(57)【要約】【課題】  回転する検査対象物の立体的な表面上のクラックなどの欠陥を背景の明度に影響されることがなく、さらに汚れなどの表面状態と混同することがなく、品質に影響を及ぼすことのない微小な傷を検出せず品質に重大な欠陥のみ検出する表面欠陥検査方法及びその装置を提供することを目的とする。【解決手段】  回転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照明手段と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するリニアセンサアレイを備える複数の撮像手段と、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の微小凹凸欠陥を検出する画像処理手段とから構成し、上記拡散光照明手段は帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、上記拡散光照明手段は撮像手段にとって暗視野照明となるように配置されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する検査対象物の鏡面状表面を拡散光照明手段によって照明し、リニアセンサアレイを備える複数の撮像手段により検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像し、前記リニアセンサアレイから出力される信号から画像処理手段により検査対象物の鏡面状表面の凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、前記拡散光照明手段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でかつ均一な拡散光でもって照明するとともに、撮像手段にとって暗視野照明となるように配置されていることを特徴とする表面欠陥検出方法。
【請求項２】
前記拡散光照明手段は光源部が円弧状または楕円弧状または門型に形成されてい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】
前記拡散光照明手段は複数の照明装置で構成され、異なる方向から前記検査対象物を照明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】
回転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照明手段と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するリニアセンサアレイを備える複数の撮像手段と、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の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、前記拡散光照明手段は帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、撮像手段にとって暗視野照明となるように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】
前記拡散光照明手段は光源部が円弧状または楕円弧状または門型に形成されてい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】
前記拡散光照明手段は複数の照明装置で構成され、異なる方向から前記検査対象物を照明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】
前記複数の照明装置は前記検査対象物を照明する角度が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の表面欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、シリコンウエハの周端縁部などのように、鏡面状表面であってテーパやＲ部を含む三次元的な形状の検査対象物の部位に存在する欠陥を検出する表面欠陥検査方法および表面欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  半導体製造に用いられるシリコンウエハの表面平面部の欠陥検査の重要性は言うまでもなく不良率の改善のために細心の注意で検査が行われる。一方、シリコンウエハの周端縁部およびそれに続く平坦部は最終製品には使用されない部位で、廃棄される部分であることから、その部分の検査についてはあまり重要と考えてはいなかった。近年になって、この部分の微細な欠陥が後工程への歩留まりに大きな影響があることが次第に明らかになってきた。即ち、終端縁部（エッジ部）に微細なクラックがあれば、その部分のひずみがシリコンウエハ全体に拡大し破損や周辺汚染に発展することや、あるいはエッジ部にある微細な凹凸欠陥や付着物が原因でパーティクルあるいは付着物が飛散して不良品が発生することが問題視されてきている。