半導体ウェハの表面検査システム及び表面検査方法
【課題】半導体ウェハ表面に存在するソーマークなどの線状の凹凸について、短時間かつ容易に検査が可能であり、検査に対する振動の影響を低減できる技術を提供する。
【解決手段】半導体ウェハＷの表面の全域に光源装置２によって斜め方向から光を照射し、ＣＣＤカメラ４で半導体ウェハＷ全体を撮影する。これにより、半導体ウェハＷの各ポイントからの前記照射光の反射光または散乱光の強度を検出する。取得された光の２次元的な強度分布に基づいて、半導体ウェハＷの表面に生成されたソーマークなどの凹凸を検出し、またはその大きさを測定する。
【解決手段】半導体ウェハＷの表面の全域に光源装置２によって斜め方向から光を照射し、ＣＣＤカメラ４で半導体ウェハＷ全体を撮影する。これにより、半導体ウェハＷの各ポイントからの前記照射光の反射光または散乱光の強度を検出する。取得された光の２次元的な強度分布に基づいて、半導体ウェハＷの表面に生成されたソーマークなどの凹凸を検出し、またはその大きさを測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの表面に光を照射し、半導体ウェハ表面からの反射光または散乱光を検出し、半導体ウェハ表面の、線状の溝等の微細な凹凸を検出しまたは、凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システム及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や太陽電池の製造用の半導体ウェハは、インゴットの生成後、ワイヤーソーなどでインゴットをスライスすることによって製造されることが多い。インゴットを半導体ウェハにスライスする際のワイヤーソーなどの加工跡は、半導体ウェハ表面の直線状の凹凸となる。このような表面の凹凸の程度が大きいと、例えば太陽電池の場合には光エネルギーの電気エネルギーへの変換効率が低下したり寿命が短くなるなどの不都合の原因となることが知られている。
【０００３】
従って、半導体ウェハの製造工程においては、半導体ウェハの表面の線状の凹凸（以下、ソーマークともいう。）を含めた凹凸について検査し、凹凸の大きさが許容範囲を超えたものについて除去する必要がある。従来、ソーマークなどの凹凸の大きさの評価方法としては、人が目視で評価する方法、接触式の表面粗さ計で計測する方法、レーザー変位計で計測する方法などがあった。
【０００４】
しかしながら、人が目視で評価する方法の場合には、合否の判定基準が曖昧で評価の精度が低いという問題があった。また、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計を用いてソーマークの凹凸の大きさを測定する場合には、必ず、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計のプローブを半導体ウェハの表面上を走査させねばならず、表面全体を検査するには多くの時間が必要である不都合があった。また、検査時間の時間短縮のために走査領域を狭くすると半導体ウェハ全体を検査することが不可能となり検査自体の精度が低下する不都合があった。
【０００５】
さらに、製造工程において、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計を用いてソーマークなどの凹凸の大きさを測定する場合には、振動の影響を受けやすいので、工程を停止するなどして振動を抑制する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６５２３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０８１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、半導体ウェハの表面に存在するソーマークなどの凹凸の大きさについて、短時間かつ容易に検査可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、半導体ウェハの表面の全域に斜め方向から、少なくとも入射面において平行な光を照射し、撮影装置で半導体ウェハ全体を撮影することで、半導体ウェハの各部分からの前記照射光の反射光または散乱光の２次元的な強度分布を検出し、この強度
分布に基づいて、前記半導体ウェハの表面における凹凸を検出またはその大きさを測定することを最大の特徴とする。
【０００９】
より詳しくは、半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システムであって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、入射面において平行な光を照射する光源装置と、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影する撮影装置と、を備え、
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする。
【００１０】
半導体ウェハの表面に対して斜めから光を照射した場合には、表面に凹凸があった場合に、照射光の大部分は入射角と同等の出射角で正反射する。一方、照射光の一部は凹凸によって散乱し、または凹凸表面において乱反射することで撮影装置の光学系に入射する。これにより、撮影装置（撮像装置を含む）によって撮影される半導体ウェハ表面の２次元的（平面的）な画像においては、半導体ウェハの表面において凹凸が存在する部分の光強度が高くなる。従って、当該画像における反射光または散乱光の２次元的な強度分布は、半導体ウェハの表面における凹凸の大きさの分布と高い相関を有する。
【００１１】
本発明においてはこの原理を利用して、カメラで半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、散乱光または反射光の強度分布に基づいて、半導体ウェハの表面における凹凸を検出しまたはその大きさを測定することとした。
【００１２】
これによれば、接触式の表面粗さ計のプローブや、非接触式のレーザー変位計のプローブを、半導体ウェハに対して走査させる工程を伴わずに容易に半導体ウェハの表面における凹凸を検出またはその大きさを測定することが可能となる。また、本発明に係るシステムにおいては、検査のために必要となる可動部がないため、システムの信頼性及び耐久性を高めることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明においては、撮影装置の光学系の被写界深度を適切に設定することで、半導体ウェハの振動の影響を除去することができ、従来技術のように、半導体ウェハ表面の検査の際に、半導体ウェハの移動を停止して振動の減少を待つなどの必要がなくなり、作業効率を向上させることが可能である。また、振動の抑制のための特別な部品を省略することが可能となるのでコストの低減が可能となる。
【００１４】
また、本発明においては、光源装置は、半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から光を照射すればよく、照射位置の精密な調整などが不要である。従って、光源装置の構成が簡略化されコストを低減することが可能である。なお、光源装置は、半導体ウェハの表面の全域をできる限り均一に照射できるものが好ましい。
【００１５】
なお、本発明においては、前記光源装置が照射する光は、前記半導体ウェハの表面への入射面において平行な光である。この理由は以下のとおりである。
【００１６】
発明者らの研究により、撮影装置で半導体ウェハの表面の全域を撮影することで得られる散乱光または反射光の強度は、照射光の入射角に依存していることが分かった。従って、少なくとも半導体ウェハの表面への入射面において照射光を平行光とすることにより、半導体ウェハの表面に対する照射光の入射角を一様に揃えることができ、撮影装置で撮影することで得られた散乱光または反射光の２次元的な強度分布が、半導体ウェハの表面における凹凸により強い相関を持つようにすることができる。これにより、半導体ウェハの
表面凹凸の検出精度または、凹凸の大きさの測定精度をより高くすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射角は７４度以上８５度以下であるようにするとよい。
【００１８】
ここで、発明者らの研究により、撮影装置で半導体ウェハの表面の全域を撮影することで得られる散乱光または反射光の強度は、照射光の入射角が９０度に近いほど、換言すると、照射光が半導体ウェハの表面に浅い角度で入射するほど、凹凸（の角度）に対する感度が高くなることが分かった。従って、本発明においては照射光の入射角は９０度に近いほどよいことになる。
【００１９】
しかしながら、入射角が大きすぎる（照射光と半導体ウェハの表面とのなす角度が小さすぎる）場合には、凹凸の頂点の後ろ側に影が生じてしまい、凹凸の正確な測定が困難になる場合がある。また、入射角が小さすぎる（照射光と半導体ウェハの表面とのなす角度が大きすぎる）場合には、感度の低下が著しくなり、やはり、凹凸の正確な測定が困難になる場合がある。そこで、本発明においては、照射光の半導体ウェハへの入射角を７４度以上８５度以下とした。これにより、半導体ウェハの表面における凹凸をより高精度で検出し、または凹凸の大きさを高精度で測定することが可能となる。また、上記のように、半導体ウェハの表面に照射光を浅い角度で入射することで、半導体ウェハが、入射面と半導体ウェハの交線のまわりに傾いたとしても、当該傾きの、凹凸の検出精度に対する影響を抑制することが可能となる。
【００２０】
また、本発明が適用される、前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの切断時に表面に生じる線状の凹凸（ソーマーク）としてもよい。
【００２１】
前述のように、半導体素子や太陽電池の製造用の半導体ウェハは、インゴットの生成後、ワイヤーソーなどでインゴットをスライスすることによって製造されることが多い。そして、インゴットを半導体ウェハにスライスする際に生じるワイヤーソーによる直線状の凹凸（ソーマーク）が大きいと、例えば太陽電池の場合には光エネルギーの電気エネルギーへの変換効率が低下したり寿命が短くなるなどの不都合の原因となる。
【００２２】
従って、本発明を、半導体ウェハの表面に生じるソーマークに適用することで、半導体素子の性能をより顕著に向上させることが可能である。
【００２３】
また、本発明においては、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、前述のように、撮影装置によって撮影される画像においては、半導体ウェハの線状の凹凸（ソーマーク）が存在する部分が明るくなる。すなわち、撮影装置によって撮影される画像においては線状の凹凸（ソーマーク）が線状の模様として現れる。従って、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に平行方向に積算した平行積算値は、線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を含んだ信号となる。一方、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に垂直方向に積算した垂直積算値は、線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を含まない信号となる。
【００２５】
本発明においては、この平行積算値に基づいて、前記線状の凹凸（ソーマーク）を検出またはその大きさを測定するようにしたので、前記線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を積算して拡大することができ、より明確に、線状の凹凸（ソーマーク）を検出しまたは大きさを測定することが可能である。より具体的には、平行積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直な方向についての変動の大きさや、変動の最大値から、線状の凹凸（ソーマーク）の大きさを導出してもよい。
【００２６】
また、平行積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直な方向についての変動の大きさや最大値から、垂直積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に平行な方向についての変動の大きさや最大値を差し引いた値により、線状の凹凸（ソーマーク）の大きさを測定してもよい。これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）による影響と、線状の凹凸（ソーマーク）以外の表面凹凸の影響を含む平行積算値から、線状の凹凸（ソーマーク）以外の表面凹凸の影響を含む垂直積算値を差し引いた値を基礎にすることができるので、より確実に線状の凹凸（ソーマーク）の影響のみを抽出することが可能となる。
【００２７】
また、本発明においては、前記光源装置は前記半導体ウェハの法線方向から見て互いに約９０度異なる方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射する第１光源装置及び第２光源装置からなり、
前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光は、前記第１光源装置および前記第２光源装置のうち、前記ソーマークに垂直方向から光を照射する方の光源装置から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光とするようにしてもよい。
【００２８】
上述のように、線状の凹凸（ソーマーク）と垂直方向から光を照射した場合には、撮影装置で撮影された画像に線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる一方、線状の凹凸（ソーマーク）と平行方向から光を照射した場合には、撮影装置で撮影された画像に線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない。従って、一方向から半導体ウェハに光を照射する場合には、光源装置からの光の照射方向に対して線状の凹凸（ソーマーク）が垂直となるように、半導体ウェハの姿勢を規制する必要がある。このことは、接触式のプローブや非接触式のレーザー変位系を用いた場合にも言えることであるが、作業効率の向上の妨げとなっている。
【００２９】
そこで、本発明においては、半導体ウェハの法線方向から見て互いに９０度角度の異なる２方向に第１光源装置と第２光源装置とを備え、各々の光源装置から照射される光の、線状の凹凸（ソーマーク）による散乱光または反射光を撮影装置で受光し、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直方向から照射した光による画像から、線状の凹凸の検出または大きさの測定を行うこととした。これによれば、半導体ウェハの設置方向を、線状の凹凸（ソーマーク）の方向が一つの光源からの照射光に垂直になるように揃える作業が必要なくなるので、作業効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる２次元的な画像と、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない２次元的な画像とを分離して取得することができるので、線状の凹凸（ソーマーク）と、それ以外の凹凸とを分離して検出または大きさの測定を行うことが可能である。
【００３１】
また、本発明においては、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記線状の凹凸を
検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、従来技術、例えば、接触式のプローブや非接触式のレーザー変位計のプローブに半導体ウェハの表面を走査させるシステムにおいては、半導体ウェハの一部についてのデータで代表して線状の凹凸（ソーマーク）の評価を行っているに過ぎない。従って、半導体ウェハの表面を複数の領域に分割して各々の領域について線状の凹凸（ソーマーク）の検出や大きさの測定を行うためには、各々の領域についてプローブを走査させる必要があり、多くの時間と作業を要する。
【００３３】
これに対し、本発明においては、半導体ウェハの全面を撮影装置で撮影し、その画像から線状の凹凸（ソーマーク）の検出や大きさの測定を行う。従って、データ処理以外の作業の変更なしに、分割された各領域において線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。従って、本発明によれば、より簡単且つ迅速に、半導体ウェハの表面を分割した各々の領域について線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能であり、より詳細な検査結果を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本発明においては、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３５】
ここで、発明者らの研究により、半導体ウェハの上方の撮影装置によって得られた半導体ウェハの表面における散乱光または反射光の強度分布は、半導体ウェハの表面形状の傾きの分布との間に特に強い相関があることが分かった。従って、散乱光または反射光の強度分布をそのまま用いて半導体ウェハの表面の凹凸を評価することで、充分に高精度な評価結果が得られる。さらに、本発明において、散乱光または反射光の強度分布を積分した曲線に基づいて半導体ウェハの表面の凹凸を評価すれば、凹凸の角度の積分値すなわち凹凸の大きさに基づいて評価できるので、半導体ウェハの表面の凹凸の大きさの分布を直接評価することができる。その結果、より直接的により精度よく、半導体ウェハの表面の凹凸を検出し、または凹凸の大きさを測定することができる。なお、この発明は、ソーマーク以外の半導体ウェハの表面の凹凸の検出や測定にも充分適用することができる。
【００３６】
また、その際に、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３７】
そうすれば、光源装置が照射する光の半導体ウェハの表面への入射面と半導体ウェハの表面との交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布をより精度よく得ることができる。また、この分布を前記交線方向に垂直方向に複数求めることで、より精度よく、半導体ウェハの表面の凹凸の２次元的な分布を得ることが可能となる。
【００３８】
また、その際に、複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することとしてもよい。
【００３９】
すなわち、この場合には、複数の半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の１次元的な強度分布より、前記交線方向の平均的な強度分布を導出する。そして、この前記交線方向の平均的な強度分布を積分した曲線を導出することで、半導体ウェハの表面におけ
