(57)【要約】【課題】検査対象からの反射光角度の変化に基づいて基板の欠陥を精度よく検査することができる検査装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る検査装置は、赤外光を出射する光源１１と、光源１１から出射される赤外光を平行光としてウエハ３０に略垂直に入射させ、当該ウエハ３０からの反射光を導く光学系と、光学系により導かれる反射光のうち、正反射光以外の光を検出するＩＲカメラ１９、２０とを備え、光源１１からの赤外光を導光する光ファイバ１３の出射端面面は、光学系の瞳位置に配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を出射する光源部と、
前記光源部から出射される前記赤外光を平行光として検査対象に略垂直に入射させ、前記検査対象からの反射光を導く光学系と、
前記光学系により導かれる反射光のうち、正反射光以外の光を検出する光検出部とを備え、
前光源部は、前記光学系の瞳位置に配置されている検査装置。
【請求項２】
前記光検出部は、２つの光検出器を有し、
前記光学系は、前記正反射光以外の光を前記２つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記光学系は、光軸に対して対称に配置され、前記検査対象からの正反射光以外の光を反射して前記２つの光検出器にそれぞれ導く２面の反射面を備える請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記２つの光検出器でそれぞれ取得された輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる移動機構をさらに備える請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記検査対象は、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項６】
前記光源部は、異なる波長の複数の赤外光を切り替えて出射することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項７】
前記光源部は、前記素子基板で反射される波長の赤外光と、前記素子基板を透過する波長の赤外光とを切り替えて出射することを特徴とする請求項５に記載の検査装置。
【請求項８】
前記光検出部は４つの光検出器を有し、
前記光学系は、前記正反射光以外の光を前記４つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項９】
前記光学系は、光軸周りに９０度毎に配置され、前記検査対象からの正反射光以外の光を反射して前記４つの光検出器にそれぞれ導く４面の反射面を備える請求項８に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記光源部は、前記赤外光を導光し、出射端面面が前記光学系の瞳位置に配置された光ファイバをさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１１】
前記光源部は、前記検査対象に面状の赤外光を照射し、
前記光検出部は、前記検査対象の像を撮像することを特徴とする１〜１０のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１２】
前記光源部は、前記検査対象に面状の赤外光を照射し、
前記光検出部は、前記検査対象の像を撮像し、
前記移動機構は、前記光検出部で取得された画像中の欠陥部分以外の輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる請求項４又は９に記載の検査装置。
【請求項１３】
前記光源部は、前記赤外光のビームを反射して前記検査対象をライン走査する回動可能な回動ミラーをさらに備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１４】
光学系の瞳位置に配置された光源部から出射される赤外光を平行光として検査対象に略垂直に入射させ、
前記検査対象からの反射光のうち、正反射光以外の光を光検出部により検出し、
前記光検出部により得られた輝度情報に基づいて前記検査対象の欠陥を検出する検査方法。
【請求項１５】
前記正反射光以外の光を前記光検出部の異なる２つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とする請求項１４に記載の検査方法。
【請求項１６】
光軸に対して対称に配置された２面の反射面により、前記検査対象からの正反射光以外の光を前記光検出部の異なる２つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とする請求項１５に記載の検査方法。
【請求項１７】
前記２つの光検出器でそれぞれ取得された輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる請求項１６に記載の検査方法。
【請求項１８】
異なる波長の複数の赤外光を切り替えて前記検査対象に出射することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１９】
前記検査対象は、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板であり、前記素子基板で反射される波長の赤外光と、前記素子基板を透過する波長の赤外光とを切り替えて出射することを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項２０】
前記検査対象からの正反射光以外の光を前記光検出部の異なる４つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項２１】
光軸周りに９０度毎に配置された４面の反射面により、前記検査対象からの正反射光以外の光を前記異なる４つの光検出器にそれぞれ導く請求項２０に記載の検査方法。
【請求項２２】
前記検査対象に面状の赤外光を照射して、前記検査対象の像を撮像することを特徴とする１４〜２１のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項２３】
