JP2004061354A - 被検査体の表面を検査する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体の表面上の微細な特徴要素及び凹凸を撮像カメラにより正確に認識することを可能とさせる。
【解決手段】撮像カメラ１６の光軸１８上に被検査体１２を配置し、その表面の検査すべき領域にスポット光２４を投光して、検査すべき領域内における表面の凹凸により又は検出せんとする特徴要素２０とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差を拡大させるようにする。これにより、撮像カメラ１６により得た反射光の明暗差に基づいて、被検査体１２の表面の凹凸又は特徴要素２０を正確に検出できるようになる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエハなど表面上に特徴要素又は凹凸を有した被検査体の表面を検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体のウエハなどの表面状態を検査する必要がある場合には、画像処理を用いて検査を自動的に行うことが多い。こうした検査では、例えば、検査用照明によりウエハなどの被検査体全体を照らし、被検査体の表面で反射された反射光を撮像カメラに入射させ、撮像カメラにより得た反射光の明暗（すなわち、コントラスト）の差に基づいて二値化処理を行うことによって、被検査体上の特徴要素を認識している。このとき、特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差が大きいほど、周囲環境から入り込む光線などのノイズの影響を受けずに正確に特徴要素を認識することができるようになる。なお、検査用照明は、予め定められた強さの光線を被検査体に照射し、こうした周囲環境から入り込む光線の影響を抑制するためのものでもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハ上の回路パターンなど微小な特徴要素を認識するためには、撮像カメラの倍率を高め、検査すべき領域を拡大した画像に基づいて画像処理を行う必要がある。
【０００４】
ところが、検査すべき領域を拡大する結果、撮像カメラにより得られる画像上の単位面積当たりに入射する光束量（すなわち、照度）が少なくなり、特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差が小さくなる。このため、周囲環境によって生じるノイズなどの影響を受けやすくなり、特徴要素を正確に認識することができなくなりやすい。
【０００５】
また、例えばウエハ表面とその上に形成された回路との色が近似している場合など、特徴要素とその周囲との色が類似である場合、反射光の明暗差は小さくなるので、同様にノイズの影響を受けると、特徴要素を正確に認識することができない。
【０００６】
さらに、半導体プローブのクリーニングシートや紙ヤスリなど被検査体が細かい凹凸を有している場合には、被検査体の表面の凹凸により生じる反射光の明暗差は小さくなるので、目詰まりなどを検査することが困難である。
【０００７】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、被検査体の表面上の微小な特徴要素及び凹凸を撮像カメラにより正確に認識することを可能とさせることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、被検査体の表面上において認識すべき特徴要素を含む領域にスポット光を投光するようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明の第１の態様によれば、撮像カメラの光軸上に被検査体を配置し、該被検査体の表面の検査すべき領域にスポット光を投光して、前記領域内における表面の凹凸により生じる反射光の明暗差を拡大させ、前記撮像カメラにより得た反射光の明暗差に基づいて前記表面の凹凸を検出するようにした被検査体の表面を検査する方法が提供される。
【００１０】
さらに、本発明の第２の態様によれば、撮像カメラの光軸上に被検査体を配置し、該被検査体の表面の検査すべき領域にスポット光を投光して、前記領域内において検出せんとする特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差を拡大させ、前記撮像カメラにより得た反射光の明暗差に基づいて前記特徴要素を検出できるようにした被検査体の表面を検査する方法が提供される。
【００１１】
このとき、前記スポット光によって、特徴要素とその周囲との色差から生じる反射光の明暗差を拡大させることが可能である。
【００１２】
また、光源から発せられたスポット光を前記撮像カメラの光軸に沿って前記被検査体へ向かって進ませるようにすることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記スポット光を発する光源は、前記被検査体全体を照らすための光源と別に設けられることが好ましい。
【００１４】
また、前記スポット光は収束点において収束する収束光であることが好ましい。
【００１５】
