JP2003139523A - 表面欠陥検出方法および表面欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハなどのエッジ部のように
立体的な面あるいは複数の異なる性状の面からなる検査
対象物の面の微少凹凸状欠陥を検出することを目的とす
る。 【解決手段】 拡散光光源によって検査対象物の鏡面状
表面を照明し、検査対象物の鏡面状表面の画像をテレセ
ントリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複
数の撮像手段により撮像し、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鏡面状検査対象物表面の
微少凹凸欠陥を検出する。 【効果】 立体的な形状の撮像対象であってもすべて
の検査対象面の微少凹凸を確実に検出することが可能と
なり、シリコンウエハなどのエッジ部のように立体的な
面あるいは不定形の面の微少凹凸状欠陥を検出するのに
用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】半導体用のシリコンウエハの
エッジ部の微少凹凸状の欠陥およびその他の鏡面板の上
にある微少凹凸状の欠陥を検出することができる表面欠
陥検出方法および表面欠陥検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体の形成に用いるシリコンウエハの
エッジ部の検査は、鏡面部の検査と比べてこれまで重視
されてこなかった。ところが、半導体用のシリコンウエ
ハのエッジ部に、打痕、クラック、微少突起およびパー
ティクルの付着などの欠陥があると、この欠陥が原因で
シリコンウエハに致命的な不具合が発生することがあ
る。

【０００３】シリコンウエハのエッジ部に打痕、クラッ
ク等がある場合では、熱処理工程などの工程でシリコン
ウエハに熱が加えられると、これらの欠陥が原因となっ
てシリコンウエハの鏡面部すなわち半導体回路が形成さ
れる面にクラックが発生して不良品となるおそれがあ
る。

【０００４】一方、シリコンウエハのエッジ部にパーテ
ィクルが付着している場合では、工程が進むにつれてこ
のパーティクルが鏡面部に転位して付着するおそれがあ
る。あるいは、打痕、クラック部の一部が剥離し鏡面部
に付着するおそれがある。

【０００５】近年、ＬＳＩの集積度が高くなり、ファイ
ンピッチ化の要求が高まるにつれてシリコンウエハの鏡
面部にこのような微少なパーティクルが付着したり、鏡
面にクラックが発生したシリコンウエハを次に工程に供
給するのを完全に排除しなければならず、そのためには
半導体用のシリコンウエハのエッジ部に打痕、クラッ
ク、パーティクルの付着などの欠陥の有無を厳密に検査
する必要がある。

【０００６】半導体用のシリコンウエハのエッジ部以外
の鏡面の微少凹凸欠陥検査には、鏡面仕上げされている
表面に平行光線を当てて、コリメートレンズにより反射
輝度の濃淡を発生させることにより、表面の微少凹凸の
検査を行うことができる。

【０００７】しかし、この検査方法をシリコンウエハの
エッジ部の表面の微少凹凸の検査に用いることはできな
い。なぜなら、シリコンウエハのエッジ部は、幾つかの
平面部とＲ部分からなるために、一定方向の平行光では
一つの面のみが検出可能であり、他の平面部およびＲ部
の欠陥の有無を判別することができる画像を撮像するこ
とができない。

【０００８】そこでシリコンウエハなどの面取りあるい
はテーパを有するエッジ部の検査について幾つかの提案
がなされている。

【０００９】特許２９９９７１２号ではレーザーの回折
現象を利用して凹凸欠陥を検出する方法が開示されてい
るが、この方法では微細クラックや微少突起の欠陥を検
出することが困難であり、さらに汚れに過剰に検出する
という不具合がある。

【００１０】また特開平２０００．４６５３ ７号公報
にはエッジ面の欠陥内部に焦点を合わせて欠陥と研摩く
ずなどと区別して欠陥の検出を行う方法が提案されてい
るが、被写界深度を浅くすることが必要であり、ウエハ
の偏心や撮像装置のアライメント誤差などにより微細ク
ラックや微少突起の検出が困難である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上術したように、半導
体用のシリコンウエハのエッジ部以外の鏡面の凹凸欠陥
検査に用いられている検査方法では、ほぼ平坦な面以外
の表面の凹凸状欠陥の検査に用いることができない。