前記検査対象に面状の赤外光を照射して、前記検査対象の像を撮像し、
前記光検出部で取得された画像中の欠陥部分以外の輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる請求項１６又は２１に記載の検査方法。
【請求項２４】
回動ミラーにより前記赤外光のビームを反射して前記検査対象をライン走査する請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項２５】
請求項１４〜２４に記載の検査方法を用いて、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板の欠陥の検査を行い、
検査後の接合基板における素子基板の裏面を研磨し、
前記支持基板を剥離する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面形状検査、特に素子基板に支持基板を張り合わせた接合基板の検査に好適な検査装置、検査方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコン貫通ビア（ＴＳＶ：Through Silicon Via）が、半導体デバイスの小型、高集積化及び高性能化を同時に達成できる次世代の半導体実装技術として注目されている。ＴＳＶは、半導体チップを垂直に貫通する電極又は配線である。複数のチップを積み重ねてＴＳＶによりチップ相互間を接続することで、３次元集積回路の小型化、大容量化、高性能化を容易に実現することができる。
【０００３】
ビアを形成する際、加工時間の短縮と狭ピッチ化を実現するため、ウエハを薄厚化する必要がある。ウエハの薄厚化には裏面研削（バックグラインディング）が実施されている。ウエハの厚さが薄くなるとウエハに反りが発生し易くなり、ハンドリングが困難となる。そこで、ウエハの表面に支持基板（サポート基板）を接着してウエハの裏面を研磨し、研磨が完了した後ウエハから支持基板を除去している。
【０００４】
ウエハと支持基板とは、樹脂等の接着層により張り合わせられる。このとき、ウエハと支持基板との間に異物が入る場合がある。また、ウエハと支持基板との間に空気が残留し、気孔（ボイド）が形成される場合がある。この状態でウエハの裏面研磨処理を行った場合、異物やボイドが存在する領域とそれ以外の領域とで、ウエハの厚みがばらつくという問題がある。上述の三次元半導体装置では、ウエハの厚みが異なると、チップ間の接続が取れないことがある。
【０００５】
また、近年、ＣＭＯＳ（Complementally Metal Oxide Semiconductor）センサの裏面照射技術（ＢＳＩ：Backside Illumination）が開発されている。ＢＳＩでは、センサの裏面のウエハ側から集光する。ＢＳＩを採用したイメージセンサの製造工程おいても、ウエハに支持基板を張り合わせた状態で、ウエハの裏面を削る工程がある。この場合も同様に、ウエハ‐支持基板間の異物等に起因してウエハの厚みがばらつくことがある。このようにウエハの厚みがばらつくと、感度ムラが発生するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、ウエハの裏面研磨処理を行う前に、ウエハと樹脂との間の異物等を検出することが望まれている。従来から、２枚のシリコンウエハを張り合わせたＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハの欠陥を検査する検査装置が提案されている（特許文献１、非特許文献１）。これらの検査装置では、ＳＯＩウエハに赤外光を照射し、透過或いは反射した光に基づいてボイド等の欠陥を検出している。
【０００７】
非特許文献１のように透過照明を用いた場合、ボイドが発生している部分ではフレネル反射が起こるため、この部分の透過光の強度がボイドが発生していない部分のそれよりも弱くなる。これを撮像して得られる画像からボイドが発生している部分とそうでない部分との輝度の差により、ＳＯＩウエハの基板間に存在するボイドを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１６１５６９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「半導体内部観察装置C9597-11」、浜松ホトニクス株式会社、２０１０年６月、Cat. No. SSMS0001J06
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の検査装置では、照明光の透過光と散乱・回折光の両者を取り込んで撮像し、欠陥部分と非欠陥部分との輝度の差により欠陥を検出している。接着層内部の微小な異物やボイドでは微小な散乱光しか発生せず、この輝度の差も微小なものとなる。従って、このような微小な欠陥の検出が困難であるという問題がある。また、取得した画像から異物が存在しているのか、ボイドが存在しているのかを判別することは困難である。
【００１１】
本発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、検査対象の欠陥を精度よく検査することができる検査装置、検査方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様に係る検査装置は、赤外光を出射する光源部と、前記光源部から出射される前記赤外光を平行光として検査対象に略垂直に入射させ、前記検査対象からの反射光を導く光学系と、前記光学系により導かれる反射光のうち、正反射光以外の光を検出する光検出部とを備え、前光源部は、前記光学系の瞳位置に配置されているものである。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の欠陥を精度よく検査することができる。
【００１３】