スポット光は、狭い面積に光を集中させるので、検査が必要とされる部分のみを強い光で照明することが可能となる一方で、光源に要求される投射光の強さを低く抑えることができる。そして、スポット光により検査すべき領域が強い光で照明される結果、特徴要素とその他の要素（例えば、特徴要素の周囲の表面）とにより反射されて生じる反射光の明暗差は拡大又は強調されるので、撮像カメラによる特徴要素の検出が容易となる。例えば、特徴要素で反射される反射光とその他の要素で反射される反射光との明暗差が大きくなるので、理想的な照明条件下で特徴要素によって反射される反射光から測定されるべきコントラストの値（明暗の指標）と二値化処理の閾値との差を大きくするように閾値を設定することが可能となり、測定された反射光のコントラストの値にノイズが加重しても、その影響を受けにくくなる。したがって、撮像カメラを用いて特徴要素をより正確に検出することができるようになる。
【００１６】
上記本発明による検査方法は、特徴要素とその他の要素の色差が小さいこと、すなわち色が類似しているために通常照明下では特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差が小さくなる場合に、特に有効である。
【００１７】
スポット光は、同様に、被検査体の表面の凹凸により生じる反射光の明暗差も拡大又は強調させるので、従来は認識が困難であった被検査体の表面の微細な凹凸をより鮮明に認識できるようになる。したがって、被検査体の表面の微細な凹凸の密集度、表面粗さなどを検出することが可能となる。
【００１８】
光源から発せられたスポット光を撮像カメラの光軸に沿って被検査体へ向かって進ませるようにすれば、撮像カメラの倍率を高め被検査体の表面を拡大して観察しても、スポット光は常にカメラの視野の中心部に位置するようになる。すなわち、撮像カメラで検査すべき領域に常にスポット光を投光することができるようになる。
【００１９】
また、スポット光が収束点で収束する収束光であるならば、光源の大きさと無関係に被検査体の表面に結像するスポット光の大きさを小さくすることが可能となり、検査すべき領域が非常に小さく撮像カメラの倍率が高い場合、すなわち特徴要素が非常に小さい場合でも対処して、特徴要素を検出することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１は本発明による被検査体の表面を検査する方法を用いたウエハ表面検査装置の全体構成図、図２は図１に示されているウエハ表面検査装置の撮像カメラの視野内に認識されるウエハ表面を示している説明図である。
【００２２】
最初に、図１を参照して、本発明による被検査体の表面を検査する方法を用いたウエハ表面検査装置１０の全体構成を説明する。なお、この実施形態においては、半導体ウエハ１２を被検査体としてその表面を検査するが、ウエハ１２以外の物を被検査体とすることも可能である。
【００２３】
ウエハ表面検査装置１０は、被検査体である半導体ウエハ１２が載置されるステージ１４と、ステージ１４上に載置されたウエハ１２の表面を撮像するための撮像カメラ１６とを備えている。ウエハ１２の表面上には半導体製品に応じて様々な回路パターン２０（図２参照）が形成されており、この回路パターン２０を撮像カメラ１６によって撮像する。詳細には、ウエハ１２の表面上の検査すべき領域を撮像カメラ１６の光軸１８上に配置して、撮像カメラ１６に検査すべき領域の画像を取り込み、この画像を画像処理装置２１で解析し、検査すべき領域内の回路パターン２０を特徴要素として検出する。
【００２４】
ステージ１４は、真空などを作用させて載置されたウエハ１２を固定的に保持することができるようになっている共に、撮像カメラ１６の光軸１８上に検査すべき領域を配置できるように撮像カメラ１６に対して相対移動可能になっている。
【００２５】
撮像カメラ１６としては、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラを用いることが好ましいが、ＣＭＯＳカメラやアナログ式カメラなど他のタイプのカメラを使用することも可能である。
【００２６】
さらに、ウエハ表面検査装置１０には、ウエハ１２全体を照らし、撮像カメラによる認識を可能とさせるために必要とされるカメラ用光源（不図示）とは別に、スポット光２４を発する光源２２が設けられている。この光源２２から発せられたスポット光２４は、図１に示されているように、撮像カメラ１６の光軸１８に沿ってウエハ表面２６上の検査すべき領域へ向かい、これを照明するようになっている。
【００２７】
このスポット光２４により、ウエハ１２全体を照らす照明とは別に検査すべき領域のみを特に強い光で照らすことができ、結果として、図２に示されているように、特徴要素である回路パターン２０で反射された反射光とその周囲のウエハ表面２６（その他の要素に該当する）で反射された反射光との明暗差を拡大又は強調させることができるようになる。したがって、回路パターン２０とその周囲のウエハ表面２６との色差が小さい、すなわち色が類似している場合でも、撮像カメラ１６で得た画像に基づいて、回路パターン２０を正確に認識できるようになる。
【００２８】