【０００３】  シリコンウエハのエッジ部は強度の面を考慮してテーパが設けられており、上側テーパ部、側面部、下側テーパ部を備え、上下のテーパ部と側面部との間はアール部が設けられているために、観測する対象面は立体的な面となっている。そのために、指向性のある照明を用いた場合には、テーパ部や側面部などの平坦な部位を検査部位では欠陥を検出することができるが、上下のテーパ部と側面部との間のアール部では、欠陥の無い箇所であっても影となり、欠陥であっても撮像手段により検出できないという問題がある。【０００４】  上記の問題点を解決するために、本出願人は特開２００３−１３９５２３号公報に開示している表面欠陥検査方法を提案している。上記公報で開示されている検査方法は、円弧状あるいは門型に形成された拡散光照明手段により照明されているシリコンウエハのエッジ部を、テレセントリック光学系とリニアセンサで構成された複数の撮像手段により撮像することで、シリコンウエハのエッジ部表面の欠陥を検出している。この時、撮像装置は光源から出た照明光のうち、シリコンウエハのエッジ部表面で反射した正反射光を撮像するように配置されている。【０００５】  円弧状あるいは門型に形成された拡散光照明手段を用いると、ウエハのエッジ部のすべての場所において撮像手段の撮像素子（リニアセンサアレイ）の主走査方向には様々な方向から照明光が入射するために上下のテーパ部と側面部との間をつなぐアール部においてもテーパ部や側面部のような平坦部と同様に様々な方向から照明光が当るために撮像装置に捉えられる正反射光が存在する結果、欠陥の有無を判定できる。【０００６】  これに対して、撮像素子の主走査方向と直交する方向即ち検査対象物の回転移動方向には指向性がある照明となっているために、上記検査方法における拡散光照明手段は、あらゆる方向から照明されている場合と異なり検査対象物の移動方向には指向性があり、欠陥の形状によっては微小な傷や付着物でも検出するという特徴を有する。【０００７】
【特許文献１】  特開２００３−１３９５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  特開２００３−１３９５２３号公報で提案している表面欠陥検査方法においては、欠陥であるか否かの判定は閾値を設けて行っているが、明視野照明方法であるために、背景即ち正常部分の明度に影響される結果、欠陥性状の判定が困難な事例が発生するという問題点がある。つまり、汚れや微少なレジスト膜剥がれなど凹凸が浅い表面状態と、本来の欠陥である欠け傷やクラックなどの凹凸が急峻で深い場合との違いを判定しにくいという欠点がある。従って、上述のような円弧状あるいは門型に形成された拡散性光源の特徴のために欠陥の形状によっては製品品質に影響を及ぼさないような浅く、軽微な異変も欠陥として検出してしまう問題がある。【０００９】  上記問題を鑑み、本発明は背景の明度に影響されることがなく、さらに汚れや浅い凹凸など、品質に影響を及ぼすことのない軽微な異変は欠陥として検出しない表面欠陥検査方法及びその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明の立体形状鏡面を検査する表面欠陥検査方法は上記目的を達成するために、回転する検査対象物の鏡面状表面を拡散光照明手段によって照明し、リニアセンサアレイを備える複数の撮像手段により検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像し、このリニアセンサアレイから出力される信号から画像処理手段により検査対象物の鏡面状表面の凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、前記拡散光照明手段は帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、撮像手段にとって暗視野照明となるように配置されていることを特徴とする。【００１１】  上記の第１の課題解決手段によれば、検査対象物の立体形状鏡面を検査する際に、検査対象物の鏡面状表面を帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに撮像手段にとって暗視野照明となるように配置された拡散光照明手段により照明することで、背景の明度に影響されることがなく、さらに汚れなどの表面状態と混同することがない表面欠陥検査が可能となる。【００１２】  第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段であって、前記拡散光照明手段は光源部が円弧状または楕円弧状または門型に形成されていることを特徴としており、シリコンウエハのエッジ部のような立体的な検査部位であっても、均一な照明光で照明することができる。【００１３】  第３の課題解決手段は、第１の課題解決手段であって、前記拡散光照明手段は複数の照明装置で構成され、異なる方向から前記検査対象物を照明することを特徴としており、検査対象物を左右から照明することで、欠陥の方向性に関係なく欠陥を検出することが可能となる。