(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ（Ｋ）の外周付近に形成されたチップ無効領域（ＨＲ）の外観検査を自動的に行う自動外観検査装置（１）であって、
暗視野照明手段（８）により暗視野照明された状態で撮像光学系（５）によりチップ無効領域（ＨＲ）を撮像したときに得られる散乱光（Ｌ１’，Ｌ２’）の画像に基づいてチップ無効領域（ＨＲ）における異物（ＩＢ）の有無を判定する判定手段（９Ｂ）を備える自動外観検査装置において、
暗視野照明手段（８）が、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第１の所定角度（φ１）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第１暗視野照明手段（８４ａ）と、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第２の所定角度（φ２）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第２暗視野照明手段（８４ｂ）と、
第１暗視野照明手段（８４ａ）及び第２暗視野照明手段（８４ｂ）とチップ無効領域（ＨＲ）との配置関係に応じて、第１暗視野照明手段（８４ａ）の照明動作と第２暗視野照明手段（８４ｂ）の照明動作とを選択的に切り替える切替手段（９Ａ）とを備え、
切替手段（９Ａ）は、第１暗視野照明手段（８４ａ）と第２暗視野照明手段（８４ｂ）のうち半導体ウェーハ（Ｋ）のエッジ面（ＫＥ）に照明が照射されない方を選択するように構成されたことを特徴とする自動外観検査装置。
【請求項２】
半導体ウェーハ（Ｋ）の外周付近に形成されたチップ無効領域（ＨＲ）の外観検査を自動的に行う自動外観検査方法であって、
暗視野照明手段（８）により暗視野照明された状態で撮像光学系（５）によりチップ無効領域（ＨＲ）を撮像したときに得られる散乱光（Ｌ１’，Ｌ２’）の画像に基づいてチップ無効領域（ＨＲ）における異物（ＩＢ）の有無を判定する判定手段（９Ｂ）を用いる自動外観検査方法において、
暗視野照明手段（８）が、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第１の所定角度（φ１）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第１暗視野照明手段（８４ａ）と、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第２の所定角度（φ２）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第２暗視野照明手段（８４ｂ）と、
第１暗視野照明手段（８４ａ）及び第２暗視野照明手段（８４ｂ）とチップ無効領域（ＨＲ）との配置関係に応じて、第１暗視野照明手段（８４ａ）の照明動作と第２暗視野照明手段（８４ｂ）の照明動作とを選択的に切り替える切替手段（９Ａ）とを備え、
切替手段（９Ａ）は、第１暗視野照明手段（８４ａ）と第２暗視野照明手段（８４ｂ）のうち半導体ウェーハ（Ｋ）のエッジ面（ＫＥ）に照明が照射されない方を選択して得られる散乱光の画像に基づいてチップ無効領域（ＨＲ）における異物（ＩＢ）の有無を判定手段（９Ｂ）により判定することを特徴とする自動外観検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動外観検査装置及び自動外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造は、半導体ウェーハを主体にした種々のプロセスを経て行われる。半導体製造プロセスの一つに、プローブ検査を行うプロセスがある。プローブ検査では、半導体ウェーハの表面に配列形成された多数の半導体チップ（回路パターン）の電気的特性を検査する。プローブ検査は、半導体ウェーハの状態で専用のプローブ装置により行う。プローブ検査の結果、良品と判定された半導体チップのみを、後段のボンディングやパッケージング工程での実装対象とし、最終製品の歩留まりの向上を図っている。
【０００３】