る前記交線方向の平均的な凹凸の大きさを導出する。これによれば、試料である半導体ウェハの前記交線方向の平均的な凹凸の大きさをより簡単に取得することができ、試料の評価をより簡単、迅速に行うことが可能となる。
【００４０】
また、本発明においては、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００４１】
この発明では、半導体ウェハの表面における散乱光または反射光の２次元的な強度分布またはそれを積分した曲線を周波数分析し、その密度分布を求める。これによれば、例えばソーマークが存在する場合には、ソーマークの分布に係る周波数にピークが立つ筈である。また、他の周波数において密度分布が特に高い場合には、その周波数帯に存在する凹凸が何らかの原因で増加していることになる。このように、本発明によれば、半導体ウェハの表面の凹凸についてより詳細な情報を得ることが可能となる。
【００４２】
また、この場合には、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析するようにしてもよい。
【００４３】
そうすれば、光源装置が照射する光の半導体ウェハの表面への入射面と半導体ウェハの表面との交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布に関する周波数の密度分布を得ることができ、交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布に関するより詳細な情報を得る事が可能となる。また、この密度分布を前記交線方向と垂直方向に複数求めることで、半導体ウェハの表面の凹凸の２次元的な分布に関するより詳細な情報を得ることができる。
【００４４】
さらに、この場合には、複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。すなわち、複数の１次元的な強度分布に関し、前記交線方向について積分して得られる曲線を各々導出し、得られた複数の曲線を周波数分析して得られた複数の密度分布を、さらに平均する。これによれば、試料である半導体ウェハの前記交線方向の平均的な凹凸の大きさの詳細な情報をより簡単に取得することができ、試料の評価をより簡単、迅速に行うことができる。
【００４５】
また、本発明においては、前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、多結晶の半導体ウェハの表面においては、結晶粒による明るさのコントラストが観察されることが知られている。この結晶粒による明るさのコントラストはソーマーク
等の粗さの計測に影響を与えるため、これらを消し去ることで、結晶粒の影響を除いたより正確な半導体ウェハの表面の凹凸に関する情報が得られる。従って、本発明においては、前記散乱光または反射光の強度分布またはそれを積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する強度分布またはそれを積分した曲線を導出する。そして、全体の周波数範囲に相当する散乱光または反射光の強度分布またはそれを積分した曲線から、多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する強度分布またはそれを積分した曲線を除去することとした。これにより、多結晶の結晶粒の影響を受けていない、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度分布または当該分布を積分した曲線を得ることができる。その結果、半導体ウェハの表面の凹凸の検出または凹凸の大きさの測定をより精度よく行うことが可能となる。
【００４７】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されるようにしてもよい。
【００４８】
ここで、本発明は、半導体ウェハからの散乱光または反射光の強度から、線状の凹凸（ソーマーク）を検出または大きさを測定するものであるので、半導体ウェハに照射される照射光の強度は均一であることが望ましい。一方、本発明に使用される光源装置は、半導体ウェハに対して斜めから光を照射するので、半導体ウェハにおいて光源装置により近い部分に対する照射強度がより遠い部分に比較して強くなる傾向がある。
【００４９】
そこで、本発明においては、光源装置が、直線状に構成された光源と、その直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともにその直線と平行方向には放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、その直線と平行方向から見た場合に、光源が反射鏡の放物線の焦点に配置されるようにした。
【００５０】
これによれば、光源は直線状に構成されているので、直線と平行方向には光源装置からの照射光は均一性を維持し易い。一方、光源が反射鏡の放物線の焦点に配置されているので、直線に垂直方向についても、反射鏡により反射される光は放物線の対称線に平行な平行光となる。従って、半導体ウェハに対して斜め方向から光を照射したとしても、半導体ウェハの表面における照射強度のバラツキを抑制することが可能となる。従って、より正確に線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。
【００５１】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されるようにしてもよい。
【００５２】
このことによっても、直線と平行方向には光源装置からの照射光は均一性を維持し易くすることができ、直線に垂直方向についても、反射鏡により反射される光は放物線の対称線に平行な平行光とすることができる。従って、半導体ウェハに対して斜め方向から光を照射したとしても、半導体ウェハの表面における照射強度のバラツキを抑制することができ、より正確に線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。
【００５３】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有するようにしてもよい。
【００５４】
上述のように、光源から照射される照射光は、入射面において平行光であることが要求される。そして、この平行光の平行度は高いほどよい。一方、入射面に垂直な面内では平行度はそれほど要求されない。それは、入射面に垂直な面内ではむしろ多数の出射源からの光が半導体ウェハの表面を均一に照明することが重要となるからである。
【００５５】
そこで、本発明においては、光源装置は、直線状に構成された光源と、光源によって構成された直線と平行方向の軸を有する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、前述の直線（または、第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの軸）と平行な開口部を有するスリットと、光源によって構成された直線と平行方向の軸を有しスリットの開口部に焦点がくるように配置され、スリットを通過した後に拡散した光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、を有することとした。
【００５６】
これによれば、簡単な構成でより確実に、入射面において平行度の高い平行光を得ることができるとともに、入射面に垂直な面内では拡散光の集合からなる照射光を得ることができる。これにより、半導体ウェハの、入射面と半導体ウェハの交線のまわりの傾きの影響を抑えることができ、半導体ウェハの表面の凹凸の検出精度および測定精度を高めることができる。
【００５７】
また、本発明においては、前記光源装置は、
光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有するようにしてもよい。
【００５８】
この場合は、光の照射面が略長方形状となっている光源から照射された光は、第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズによって直線状に集光される。また、その際、焦点部分に開口部を有するスリットによって集光部分の幅が制限される。従って、光源から照射された平行光のみがスリットを通過することができる。さらに、一旦直線状に集光された後に拡散した光は、第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズによって平行光に戻される。
【００５９】
これによれば、光源から照射された光のうちの平行光のみを、スリットで選別することができ、さらに、第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズによって
選別された光を平行光に戻すことで、より正確に平行光束を得ることが可能となる。また、光源は、光の照射面が長方形状となるように構成されるので、より強い光強度を得ることが可能となる。なお、上記の光の照射面の形状は、必ずしも正確な長方形である必要はない。略長方形状は平行四辺形状、菱形状、台形状、楕円状などを含んでいる。
【００６０】
また、本発明においては、光源装置における前記光源はＬＥＤ素子としてもよい。より具体的には、ＬＥＤ素子の点光源を直線状に並べることで光源装置の光源としてもよい。そうすれば、光源をより正確に放物線の焦点に配置することが可能となり、結果としてより確実に、半導体ウェハに対して光を均一に照射することが可能となる。また、光源装置における前記光源は、ＬＥＤからの光を複数の光ファイバの一端に入射し、該複数の光ファイバの他端を直線状に並列させることで構成されるようにしてもよい。そうすれば、光源の配置の自由度を高めることができ、装置全体の構造の簡略化、小型化を促進することができる。また、小径のファイバを用いることで、光源をさらに正確に放物線の焦点に配置することが可能となり、さらに確実に、半導体ウェハに対して光を均一に照射することが可能となる。また、本発明においては、ＬＥＤ素子の点光源を平面状に並べることで光源装置の光源としてもよい。そうすれば、より簡単に光の照射面を略長方形状になるように構成することが可能となる。
【００６１】
また、本発明は、太陽電池用のウェハに対して使用してもよい。一般に太陽電池用のウェハは、電子素子用の半導体ウェハと比較してウェハに求められる精度が緩和されており、ソーマークなどの線状の凹凸がより生じ易い。従って、本発明を太陽電池用のウェハに対して使用することで、より効果的な評価を行うことができる。
【００６２】
また、本発明においては、前記半導体ウェハが載置されるとともに、該半導体ウェハを、前記光源装置が該半導体ウェハの表面に対して斜め方向から光を照射することが可能で且つ前記撮影装置が該半導体ウェハの表面全体を撮影することが可能な位置に導く運搬装置をさらに備え、
インラインで、前記半導体ウェハにおける前記ソーマークを検出し、または該凹凸の大きさを測定することが可能に構成されるようにしてもよい。
【００６３】
そうすれば、数多くの半導体ウェハに対して効率的に表面の線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能である。また、本発明においては、上述のように半導体ウェハの振動の影響が少ないので、半導体ウェハの検査時に運搬装置を停止させる必要性が少なく、工程の時間短縮をすることが可能となる。
【００６４】
また、本発明は、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されたことを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６５】
また、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されたことを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６６】
また、光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状
に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６７】
また、本発明は、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６８】
また、本発明は、半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法であって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から入射面において平行な光を照射し、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影し、
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法であってもよい。
【００６９】
また、その際、前記半導体ウェハの表面の全域に対して照射する光の入射角は７４度以上８５度以下としてもよい。また、前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであってもよい。
【００７０】
また、本発明は、前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７１】
さらに、前記半導体ウェハの法線方向から見て複数の方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射し、
前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。この場合は、前記半導体ウェハの表面に光を照射する方向は、２方向に限られず、３方向以上としてもよい。
【００７２】
これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる２次元的な画像と、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない２次元的な画像とを分離して取得することができるので、線状の凹凸（ソーマーク）と、それ以外の凹凸とを分離して検出または大きさの測定を行うことが可能である。
【００７３】
さらに、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの・BR>U乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記線状の凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７４】
さらに、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７５】
その際に、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７７】
また、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７８】
その際には、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００８０】
また、前記半導体ウェハが多結晶ウェハである場合には、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した積分曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した積分曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００８１】
さらに、前記半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、ＬＥＤによって光を照射する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００８２】
ここで、ＬＥＤは、レーザーほど強くないもののある程度の指向性を有している。また、照射光の光強度分布はレーザーのようにガウシアン分布とならず比較的均一である。従って、ＬＥＤを用いて光を照射することで、簡単な構成でより均一な強度分布を有する光で、半導体ウェハの表面の全域を照射することが可能である。本発明では複数のＬＥＤを並べて用いてもよいことは当然である。
【００８３】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００８４】
本発明にあっては、半導体ウェハ表面に存在するソーマークなどの直線状の凹凸の程度について、容易に短時間で、且つ高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１における半導体ウェハ表面検査システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における半導体ウェハ表面検査システムにおいて取得される画像データの例と、画像における各ポイントの光強度の積算方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例２における半導体ウェハ表面検査システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例２における半導体ウェハ表面検査システムにおける光の照射方向と、取得された画像における各ポイントの光強度の積算方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例３における半導体ウェハ表面検査システムの表示ユニットで表示される、半導体ウェハ表面を９分割した画像の例である。
【図６】本発明の実施例４における光源装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例４における光源装置の別の態様を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例４における光源装置のさらに別の態様を示す概略図である。
【図９】本発明の実施例５における半導体ウェハ表面検査システムの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５における半導体ウェハ表面検査システムの別態様の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６において半導体ウェハに光源から平行光が入射した場合に生じる現象について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例６における半導体ウェハ表面検査システムの概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６における光源装置の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例６における光源装置の第２の態様の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６における光源装置の第３の態様の概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施例７におけるＣＣＤカメラで撮影した半導体ウェハの表面の画像の概略を示す図である。
