JP2005283582A - 半導体部品を検査するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、ウェーハの検査のために用いられてきた入射光によって操作する試験装置及び方法を発展させ、これらの装置を透過法によっても使用できるようにすることである。
【解決手段】
照明装置（３８，４０，４２）が基板ホルダー（１６）に組み込まれ、ウェーハ（１８）の透過照明が可能になるように基板ホルダー（１６）を構成することにより達成できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ウェーハ又はマイクロチップ又はマイクロメカニカル部品である半導体部品が検査のために設けられた基板ホルダーを有する、半導体部品を検査するための装置に関する。

さらに、本発明は、半導体部品が検査のために設けられた基板ホルダーが備えられた半導体部品を検査するための方法に関する。半導体部品は観察装置、特に少なくとも１つの対物レンズを有する顕微鏡を用いて観察される。

光学装置は、ウェーハの表面を検査するのに特に適する。表面の検査は、例えば特許文献１から知られているように、ウェーハの表面から反射した評価のための光線によって実現する。

像認識によって、ウェーハ又は半導体基板の表面における様々な構成の検出を可能にする光学装置も知られている。この状況では、普通ウェーハは暗視野の様式で照らされ、例えばマトリクスカメラ又はリニアカメラのようなカメラで走査される。

さらに、特許文献２からウェーハの表面を検査することが知られており、直線状にウェーハを走査する照明が選択される。照明ラインはウェーハの表面全体にガイドされ、それで２次元の像が作られる。

さらに、特許文献３はウェーハを検査するための方法と装置を開示している。ここで、照明はウェーハに照射され、それでウェーハの端に当たる。従って、ウェーハの端は像処理ユニットで感知され、処理される。ウェーハの欠陥は、確認された端の像と蓄積された比較像の比較により確認される。

ウェーハを検査するための公知の系は、主に入射光検査のために設計される。この理由は、原則的に、ウェーハが可視紫外及び遠紫外光波長の領域で光を通さないからである。シリコンは１０００ｎｍ以上の波長のみ透過させる。これらの波長領域では、ウェーハの表面より下の構成を検査し、又は裏面を通ってウェーハの前面の構成を観測することができる。

しかしながら、ウェーハの透過検査のために、透過顕微鏡使用法の公知の照明コンセプトは顕微鏡の下の透過照明光学系と、現在公知の検査系で実行されていない光が透過可能な顕微鏡ステージとを必要とする。ゆえに、透過検査を含むために公知の検査系を拡大するには、完全に新しい設計が必要である。特に、このような系は透過光に適するウェーハ顕微鏡ステージを備えることが必要である。それは、これまで用いられた入射光ウェーハ顕微鏡ステージと対照的に、ウェーハ直径全体にわたって透過照明のための遮られておらず通り抜けた開口を有する。透過照明系をウェーハ検査装置に組み込むためのかなりの設計努力も必要である。

EP455857 US6587193 US2003/0202178A1

ゆえに、本発明の目的は公知のウェーハ／半導体部品検査装置を発展させ、それが透過光の適用のために使用できるようにすることである。

本発明に従えば、この目的は請求項１において定められる装置及び方法により達成される。

本発明によれば、ウェーハを照射するための照明装置が組み込まれた特別な基板ホルダーが設けられる。半導体部品は、例えばウェーハ、マイクロチップ又はマイクロメカニカル部品を含む。幾つかのマイクロチップ又はマイクロメカニカル部品が１つのウェーハにパターン成形されることは自明である。用語「ウェーハ」は以下の明細書において単純化のために用いられるが、限定して解釈されるべきでない。半導体部品又はウェーハを透過光で観察するために、照明装置が赤外線波長領域の波長の光を放出するように具体化される。ウェーハは赤外線波長領域の光を透過させる。幾何学的に必要な位置決めが考慮されるならば、基板ホルダーは、すでにあるウェーハステージにおける付属部品として具体化される。照明装置はウェーハの照明のために照明光ビームを放出する。従って、ウェーハは下から、すなわち顕微鏡の対物レンズの反対側から照らされる。これは透過観察を可能にする一方、装置全体の設計の複雑な改良を要しない。原則的に、本発明に従う装置及び方法を用いて、ウェーハの深い層及びウェーハ表面の下における構成の透過光の観察が可能になる可能性もある。これは、ここでチップの機能表面がハウジング表面と反対側にあるので、ハウジングでチップを包装するときの品質制御にとって非常に興味深い。