【００１２】また今まで提案されているエッジ部の欠陥
を検出する方法は、上記の説明から明らかなように微少
クラックおよび微少突起を検出するのに適切な方法とは
いえず、また、表面の汚れを欠陥と過って認識するおそ
れがある。

【００１３】上記問題を鑑み、本発明は、シリコンウエ
ハなどのエッジ部のように立体的な面あるいは不定形の
面の微少凹凸状欠陥を検出することを可能にするととも
に、検査対象面の汚れなどを過って欠陥と認識すること
を無くすることで検査精度を向上させ、さらに検査のス
ループットを高く設定することができる表面欠陥検査方
法およびその検査装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、移動する
検査対象物の鏡面状表面の微少凹凸欠陥を検出する表面
欠陥検出方法であって、拡散光光源によって検査対象物
の鏡面状表面を照明し、検査対象物の鏡面状表面の画像
をテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構成
された複数の撮像手段により撮像し、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鏡面状検査対象
物表面の微少凹凸欠陥を検出することを特徴とする。

【００１５】第２の発明は、第１の発明の表面欠陥検出
方法において、前記拡散光光源は近赤外線光源であるこ
とを特徴とする。

【００１６】第３の発明は、第１の発明の表面欠陥検出
方法において、前記撮像手段は近赤外線フイルターを備
え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光すること
を特徴とする。

【００１７】第４の発明は、移動する検査対象物の鏡面
状表面の微少凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出装置であ
って、検査対象物の鏡面状表面を拡散光によって照明す
る拡散光光源と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像
するテレセントリック光学系とリニアセンサアレイで構
成された複数の撮像手段と、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鏡面状検査対象物表面の
微少凹凸欠陥を検出する画像処理手段とを備えることを
特徴とする。

【００１８】第５の発明は、第４の発明の表面欠陥検出
装置において、前記拡散光光源は近赤外線光源であるこ
とを特徴とする。

【００１９】第６の発明は、第４の発明の表面欠陥検出
装置において、前記撮像手段は近赤外線フイルターを備
え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光すること
を特徴とする。

【００２０】第７の発明は、第４の発明の表面欠陥検出
装置において、前記検査対象物は、円板のエッジ部であ
り、前記拡散光光源は光源部が円弧状または楕円弧状ま
たは門型であり、検査対象物の面取り部および側面部を
撮像する複数の前記撮像手段を備えることを特徴とす
る。

【００２１】

【作用】本発明の表面欠陥検査装置は、拡散光光源によ
って検査対象物の鏡面状表面を照明するので、複数の平
面から構成される立体的な形状の検査対象物であっても
撮像可能に照明することができるとともに、検査対象物
の鏡面状表面の画像をテレセントリック光学系とリニア
センサアレイで構成された複数の撮像手段により撮像す
る結果、鏡面状検査対象物表面の微少凹凸状欠陥をリニ
アセンサアレイから出力される信号の明暗度として検出
することを可能にしている。

【００２２】また、拡散光光源を近赤外線光源とし、撮
像手段に近赤外線フイルターを用いるなどの手段を用い
ることにより検査表面の濃度および汚れの影響を軽減す
ることができる。

【００２３】さらに、前記拡散光光源の形状を円弧状ま
たは楕円弧状または門型にすることにより円板のエッジ
部分のテーパ部および端面を同時に照明することにより
立体的な形状の表面にある微少凹凸状欠陥を検出するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図をもって本発明の表面欠陥検査
装置および検査方法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。

