JP6303190B2 - 基板のたわみ検査用ラインカメラ、検査装置、検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板のたわみ検査用ラインカメラに関し、より具体的には、回路パターン等が形成された基板のたわみを検査するためのラインカメラ、検査装置、検査方法に関する。

半導体、液晶等の製造工程で行われる検査の一つにマクロ検査がある。マクロ検査は、基板上に設けられた膜等の表面状態（平坦度、凹凸、パターンの形状、欠陥の有無など）を基板全体を含む広い範囲で一度に視覚的に把握することができる点で有効な検査である。

シリコン等の半導体のウェハ（以下、単にウェハと呼ぶ）に形成される回路パターンの集積度が高くなってくると、基板となるウェハの反り、たわみがその回路パターンの微細化を進める上で障害になる。以下、本明細書では、「反り」、「たわみ」、あるいは「凹凸」等の総称として（同様な意味で）「たわみ」という用語を使用する。特に、今後さらにウェハの大口径化（４５０ｍｍ）、あるいは集積度を上げるために行われる３次元実装（ウェハの積層化等）では、垂直方向でのウェハのたわみの影響がより深刻になってくる。したがって、ウェハのたわみ、特に回路パターンが形成された後のウェハのたわみをウェハ全体に渡ってマクロ的に検査することの重要性が今後ますます高まることが予想される。

公開特許公報2011-122935号公報は、ウェハ表面の膜の端部の高さを測定可能な検査方法を開示する。その検査方法では、オートフォーカスユニット３２による合焦作動を行った状態と合焦作動を行わない状態で、ウェハ１０における平面部１１と上ベベル部１２との境界部１１ａを撮像する。そして、ウェハ１０の端部近傍の画像データより、合焦作動を行った場合と行わない場合とでの所定の基準点に対する境界部１１ａの高さ位置を検出し、ウェハ１０の全周に亘り境界部１１ａの高さ位置を求めることにより、境界部１１ａの高さ変動からウェハ１０の反りを求める。

特開2011-122935号公報

特許文献１の検査方法は、回路パターンが形成された後のウェハのたわみをウェハ全体に渡ってマクロ的に検査するものではなく、また、合焦作動を行わない状態をウェハを載せるステージの高さを変えることにより設定している。
本発明の目的は、比較的簡易でかつ、高速なやり方で、回路パターンが形成された後のウェハ全体のたわみをマクロ的に検査するためのラインカメラ、検査装置、または検査方法を提供することである。

本発明は、回路パターンが形成された基板のたわみを検査するためのラインカメラを提供する。そのラインカメラは、本発明の一態様では、基板の表面に光を照射するライン光源と、基板の表面の回路パターンのエッジを含む領域からの反射光をレンズを介して受光するラインセンサと、基板の表面とレンズとの間の距離を基板の予想されるたわみ量の最大値前後で所定値から変動させることができる距離可変機構と、を備えることができる。

本発明の他の一態様では、ラインカメラは、基板の表面に光を照射するライン光源と、基板の表面の回路パターンのエッジを含む領域からの反射光を第１のレンズを介して受光する第１のラインセンサと、第１のラインセンサに隣接し、基板の表面のその領域からの反射光を第２のレンズを介して受光する第２のラインセンサと、を備える。基板の表面と第１のレンズとの間の第１の距離と、基板の表面と第２のレンズとの間の第２の距離との差が、基板の予想されるたわみ量の最大値前後で所定値に設定される。

本発明の他の一態様では、ラインカメラは、基板の表面に光を照射するライン光源と、基板の表面の回路パターンのエッジを含む領域からの反射光を第１のレンズを介して受光する第１のラインセンサと、第１のラインセンサに隣接し、基板の表面のその領域からからの反射光を第２のレンズを介して受光する第２のラインセンサと、第２のラインセンサに隣接し、基板の表面のその領域からからの反射光を第３のレンズを介して受光する第３のラインセンサと、を備える。そして、基板の表面と第１のレンズとの間の第１の距離Ｄ１と、基板の表面と第２のレンズとの間の第２の距離Ｄ２と、基板の表面と第３のレンズとの間の第３の距離Ｄ３とが、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３またはＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係にあり、かつＤ１とＤ３の差分が基板の予想されるたわみ量の最大値前後である。

