状部分および明るい帯状部分は、前記のようにクラックＸの周囲の盛り上がりまたは窪みに起因するものでクラックＸの幅に比べて非常に広いので、撮像カメラユニット４０の分解能が比較的大きくても、例えば数１０μｍ〜１００μｍ程度でも、クラックＸを検出可能である。例えば、１０6画素程度の撮像カメラユニット４０を用いれば、５０ｍｍ〜３００ｍｍ角程度の広い視野を一度に撮像することができるようになる。したがって、分解能の比較的低い撮像カメラユニット４０を用いても、シリコンウェハＳＩＬの表面に対する光の照射の走査処理をなくし、または少なくすることができる。その結果、シリコンウェハＳＩＬの表面に生じるクラックＸを簡単な構成による安価な装置を用いて短時間で検出できるようになる。
【００２６】
また、上記実施形態においては、撮像カメラユニット４０によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像の分解能は粗くてもよいので、ＸＹ移動ステージ１０として、例えば２軸直交ロボットなどのような簡単な構成のものを利用できる。また、上記実施形態においては、視野が広いためにレンズの被写界深度が深いため、シリコンウェハＳＩＬの垂直方向（すなわちＺ軸方向）のオートフォーカス機能も不要であり、このことが検査装置を簡単に構成できる一因でもある。
【００２７】
さらに、本発明の実施にあたっては、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００２８】
例えば、シリコンウェハＳＩＬの表面に平行光を照射する光学装置３０は種々に変形される。図４に示すように、上記実施形態のハーフミラー３４を省略して光学装置３０を構成できる。具体的には、接眼レンズ３２からピンホール部材３３のピンホールを介した光をコリメートレンズ３５に直接導くようにする。この場合、ピンホールから出射された光束の光軸およびコリメートレンズ３５によって変換された平行光の光束の光軸は、シリコンウェハＳＩＬの表面に対して垂直方向から僅かに傾いている。そして、シリコンウェハＳＩＬの表面からの反射光の光軸もシリコンウェハＳＩＬの表面に対して垂直方向から前記方向とは逆方向に僅かに傾いていて、コリメートレンズ３５から出射された反射光は撮像レンズユニット３６および撮像カメラユニット４０に直接入射する。
【００２９】
また、図５に示すように、平行光を生成するために凹面ミラー３７を用いた光学装置３０を用いてもよい。すなわち、接眼レンズ３２からピンホール部材３３のピンホールを介した光をハーフミラー３４を介して凹面ミラー３７に入射させる。凹面ミラー３７は、この入射光束を平行光に変換してシリコンウェハＳＩＬの表面に照射する。シリコンウェハＳＩＬの表面からの反射光（平行光）は、凹面ミラー３７によって反射されるとともに焦点位置Ｏ１に集光された後、撮像レンズユニット３６および撮像カメラユニット４０に入射する。なお、この場合も、シリコンウェハＳＩＬの表面を照射する平行光束および同シリコンウェハＳＩＬから反射される平行光束の光軸はシリコンウェハＳＩＬの表面に対して垂直方向から僅かにずれている。
【００３０】
このように変形した光学装置３０を用いても、シリコンウェハＳＩＬの表面には平行光束が照射され、同照射による反射光は撮像カメラユニット４０に導かれて、撮像カメラユニット４０にて反射光によるシリコンウェハＳＩＬの表面の画像が撮像される。すなわち、上記実施形態と同様に動作する。したがって、これらの変形例によっても、上記実施形態と同様な効果が期待される。
【００３１】
また、実施形態および変形例においては、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなどのカメラ本体４１を用いてシリコンウェハＳＩＬの表面を２次元的に撮像するようにした。しかし、これに代えて、複数の受光素子を１列に配置させたラインセンサ（すなわち、１次元撮像センサ）を用いてシリコンウェハＳＩＬの表面を撮像して検査するようにしてもよい。ただし、この場合には、ラインセンサの長さに関係なく、ラインセンサの延長方向と直角方向にＸＹ移動ステージ１０を移動させることにより、シリコンウェハＳＩＬの表面全体を走査して撮像する必要がある。
【００３２】
また、上記実施形態および変形例では、シリコンウェハＳＩＬの表面全体を撮像するための走査において、ＸＹ移動ステージ１０を移動させるようにした。しかし、これに代えて、ＸＹ移動ステージ１０を固定しておいて、光学装置３０および撮像カメラユニット４０を移動させて、シリコンウェハＳＩＬの表面全体を走査して撮像するようにしてもよい。さらに、ＸＹ移動ステージ１０を移動させるとともに、光学装置３０および撮像カメラユニット４０をも移動させて、シリコンウェハＳＩＬの表面全体を走査して撮像するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るシリコンウェハの検査装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】(Ａ)(Ｂ)はシリコンウェハの表面に発生したクラックによる反射光の状態を説明する説明図である。
【図３】(Ａ)(Ｂ)はクラックの発生したシリコンウェハの表面を本発明による方法で撮像した画像の複写図である。
【図４】前記実施形態に係るシリコンウェハの検査装置の変形例を概略的に示すブロック図である。
【図５】前記実施形態に係るシリコンウェハの検査装置の他の変形例を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ＸＹ移動ステージ、２０…光源、３０…光学装置、３２…接眼レンズ、３３…ピンホール部材、３４…ハーフミラー、３５…コリメートレンズ、３６…撮像レンズユニット、３６ａ…撮像レンズ、３７…凹面ミラー、４０…撮像カメラユニット、４１…カメラ本体
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図３】
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