专利名称：表面检查设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种表面检査设备，其用于通过向诸如半导体晶片或 液晶用玻璃基板的物体的边缘部分照射光来观察该边缘部分。
背景技术：
迄今为止，已提出了一种表面检查设备，该表面检査设备向诸如
硅晶片的半导体晶片的边缘部分照射散射光、通过使用多个CCD相机 来拍摄该边缘部分的图像、以及从所拍摄的图像中检査异物等(例如 参见专利文献1)。日本专利申请特开2003-139523号公报
发明内容
本发明要解决的问题
传统的表面缺陷检査设备包括C字形状的C形光源和三个CCD 相机，所述C形光源从上方、下方和侧方对晶片的边缘部分照射散射 光，所述三个CCD相机分别拍摄从上方、下方和侧方看到的各个图像。 三个CCD相机中的一个与晶片的外周端面相对地设置。另两个CCD 相对于晶片边缘部分的正面和背面以倾斜姿态布置。光源和CCD相机 的配置使CCD相机能够有效地接收由C形光源照射以及由边缘部分反 射的光的镜面反射光。
然而，与从上方拍摄的基本从正上方照明的晶片的图像的表面缺 陷检査设备一样，传统的表面缺陷检查设备难以从所拍摄的图像中发 现生成在边缘部分中的缺陷和细微不平坦。用于解决问题的方法
根据本发明的一种用于观察待检查物体的边缘部分的表面检查设 备，包括照明装置，其将照明光照射到边缘部分；和观察装置，其 形成利用照明光照明的边缘部分的观察范围的像。照明装置构造成射 出第一照射光束和第二照射光束，所述第一照射光束成近似直角地入 射到边缘部分，用于补偿像的亮度，而所述第二照射光束侧向倾斜地 入射到边缘部分的观察范围，用于生成依据观察范围的表面状态的阴 影。
照明装置可构造成照射具有使得第二照射光束的光量大于第一照 射光束的光量的光量分布的照明光。从照明装置射出的第二照射光束 的光量为最大值的点位于沿着从观察范围到照明装置的方向而限定的 预定范围之外。
照明装置可包括光源和光扩散板，所述光扩散板从光射出表面扩 散从光源照射的光并照射它作为第一和第二照射光。光量分布可通过 调整光源与光扩散板之间的相对位置关系而设置。可选地，光量分布 可基于光扩散板的光学特性而设置。
照明装置可包括生成第一照射光束的第一光源和生成第二照射光 束的第二光源。
优选表面检查设备进一步包括移动机构，该移动机构相对于待检 査物体相对地移动照明装置。
优选在表面检査设备中，观察装置可包括形成观察范围的放大像 的成像光学系统和拍摄该放大像的摄像装置。
可使用射出具有明线光谱的光作为照明光的光源。在这种情形下， 摄像装置是彩色摄像装置。上述表面检查设备能检査半导体晶片的边缘部分。
本发明的有利效果
根据本发明的表面检查设备，在不增加设备尺寸的情况下，在边 缘部分中产生的微小不平坦能通过其阴影来强调。由此，能对边缘部 分进行详细观察而更容易发现其中的细微缺陷。
图1是示出根据本发明实施例的表面检査设备的示意性侧视图2是示出图1的表面检查设备的主要部分的略图的放大侧视图3是根据实施例的表面检查设备的示意性平面图4是示出光扩散板的光强分布的图示；
图5是根据修改例的表面检查设备的示意性平面图。
具体实施例方式
参照图1到4来描述根据本发明实施例的表面检查设备。该表面 检査设备是通过观察硅晶片的边缘部分的表面来执行检査的设备。图1 是示出根据本发明实施例的表面检查设备的示意性侧视图。图2是示 出图1的表面检査设备的主要部件的略图的放大侧视图。图3是作为
检查物体的硅晶片以及表面检查设备的主要部件的顶视图。使用如图1