本発明の第２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出部は、２つの光検出器を有し、前記光学系は、前記正反射光以外の光を前記２つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とするものである。これにより、２つの撮像器で取得される画像に基づいて、検査対象の欠陥を精度よく検査することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光学系は、光軸に対して対称に配置され、前記検査対象からの正反射光以外の光を反射して前記２つの光検出器にそれぞれ導く２面の反射面を備えるものである。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の表面形状の検査を行うことができる。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記２つの光検出器でそれぞれ取得された輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる移動機構をさらに備えるものである。これにより、欠陥検出精度を向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明の第５の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記検査対象は、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板であることを特徴とするものである。本発明は、このような検査対象の検査に特に好適である。
【００１７】
本発明の第６の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、異なる波長の複数の赤外光を切り替えて出射することを特徴とするものである。これにより、検査対象に存在する欠陥の種類を判別することができる。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、前記素子基板で反射される波長の赤外光と、前記素子基板を透過する波長の赤外光とを切り替えて出射することを特徴とするものである。これにより、接合基板間に存在する欠陥の種類を判別することができる。
【００１９】
本発明の第８の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光検出部は４つの光検出器を有し、前記光学系は、前記正反射光以外の光を前記４つの光検出器にそれぞれ導くことを特徴とするものである。これにより、４つの撮像器で取得される画像に基づいて、検査対象の欠陥をより精度よく検査することができる。
【００２０】
本発明の第９の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光学系は、光軸周りに９０度毎に配置され、前記検査対象からの正反射光以外の光を反射して前記４つの光検出器にそれぞれ導く４面の反射面を備えるものである。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の表面形状の検査をより精度よく行うことができる。
【００２１】
本発明の第１０の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、前記赤外光を導光し、出射端面面が前記光学系の瞳位置に配置された光ファイバをさらに備えるものである。
【００２２】
本発明の第１１の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、前記検査対象に面状の赤外光を照射し、前記光検出部は、前記検査対象の像を撮像することを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第１２の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、前記検査対象に面状の赤外光を照射し、前記光検出部は、前記検査対象の像を撮像し、前記移動機構は、前記光検出部で取得された画像中の欠陥部分以外の輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させるものである。
【００２４】
本発明の第１３の態様に係る検査装置は、上記の検査装置において、前記光源部は、前記赤外光のビームを反射して前記検査対象をライン走査する回動可能な回動ミラーをさらに備えるものである。これにより、欠陥検出感度を向上させることができる。
【００２５】
本発明の第１４の態様に係る検査方法は、光学系の瞳位置に配置された光源部から出射される赤外光を平行光として検査対象に略垂直に入射させ、前記検査対象からの反射光のうち、正反射光以外の光を光検出部により検出し、前記光検出部により得られた輝度情報に基づいて前記検査対象の欠陥を検出する。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の欠陥を精度よく検査することができる。
【００２６】
本発明の第１５の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記正反射光以外の光を前記光検出部の異なる２つの光検出器にそれぞれ導く。これにより、２つの撮像器で取得される画像に基づいて、検査対象の欠陥を精度よく検査することができる。
【００２７】
本発明の第１６の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、光軸に対して対称に配置された２面の反射面により、前記検査対象からの正反射光以外の光を前記光検出部の異なる２つの光検出器にそれぞれ導く。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の表面形状の検査を行うことができる。
【００２８】
本発明の第１７の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記２つの光検出器でそれぞれ取得された輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる。これにより、結果検出精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
