(57)【要約】  異常な構造または欠陥を識別するために、基板、特に基板の立体部を走査するシステムが本明細書に記載される。放射線は、基板の立体部内の場所で集束され、散乱光の測定が行われる。基板の立体部の走査は、均等均一とする、または、選択された領域、好ましくは、後続の基板処理ステップに関与することになる基板の領域にわたることができる。【選択図】図３ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
およそ８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長を有する放射線を出力する照明器と、
前記照明器から前記放射線を受信し、それを基板に向けて方向づける集束光学部であって、前記基板では、前記放射線が、前記基板の立体部内で前記基板と交差する光路に沿って、選択された焦点位置で選択的に集束される、集束光学部と、
前記基板から散乱された光を集光し、それを検出器へと方向づける集光光学部であって、前記基板から返された正反射された光を省くフィルタを含む集光光学部であり、前記検出器が、前記基板からの散乱光を受信し、前記散乱光の特性に対応する信号を生成する、集光光学部と、
前記基板を、経路に沿って前記放射線の前記焦点位置に対して移動させる載台と、
前記照明器、前記集束光学部、前記検出器、および前記載台に接続された制御装置であって、前記検出器によって出力された前記信号、ならびに、前記集束光学部の選択された設定および前記載台の位置に基づく、前記基板の前記立体部内における前記放射線の前記焦点位置の位置を記録する制御装置と
を備える立体測定式基板走査機。
【請求項２】
前記集光光学部が、楕円形の集光器と、反射鏡とをさらに備え、前記反射鏡が、前記照明器から前記基板への放射線を通すための開口を有し、前記開口は、前記基板から返される正反射された光は、前記反射鏡により反射されることなく前記開口を通過するように配置され、かつ、前記楕円形の集光から返された散乱光は、前記検出器へと方向づけられる場所に配置される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項３】
８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長に対し感度を有するフォトダイオードである検出器をさらに備える、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項４】
前記放射線の前記焦点位置の前記経路が曲線となるように、前記基板を、垂直軸を中心に回転させる載台をさらに備える、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項５】
前記集束光学部の光軸に対し垂直な平面内で、直線的に前記基板を移動させる載台をさらに備える、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項６】
前記放射線の前記焦点位置の前記経路が、直線経路、牛耕式経路、および曲線経路からなる群から選択される、請求項５に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項７】
前記制御装置が、欠陥の存在を識別するために、前記検出器によって出力された前記信号をモデルと比較するように適合される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項８】
前記制御装置が、前記基板の特性を識別するために、前記検出器によって出力された前記信号をモデルと比較するように適合される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項９】
前記制御装置が、２次制御装置へデータを報告するように適合される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項１０】
基板内の立体部を走査する方法であって、
前記基板が少なくとも部分的に透明性を有する放射線を、前記基板に対し垂直な光軸に沿って、選択された垂直位置に集束させるステップと、
前記光軸に対し垂直な平面内で、集束された前記放射線に対して前記基板を移動させるステップと、
前記基板から返された散乱光を定期的に測定し、前記放射線が前記基板の前記立体部内で集束された前記位置を記録するステップと、
前記放射線を、前記光軸に沿った少なくとも１つの異なる選択された垂直位置で集束させ、前記測定するステップを前記異なる選択された垂直位置で繰り返すステップと、
前記基板内の前記立体部における欠陥を、もしあれば識別するために、測定された前記散乱光をモデルと比較するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
欠陥の存在、および前記基板の前記立体部内で前記欠陥が識別された場所を報告するステップを含む、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１２】
前記散乱光を、（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）（００−１）、（１０１）、（１１０）、（０１１）、（１０−１）、（１−１０）および（０１−１）からなる群から選択されるミラー指数によって描写される立体測定パターンで測定するステップを含む、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１３】
高輝度発光ダイオードを提供するステップと、
前記高輝度発光ダイオードを活性化させ、前記基板に集束される前記放射線を提供するステップと
を含む、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が、前記光軸に沿った複数の略均等に離間した位置を備える、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が複数の位置を備え、前記複数の位置の大部分が、前記基板の上面と、選択された裏面研削の場所との間に、前記光軸に沿って位置する、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が複数の位置を備え、前記複数の位置の大部分が、前記基板の上面と、選択された裏面研削の場所との間に、前記光軸に沿って位置する、請求項１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１７】