プローブ装置は、図１２に示すように、検査用の探針１０１が設けられたプローブカード１００を備える。探針１０１は、例えばカンチレバーとよばれる片持ち梁形状のものが使用される。プローブ検査時に、この探針１０１を半導体チップＤのバンプ電極に接触させる。探針１０１の接触動作は、バンプ電極に適当な圧力をかけ、たわみとスライドを伴ってなされる。この探針１０１を介してバンプ電極に電気信号を通電し、適正な導通が有るか否かを判定することで半導体チップＤの電気的特性を検査する（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−３５７２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、半導体ウェーハＫの表面には、半導体チップ領域ＤＲとチップ無効領域ＨＲとがある。前者は、複数の有効な半導体チップＤが形成された領域であり、半導体ウェーハＫの内側表面一帯にある。後者は、有効な半導体チップＤが形成されない領域であり、半導体ウェーハＫの外周囲表面一帯にある。半導体製造プロセスでは、各プロセス間で半導体ウェーハＫを移載するにあたり、その外周端部を把持することが多い。このためチップ無効領域ＨＲには、比較的大きな異物ＩＢが付着しやすい。チップ無効領域ＨＲにこのような異物ＩＢが付着していた状態でプローブ検査を行った場合、図１２の右端の探針１０１に示すように、そのアーム部分が異物ＩＢに当たり、無理な変形を起こすことで探針１０１が破損してしまうことがある。探針１０１が破損した場合、その修理費は非常に高くつく。
【０００５】
一般にはプローブ検査を行う前に、専用の外観検査装置によりパターンの外観検査を行う。しかし、外観検査は主に半導体チップ領域ＤＲに対してのみ行い、チップ無効領域ＨＲに対しては行わない。その理由を以下に示す。半導体チップ領域ＤＲでは半導体チップＤのパターンは全て同一形状であるが、チップ無効領域ＨＲではそれぞれが互いに非同一形状である。同一形状のパターンに対しては、予め統計的に求めた良品チップのマスター画像を基準にして外観判定することができるが、非同一形状のパターンに対しては、基準となる一定のマスター画像が作成できないからである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハのチップ無効領域における自動外観検査を確実にし、プローブ検査時にチップ無効領域に付着した異物によりプローブ装置における探針が破損するのを防止することのできる外観検査装置及び外観検査方法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】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。なお「特許請求の範囲」及び「課題を解決するための手段」の欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１０】
請求項１および請求項２の発明は、半導体ウェーハ（Ｋ）の外周付近に形成されたチップ無効領域（ＨＲ）の外観検査を自動的に行う自動外観検査装置（１）であって、
暗視野照明手段（８）により暗視野照明された状態で撮像光学系（５）によりチップ無効領域（ＨＲ）を撮像したときに得られる散乱光（Ｌ１’，Ｌ２’）の画像に基づいてチップ無効領域（ＨＲ）における異物（ＩＢ）の有無を判定する判定手段（９Ｂ）を備える自動外観検査装置において、
暗視野照明手段（８）が、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第１の所定角度（φ１）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第１暗視野照明手段（８４ａ）と、
撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第２の所定角度（φ２）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う第２暗視野照明手段（８４ｂ）と、
第１暗視野照明手段（８４ａ）及び第２暗視野照明手段（８４ｂ）とチップ無効領域（ＨＲ）との配置関係に応じて、第１暗視野照明手段（８４ａ）の照明動作と第２暗視野照明手段（８４ｂ）の照明動作とを選択的に切り替える切替手段（９Ａ）とを備え、
切替手段（９Ａ）は、第１暗視野照明手段（８４ａ）と第２暗視野照明手段（８４ｂ）のうち半導体ウェーハ（Ｋ）のエッジ面（ＫＥ）に照明が照射されない方を選択するように構成されたことを特徴とする自動外観検査装置、およびその方法を用いる自動外観検査方法である。
【００１１】