好ましい実施形態では、照明放射の高い強度と均質性を実現するために散乱装置が備えられる。例えば散乱パネル、特に基板ホルダーの側壁の散漫散乱コーティング又は散漫散乱コレクタ光学系が用いられる。散乱装置は単一で又は互いに組み合わせて使用できる。

実施形態では、照明装置は基板ホルダーに組み込まれた少なくとも１つの光ガイドを含む。従って、適切な波長の光は光ガイドを通って基板ホルダーにガイドされる。さらに、特に発光ダイオードマトリクスの形式の赤外線発光ダイオードを基板ホルダーに設けることが可能である。発光ダイオードは基板ホルダーの側壁の内側に直接設けられるか、後者（側壁）に組み込まれる。

ウェーハ又は半導体部品の照明のために、それは基板ホルダーに配置される。照明光ビームは照明装置から出て、次いでウェーハを照らす。有利には、ウェーハは散乱して照らされる。すなわち、ウェーハに当たる前に、照明光ビームは散乱装置、例えばウェーハのあるガラスキャリアプレート、散乱パネル、散漫散乱コーティング又は散漫散乱コレクタ光学系に伝えられる。

照明装置が適切に選択されると、それは基板ホルダーの内側に沿って運ばれ、それで大面積構造がなしで済む。特にここでは、走査ステージと同期して動く位置決めユニットに設けられた白熱電球又は局所的に範囲を限定された発光ダイオード配列が用いられる。

組み込まれた照明系を用いて、ウェーハの透過照明を可能にするウェーハ検査装置が作られる。走査ステージ、基本フレーム又は顕微鏡ユニットを再設計する必要がない。それどころか、すでに市販されているユニットに実際に透過装置を追加設置することができる。

本発明の別な利点と有利な実施形態は、以下の図と図の記述のサブジェクトマターである。

図１が、本発明に従うウェーハ検査装置１０の特徴的な構造を示す。顕微鏡ステージを構成する走査ステージ１４が、基本フレーム１２に組み込まれている。検査しようとするウェーハ１８は走査ステージ１４の上に又は中に位置するか、走査ステージに位置する基板ホルダー１６に直接位置する。観察装置、好ましくは顕微鏡２０が、キャリアユニット２２を介して基本フレーム１２に接続しており、ウェーハ１８を拡大して観察することができる。顕微鏡２０は少なくとも１つの対物レンズ２４を含む。これは、異なる倍率で観察することを可能にする像光学系を表す。接眼レンズ２６又は適用可能に設けられるＣＣＤカメラ２８を介して、拡大して観察される特徴を直接見ることができる。カメラ２８の信号がその目的のためにモニター３０に伝送される。さらに、電子ユニット３２が設けられ、系の自動化が実現する。電子ユニット３２は特に走査ステージ１４を制御し又はカメラ２８を読み取る働きをする。

基板ホルダー１６は普通に構成され、それは検査中のウェーハ又は半導体部品１８を検査時間の間に動かないように受ける。本発明に従えば、それはウェーハ１８の透過照明を可能にする照明装置を有する。

図２に示すように、走査ステージ１４は、Ｘ及びＹ方向にそれぞれ垂直に移動可能な２つの軸３６及び３４を有する。従って、ウェーハ１８で観察されうる全ての点３５は顕微鏡対物レンズ２４（図１）の光軸の下に運ばれる。ウェーハ１８は基板ホルダー１６に動かないように固定され、基板ホルダー１６に組み込まれた照明装置によって照らされる。