前記集束された前記放射線に対して前記基板を移動させるステップが、螺旋経路、スパイラル経路、弧状経路、曲線経路、牛耕式経路、およびスプライン経路からなる群から選択される経路を画定するステップを含む、請求書１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１８】
選択された前記経路が、前記基板の選択された領域と交差する、請求項１７に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【請求項１９】
前記基板の前記選択された領域が、後続の処理ステップでその上に形成される、またはそれに取り付けられる別個の構造を有することになる、請求項１８に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[01]本発明は、概して、半導体基板の立体部（ｖｏｌｕｍｅ）を、異常および／または欠陥に関して走査することに関する。詳細には、本発明は、半導体ウェハなどの基板を、その上に形成される半導体装置に負の影響を及ぼす恐れのある、空洞および欠陥に関して走査することに関する。
【背景技術】
【０００２】
[02]半導体装置が小型になるにつれ、半導体装置が上に形成される基板内の欠陥による悪影響を受けやすくなった。基板形成中の不適切な化学的制御または温度制御から生じる問題は、半導体装置の電気特性に影響を及ぼす問題を引き起こす恐れがあり、または、基板を物理的に破損させる恐れさえある。歩留まりが低くなり得る基板、または、単純に使用できなくなり得る基板の処理に関連する費用負担を回避するために、製造工程の可能な限り早い段階でそのような問題を有する恐れのある基板を識別することに越したことはない。
【０００３】
[03]また、早期の段階で問題、不一致、欠陥、または制御処理における規格外変動（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を識別することにより、提案された生産方法を検証する、または、既存の生産方法が順守されていることを裏付けるために検証することができる。しかしながら、さもなければ「良品」とされる基板のロットまたは群の中でさえも、不良特性の観点から外れ値となる多数の基板が存在する可能性があり得ることを留意すべきである。したがって、可能な限り広く全面的に検査を行い、処理を評価することが有用である。
【０００４】
[04]シリコンウェハなどの基板を評価するいくつかの方法は、銅めっきと、後続の、めっき処理によって発現されたウェハの表面における結晶欠陥の分析とを含む。ベアシリコンウェハは、半導体装置の形成に寄与しない構造的または化学的特徴を有するウェハの領域または場所を識別するために、銅の薄膜でめっきされ得ることが確認されている。これは、時間がかかり、費用がかさむ工程であり、一般的には、標本を基準に行われる。
【０００５】
[05]シリコンウェハなどの基板を評価する別の方法は、ウェハ表面を、適切なミラー指数によって多くの場合識別される、選択された結晶面に沿ってけがかれ、劈開される前に、慎重にホーニングおよびエッチングすることを含む。劈開された表面は、それから、ＩＲ散乱断層写真術を用いて評定される。この工程は、より詳細ではあるが、銅めっきよりもさらに多くの時間がかかる。さらに、この工程では、ウェハの劈開面のみが評価される。
【０００６】
[06]一般的に、基板は、費用および時間的要件の理由から、それらの表面でのみ欠陥に関して評価される。医療画像業界に携わる者に精通された様々な断層写真技術は、多くの場合生物標本であり、または人でさえもある、試験下にある３Ｄ立体の特性を明らかにするために使用される、散乱情報を取り込む。しかしながら、これらの技術は、対象物から、複数の入射および／または方位角より散乱された１つまたは複数の波長の光を区別することができる複雑な検知器の配列を要する。そのようなシステムは、生産環境で使用するには時間かかりすぎ、また、率直に言って費用がかかりすぎる。
【０００７】
[07]他の検査技術は、前述の技術よりももっと単純で速度が速い。例えば、暗視野画像技術は、シリコンウェハなどの物体の表面における不連続性を識別するために頻繁に使用される。この画像技術は、非常に高い感度（数十ナノメートル）で実行されることができるが、しかしながら、感度が高くなれば、そのようなシステムの複雑さは増し、速度は遅くなる。いわゆる対極にあっては、いくつかの光学システムが、一度に基板の全表面を検査するために配置される。これらの場合、しかしながら、そのようなシステムが高速になっても、識別された不連続性の大きさや形の不確実性によって相殺されてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
[08]その結果、市場では、基板の表面だけでなく、基板の内部立体部も迅速に、かつ確実に調べることができる走査検査システムが強く求められている。さらに、このシステムは、システムを所有し稼働させる費用に対し、相対的に操作が簡単であり、高処理量を提供するものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[09]市場の要求を満たす立体測定式基板走査機（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｓｃａｎｎｅｒ）の１つの実施形態は、照明器と、集束光学部（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃ）と、集光光学部（ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ｏｐｔｉｃ）と、検出器と、載台と、制御装置とを含み、これらは、基板の内部の異常または欠陥を識別するために、シリコンウェハなどの基板の略すべて、または場合により選択された部分のみを走査するように構築され配置される。この実施形態の１つの態様は、およそ８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長を有する放射線を出力する照明器を含むことができる。他の適する波長も使用されることができる。
【００１０】