請求項１および請求項２の発明によると、切替手段（９Ａ）は、第１暗視野照明手段（８４ａ）と第２暗視野照明手段（８４ｂ）のうち半導体ウェーハ（Ｋ）のエッジ面（ＫＥ）に照明が照射されない方を選択する。つまり撮像しようとするチップ無効領域（ＨＲ）のエッジ面（ＫＥ）に照射光が対向しない方を選択する。例えば、半導体ウェーハ（Ｋ）の右側半分（ＲＲ）におけるチップ無効領域（ＨＲ）の外観検査を行うときは、第１暗視野照明手段（８４ａ）が選択される。そして撮像光学系（５）の光軸（Ｊ１）から第１の所定角度（φ１）傾いた方向からチップ無効領域（ＨＲ）に向けて暗視野照明を行う。半導体ウェーハ（Ｋ）のエッジ面（ＫＥ）に照明が照射されないため、エッジ面（ＫＥ）からの乱反射が無く、正確な外観検査を実現することできる。
【００１２】
暗視野照明手段（８）は、照射口の先端に集光レンズ（８４１ａ，８４１ｂ）を備える。
【００１３】
照射口の先端に集光レンズ（８４１ａ，８４１ｂ）を備えることで照射範囲を必要最小限とすることができ、照明の明るさがより向上するので、より小さな異物（ＩＢ）を捉えるのに好適である。
【００１４】
撮像光学系（５）は、複数の対物レンズ（１１）を保持するとともに、いずれかの対物レンズ（１１）を検査用に選択するレボルバー（５３）を備え、選択された対物レンズ（１１）と半導体ウェーハ（Ｋ）との間に暗視野照明手段（８）を進退させる進退手段（８５）を備える。
【００１５】
暗視野照明手段（８）は、選択された対物レンズ（１１）と半導体ウェーハ（Ｋ）との間で進退可能な構成とされる。暗視野照明手段（８）を進入させた状態でチップ無効領域（ＨＲ）を照射することができる。暗視野照明手段（８）を退出させることで、レボルバー（５３）の回転による対物レンズ（１１）の選択時に対物レンズ（１１）と暗視野照明手段（８）との干渉を避けることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、半導体ウェーハのチップ無効領域における自動外観検査が確実になり、プローブ検査時にチップ無効領域に付着した異物によりプローブ装置における探針が破損するのを防止することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明に係る自動外観検査装置１の正面概略図、図２はレボルバー５３の外観斜視図、図３は暗視野照明部８の三面図である。各図において直交座標系の３軸をＸ、Ｙ、Ｚとし、ＸＹ平面は水平面、Ｚ方向は鉛直方向である。なお、図３において（Ａ）図は平面図、（Ｂ）図は正面図、（Ｃ）図は側面図である。
【００１９】
図１に示すように、自動外観検査装置１は、検査ステージ２、検査ステージ駆動部３、位置検出部４、撮像光学ユニット５、撮像光学ユニット駆動部６、明視野照明部７、暗視野照明部８、エアーシリンダ８５、制御用コンピュータ９Ａ及び画像処理用コンピュータ９Ｂなどから構成される。
【００２０】
検査ステージ２は、検査対象となる半導体ウェーハＫを載置可能な円盤状のテーブルであり、表面に真空吸着孔または適当な固定部材が設けられる。これにより、半導体ウェーハＫを真空吸着または固定して保持可能である。なお、半導体ウェーハＫの表面には多数の半導体チップ（半導体素子）Ｄが形成されており、本明細書では、半導体チップＤが形成されている領域をチップ領域ＤＲと呼称する。また、チップ領域ＤＲの外側領域は、有効なチップが形成されていない領域であり、この領域をチップ無効領域ＨＲと呼称する。チップ領域ＤＲにおける半導体チップＤは全て同一パターンであり、チップ無効領域ＨＲにおける無効な半導体チップは、互いに異なる形状を呈する、いわゆる非同一パターンである。
【００２１】
検査ステージ駆動部３は、検査ステージ２の下方においてＸ、Ｙのそれぞれの方向に沿うように配設されたリニアモータ、及び検査ステージ２をその回転中心軸Ｊ２回りのθ方向に回動駆動可能なＤＤ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｒｉｖｅ）モータから構成され、検査ステージ２をＸ、Ｙのそれぞれの方向に等速度で移動可能とすると共に、θ方向に回動可能とする。ステージ位置検出部４は、検査ステージ２のＸ、Ｙ、θ方向位置を検出すると共に、検出した位置信号を制御用コンピュータ９Ａに送信可能に構成される。
【００２２】
撮像光学ユニット５は、検査用カメラ５１、金属顕微鏡５２、レボルバー５３及びレボルバー駆動部５４を備える。検査用カメラ５１は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｄｅｖｉｃｅ）等の撮像素子５１１を備え、この撮像素子５１１で得た画像データをデジタル信号に変換して出力可能である。金属顕微鏡５２は、対物レンズ１１により得た半導体チップＤの拡大像が検査用カメラ５１の撮像素子５１１上に結像可能となるように、また照明用光源７０から供給された明視野照明用の閃光を半導体ウェーハＫに向けて照射可能となるように、適当な反射ミラーやレンズなどにより構成される。