本発明では、さらに、上述したいずれかの態様のラインカメラと、基板を載置して水平方向／垂直方向で基板を移動することができるステージと、ラインカメラからの信号を受けて、基板のたわみ量を算出するための処理装置と、を備える基板のたわみ検査装置が提供される。

本発明では、さらに、回路パターンが形成された基板のたわみを検査するための方法が提供される。その方法は、基板の表面に光を照射するステップと、基板の表面の回路パターンのエッジを含む領域からの反射光をレンズを介して受光するステップを含む。その受光するステップは、基板の表面とレンズとの間の距離を基板の予想されるたわみ量の最大値前後で変動させた少なくとも２つの異なる距離でその領域からの反射光を受光するステップを含むことができる。

上記した本発明およびその各態様によれば、その詳細は後述する本発明に実施形態から明らかなように、比較的簡易で、高速に、かつ比較的省スペースな構成により、回路パターンが形成された後の基板（例えばウェハ）全体のたわみをマクロ的に検査することができる。

本発明の一実施形態の検査装置を示す図である。 本発明の一実施形態の光源を示す図である。 本発明の一実施形態のラインカメラを示す（ａ）断面図と（ｂ）下面図である。 本発明の他の一実施形態のラインカメラを示す断面図である。 本発明の他の一実施形態のラインカメラを示す断面図である。 本発明の一実施形態のたわみ検査でのたわみの識別方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態のたわみ検査でのラインカメラの出力信号を示す図である。 本発明の一実施形態のたわみ検査フローを示す図である。 本発明の一実施形態のたわみ検査結果を示す図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、基板としてウェハを用いた場合について説明するが、ウェハと同様に表面に形成されたパターンの影響あるいはベースとなる材料自体の影響により、たわみが発生する他の基板を用いた場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。

図１は、本発明の一実施形態の検査装置１００を示す図である。図１において、円形のステージ１０上に被検査対象であるウェハ２０が載る。ステージ１０は、ステージ・コントローラ４０の制御下で、リニアモータ３０によって、回転（α）、水平（X）あるいは垂直（Y）の方向に移動することができる。

ラインカメラ５０は、距離可変機構６０に支持され、ステージ１０の上方に配置される。ラインカメラ５０は、ステージ１０上のウェハ２０の表面からの反射光を受光できるように配置される。距離可変機構６０は、ラインカメラ５０の垂直方向での位置を所定単位で可変する機能を有する。その所定単位は、ウェハ２０のたわみを識別できる値（範囲）に設定され、例えば１０μｍ〜数十μｍ単位、あるいは１００μｍから数百μｍ単位で、ラインカメラ５０の垂直方向の位置を変えることができる。距離可変機構６０は、例えば、ハンドルでカム機構を回転させて上下方向での動きに代える手動式、あるいは小型のステッピングモータの回転を利用する電動式など、任意の形態によって、ラインカメラ５０の垂直方向での位置を所定単位で可変することができる。

ライン光源７０は、ラインカメラ５０に隣接して配置され、ステージ１０の表面に斜め上方から光を照射できるようにセットされる。ライン光源７０は、ラインカメラ５０と一体的に、あるいは別個にラインカメラ５０に隣接して設けることができる。ライン光源７０は、ラインカメラ５０の長手方向に沿ってほぼ平行に配置される。ライン光源７０は、ステージ１０上のウェハ２０の表面に対して所定の角度にセットされる。所定の角度は、測定状態等に応じて任意に設定可能である。所定の角度は、例えば２０度〜８０度の範囲であり、好ましくは３０度〜７０度の範囲である。ライン光源７０の明るさは、光源用の電源によって調整される。