[10]集束光学部は、基板に向けて放射線を方向づけ、基板の立体部内で基板と交差する光路に沿って選択的に放射線を集束させることにより、基板の走査を補助する。放射線の焦点位置から散乱された光は、集光光学部によって集光され、検出器へと方向づけられる。１つの実施形態では、集光光学部は、正反射された光を省く空間フィルタを含む。検出器は、基板から散乱された光の特性を測定し記録する。そのような特性の１つは、散乱光の強度である。別の特性は、散乱光のスペクトルとすることができるが、検出器は、散乱光のスペクトルを見分けるためにある形式の分光器を要することになる。散乱光の強度を測定するために、単純なフォトダイオードなどが使用されてもよい。
【００１１】
[11]制御装置は、所望通りに基板が確実に走査されるように、照明器、集束光学部、検出器、および載台を調整する。この調整の結果、基板の立体部、およびおそらくは、基板の少なくとも１つの表面が、異常または欠陥に関して走査される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】[12]基板の表面のみに到達する（ａｄｄｒｅｓｓ）従来技術のレーザー走査システムの図である。
【図２】[13]基板の断面の概略図である。
【図３】[14]図３ａは、基板の立体部が走査された本発明の実施形態の概略図である。図３ｂは、基板の立体部が走査された本発明の実施形態の概略図である。図３ｃは、基板の立体部が走査された本発明の実施形態の概略図である。
【図４】[15]「フラット」整列構造を有する基板の概略図である。
【図５】[16]「ノッチ」整列構造を有する基板の概略図である。
【図６】[17]図６ａは、本発明実施形態による走査配列の概略図である。図６ｂは、本発明実施形態による走査配列の概略図である。図６ｃは、本発明実施形態による走査配列の概略図である。
【図７】[18]本発明の例示的な実施を示すフローチャートである。
【図８】[19]図８ａは、２つの検知器を有する検出器の概略図である。 [20]図８ｂは、基板から返された散乱光の散乱角度、および方位角度に対応付けられた（ｍａｐｐｅｄ）２Ｄ表面の領域を有する検出器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[21]本発明の以下の詳細な記載では、本明細書の一部をなし、本発明が実施され得る特定の実施形態が例として示される、添付の図面を参照する。図面では、同様の符号は、複数の図にわたり略類似した構成部材を表す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施することができるように十分詳細に記載される。他の実施形態が利用され得、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的、論理的、および電気的な変更がなされ得る。以下の詳細な記載は、したがって、限定する意図で捉えられるものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によってのみ規定される。
【００１４】
[22]図１は、典型的な従来技術のレーザー散乱式検査システム１を図示する。このシステムは、基板１０の表面上に焦点が合わせられたレーザー照明器２を含む。基板の表面から散乱された光は、集光用光学部３によって集光され、集光用光学部３は、集光された光を検出器４へと方向づける。この従来技術のシステム１は、基板１０の上面でのみ焦点が合わされるため、基板１０の表面にある、または近接する、すなわち、検出器４の被写界深度内にある不一致のみが検出可能である。
【００１５】
[23]図２は、本発明の実施形態による走査機が到達され得る基板１０の断面を図示する。場合により、基板１０は、半導体装置の構築で使用されるシリコンウェハとすることができる。基板１０は、表側面１２と、裏側面１４とを有する。立体部１６は、２つの側面１２および１４によって画定される。立体部１６内には、多数の欠陥１８が存在する。これらの欠陥１８は、多くの異なる種類のうちの１つであり得るが、簡潔に表現するために、欠陥の１種の空洞のみが本明細書で論じられる。欠け、裂け、結晶欠陥、粒子など他の種類の欠陥も調査され得ることを当業者は認識するであろう。欠陥１８のいくつかは完全に立体部１６内にあり、他は基板１０の表面に存在する。レーザー散乱式検査システム１などの従来技術の装置は、基板１０の表側面１２に存在する、または近接する欠陥１８のみに到達することができる。これは有用であるが、すべての用途にとって十分であるとは限らない。
【００１６】
[24]基板１０は、多くの場合、製造工程の一環として薄化されることを当業者は認識するであろう。詳細には、半導体装置が形成されるシリコンウェハは、いわゆる後工程であるパッケージング工程の一環として薄化されることが多い。研削処理は、典型的には、砥粒研削を、基板１０の材料をより砕けやすくする化学処理と組み合わせ、それにより研削処理を高速化する、化学機械平坦化処理（ＣＭＰ：ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて実行される。ＣＭＰ処理が進むと、複数の欠陥１８が露出される、または露出される場合がある。いくつかの状況では、欠陥１８は、基板１０の立体部１６を通って進む裂けを誘発し、それにより、ＣＭＰ処理中、または、後続の処理およびパッケージングステップ中のいずれかで基板１０を破損させる恐れがある。特に重大なのは、薄化された基板１０の裏側面２０に存在する欠陥１８である。欠陥１８は、典型的には、基板１０の材料内に応力を集中させるため、薄化された基板は、露出された欠陥１８の位置で破損する恐れがある。基板１０が薄化される前に、そのような欠陥１８の存在および位置を識別することが有用である。
【００１７】
[25]図３ａから図３ｃは、基板１０の立体部１６を、欠陥１８に関して走査することを可能にする本発明の特徴を図示する。図３ａから図３ｃのそれぞれは２つの部分を有し、上側部分は、走査機３０の基本的な光学機械構成を示し、下側部分は、基板１０の立体部１６内に配置される走査スポットまたは焦点位置３４の対応する位置を概略的に示す。走査機３０は、図１に図示された従来技術の走査機１に多くの点で類似するが、従来技術の走査機１では不可能だった処理である立体部１６の走査に適合するように修正されている。
【００１８】