【００２３】
レボルバー５３は、図２に示すように、回転中心軸Ｊ０回りに回転自在とされ、５つの対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅを備える。
【００２４】
レボルバー駆動部５４は、図３（Ａ）に示すように、レボルバー５３をその回転中心軸Ｊ０回りに回動駆動することにより、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅのうちいずれか一つを撮像位置Ｐ０に選択的に配置可能とする。対物レンズ１１Ａが撮像位置Ｐ０に配置されたときは、対物レンズ１１Ａを介して得られた半導体ウェーハＫの拡大像が検査用カメラ５１により撮像可能となる。対物レンズ１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅについても同様である。対物レンズ１１Ｅは、上記５つの対物レンズの中では最も倍率が高く、別置きのモニター画面での目視検査を行うときに選択配置される。なお、対物レンズの符号については、説明上、他の対物レンズと区別する必要のあるときは例えば「１１Ａ」「１１Ｂ」などと数字の末尾にＡ〜Ｅのアルファベットを付すが、特に区別する必要のないときは、単に対物レンズ１１と記す。
【００２５】
撮像光学ユニット駆動部６は、ステッピングモータなどで構成され、撮像光学ユニット５をＺ方向に駆動可能とする。
【００２６】
明視野照明部７は、照明用光源７０、光ファイバケーブル７１及び光学系７３などからなる。照明用光源７０にはキセノンランプが使用される。光ファイバケーブル７１は、照明用光源７０の光照射口と金属顕微鏡５２の光入射口とを接続する。光学系７３は、金属顕微鏡５２内に設けられ、検査用カメラ５１が半導体ウェーハＫを撮像するときに、明視野照明用の閃光を半導体ウェーハＫに向けて照射するように構成される。
【００２７】
暗視野照明部８は、図３に示すように、枠体８３、第１照射ユニット８４ａ及び第２照射ユニット８４ｂを備える。
【００２８】
枠体８３は、図３（Ａ）に示すように、互いに対向配置された横部材８３１，８３２と、これら横部材８３１，８３２の端部に連結した縦部材８３３とからなり、平面視形状がコの字型を呈する。この開口部は、対物レンズ１１の外径よりも広いサイズとされる。
【００２９】
第１照射ユニット８４ａは、枠体８３における横部材８３１の内壁に取り付けられると共に、光ファイバーケーブル８１ａを介して照明用光源８０ａに接続される。そして、照明用光源８０ａから送られた暗視野照明用の光を照射するための照射口を有する。照射口には、集光レンズ８４１ａが設けられる。暗視野照明用の光は集光レンズ８４１ａから、光軸Ｊ１に対して所定角φ１をもって半導体ウェーハＫの表面に照射可能とされる。
【００３０】
第２照射ユニット８４ｂは、枠体８３における横部材８３２の内壁に取り付けられると共に、光ファイバーケーブル８１ｂを介して照明用光源８０ｂに接続される。そして、照明用光源８０ｂから送られた暗視野照明用の光を照射するための照射口を有する。照射口には、集光レンズ８４１ｂが設けられる。暗視野照明用の光は集光レンズ８４１ｂから、光軸Ｊ１に対して所定角φ２をもって半導体ウェーハＫの表面に照射可能とされる。なお、照明用光源８０ａ，８０ｂは、いずれも照明用光源７０と同様に、キセノンランプが使用される。
【００３１】
暗視野照明部８は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、次に示す３つのモードに切り替えられる。第１モードは、第１照射ユニット８４ａが照射動作を行い、第２照射ユニット８４ｂは照射動作を行わない。第２モードは、第２照射ユニット８４ｂが照射動作を行い、第１照射ユニット８４ａは照射動作を行わない。第３モードは、第１照射ユニット８４ａと第２照射ユニット８４ｂとのどちらも照射動作を行わない。
【００３２】
エアーシリンダ８５は、その本体部８５１はフレーム１Ｆに固設され、そのロッド８５２の先端は取付金具８５３を介して枠体８３に連結される。エアーシリンダ８５は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号によって直線駆動され、その進退動作により、枠体８３は照射位置Ｐ１と退避位置Ｐ２とに選択的に配置可能とされる。照射位置Ｐ１とは、選択された対物レンズ１１と半導体ウェーハＫとの間（Ｚ方向について）の位置で、選択された対物レンズ１１の光軸Ｊ１と、集光レンズ８４１ａの光軸と、集光レンズ８４１ｂの光軸とが交わる点の枠体８３と同一平面上でのＸＹ位置である（図３（Ａ）及び図３（Ｃ）参照）。また、退避位置Ｐ２とは、撮像位置Ｐ０にある対物レンズ１１を他の対物レンズ１１に切り替るときに、枠体８３が全ての対物レンズ１１から完全に退避して、いずれの対物レンズ１１とも干渉しない位置である。枠体８３が照射位置Ｐ１に配置されたときは、図３（Ａ）に示すように、第１照射ユニット８４ａまたは第２照射ユニット８４ｂにより、半導体ウェーハＷの表面への暗視野照射が可能となる。