【図１７】本発明の実施例７における半導体ウェハの表面の凹凸のＰＳＤ及び、凹凸の画像を示す図である。
【図１８】本発明の実施例８における多結晶シリコンウェハの表面全体をＣＣＤカメラで撮影した画像である。
【図１９】本発明の実施例８において、半導体ウェハの表面の凹凸の測定に対する結晶粒の影響を除去する方法を説明するための図である。
【図２０】触針式粗さ測定器による半導体ウェハの表面の凹凸の測定結果である。
【図２１】本発明の実施例９における半導体ウェハ表面検査システムによる半導体ウェハの表面凹凸の測定結果である。
【図２２】本発明の実施例９における半導体ウェハ表面検査システムの較正曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
以下、本発明に係る半導体ウェハ表面検査システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
〔実施例１〕
【００８７】
図１には、本発明の実施例１に係る半導体ウェハ表面検査システム１のブロック図を示す。半導体ウェハ表面検査システム１においては、評価対象である半導体ウェハＷに対し斜めに光を照射する光源装置２が備えられている。この光源装置２には本実施例で青色ＬＥＤ光源が用いられているが、波長は特に限定されない。また、撮影装置としてのＣＣＤカメラ４が、半導体ウェハＷを略垂直上方から撮影可能なように設置されている。ＣＣＤカメラ４には、ＣＣＤカメラ４によって撮影した半導体ウェハＷの画像データを伝送し、半導体ウェハＷの表面における線状の凹凸であるソーマークの凹凸の大きさを導出する演算ユニット６が電気的に接続されている。また、演算ユニット６には、演算ユニット６による検査結果を表示する表示ユニット８が電気的に接続されている。
【００８８】
ここで、半導体ウェハ表面検査システム１におけるソーマークの検査原理について説明する。本実施例における光源装置２は、半導体ウェハＷに対して約１５度の角度から光を照射する。光源装置２から半導体ウェハＷに照射された光の大部分は、半導体ウェハＷにおいて正反射され、半導体ウェハＷの表面から照射角と同等の反射角で出射する。また、照射光の一部分は、半導体ウェハＷの表面におけるソーマークの凹凸に応じて正反射の方向とは異なる角度に乱反射あるいは散乱（以下、「乱反射あるいは散乱」を「散乱等」ともいう。）して、ＣＣＤカメラ４の撮像レンズ４ａに入射される。ＣＣＤカメラ４においては、この光を利用して半導体ウェハＷの表面を撮影し、撮影された画像データを演算ユニット６に伝送する。
【００８９】
演算ユニット６においては、上記の画像データより、半導体ウェハＷの外形寸法、外形の欠けの有無、結晶の欠陥、表面に発生しているクラックなどが検出される。また、半導体のインゴットをワイヤーソーで切断して半導体ウェハを製造する際に、半導体ウェハＷ表面に生じる加工跡としてのソーマークの凹凸の大きさが測定される。その検出結果は、演算ユニット６内のメモリに記憶されるとともに、表示ユニット８において表示される。なお、演算ユニット６及び表示ユニット８はパソコンのシステムにより構成してもよいし、独自に回路及びプログラムを形成することで作製してもよい。
【００９０】
図２には、ＣＣＤカメラ４で撮影された半導体ウェハＷ表面の画像の例を示す。図２（ａ）に示すように、得られた画像においては一方向に向かって発生する輝線が観察される。この輝線は、半導体ウェハＷの表面に存在するソーマークで乱反射または散乱された光に起因するものである。輝線が明るい部分は、照射光が乱反射または散乱される領域が広いこと、すなわち、例えばソーマークによる斜面が広いことを表しており、このことはソーマークの凹凸の大きさと高い相関を有する。なお、本実施例において、ＣＣＤカメラ４で撮影された半導体ウェハＷ表面の画像における輝線の分布は散乱光または反射光の強度分布に相当する。
【００９１】
演算ユニット６においては、半導体ウェハＷについて得られた画像の各ポイントにおけ
る光の強度を画像の上下（垂直）方向（Ｖ方向）と左右（水平）方向（Ｈ方向）について積算し、図２（ｂ）に示すように、各々１次元データ列Ｖ（ｘ）と、Ｈ（ｙ）とする。そして、一次元のデータ列Ｖ（ｘ）とＨ（ｙ）におけるデータ変動の大きさにより、ソーマークの凹凸の大きさを検出する。
【００９２】
より具体的には、図２（ｂ）における、ソーマークの方向と平行方向に光強度を積算した一次元のデータ列Ｖ（ｘ）における最大値と最小値の差、あるいは、各々最大値、最小値から所定の順位のデータ同士の差を基準にしてもよい。そして、予めＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさとソーマークの凹凸の大きさとの関係をマップ化しておき、ソーマークの大きさを当該マップから読み出すことで導出するようにしてもよい。あるいは、Ｖ（ｘ）におけるデータ変動の大きさと予め定められた閾値とを比較して、Ｖ（ｘ）におけるデータ変動の大きさが閾値以上となった際にはＮＧ、閾値以下であればＯＫとする検査結果を出力するようにしてもよい。
【００９３】
また、図２（ｂ）において、ソーマークの方向と垂直方向に光強度を積算したデータ列Ｈ（ｙ）は、ソーマークの凹凸の影響を受けない半導体ウェハＷの表面の粗さに対応したデータ列ということができる。従って、図２（ｂ）におけるＶ（ｘ）のデータ変動の大きさからＨ（ｙ）のデータ変動の大きさを差し引いたものをソーマークの凹凸の大きさに対応するデータとしてもよい。なお、上記において一次元のデータ列Ｖ（ｘ）は平行積算値に相当する。一方、Ｈ（ｙ）は垂直積算値に相当する。
【００９４】
次に、表示ユニット８においては、演算ユニット６で演算・導出された検査結果を表示する。表示項目としては、例えば、生の画像データ、ソーマークの凹凸の大きさあるいはＯＫ、ＮＧの判定を表示する。また、半導体ウェハの外形寸法、外形の欠けの場所、クラック、結晶構造の欠陥なども同時に表示してもよい。
【００９５】
以上、説明したように、本実施例によれば、半導体ウェハＷの表面に斜めから光を照射し、散乱等した光に基づいてＣＣＤカメラ４で画像データを取得するという、簡単な手法で、ソーマークなどの線状の凹凸の大きさを検査、評価することが可能である。また、半導体ウェハＷの表面全体に対して漏れの無い評価を行なうことが可能である。また、ＣＣＤカメラ４の撮像光学系４ａにおける被写界深度を適当に設定することで、システムにおける振動の影響を受けずに検査・評価を遂行することが可能になる。
【００９６】
なお、本実施例における半導体ウェハＷは半導体デバイス用に生成されたものであってもよいし、太陽電池用に生成されたものでもよい。また、本実施例では外形寸法を検査しているので、光源装置２の他に、より広い範囲を強力に照射する補助光源を備えるようにし、この光源からの光を半導体ウェハＷで反射させることで、外形をより鮮明に撮影可能としてもよい。また、本実施例においては撮影装置としてＣＣＤカメラ４を採用したが、これに限るものではなく、分解能が充分であればＣＭＯＳカメラなど他の撮像装置を採用しても構わない。
〔実施例２〕
【００９７】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、半導体ウェハ表面検査システムにおいて、光源を２台使用することにより、より容易にソーマークの凹凸の検査を可能とした例について説明する。
【００９８】
図３には、本実施例に係る半導体ウェハ表面検査システム１０のブロック図を示す。図３においては、図１とは異なり、半導体ウェハＷ、ＣＣＤカメラ４及び光源装置については半導体ウェハＷの法線方向から描いている。本実施例のシステムの実施例１で示したシステムに対する実質的な相違点は、半導体ウェハＷの法線方向から見て、光源装置２と垂
直の方向に、第２の光源装置１２を備えており、光源装置２と垂直の方向から半導体ウェハＷに対して光を照射する点である。
【００９９】
ここで、ソーマークの方向と垂直の方向から光を照射した場合に、図２（ｂ）のＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさが最大になる。これは、この場合にソーマークの側面の斜面において最も確実に照射光が散乱等され、ソーマークの画像をより鮮明に取得することが可能になるからである。一方、ソーマークの方向と平行の方向から光を照射した場合には、照射光がソーマークの凹凸の斜面で乱反射されづらく、ＣＣＤカメラで撮影された画像にはソーマークの影響が出づらい。従って、この場合のＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさは、Ｈ（ｙ）と同じく半導体ウェハの表面におけるソーマーク以外の凹凸の大きさを示すこととなる。
【０１００】
実施例１に示した表面評価システムにおいては、光源装置２が一つしか備えられていないため、半導体ウェハＷの表面の検査を行うためには、半導体ウェハＷを、ソーマークが光源装置２からの光の照射方向に対して、半導体ウェハＷの法線方向から見て垂直方向となるように設置する必要があった。それに対し、本実施例においては、評価対象としての半導体ウェハＷを、ソーマークの方向を気にせずに設置することができるので、半導体ウェハＷの表面検査の作業性をより向上させることが可能である。
【０１０１】
本実施例においては、図３に示すように、光源装置２によって図中の水平方向から光を照射するとともに、光源装置１２によって図中の垂直方向から光を照射している。そして、図４（ａ）に示すように、光源装置２によって光を照射した際に得られた光強度を、水平側に積算して得られた一次元データ列をＨＨ（ｙ）、光源装置２によって光を照射した際に得られた光強度を、垂直側に積算して得られた一次元データ列をＨＶ（ｘ）としている。図４においてはソーマークは、光源装置２からの光の照射方向に垂直に存在しているので、実施例１で説明したと同様に、ＨＶ（ｘ）にはソーマークの凹凸の影響が及ぶので、データ変動の大きさが大きくなっている。
【０１０２】
一方、光源装置１２によって図中垂直方向より光を照射した際に得られた光強度を、水平側に積算して得られた一次元データ列をＶＨ（ｙ）、光源装置１２によって光を照射した際に得られた光強度の分布を、垂直側に積算して得られた一次元データ列をＶＶ（ｘ）としている。この場合には、ソーマークの方向に平行な方向から光を照射しているので、ＣＣＤカメラ４で撮影した画像にはソーマークの影響は出づらい。従って、得られた一次元データ列ＶＨ（ｙ）においてもＶＶ（ｘ）においても、データ変動の大きさは小さくなる。
【０１０３】
このように、本実施例においては、ソーマークの方向と垂直方向から光を照射した場合については、半導体ウェハＷで散乱等された光の強度を水平側に積算して得られた一次元データ列と、垂直側に積算して得られた一次元データ列との間で、データ変動の大きさに大きな差が生じる。一方、ソーマークの方向と平行方向から光を照射した場合については、半導体ウェハＷで散乱等された光の強度を水平側に積算して得られた一次元データ列と、垂直側に積算して得られた一次元データ列との間で、データ変動の大きさに大きな差が生じない。
【０１０４】
従って、本実施例においては、ＨＨ（ｙ）と、ＨＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさを比較し、さらにＶＨ（ｙ）とＶＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさを比較した場合に、比較結果における差が大きくなった方の光源に係るデータ変動の大きさに基づいて、ソーマークの凹凸の大きさを検査するとよい。これによれば、半導体ウェハＷをシステムに設置する際に、ソーマークの方向を揃えるという作業をしなくても、ソーマークの凹凸の大きさを検出することが可能となる。その結果、半導体ウェハの表面検査の作業効率を著
しく向上させることができる。なお、本実施例において光源装置２は第１光源装置に相当し、光源装置１２は第２光源装置に相当する。
〔実施例３〕
【０１０５】
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、半導体ウェハにおいて散乱等した光をＣＣＤカメラで撮影し、その画像データを複数の領域に分割して、各々の領域についてソーマークの凹凸の大きさを検査する例について説明する。
【０１０６】
本実施例における半導体ウェハ表面検査システムのブロック図は、図１に示したものと同様である。すなわち、半導体ウェハＷを水平方向から照射する光源装置２のみが備えられている。但し、図３に示したように半導体ウェハＷに２方向から光を照射するシステムに本実施例を適用しても構わない。
【０１０７】
本実施例においては、ＣＣＤカメラ４で取得した画像データを、演算ユニット６において９箇所の領域に分割する。そして、各々の領域について光強度を水平方向と垂直方向に積算し、ＨＨ（ｙ）、ＨＶ（ｘ）を導出する（本実施例においては、光源装置２が水平方向から半導体ウェハを照射していることから、一次元データ列をこのように命名している）。そして、各々の領域におけるソーマークの凹凸を検査する。図５には、本実施例において表示ユニット８に表示される検査結果の例を示す。
【０１０８】
これによれば、半導体ウェハＷの９分割した領域のうち、いずれの領域においてソーマークの凹凸が大きくなっているかを即座に検出することが可能となり、より精度の高い検査を行なうことが可能となる。なお、接触式または非接触式のプローブに半導体ウェハの表面を走査させる検査システムにおいては、半導体ウェハの表面を分割した場合には、各々の領域にたいしてプローブを走査させなければならないが、本実施例におけるシステムでは、信号処理のみを分割した領域の各々に対して行なえばよいので、より効率的にソーマークの凹凸の検査を行うことが可能である。
〔実施例４〕
【０１０９】
次に、本発明における実施例４について説明する。本実施例においては、半導体ウェハの表面全体をより均一に照らすことが可能な光源の構成について説明する。
【０１１０】
上記の実施例で説明したとおり、本発明においては、半導体ウェハに光源から光を照射し、半導体ウェハの表面の画像をＣＣＤカメラで取得することで、半導体ウェハの表面における各ポイントにおいて散乱等された光の強度を取得する。この場合、半導体ウェハの表面は光源からの照射光によって可能な限り均一に照射される必要がある。それは、照射光の強度にバラツキがある場合には、それが一次元データ列Ｈ（ｙ）、Ｖ（ｘ）の各信号強度に影響を及ぼすからである。従って、まず、光源装置から出射される光の強度分布自体が均一であることが要求される。
【０１１１】
また、図１に示したとおり、本発明においては、光源装置２は半導体ウェハＷの斜め上方から光を照射するため、半導体ウェハＷの表面のうち、より光源に近い領域と、より光源から遠い領域とにおける照射強度の差も小さいことが求められる。従って、光源装置から出射される光が限りなく平行光に近いことが要求される。
【０１１２】
これに対して本実施例においては、直線状に並べた点光源の列を、断面が放物線状の形状とされた反射鏡の放物線の焦点に配置させ、点光源の列からの照射光を放物線状の反射鏡で反射させることにより、平行かつ均一な照射光を生成することとした。
【０１１３】
図６には、本実施例における光源装置２２について示す。図６（ａ）には光源装置２２
の正面図を、図６（ｂ）には光源装置２２の横断面図を示す。図に示すように、光源装置２２には、断面が放物線状である反射鏡２２ｂが備えられている。また、反射鏡２２ｂが形成する放物線の焦点に相当する位置に、白色ＬＥＤ２２ａが、図６（ａ）に示すように、幅方向に並べて配置されている。
【０１１４】
これによれば、点光源である白色ＬＥＤ２２ａの列から照射された光が反射鏡２２ｂで反射され、放物線の対称軸方向の平行光となる。また、光源装置２２の幅方向については、白色ＬＥＤ２２ａを直線状に幅一杯に並べているので、略均一な強度分布を得ることができる。従って、本実施例における光源装置２２によって半導体ウェハＷを照射することで、光源装置２２が半導体ウェハＷに対し斜め方向から照射する構成であっても、照射光の強度をより均一にすることができる。
【０１１５】
なお、本実施例においては点光源として白色ＬＥＤ２２ａを採用したが、点光源の波長分布は白色に限られない。また、必ずしもＬＥＤを用いる必要もない。
【０１１６】
図７には、平行光を得ることができる光源装置の別の態様について示す。図７（ａ）には、シリンドリカルレンズを用いた光源装置３２について示す。この光源装置３２は、光源装置２２と同様に、直線状に並べられた白色ＬＥＤ３２ａを有する。また、白色ＬＥＤ３２ａで構成される直線と平行な軸を有し、且つ軸方向から見た場合に、白色ＬＥＤ３２ａがその焦点に配置されるようにしたシリンドリカルレンズ３２ｂを有する。従って、白色ＬＥＤ３２ａから出射された光は、シリンドリカルレンズ３２ｂを通過して平行光となる。
【０１１７】
このことにより、光源装置３２によって半導体ウェハＷに斜め上方から光を照射する場合にも、光源装置３２に対する距離の相違によって半導体ウェハＷに照射される光が不均一になることを抑制できる。
【０１１８】
図７（ｂ）には、シリンダフレネルレンズを用いた光源装置４２について示す。この場合も、光源装置４２は、直線状に並べられた白色ＬＥＤ４２ａを有する。また、白色ＬＥＤ４２ａで構成される直線と平行な軸を有し、且つ軸方向から見た場合に、白色ＬＥＤ４２ａがその焦点に配置されるようにしたシリンダフレネルレンズ４２ｂを有する。従って、白色ＬＥＤ４２ａから出射された光は、シリンダフレネルレンズ４２ｂを通過して平行光となる。
【０１１９】
次に、図８には、平行光を得ることができる光源装置のさらに別の態様について示す。図８（ａ）には、シリンドリカルレンズを用いた光源装置３７について示す。この光源装置３７は、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａを有する。また、白色ＬＥＤ３７ａで構成される長方形の長辺と平行な軸を有し、円弧面が白色ＬＥＤ３７ａと対向するように配置された第１シリンドリカルレンズ３７ｂを有する。ここで、白色ＬＥＤ３７ａは、図中上下方向に５段に並べられており、紙面に垂直方向には第１シリンドリカルレンズ３７ｂの長さと同等の範囲に亘って並べられている。
【０１２０】
また、第１シリンドリカルレンズ３７ａの焦点において開口部を有するようにスリット３７ｃが設けられている。このスリット３７ｃの開口部は、紙面に垂直方向においては第１シリンドリカルレンズ３７ｂの長さと同等の範囲に亘って設けられている。さらに、第１シリンドリカルレンズ３７ａと焦点を共有し、円弧面が第１シリンドリカルレンズ３７ａと反対側を向くように配置された第２シリンドリカルレンズ３７ｄを有している。
【０１２１】