[26]走査機３０は、基板１０が少なくとも部分的に透明性を有する光を出力する、照明源３２を含む。シリコンウェハの場合、近赤外範囲の波長が必須である。他の基板は、光の他の波長を要する場合があり、これらの波長は、当業者に周知されるであろう。１つの実施形態では、照明源３２として、光の広い範囲の波長を出力する高輝度ダイオード（ＳＬＥＤ：ｓｕｐｅｒ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｄｉｏｄｅ）を使用することが有利であると確認されている。他の実施形態では、適する波長（例えば、ＩＲ波長）のダイオードレーザー、またはハロゲン光源が使用され得る。この種の典型的な光源３２により出力された波長の範囲は、約７００ｎｍから１５００ｎｍの間の波長を伴う光を含む。可視範囲の光のさらなる波長（約４００ｎｍから７００ｎｍ）、および、より長い赤外線の波長（１５００ｎｍより大きい）も、照明器３２の出力に存在してよい。選択された波長のみ、もしくはある範囲の波長を出力するように照明器３２を操作することにより、選択された波長のみ、もしくはある範囲の波長を出力する照明器３２を使用することにより、または、照明器３２と基板１０との間の光路３１内に、１つまたは複数の波長特定フィルタ（図示せず）を導入することにより、単一波長か、ある範囲の波長かの選択がなされ得る。
【００１９】
[27]照明器３２には、照明器３２によって出力された光を光路３１に沿った所望の場所に集束させることができる、一組の集束光学部（図示せず）が設けられる。当業者が認識するように、集束光学部は、照明光に対する焦点深度を画定し、この焦点深度は、集束光学部を調節することによって光路３１に沿って移動され得ることができる。集束光学部は、所望の焦点深度および所望の公称焦点面の位置の両方を選択するために調節可能な、１つまたは複数の屈折または反射光学要素（図示せず）を含むことができる。集束光学部は、光軸に沿って焦点面を移す能力を保持しながら、固定された焦点深度を提供することもできる。
【００２０】
[28]図３ａでは、光源３２からの光は、光路３１に沿って進み、集束光学部（図示せず）によって基板１０の上面１２で集束される。基板１０に入射する光は、周知の範囲の波長の光であり、周知の入射角度（この場合、基板１０の表面に対し略垂直）と、方位角度とを有し、すなわち、光源３２からの光は、先端が図３ａの下側部分で見られる焦点位置３４に置かれる細い円錐形を形成する。
【００２１】
[29]図１に示された従来技術の検査システム１を光学機械システムの一例として用いると、光源３２からの光は、基板１０までの道筋において鏡６の開口５を通過し得ることが確認できる。光路３１に沿って直接戻る反射された光は、鏡の開口を通過して戻り、システムから失われることになる。基板１０および／または欠陥１８により散乱された光は、集光光学部に入射することになり、この集光光学部は、１つの実施形態では、光軸３１を中心に対称である反射回転楕円形表面である。集光光学部は、散乱光を鏡６へと方向づけ、鏡６は、散乱光を第２の光路３１’に沿って、走査機１の一部を形成するような検出器４へ反射する。本発明の１つの実施形態では、走査機３０の検出器（図示せず）は強度のみを測定し、光源３２からの光の角度情報以外の、散乱光についての（入射または方位）角度情報を保持しないことを留意されたい。他の実施形態では、光学装置は、システム３０によって記録される測定の一部として、ある程度の角度情報を保持するように修正されることができる。さらに別の実施形態では、検出器は、任意の有用な種類の分光計とすることもできる。
【００２２】
[30]図８ａでは、２つの検知器４０および４２がそれぞれ光の強度を検出する、検出器の実施形態が示される。検知器４０および４２は、光路３１’に対する入射角に基づき、光路３１’に沿って伝わる光を分ける分光鏡４４の周りに配置される。分光鏡４４は、光路３１’に沿って伝わる光を、検知器４０に入射する第１の光束と、検知器４２に入射する第２の光束とに分割する、空間フィルタとして作用する開口４６を有する。開口４６は、基板１０から異なる角度で散乱された光を分け、基板１０およびその立体部１６の特性を明らかにするのに有用な追加データを提供する。
【００２３】
[31]同様に、図８ｂは、検知器４５を有する検出器の実施形態を図示し、検知器４５は、基板１０から散乱された光が入射する２Ｄ表面４５ａを有する。この実施形態では、検知器４５は、基板１０から異なる散乱角度および方位角度で散乱された光を、これらの角度を検知器４５の２Ｄ表面４５ａ上に対応付けることにより区別する。同心領域４７ａ、４７ｂ、および４７ｃはそれぞれ、基板１０の平面から測定される一組のそれぞれの散乱角に相当する。散乱光の方位角は、基板１０に対し垂直な光軸３１を中心に測定される。この方位角は、検知器表面４５ａのθ位置に対応付けられる。検知器４５は、ＣＭＯＳまたはＣＣＤ検知器などの２Ｄ検知器とすることができるが、しかしながら、これらのデータ速度はかなり遅い。検知器４５は、デカルトもしくは極座標配列のフォトダイオード、さらに、または有用な種類の位置検出装置（ＰＳＤ：ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）とすることができる。
【００２４】
[32]基板１０から返された光の散乱角が区別され得る他の手法は、所望の位置に焦点を維持しながら、集光用光学部３を基板に対して垂直に移動させることである。この相対的な動きは、検出器へと方向づけられた散乱光の散乱角度の範囲を変更することができる。さらに、異なる楕円焦点または長／短径の長さを有する領域を伴う集光用光学部３（図示せず）を形成することができる。
【００２５】
[33]図３ｂでは、走査機３０の集束光学部は、焦点位置３４を、光路３１に沿って基板１０の立体部１６内により深く移動させている。同様に、図３ｃは、基板１０の立体部１６内のさらに深い位置の焦点位置３４を図示する。場合により、完全に固定された集束光学部を有する走査機３０を提供することが望ましい場合もあるということを留意されたい。この場合、焦点位置３４を基板１０の立体部１６内で選択的に配置するために、基板１０が、光軸３１に沿って垂直に移動されることになる。
【００２６】