【００３３】
制御用コンピュータ９Ａは、メモリを備えた記憶部９１Ａ、及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えた演算処理部９２Ａを有し、自動外観検査装置１が一連の検査動作を行うように、搬送用ロボット、検査ステージ駆動部３、レボルバー駆動部５４、撮像光学ユニット駆動部６及びエアーシリンダ８５などを制御するためのコンピュータである。また記憶部９１Ａには、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅのそれぞれの基準変位が予め記憶されている。基準変位とは、各対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅに固有の最適な合焦変位のことであり、半導体ウェーハＫの所定の基準位置において予め求められている。基準位置は例えば半導体ウェーハＫの中心部分とされる。基準変位を求める具体的手法としては、鮮鋭度方式のように画像の鮮鋭度を用いる方法や、測距方式のようにパターンまでの変位を変位センサによって測定する方法を用いることができる。特に本形態では、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｅのうち焦点深度が比較的浅く且つ自動検査に用いられる（目視検査でない）ものについての基準変位を正確に求めておくことが好ましい。倍率が高いことから生じるピントぼけを回避するためである。
【００３４】
画像処理用コンピュータ９Ｂは、メモリを備えた記憶部９１Ｂ、及びＣＰＵを備えた演算処理部９２Ｂを有し、検査用カメラ５１により半導体チップＤを撮像したときの画像を取り込み、この画像に所定の解析処理を施すことで半導体チップＤの外観検査を行うコンピュータである。
【００３５】
次に、自動外観検査装置１の検査動作について説明する。図４は自動外観検査装置１における検査処理の概要を示すフローチャート、図５はチップ領域検査ステップＳ２０の詳細を示すフローチャート、図６はチップ領域検査時における検査ステージ２の動作を示す図、図７はチップ無効領域検査ステップＳ４０の概要を示すフローチャート、図８はチップ無効領域検査ステップＳ４０の一部詳細を示すフローチャート、図９はチップ無効領域検査時における検査ステージ２の動作を示す図、図１０はチップ無効領域検査時における暗視野照明動作を説明するための図、図１１は図１０における暗視野照明動作の優利点を説明するための図である。
【００３６】
図４に示すように、自動外観検査装置１における検査処理は、ウェーハロードステップＳ１０、チップ領域検査ステップＳ２０、チップ無効領域検査ステップＳ４０及びウェーハアンロードステップＳ６０からなる。
【００３７】
ウェーハロードステップＳ１０において、検査ステージ２は図示しない搬送用ロボットから受け取った半導体ウェーハＫを、その表面に真空吸着または固定することにより保持する。
【００３８】
半導体ウェーハＫの保持を終えると、チップ領域検査ステップＳ２０に進み、図５のようにチップ領域検査を行う。チップ領域検査では、チップ領域ＤＲに形成された複数の半導体チップＤの外観検査を行う。
【００３９】
対物レンズ選択ステップＳ２１において、レボルバー駆動部５４は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、指定の対物レンズ１１を撮像位置Ｐ０に配置する。指定の対物レンズ１１は、検出したい欠陥のサイズに合わせて、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｄのうちいずれか一つを選択する。
【００４０】
テーブルアラインメントステップＳ２２において、必要に応じて、検査ステージ２をその回転中心軸Ｊ２の回りに微少角度回動させる制御を行う。これにより、保持された半導体ウェーハＫのθ方向のズレを補正することができる。その結果、半導体ウェーハＫに形成された半導体チップは、Ｘ，Ｙそれぞれの方向に精度の良い平行度を確保して移動可能となる。
【００４１】