ラインカメラ５０の出力は画像処理手段８０に入力される。画像処理手段８０は、ステージ・コントローラ４０、ラインカメラ５０およびライン光源７０用の電源を制御することができる。なお、図１では、ライン光源７０とラインカメラ５０は各々１つしか記載されていないが、各々２以上配置することができる。ラインカメラ５０が２つ以上ある場合についてはさらに後述する。以上が図１の概要である。次に、図１の各構成の詳細についてさらに説明する。

ステージ１０は、載せられるウェハ２０の大きさよりも大きいサイズを有し、図１の円形以外の任意の形状を有することができる。ステージ１０は、できるだけ平坦な表面を有することが望ましい。ステージ１０は、ウェハ２０の表面以外からの反射光ができるだけ発生しにくい構造を有することが望ましい。ステージ１０は、ウェハ２０を載せた状態で、ステージが移動する際にウェハ２０が動いて位置が変動してしまうことがないように、ウェハ２０を固定できるように構成されている。例えば、ステージ１０は、ウェハ２０の外周の３、４点を外側から内側へ抑えることができる表面上に設けられた治具／機構（突起部、伸縮部、クリップ部、チャック等）を備える。

検査対象のウェハ２０としては、基本的に表面に従来からある半導体プロセスにより各種パターン（回路や配線（半導体、導体、絶縁体等））が形成されていれば、任意の構成（層構造）のウェハを選択することができる。ウェハ２０は、ダイシング前のＩＣチップが格子状に多数形成された状態、あるいはその途中段階の上記した各種パターンが形成された状態のいずれをも含むことができる。ウェハ２０は、例えば、Ｓｉ単体、ＳＯＩ、ＳｉＧｅ、あるいはＧａＡｓ等の化合物半導体等の任意の材料からなることができる。ウェハのサイズ（口径）も例えば３００ｍｍあるいはそれ以上または以下等の任意のサイズを用いることができる。

図２は、本発明の一実施形態のライン光源を示す図である。（ａ）はライン光源外形の上面図であり、（ｂ）は発光源部の上面図であり、（ｃ）は断面図である。（ａ）において、ライン光源７０は、ラインカメラ５０の側部に沿って隣接して配置される。（ｂ）の上面図に示すように、ライン光源７０は、例えば、長形の基板上に複数の発光素子７２が所定のピッチＬ１で一列に配置される。その基板のサイズは、任意に選択できるが、長手方向の長さは、少なくともラインカメラ５０の長手方向の長さとほぼ同じか、あるいはそれ以上の長さとする必要がある。ピッチＬ１は、発光素子７２のサイズ等に応じて任意に選択できる。

図２（ｃ）の断面図において、ライン光源７０は、ライン上の発光源７２とその上の拡散効果を得るための光学系（レンズ、拡散板など）７４を含むことができる。発光素子は、現在利用可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体素子のみならず将来新たに出現する発光素子等、基本的に任意に選択可能である。ライン光源７０は、例えばラインカメラ５０の高さとほぼ同様な位置であって、ステージ１０上のウェハ表面から所定の距離（例えば、５〜１５ｍｍ）の位置に設定される。

拡散板等の拡散効果を得るための光学系（レンズ、拡散板など）７４は、図２（ｃ）に示すように発光源との一体型として、あるいは発光源７２の出力部の外側に設置することができる。発光源７２の波長は、広域波長あるいは所定の波長帯を選択することができる。その選択は、ウェハ２０の状態、ラインカメラ５０および光学系の光学特性（波長特性など）に応じておこなわれる。

図３は、本発明の一実施形態のラインカメラ５０を示す図である。（ａ）はラインカメラの断面図であり、（ｂ）は下面図である。ラインカメラ５０は、受光部５２と、光を受光部５２に導くためのレンズ５４を含む。受光部５２は、受光素子（画素）を一列に並べることによって、１次元毎に画像を取得できるものであれば良い。受光部５２には、例えば１次元のＣＣＤイメージセンサ、あるいはＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。その画素数は、検査対象のウェハ２０のサイズ等に応じて選択される。