[34]図４および図５は、走査機３０を基板１０に対して横方向に移動させるために用いられ得る、２つの走査方法を図示する。図４では、半径方向の走査配列が記載される。基板１０、この場合は「フラット」整列構造１１ａを有するシリコンウェハは、軸を中心に基板１０を回転させる載台（図示せず）上に配置される。走査機３０の焦点位置３４を基板１０の略全体に到達させるには、基板１０および走査機３０（具体的に言うと、焦点位置３４）を、半径方向に互いに対し移動させるだけでよい。これは、載台を、それが回転するときに半径方向に移動させることにより、または、走査機３０を基板１０に対し半径方向に移動させることにより達成され得る。走査機３０と基板１０との間の半径方向の相対的な運動は、必要に応じて直線的、曲線的、または不連続な動きであってもよいことに留意されたい。
【００２７】
[35]図５では、基板１０は、ノッチ整列特徴部１１ｂを有するシリコンウェハである。この実施形態では、基板１０と走査機３０との間の相対的な運動は、ＸＹ平面に存在する。いくつかの実施形態では、焦点位置３４は、牛耕式経路（ｂｏｕｓｔｒｏｐｈｅｄｏｎ  ｐａｔｈ）内で、基板１０の表面に沿って移動されることになる。別の例では、この動きは、走査機３０の焦点位置３４を、基板１０の選択された位置に最短の移動量で、例えば、スプライン経路または、それに近い経路に沿って到達させることが意図された、非直線的な経路を描くことができる。
【００２８】
[36]図６ａから図６ｃは、走査機３０の様々な走査配列を図示する。焦点位置３４の追加の配列が可能であり、これらの追加の配列は、この開示および特許請求の範囲に含まれることを当業者は認識するであろう。図６ａにおいて走査機３０は、システムの光軸３１が、基板１０の選択されたＲ、θまたはＸ、Ｙ位置と交差するように配置される。光軸に沿った基板１０の立体部１６は、光軸３１に沿って、分離した垂直の場所へ走査機３０の焦点位置３４を移動させることにより走査される。この実施形態では、光軸３１は、その限りではないが、垂直Ｚ軸と平行である。基板１０の立体部１６の選択された領域、またはさらに略すべてを走査することは、立体部１６、または立体部１６の選択された部分にわたり連続的に焦点位置３４を配置することにより達成される。検出器は、焦点位置３４の各位置についての強度の読み取りを取り込む。
【００２９】
[37]図６ｂでは、走査機３０の焦点位置３４は、Ｚ軸に沿ったそれぞれの位置ごとに横方向にずらされている。図６ａおよび６ｂの両方では、垂直位置は均等に分散されている。基板１０の立体部１６の選択された部分で、またはその近くで、より高密度の走査が行われるように、垂直間隔を偏らせることも可能であることを留意されたい。１つの実施形態では、基板１０は、研削を通じ取り除かれる下側部分３５ａと、研削後も残る上側部分３５ｂとに上下に分割されることができる。この実施形態では、研削後に残る上側部分３５ｂでは、より高密度の走査が行われ、下側部分３５ａでは、非常に低密度の走査が行われることが望ましい。代替的には、下側部分３５ｂは、ほぼ走査されないままであってもよい。
【００３０】
[38]走査機３０の焦点位置３４は、光路３１に沿って計測された寸法と、および光路３１に対し垂直に測定された寸法とを有する、分離した空間を画定することを当業者は認識するであろう。焦点位置３４の垂直の寸法は、被写界深度または焦点深度とも呼ばれる。焦点位置３４の横方向の範囲は、スポットサイズとも呼ばれる。これらの寸法は、集束光学部を構成する光学要素の屈折率、光源３２からの光が伝わる媒体（典型的には空気）、および基板１０の材料に応じて異なる。さらに、設計の選択肢が、スポットサイズおよび被写界深度の両方の大きさに影響を及ぼし得る。１つの実施形態では、走査機３０のスポットサイズは、およそ２０μｍから３０μｍの直径を有する。いくつかの実施形態では、およそ３００μｍまでの直径の、より大きなスポットサイズを有することが有用である。焦点位置３４の焦点深度は、いくつかの実施形態では、およそ１００μｍから２００μｍとすることができる。いずれにしても、選択された焦点位置３４の寸法や、基板の走査に利用可能な時間などの、より実用的な検討事項に関係した走査解像度を、本発明の走査機３０で達成することができる。基板１０の調査の主題である欠陥１８の性質も考慮される。
【００３１】
[39]走査機３０による走査は、好ましくは、層を基準にして行われ、すなわち、所与のＺ軸位置で、すべての測定が基板１０の全体または選択された領域にわたって行われ、その後、このＺ軸位置は修正され、すべての必要な測定が新たなＺ軸位置で再び行われる。図６ａに示されるように、新たなＺ位置でのそれぞれの連続する測定は、所与の測定に先行または後行する測定と略同じＲ、θまたはＸ、Ｙ位置で行われることができる。代替え的には、それぞれの連続する新たなＺ位置に対するＲ、θまたはＸ、Ｙ位置は、図６ｂに示されるようにずらされてもよい。それぞれの測定位置での焦点位置３４の垂直／水平／半径／角度間隔を考慮すると、所望の解像度で基板１０の立体部１６を走査することができる。一般的な方式として、測定の際に焦点位置３４の間隔を大きくすると解像度は低くなるが、基板１０の走査速度は速くなる。反対に、測定の際に焦点位置３４の間隔を小さくすると解像度は高くなるが、基板１０の走査速度は多少遅くなる。
【００３２】
[40]測定の際の焦点位置３４の配置および間隔についての前述の議論は、主に直進または半径方向の配列での層状の走査パターンを仮定しているが、スパイラルまたは螺旋走査パターンなどの他の配列を用いることも可能である。例えば、試験下の基板１０の性質に応じて、測定中に焦点位置３４の３Ｄ配列を採用することができ、この３Ｄ配列は、結晶構造内の平面を説明するために用いられることが多いミラー指数の１つによって最もよく描写される。例として、（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）（００−１）、（１０１）、（１１０）、（０１１）、（１０−１）、（１−１０）および（０１−１）を含むことができる。焦点位置３４の他の配列も可能である。例えば、焦点位置３４の個々の層の測定場所は、わずかに組み合わされ得、すなわち、それぞれの層の焦点位置３４は、ある程度まで重なる、または交差さえしてもよい。走査配列内の各焦点位置３４の垂直または水平間隔は、均一であっても可変的であってもよい。
【００３３】
[41]図７は、本発明が実行される１つの様式を概略的に図示する。図に示された実施形態では、工程は製品設定（ステップ５０）から始まり、この製品設定では、基板１０に関する基本情報が、走査機３０に通信可能に接続された制御装置（図示せず）、および基板１０が載る載台の天板などの支持体（図示せず）に提供される。制御装置は、典型的には、適する種類のコンピュータであり、必要な演算手段（ＣＰＵなど）と、メモリと、作動中に、基板１０および走査機３０を互いに対して移動させるのに必要な、走査機３０および支持体（自動機械）の作動の制御および調整に必要な入力装置／出力装置とを一般的に含む。