【００１４】  第４の課題解決手段は、回転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照明手段と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するリニアセンサアレイを備える複数の撮像手段と、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の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、前記拡散光照明手段は帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、撮像手段にとって暗視野照明となるように配置されていることを特徴とする。【００１５】  第５の課題解決手段は、第４の課題解決手段であって、前記拡散光照明手段は光源部が円弧状または楕円弧状または門型に形成されていることを特徴とする。【００１６】  第６の課題解決手段は、第４の課題解決手段であって、前記拡散光照明手段は複数の照明装置で構成され、異なる方向から前記検査対象物を照明することを特徴とする。【００１７】  第７の課題解決手段は、第６の課題解決手段であって、前記複数の照明装置はその位置が調整可能に構成されていることを特徴としており、欠陥の形状に応じて最適な暗視野照明角度に照明手段を配置することができる。
【発明の効果】
【００１８】  従来の明視野照明を用いた表面欠陥検査方法では欠陥であるか否かの判定は閾値を設けて行っているが、背景即ち正常部分の明度に影響される結果、欠陥の判定が困難な事例が発生するという問題点がある。また、汚れなどが付着している場合や軽微な擦り傷のように凹凸が浅い表面状態と、本来の欠陥である欠け傷やクラックのように凹凸が深い場合との違いを判定しにくいという欠点がある。【００１９】  本発明の表面欠陥検査方法及び表面欠陥検査装置は、帯状でかつ均一な拡散光照明手段でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、撮像手段にとって暗視野照明となるように拡散光照明手段を配置しているために、ラインセンサアレイにとって均一な撮像条件が実現されるとともに、欠陥箇所ではコントラストの高い画像が得られ、欠陥の判定が確実かつ容易になる。【００２０】  また、汚れなどが付着しているような凹凸が浅い表面状態の場合であっても、明視野照明は暗く撮像されて欠陥と誤って判定される恐れがあるが、本発明の表面欠陥検査方法によれば前記暗視野照明による浅い凹凸の反射輝度は低レベルとなり、誤って欠陥と判定をする恐れがない。逆に、クラックなど深度を持った欠陥形状の場合は、暗視野照明による、明度の高い画像が撮像されるので、欠陥と知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２１】  図をもって本発明の方法および装置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。【００２２】  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検査装置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、拡散光照明手段５として図２に示すように撮像手段の両側にＣ型光源５１、５２を設けてある。【００２３】  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。また上側テーパ部６１および下側テーパ部６２に続く平坦部の部分はロールオフと呼ばれ、テーパ部とともに製品には使用されない部分である。【００２４】  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は、撮像素子としてリニアセンサアレイを備えている。リニアセンサアレイは、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る。【００２５】  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、欠陥検出作業の際には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ＣＣＤ電荷素子の配列方向をシリコンウエハ６の回転方向に対して直交する向きに配置されており、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。図２に示すように、側面用撮像手段３の光軸をシリコンウエハの半径方向と一致させるように配置する。また、上面用撮像手段２及び側面用撮像手段３は、上側テーパ面６１及び下側テーパ面６３と正対するように配置する。【００２６】  拡散光照明手段５は本実施例ではＣ型光源５１，５２の２つの照明装置から構成される。Ｃ型光源５１，５２は図１に示すように発光部がＣ形をした円弧状あるいは楕円弧状に稠密に並べて形成されている拡散光光源であり、Ｃ形をした円弧状の内側に照明光の出射口が配列されている。Ｃ形をした円弧状あるいは楕円弧状部分は保持部５３に設けられた案内ガイド５４によって支持されている。また、検査対象物の形状によっては円弧状ではなく、門型に形成してもよい。