このような光源装置３７において、個々の白色ＬＥＤ３７ａから照射された光のうち、図中水平方向に進む光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂの円弧面で屈折して第１シリ
ンドリカルレンズ３７ｂの焦点を通過する。そして、第２シリンドリカルレンズ３７ｄに入射し、円弧面で屈折して水平方向に進む。すなわち、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａから照射され水平方向に進む平行光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂによって焦点に集光され、その後発散した後、第２シリンドリカルレンズ３７ｄによって平行光に戻される。
【０１２２】
一方、個々の白色ＬＥＤ３７ａから出射し水平でない方向に進む光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂで屈折した後、焦点は通過せず、スリット３７ｃによって遮断される。このように、本態様における光源装置３７では、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａから照射された平行光のみをスリット３７ｃで選択して、さらに第２シリンドリカルレンズ３７ｄで平行光に戻すことができる。従って、より完全な平行光束を得ることが可能となる。また、光源としての白色ＬＥＤ３７ａを長方形状に並べてより多く用いることで、より強い平行光を得ることが可能となる。
【０１２３】
このことにより、光源装置３７によって半導体ウェハＷに斜め上方から光を照射する場合にも、光源装置３７に対する距離の相違によって半導体ウェハＷに照射される光が不均一になることをより確実に抑制できる。
【０１２４】
図８（ｂ）には、シリンダフレネルレンズを用いた同様の光源装置４７について示す。この場合も、光源装置４７は、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ４７ａを有する。また、白色ＬＥＤ４７ａで構成される長方形の長辺と平行な軸を有し、円弧面が白色ＬＥＤ４７ａと対向するように配置された第１シリンダフレネルレンズ４７ｂを有する。ここで、白色ＬＥＤ４７ａは、図中上下方向に複数段（７段のみ図示）に並べられており、紙面に垂直方向には第１シリンダフレネルレンズ４７ｂの長さと同等の範囲に亘って並べられている。
【０１２５】
また、第１シリンダフレネルレンズ４７ａの焦点において開口部を有するようにスリット４７ｃが設けられている。このスリット４７ｃの開口部は、紙面に垂直方向においては第１シリンダフレネルレンズ４７ｂの長さと同等の範囲に亘って設けられている。さらに、第１シリンダフレネルレンズ４７ｂと焦点を共有し、円弧面が第１シリンダフレネルレンズ４７ａと反対側を向くように配置された第２シリンダフレネルレンズ４７ｄを有している。
【０１２６】
このような光源装置４７においても、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ４７ａから照射された平行光のみをスリット４７ｃで選択して、さらに第２シリンダフレネルレンズ４７ｄで平行光に戻すことができる。従って、より完全な平行光束を得ることが可能となる。また、光源としての白色ＬＥＤ４７ａを長方形状に並べてより多く用いることで、より強い平行光を得ることが可能となる。なお、これらの場合、スリットの開口部の幅を狭くするほど、より完全な平行光束が得られることとなるが、照射光の強度を得難くなる。従って、スリットの開口部の幅は、半導体ウェハＷを照射する際の光強度の均一性と光強度との両方の観点から最適な幅にするとよい。また、光源としては白色ＬＥＤを用いる必要はない。青色ＬＥＤなど波長の異なるＬＥＤを用いてもよいし、直線状または長方形状に形成された蛍光管などを用いてもよい。
【０１２７】
また、図８に示した態様では、白色ＬＥＤを長方形型に並べた態様について説明したが、白色ＬＥＤは、必ずしも長方形状に並べる必要はなく、平行四辺形状、台形状、楕円状などに並べてもよい。
〔実施例５〕
【０１２８】
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例においては、半導体ウェハの表面
検査をインラインで行なえるようにした例について説明する。
【０１２９】
本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０の概略図を図９に示す。本実施例においては、図１に示したシステムに加えて、半導体ウェハＷを光源装置２で照射するとともにＣＣＤカメラ４で撮影可能な位置まで運搬する運搬装置としてのベルトコンベア７を備える。また、ベルトコンベア７に予め定められた間隔で、半導体ウェハＷを自動的に設置するローダ３と、ベルトコンベア７に並べられた半導体ウェハＷを自動的に回収するアンローダ５とを備えている。
【０１３０】
本実施例の半導体ウェハ表面検査システム５０によれば、自動的に多数の半導体ウェハＷに対してソーマークの凹凸の検査を行なうことが可能である。また、図示していないが、ローダ３とアンローダ５の間のラインに他の工程を組み込むことで、より効率的に半導体ウェハＷの検査を行なうことが可能である。特に、本実施例では、半導体ウェハＷの表面の画像を撮影するという動作のみで表面検査が可能であるので、検査時間を短縮化することができる。また、ＣＣＤカメラ４の撮像光学系４ａの被写界深度を適切に設定することで、振動の影響を排除できるので、検査時にベルトコンベア７を停止する必要がなく、全体の工程をより効率的に進めることが可能である。
【０１３１】
図１０には、本実施例における半導体ウェハ表面検査システムの別の態様について示す。本態様は、図３に示したシステムに加えて、半導体ウェハＷを光源装置２と光源装置１２とで照射して画像データを取得するとともにＣＣＤカメラ４で撮影可能な位置まで運搬する運搬装置としてのベルトコンベア７を備える。また、ベルトコンベア７に予め定められた間隔で、半導体ウェハＷを自動的に設置するローダ３と、ベルトコンベア７に並べられた半導体ウェハＷを自動的に回収するアンローダ５とを備えている。
【０１３２】
この態様においては、実施例２で説明したとおり、半導体ウェハＷの設置方向を揃える必要がない。従って、ローダ３に半導体ウェハＷを設置する際にも、ソーマークの方向を揃える必要がない。その結果、さらに効率的に検査工程を実施することが可能である。
【０１３３】
なお、上記の実施例においては、半導体ウェハの表面に生じる線状の凹凸としてソーマークを例にとって説明を行ったが、本発明は、ソーマーク以外の線状の凹凸の検出や、その大きさの測定に対して適用してもよい。例えば、半導体ウェハの製造工程中において表面に生じるスクラッチ傷などにも適用可能である。
〔実施例６〕
【０１３４】
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例では、半導体ウェハの表面からの反射光または散乱光の強度の積分値の分布に基づいて、半導体ウェハの表面の凹凸の大きさを直接検出または測定する例について説明する。
【０１３５】
ここで、改めて、半導体ウェハに光源から平行光が入射した場合に生じる現象について考える。図１１において、半導体ウェハの平均的表面をｘｚ面とし、ｘ軸から角度θだけ傾いた微小表面を強度Ｉ０の平行光で照射する場合を考える。照射光の入射方向はｘ軸に対して角度θ０だけ傾いている。図１１において照射光の入射面はｘｙ面である。照射光の大部分は半導体ウェハの表面において鏡面反射するが、実際にはこの微小表面もさらに微細な粗面により構成されており、各粗面において拡散反射（乱反射あるいは散乱）が生じている。この面が均等拡散面であると仮定すれば、半導体ウェハの表面に垂直なｙ軸方向に向かう光の強度Ｉは、（１）式により与えられる。
【数１】
【０１３６】
ここで、Ｋｄは反射率を表す定数である。（１）式によれば、光源に対して斜めに傾いた平面上における強度に反射率を乗じたものが観測される強度となるようであるが、実際には均等拡散面の性質を規定するランバートの余弦則を考慮し、測光学的な考察が行われた結果として得られたものである。このように、本発明で扱う散乱光または反射光は、半導体ウェハの表面に生じた凹凸の尖鋭なエッジによる散乱というよりは、半導体ウェハの微細な拡散面によって生じるものであり、その拡散面の形状と高い相関を有した情報を含むものである。
【０１３７】
一般に表面粗さによる傾斜角θは十分に小さいと考えられるので、この条件で上式を変形すると、(２)式が得られる。
【数２】
（２）式によれば、ｙ軸方向で得られた光の強度Ｉは半導体ウェハの表面の傾きθの関数となる。（２）式においてθの前の係数にＣＯＳθ０が含まれており、この値が大きいほど表面の傾きに対する感度が大きいことを示している。従ってθ０が小さくなるように、光源からの照射光は半導体ウェハの表面に平行に近い浅い角度で入射することが望ましい。
【０１３８】
さらに、（２）式を変形して以下の（３）式を得ることができる。
【数３】
（３）式より、半導体ウェハの垂直上方に例えばＣＣＤカメラを設置して半導体ウェハの表面の画像を撮影した際に、その散乱光または反射光の強度分布は半導体ウェハの表面形状の傾きの分布を表していることが分かる。
【０１３９】
表面形状をｙ（ｘ）、強度分布をＩ（ｘ）とすれば、θ＝ｄｙ／ｄｘであるから、以下の（４）式を得ることができる。
【数４】
【０１４０】
これをｘ＝０からｘ＝ｔの間で積分すれば、ｘ＝ｔにおける半導体ウェハの表面の大きさを得る事が可能である。従って、半導体ウェハの表面の大きさを表す式として以下の（５）を得ることができる。
【数５】
（５）式において、右辺にはｔに比例する項が現れるが、表面粗さを記述するには、形状の変動分だけを求めればよいので、この項は直線的に変化する分として補正により取り除くことができる。また、この式の中にはいくつかの定数が含まれているが、これらの値は、表面粗さの判っている試験片をこの方法で測定して較正することにより求めることが可能である。
【０１４１】
以上から明確なように、（３）式により、半導体ウェハの垂直上方に例えばＣＣＤカメラを設置して半導体ウェハの表面の画像を撮影した際に、半導体ウェハの表面からの反射光または散乱光の強度分布Ｉ（ｘ）により、半導体ウェハの表面形状の傾きの分布を取得することができる。また、（５）式により、Ｉ（ｘ）を積分することによって、半導体ウェハの表面凹凸の大きさの分布を取得することができる。
【０１４２】
次に、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０の概略構成について図１２を用いて説明する。図１２においては図１とは異なり演算ユニット及び表示ユニットは省略している。上述のように、図１２において、光源装置５２は少なくとも紙面に平行な面内において平行光の出射が可能なＬＥＤ光源である。
【０１４３】
ここで、半導体ウェハ表面検査システム５０において測定感度を向上させるためには前述のとおり、半導体ウェハＷの表面に対してできるだけ浅い角度で平行度が高く、照度の一様な照射光を入射させる必要がある。そのためには光源装置５２と半導体ウェハＷの距離を大きく取った方がよい。このこととシステム全体の大きさとを考慮し、半導体ウェハの検査装置５０では、光源装置５２からの照射光をミラー５３を用いて折り返して半導体ウェハＷに照射する構成とした。
【０１４４】
その際、入射光と半導体ウェハＷの表面との間の角度は５°とした（入射角は８５°）。また、半導体ウェハＷの表面の画像を撮影するＣＣＤカメラ５４としては画像解析の際の横分解能を十分に確保するために画素数の大きなものがよい。本実施例においてはＣＣＤカメラ５４の画素数は、観察視野全体で９６０×９６０画素のものを用いた。カメラレンズ５４ａについては半導体ウェハＷの全体を視野に入れる必要があるが、画像周辺での歪みを避けるため、作動距離が長くなることを犠牲にして焦点距離１２ｍｍのレンズを用いた。
【０１４５】
次に、光源装置５２の詳細な構成について説明する。図１３に光源装置５２の構造を示す。光源装置５２には半導体ウェハＷへの入射面内における平行度は極めて高いことが要求されるが、入射面に垂直な面内では高い平行度は要求されない。それは、表面凹凸の大きさの分布曲線は表面上の所定の直線に沿った断面形状を与えるものであるので、本実施例においては光源装置５３からの照射光の入射面を断面とする形状を重要視するためである。
【０１４６】
また、図１１において半導体ウェハＷの表面がｘ軸の周りにも傾いていた場合には、表面における照射光の照度はその傾きの影響を受けるので、真のｚ軸周りの傾きとは異なった測定結果が得られてしまうおそれがある。しかしながら、光源装置５２からの照射光が、入射面と垂直方向に対して平行でなければ、多数の照射源からの光線が半導体ウェハＷの表面上の１点を照射することになるので、半導体ウェハＷの表面のｘ軸の周りの傾きが
照度に与える影響を抑制できる。本実施例においてはこれらの点を考慮し、光源装置５２の光源５２ａとして、複数のＬＥＤを入射面と垂直方向に一列に並べた線状ＬＥＤ光源５２ａを用いることにした。ＬＥＤの列から出射された光は第１の円筒レンズ５２ｂによりその後ろに置いたスリット５２ｃ上に結像され、その一部はスリット５２ｃを通過した後に再び拡散し、第２の円筒レンズ５２ｄにより平行光とされる。
【０１４７】
第２の円筒レンズ５２ｄを通過した光の、入射面における平行度はスリット５２ｃの幅が狭いほど高くなる。一方、第１の円筒レンズ５２ｂ及び第２の円筒レンズ５２ｄの長手方向（入射面と垂直方向）についてはレンズ効果はないから、個々のＬＥＤからの光は発散する。このようにして入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光となる照射光を形成することができる。ここで、発散光は距離とともにその強度は弱くなるが、ＬＥＤの列の長さが十分長ければ、その中央あたりでは一様な強度となる。また、前述のように光源装置５２と半導体ウェハＷとの距離を十分に大きくすることによって照射光強度の一様性の度合いをさらに向上させることができる。
【０１４８】
なお、本実施例の光源装置５２において第１の円筒レンズ５２ｂは第一シリンドリカルレンズに相当する。第２の円筒レンズ５２ｄは第二シリンドリカルレンズに相当する。また、本実施例においては、光源装置５２を構成する光学素子として、第一シリンドリカルレンズと第二シリンドリカルレンズとを採用しているが、これらに代えて、第一シリンダフレネルレンズと第二シリンダフレネルレンズとを採用してもよいことは当然である。
【０１４９】
次に、光源装置５２の他の態様について説明する。上記した光源装置５２においては、光源５２ａとして、複数のＬＥＤを入射面と垂直方向に一列に並べた線状ＬＥＤ光源５２ａを用いることにした。しかしながら、光源５２ａはこれに限定されるものではなく、例えば図１４に示すような光源５２ｅでもよい。この場合は、光ファイバの束５２ｇの一端に、別途設けた発光素子５２ｈより発光された光を入射し、この光ファイバの束５２ｇの出射側の端部を直線状に一列に並べて光出射部５２ｆを形成している。これによれば、より精度のよい直線状の光源が得られるとともに、発光素子自体の配置に自由度を持たせることが可能となり、装置全体のレイアウトを容易にすることができる。
【０１５０】
また、光源５２ａまたは光源５２ｅから出射した光を、入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光となる照射光とするための光学系は、図１３及び図１４に記載したものに限られない。図１５には、光源５２ｅから出射した光を、シリンドリカルレンズ５２ｋによって、入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光とした例について示す。この構成によれば、より簡単に光源装置５２を構成することができ、装置全体のレイアウトを容易にするとともにコストを低減することが可能となる。
〔実施例７〕
【０１５１】
次に、本発明の実施例７について説明する。本実施例においては、ＣＣＤカメラで撮影した半導体ウェハの画像から表面の凹凸の大きさを取得する際の具体的な信号処理の方法について説明する。本実施例において用いられる半導体ウェハの表面検査システムは、ＣＣＤカメラは画素数が９６０×１２８０画素である点で、図１２に示すものとは異なる。また、本実施例における試料としての半導体ウェハの表面にはソーマークが存在しているものとする。その他の構成は図１２及び図１３に示すものと同等である。本実施例において表面の凹凸の大きさは、半導体ウェハＷの表面と、光源装置５２からの照射光の入射面との交線方向に沿って測定した凹凸の大きさの分布として与えられ、さらに、その分布の統計的特徴を表すパラメータの値をもって表現される。
【０１５２】
図１６には、本実施例における９６０×１２８０画素のＣＣＤカメラで撮影した半導体
ウェハの表面の画像の例を示す。図１６ではソーマークにおいて散乱または反射された光を撮影することで得られた強度分布を模式的に帯で示している。前述の（３）式で示したとおり、この強度の違いがその部分における表面の傾きの違いを表している。なお、図１６では照射光は図中上方から下方に向かって入射している。
【０１５３】
図１６に示す散乱光または反射光の強度分布の画像から表面凹凸の曲線を算出するには、前述の（５）式に従ってＣＣＤ画像上の各画素の列に沿って測定された散乱光または反射光の強度の積分を行う。この結果画像の列数分の表面凹凸の曲線を瞬時に得ることができる。しかし、表面の凹凸は確率的な現象の結果得られるものであるから、本実施例においては、観察領域全体としての表面凹凸の大きさの平均値を数値として与える。以下、その際の２つの具体的方法について説明する。
【０１５４】
第１の方法は、得られた散乱光または反射光の強度のデータを各行ごとに平均化し、それらの値から積分計算を行い、列方向に対する表面凹凸の曲線を得る方法である。こうすることによってソーマーク以外のランダムな表面粗さが平均化され、ソーマークの特徴のみを抽出することができる。そして、得られた表面凹凸の曲線上でのＰＶ値（最大値と最小値の差）としてソーマークの大きさを評価する。これにより、より簡単にソーマークを抽出し、その大きさを測定することが可能である。なお、この場合は、ソーマークの方向は画像の行に平行でなければならない。ソーマークの方向が画像の行の方向からずれている場合には、表面凹凸の曲線は小さく評価されてしまうので注意を要する。
【０１５５】
第２の方法は、Power Spectrum Density（ＰＳＤ）を求める方法である。この場合は表面凹凸の曲線についてフーリエ変換を用いて周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布を求める。具体的には、得られた散乱光または反射光の強度のデータについて、全列の中から適当な数の列をサンプリングし、それらの全てに対して列方向の積分を行い、各々について表面凹凸の曲線を導出する。そして、導出された曲線の各々についてＰＳＤを計算し、さらに各列について得られたＰＳＤを平均化する。
【０１５６】