到图3中所示的X-Y-Z坐标系，图1和图2均表示X-Z平面，而图3 表示X-Y平面。如图2中所示，硅晶片的边缘部分11包括平面部分llc， 该平面部分llc与倾斜部分lla和端面部分llb连续。
如图1中所示，表面检查设备包括扩散照明装置20、落射照明装 置21、 CCD相机22、图像处理装置23、显示装置24和成像光学系统 29。扩散照明装置20和落射照明装置21照明安装在转台30上的诸如 硅晶片的半导体晶片10的边缘部分11。成像光学系统29形成由扩散 照明装置20和落射照明装置21照明的边缘部分11的具有放大的视场
6范围的像。CCD相机22拍摄放大像。图像处理装置23处理来自CCD 相机22的拍摄图像信号以生成用于显示的图像数据。显示装置24显 示生成于图像处理装置23中的CCD相机22中的摄影图像。
扩散照明装置20包括光扩散板25和荧光灯26。来自荧光灯26 的照明光入射到光扩散板25以从其射出表面射出扩散光。从扩散照明 装置20射出的照明光具有光量分布。也就是说，在光扩散板25的射 出表面上，该照明光具有沿Y轴的光强分布LD，如图4中所示。在本 实施例中，荧光灯26的中心和光扩散板25的中心彼此不成直线。荧 光灯26设置在范围W之外，所述范围W被限定成沿着正对扩散照明 装置20的方向而侧向面对边缘部分11的视场范围(CCD的视场范围) DL。由此，能获得特性LD使得光量在光扩散板25的光射出表面中沿 Y轴的方向分布，如图4中所示。
从光扩散板25射出的扩散光照明边缘部分11的倾斜部分lla和 端面部分llb。扩散照明装置20设置成在图2中所示的X-Z平面内从 斜上方照明晶片10的一侧(表面)的边缘部分11。扩散照明装置20 在图3中所示的X-Y平面中设置在直线CL1下方，而不是与其对齐， 该直线CL1经过半导体晶片10的中心0。
在图4中，以点Pmax为中心的预定范围通过LB2W指示，在点 Pmax处，光量在光扩散板25的Y轴方向表现为峰值。另一方面，以 光扩散板与晶片的中心线CL1的交点Plow为中心的预定范围通过 LB1W指示。假设从预定范围LB1W入射到边缘部分11的光是第一照 射光束LB1，该第一照射光束LB1近似沿边缘部11的外周缘的法线方 向行进。假设从预定范围LB2W入射到边缘部分11的光是第二照射光 束LB2，该第二照射光束LB2沿边缘部分11的外周缘的倾斜方向入射。
注意，因为第一照射光束LB1在边缘部分11的倾斜部分lla处近 似沿正上方反射并且入射到成像光学系统29的物镜，所以第一照射光束LB1有助于放大像的亮度。换言之，第一照射光束LB1补偿放大像
的亮度。另一方面，第二照射光束LB2在倾斜部分lla处沿各个方向 反射，对放大像的亮度不起作用，但通过后面所述的在各种缺陷后面 形成阴影(shadow)来补偿缺陷检查的精度。
以这种方式，通过从法线方向照明晶片10的外周缘的第一照射光 束LB1以及通过沿倾斜方向照明晶片10的外周缘的第二照射光束 LB2，扩散照明装置20照明晶片10的边缘部分11。这里，假设沿边 缘部分11的观察范围DL的周向以预定间隔排列多个观察点，并且在 光扩散板25的光射出表面上，沿Y轴的方向以预定间隔排列多个光射 出点，那么定义了连接这些点的多条线LB2(见图4)。朝着-Y的方向， 线LB2与第一照射光束LB1的行进方向之间的角度越大。换言之，朝 着-Y的方向，线LB2的角度连续增加。由此，在图3和图4的X-Y平 面中，从各个方向照明边缘部分11，从而能确实地检出各种形状的凹 凸。