【００２７】  図５に示すように、Ｃ型光源５１の保持部５３には、案内ガイド５４が固定され、Ｃ型光源５２は案内ガイド５４を案内に移動可能に組み込まれており、調整ねじ５５を回転させることにより、Ｃ型光源５１とＣ型光源５２の距離を変えることにより照明装置の位置が調整できる構成となっている。【００２８】  Ｃ型光源５１，５２は、図示しないハロゲンランプから複数の光ファイバーによりフレキシブルチューブ５６および保持部５３を経由してＣ型光源５１，５２の円弧部の出射口まで導かれており、シリコンウエハ６のエッジ部の表面を均一��拡散光で照明する。また図２に示すようにＣ型光源５１，５２は撮像手段の両側に配置され、撮像手段の光軸に対して斜めに照射するように配置されていて、シリコンウエハ６のエッジ部の表面における正反射光が撮像手段には入射しない暗視野照明となっている。【００２９】  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。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は、それぞれシリコンウエハ６の上側テーパ面６１、側面６２および下側テーパ面６３にほぼ正対して配置されていて、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に備えられているラインセンサアレイ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。【００３０】  上側テーパ面６１と側面６２との接続部のアール部は、上面用撮像手段２および側面用撮像手段３のいずれでも撮像可能である。同様にして側面６２と下側テーパ面６３との接続部のアール部は、側面用撮像手段３および下面用撮像手段４のいずれでも撮像可能である。また、上面のロールオフ部および下面のロールオフ部は、それぞれ上面用撮像手段２および下面用撮像手段４で撮像される。【００３１】  図６に拡散光光源５の照明光の照明する様子についてＣ型光源５１を例にとって模式図で示すものである。拡散光照明手段５のＣ型光源５１，５２に設けられた光ファイバーの出射口は図６に示すように出射角度７０°程度の広角度で出射される。Ｃ型光源５１，５２が円弧状の曲率を有するために、撮像手段のシリコンウエハ６上の撮像箇所に対して広い角度で照明光が入射する。【００３２】  撮像手段の両側に設けてあるＣ型光源５１，５２の照明光は、撮像手段の光軸に対して斜めに照射するように配置されているために、撮像手段には正反射光は入射せず乱反射した光のみ撮像する構成であり、いわゆる暗視野照明となっている。そのために、シリコンウエハ６の表面が正常であれば、その反射光は撮像手段の撮像素子に入射することはないのに対して、シリコンウエハ６の表面に欠け傷やクラックなどの深い凹凸がある場合にはその場所の異常の状態によってその箇所における反射光が撮像手段に入射し、このとき撮像素子による画像は、明るい像として撮像される。【００３３】  図７に検査対象物の表面にできた欠陥による反射光の違いを示す。図７（ａ）では検査対象物の表面に凹凸などの欠陥がない場合を示すものであり、検査対象物表面で反射した光は撮像手段に入射することはなく、暗い画像として撮像される。また、図７（ｂ）の緩やかに波打っている面の場合であっても反射した光は撮像手段に入射せず、やはり暗い画像となる。【００３４】  一方、図７（ｃ）および図７（ｄ）に示すクラック状の欠陥の場合には、付近に破断面を備えた緩やかな傾斜面があり、これに急角度の裂け目部が続いているのが一般的である。ここに示す図はあくまでも模式的な説明図であり、実際のクラック状の欠陥は、図７（ｃ）および図７（ｄ）のように左右対称に近い形状とは限らず、緩やかな傾斜面が入口の一方にしか存在しない場合もある。【００３５】  図７（ｃ）および図７（ｄ）に示すように照明手段による照明光はクラックの入口に近い傾斜面で乱反射し、反射光の一部は撮像手段に捉えられ、明るい画像が撮像される。図７（ｃ）に示す照明光の方向では、図の左側の傾斜面が撮像されないが、図７（ｄ）のように反対方向からの照明手段も用いることにより、左右両方の傾斜面を撮像することが可能となる。本実施例では、Ｃ型光源５１，５２を撮像手段の両側に配置することにより２方向からの照明光を実現している。また、クラックの急角度の裂け目部に入射した光は、向かい合った壁は鏡面ではなく、次々と反射光量が減衰し、暗画像となる。【００３６】  図１０（ａ）に本実施例の構成で撮像したクラック状欠陥の暗視野照明による画像を示す。一方、図１０（ｂ）は同じクラック状欠陥を明視野照明で撮像した画像である。図１０（ａ）の暗視野照明による画像では、欠陥のない部分は暗黒の画面となり、欠陥の箇所のみ明るい画像となる。これに対して図１０（ｂ）の明視野照明による画像ではクラックの中心部のみ暗い画像となり、それ以外の欠陥のない部分はグレーの領域となる。【００３７】  本実施例で設けているＣ型光源５１，５２はシリコンウエハ６の表面に斜めに入射するが、Ｃ型光源５１，５２の位置によって入射角度が変わってくる。