テーブル初期位置配置ステップＳ２３において、検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、検査ステージ２と対物レンズ１１との相対位置関係が図６に示す状態となるように検査ステージ２を駆動配置する。
【００４２】
合焦／撮像ステップＳ２４において、検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、検査ステージ２と対物レンズ１１との相対位置関係が図６に示す破線矢印Ｂ１の経路を辿るように検査ステージ２をＸ、Ｙ方向に水平駆動する。対物レンズ１１が各半導体チップＤの上方に来る毎の所定のタイミングで、撮像光学ユニット駆動部６は、鮮鋭度方式などの自動合焦法に基づき、撮像光学ユニット５をＺ軸方向に駆動し、自動合焦を行う。自動合焦後、照明用光源７０が明視野用の閃光を発すると同時に、検査用カメラ５１が半導体チップＤの拡大像を撮像する。
【００４３】
画像比較ステップＳ２５において、上記撮像で得た画像は、画像処理用コンピュータ９Ｂに取り込まれ、画像処理（マスターの良品画像との比較）によりその外観の良否判断が行われる。もし、外観が不良と判断された半導体チップＤが存在した場合には（ステップＳ２６でノー）、その位置情報を制御用コンピュータ９Ａの記憶部９１Ａに記憶しておき（ステップＳ２７）、当該不良の半導体チップＤは、後段のボンディングやパッケージング工程での実装対象から外すようにする。Ｘ方向の一列分についてこの処理が終了すると、検査ステージ２をＹ方向に１ピッチ分シフトさせて次の一列分についても同様な処理を行う（ステップＳ２９）。このような処理を順次行うことで、半導体ウェーハＫに形成された全ての半導体チップＤについての外観検査を終了する（Ｓ２８でイエス）。
【００４４】
チップ領域検査を終えると、チップ無効領域検査ステップＳ４０に進み、チップ無効領域検査を行う。チップ無効領域検査では、チップ無効領域ＨＲに形成された非同一パターンの外観検査を行う。図７に示すように、チップ無効領域検査ステップＳ４０は、右側チップ無効領域検査ステップＳ４１０、暗視野照明切替ステップＳ４２０、左側チップ無効領域検査ステップＳ４３０及び暗視野照明部退避ステップＳ４４０からなる。右側チップ無効領域とは、半導体ウェーハＫにおける右側半分ＲＲの外周付近領域に形成された非同一パターンである。また、左側チップ無効領域とは、半導体ウェーハＫにおける先とは反対側である、左側半分ＬＲの外周付近領域に形成された非同一パターンである。
【００４５】
図８，９，１０，１１を参照して、右側チップ無効領域検査ステップＳ４１０について説明する。対物レンズ選択ステップＳ４１において、レボルバー駆動部５４は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、指定の対物レンズ１１を撮像位置Ｐ０に配置する。検出したい欠陥のサイズに合わせて、対物レンズ１１Ａ〜１１Ｄのうちいずれか一つを選択する。
【００４６】
暗視野照明部進入ステップＳ４２において、エアーシリンダ８５は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号によりロッド８５２を伸ばす。これにより、退避位置Ｐ２に配置されていた暗視野照明部８は、照射位置Ｐ１に配置される（図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の実線部分参照）。
【００４７】
テーブル初期位置配置ステップＳ４３において、検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、検査ステージ２と対物レンズ１１との相対位置関係が図９に示す状態となるように検査ステージ２を初期位置に駆動配置する。
【００４８】
合焦／撮像ステップＳ４４において、検査ステージ駆動部３は、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、検査ステージ２と対物レンズ１１との相対位置関係が図９に示す破線矢印Ｂ２の経路を辿るように検査ステージ２をＸ、Ｙ方向に水平駆動する。対物レンズ１１が各非同一パターンの上方に来る毎の所定のタイミングで、撮像光学ユニット駆動部６は、鮮鋭度方式などの自動合焦法に基づき、撮像光学ユニット５をＺ軸方向に駆動し、自動合焦を行う。自動合焦後、暗視野照明部８は第１モードとなり、照明用光源８０ａが暗視野用の閃光を発すると同時に、検査用カメラ５１が非同一パターンを撮像する。撮像時に第１照射ユニット８４ａは図１０（Ａ）のように暗視野用光Ｌ１を照射する。照射の仕方は、撮像光学ユニット５の光軸Ｊ１に対して所定角度φ１傾いた方向からチップ無効領域ＨＲに向けて暗視野照明を行うので、半導体ウェーハＫのエッジ面ＫＥに照明が照射されない。