【００３４】
[42]制御装置に入力される基板１０に関する情報は、材料と、直径と、厚さと、方位とを含む、基板の基本的な形状を含むことができる。フラット１１ａまたはノッチ１１ｂなどの整列構造の存在および形状も関連付けられることができる。製品設定ステップ５０は、走査機３０、ならびに、必要なハンドラ（図示せず）および載台（図示せず）などの自動機械が、効率的に基板１０を検査するために準備されることを確実にする。製品設定ステップ５０は、レシピ作成と呼ばれるステップの一部であり、レシピ作成は、次の走査設定ステップ５２も含み得ることを留意されたい。
【００３５】
[43]走査設定ステップ５２は、有用な結果を提供する様式で走査機３０の操作を行うために、製品設定ステップ５０中に得られた情報を少なくとも部分的に使用する。容認できる性能を保証するために、追加の情報が走査設定ステップ５２で入力または生成され得る。走査設定ステップ５２で入力および／または生成され得る追加データの中には、形状などの欠陥の特性、裏面研削などの後続の処理ステップに関する情報を含む製品特性、および、走査が、基板１０の標本を抽出するのみか、基板１０の略すべてを検査するのかに影響し得る、時間／処理量またはデータ処理／通信制約に関連する情報がある。加えて、測定された散乱光が、欠陥を表しているか否かを識別するモデルは、走査設定ステップ５２中に生成および／または修正される。詳細には、基板１０の本体内、特に、基板１０が別個の材料の１つまたは複数の層から構成される場所で発生する屈折に対処するために、モデルが更新されなければならない場合もある。基板１０は、限定されないが、シリコンウェハ、熱酸化ウェハ、ＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ウェハ、Ｇｅウェハ、ＧａＡｓウェハ、ＩｎＧａＡｓウェハ、ＩｎＡｓウェハ、３−５族ウェハ、２−６族ウェハ、エピタキシャルウェハ、サファイアウェハ、ＳｉＣウェハ、ＺｎＯウェハ、ＭｇＯウェハ、ＳｒＴｉＯ３ウェハ、単結晶ウェハ、水晶ウェハ、ガラスウェハ、セラミックウェハなどの基板を含み得ることを留意されたい。加えて、ステップ５２では、走査機３０の焦点位置３４が配置されることになる、走査パターンも上述のように選択される。
【００３６】
[44]いくつかの実施形態では、ステップ５０および５２は、単一のステップに組み合わされることができる。例えば、所与の基板１０が、先に検査された基板と略類似する場合、先に生成された製品設定および走査設定のデータならびにステップが、新たな基板１０で使用されてもよい。同様に、既存の製品設定（ステップ５０）が変更されずに使用され得る場合でも、走査設定（ステップ５２）を随時更新または修正することが望ましい場合もある。これは、基板１０自体のわずかな修正によるもの、または、欠陥を識別するために使用されるモデルを改良し、より有効なものにする要望によるものである場合もある。新たな情報、またはわずかな基板１０の修正に対処するために、そのようなモデルは、これらの場合、完全に作り直されても、単に修正されるだけでもよい。
【００３７】
[45]ステップ５０および５２は、時に、レシピ作成と呼ばれ得ることも理解されたい。レシピは、すべての指示のまとまりであり、これは、基板１０を首尾よく検査、測定、または処理するのに必要とされる。完全なレシピは、製品設定ステップ５０および走査設定ステップ５２の結果として得られることができる。しかしながら、レシピは、単純または複雑であり得、追加情報を要求する、または、本明細書に記載される本発明のステップ５０および５２の明示的な部分ではない、追加ステップもしくは分析を命じる場合もある。
【００３８】
[46]少なくとも部分的に製品設定（ステップ５０）を基にし、走査データ取り込みステップ５４中に、走査機３０が照明を基板１０に方向づけ、そして、選択された焦点位置３４で、基板３０がどのように光を散乱させるかに関するデータが測定されるように、基板１０および／または走査機３０が互いに対し移動される。上述のように、基板１０の外表面によって画定され、そして、基板１０の外表面を含む３Ｄ空間（デカルト座標系または半径座標系）内の分離した位置で、それぞれの測定が行われる。ステップ５４中に、少なくとも、選択された各位置での散乱光の強度が測定され、測定が行われたときに、焦点位置３４の位置と共に記録される。
【００３９】
[47]測定がなされると、収集されたデータは、もし欠陥が存在すれば、欠陥識別（ステップ５６）のために使用される。１つの実施形態では、測定された散乱光とモデルの外観が比較され、欠陥が存在するかどうか二分判定（ｂｉｎａｒｙ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）が行われる。別の実施形態では、測定された散乱光とモデルの外観が比較され、焦点位置での基板１０の特性が判定される。判定された特性の性質に応じて、欠陥の存在を判定し、例えば、欠陥の大きさまたは構造などのいくつかの追加情報を把握することが可能となり得る。１つの例では、欠陥が、基板１０内の空洞なのか、基板１０の表面の裂けなのかを把握することが可能となり得る。さらに、走査の密度によっては、基板１０内の単一の欠陥の範囲を描くことが可能となり得る。基板１０の立体部内の欠陥の密度および空間的な位置、またはパターンを判定することも可能となり得る。
【００４０】
[48]ステップ５８では、ステップ５６で判定された情報が、走査機３０の人間の使用者、または別のコンピュータもしくはデータベース（図示せず）の少なくとも１つに報告される。データの報告は、映像画面経由、紙経由、あるいは、可聴式警報および／または人間の使用者が視認可能な画面もしくは照明塔（ｌｉｇｈｔ  ｔｏｗｅｒ）（図示せず）上に存在する視覚的警報によるなど、視覚的および／または聴覚的なものとすることができる。データの報告作業（ｒｅｐｏｒｔａｇｅ）は、走査機３０の同じ場所でローカルに実施されてもよく、または、走査機３０から離れている場所への有線または無線ネットワークを介して行われてもよい。
【００４１】