本発明の第１８の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、異なる波長の複数の赤外光を切り替えて前記検査対象に照射することを特徴とする。これにより、検査対象に存在する欠陥の種類を判別することができる。
【００３０】
本発明の第１９の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記検査対象は、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板であり、前記素子基板で反射される波長の赤外光と、前記素子基板を透過する波長の赤外光とを切り替えて前記検査対象に照射することを特徴とする。これにより、接合基板間に存在する欠陥の種類を判別することができる。
【００３１】
本発明の第２０の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記検査対象からの正反射光以外の光を前記光検出部の異なる４つの光検出器にそれぞれ導く。これにより、４つの撮像器で取得される画像に基づいて、検査対象の欠陥をより精度よく検査することができる。
【００３２】
本発明の第２１の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、光軸周りに９０度毎に配置された４面の反射面により、前記検査対象からの正反射光以外の光を前記異なる４つの光検出器にそれぞれ導く。これにより、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の表面形状の検査をより精度よく行うことができる。
【００３３】
本発明の第２２の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記検査対象に面状の赤外光を照射して、前記検査対象の像を撮像することを特徴とする。
【００３４】
本発明の第２３の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、前記検査対象に面状の赤外光を照射して、前記検査対象の像を撮像し、前記光検出部で取得された画像中の欠陥部分以外の輝度情報に基づいて、前記反射面又は前記検査対象の少なくともいずれか一方を移動させる。
【００３５】
本発明の第２４の態様に係る検査方法は、上記の検査方法において、回動ミラーにより前記赤外光のビームを反射して前記検査対象をライン走査する請求項１４〜２１のいずれか１項に記載の検査方法。
【００３６】
本発明の第２５の態様に係る半導体装置の製造方法は、上記いずれかに記載の検査方法を用いて、素子基板と支持基板とが接着層を介して張り合わせられた接合基板の欠陥の検査を行い、検査後の接合基板における素子基板の裏面を研磨し、前記支持基板を剥離する。これにより、接合基板を用いて製造される半導体装置の品質を向上することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて基板の欠陥を精度よく検査することができる検査装置、検査方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態１に係る検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る検査装置において接合基板を検査している状態を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係る検査装置において接合基板を検査している状態を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る検査装置の感度について説明する図である。
【図５】実施の形態２に係る検査装置において接合基板を検査している状態を説明する図である。
【図６】実施の形態２に係る検査装置において接合基板を検査している状態を説明する図である。
【図７】本発明に係る検査装置において用いられるミラーのその他の構成を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る検査装置の構成を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る検査装置において接合基板を検査している状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。
【００４０】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る検査装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る検査装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、検査装置１０は、光源１１、レンズ１２、光ファイバ１３、対物レンズ１４、Ｘ−Ｙステージ１５、ミラー１６、結像レンズ１７、１８、ＩＲカメラ１９、２０、比較器２１、コントローラ２２、ステージ２３を備えている。
【００４１】
ここでは、検査対象として、接合基板３０を例として説明する。まず、接合基板３０について説明する。接合基板３０は、貫通電極を有する半導体装置の製造工程における中間製品である。接合基板３０は、素子基板３１、金属パターン３２、支持基板３３、粘着層３４を有する。素子基板３１は、シリコンウエハ等の半導体基板である。素子基板３１には、当該基板中に埋め込まれた図示しない貫通電極と、その貫通電極に接続された金属パターン３２が形成されている。
【００４２】
素子基板３１の素子基板３１の金属パターン３２が形成された面には、支持基板３３が粘着層３４を介して張り合わせられている。支持基板３３として、例えば石英、ガラス又はシリコンウエハが用いられる。素子基板３１の金属パターン３２が形成された面の裏面を研磨して、貫通電極の端子面を露出させた後に支持基板３３を除去することにより、貫通電極を備える半導体装置が製造される。
【００４３】
粘着層３４としては、剥離可能な材質が用いられる。粘着層３４として、例えば熱可塑性の接着剤を用いた場合、加熱により接着層３４を軟化させることにより、支持基板３３の張り合わせおよび除去を行うことができる。検査装置１０は、特に、このような接合基板３０の素子基板３１と支持基板３３との間の異物又はボイド等の検査に好適である。