レンズ５４は、一般にロッドレンズ、セルホックレンズ、あるいはＧＲＩＮレンズと呼ばれる、半径方向に２次分布状の屈折率分布を有する円柱状のレンズある（以下、ロッドレンズと称す）。ロッドレンズは、レンズ端面より入射した光はサインカーブを描きながら進行するために、適切なレンズ長とすることで等倍正立像を得ることができる。複数のロッドレンズは、ラインカメラ５０の長手方向で受光部５２に沿って列状に（１次元に）配列される。なお、図３（ｂ）では、複数のロッドレンズの集合として連続した１つのロッドレンズ５４の底面が示されている。各ロッドレンズの下端部が受けた反射光は、上端部から出て対応する（その上部の）の各受光素子（画素）に集光されるようになっている。

図４と図５は、本発明の他の一実施形態のラインカメラを示す断面図である。図４は、ラインカメラが２つの場合であり、図５はラインカメラが３つの場合である。各ラインカメラは、例えば図３に例示したような同じ構成（仕様）を有している。図４において、２つのラインカメラ５０Ａと５０Ｂは、ステージ１０の表面（ウェハ２０の表面）に垂直な方向で位置をずらして配置される。図４（ａ）は、水平方向で左側にあるラインカメラ５０Ａが下側にあり、５０Ｂが上側にある場合であり、（ｂ）は左側にあるラインカメラ５０Ｂが上側にあり、５０Ａが下側にある場合での例である。

２つのラインカメラ５０Ａと５０Ｂの位置ずれ量Ｄは、ウェハ２０の予想されるたわみ量の最大値前後（例えば、最大値＋／−５〜１０％（最大値×０．９〜最大値×１．１、あるいは最大値×０．９５〜最大値×１．０５）、以下同様）で設定することができる。例えば、ウェハの予想されるたわみ量が＋／−２００μｍ（最大幅で４００μｍ）である場合、位置ずれ量Ｄは４００μｍ前後（例えば、４００μｍ＋／−５〜１０％、以下同様）の所定値に設定することができる。この位置ずれ量Ｄは、ラインカメラ５０Ａと５０Ｂが同じ構成（仕様）を有している場合、ステージ１０上のウェハ２０の表面から各ラインカメラ内のロッドレンズ５４の下面までの距離（ワーキングディスタンス（ＷＤ））のずれ量に相当する（等しくなる）。

すなわち、本発明の一実施形態では、２つのラインカメラ５０Ａと５０Ｂの垂直方向での位置を変えることにより、ワーキングディスタンス（ＷＤ）を変えるようにしている。なお、図４では、２つのラインカメラ５０Ａと５０Ｂの垂直方向の位置をずらしているが、代わりに、２つのラインカメラの位置は同じにして、中に含まれるロッドレンズ５４の位置を垂直方向で長さＤだけずらすようにしてもよい。

図５において、３つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、ステージ１０の表面（ウェハ２０の表面）に垂直な方向で位置をずらして配置される。図５（ａ）は、水平方向で左側から右側に向けてラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの順で位置が高くなる場合であり、（ｂ）は左側から右側に向けてラインカメラ５０Ｃ、５０Ｂ、５０Ａの順で位置が低くなる場合の例である。ラインカメラ５０Ａと５０Ｂの位置ずれ量Ｄ１と、ラインカメラ５０Ｂと５０Ｃの位置ずれ量Ｄ２は、基本的に同じ長さに設定することができる。すなわち、ラインカメラ５０Ｂの位置を基準とした場合、上下に距離Ｄ１（＝Ｄ２）ずらした位置に他のラインカメラ５０Ａと５０Ｃがあることになる。なお、Ｄ１とＤ２を異なる長さに設定することも可能である。

位置ずれ量Ｄ１とＤ２は、ウェハ２０の予想されるたわみ量の最大値（上下方向の各最大値）前後（例えば、上下方向の各最大値＋／−５〜１０％、（最大値×０．９〜最大値×１．１、あるいは最大値×０．９５〜最大値×１．０５）、以下同様）で設定することができる。例えば、ウェハの予想されるたわみ量が＋／−２００μｍである場合、位置ずれ量Ｄ１とＤ２は、それぞれ２００μｍ前後（例えば、２００μｍ＋／−５〜１０％、以下同様）の所定値に設定することができる。言い換えれば、Ｄ１とＤ２の合計値（Ｄ１＋Ｄ２）を上下方向でのたわみの合計の最大幅４００μｍ前後の所定値に設定することができる。