扩散照明装置20能通过移动机构40沿图3和图4中所示的箭头 方向移动。由于扩散照明装置20—体地移动，所以第二照射光束LB2 的光量和第一照射光束LB1的光量在观察范围中的分布能通过对于观 察范围DL相对地移动光量分布LD来调整。因此，能将扩散照明装置 20的照明光控制成使得通过阴影来强调在边缘部分11的倾斜部分lla 或端面部分lib产生的细微凹凸。例如，在检查之前，通过反复试验 来确定最佳照明模式。
从荧光灯26射出的照明光包含多个明线光谱(各种波长的光，例 如黄色、紫色、蓝色等)。因此，即使当各种材料的膜形成在半导体晶 片10上时，也具有不被膜吸收而被膜反射的明线光谱。由此，明线光 谱彼此干涉，从而当多个膜堆叠在半导体晶片IO上时，根据膜的厚度 能观察到不同的颜色。因此，能根据晶片IO上的膜的各自颜色来分开 地观察半导体晶片10的表面状态。在此场合，CCD相机22是彩色CCD相机。
如图1中所示，落射照明装置21布置在半导体晶片10的边缘部
分11上方。落射照明装置21使来自诸如卤素灯的落射照明光源27的 光通过半透明反射镜28反射，以主要照明边缘部分11的平面部分llc (见图2)。成像光学系统29如图1中所示布置成使得已通过晶片10 的边缘部分11反射并透过半透明反射镜28的观察光入射到成像光学 系统29，从而形成边缘部分11的放大像。CCD相机22附接到成像光 学系统29的相机连接镜筒。CCD相机22拍摄放大像并输出图像信号。
然后，将描述如上所述地构造的表面检査设备的操作。
将半导体晶片10安装在转台30上并通过转台30旋转。在此情形 下，如图2中所示，边缘部分11的平面部分llc主要通过落射照明装 置21进行照明，而倾斜部分lla和端面部分llb主要通过扩散照明装 置20进行照明。在来自平面部分llc、倾斜部分lla和端面部分lib 的反射光中，在图3中所示的视场范围DL内的反射光透过半透明反射 镜28并入射到成像光学系统29，从而形成具有期望亮度的放大像。由 成像光学系统29形成的放大像被CCD相机22拍摄。将由CCD相机 22拍摄的放大像转换成检査图像信号，将该检査图像信号输入到图像 处理装置23中，并进行图像处理以形成边缘部分11的检査摄影图像。 检查摄影图像显示在显示装置24上。CCD相机22与晶片10的旋转同 步地反复执行摄影操作，以摄取晶片10的整个圆周的边缘部分11的 观察图像。将多帧观察图像存储在未示出的存储器中。
依照根据上述实施例的表面检查设备，得到下列作用效果。
(1)构造扩散照明装置20，以射出第一照射光束LB1和第二照 射光束LB2，所述第一照射光束LB1在边缘部分11的观察范围DL中 成近似直角地侧向入射到边缘部分以便补偿放大像的亮度，而所述第二照射光束LB2侧向倾斜地入射到边缘部分11以便生成根据观察范围
DL中边缘部分11的表面状态的阴影。由此，存在于倾斜部分lla和端 面部分llb中的各种形状的凹凸能形成阴影，同时补偿放大像的亮度。 因此，通过对边缘部分11的倾斜部分lla和端面部分llb进行成像而 获得的摄像信号包含关于各种凹凸的多个信息，从而基于来自CCD相 机22的检查摄影信号能精确地观察晶片的边缘部分。
(2) 控制来自扩散照明装置20的照明光，使得它在光扩散板25 的光射出表面上具有如图4中所示的光量分布，并且使侧向倾斜地入 射到边缘部分11中的观察范围DL的第二照射光束LB2的光量大于有 助于放大像的亮度的第一照射光束LB1的光量。由此，当在倾斜部分 lla或端面部分lib中具有由于颗粒粘附而形成的凹凸或者由于发生缺 损而形成的凹凸时，在扩散照明装置20的相对侧生成的凹凸的阴影是 清晰而浓密的，并特别通过第二照射光束LB2延伸到相当大的范围。 因此，通过CCD相机22拍摄、通过图像处理装置23进行图像处理并 显示在显示装置24上的凹凸的像显示为摄影图像，由于强调阴影而增 强了对比度，所以即使该摄影图像的细微的凹凸也容易发现。