図３が第一実施形態における基板ホルダー１６を示す。少なくとも１つの光ガイド３９を有する照明装置３８が、基板ホルダー１６に組み込まれている。基板ホルダー１６は底、すなわちウェーハ１８の反対側の面が閉じられており、上部、すなわちウェーハ１８に向かう方向に開いている。ウェーハ１８は検査のためにガラスプレート４６に位置する。しかしながら、ウェーハ１８の平面度及び照明の均質性に関する要件しだいで、ウェーハはガラスプレートなしで基板ホルダー１６に直接配置されうる。このために、ウェーハ１８の側面の縁が基板ホルダー１６の両面の支持端４４に配置される。真空がウェーハ１８に適用される小さい穴（オリフィス）がガラスプレート４６に設けられており、従ってウェーハ１８を動かなくしている。

照明のために、光は少なくとも光ガイド３９を通って基板ホルダー１６の内部にガイドされる。基板ホルダー１６の周囲に沿う側壁は入口点として選択されるのが好ましい。光ガイド３９は上から下に傾いて方向付けられているが、下から上に又は水平に基板ホルダー１６に入ることもできる。波長が赤外線にある照明放射４８が光ガイド３９から出てくる。照明放射４８は基板ホルダー１６の内壁で乱反射し、従って、場合によってはガラスプレート４６を通り、ウェーハ１８を通って下から上に進む。強度と均質性を最大にするために、基板ホルダー１６の内壁には非常に反射しやすい乱反射層が備えられる。これは散乱装置を構成する。光ガイド３９の出口表面では、コレクタ光学系３７が照明装置３８の一部として設けられる。この系により、放出特性が基板ホルダー１６の幾何学的内部構造に最適に適用される。加えて、コレクタ光学系３７自体は、特に粗くした表面を介して生じる散漫散乱特性をすでに有している。照明放射４８のより良い均質化のために、ガラスプレート４６はこのような散漫散乱特性をも有する。

ウェーハステージの別な実施形態が図４に概略的に示されている。ここで、発光ダイオード４０が照明装置として設けられている。照明光は基板ホルダー１６の内部全体で作られるのが好ましい。平面的に配された発光ダイオード４０は基板ホルダー１６の床に設けられている。ここで、発光ダイオード４０が平面の発光ダイオードマトリクスの形式で設けられた実施形態が特に適する。ウェーハ１８の面での照明の均質化を改善するために、散乱パネル５０が発光ダイオード４０とウェーハ１８の間に配される。もう一つの選択肢として又はさらに、ガラスプレート４６も散乱特性を有する。

発光ダイオード４０の操作の結果、望ましくない熱が生じるので、制御装置、例えば電子ユニット３２を用いて別な利点が実現する。この目的のために、制御装置は、観測点３５（図２）の下に現在位置するこれら特定のダイオードだけが光を放出するように、発光ダイオード４０を制御する。結局、照明は適切かつ均質だけれども、熱の放出は著しく減少する。ゆえに、現在の発光ダイオードのサブセットだけがウェーハ１８を照らすのに用いられる。

照明放射４８の均質化のために既に述べた作用は例と考えられる。一般的に、均質な背景照明を作るために知られた全ての方法、特にＬＣＤフラットスクリーンモニターで使用される方法を用いることができる。ガラスプレート４６は必ずしもガラスでできている必要はない。それどころか、それぞれの場合で利用される照明光線４８を透過させる材料ならどんな材料でも使用できる。

基板ホルダー１６の別な実施形態は図５に概略的に示される。この実施形態で用いられる照明装置は、例えば従来の白熱電球４２のような局所的に限界を定められた光源、又は局所的に限界を定められた発光ダイオード配列である。白熱電球４２は観察しようとするそれぞれの点３５の下に位置し、それで後者は十分に照らされる。その目的のために、白熱電球は、好ましくは走査ステージと同期して基板ホルダー１６内のＸ−Ｙ位置決めユニット５２を介して観察点３５に運ばれる。特に好ましい様式では、実際の光源を有するユニットも、照明を均質化するために散乱特性を任意に有するコレクタ光学系も照明源として使用できる。従って、照明装置は具体的にはコレクタ光学系と共に局所的に限界を定められた発光ダイオード配列を有する。