また、スポット光２４を撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進ませることにより、スポット光によりピンスポット状に照らされた領域が常に撮像カメラ１６の視野内に位置するので、撮像カメラ１６の視野内に検査すべき領域を配置するようにウエハ１２を移動すれば、検査すべき領域は必ずスポット光２４に照らされるようになる。しかしながら、光源２２から発せられたスポット光２４は、必ずしも図１に示されているように撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進む必要はなく、ウエハ表面２６上の検査すべき領域をピンスポット状に照らすようになっていればよい。
【００２９】
ここで、本願において使用される「スポット光」とは、光線の任意の位置において限定された領域のみを照らすピンスポット状光束を有した光線を意味するものとする。
【００３０】
光源２２は、ハロゲンランプ、タングステンランプ、レーザ装置、ＬＥＤなど任意のタイプの光源とすることができる。図１に示されているウエハ表面検査装置１０では拡散光線を発する光源２２が使用されており、光源２２の出口にピンホール２８を形成して光源２２から発せられる光線を絞ってスポット光２４とさせている。しかしながら、レーザ光線などの平行光線光源を利用することも可能であり、この場合には、ピンホール２８は必ずしも必要とされない。
【００３１】
また、図１に示されているウエハ表面検査装置１０の光源は、撮像カメラ１６と共通の筐体３０内に設けられており、撮像カメラ１６と光源２２との相対位置関係の変動が発生しにくいようになっている。これにより、撮像カメラ１６の光軸１８と光源２２から発せられたスポット光２４の進路との相対位置がずれて、スポット光２４が撮像カメラ１６の視野内から外れてしまうことを防止している。
【００３２】
ところで、光源２２から発せられるスポット光２４を撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進ませるためには、光源２２を撮像カメラ１６の光軸１８上に設ければよいが、光軸１８上に光源２２を設けると、ウエハ１２の表面によって反射された反射光が撮像カメラ１６の受光部１６ａに入射できなくなってしまう。
【００３３】
そこで、図１に示されているウエハ表面検査装置１０では、半透鏡（ハーフミラー）３２が筐体３０内に設けられ、その表面（反射面）を撮像カメラ１６の光軸１８に対して４５度に傾けて光軸１８上に配置されている。半透鏡３２は、ウエハ１２からの反射光を透過させて撮像カメラ１６に入射させると共に、撮像カメラ１６の光軸１８から離れた位置に配置された光源２２から発せられたスポット光２４を半透鏡３２の表面に入射させ、これを反射して、撮像カメラ１６の光軸１８に沿って撮像カメラ１６から離れる方向に進ませるようになっている。
【００３４】
この構成により、ウエハ１２からの反射光が撮像カメラ１６の受光部１６ａに入射することを妨げることなく、光源２２から発せられるスポット光２４を撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進ませることができるようになる。なお、他の機構を用いて、撮像カメラ１６の光軸１８から離れた位置に配置された光源２２から発せられたスポット光２４を撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進ませるようにしてもよい。
【００３５】
ウエハ表面検査装置１０は、筐体３０内に、撮像カメラ１６の光軸１８上に配置された集光レンズ３４をさらに備えており、撮像カメラ１６の光軸１８に沿って進むスポット光２４は、集光レンズ３４から予め定められた距離に位置する収束点で収束する収束光とされている。スポット光２４が収束光であるとき、光源２２から発せられたときのスポット光２４の光束通過面積と関係なく、スポット光２４の光束通過面積を小さくして、ウエハ表面２６上の検査すべき領域、特に検査すべき回路パターン２０付近に光束を集中させることができる。すなわち、同じ強さの光線を発する光源２２を用いた場合でも、より強い光で検査すべき領域を効率よく照明することが可能となる。また、半導体ウエハ１２上の回路パターン２０のように特徴要素や検査すべき領域が非常に小さくても、それに対応させてウエハ表面２６に結像するスポット光２４の大きさを小さくすることも容易となる。
【００３６】
半導体ウエハ１２の表面に形成されている回路パターン２０で反射される反射光とその周囲のウエハ表面２６で反射される反射光は、色差が少ないこと又は高さの差が少ないことに起因して、明暗差又はコントラスト値の差をあまり生じさせないことがある。このような場合、反射光を撮像カメラ１６で捉えることにより得た画像に画像処理（詳細には、二値化処理）を施しても、周囲環境からの光又は撮像カメラ用光源（不図示）からの光の変動などの周囲ノイズの影響を受けて、回路パターン２０を正確に認識又は検出することができなくなる。
【００３７】