ＰＳＤ曲線は一つではバラツキが大きく、その特徴を知るのは難しいが、本実施例のように最大全列数分のＰＳＤ曲線の平均を取ることで、滑らかな曲線を得ることができる。また、この方法によれば、周波数領域での平均を取るのであるから、第１の方法のように実空間での平均を取る場合とは異なり、ソーマークが列の方向からずれている場合でも影響を受けない。また、ワイヤーソーを往復させてカッティングするような加工法では、しばしば周期的なソーマークが観察されるが、本実施例において得られるＰＳＤではその周期のところでピークが立つので、ソーマークをより容易に検出することができる。
【０１５７】
図１７には、ソーマークを含む半導体ウェハの表面から得られたＰＳＤ曲線の例を示す。図１７（ａ）には得られたＰＳＤ曲線を、図１７（ｂ）には測定した半導体ウェハの表面写真を示す。図１７（ａ）において、周波数３．７（１／ｍｍ）にソーマークに起因するピークを確認することができる。また、７．４（１／ｍｍ）、１１．１（１／ｍｍ）のあたりに倍波のピークが表れている。また、図１７（ｂ）においては、１０ｍｍの長さの中に、３７本程度のソーマークを観察することができる。この場合、ソーマークの間隔は０．２７ｍｍ程度となる。なお、本実施例においては、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度のデータをサンプリングし、それらに対して列方向の積分を行うことで導出された曲線の各々についてＰＳＤを計算した。しかしながら、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度のデータをサンプリングし、その曲線の各々について積分をすることなくＰＳＤを計算することによっても、ソーマークの周期のところでピークが立つので、本実施例と同様ソーマークを容易に検出することができる。
〔実施例８〕
【０１５８】
次に、本発明の実施例８について説明する。本実施例においては、多結晶の半導体ウェハの表面凹凸の大きさの測定において、結晶粒の影響を除去して測定精度を向上させる方法について説明する。
【０１５９】
図１８は多結晶シリコンウェハの表面全体のＣＣＤ画像である。図１８において照射光は上方から下方に入射しており、また、ソーマークも上方から下方に流れているので、ソーマークの像は観察されていない。一方で、図においては多くの結晶粒がその方位を反映して明暗の差として観察されている。なお、図１８には多結晶シリコンウェハの寸法が併記されている。本実施例における多結晶シリコンウェハは略正方形であり、一辺の長さは約１５６ｍｍである。
【０１６０】
上記のような多結晶シリコンウェハにおいては、結晶粒による明るさのコントラストはソーマーク等による表面凹凸の測定に影響を与えるため、これらを除去する必要がある。図１９は、この方法について説明するための図である。図１９（ａ）に示す曲線は実施例７で説明した第１の方法によって導出した、多結晶シリコンウェハの表面における散乱光または反射光の列方向の強度分布曲線である。図１９（ｂ）に示す曲線は、１９（ａ）に示す曲線をフーリエ変換し、その中で長周期を持つと考えられる結晶粒による成分のみを足し合わせた上で逆フーリエ変換することで得られた曲線である。ここで、図１７と図１８とを比較すれば明らかなように、ソーマークの間隔と結晶粒の大きさとの間には顕著な差がある。従って、結晶粒による成分を抽出する際のカットオフ周波数としては、結晶粒の空間周波数とソーマークの空間周波数の間の周波数を適宜選ぶことが可能である。なお、本実施例において１９（ｂ）に示す曲線が第２の強度分布曲線に相当する。
【０１６１】
次に、１９（ａ）に示す曲線と１９（ｂ）に示す曲線との差をとり、図１９（ｂ）の曲線の値で除することで、図１７（ｃ）に示す曲線を導出する。具体的には、（６）式のような演算を行う。
【数６】
ここで、Ｉ０は、１９（ａ）に示す各ポイントにおける散乱光または反射光の強度、ＩＧは、１９（ｂ）に示す各ポイントにおける散乱光または反射光の強度である。図１９（ｃ）に示す曲線は、（６）式で算出されたＩの分布、すなわち、結晶粒による明るさのコントラストを除去した表面凹凸のみによる強度分布を表している。この曲線は本実施例において第３の強度分布に相当する。これを前述の（５）式に従って積分することにより、図１９（ｄ）に示す表面凹凸の大きさを示す曲線が得られた。
【０１６２】
以上、説明したように、本実施例によれば、多結晶のシリコンウェハにおいて、結晶粒による明るさのコントラストの影響を除去し、より正確に、半導体ウェハの表面凹凸の曲線を得ることができる。
【０１６３】
なお、本実施例においては、図１９（ａ）に示す多結晶シリコンウェハの表面における散乱光または反射光の列方向の強度分布曲線と、図１９（ｂ）に示す、結晶粒による成分を抽出した強度分布曲線とから、図１９（ｃ）に示す曲線を導出し、それを積分することで図１９（ｄ）に示す表面凹凸の大きさを示す曲線を得た。しかしながら、図１９（ａ）に示す強度分布曲線を積分して得られる曲線と、図１９（ｂ）に示す強度分布曲線を積分して得られる曲線とから、（６）式による演算を行って、結晶粒による明るさのコントラストを除去した表面凹凸の大きさを示す曲線を導出しても構わない。
【０１６４】
なお、本実施例において、図１９（ｃ）または図１９（ｄ）に示す曲線は第３の強度分
布曲線に相当する。また、図１９（ａ）に示す強度分布曲線と、図１９（ｂ）に示す強度分布曲線とから（６）式を用いて、図１９（ｃ）に示す曲線を導出する過程は、散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、散乱光または反射光の強度分布曲線から第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで第３の強度分布曲線を得ることに相当する。
【０１６５】
また、本実施例において、散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、散乱光または反射光の強度分布曲線から第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで第３の強度分布曲線を得る過程は、上記に示したものには限定されない。図１９（ａ）に示す強度分布曲線から、図１９（ｂ）に示す結晶粒による成分の影響を除去できる演算であれば、（６）式以外の式によって演算しても構わない。
〔実施例９〕
【０１６６】
次に、実施例９について説明する。本実施例においては、前述の（５）式における定数を、較正曲線によって導出する方法について説明する。なお、本実施例において用いた半導体ウェハの表面検査システムは、図１２に示したものと同等である。
【０１６７】
半導体ウェハの表面凹凸の大きさを導出するための（５）式にはいくつかの定数が含まれている。特に反射係数Ｋｄの値は反射面によって変化するので具体的な値は判っていない。しかし、特定の半導体ウェハ表面検査システムに対してその値が一定であるとすれば、他の方法で求めた半導体ウェハの表面凹凸の曲線と比較することによって装置関数としての反射係数Ｋｄを求めることができる。その際の較正方法について述べる。
【０１６８】
表面凹凸の曲線測定のための標準計測器として触針式粗さ測定器であるミツトヨ製の表面粗さ測定器ＳＪ−２１０を用いた。このＳＪ−２１０によって、半導体ウェハの表面の長さ１６ｍｍの領域について表面粗さを測定した。図２０（ａ）にその結果を示す。この測定器の横分解能は１．５μｍであり、本実施例における半導体ウェハの表面検査システム５０のＣＣＤカメラ５４の画素数から求まる分解能１９０μｍを大きく上回っており、細かな周波数成分も計測されていることが分かる。
【０１６９】
本実施例においては、図２０（ａ）で得られた表面凹凸の曲線を、図２０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、フーリエ変換を用いて短周期と長周期の成分に分離した。図２０（ｂ）は短周期の成分を示しており、図２０（ｃ）は長周期の成分を示している。このうち、長周期成分に相当する図２０（ｃ）に示す表面凹凸の曲線が、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０により得られる結果に対応している。次に、図２１には、図２０の測定がなされた場所と同じ場所を本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０で測定した結果を示す。ただし、本システムは広さを持った面上での測定を特徴としているため、計測領域は長さ１６ｍｍ、幅８ｍｍの長方形である点で、図２０に示した結果とは条件が異なる。また、図２１における縦軸の単位はｃｏｕｎｔ・μｍとなっているが、これは光の強度はＣＣＤ出力のｃｏｕｎｔで、積分を行う長さの単位をμｍで表したためである。
【０１７０】
図２０（ｃ）と図２１の曲線とは完全に一致していないが、この差は前述のように図２０（ｃ）は唯一の直線上における測定値であり、図２１は一定の幅を有する領域における平均値であることによると考えられる。
【０１７１】
以上、２つの計測器による半導体ウェハの表面凹凸の曲線の測定結果を示したが、同様
の測定を粗さの異なる種々の半導体ウェハに対して実施し、その結果から図２２に示した較正曲線を得た。図の縦軸は触針式測定器ＳＪ−２１０によるＰＶ値であり、横軸は本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０によるＰＶ値を表している。これらの測定値の中で、比較的大きなものは顕著なソーマークが見られるサンプルについて、小さなものはソーマークが見られないか、ソーマークに平行に粗さを測定したものである。
【０１７２】
また、半導体ウェハとしては単結晶のウェハと多結晶のウェハとが混在しており、単結晶のウェハについては平均的に多結晶のウェハと比較してＰＶ値が小さく出た。このように粗さの異なる試料であっても、２つの測定法によるＰＶ値は高い相関を示した。最小二乗法で直線近似を行うとその傾きは平均値が０．２３２、標準偏差が０．００９であり、この値を用いて反射係数Ｋｄなどの装置係数を求めることができた。以上の結果から、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０は信頼性が高く、十分に実用に耐える性能を有していることが立証された。
〔実施例１０〕
【０１７３】
次に、本発明の実施例１０について説明する。前述の（３）式において、照射光の傾き角θ０の大きさについて、その値が小さいほど、半導体ウェハの表面の傾きに対する測定感度が大きくなることを示したが、本実施例においては照射光の傾き角θ０の属するべき範囲について説明する。
【０１７４】
まず、θ０が属するべき範囲の最小値について考える。θ０が、半導体ウェハの表面の凹凸に対して小さすぎる場合には、凹凸の頂点の後側に照射光の影が生じ、計測できなくなるおそれがある。すなわち、θ０は半導体ウェハの表面凹凸の曲線の傾きの最大値以上である必要がある。現在用いているＣＣＤカメラ５４の横分解能は実施例９で示したように１９０μｍであり、一方、半導体ウェハの表面凹凸の最大値は図２２に示したとおり１６μｍ程度であるから、傾きに換算すると４．８°となる。したがって、θ０が属するべき範囲の最小値は５°とするのが妥当である。
【０１７５】
次に、θ０が属するべき範囲の最大値について考える。図２２の結果を見ると、データ点は平均値の周りにばらついているが、その大きさは傾きの平均値０．２３２に対して標準偏差で０．００９となり、その比をとれば０．０３８７となる。いま、θ０の値を０から大きくしていった場合、角度の測定感度は1からＣＯＳθ０の余弦曲線を描いて悪化す
るが、その値の限界として上で求めた値を用いることは妥当である。すなわち、θ０の限界値は、ＣＯＳθ０＝１−０．０３８７＝０．９６１３によって与えられる。これを解くことによってθ０が属するべき範囲の最大値θ０の値として１６°を得ることができる。以上のように、本実施例における半導体ウェハ表件検査システム５０においては、照射光の半導体ウェハの表面に対する傾きが属する範囲として、５°以上１６°以下の範囲（入射角が７４°以上８５°以下）を得た。照射光の半導体ウェハの表面に対する傾きを上記範囲内とすることで、より精度よく充分な感度を有する測定が可能となる。
【０１７６】
上記においては、θ０が属するべき範囲として具体的な値を示したが、これらの値は対象とする半導体ウェハの種類や測定装置の性能などによって左右される場合がある。従って、次に、θ０が属するべき範囲をより一般的な表現として求める。
【０１７７】
測定された表面の凹凸の大きさ（ＰＶ値）ＲＰＶはその定義からも判るように統計的なバラツキを伴っている。さらに、そのバラツキの中にはシステムの測定誤差も含まれている。このことも考慮して全測定データから得られる平均値を（ＲＰＶ）ave、最大値を（
ＲＰＶ）max、標準偏差を（ＲＰＶ）devとする。また、ＣＣＤの１画素に対応する半導体ウェハ上の長さをｄとして、上述と同様の考え方に沿えば、θ０の属するべき範囲は（７）式のように表わすことができる。
【数７】
すなわち、半導体ウェハ表件検査システム５０において（７）式が成立する範囲にθ０が属するように、光源装置５２からの照射光の角度を調整することで、より精度よく高感度な測定が可能となる。
【符号の説明】
【０１７８】
１、１０、５０、６０・・・半導体ウェハ表面検査システム
２、１２、２２・・・光源装置
３・・・ローダ
４、５４・・・ＣＣＤカメラ
４ａ、５４ａ・・・撮像レンズ
５・・・アンローダ
６・・・演算ユニット
７・・・ベルトコンベア
８・・・表示ユニット
３２、３７、４２、４７、５２・・・光源装置
５３・・・ミラー
Ｗ・・・半導体ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの表面に光を照射し、半導体ウェハ表面からの反射光または散乱光を検出し、半導体ウェハ表面の、線状の溝等の微細な凹凸を検出しまたは、凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システム及び表面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子や太陽電池の製造用の半導体ウェハは、インゴットの生成後、ワイヤーソーなどでインゴットをスライスすることによって製造されることが多い。インゴットを半導体ウェハにスライスする際のワイヤーソーなどの加工跡は、半導体ウェハ表面の直線状の凹凸となる。このような表面の凹凸の程度が大きいと、例えば太陽電池の場合には光エネルギーの電気エネルギーへの変換効率が低下したり寿命が短くなるなどの不都合の原因となることが知られている。
【０００３】
従って、半導体ウェハの製造工程においては、半導体ウェハの表面の線状の凹凸（以下、ソーマークともいう。）を含めた凹凸について検査し、凹凸の大きさが許容範囲を超えたものについて除去する必要がある。従来、ソーマークなどの凹凸の大きさの評価方法としては、人が目視で評価する方法、接触式の表面粗さ計で計測する方法、レーザー変位計で計測する方法などがあった。
【０００４】
しかしながら、人が目視で評価する方法の場合には、合否の判定基準が曖昧で評価の精度が低いという問題があった。また、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計を用いてソーマークの凹凸の大きさを測定する場合には、必ず、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計のプローブを半導体ウェハの表面上を走査させねばならず、表面全体を検査するには多くの時間が必要である不都合があった。また、検査時間の時間短縮のために走査領域を狭くすると半導体ウェハ全体を検査することが不可能となり検査自体の精度が低下する不都合があった。
【０００５】
さらに、製造工程において、接触式の表面粗さ計やレーザー変位計を用いてソーマークなどの凹凸の大きさを測定する場合には、振動の影響を受けやすいので、工程を停止するなどして振動を抑制する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６５２３４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０８１１号公報
【特許文献３】特開２００２−３４０５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、半導体ウェハの表面に存在するソーマークなどの凹凸の大きさについて、短時間かつ容易に検査可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、半導体ウェハの表面の全域に斜め方向から、少なくとも入射面において平行な光を照射し、撮影装置で半導体ウェハ全体を撮影することで、半導体ウェハの各部分からの前記照射光の反射光または散乱光の２次元的な強度分布を検出し、この強度
分布に基づいて、前記半導体ウェハの表面における凹凸を検出またはその大きさを測定することを最大の特徴とする。
【０００９】
より詳しくは、半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システムであって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、入射面において平行な光を照射する光源装置と、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影する撮影装置と、を備え、
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする。
【００１０】
半導体ウェハの表面に対して斜めから光を照射した場合には、表面に凹凸があった場合に、照射光の大部分は入射角と同等の出射角で正反射する。一方、照射光の一部は凹凸によって散乱し、または凹凸表面において乱反射することで撮影装置の光学系に入射する。これにより、撮影装置（撮像装置を含む）によって撮影される半導体ウェハ表面の２次元的（平面的）な画像においては、半導体ウェハの表面において凹凸が存在する部分の光強度が高くなる。従って、当該画像における反射光または散乱光の２次元的な強度分布は、半導体ウェハの表面における凹凸の大きさの分布と高い相関を有する。
【００１１】
本発明においてはこの原理を利用して、カメラで半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、散乱光または反射光の強度分布に基づいて、半導体ウェハの表面における凹凸を検出しまたはその大きさを測定することとした。
【００１２】
これによれば、接触式の表面粗さ計のプローブや、非接触式のレーザー変位計のプローブを、半導体ウェハに対して走査させる工程を伴わずに容易に半導体ウェハの表面における凹凸を検出またはその大きさを測定することが可能となる。また、本発明に係るシステムにおいては、検査のために必要となる可動部がないため、システムの信頼性及び耐久性を高めることが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明においては、撮影装置の光学系の被写界深度を適切に設定することで、半導体ウェハの振動の影響を除去することができ、従来技術のように、半導体ウェハ表面の検査の際に、半導体ウェハの移動を停止して振動の減少を待つなどの必要がなくなり、作業効率を向上させることが可能である。また、振動の抑制のための特別な部品を省略することが可能となるのでコストの低減が可能となる。