基板ホルダー１６の別な好ましい実施形態では、局所的に限界を定められた照明源４２は顕微鏡２０に対して固定して配される。これは図６に示される。ここで、基板ホルダー１６は完全に閉じたシリンダーではなく、断面がＵ字型の部品として具体化される。これまで述べた全ての実施形態では、基板ホルダー１６は位置決めの間、走査ステージ１４（図１）と共に移動できる。光源４２は、Ｕ字型の基板ホルダー１６のリムの間、すなわち上面と下面の間に位置するキャリアアーム５４に担持される。これは、キャリアアーム５４と光源４２が衝突せずに望ましく位置決めされることを保障する。この実施形態の利点は、大量の熱を発生し、高いエネルギー消費を伴う大面積発光ダイオード配列のようなＸ−Ｙ位置決めユニットが排除されることである。

もう一つの選択肢として、キャリアアーム５４に沿ってガイドされ、出口の端に設けられた偏向及び均質化光学系を有する光ガイドケーブルとして、照明装置３８は具体化される。また、外側の基板ホルダー１６の光の結合（incoupling）が利用される。

ウェーハ検査装置の概略的な全体図である。 ウェーハを有する走査ステージを概略的に示す図である。 光ガイドを有する基板ホルダーの実施形態を概略的に示す図である。 発光ダイオードを有する基板ホルダーの実施形態を概略的に示す図である。 移動可能な、局所的に限界を定められた照明装置を有する基板ホルダーの実施形態を概略的に示す図である。 固定して設けられた局所的に限界を定められた照明装置を有する基板ホルダーの実施形態を概略的に示す図である。

符号の説明

１４ 走査ステージ
１６ 基板ホルダー
１８ ウェーハ
３５ 点

Claims (14)

1. 検査のための半導体部品を保持する基板ホルダーと、半導体部品の透過照明のための照明装置とを有する、少なくとも１つの半導体部品を検査するための装置において、
   照明装置が基板ホルダーを備えていることを特徴とする装置。
2. 半導体部品がウェーハ、マイクロチップ又はマイクロメカニカル部品を含み、マイクロメカニカル部品がウェーハにパターン成形されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 半導体部品の散乱照射を実現するために、散乱装置が設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 半導体部品を適用したウェーハが散乱装置として機能することを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 照明装置が光ガイドケーブル、及び任意にコレクタ光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 少なくとも２つの光ガイドケーブルが基板ホルダーに、下から上に又は上から下に傾いて、又は水平にガイドされることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. キャリアアームに沿ってガイドされ、出口の端に設けられた偏向及び均質化光学系を有する光ガイドとして、照明装置が具体化されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 特に赤外線発光ダイオードマトリクスの形式の発光ダイオードが照明装置として設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 発光ダイオードが基板ホルダーの周囲に沿って、基板ホルダーの内側の側壁に直接挿入されていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 検査のために基板ホルダーに半導体部品を設けること、
    半導体部品を観察するために少なくとも１つの対物レンズを有する顕微鏡を用いて、半導体部品を観察すること、
    透過照明により半導体部品を照らすことの各ステップを有し、
    基板ホルダーが照明装置を備えている、
    半導体部品を検査するための方法。
11. 半導体部品がウェーハ、マイクロチップ又はマイクロメカニカル部品を含み、当該マイクロメカニカル部品がウェーハにパターン成形されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 半導体部品への入射の前に、照明光ビームが散乱装置、特にガラスキャリアプレート、散漫散乱コーティングを有する散乱パネル、及び／又は散漫散乱コレクタ光学系によって均質化されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 半導体部品を適用したウェーハが散乱装置として機能することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
14. 白熱電球又は局所的に限界を定められた発光ダイオード配列が照明装置として用いられ、
    基板ホルダー内の移動可能な位置決めユニットを介し、走査ステージと同期して、照明装置が観察点に運ばれることを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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