そこで、本発明においては、ウエハ１２の検査すべき領域にスポット光２４を投光して、回路パターン２０で反射される反射光とその周囲のウエハ表面２６で反射される反射光との明暗差をより拡大させ、画像処理装置２１による回路パターン２０の認識又は検出を容易にさせている。同様の効果は、半導体ウエハ全体用の照明光の強さを強くすることによっても達成し得るが、広い領域を照らすため、非常に強い光を発する光源（不図示）が必要となる。これに対して、本発明は、スポット光２４を利用し、検査すべき領域、特に特徴要素付近のみという狭い領域を照明するため、単位面積あたりを照らす光の強さ（照度）が同じという条件下であれば、より弱い光を発する光源２２を用いて同じ効果を達成することができるという利点を有している。
【００３８】
さらに、スポット光２４として収束光を利用する場合には、収束点付近に半導体ウエハ１２を配置すれば、スポット光２４に照明されるウエハ１２上の領域は非常に小さくなり、光源２２から発する光線をより狭い領域に集中させることができる。したがって、光源２２から発せられる光線をより有効に利用して、同じ強さの光を発する光源であっても反射光の明暗差を一層拡大させることが可能となる。また、収束光は、半導体ウエハ１２上の回路パターン２０など特徴要素が微小である場合や検査すべき領域が非常に小さい場合に特に有効である。
【００３９】
以上、本発明の被検査体の表面を検査する方法について、図１に示されているウエハ表面検査装置１０を例にして説明したが、本発明の用途はウエハ１２の表面の検査に限定されるものではない。また、反射光の明暗差が生じる原因として、回路パターン２０などの特徴要素と他の要素との色差を挙げているが、被検査体の表面の凹凸など他の要因で生じる反射光の明暗差を拡大させるためにスポット光２４を利用することも可能である。
【００４０】
例えば、半導体ウエハ１２の電気導通試験を行うプローバ装置などで用いられるプローブの先端に付着したゴミを除去するために使用されるクリーニングシート又はクリーニング板の表面の状態を検査するために本発明の表面検査方法を使用することも可能である。クリーニングシートの表面には、多数の凹凸が形成されており、この表面にプローブの先端を擦りつけることによりゴミを除去するものである。したがって、この凹凸にゴミが詰まるとクリーニングシートは機能を果たさなくなる。そこで、スポット光２４により表面の凹凸により生じる反射光の明暗差を拡大させることにより、この凹凸が目詰まりしていないことを検査すれば、適正な交換時期を判定することが可能となる。また、凹凸の深さを判別してクリーニングシート等の種類を識別することも可能となる。
【００４１】
同様に、本発明の表面検査方法により、紙ヤスリなどの表面粗さ等を判別することも可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、スポット光を特に検査すべき領域に投光することにより、単位面積当たりに投光される光の強さを強くして、特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差又は被検査体の表面の凹凸により生じる反射光の明暗差を拡大させることができるようになる。したがって、画像処理により、特徴要素又は表面の凹凸状態を容易且つ正確に認識、検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による被検査体の表面を検査する方法を用いたウエハ表面検査装置の全体構成図である。
【図２】図１に示されているウエハ表面検査装置の撮像カメラの視野内に認識されるウエハ表面を示している説明図である。
【符号の説明】
１０…ウエハ表面検査装置
１２…ウエハ又は被検査体
１６…撮像カメラ
１８…光軸
２０…回路パターン又は特徴要素
２２…光源
２４…スポット光

Claims (6)

1. 撮像カメラの光軸上に被検査体を配置し、該被検査体の表面の検査すべき領域にスポット光を投光して、前記領域内における表面の凹凸により生じる反射光の明暗差を拡大させ、前記撮像カメラにより得た反射光の明暗差に基づいて前記表面の凹凸を検出するようにしたことを特徴とする被検査体の表面を検査する方法。
2. 撮像カメラの光軸上に被検査体を配置し、該被検査体の表面の検査すべき領域にスポット光を投光して、前記領域内において検出せんとする特徴要素とその他の要素とにより生じる反射光の明暗差を拡大させ、前記撮像カメラにより得た反射光の明暗差に基づいて前記特徴要素を検出できるようにしたことを特徴とする被検査体の表面を検査する方法。
3. 前記スポット光によって、特徴要素とその周囲との色差から生じる反射光の明暗差を拡大させる、請求項２に記載の被検査体の表面を検査する方法。
4. 光源から発せられたスポット光を前記撮像カメラの光軸に沿って前記被検査体へ向かって進ませるようにした、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の被検査体の表面を検査する方法。
5. 前記スポット光を発する光源は、前記被検査体全体を照らすための光源と別に設けられる、請求項１から請求項４の何れか一項に記載の被検査体の表面を検査する方法。
6. 前記スポット光は収束点において収束する収束光である、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の被検査体の表面を検査する方法。

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