図４の場合と同様に、位置ずれ量Ｄ１、Ｄ２は、ラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが同じ構成（仕様）を有している場合、ステージ１０上のウェハ２０の表面から各ラインカメラ内のロッドレンズ５４の下面までの距離（ワーキングディスタンス（ＷＤ））のずれ量に相当する（等しくなる）。また、図５の構成に代えて、３つのラインカメラの垂直方向での位置は同じにそろえて、その内の２つのラインカメラ中のロッドレンズ５４の位置をＤ１と（Ｄ１＋Ｄ２）だけ垂直方向でずらすようにしてもよい。

図１の画像処理手段８０は、所定の測定プログラムに基づき、ラインカメラ５０からの受信する検査信号（たわみ情報）を処理する。画像処理手段８０は、コントローラ４０および照明用電源を制御する。画像処理手段８０は、ラインカメラ５０の制御用のカード（回路基板）、コントローラ４０、照明用電源を制御するための回路基板、画像データを格納するためのメモリ等を有する。画像処理手段８０としては、例えば、画像処理結果などを表示する表示部、測定条件などを入力する入力部などを有するパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）が該当する。

次に図６と図７を参照しながら、本発明の一実施形態のたわみ検査でのたわみの識別／検出方法（原理）を説明する。図６の（ａ）のラインカメラ５０が１つの場合、最初にウェハ２０の表面上の測定点（黒丸）においてたわみが無く符号Ａで示す平坦な状態にあるとする。この状態で、測定点とラインカメラ５０内の受光素子との間で焦点が合っているとする（フォーカス、ＯＮ）。ウェハ２０の表面の位置が変わって、符号Ｂに示すようにウェハ２０が上側にたわんでいる状態、あるいは符号Ｃに示すように下側にたわんでいる状態のいずれの場合も測定点（黒丸）とラインカメラ５０内の受光素子との間で焦点が合わなくなる（デフォーカス、ＮＧ）。

図７は、上記したフォーカス（ＯＮ）とデフォーカス（ＮＧ）でのラインカメラ５０からの出力信号の波形の例を示す図である。図７は、ステージ１０上のウェハ２０の表面の回路パターンのエッジ部分を含む領域が図の左から右へ移動する際の測定点（図６の黒丸）での出力信号を示した図である。図７の信号波形Ｐ１は、測定点とラインカメラ５０内の受光素子との間で焦点が合っている（フォーカス、ＯＮ）場合の出力信号波形の例であり、信号波形Ｐ２はその焦点が合っていない（デフォーカス、ＮＧ）場合の信号波形の例である。

図７の信号波形Ｐ１の場合は焦点が合っているので、受光素子への入射光量が多く、回路パターンのエッジ部分を含む領域の移動に応じて、出力信号が素早く立ち上がっている。一方、信号波形Ｐ２の場合は焦点が合っていないので、受光素子への入射光量が減り、上記の領域の移動に応じて出力信号が緩やかに立ち上がっている。その結果、予め設定したしきい値Ｓ１、Ｓ２の間の時間、すなわち信号波形Ｐ１、Ｐ２の立ち上がり時間（応答速度）において、図７に示すようにｔ１とｔ２とで差が生じている（ｔ１＜ｔ２）。この信号の立ち上がり時間の差（大小）を利用して、ウェハ２０のたわみの有無を検出することが本発明の基本的な考え方（原理）である。