(3) 上述的第一照射光束LB1是沿半导体晶片IO的外圆周的近 似法线方向入射到半导体晶片10并由此向上反射而进入成像光学系统 29的光。第二照射光束LB2是与近似法线方向倾斜地入射到半导体晶 片10的外圆周且反射到半导体晶片10的外圆周的光，并沿与成像光 学系统29不同的方向反射。由此，获得边缘部分ll (倾斜部分lla、 端面部分llb)的明视场状成像效果和暗视场状成像效果，从而不仅凹 凸的阴影，而且边缘部分11的表面状态也能详细地观察。因此，例如 能够观察堆叠在半导体晶片10的表面和边缘部分11上的膜以发现边 缘部分11处的剥离、膜中的气泡、膜的无影沉积(shadow-less deposition)等。
(4) 将荧光灯26用作扩散照明装置20的光源。荧光灯26射出
10具有多个明线光谱的光，从而它能观察边缘部分11的颜色。由于在多 个明线光谱中存在那些不被膜吸收而在其上被反射的明线光谱，所以 在膜的正表面和背表面上反射的明线彼此干涉。因此，取决于膜的厚 度，膜看起来处于不同的颜色。这使得能够通过颜色区分来观察半导 体晶片IO上的多个膜。
根据上述实施例的表面检查设备可进行如下修改。
(1) 取决于待检査的缺陷，边缘部分11的照明模式可根据下面
(a)到(c)的任一项进行修改。
(a) 它可构造成使得光强在扩散板24的光射出表面上的分布能 够变化。
(b) 它可构造成使得从荧光灯26射出的明线光谱的类型能够变化。
(c) 它可构造成使得施加到荧光灯26的源电压的占空比能够变化。
通过适当地实现如上所述的照明模式的变化，即通过切换照明从 而能确实地观察到待检査的缺陷，能够在光学照明条件下检査边缘部 分11。
(2) 落射照明装置和CCD相机也可设置在半导体晶片10的背面 上，即在图1中的半导体晶片10的背面上。扩散照明装置20能兼用 于正面和背面，扩散照明装置20可设置在正面和背面的每一个上。在 这种情形下，还利用来自扩散照明装置20的第一照射光束LB1和第二 照射光束LB2来照射与存在于半导体晶片10背面上的端面部分lib连 续的倾斜部分lla。半导体晶片10背面上的观察范围中的放大像可通 过成像光学系统形成并通过CCD相机拍摄。
(3) 尽管上述实施例中示出了这样的构造，即在该构造中，将光 扩散板25和荧光灯26互相组合而构成扩散照明装置20，但是本发明不限于此，扩散照明装置20可单独由光源构成。例如，扩散照明装置
20可由两个荧光灯26构成。在这种情形下，例如使用两个荧光灯26A 和26B，如图5中所示。荧光灯26A在半导体晶片10的边缘部分11 附近布置在经过半导体晶片10的中心的直线Ll上，而荧光灯26B与 直线L1平行地布置在朝着预定方向(图5中向下)错开的点处。这使 得能够利用法线方向的第一照射光束LB1和相对于边缘部分ll倾斜的 第二照射光束LB2来照明边缘部分11。通过将荧光灯26B的发光量设 置成大于布置在经过半导体晶片10的中心0的线上的荧光灯26A的发 光量，第二照射光束LB2的光量能设置成大于第一照射光束LB1的光
(4) 可使用诸如CMOS的固体增幅型图像传感器来代替CCD相
机22。
(5) 它可构造成使得通过沿Y轴的方向移动扩散照明装置20而 沿Y轴方向改变观察范围中的光量分布。光扩散板25的光射出表面上 沿Y轴的光强分布能通过相对于光扩散板25沿Y轴方向移动荧光灯 26的位置来调整。