【００１４】
また、本発明においては、光源装置は、半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から光を照射すればよく、照射位置の精密な調整などが不要である。従って、光源装置の構成が簡略化されコストを低減することが可能である。なお、光源装置は、半導体ウェハの表面の全域をできる限り均一に照射できるものが好ましい。
【００１５】
なお、本発明においては、前記光源装置が照射する光は、前記半導体ウェハの表面への入射面において平行な光である。この理由は以下のとおりである。
【００１６】
発明者らの研究により、撮影装置で半導体ウェハの表面の全域を撮影することで得られる散乱光または反射光の強度は、照射光の入射角に依存していることが分かった。従って、少なくとも半導体ウェハの表面への入射面において照射光を平行光とすることにより、半導体ウェハの表面に対する照射光の入射角を一様に揃えることができ、撮影装置で撮影することで得られた散乱光または反射光の２次元的な強度分布が、半導体ウェハの表面における凹凸により強い相関を持つようにすることができる。これにより、半導体ウェハの
表面凹凸の検出精度または、凹凸の大きさの測定精度をより高くすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射角は７４度以上８５度以下であるようにするとよい。
【００１８】
ここで、発明者らの研究により、撮影装置で半導体ウェハの表面の全域を撮影することで得られる散乱光または反射光の強度は、照射光の入射角が９０度に近いほど、換言すると、照射光が半導体ウェハの表面に浅い角度で入射するほど、凹凸（の角度）に対する感度が高くなることが分かった。従って、本発明においては照射光の入射角は９０度に近いほどよいことになる。
【００１９】
しかしながら、入射角が大きすぎる（照射光と半導体ウェハの表面とのなす角度が小さすぎる）場合には、凹凸の頂点の後ろ側に影が生じてしまい、凹凸の正確な測定が困難になる場合がある。また、入射角が小さすぎる（照射光と半導体ウェハの表面とのなす角度が大きすぎる）場合には、感度の低下が著しくなり、やはり、凹凸の正確な測定が困難になる場合がある。そこで、本発明においては、照射光の半導体ウェハへの入射角を７４度以上８５度以下とした。これにより、半導体ウェハの表面における凹凸をより高精度で検出し、または凹凸の大きさを高精度で測定することが可能となる。また、上記のように、半導体ウェハの表面に照射光を浅い角度で入射することで、半導体ウェハが、入射面と半導体ウェハの交線のまわりに傾いたとしても、当該傾きの、凹凸の検出精度に対する影響を抑制することが可能となる。
【００２０】
また、本発明が適用される、前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの切断時に表面に生じる線状の凹凸（ソーマーク）としてもよい。
【００２１】
前述のように、半導体素子や太陽電池の製造用の半導体ウェハは、インゴットの生成後、ワイヤーソーなどでインゴットをスライスすることによって製造されることが多い。そして、インゴットを半導体ウェハにスライスする際に生じるワイヤーソーによる直線状の凹凸（ソーマーク）が大きいと、例えば太陽電池の場合には光エネルギーの電気エネルギーへの変換効率が低下したり寿命が短くなるなどの不都合の原因となる。
【００２２】
従って、本発明を、半導体ウェハの表面に生じるソーマークに適用することで、半導体素子の性能をより顕著に向上させることが可能である。
【００２３】
また、本発明においては、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００２４】
ここで、前述のように、撮影装置によって撮影される画像においては、半導体ウェハの線状の凹凸（ソーマーク）が存在する部分が明るくなる。すなわち、撮影装置によって撮影される画像においては線状の凹凸（ソーマーク）が線状の模様として現れる。従って、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に平行方向に積算した平行積算値は、線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を含んだ信号となる。一方、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記線状の凹凸（ソーマーク）に垂直方向に積算した垂直積算値は、線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を含まない信号となる。
【００２５】
本発明においては、この平行積算値に基づいて、前記線状の凹凸（ソーマーク）を検出またはその大きさを測定するようにしたので、前記線状の凹凸（ソーマーク）による、散乱光または反射光の強度の変動を積算して拡大することができ、より明確に、線状の凹凸（ソーマーク）を検出しまたは大きさを測定することが可能である。より具体的には、平行積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直な方向についての変動の大きさや、変動の最大値から、線状の凹凸（ソーマーク）の大きさを導出してもよい。
【００２６】
また、平行積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直な方向についての変動の大きさや最大値から、垂直積算値の、線状の凹凸（ソーマーク）に平行な方向についての変動の大きさや最大値を差し引いた値により、線状の凹凸（ソーマーク）の大きさを測定してもよい。これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）による影響と、線状の凹凸（ソーマーク）以外の表面凹凸の影響を含む平行積算値から、線状の凹凸（ソーマーク）以外の表面凹凸の影響を含む垂直積算値を差し引いた値を基礎にすることができるので、より確実に線状の凹凸（ソーマーク）の影響のみを抽出することが可能となる。
【００２７】
また、本発明においては、前記光源装置は前記半導体ウェハの法線方向から見て互いに約９０度異なる方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射する第１光源装置及び第２光源装置からなり、
前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光は、前記第１光源装置および前記第２光源装置のうち、前記ソーマークに垂直方向から光を照射する方の光源装置から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光とするようにしてもよい。
【００２８】
上述のように、線状の凹凸（ソーマーク）と垂直方向から光を照射した場合には、撮影装置で撮影された画像に線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる一方、線状の凹凸（ソーマーク）と平行方向から光を照射した場合には、撮影装置で撮影された画像に線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない。従って、一方向から半導体ウェハに光を照射する場合には、光源装置からの光の照射方向に対して線状の凹凸（ソーマーク）が垂直となるように、半導体ウェハの姿勢を規制する必要がある。このことは、接触式のプローブや非接触式のレーザー変位系を用いた場合にも言えることであるが、作業効率の向上の妨げとなっている。
【００２９】
そこで、本発明においては、半導体ウェハの法線方向から見て互いに９０度角度の異なる２方向に第１光源装置と第２光源装置とを備え、各々の光源装置から照射される光の、線状の凹凸（ソーマーク）による散乱光または反射光を撮影装置で受光し、線状の凹凸（ソーマーク）に垂直方向から照射した光による画像から、線状の凹凸の検出または大きさの測定を行うこととした。これによれば、半導体ウェハの設置方向を、線状の凹凸（ソーマーク）の方向が一つの光源からの照射光に垂直になるように揃える作業が必要なくなるので、作業効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる２次元的な画像と、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない２次元的な画像とを分離して取得することができるので、線状の凹凸（ソーマーク）と、それ以外の凹凸とを分離して検出または大きさの測定を行うことが可能である。
【００３１】
また、本発明においては、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記線状の凹凸を
検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、従来技術、例えば、接触式のプローブや非接触式のレーザー変位計のプローブに半導体ウェハの表面を走査させるシステムにおいては、半導体ウェハの一部についてのデータで代表して線状の凹凸（ソーマーク）の評価を行っているに過ぎない。従って、半導体ウェハの表面を複数の領域に分割して各々の領域について線状の凹凸（ソーマーク）の検出や大きさの測定を行うためには、各々の領域についてプローブを走査させる必要があり、多くの時間と作業を要する。
【００３３】
これに対し、本発明においては、半導体ウェハの全面を撮影装置で撮影し、その画像から線状の凹凸（ソーマーク）の検出や大きさの測定を行う。従って、データ処理以外の作業の変更なしに、分割された各領域において線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。従って、本発明によれば、より簡単且つ迅速に、半導体ウェハの表面を分割した各々の領域について線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能であり、より詳細な検査結果を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本発明においては、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３５】
ここで、発明者らの研究により、半導体ウェハの上方の撮影装置によって得られた半導体ウェハの表面における散乱光または反射光の強度分布は、半導体ウェハの表面形状の傾きの分布との間に特に強い相関があることが分かった。従って、散乱光または反射光の強度分布をそのまま用いて半導体ウェハの表面の凹凸を評価することで、充分に高精度な評価結果が得られる。さらに、本発明において、散乱光または反射光の強度分布を積分した曲線に基づいて半導体ウェハの表面の凹凸を評価すれば、凹凸の角度の積分値すなわち凹凸の大きさに基づいて評価できるので、半導体ウェハの表面の凹凸の大きさの分布を直接評価することができる。その結果、より直接的により精度よく、半導体ウェハの表面の凹凸を検出し、または凹凸の大きさを測定することができる。なお、この発明は、ソーマーク以外の半導体ウェハの表面の凹凸の検出や測定にも充分適用することができる。
【００３６】
また、その際に、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００３７】
そうすれば、光源装置が照射する光の半導体ウェハの表面への入射面と半導体ウェハの表面との交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布をより精度よく得ることができる。また、この分布を前記交線方向に垂直方向に複数求めることで、より精度よく、半導体ウェハの表面の凹凸の２次元的な分布を得ることが可能となる。
【００３８】
また、その際に、複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することとしてもよい。
【００３９】
すなわち、この場合には、複数の半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の１次元的な強度分布より、前記交線方向の平均的な強度分布を導出する。そして、この前記交線方向の平均的な強度分布を積分した曲線を導出することで、半導体ウェハの表面におけ
る前記交線方向の平均的な凹凸の大きさを導出する。これによれば、試料である半導体ウェハの前記交線方向の平均的な凹凸の大きさをより簡単に取得することができ、試料の評価をより簡単、迅速に行うことが可能となる。
【００４０】
また、本発明においては、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００４１】
この発明では、半導体ウェハの表面における散乱光または反射光の２次元的な強度分布またはそれを積分した曲線を周波数分析し、その密度分布を求める。これによれば、例えばソーマークが存在する場合には、ソーマークの分布に係る周波数にピークが立つ筈である。また、他の周波数において密度分布が特に高い場合には、その周波数帯に存在する凹凸が何らかの原因で増加していることになる。このように、本発明によれば、半導体ウェハの表面の凹凸についてより詳細な情報を得ることが可能となる。
【００４２】
また、この場合には、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析するようにしてもよい。
【００４３】
そうすれば、光源装置が照射する光の半導体ウェハの表面への入射面と半導体ウェハの表面との交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布に関する周波数の密度分布を得ることができ、交線方向についての半導体ウェハの表面の凹凸の１次元的な分布に関するより詳細な情報を得る事が可能となる。また、この密度分布を前記交線方向と垂直方向に複数求めることで、半導体ウェハの表面の凹凸の２次元的な分布に関するより詳細な情報を得ることができる。
【００４４】
さらに、この場合には、複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。すなわち、複数の１次元的な強度分布に関し、前記交線方向について積分して得られる曲線を各々導出し、得られた複数の曲線を周波数分析して得られた複数の密度分布を、さらに平均する。これによれば、試料である半導体ウェハの前記交線方向の平均的な凹凸の大きさの詳細な情報をより簡単に取得することができ、試料の評価をより簡単、迅速に行うことができる。
【００４５】
また、本発明においては、前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００４６】
ここで、多結晶の半導体ウェハの表面においては、結晶粒による明るさのコントラストが観察されることが知られている。この結晶粒による明るさのコントラストはソーマーク
等の粗さの計測に影響を与えるため、これらを消し去ることで、結晶粒の影響を除いたより正確な半導体ウェハの表面の凹凸に関する情報が得られる。従って、本発明においては、前記散乱光または反射光の強度分布またはそれを積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する強度分布またはそれを積分した曲線を導出する。そして、全体の周波数範囲に相当する散乱光または反射光の強度分布またはそれを積分した曲線から、多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する強度分布またはそれを積分した曲線を除去することとした。これにより、多結晶の結晶粒の影響を受けていない、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度分布または当該分布を積分した曲線を得ることができる。その結果、半導体ウェハの表面の凹凸の検出または凹凸の大きさの測定をより精度よく行うことが可能となる。
【００４７】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されるようにしてもよい。
【００４８】
ここで、本発明は、半導体ウェハからの散乱光または反射光の強度から、線状の凹凸（ソーマーク）を検出または大きさを測定するものであるので、半導体ウェハに照射される照射光の強度は均一であることが望ましい。一方、本発明に使用される光源装置は、半導体ウェハに対して斜めから光を照射するので、半導体ウェハにおいて光源装置により近い部分に対する照射強度がより遠い部分に比較して強くなる傾向がある。
【００４９】
そこで、本発明においては、光源装置が、直線状に構成された光源と、その直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともにその直線と平行方向には放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、その直線と平行方向から見た場合に、光源が反射鏡の放物線の焦点に配置されるようにした。
【００５０】
これによれば、光源は直線状に構成されているので、直線と平行方向には光源装置からの照射光は均一性を維持し易い。一方、光源が反射鏡の放物線の焦点に配置されているので、直線に垂直方向についても、反射鏡により反射される光は放物線の対称線に平行な平行光となる。従って、半導体ウェハに対して斜め方向から光を照射したとしても、半導体ウェハの表面における照射強度のバラツキを抑制することが可能となる。従って、より正確に線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。
【００５１】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されるようにしてもよい。
【００５２】
このことによっても、直線と平行方向には光源装置からの照射光は均一性を維持し易くすることができ、直線に垂直方向についても、反射鏡により反射される光は放物線の対称線に平行な平行光とすることができる。従って、半導体ウェハに対して斜め方向から光を照射したとしても、半導体ウェハの表面における照射強度のバラツキを抑制することができ、より正確に線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能となる。
【００５３】
また、本発明においては、前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有するようにしてもよい。
【００５４】
上述のように、光源から照射される照射光は、入射面において平行光であることが要求される。そして、この平行光の平行度は高いほどよい。一方、入射面に垂直な面内では平行度はそれほど要求されない。それは、入射面に垂直な面内ではむしろ多数の出射源からの光が半導体ウェハの表面を均一に照明することが重要となるからである。
【００５５】