【００４９】
画像判定ステップＳ４５において、上記撮像で得た画像は、画像処理用コンピュータ９Ｂに取り込まれ、画像処理によりその外観の良否判断が行われる。暗視野照明部８により暗視野照明されたため、異物ＩＢが存在したら光の散乱が起きる。散乱光Ｌ１’の画像を検査用カメラ５１が捉えて異物有りと判断する。異物有りと判断された場合には（ステップＳ４６でノー）、その位置情報を制御用コンピュータ９Ａの記憶部９１Ａに記憶しておき（ステップＳ４７）、当該非同一パターン近傍の半導体チップＤについては、後段のプローブ検査での検査対象から外すようにする。或いは、圧空噴射ノズル等を設けて、異物有りと判断された場合に当該非同一パターンにおける異物ＩＢを吹き飛ばすようにしてもよい。これにより、プローブ装置の探針が破損するのを防止することができる。図９に示す破線矢印Ｂ２の経路を辿るように、検査ステージ２をＸ、Ｙ方向に水平駆動させながら、上のような異物の有無判断処理を順次行うことで、半導体ウェーハＫにおける右側非同一パターン全てについての外観検査を終了する（ステップＳ４８でイエス）。
【００５０】
右側チップ無効領域の検査が終了すると、図７のステップ４２０において、制御用コンピュータ９Ａからの指令信号により、暗視野照明部８は第２モードとなり、第１照射ユニット８４ａから第２照射ユニット８４ｂに照射動作が切り替えられる。撮像時には、図１０（Ｂ）に示すように、第２照射ユニット８４ｂが暗視野用光Ｌ２を照射する。そして左側チップ無効領域検査ステップＳ４３０に進む。左側非同一パターンとは、半導体ウェーハＫにおける左側半分ＬＲの外周付近の領域に形成された非同一パターンである。
【００５１】
左側チップ無効領域検査ステップＳ４３０は、右側チップ無効領域検査ステップＳ４１０と実質的に同様な要領で検査動作を行う。その際、検査ステージ駆動部３は、検査ステージ２と対物レンズ１１との相対位置関係が図９に示す破線矢印Ｂ３の経路を辿るように検査ステージ２をＸ、Ｙ方向に水平駆動する。
【００５２】
以上のようにして、右側チップ無効領域と左側チップ無効領域の検査が終わると、図７の暗視野照明部退避ステップＳ４４０に進む。暗視野照明部退避ステップＳ４４０では、暗視野照明部８は第３モードとなり、第１照射ユニット８４ａ及び第２照射ユニット８４ｂは消灯状態となる。また、エアーシリンダ８５はロッド８５２を縮め、照射位置Ｐ１に配置されていた暗視野照明部８は、退避位置Ｐ２に配置される。このようにして、図４のチップ無効領域検査ステップＳ４０が終了する。
【００５３】
ウェーハアンロードステップＳ６０において、検査済みの半導体ウェーハＫを真空吸着または固定から解放し、搬送用ロボットに引き渡す。以降、新たな半導体ウェーハＫを受け取り、上と同様な手順で処理を進める。
【００５４】
以上に説明したように、自動外観検査装置１によると、暗視野照明部８は、撮像光学ユニット５の光軸Ｊ１に対して所定角度φ１，φ２傾いた方向からチップ無効領域ＨＲに向けて暗視野照明を行う。異物ＩＢが存在した場合、光の散乱が生じ、撮像光学ユニット５がその散乱光Ｌ１’，Ｌ２’の画像を捉えることで、チップ無効領域ＨＲの外観検査を行う。このように、マスター画像によるアルゴリズムでは検査不可能なチップ無効領域ＨＲの外観検査が可能となる。その結果、プローブ検査時にチップ無効領域ＨＲに付着した異物ＩＢによりプローブ装置における探針が破損するのを防止することができる。
【００５５】
また、制御用コンピュータ９Ａは、第１照射ユニット８４ａと第２照射ユニット８４ｂのうち半導体ウェーハＫのエッジ面ＫＥに照明が照射されない方を選択する。つまり撮像しようとするチップ無効領域ＨＲのエッジ面ＫＥに照射光が対向しない方を選択する。例えば、半導体ウェーハＫの右側半分ＲＲにおけるチップ無効領域ＨＲの外観検査を行うときは、第１照射ユニット８４ａが選択される。そして撮像光学ユニット５の光軸Ｊ１から所定角度φ１傾いた方向からチップ無効領域ＨＲに向けて暗視野照明を行う。この場合は、図１０（Ａ）のように、半導体ウェーハＫのエッジ面ＫＥに照明が照射されないため、エッジ面ＫＥからの乱反射が無く、正確な外観検査を実現することできる。もし、これとは反対に第２照射ユニット８４ｂを選択したとすると、図１１（Ａ）のように、撮像光学ユニット５は、エッジ面ＫＥからの乱反射光の成分を含んだ散乱光Ｌ２’’の画像を捉えるため、正確な外観検査ができなくなる。
【００５６】