【００４４】
素子基板３１と支持基板３３との間に異物が存在する場合、接合基板３０の厚みが厚くなる。このとき、裏面研磨を行うと、異物が存在する部分の素子基板３１の厚みが他の部分よりも薄くなる。また、裏面研磨は圧力をかけて行われるため、素子基板３１と支持基板３３との間にボイドが存在すると裏面研磨中に接合基板３０のボイドが存在する部分の厚みが薄くなる。このため、ボイドが存在する部分の素子基板３１の厚みが他の部分よりも厚くなる。
【００４５】
本発明に係る検査装置１０は、このような接合基板３０の裏面研磨を行う前に、接合基板３０の厚みのムラ、すなわち、接合基板３０の表面形状を検査するものである。すなわち、検査装置１０は、接合基板３０において周囲に対して凹状又は凸状となる欠陥又はボイド等を検査することができる。
【００４６】
なお、本発明に係る検査装置は接合基板３０の検査に限定されるものではなく、他の基板の表面形状の検査を行うことも可能である。例えば、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサの製造工程におけるＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板の検査にも適用可能である。また、接合基板だけでなく、基板の表面形状の検査を行うことも可能である。
【００４７】
光源１１は、接合基板３０に照射される赤外光を出射するレーザ光源である。光源１１としては、例えば、中心波長１３１０ｎｍや１５５０ｎｍのＳＬＥＤ（Super luminescent Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）を用いることができる。一般的に、検査光が照射される側に配置される支持基板３３としてシリコンウエハが用いられるため、シリコンを透過する波長の赤外光を出射する光源が用いられる。光源１１としては、ＳＬＥＤを用いることが好ましい。これにより、スペックルノイズの発生を抑制することができる。
【００４８】
光源１１から出射された赤外光は、レンズ１２により集光され光ファイバ１３の入射端面に入射する。光ファイバの内部に取り入れられた赤外光は光ファイバ内を導光され、出射端面から出射する。光ファイバ１３としては、例えば１２０μｍの外径のシングルモードファイバを用いることができる。本実施の形態においては、特許請求の範囲に記載の光源部は、光源１１、レンズ１２、光ファイバ１３を含む。
【００４９】
光源部は、光ファイバ１３の出射端から赤外光を出射する点光源となっている。光ファイバ１３の出射端面は、後述する光学系の瞳位置と共役な位置に配置されている。すなわち、光源部の光出射位置は、光学系の瞳位置と共役な位置である。本実施の形態では、光学系の瞳は、対物レンズ１４の射出瞳と一致する。
【００５０】
光ファイバ１３の出射端面から出射された赤外光は、対物レンズ１４に入射する。対物レンズ１４は入射する赤外光を平行光として、接合基板３０の検査領域全体に照射する。すなわち、対物レンズ１４はコリメートレンズとしての役割を担っている。接合基板３０は、Ｘ−Ｙステージ１５上に載置されている。ここでは、素子基板３１がＸ−Ｙステージ１５に当接するように接合基板３０がＸ−Ｙステージ１５上に載置されている。Ｘ−Ｙステージ１５はＸ−Ｙ方向に移動可能である。これにより、光ファイバ１３から照射される赤外光により接合基板３０の全面を走査することができる。
【００５１】
接合基板３０の赤外光が照射される側の面は平坦面であり、対物レンズ１４で導かれる平行光に対して略垂直に配置される。すなわち、対物レンズ１４の光軸が、接合基板３０の赤外光が照射される側の面に対して略垂直となっている。従って、接合基板３０に照射される赤外光は、ＮＡが０のコヒーレント照明となる。素子基板３１と支持基板３３との間に欠陥がない場合、接合基板３０の各面（素子基板３１の表面、裏面及び支持基板３３の表面、裏面）は光軸に対して略垂直になっている。接合基板３０で正反射された平行光は、再び対物レンズ１４へと入射し、対物レンズ１４によって光ファイバ１３の出射端面に集光される。
【００５２】
なお、戻り光雑音を防止するために、光ファイバ１３と対物レンズ１４との間にファラデーアイソレータを設けてもよい。又は、再び光ファイバ１３に戻る光をミラー１６が配置されていない方向（図１において前後方向）にずらすようにしてもよい。
【００５３】
ミラー１６は、接合基板３０で正反射された赤外光以外の赤外光を反射して結像レンズ１７又は１８に導く。ミラー１６は、光軸に対して対称に配置された２つの反射面１６ａ、１６ｂを有する。本実施の形態においては、ミラー１６は２つの直角ミラーで構成されている。２つの直角ミラーの間に光ファイバ１３が配置されている。
【００５４】
２つの直角ミラーの斜辺がそれぞれ反射面１６ａ、１６ｂとなっている。反射面１６ａと反射面１６ｂとは所定の間隔をもって配置されている。反射面１６ａと反射面１６ｂとの間に光ファイバ１３の出射端面が配置される。反射面１６ａは、接合基板３０から当該反射面１６ａに入射した光を反射して結像レンズ１７に入射させ、ＩＲカメラ１９に導く。反射面１６ｂは、接合基板３０から当該反射面１６ｂに入射した光を反射して結像レンズ１８に入射させ、ＩＲカメラ２０に導く。
【００５５】
結像レンズ１７、１８は、接合基板３０からの正反射光以外の光をＩＲカメラ１９、２０の結像面にそれぞれ結像させる。従って、特許請求の範囲に記載の光学系は、対物レンズ１４、ミラー１６、結像レンズ１７、１８を含む。対物レンズ１４は、光源１１からの赤外光を平行光として接合基板３０に導くコリメートレンズの役割を果たすとともに、テレセントリックレンズとしての役割も果たす。
【００５６】
２つのＩＲカメラ１９、２０は、上記の光学系により結像された接合基板３０の検査領域の像を撮像する。ＩＲカメラ１９、２０により取得された画像に基づいて接合基板３０の検査領域における欠陥を検出することができる。
【００５７】
ここで、図２、３を参照して、接合基板３０の素子基板３１と支持基板３３との間に欠陥として異物３５が存在している場合について説明する。図２、３は、検査装置１０において異物３５が介在している接合基板３０を検査している状態を説明する図である。