そこで、本発明においては、光源装置は、直線状に構成された光源と、光源によって構成された直線と平行方向の軸を有する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、前述の直線（または、第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの軸）と平行な開口部を有するスリットと、光源によって構成された直線と平行方向の軸を有しスリットの開口部に焦点がくるように配置され、スリットを通過した後に拡散した光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、を有することとした。
【００５６】
これによれば、簡単な構成でより確実に、入射面において平行度の高い平行光を得ることができるとともに、入射面に垂直な面内では拡散光の集合からなる照射光を得ることができる。これにより、半導体ウェハの、入射面と半導体ウェハの交線のまわりの傾きの影響を抑えることができ、半導体ウェハの表面の凹凸の検出精度および測定精度を高めることができる。
【００５７】
また、本発明においては、前記光源装置は、
光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有するようにしてもよい。
【００５８】
この場合は、光の照射面が略長方形状となっている光源から照射された光は、第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズによって直線状に集光される。また、その際、焦点部分に開口部を有するスリットによって集光部分の幅が制限される。従って、光源から照射された平行光のみがスリットを通過することができる。さらに、一旦直線状に集光された後に拡散した光は、第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズによって平行光に戻される。
【００５９】
これによれば、光源から照射された光のうちの平行光のみを、スリットで選別することができ、さらに、第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズによって
選別された光を平行光に戻すことで、より正確に平行光束を得ることが可能となる。また、光源は、光の照射面が長方形状となるように構成されるので、より強い光強度を得ることが可能となる。なお、上記の光の照射面の形状は、必ずしも正確な長方形である必要はない。略長方形状は平行四辺形状、菱形状、台形状、楕円状などを含んでいる。
【００６０】
また、本発明においては、光源装置における前記光源はＬＥＤ素子としてもよい。より具体的には、ＬＥＤ素子の点光源を直線状に並べることで光源装置の光源としてもよい。そうすれば、光源をより正確に放物線の焦点に配置することが可能となり、結果としてより確実に、半導体ウェハに対して光を均一に照射することが可能となる。また、光源装置における前記光源は、ＬＥＤからの光を複数の光ファイバの一端に入射し、該複数の光ファイバの他端を直線状に並列させることで構成されるようにしてもよい。そうすれば、光源の配置の自由度を高めることができ、装置全体の構造の簡略化、小型化を促進することができる。また、小径のファイバを用いることで、光源をさらに正確に放物線の焦点に配置することが可能となり、さらに確実に、半導体ウェハに対して光を均一に照射することが可能となる。また、本発明においては、ＬＥＤ素子の点光源を平面状に並べることで光源装置の光源としてもよい。そうすれば、より簡単に光の照射面を略長方形状になるように構成することが可能となる。
【００６１】
また、本発明は、太陽電池用のウェハに対して使用してもよい。一般に太陽電池用のウェハは、電子素子用の半導体ウェハと比較してウェハに求められる精度が緩和されており、ソーマークなどの線状の凹凸がより生じ易い。従って、本発明を太陽電池用のウェハに対して使用することで、より効果的な評価を行うことができる。
【００６２】
また、本発明においては、前記半導体ウェハが載置されるとともに、該半導体ウェハを、前記光源装置が該半導体ウェハの表面に対して斜め方向から光を照射することが可能で且つ前記撮影装置が該半導体ウェハの表面全体を撮影することが可能な位置に導く運搬装置をさらに備え、
インラインで、前記半導体ウェハにおける前記ソーマークを検出し、または該凹凸の大きさを測定することが可能に構成されるようにしてもよい。
【００６３】
そうすれば、数多くの半導体ウェハに対して効率的に表面の線状の凹凸（ソーマーク）の検査を行うことが可能である。また、本発明においては、上述のように半導体ウェハの振動の影響が少ないので、半導体ウェハの検査時に運搬装置を停止させる必要性が少なく、工程の時間短縮をすることが可能となる。
【００６４】
また、本発明は、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されたことを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６５】
また、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されたことを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６６】
また、光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状
に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６７】
また、本発明は、直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム用の光源装置であってもよい。
【００６８】
また、本発明は、半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法であって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から入射面において平行な光を照射し、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影し、
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法であってもよい。
【００６９】
また、その際、前記半導体ウェハの表面の全域に対して照射する光の入射角は７４度以上８５度以下としてもよい。また、前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであってもよい。
【００７０】
また、本発明は、前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７１】
さらに、前記半導体ウェハの法線方向から見て複数の方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射し、
前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。この場合は、前記半導体ウェハの表面に光を照射する方向は、２方向に限られず、３方向以上としてもよい。
【００７２】
これによれば、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れる２次元的な画像と、線状の凹凸（ソーマーク）の影響が現れない２次元的な画像とを分離して取得することができるので、線状の凹凸（ソーマーク）と、それ以外の凹凸とを分離して検出または大きさの測定を行うことが可能である。
【００７３】
さらに、前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの・BR>U乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記線状の凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７４】
さらに、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００７５】
その際に、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７６】
さらに、複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７７】
また、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００７８】
その際には、前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００８０】
また、前記半導体ウェハが多結晶ウェハである場合には、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した積分曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した積分曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定するようにしてもよい。
【００８１】
さらに、前記半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、ＬＥＤによって光を照射する半導体ウェハの表面検査方法としてもよい。
【００８２】
ここで、ＬＥＤは、レーザーほど強くないもののある程度の指向性を有している。また、照射光の光強度分布はレーザーのようにガウシアン分布とならず比較的均一である。従って、ＬＥＤを用いて光を照射することで、簡単な構成でより均一な強度分布を有する光で、半導体ウェハの表面の全域を照射することが可能である。本発明では複数のＬＥＤを並べて用いてもよいことは当然である。
【００８３】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００８４】
本発明にあっては、半導体ウェハ表面に存在するソーマークなどの直線状の凹凸の程度について、容易に短時間で、且つ高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施例１における半導体ウェハ表面検査システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１における半導体ウェハ表面検査システムにおいて取得される画像データの例と、画像における各ポイントの光強度の積算方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例２における半導体ウェハ表面検査システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の実施例２における半導体ウェハ表面検査システムにおける光の照射方向と、取得された画像における各ポイントの光強度の積算方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例３における半導体ウェハ表面検査システムの表示ユニットで表示される、半導体ウェハ表面を９分割した画像の例である。
【図６】本発明の実施例４における光源装置を示す概略図である。
【図７】本発明の実施例４における光源装置の別の態様を示す概略図である。
【図８】本発明の実施例４における光源装置のさらに別の態様を示す概略図である。
【図９】本発明の実施例５における半導体ウェハ表面検査システムの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５における半導体ウェハ表面検査システムの別態様の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例６において半導体ウェハに光源から平行光が入射した場合に生じる現象について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例６における半導体ウェハ表面検査システムの概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例６における光源装置の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施例６における光源装置の第２の態様の概略構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６における光源装置の第３の態様の概略構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施例７におけるＣＣＤカメラで撮影した半導体ウェハの表面の画像の概略を示す図である。
【図１７】本発明の実施例７における半導体ウェハの表面の凹凸のＰＳＤ及び、凹凸の画像を示す図である。
【図１８】本発明の実施例８における多結晶シリコンウェハの表面全体をＣＣＤカメラで撮影した画像である。
【図１９】本発明の実施例８において、半導体ウェハの表面の凹凸の測定に対する結晶粒の影響を除去する方法を説明するための図である。
【図２０】触針式粗さ測定器による半導体ウェハの表面の凹凸の測定結果である。
【図２１】本発明の実施例９における半導体ウェハ表面検査システムによる半導体ウェハの表面凹凸の測定結果である。
【図２２】本発明の実施例９における半導体ウェハ表面検査システムの較正曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
以下、本発明に係る半導体ウェハ表面検査システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
〔実施例１〕
【００８７】
図１には、本発明の実施例１に係る半導体ウェハ表面検査システム１のブロック図を示す。半導体ウェハ表面検査システム１においては、評価対象である半導体ウェハＷに対し斜めに光を照射する光源装置２が備えられている。この光源装置２には本実施例で青色ＬＥＤ光源が用いられているが、波長は特に限定されない。また、撮影装置としてのＣＣＤカメラ４が、半導体ウェハＷを略垂直上方から撮影可能なように設置されている。ＣＣＤカメラ４には、ＣＣＤカメラ４によって撮影した半導体ウェハＷの画像データを伝送し、半導体ウェハＷの表面における線状の凹凸であるソーマークの凹凸の大きさを導出する演算ユニット６が電気的に接続されている。また、演算ユニット６には、演算ユニット６による検査結果を表示する表示ユニット８が電気的に接続されている。
【００８８】
ここで、半導体ウェハ表面検査システム１におけるソーマークの検査原理について説明する。本実施例における光源装置２は、半導体ウェハＷに対して約１５度の角度から光を照射する。光源装置２から半導体ウェハＷに照射された光の大部分は、半導体ウェハＷにおいて正反射され、半導体ウェハＷの表面から照射角と同等の反射角で出射する。また、照射光の一部分は、半導体ウェハＷの表面におけるソーマークの凹凸に応じて正反射の方向とは異なる角度に乱反射あるいは散乱（以下、「乱反射あるいは散乱」を「散乱等」ともいう。）して、ＣＣＤカメラ４の撮像レンズ４ａに入射される。ＣＣＤカメラ４においては、この光を利用して半導体ウェハＷの表面を撮影し、撮影された画像データを演算ユニット６に伝送する。
【００８９】
演算ユニット６においては、上記の画像データより、半導体ウェハＷの外形寸法、外形の欠けの有無、結晶の欠陥、表面に発生しているクラックなどが検出される。また、半導体のインゴットをワイヤーソーで切断して半導体ウェハを製造する際に、半導体ウェハＷ表面に生じる加工跡としてのソーマークの凹凸の大きさが測定される。その検出結果は、演算ユニット６内のメモリに記憶されるとともに、表示ユニット８において表示される。なお、演算ユニット６及び表示ユニット８はパソコンのシステムにより構成してもよいし、独自に回路及びプログラムを形成することで作製してもよい。
【００９０】
図２には、ＣＣＤカメラ４で撮影された半導体ウェハＷ表面の画像の例を示す。図２（ａ）に示すように、得られた画像においては一方向に向かって発生する輝線が観察される。この輝線は、半導体ウェハＷの表面に存在するソーマークで乱反射または散乱された光に起因するものである。輝線が明るい部分は、照射光が乱反射または散乱される領域が広いこと、すなわち、例えばソーマークによる斜面が広いことを表しており、このことはソーマークの凹凸の大きさと高い相関を有する。なお、本実施例において、ＣＣＤカメラ４で撮影された半導体ウェハＷ表面の画像における輝線の分布は散乱光または反射光の強度分布に相当する。
【００９１】
演算ユニット６においては、半導体ウェハＷについて得られた画像の各ポイントにおけ
る光の強度を画像の上下（垂直）方向（Ｖ方向）と左右（水平）方向（Ｈ方向）について積算し、図２（ｂ）に示すように、各々１次元データ列Ｖ（ｘ）と、Ｈ（ｙ）とする。そして、一次元のデータ列Ｖ（ｘ）とＨ（ｙ）におけるデータ変動の大きさにより、ソーマークの凹凸の大きさを検出する。
【００９２】
より具体的には、図２（ｂ）における、ソーマークの方向と平行方向に光強度を積算した一次元のデータ列Ｖ（ｘ）における最大値と最小値の差、あるいは、各々最大値、最小値から所定の順位のデータ同士の差を基準にしてもよい。そして、予めＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさとソーマークの凹凸の大きさとの関係をマップ化しておき、ソーマークの大きさを当該マップから読み出すことで導出するようにしてもよい。あるいは、Ｖ（ｘ）におけるデータ変動の大きさと予め定められた閾値とを比較して、Ｖ（ｘ）におけるデータ変動の大きさが閾値以上となった際にはＮＧ、閾値以下であればＯＫとする検査結果を出力するようにしてもよい。
【００９３】
また、図２（ｂ）において、ソーマークの方向と垂直方向に光強度を積算したデータ列Ｈ（ｙ）は、ソーマークの凹凸の影響を受けない半導体ウェハＷの表面の粗さに対応したデータ列ということができる。従って、図２（ｂ）におけるＶ（ｘ）のデータ変動の大きさからＨ（ｙ）のデータ変動の大きさを差し引いたものをソーマークの凹凸の大きさに対応するデータとしてもよい。なお、上記において一次元のデータ列Ｖ（ｘ）は平行積算値に相当する。一方、Ｈ（ｙ）は垂直積算値に相当する。
【００９４】
次に、表示ユニット８においては、演算ユニット６で演算・導出された検査結果を表示する。表示項目としては、例えば、生の画像データ、ソーマークの凹凸の大きさあるいはＯＫ、ＮＧの判定を表示する。また、半導体ウェハの外形寸法、外形の欠けの場所、クラック、結晶構造の欠陥なども同時に表示してもよい。
【００９５】
以上、説明したように、本実施例によれば、半導体ウェハＷの表面に斜めから光を照射し、散乱等した光に基づいてＣＣＤカメラ４で画像データを取得するという、簡単な手法で、ソーマークなどの線状の凹凸の大きさを検査、評価することが可能である。また、半導体ウェハＷの表面全体に対して漏れの無い評価を行なうことが可能である。また、ＣＣＤカメラ４の撮像光学系４ａにおける被写界深度を適当に設定することで、システムにおける振動の影響を受けずに検査・評価を遂行することが可能になる。
【００９６】