半導体ウェーハＫの左側半分ＬＲにおけるチップ無効領域ＨＲの外観検査を行うときは、第２照射ユニット８４ｂが選択される。そして撮像光学ユニット５の光軸Ｊ１から所定角度φ２傾いた方向からチップ無効領域ＨＲに向けて暗視野照明を行う。この場合は、図１０（Ｂ）のように、半導体ウェーハＫのエッジ面ＫＥに照明が照射されないため、エッジ面ＫＥからの乱反射が無く、正確な外観検査を実現することできる。もし、これとは反対に第１照射ユニット８４ａを選択したとすると、図１１（Ｂ）のように、撮像光学ユニット５は、エッジ面ＫＥからの乱反射光の成分を含んだ散乱光Ｌ１’’の画像を捉えるため、正確な外観検査ができなくなる。
【００５７】
また、第１照射ユニット８４ａ及び第２照射ユニット８４ｂは、照射口の先端にそれぞれ集光レンズ８４１ａ，８４１ｂを備えることで照射範囲を必要最小限とすることができ、照明の明るさがより向上するので、より小さな異物ＩＢを捉えるのに好適である。
【００５８】
また、暗視野照明部８は、選択された対物レンズ１１と半導体ウェーハＫとの間で進退可能な構成とされる。暗視野照明部８を進入させた状態でチップ無効領域ＨＲを照射することができる。暗視野照明部８を退出させることで、レボルバー５３の回転による対物レンズ１１の選択時に対物レンズ１１と暗視野照明部８との干渉を避けることができる。
【００５９】
また、エアーシリンダ８５はレボルバー５３とは別個に設けてあるため、暗視野照明部８に接続されている照明用光源８０ａ，８０ｂからの光ファイバケーブル８１ａ，８１ｂが、レボルバー５３の回転によって捻れることもなく、その存在によるレボルバー５３の動作に制約を受けない。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。例えば、直交座標系の３軸の方向については、必ずしもＸＹ平面が水平面、Ｚ方向が鉛直方向でなくてもよい。対物レンズ１１の数は、５個に限らず、２個以上４個以下、または６個以上というように任意の複数個とすることができる。制御用コンピュータ９Ａ及び画像処理用コンピュータ９Ｂでの処理は、１台のコンピュータで行うようにしてもよい。照明用光源７０，８０ａ，８０ｂはそれぞれキセノンランプに限定されず、また一つの光源からの光を適当な光学系により分配する形態とすることもできる。その他、画像処理の手法、検査ステージ２の動作態様、検査処理の各ステップの順序などについても、本発明の主旨に沿い適宜変更してよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る自動外観検査装置の正面概略図である。
【図２】レボルバーの外観斜視図である。
【図３】暗視野照明部の三面図である。
【図４】自動外観検査装置における検査処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】チップ領域検査ステップの詳細を示すフローチャートである。
【図６】チップ領域検査時における検査ステージの動作を示す図である。
【図７】チップ無効領域検査ステップの概要を示すフローチャートである。
【図８】チップ無効領域検査ステップの一部詳細を示すフローチャートである。
【図９】チップ無効領域検査時における検査ステージの動作を示す図である。
【図１０】チップ無効領域検査時における暗視野照明動作を説明するための図である。
【図１１】図１０における暗視野照明動作の優利点を説明するための図である。
【図１２】プローブ装置によるプローブ検査を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  自動外観検査装置
５  撮像光学ユニット（撮像光学系）
８  暗視野照明部（暗視野照明手段）
９Ａ  制御用コンピュータ（切替手段）
９Ｂ  画像処理用コンピュータ（判定手段）
１１  対物レンズ
５３  レボルバー
８４ａ  第１照射ユニット（第１暗視野照明手段）
８４ｂ  第２照射ユニット（第２暗視野照明手段）
８４１ａ  集光レンズ
８４１ｂ  集光レンズ
Ｓ４４  合焦／撮像ステップ（ステップ）
Ｓ４５  画像判定ステップ（ステップ）
８５  進退手段（エアーシリンダ）
ＨＲ  チップ無効領域
ＩＢ  異物
Ｊ１  光軸
Ｋ  半導体ウェーハ
ＫＥ  エッジ面
Ｌ１’  散乱光
Ｌ２’  散乱光
φ１  所定角度
φ２  所定角度
【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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【図１２】
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