[49]ステップ５６および５８は、走査機３０に接続された制御装置（図示せず）により、または、制御装置を用いて実行されることが多いが、これらのステップで具現化されるデータの分析および報告作業は、走査機３０からは離れた場所で実施され得ることを理解されたい。この実施形態では、走査機３０からのデータは、適するネットワークを介し２次制御装置へ通信されることができる。適する入力／出力能力、ならびに、分析および記憶能力が備えられたこの第２の制御装置は、ステップ５６および５８を遠隔的に実行することができる。さらに、複数の走査機３０に対しステップ５６および５８を実行するために、２次制御装置を利用することが可能である。
【００４２】
結び
[50]様々な例が上記に提供されたが、本発明は、これらの例の詳細に限定されるものではない。本発明の特定の実施形態が、本明細書に図示され記載されたが、同じ目的を達成するために求められるいかなる構成も、示された特定の実施形態に置き換えられ得ることが当業者に認識されるであろう。本発明の多くの適応例が、当業者には明らかであろう。したがって、本出願は、本発明のいかなる応用例または変形例も含むことが意図される。以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ本発明が限定されることが、明白に意図される。
【図１】
2017518485.tif 000003
【図２】
2017518485.tif 000004
【図３ａ】
2017518485.tif 000005
【図３ｂ】
2017518485.tif 000006
【図３ｃ】
2017518485.tif 000007
【図４】
2017518485.tif 000008
【図５】
2017518485.tif 000009
【図６ａ】
2017518485.tif 000010
【図６ｂ】
2017518485.tif 000011
【図６ｃ】
2017518485.tif 000012
【図７】
2017518485.tif 000013
【図８ａ】
2017518485.tif 000014
【図８ｂ】
2017518485.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月20日(2016.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
およそ８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長を有する放射線を出力する照明器と、
前記照明器から前記放射線を受信し、それを基板に向けて方向づける集束光学部であって、前記基板では、前記放射線が、前記基板の立体部内で前記基板と交差する光路に沿って、選択された焦点位置で選択的に集束される、集束光学部と、
前記基板から散乱された光を集光し、それを検出器へと方向づける集光光学部であって、前記基板から返された正反射された光を省くフィルタを含む集光光学部であり、前記検出器が、前記基板からの散乱光を受信し、前記散乱光の特性に対応する信号を生成する、集光光学部と、
前記基板を、経路に沿って前記放射線の前記焦点位置に対して移動させる載台と、
前記照明器、前記集束光学部、前記検出器、および前記載台に接続された制御装置であって、前記検出器によって出力された前記信号、ならびに、前記集束光学部の選択された設定および前記載台の位置に基づく、前記基板の前記立体部内における前記放射線の前記焦点位置の位置を記録する制御装置と
を備える立体測定式基板走査機。
【請求項２】
前記集光光学部が、楕円形の集光器と、反射鏡とをさらに備え、前記反射鏡が、前記照明器から前記基板への放射線を通すための開口を有し、前記開口は、前記基板から返される正反射された光は、前記反射鏡により反射されることなく前記開口を通過するように配置され、かつ、前記楕円形の集光から返された散乱光は、前記検出器へと方向づけられる場所に配置される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項３】
前記放射線の前記焦点位置の前記経路が、直線経路、牛耕式経路、および曲線経路からなる群から選択される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項４】
前記制御装置が、欠陥の存在の識別、および、前記基板の特性の識別の少なくとも一方のために、前記検出器によって出力された前記信号をモデルと比較するように適合される、請求項１に記載の立体測定式基板走査機。
【請求項５】
基板内の立体部を走査する方法であって、
前記基板が少なくとも部分的に透明性を有する放射線を、前記基板に対し垂直な光軸に沿って、選択された垂直位置に集束させるステップと、
前記光軸に対し垂直な平面内で、集束された前記放射線に対して前記基板を移動させるステップと、
前記基板から返された散乱光を定期的に測定し、前記放射線が前記基板の前記立体部内で集束された前記位置を記録するステップと、
前記放射線を、前記光軸に沿った少なくとも１つの異なる選択された垂直位置で集束させ、前記測定するステップを前記異なる選択された垂直位置で繰り返すステップと、
前記基板内の前記立体部における欠陥を、もしあれば識別するために、測定された前記散乱光をモデルと比較するステップと
を含む方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
結び
[50]様々な例が上記に提供されたが、本発明は、これらの例の詳細に限定されるものではない。本発明の特定の実施形態が、本明細書に図示され記載されたが、同じ目的を達成するために求められるいかなる構成も、示された特定の実施形態に置き換えられ得ることが当業者に認識されるであろう。本発明の多くの適応例が、当業者には明らかであろう。したがって、本出願は、本発明のいかなる応用例または変形例も含むことが意図される。以下の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ本発明が限定されることが、明白に意図される。
（項目１）
およそ８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長を有する放射線を出力する照明器と、
前記照明器から前記放射線を受信し、それを基板に向けて方向づける集束光学部であって、前記基板では、前記放射線が、前記基板の立体部内で前記基板と交差する光路に沿って、選択された焦点位置で選択的に集束される、集束光学部と、