【００２５】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、照明手段として
Ｃ型光源５を用いている。

【００２６】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。

【００２７】Ｃ型光源５は、図１に示すように発光部が
帯状でかつ円弧状あるいは楕円弧状に形成されている拡
散光光源であり、シリコンウエハ６のエッジ部を上下お
よび側面方向から拡散光でもって照明する。

【００２８】図２に示すように、Ｃ型光源５はシリコン
ウエハ６の半径方向から僅かに傾けた姿勢で配置され、
側面用撮像手段３はシリコンウエハ６の半径方向から反
対側に傾けた姿勢で配置されることで、Ｃ型光源５から
出た光の正反射光を最も効率よく受ける構成としてい
る。

【００２９】一方、上面用撮像手段２および下面用撮像
手段４は、図１に示すように、それぞれ、シリコンウエ
ハ６のエッジ部の上側テーパ面６１と下側テーパ面６３
にほぼ正対するように配置され、側面用撮像手段３と同
様に、Ｃ型光源５から出た光の正反射光を最も効率よく
受ける位置に配置される。

【００３０】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て一定速度で回
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、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。

【００３１】図４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に適用されているテレセン
トリック光学系を説明する説明図である。

【００３２】像側レンズ８１とリニアセンサ側レンズ８
３との間に絞り８２が配置されており、その位置は、像
側レンズ８１の後側焦点であって、かつリニアセンサ側
レンズ８３の前側焦点である位置に置かれる。このよう
に構成されている光学系では、主光線は像側レンズ８１
の光軸に平行な光線となり、さらにリニアセンサ側レン
ズ８３を通過した主光線はリニアセンサ側レンズ８３の
光軸に平行になる。すなわち、リニアセンサアレイ８４
には、テレセントリック光学系の光軸に平行な光線のみ
入射することになる。

【００３３】リニアセンサアレイ８４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っ
て、回転運動するシリコンウエハ６のエッジ部の表面を
連続的に撮像する。

【００３４】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。この間に上面用撮像手段
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７４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。

【００３５】本発明の表面欠陥検査装置に用いる撮像手
段はテレセントリック光学系撮像手段であるために、撮
像手段の光学系の光軸に平行な光線のみ撮像素子のリニ
アセンサアレイ８４に入射する。したがって、図５に示
すように、撮像している面に微少凹凸がある箇所では光
が散乱する結果、撮像手段に入射する光軸に平行は光線
が減少し、平坦である箇所とは明暗の差が生じる。本発
明の微少凹凸欠陥検査装置ではこの性質を利用して検査
面の微少凹凸を明暗度の違いとして検出する。

【００３６】本発明の欠陥検査装置に用いる光源は拡散
光照明であり、さらに光源が円弧状の形状をしているた
めに、上側テーパ面６１、側面６２および下側テーパ面
６３の全面にわたって多方向から照明することになり、
そのうち正反射光が撮像手段の光軸と平行になるものが
ラインセンサアレイ７４に入射する。

【００３７】従来のように平行光線で照明すると、図３
に示すＲ部においては反射光が散乱して暗い画像となる
結果、表面の欠陥を検出することができない。一方本発
明のように光源を拡散光光源とすることによりＲ部にお
ける反射光で撮像手段に入射する光が存在するために明
るい画像が得られ、欠陥の有無を検出することが可能と
なる。

【００３８】このように、立体的な形状の撮像対象であ
っても、拡散光光源で照明し、テレセントリック光学系
の撮像手段により撮像することにより、すべての検査対
象面の微少凹凸を確実に検出することができる。

【００３９】また、本実施例の表面欠陥装置では、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、微細な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。

【００４０】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。

【００４１】本実施例では、シリコンウエハのエッジに
存在する微少凹凸状の欠陥を検出する表面欠陥検出装置
として説明したが、これに限るものではなく性状の異な
る複数の面を持つ形状の検査対象物に存在する微少凹凸
状の欠陥を検査することができる。