但し、図６の（ａ）のラインカメラ５０が１つの場合では、図７の信号立ち上がりの時間差を利用してウェハ２０のたわみの有無を検出することはできるが、そのたわみが垂直方向の上側へのたわみなのか、下側へのたわみなのかを判別することはできない。そのため、図５あるいは図６の（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直方向の位置をずらしたラインカメラが２つまたは３つ存在する必要がある。なお、図５の説明において既に述べたように、２つあるいは３つのラインカメラの垂直方向での位置は同じに揃えて、ラインカメラ中のロッドレンズの位置を垂直方向でずらすようにしてもよい。また、図６（ａ）の１つのラインカメラ５０を用いて、１つの測定点でその垂直方向のラインカメラの位置をずらしながら測定を行うようにしてもよい。

図６（ｂ）の２つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂで測定する場合、最初にウェハ２０の表面上の測定点（黒丸）においてたわみが無く符号Ａで示す平坦な状態にあるとする。この状態で、測定点と下側のラインカメラ５０Ａ内の受光素子との間で焦点が合っているとする（ＯＫ）。ウェハ２０の表面の位置が変わって、符号Ｂに示すようにウェハ２０が上側にたわんでいる状態では、測定点（黒丸）とラインカメラ５０Ａ内の受光素子との間での焦点はずれるが（ＮＧ）、測定点（黒丸）と上側のラインカメラ５０Ａ内の受光素子との間で焦点が合うことになる（ＯＫ）。

符号Ｃに示すようにウェハ２０が下側にたわんでいる状態では、ラインカメラ５０Ａ、５０Ｂのいずれにおいてもラインカメラ内の受光素子との間で焦点が合わなくなる（ＮＧ）。このように、ラインカメラの位置によって焦点が合ったり合わなくなったりするのは、既に図４を参照しながら説明したように、ラインカメラの位置ずれ量Ｄが、ウェハ２０の予想されるたわみ量の最大値前後で設定しているからである。Ａ（平坦）、Ｂ（上側たわみ）、Ｃ（下側たわみ）の状態でのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂの出力信号（図７の信号Ｐ１、Ｐ２）を比較することにより、ウェハが上側または下側のいずれかにたわんでいるかを識別することができる。

具体的には、図７に示した信号波形Ｐ１、Ｐ２の関係から、ラインカメラ５０Ａ、５０Ｂの出力信号の立ち上がり時間ｔａ、ｔｂの差分（ｔａ−ｔｂ）が、Ａの平坦な状態ではマイナス（ｔａ＜ｔｂ）であり、Ｂの上側たわみの状態ではプラス（ｔａ＞ｔｂ）であり、Ｃの下側たわみの状態ではほぼゼロ（ｔａ＝ｔｂ）となることから、その時間差分（ｔａ−ｔｂ）を検知することにより、ウェハが上側または下側のいずれかにたわんでいるかを識別することができる。図６（ｂ）の２つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂで測定する場合、図６（ａ）のラインカメラ５０が１つの場合のようにラインカメラの位置を上下にずらす動作が不要なので、その分より高速に測定結果を得ることができるというメリットがある。

図６（ｃ）の３つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃで測定する場合も、上述した各ラインカメラの出力信号の立ち上がり時間を利用してウェハのたわみの有無及びそのたわみの方向（上または下）を検知することができる。具体的には、図６（ｂ）で示した時間差分を観る方法に代えて、ラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの出力信号の立ち上がり時間ｔａ、ｔｂ、ｔｃの値を直接観ることにより検知することができる。すなわち、Ａの平坦な状態ではラインカメラ５０Ｂの立ち上がり時間ｔｂが最小となり（ｔｂ＜ｔａ、ｔｃ）、Ｂの上側たわみの状態ではラインカメラ５０Ｃの立ち上がり時間ｔｃが最小となり（ｔｃ＜ｔａ、ｔｂ）、Ｃの下側たわみの状態ではラインカメラ５０Ａの立ち上がり時間ｔａが最小となる（ｔａ＜ｔｂ、ｔｃ）ことから、各ラインカメラの立ち上がり時間の大小関係（最小値）を観ることにより、ウェハが上側または下側のいずれかにたわんでいるかを識別することができる。図６（ｃ）の３つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂで測定する場合、図６（ａ）のラインカメラ５０が１つの場合のようにラインカメラの位置を上下にずらす動作が不要なので、その分より高速に測定結果を得ることができるというメリットがある。