(6) 扩散照明装置20的光扩散板25可如下构造。使光扩散板25 的中心基本与荧光灯26的轴心一致。即，具有基本均匀的光量分布的 光从荧光灯26入射到光扩散板25。此外，光扩散板25的光学特性设 置成使得光从光射出表面射出而作为具有如图4中所示的光量分布LD 的第一和第二照射光。
(7) 根据本发明的表面检査设备不仅能检查半导体晶片的边缘部 分而且能检查平板形状的各种待检査物体的边缘部分。其它待检查的 物体包括用于液晶显示面板的玻璃板等。
在上文的描述中，已经说明了各种实施例和修改例。然而，本发
12明不应限于这些内容。其它可在本发明的技术范围内构思的模式也包 括在本发明的范围内。
下面优先权申请的公开通过引用合并于此
日本专利申请No. 2006-184155 (2006年7月4日提交)
权利要求
1. 一种用于观察待检查物体的边缘部分的表面检查设备，包括照明装置，其将照明光照射到所述边缘部分；以及观察装置，其形成利用所述照明光照明的所述边缘部分的观察范围的像，其中所述照明装置构造成射出第一照射光束和第二照射光束，所述第一照射光束成近似直角地入射到所述边缘部分，用于补偿所述像的亮度，而所述第二照射光束侧向倾斜地入射到所述边缘部分的所述观察范围，用于生成依据所述观察范围的表面状态的阴影。
2. 根据权利要求l所述的表面检査设备，其中所述照明装置照射具有使所述第二照射光束的光量大于所述第一 照射光束的光量的光量分布的照明光。
3. 根据权利要求2所述的表面检查设备，其中从所述照明装置射出的所述第二照射光束的光量为最大值的点位 于沿着从所述观察范围到所述照明装置的方向而限定的预定范围之 外。
4. 根据权利要求2或3所述的表面检查设备，其中 所述照明装置包括光源和光扩散板，所述光扩散板从光射出表面扩散从所述光源照射的光，并照射所述光作为第一照射光和第二照射 光。
5. 根据权利要求4所述的表面检查设备，其中 所述光量分布基于所述光源与所述光扩散板之间的相对位置关系而设置。
6. 根据权利要求4所述的表面检査设备，其中所述光量分布基于所述光扩散板的光学特性而设置。
7. 根据权利要求1到3中的任一项所述的表面检査设备，其中所述照明装置包括生成所述第一照射光束的第一光源和生成所述第二照射光束的第二光源。
8. 根据权利要求1到7中的任一项所述的表面检查设备，还包括移动机构，其相对于所述待检查物体相对地移动所述照明装置。
9. 根据权利要求1到8中的任一项所述的表面检查设备，其中所述观察装置包括形成所述观察范围的放大像的成像光学系统和拍摄所述放大像的摄像装置。
10. 根据权利要求1到9中的任一项所述的表面检查设备，其中所述照明光具有明线光谱。
11. 根据权利要求9所述的表面检查设备，其中所述照明光具有明线光谱，并且所述摄像装置是彩色摄像装置。
12. 根据权利要求1到11中的任一项所述的表面检査设备，其中所述待检査物体是半导体晶片。
全文摘要
一种用于观察待检查物体的边缘部分的表面检查设备，包括照明装置，其将照明光照射到边缘部分；和观察装置，其形成利用照明光照明的边缘部分的观察范围的像。该照明装置射出第一照射光束和第二照射光束，所述第一照射光束成近似直角地入射到所述边缘部分，用于补偿像的亮度，而所述第二照射光束侧向倾斜地入射到所述边缘部分的观察范围，用于生成依据观察范围的表面状态的阴影。
文档编号G01B11/30GK101484775SQ20078002532
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月3日 优先权日2006年7月4日
发明者渡部贵志 申请人:株式会社尼康