欠陥の形状とＣ型光源５１，５２の位置の関係から欠陥部で乱反射する光を撮像手段が捉えることができない場合が発生するが、そのような場合には、図５に示す調整ねじ５５を回すことによりＣ型光源５１，５２間の距離を調整して欠陥による乱反射光が撮像手段に入射するようにすることにより適切な照明光を得ることができる。【００３８】  図示しない回転装置によって一定速度で回転するシリコンウエハ６のエッジ部は、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によって連続的にスキャンすることによりシリコンウエハ６のエッジ部の全周の画像を得ることができる。シリコンウエハ６のエッジ部の表面上にクラックなどの欠陥がある場合には、図１０（ａ）に示すように画像の該当箇所は明度が高い映像となる。【００３９】  欠陥の判定は図８に示すフロー図に示す手順で行う。欠陥判定のための閾値として低輝度値と高輝度値の２段階設けてあり、最初に低輝度の閾値で２値化を行う。クラックや打痕あるいは付着物などの欠陥がない箇所は暗黒であり、欠け傷やクラックなどの欠陥があれば明るい映像となる。低輝度閾値より明るい部分を抽出し、その部分をラベリングにより管理する。ここで、ラベリングされた箇所の形状に着目し、細長い形状のものはクラックと判定する。次に残ったラベリング箇所に対して高輝度の閾値を用いて判定を行う。閾値以上の輝度があれば欠け傷又はクラックと判定し、それ以外は浅いレジスト膜はがれや付着物などの軽微な異変と判定する。【００４０】  本発明の暗視野照明を用いた表面欠陥検出方法は、上述のように致命的な欠陥である欠け傷やクラックなどと、修復可能な凹凸が浅い欠陥とを容易に判別することが可能となる。また欠陥部から反射する光のみ撮像するように構成しているために、欠陥部の画像が高いコントラストで得られる結果、欠陥の検出が容易になるという利点がある。欠陥の形状によっては一定位置に置いた拡散光光源では検出できないことがあるが、拡散光光源の位置を調整することで、傷の形状に応じた検出を実施することが可能である。【００４１】  また、本実施例で用いたＣ型光源５１，５２は、立体的な形状の検査対象物における撮像範囲のいずれの位置においても均一でかつ広角度で入射する照明光を保証する照明装置であり、本実施例で説明しているシリコンウエハ６のエッジ部にあるアール部のような立体的な部位であっても均一でかつ広角度で入射する照明を確保することができる。【００４２】  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。【００４３】  また、本発明の表面欠陥検査方法および表面欠陥検査装置では、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、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。【００４４】  本実施例では、拡散光光源であるＣ型光源を撮像装置の両側に配置しているが、傷の性質が予測できる場合は一方だけを配置する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】  本発明の欠陥検査方法は、拡散光照明手段は帯状でかつ均一な拡散光でもって検査対象物の鏡面状表面を照明するとともに、前記拡散光照明手段は撮像手段にとって暗視野照明となるように配置するように拡散光照明手段を構成しているために、リニアセンサアレイにとって均一な撮像条件を実現するとともに、コントラストの高い欠陥箇所の画像が得られる。【００４６】  また、汚れなどの凹凸のない表面状態であっても、欠陥である欠け傷やクラックのようにコントラストの高い映像となることはなく、誤った判定をする恐れがない。その結果、欠陥の判定が容易で確実になる結果、検査に要する時間も軽減されるために高い生産歩留まり率を確保することが可能となり、産業への寄与が大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】  本実施例の表面欠陥装置の外観を示す側面図である。
【図２】  本実施例の表面欠陥装置の平面図である。
【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】  照明手段と撮像装置の関係を示す説明図である。
【図５】  照明手段の間隔調整機構を示す説明図である。
【図６】  拡散光光源の照明の様子を説明する説明図である。
【図７】  欠陥の形状による反射光の状態を示す説明図である。
【図８】  クラック判定の手順を示すフロー図である。
【図９】  実際のクラックを撮像した画像である。
【符号の説明】
【００４８】  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  拡散光照明手段
６  シリコンウエハ
７  画像処理装置
５１、５２  Ｃ型光源
５３  保持部
５４  案内ガイド
５５  調整ねじ
６１  上側テーパ面
６２  側面
６３  下側テーパ面
【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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