次に、図８を参照しながら本発明の一実施形態のたわみ検査フローについて説明する。図８は、本発明の一実施形態のたわみ検査フローを示す図である。図８のフローは、図１の一実施形態の検査装置１００によって実行される。

ステップＳ１０において、ステージ１０上に基板をセットする。基板としては既に述べたように回路パターン等が表面に形成されたウェハ２０を含むことができる。以下、ウェハ２０の場合について説明する。その際に、ステージが移動する際にウェハ２０が動いて位置が変動してしまうことがないように、ステージ１０の表面に設けられた治具／機構、例えばウェハ２０の外周の３、４点を外側から内側へ抑えることができる突起部、伸縮部、クリップ部、チャック等により、ウェハ２０はステージ１０の表面に固定される。ステップＳ２０において、ウェハ２０の表面上の検査領域へライン光源７０から光を照射する。検査領域としては、予め決められた基板上の所定のパターンのエッジを含む領域が選択される。例えば、ウェハ２０全体において各ＩＣチップ内の所定のパターンのエッジを含む領域が選択される。

ステップＳ３０において、ラインカメラ５０がウェハ２０の表面から第１の距離においてウェハ２０の表面からの反射光を受光する。ステップＳ４０において、ラインカメラ５０がウェハ２０の表面から第２の距離においてウェハ２０の表面からの反射光を受光する。ステップＳ５０において、ラインカメラ５０がウェハ２０の表面から第３の距離においてウェハ２０の表面からの反射光を受光する。ステップＳ３０〜Ｓ５０までの３つのステップは、既に述べたように、１つのラインカメラ５０を用いてその位置を変えること、３つの位置の異なるラインカメラ５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを用いることのいずれもやり方でも実行することができる。また、図６（ｂ）を参照しながら説明したように、ステップＳ５０を省略して、２つのラインカメラ５０Ａ、５０Ｂを用いることにより（２つの検出距離で）反射光を受光するようにしてもよい。

ステップＳ６０において、ウェハ２０の表面の検査すべき全ての領域での検査（測定）が終了したか否かを判定する。その判定がＮＯの場合、ステップＳ７０において、ウェハ２０の表面の検査すべき次の所定のパターンを含む検査領域へステージ１０が移動した後、ステップＳ２０へ戻り、検査領域への光の照射以降のステップが繰り返される。ステップＳ６０の判定がＹＥＳの場合、ステップＳ８０において、ラインカメラによって測定された受光データが画像処理手段８０によって処理され、ウェハ２０の表面全体でのたわみの情報（状態分布）が得られる。

得られたたわみ情報は、次のステップＳ９０において、画像処理手段８０が備える表示装置の画面上にマクロ画像（マップ）として表示される。図９にその検査結果の画像イメージの一例を示す。ウェハ２０をイメージする円内の“＋”は、上側へのたわみがあることを示し、”―“は下側へのたわみがあることを示す。たわみの大きさは、例えば“＋”及び“−”の大きさを変えることにより表現する。なお、図９の表示はあくまで簡単な一例であって、たわみの分布を画像上の他の形状分布（↑↑↑：上側へのたわみ、↓↓↓：下側へのたわみ）や色分布（たわみの向きと大きさに対応させて色の種類及びその濃さを変える）として表したり、あるいは３次元画像として視覚上よりリアルにかつ鮮明にたわみ分布を表すことができる。

上述した本発明の検査方法、検査装置によりウェハの表面全体でのたわみの情報、すなわち表面内において上側あるいは下側へのたわみがどうように発せし分布しているのかをマクロ的に（相対的に）検出することができるが、さらに、以下に述べる方法により、そのたわみの絶対量を得ることもできる。