【００５８】
検査領域中において傾斜がない場合、接合基板３０に入射した赤外光は光ファイバ１３の出射端面に戻る。従って、接合基板３０の検査領域中に欠陥がない場合、ＩＲカメラ１９、２０で取得される画像は、全体が暗い画像となる。
【００５９】
図２に示すように、異物３５が存在する部分では、支持基板３３の一部が盛り上がり、傾斜が発生する。図２のように、検査領域中に右上がりの傾斜がある場合、当該傾斜部分に入射する赤外光は、光ファイバ１３の出射端面に戻らず、ミラー１６の反射面１６ｂに入射する。この赤外光は反射面１６ｂで反射され、結像レンズ１８によりＩＲカメラ２０に導かれる。
【００６０】
一方、検査領域中において傾斜がない部分に入射する赤外光は、光ファイバ１３の出射端面に戻る。従って、ＩＲカメラ２０で取得される画像では、検査対象面である素子基板３１の表面に傾斜が存在する部分のみが明るく、他の部分が暗くなる。すなわち、検査装置１０は、暗視野照明の検査装置となっている。このように、本発明に係る検査装置１０では、検査対象からの反射光角度の変化に基づいて検査対象の欠陥を検査することができる。また、暗視野照明の検査装置では、背景光が暗いためショットノイズが抑えられるという効果も有する。
【００６１】
検出したい欠陥のサイズは、通常数μｍから数十μｍである。異物３５がある場合、素子基板３１又は支持基板３３には異物３５のサイズよりも大きい領域で傾斜が発生することとなる。このため、異物３５そのものを検出する場合と比較して、ＩＲカメラ１９、２０のピクセルサイズを大きくすることができる。例えば、ＩＲカメラ１９、２０のピクセルサイズを５０μｍとすることができる。これにより、接合基板３０全体の欠陥検出に係る時間を短縮して、高速に検査を行うことができる。
【００６２】
図３のように、検査領域中に左上がりの傾斜がある場合、当該傾斜部分に入射する赤外光は、光ファイバ１３の出射端面に戻らず、ミラー１６の反射面１６ａに入射する。この赤外光は反射面１６ａで反射され、結像レンズ１７によりＩＲカメラ１９に導かれる。また、上記と同様に、検査領域中において傾斜がない部分に入射する赤外光は、光ファイバ１３の出射端面に戻る。従って、ＩＲカメラ１９で取得される画像では、検査対象面である素子基板３１の表面に傾斜が存在する部分のみが明るく、他の部分が暗くなる。
【００６３】
このように、本実施の形態では接合基板３０の同じ領域を同時に別の２つのＩＲカメラ１９、２０で観察することができる。いずれのＩＲカメラで欠陥が検出されたかによって、支持基板３３に発生した傾斜の方向を特定することができる。このように、本実施の形態では、光軸に対して対称に反射された２つの反射面１６ａ、１６ｂ及び２つのＩＲカメラ１９、２０を有していることにより、接合基板３０からの反射光角度の変化に基づいてその表面形状を検査することができる。
【００６４】
なお、図２、３に示す例では、異物３５が存在する部分で支持基板３３の一部が盛り上がり、傾斜が発生しているが、素子基板３１が変形することもありうる。このような場合でも、支持基板３３を透過した赤外光が傾斜する素子基板３１や金属パターン３２で反射されるため、欠陥の検出が可能である。素子基板３１や支持基板３３の表面や裏面、金属パターン３２に照射される赤外光に対して垂直でない部分が存在する場合、当該部分から反射された光がＩＲカメラ１９、２０により検出される。
【００６５】
また、素子基板３１と支持基板３３との間にボイドが存在する場合は、素子基板３１、支持基板３３の各面は照射される赤外光に対して垂直であるが、ボイド面が当該赤外光すなわち光軸に対して斜めになる。この場合、ボイド面において反射或いは屈折した光が、瞳位置で横にずれてミラー１６で反射し、ＩＲカメラ１９又は２０により検出される。従って、上述と同様に、ボイドが存在する欠陥部分は画像内で明るい部分として観察される。
【００６６】
従来、接合基板の検査は、赤外線の反射光又は透過光の輝度変化によって欠陥を検出していた。このため、接着層内部の微小な異物やボイドでは微小な散乱光しか発生せず、この輝度変化も微小なものとなるため、欠陥の検出が困難であるという問題があった。本発明では、反射光角度の変化に基づいて欠陥の検査を行うため、接着層３４内部の微小な異物やボイドでも高感度で検出を行うことができる。
【００６７】
欠陥の検出は、ＩＲカメラ１９、２０によって取得される画像に基づいて、目視により判定することができる。又は、これらの画像を用いて、欠陥を判定する欠陥判定部を設けてもよい。欠陥判定部は、欠陥がない部分の輝度と欠陥がある部分の輝度との差がある閾値を超えた場合に欠陥と判定することが可能である。或いは、同じ場所を観察している２つのカメラ１９、２０で取得された画像における輝度の差が、ある閾値を超えた場合に欠陥と判定してもよい。
【００６８】
なお、素子基板３１上に形成された金属パターン３２による散乱光、回折光の影響により、実際には欠陥がないにも関わらず欠陥があるように判定される疑似欠陥が検出される場合がある。このような回折光、散乱光は、光軸とのなす角度が大きい場合が多い。従って、疑似欠陥の検出を防止するように、ミラー１６の大きさを小さくすることが好ましい。または、回折光、散乱光がミラー１６に入射しないように、絞りを設けることも可能である。これにより、欠陥検出精度を向上させることができる。
【００６９】
また、回折光、散乱光は、左右に配置された２つのＩＲカメラ１９、２０のそれぞれに同じように検出される場合もある。従って、ＩＲカメラ１９、２０から得られるそれぞれの画像に差がある場合に欠陥と判定してもよい。また、金属パターン３２は、繰り返しパターンであるため、Ｄｉｅ  ｔｏ  Ｄｉｅ検査又はＤｉｅ  ｔｏ  リファレンス検査のように一定の間隔で検出されるものを欠陥と判定しないようにしてもよい。
【００７０】
ここで、図４を参照して、検査装置１０における欠陥検出感度について説明する。図４は、検査装置１０の欠陥検出感度を説明する図である。ここでは、接合基板３０に、凸状の欠陥があるものとする。対物レンズ１４からから接合基板３０までの距離をｄ、光ファイバ１３の出射端面とミラー１６の一方の反射面１６ａまでの距離をｄとするろ、検査装置１０において検出できる欠陥の接合基板３０表面からの高さをΔは、以下の式で表わされる。