前記基板から散乱された光を集光し、それを検出器へと方向づける集光光学部であって、前記基板から返された正反射された光を省くフィルタを含む集光光学部であり、前記検出器が、前記基板からの散乱光を受信し、前記散乱光の特性に対応する信号を生成する、集光光学部と、
前記基板を、経路に沿って前記放射線の前記焦点位置に対して移動させる載台と、
前記照明器、前記集束光学部、前記検出器、および前記載台に接続された制御装置であって、前記検出器によって出力された前記信号、ならびに、前記集束光学部の選択された設定および前記載台の位置に基づく、前記基板の前記立体部内における前記放射線の前記焦点位置の位置を記録する制御装置と
を備える立体測定式基板走査機。
（項目２）
前記集光光学部が、楕円形の集光器と、反射鏡とをさらに備え、前記反射鏡が、前記照明器から前記基板への放射線を通すための開口を有し、前記開口は、前記基板から返される正反射された光は、前記反射鏡により反射されることなく前記開口を通過するように配置され、かつ、前記楕円形の集光から返された散乱光は、前記検出器へと方向づけられる場所に配置される、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目３）
８００ｎｍから２０００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長に対し感度を有するフォトダイオードである検出器をさらに備える、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目４）
前記放射線の前記焦点位置の前記経路が曲線となるように、前記基板を、垂直軸を中心に回転させる載台をさらに備える、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目５）
前記集束光学部の光軸に対し垂直な平面内で、直線的に前記基板を移動させる載台をさらに備える、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目６）
前記放射線の前記焦点位置の前記経路が、直線経路、牛耕式経路、および曲線経路からなる群から選択される、項目５に記載の立体測定式基板走査機。
（項目７）
前記制御装置が、欠陥の存在を識別するために、前記検出器によって出力された前記信号をモデルと比較するように適合される、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目８）
前記制御装置が、前記基板の特性を識別するために、前記検出器によって出力された前記信号をモデルと比較するように適合される、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目９）
前記制御装置が、２次制御装置へデータを報告するように適合される、項目１に記載の立体測定式基板走査機。
（項目１０）
基板内の立体部を走査する方法であって、
前記基板が少なくとも部分的に透明性を有する放射線を、前記基板に対し垂直な光軸に沿って、選択された垂直位置に集束させるステップと、
前記光軸に対し垂直な平面内で、集束された前記放射線に対して前記基板を移動させるステップと、
前記基板から返された散乱光を定期的に測定し、前記放射線が前記基板の前記立体部内で集束された前記位置を記録するステップと、
前記放射線を、前記光軸に沿った少なくとも１つの異なる選択された垂直位置で集束させ、前記測定するステップを前記異なる選択された垂直位置で繰り返すステップと、
前記基板内の前記立体部における欠陥を、もしあれば識別するために、測定された前記散乱光をモデルと比較するステップと
を含む方法。
（項目１１）
欠陥の存在、および前記基板の前記立体部内で前記欠陥が識別された場所を報告するステップを含む、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１２）
前記散乱光を、（１００）、（０１０）、（００１）、（−１００）、（０−１０）（００−１）、（１０１）、（１１０）、（０１１）、（１０−１）、（１−１０）および（０１−１）からなる群から選択されるミラー指数によって描写される立体測定パターンで測定するステップを含む、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１３）
高輝度発光ダイオードを提供するステップと、
前記高輝度発光ダイオードを活性化させ、前記基板に集束される前記放射線を提供するステップと
を含む、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１４）
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が、前記光軸に沿った複数の略均等に離間した位置を備える、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１５）
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が複数の位置を備え、前記複数の位置の大部分が、前記基板の上面と、選択された裏面研削の場所との間に、前記光軸に沿って位置する、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１６）
前記少なくとも１つの異なる選択された垂直位置が複数の位置を備え、前記複数の位置の大部分が、前記基板の上面と、選択された裏面研削の場所との間に、前記光軸に沿って位置する、項目１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１７）
前記集束された前記放射線に対して前記基板を移動させるステップが、螺旋経路、スパイラル経路、弧状経路、曲線経路、牛耕式経路、およびスプライン経路からなる群から選択される経路を画定するステップを含む、請求書１０に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１８）
選択された前記経路が、前記基板の選択された領域と交差する、項目１７に記載の基板内の立体部を走査する方法。
（項目１９）
前記基板の前記選択された領域が、後続の処理ステップでその上に形成される、またはそれに取り付けられる別個の構造を有することになる、項目１８に記載の基板内の立体部を走査する方法。
【国際調査報告】
2017518485.tif 000016
2017518485.tif 000017