（１）ラインカメラによってウェハの表面全体の画像としてパターン画像を１枚取得する（画像１）。
（２）取得した画像パターン（画像１）の中からデフォーカス量を計算するパターンを選択する。その際、例えば、ある程度コントラスト差が得られるパターンの領域を選択する。
（３）ラインカメラの位置を変えて、すなわち例えば上方に２００μｍシフトさせて、その位置での画像を取得する（画像２）。さらに、下方に２００μｍシフトさせて、その位置での画像を取得する（画像３）。
（４）得られた画像１、２、３において、（２）で選択したパターンの領域でのデフォーカス量（フォーカスのボケ量）を比較する。
（５）上記（３）の結果より、高さ（ラインカメラの位置、言い換えれば、ＷＤ）が２００μｍ異なると、その選択したパターンの領域のボケ量がどの程度差異が出るのかの検量線を求める。
（６）上記（５）をウェハ面内の複数個所で行うことにより、ウェハが持っているたわみ以外の欠陥（デフォーカス、ＣＭＰによるキズ等の欠陥）の影響を排除する。

本発明の実施形態について、図１〜図９を例にとり説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

１０ ステージ
２０ 基板（ウェハ）
３０ リニアモータ
４０ コントローラ
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ ラインカメラ
６０ 距離可変機構
７０ ライン光源
８０ 画像処理装置（コンピュータ）
１００ 検査装置

Claims (5)

1. 回路パターンが形成された基板のたわみを検査するためのラインカメラであって、
   前記基板の表面に光を照射するライン光源と、
   前記基板の表面の前記回路パターンのエッジを含む領域からの反射光をレンズを介して受光するラインセンサと、
   前記基板の表面と前記レンズとの間の距離を前記基板の予想されるたわみ量の最大値前後で所定値から変動させることができる距離可変機構と、を備えるラインカメラ。
2. 回路パターンが形成された基板のたわみを検査するラインカメラであって、
   前記基板の表面に光を照射するライン光源と、
   前記基板の表面の前記回路パターンのエッジを含む領域からの反射光を第１のレンズを介して受光する第１のラインセンサと、
   前記第１のラインセンサに隣接し、前記基板の表面の前記領域からの反射光を第２のレンズを介して受光する第２のラインセンサと、を備え、
   前記基板の表面と前記第１のレンズとの間の第１の距離と、前記基板の表面と前記第２のレンズとの間の第２の距離との差が、前記基板の予想されるたわみ量の最大値前後の所定値に設定される、ラインカメラ。
3. 回路パターンが形成された基板のたわみを検査するラインカメラであって、
   前記基板の表面に光を照射するライン光源と、
   前記基板の表面の前記回路パターンのエッジを含む領域からの反射光を第１のレンズを介して受光する第１のラインセンサと、
   前記第１のラインセンサに隣接し、前記基板の表面の前記領域からからの反射光を第２のレンズを介して受光する第２のラインセンサと、
   前記第２のラインセンサに隣接し、前記基板の表面の前記領域からからの反射光を第３のレンズを介して受光する第３のラインセンサと、を備え、
   前記基板の表面と前記第１のレンズとの間の第１の距離Ｄ１と、前記基板の表面と前記第２のレンズとの間の第２の距離Ｄ２と、前記基板の表面と前記第３のレンズとの間の第３の距離Ｄ３とが、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３またはＤ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係にあり、かつＤ１とＤ３の差分が前記基板の予想されるたわみ量の最大値前後である、ラインカメラ。
4. 請求項１〜３のいずれかのラインカメラと、
   前記基板を載置して水平方向／垂直方向で前記基板を移動することができるステージと、
   前記ラインカメラからの信号を受けて、前記基板のたわみ量を算出するための処理装置と、を備える基板のたわみ検査装置。
5. 回路パターンが形成された基板のたわみを検査するための方法であって、
   前記基板の表面に光を照射するステップと、
   前記基板の表面の前記回路パターンのエッジを含む領域からの反射光をレンズを介して受光するステップであって、前記基板の表面と前記レンズとの間の距離を前記基板の予想されるたわみ量の最大値前後で変動させた少なくとも２つの異なる前記距離で前記領域からの反射光を受光するステップと、を含む方法。