２Δ＝ｄ／ｆ
【００７１】
例えば、ｆ＝２５０ｍｍ、ｄ＝０．５ｍｍのとき、Δ＝１／１０００となる。このように、本発明によれば、異物によって生じる傾斜がわずかなものであっても、高感度に検出することができる。なお、反射面１６ａ、１６ｂの間の距離は、できるだけ狭いほうが好ましい。反射面１６ａ、１６ｂ間の距離が狭いほど感度を向上させることができる。なお、２つの直角ミラーの位置を可変として、欠陥検出感度を変化させることも可能である。
【００７２】
ここで、図１に戻って、検査装置１０のさらなる構成要素について説明する。検査装置１０は、上述した構成要素に加えて、比較器２１、コントローラ２２、ステージ２３をさらに備えている。接合基板３０のわずかな傾斜を検出するためには、接合基板３０に対して正しい角度で照明することが重要である。そこで、本実施の形態では、２つのＩＲカメラ１９、２０で取得される画像の全体的な明るさを等しくするようなサーボ制御を行う。
【００７３】
比較器２１は、ＩＲカメラ１９、２０で取得される画像の平均輝度を算出し、これを比較する。取得された画像中に他の部分よりも明るい欠陥部分が含まれる場合には、比較器２１は当該欠陥部分を除いた平均輝度を算出する。コントローラ２２は、比較器２１による比較結果に基づいて、ミラー１６が取り付けられたステージ２３を移動させる。
【００７４】
すなわち、コントローラ２２は、画像中の欠陥部分以外の輝度情報に基づいて、ミラー１６を移動させる。コントローラ２２は、例えば、比例制御（Proportional Control）、積分制御（Integral Control）、微分制御（Derivative Control）を行うＰＩＤ制御機能を有する。これにより、接合基板３０に対して垂直に赤外光を照射することができ、より正確に欠陥を検出することが可能である。
【００７５】
なお、本実施の形態では、ミラー１６を移動させる構成としたが、Ｘ−Ｙステージ１５にチルト機構を設け、２台のカメラで検出される画像の全体的な輝度を等しくするような制御を行うようにしてもよい。
【００７６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る検査装置について図５、６を参照して説明する。図５、６は、本発明の実施の形態２に係る検査装置１０Ａにおいて接合基板を検査している状態を説明する図である。検査装置１０Ａは、検出される欠陥の種類を判別することができる。
【００７７】
本実施の形態においては、光源１１は、異なる波長の複数の赤外光を切り替えて出射する。光源１１は、支持基板３３で反射される波長の赤外光と、支持基板３３を透過する波長の赤外光とを切り替えて出射する。例えば、光源１１は、中心波長１３１０ｎｍと９８０ｎｍの２つの波長の赤外光を制御に応じて出射する。
【００７８】
検査光が照射される側に配置される支持基板３３としては、通常シリコンウエハが用いられる。素子基板３１と支持基板３３との間にボイドが存在する場合は、素子基板３１、支持基板３３の各面は照射される赤外光に対して垂直であるが、ボイド面が当該赤外光に対して斜めになる。
【００７９】
図５に示すように、光源１１から支持基板３３を透過する中心波長１３１０ｎｍの赤外光が出射された場合、ボイド面において反射或いは屈折した光が、瞳位置で横にずれてミラー１６で反射し、ＩＲカメラ１９又は２０により検出される。従って、ボイドが存在する欠陥部分は画像内で明るい部分として観察される。
【００８０】
一方、図６に示すように、光源から支持基板３３で反射する中心波長９８０ｎｍの赤外光が出射された場合、照射された赤外光は、当該赤外光に対して垂直な支持基板３３の表面で反射され、光ファイバ１３の出射端面に戻る。従って、ＩＲカメラ２０で取得される画像は、全体が暗い画像となる。このように、支持基板３３自体に傾斜が発生していない、ボイドによる欠陥がある場合には、波長を切り替えることにより、ＩＲカメラ１９、２０で取得される画像が異なる。
【００８１】
これに対し、実施の形態１で説明したように、素子基板３１と支持基板３３との間に異物による欠陥が存在し、支持基板３３の表面に傾斜面が存在する場合には、光源１１から出射される赤外光の波長を切り替えても、異物が存在する欠陥部分が明るい画像が取得される。このように、支持基板３３を透過する波長と反射する波長とを切り替えて出射することにより、素子基板３１、支持基板３３間にボイドがあるのか異物があるのかを判別することが可能となる。
【００８２】
なお、上記の実施の形態では、ミラー１６として２つの直角ミラーを用いたが、これに限定されない。図７に示すように、２つの直角ミラーの代わりに２枚の平行平板ミラーを用いてもよい。この場合、光ファイバ１３を用いず、光源１１から出射されレンズ１２で集光された赤外光がミラー１６の反射面１６ａ、１６ｂの間に配置される。これにより、光ファイバ１３を用いるよりも反射面１６ａ、１６ｂの距離を短くすることができ、検査感度をさらに向上させることが可能となる。
【００８３】
また、ミラー１６が２つより多くの反射面を有していてもよい。例えば、ミラー１６が光軸周りに９０度毎に配置された４面の反射面を有していてもよい。このようなミラー１６としては、例えば、ピラミッド型の４面の反射面を有するものを用いることができる。こピラミッド型のミラー１６の頂点に光源部の赤外光出射部が設けられる。例えば、光ファイバ１３の出射端面がピラミッド型のミラー１６の頂点に配置される。
【００８４】
そして、これら４面の反射面からの反射光をそれぞれ受光する４つのＩＲカメラが設けられる。これら４つのＩＲカメラにより撮像することにより、垂直、水平方向のそれぞれの接合基板３０の変形を捉えることが可能となる。これにより、接合基板３０の欠陥、すなわち表面形状をより精度よく検査することが可能となる。
【００８５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る検査装置の構成について、図８を参照して説明する。図８は、本実施の形態に係る検査装置１０Ａの構成を示す図である。図８において、図１〜７と同一の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図８に示すように、検査装置１０Ａは、光源１１、対物レンズ１４、ミラー１６、結像レンズ１７、１８、光スキャナ４０、ラインセンサ４２、４３を備えている。