【００４２】例えば、図６に示すように段差のある検査
対象面９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃを有する検査対象物であ
っても、拡散光照明９３でもってこれらの検査対象面９
３を照明し、撮像手段９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃで撮像す
ることにより、検査対象面に存在する微少凹凸状の欠陥
を明暗度の違いにより検出することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明の表面欠陥検出方法および表面欠
陥検出装置は、拡散光光源で照明し、テレセントリック
光学系の撮像手段により撮像することにより、立体的な
形状の撮像対象であってもすべての検査対象面の微少凹
凸を確実に検出することを可能にしたものであり、シリ
コンウエハなどのエッジ部のように立体的な面あるいは
不定形の面の微少凹凸状欠陥を検出するのに用いること
ができる。

【００４４】また、光源および受光を近赤外線光とする
ことにより、汚れを欠陥と過って認識することを防ぎ検
出精度を向上させることを可能にする。

【００４５】さらに、撮像手段にラインセンサアレイを
用いることで、高い解像度およびスループットが得ら
れ、生産性の向上に寄与すること大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の表面欠陥装置の外観を示す説明図で
ある。

【図２】本実施例の表面欠陥装置の側面図である。

【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】テレセントリック光学系を説明する説明図であ
る。

【図５】微少凹凸のある面を説明する説明図である。

【図６】他の立体的な検査対象物を示す説明図である。

【符号の説明】

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 Ｃ型光源 ６ シリコンウエハ ７ 画像処理装置 ８ テレセントリック光学系撮像手段 ５１ 発光面 ６１ 上側テーパ面 ６２ 側面 ６３ 下側テーパ面 ８１ 像側レンズ ８２ 絞り ８３ リニアセンサ側レンズ ８４ リニアセンサアレイ ９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ 検査対象面 ９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ 撮像手段 ９３ 拡散光光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB01 CC19 FF04 FF42 GG01 GG11 HH02 JJ03 JJ05 JJ08 JJ09 JJ26 LL22 LL30 LL59 2G051 AA51 AB01 AB03 BA06 BB01 CA03 CA07 CB05 CC07 CC09 DA08 EA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動する検査対象物の鏡面状表面の微少
   凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出方法であって、拡散光
   光源によって検査対象物の鏡面状表面を照明し、検査対
   象物の鏡面状表面の画像をテレセントリック光学系とリ
   ニアセンサアレイで構成された複数の撮像手段により撮
   像し、このリニアセンサアレイから出力される信号の明
   暗度から鏡面状検査対象物表面の微少凹凸欠陥を検出す
   ることを特徴とする表面欠陥検出方法。
2. 【請求項２】 前記拡散光光源は近赤外線光源であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。
3. 【請求項３】 前記撮像手段は近赤外線フイルターを備
   え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光すること
   を特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検出方法。
4. 【請求項４】 移動する検査対象物の鏡面状表面の微少
   凹凸欠陥を検出する表面欠陥検出装置であって、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光源
   と、検査対象物の鏡面状表面の画像を撮像するテレセン
   トリック光学系とリニアセンサアレイで構成された複数
   の撮像手段と、このリニアセンサアレイから出力される
   信号の明暗度から鏡面状検査対象物表面の微少凹凸欠陥
   を検出する画像処理手段とを備えることを特徴とする表
   面欠陥検出装置。
5. 【請求項５】 前記拡散光光源は近赤外線光源であるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出装置。
6. 【請求項６】 前記撮像手段は近赤外線フイルターを備
   え、リニアセンサアレイは近赤外線光のみ受光すること
   を特徴とする請求項４に記載の表面欠陥検出装置。
7. 【請求項７】 前記検査対象物は、円板のエッジ部であ
   り、前記拡散光光源は光源部が円弧状または楕円弧状ま
   たは門型であり、前記検査対象物の面取り部および側面
   部を撮像する複数の前記撮像手段を備えることを特徴と
   する請求項４に記載の表面欠陥検出装置。