【００８６】
光スキャナ４０は、２枚の平行平板ミラーの反射面１６ａ、１６ｂの間に配置されている。光スキャナ４０は、回動軸を中心として回動する回動ミラー４１を備えている。回動ミラーとしては、例えばＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）ミラー、ポリゴンミラー等を用いることができる。反射面１６ａ、１６ｂの間には、間隙（スリット）が形成されており、この間隙に回動ミラー４１が配置される。本実施の形態においては、特許請求の範囲に記載の光源部は、光源１１と回動ミラー４１を含む。
【００８７】
光源１１から出射された赤外光は、回動ミラー４１によって反射されて対物レンズ１４に入射する。本実施の形態では、回動ミラー４１が光源部の出射端面となる。回動ミラー４１は、後述する光学系の瞳位置と共役な位置に配置されている。すなわち、回動ミラー４１は、対物レンズ１４の瞳に配置されている。
【００８８】
対物レンズ１４は入射する赤外光をコリメートして、接合基板３０にスポット照射する。光スキャナ４０の回動ミラー４１を、回動軸を中心として回動させることにより、対物レンズ１４でコリメートされたビームによりラインスキャンすることができる。
【００８９】
接合基板３０の赤外光が照射される側の面は平坦面であり、対物レンズ１４で導かれるビームに対して略垂直に配置される。素子基板３１と支持基板３３との間に欠陥がない場合、接合基板３０の各面（素子基板３１の表面、裏面及び支持基板３３の表面、裏面）は光軸に対して略垂直になっている。接合基板３０で正反射されたビームは、再び対物レンズ１４へと入射し、対物レンズ１４によって回動ミラー４１の出射端面に導かれる。
【００９０】
ミラー１６は、接合基板３０で正反射された赤外光以外の赤外光を反射して結像レンズ１７又は１８に導く。結像レンズ１７、１８は、接合基板３０からの正反射光以外の光をラインセンサ４２、４３の結像面にそれぞれ導く。従って、本実施の形態では、特許請求の範囲に記載の光学系は、対物レンズ１４、ミラー１６、結像レンズ１７、１８を含む。
【００９１】
対物レンズ１４は、光源１１からの赤外光を平行光として接合基板３０に導くコリメートレンズの役割を果たすとともに、テレセントリックレンズとしての役割も果たす。ラインセンサ４２、４３は、ミラー１６により反射される光を検出する。ラインセンサ４２、４３の検出結果に基づいて接合基板３０の検査領域における欠陥を検出することができる。
【００９２】
ここで、図９を参照して、接合基板３０からの反射光をラインセンサ４２、４３により検出する例について説明する。図９は、実施の形態２に係る検査装置において接合基板３０を検査している状態を説明する図である。
【００９３】
接合基板３０に欠陥が存在しない場合、接合基板３０に入射した赤外光は正反射して、回動ミラー４１の方向に戻る。従って、接合基板３０の検査領域中に欠陥がない場合、ラインセンサ４２、４３で検出される輝度が比較的暗くなる。
【００９４】
図９に示すように、接合基板３０に欠陥が存在すると、入射する赤外光は回動ミラー４１の方向に戻らず、ミラー１６の反射面１６ａ又は１６ｂに入射する。図９の例では、赤外光は反射面１６ａで反射され、結像レンズ１８によりラインセンサ４２に導かれる。このように、ラインセンサ４２における検出結果では、欠陥が存在する領域が、欠陥が存在しない領域よりも輝度が高くなる。
【００９５】
実施の形態１では面照明方式であるため、対物レンズ１４のテレセントリック性が悪いと、対物レンズ１４から出射される光が接合基板３０に対して垂直とならず、接合基板３０からの反射光が瞳上で反射面１６ａ、１６ｂの間隙の幅方向にずれた場所に戻ってくることがある。このずれた反射光がミラー１６に入射すると、欠陥の誤検出が発生する。これを防止するために、反射面１６ａ、１６ｂの間隔を広くすると、欠陥の検出感度が低下する恐れがある。
【００９６】
本実施の形態では、回動ミラー４１で反射される赤外光は、対物レンズ１４の中心を通るライン上に入射する。このため、対物レンズ１４のテレセントリック性が悪くても、接合基板３０で反射された反射光は、瞳上で反射面１６ａ、１６ｂの間に形成された間隙の長手方向にずれる。このため、反射面１６ａ、１６ｂの間隙を狭くしても、接合基板３０からの反射光がラインセンサ４２、４３に入射することがない。このように、反射面１６ａ、１６ｂの間の間隙を狭くすることができ、欠陥検出感度を向上させることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態においても、図１において説明したように、比較器２１、コントローラ２２等を設け、２つのラインセンサ４２、４３で検出される輝度が等しくなるようにサーボ制御を行ってもよい。これにより、より正確に欠陥を検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００９８】
１０  検査装置
１１  光源
１２  レンズ
１３  光ファイバ
１４  対物レンズ
１５  Ｘ−Ｙステージ
１６  ミラー
１６ａ  反射面
１６ｂ  反射面
１７  結像レンズ
１８  結像レンズ
１９  ＩＲカメラ
２０  ＩＲカメラ
２１  比較器
２２  コントローラ
２３  ステージ
３０  接合基板
３１  素子基板
３２  金属パターン
３３  支持基板
３４  粘着層
３５  異物
３６  ボイド
４０  光スキャナ
４１  回動ミラー
４２  ラインセンサ
４３  ラインセンサ
【図１】
2013015428.tif 000003
【図２】
2013015428.tif 000004
【図３】
2013015428.tif 000005
【図４】
2013015428.tif 000006
【図５】
2013015428.tif 000007
【図６】
2013015428.tif 000008
【図７】
2013015428.tif 000009
【図８】
2013015428.tif 000010
【図９】
2013015428.tif 000011