なお、本実施例における半導体ウェハＷは半導体デバイス用に生成されたものであってもよいし、太陽電池用に生成されたものでもよい。また、本実施例では外形寸法を検査しているので、光源装置２の他に、より広い範囲を強力に照射する補助光源を備えるようにし、この光源からの光を半導体ウェハＷで反射させることで、外形をより鮮明に撮影可能としてもよい。また、本実施例においては撮影装置としてＣＣＤカメラ４を採用したが、これに限るものではなく、分解能が充分であればＣＭＯＳカメラなど他の撮像装置を採用しても構わない。
〔実施例２〕
【００９７】
次に、本発明における実施例２について説明する。本実施例においては、半導体ウェハ表面検査システムにおいて、光源を２台使用することにより、より容易にソーマークの凹凸の検査を可能とした例について説明する。
【００９８】
図３には、本実施例に係る半導体ウェハ表面検査システム１０のブロック図を示す。図３においては、図１とは異なり、半導体ウェハＷ、ＣＣＤカメラ４及び光源装置については半導体ウェハＷの法線方向から描いている。本実施例のシステムの実施例１で示したシステムに対する実質的な相違点は、半導体ウェハＷの法線方向から見て、光源装置２と垂
直の方向に、第２の光源装置１２を備えており、光源装置２と垂直の方向から半導体ウェハＷに対して光を照射する点である。
【００９９】
ここで、ソーマークの方向と垂直の方向から光を照射した場合に、図２（ｂ）のＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさが最大になる。これは、この場合にソーマークの側面の斜面において最も確実に照射光が散乱等され、ソーマークの画像をより鮮明に取得することが可能になるからである。一方、ソーマークの方向と平行の方向から光を照射した場合には、照射光がソーマークの凹凸の斜面で乱反射されづらく、ＣＣＤカメラで撮影された画像にはソーマークの影響が出づらい。従って、この場合のＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさは、Ｈ（ｙ）と同じく半導体ウェハの表面におけるソーマーク以外の凹凸の大きさを示すこととなる。
【０１００】
実施例１に示した表面評価システムにおいては、光源装置２が一つしか備えられていないため、半導体ウェハＷの表面の検査を行うためには、半導体ウェハＷを、ソーマークが光源装置２からの光の照射方向に対して、半導体ウェハＷの法線方向から見て垂直方向となるように設置する必要があった。それに対し、本実施例においては、評価対象としての半導体ウェハＷを、ソーマークの方向を気にせずに設置することができるので、半導体ウェハＷの表面検査の作業性をより向上させることが可能である。
【０１０１】
本実施例においては、図３に示すように、光源装置２によって図中の水平方向から光を照射するとともに、光源装置１２によって図中の垂直方向から光を照射している。そして、図４（ａ）に示すように、光源装置２によって光を照射した際に得られた光強度を、水平側に積算して得られた一次元データ列をＨＨ（ｙ）、光源装置２によって光を照射した際に得られた光強度を、垂直側に積算して得られた一次元データ列をＨＶ（ｘ）としている。図４においてはソーマークは、光源装置２からの光の照射方向に垂直に存在しているので、実施例１で説明したと同様に、ＨＶ（ｘ）にはソーマークの凹凸の影響が及ぶので、データ変動の大きさが大きくなっている。
【０１０２】
一方、光源装置１２によって図中垂直方向より光を照射した際に得られた光強度を、水平側に積算して得られた一次元データ列をＶＨ（ｙ）、光源装置１２によって光を照射した際に得られた光強度の分布を、垂直側に積算して得られた一次元データ列をＶＶ（ｘ）としている。この場合には、ソーマークの方向に平行な方向から光を照射しているので、ＣＣＤカメラ４で撮影した画像にはソーマークの影響は出づらい。従って、得られた一次元データ列ＶＨ（ｙ）においてもＶＶ（ｘ）においても、データ変動の大きさは小さくなる。
【０１０３】
このように、本実施例においては、ソーマークの方向と垂直方向から光を照射した場合については、半導体ウェハＷで散乱等された光の強度を水平側に積算して得られた一次元データ列と、垂直側に積算して得られた一次元データ列との間で、データ変動の大きさに大きな差が生じる。一方、ソーマークの方向と平行方向から光を照射した場合については、半導体ウェハＷで散乱等された光の強度を水平側に積算して得られた一次元データ列と、垂直側に積算して得られた一次元データ列との間で、データ変動の大きさに大きな差が生じない。
【０１０４】
従って、本実施例においては、ＨＨ（ｙ）と、ＨＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさを比較し、さらにＶＨ（ｙ）とＶＶ（ｘ）におけるデータ変動の大きさを比較した場合に、比較結果における差が大きくなった方の光源に係るデータ変動の大きさに基づいて、ソーマークの凹凸の大きさを検査するとよい。これによれば、半導体ウェハＷをシステムに設置する際に、ソーマークの方向を揃えるという作業をしなくても、ソーマークの凹凸の大きさを検出することが可能となる。その結果、半導体ウェハの表面検査の作業効率を著
しく向上させることができる。なお、本実施例において光源装置２は第１光源装置に相当し、光源装置１２は第２光源装置に相当する。
〔実施例３〕
【０１０５】
次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、半導体ウェハにおいて散乱等した光をＣＣＤカメラで撮影し、その画像データを複数の領域に分割して、各々の領域についてソーマークの凹凸の大きさを検査する例について説明する。
【０１０６】
本実施例における半導体ウェハ表面検査システムのブロック図は、図１に示したものと同様である。すなわち、半導体ウェハＷを水平方向から照射する光源装置２のみが備えられている。但し、図３に示したように半導体ウェハＷに２方向から光を照射するシステムに本実施例を適用しても構わない。
【０１０７】
本実施例においては、ＣＣＤカメラ４で取得した画像データを、演算ユニット６において９箇所の領域に分割する。そして、各々の領域について光強度を水平方向と垂直方向に積算し、ＨＨ（ｙ）、ＨＶ（ｘ）を導出する（本実施例においては、光源装置２が水平方向から半導体ウェハを照射していることから、一次元データ列をこのように命名している）。そして、各々の領域におけるソーマークの凹凸を検査する。図５には、本実施例において表示ユニット８に表示される検査結果の例を示す。
【０１０８】
これによれば、半導体ウェハＷの９分割した領域のうち、いずれの領域においてソーマークの凹凸が大きくなっているかを即座に検出することが可能となり、より精度の高い検査を行なうことが可能となる。なお、接触式または非接触式のプローブに半導体ウェハの表面を走査させる検査システムにおいては、半導体ウェハの表面を分割した場合には、各々の領域にたいしてプローブを走査させなければならないが、本実施例におけるシステムでは、信号処理のみを分割した領域の各々に対して行なえばよいので、より効率的にソーマークの凹凸の検査を行うことが可能である。
〔実施例４〕
【０１０９】
次に、本発明における実施例４について説明する。本実施例においては、半導体ウェハの表面全体をより均一に照らすことが可能な光源の構成について説明する。
【０１１０】
上記の実施例で説明したとおり、本発明においては、半導体ウェハに光源から光を照射し、半導体ウェハの表面の画像をＣＣＤカメラで取得することで、半導体ウェハの表面における各ポイントにおいて散乱等された光の強度を取得する。この場合、半導体ウェハの表面は光源からの照射光によって可能な限り均一に照射される必要がある。それは、照射光の強度にバラツキがある場合には、それが一次元データ列Ｈ（ｙ）、Ｖ（ｘ）の各信号強度に影響を及ぼすからである。従って、まず、光源装置から出射される光の強度分布自体が均一であることが要求される。
【０１１１】
また、図１に示したとおり、本発明においては、光源装置２は半導体ウェハＷの斜め上方から光を照射するため、半導体ウェハＷの表面のうち、より光源に近い領域と、より光源から遠い領域とにおける照射強度の差も小さいことが求められる。従って、光源装置から出射される光が限りなく平行光に近いことが要求される。
【０１１２】
これに対して本実施例においては、直線状に並べた点光源の列を、断面が放物線状の形状とされた反射鏡の放物線の焦点に配置させ、点光源の列からの照射光を放物線状の反射鏡で反射させることにより、平行かつ均一な照射光を生成することとした。
【０１１３】
図６には、本実施例における光源装置２２について示す。図６（ａ）には光源装置２２
の正面図を、図６（ｂ）には光源装置２２の横断面図を示す。図に示すように、光源装置２２には、断面が放物線状である反射鏡２２ｂが備えられている。また、反射鏡２２ｂが形成する放物線の焦点に相当する位置に、白色ＬＥＤ２２ａが、図６（ａ）に示すように、幅方向に並べて配置されている。
【０１１４】
これによれば、点光源である白色ＬＥＤ２２ａの列から照射された光が反射鏡２２ｂで反射され、放物線の対称軸方向の平行光となる。また、光源装置２２の幅方向については、白色ＬＥＤ２２ａを直線状に幅一杯に並べているので、略均一な強度分布を得ることができる。従って、本実施例における光源装置２２によって半導体ウェハＷを照射することで、光源装置２２が半導体ウェハＷに対し斜め方向から照射する構成であっても、照射光の強度をより均一にすることができる。
【０１１５】
なお、本実施例においては点光源として白色ＬＥＤ２２ａを採用したが、点光源の波長分布は白色に限られない。また、必ずしもＬＥＤを用いる必要もない。
【０１１６】
図７には、平行光を得ることができる光源装置の別の態様について示す。図７（ａ）には、シリンドリカルレンズを用いた光源装置３２について示す。この光源装置３２は、光源装置２２と同様に、直線状に並べられた白色ＬＥＤ３２ａを有する。また、白色ＬＥＤ３２ａで構成される直線と平行な軸を有し、且つ軸方向から見た場合に、白色ＬＥＤ３２ａがその焦点に配置されるようにしたシリンドリカルレンズ３２ｂを有する。従って、白色ＬＥＤ３２ａから出射された光は、シリンドリカルレンズ３２ｂを通過して平行光となる。
【０１１７】
このことにより、光源装置３２によって半導体ウェハＷに斜め上方から光を照射する場合にも、光源装置３２に対する距離の相違によって半導体ウェハＷに照射される光が不均一になることを抑制できる。
【０１１８】
図７（ｂ）には、シリンダフレネルレンズを用いた光源装置４２について示す。この場合も、光源装置４２は、直線状に並べられた白色ＬＥＤ４２ａを有する。また、白色ＬＥＤ４２ａで構成される直線と平行な軸を有し、且つ軸方向から見た場合に、白色ＬＥＤ４２ａがその焦点に配置されるようにしたシリンダフレネルレンズ４２ｂを有する。従って、白色ＬＥＤ４２ａから出射された光は、シリンダフレネルレンズ４２ｂを通過して平行光となる。
【０１１９】
次に、図８には、平行光を得ることができる光源装置のさらに別の態様について示す。図８（ａ）には、シリンドリカルレンズを用いた光源装置３７について示す。この光源装置３７は、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａを有する。また、白色ＬＥＤ３７ａで構成される長方形の長辺と平行な軸を有し、円弧面が白色ＬＥＤ３７ａと対向するように配置された第１シリンドリカルレンズ３７ｂを有する。ここで、白色ＬＥＤ３７ａは、図中上下方向に５段に並べられており、紙面に垂直方向には第１シリンドリカルレンズ３７ｂの長さと同等の範囲に亘って並べられている。
【０１２０】
また、第１シリンドリカルレンズ３７ａの焦点において開口部を有するようにスリット３７ｃが設けられている。このスリット３７ｃの開口部は、紙面に垂直方向においては第１シリンドリカルレンズ３７ｂの長さと同等の範囲に亘って設けられている。さらに、第１シリンドリカルレンズ３７ａと焦点を共有し、円弧面が第１シリンドリカルレンズ３７ａと反対側を向くように配置された第２シリンドリカルレンズ３７ｄを有している。
【０１２１】
このような光源装置３７において、個々の白色ＬＥＤ３７ａから照射された光のうち、図中水平方向に進む光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂの円弧面で屈折して第１シリ
ンドリカルレンズ３７ｂの焦点を通過する。そして、第２シリンドリカルレンズ３７ｄに入射し、円弧面で屈折して水平方向に進む。すなわち、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａから照射され水平方向に進む平行光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂによって焦点に集光され、その後発散した後、第２シリンドリカルレンズ３７ｄによって平行光に戻される。
【０１２２】
一方、個々の白色ＬＥＤ３７ａから出射し水平でない方向に進む光は、第１シリンドリカルレンズ３７ｂで屈折した後、焦点は通過せず、スリット３７ｃによって遮断される。このように、本態様における光源装置３７では、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ３７ａから照射された平行光のみをスリット３７ｃで選択して、さらに第２シリンドリカルレンズ３７ｄで平行光に戻すことができる。従って、より完全な平行光束を得ることが可能となる。また、光源としての白色ＬＥＤ３７ａを長方形状に並べてより多く用いることで、より強い平行光を得ることが可能となる。
【０１２３】
このことにより、光源装置３７によって半導体ウェハＷに斜め上方から光を照射する場合にも、光源装置３７に対する距離の相違によって半導体ウェハＷに照射される光が不均一になることをより確実に抑制できる。
【０１２４】
図８（ｂ）には、シリンダフレネルレンズを用いた同様の光源装置４７について示す。この場合も、光源装置４７は、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ４７ａを有する。また、白色ＬＥＤ４７ａで構成される長方形の長辺と平行な軸を有し、円弧面が白色ＬＥＤ４７ａと対向するように配置された第１シリンダフレネルレンズ４７ｂを有する。ここで、白色ＬＥＤ４７ａは、図中上下方向に複数段（７段のみ図示）に並べられており、紙面に垂直方向には第１シリンダフレネルレンズ４７ｂの長さと同等の範囲に亘って並べられている。
【０１２５】
また、第１シリンダフレネルレンズ４７ａの焦点において開口部を有するようにスリット４７ｃが設けられている。このスリット４７ｃの開口部は、紙面に垂直方向においては第１シリンダフレネルレンズ４７ｂの長さと同等の範囲に亘って設けられている。さらに、第１シリンダフレネルレンズ４７ｂと焦点を共有し、円弧面が第１シリンダフレネルレンズ４７ａと反対側を向くように配置された第２シリンダフレネルレンズ４７ｄを有している。
【０１２６】
このような光源装置４７においても、長方形状に並べられた白色ＬＥＤ４７ａから照射された平行光のみをスリット４７ｃで選択して、さらに第２シリンダフレネルレンズ４７ｄで平行光に戻すことができる。従って、より完全な平行光束を得ることが可能となる。また、光源としての白色ＬＥＤ４７ａを長方形状に並べてより多く用いることで、より強い平行光を得ることが可能となる。なお、これらの場合、スリットの開口部の幅を狭くするほど、より完全な平行光束が得られることとなるが、照射光の強度を得難くなる。従って、スリットの開口部の幅は、半導体ウェハＷを照射する際の光強度の均一性と光強度との両方の観点から最適な幅にするとよい。また、光源としては白色ＬＥＤを用いる必要はない。青色ＬＥＤなど波長の異なるＬＥＤを用いてもよいし、直線状または長方形状に形成された蛍光管などを用いてもよい。
【０１２７】
また、図８に示した態様では、白色ＬＥＤを長方形型に並べた態様について説明したが、白色ＬＥＤは、必ずしも長方形状に並べる必要はなく、平行四辺形状、台形状、楕円状などに並べてもよい。
〔実施例５〕
【０１２８】
次に、本発明の実施例５について説明する。本実施例においては、半導体ウェハの表面
検査をインラインで行なえるようにした例について説明する。
【０１２９】
本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０の概略図を図９に示す。本実施例においては、図１に示したシステムに加えて、半導体ウェハＷを光源装置２で照射するとともにＣＣＤカメラ４で撮影可能な位置まで運搬する運搬装置としてのベルトコンベア７を備える。また、ベルトコンベア７に予め定められた間隔で、半導体ウェハＷを自動的に設置するローダ３と、ベルトコンベア７に並べられた半導体ウェハＷを自動的に回収するアンローダ５とを備えている。
【０１３０】
本実施例の半導体ウェハ表面検査システム５０によれば、自動的に多数の半導体ウェハＷに対してソーマークの凹凸の検査を行なうことが可能である。また、図示していないが、ローダ３とアンローダ５の間のラインに他の工程を組み込むことで、より効率的に半導体ウェハＷの検査を行なうことが可能である。特に、本実施例では、半導体ウェハＷの表面の画像を撮影するという動作のみで表面検査が可能であるので、検査時間を短縮化することができる。また、ＣＣＤカメラ４の撮像光学系４ａの被写界深度を適切に設定することで、振動の影響を排除できるので、検査時にベルトコンベア７を停止する必要がなく、全体の工程をより効率的に進めることが可能である。
【０１３１】
図１０には、本実施例における半導体ウェハ表面検査システムの別の態様について示す。本態様は、図３に示したシステムに加えて、半導体ウェハＷを光源装置２と光源装置１２とで照射して画像データを取得するとともにＣＣＤカメラ４で撮影可能な位置まで運搬する運搬装置としてのベルトコンベア７を備える。また、ベルトコンベア７に予め定められた間隔で、半導体ウェハＷを自動的に設置するローダ３と、ベルトコンベア７に並べられた半導体ウェハＷを自動的に回収するアンローダ５とを備えている。
【０１３２】
この態様においては、実施例２で説明したとおり、半導体ウェハＷの設置方向を揃える必要がない。従って、ローダ３に半導体ウェハＷを設置する際にも、ソーマークの方向を揃える必要がない。その結果、さらに効率的に検査工程を実施することが可能である。
【０１３３】
なお、上記の実施例においては、半導体ウェハの表面に生じる線状の凹凸としてソーマークを例にとって説明を行ったが、本発明は、ソーマーク以外の線状の凹凸の検出や、その大きさの測定に対して適用してもよい。例えば、半導体ウェハの製造工程中において表面に生じるスクラッチ傷などにも適用可能である。
〔実施例６〕
【０１３４】
次に、本発明の実施例６について説明する。本実施例では、半導体ウェハの表面からの反射光または散乱光の強度の積分値の分布に基づいて、半導体ウェハの表面の凹凸の大きさを直接検出または測定する例について説明する。
【０１３５】
ここで、改めて、半導体ウェハに光源から平行光が入射した場合に生じる現象について考える。図１１において、半導体ウェハの平均的表面をｘｚ面とし、ｘ軸から角度θだけ傾いた微小表面を強度Ｉ０の平行光で照射する場合を考える。照射光の入射方向はｘ軸に対して角度θ０だけ傾いている。図１１において照射光の入射面はｘｙ面である。照射光の大部分は半導体ウェハの表面において鏡面反射するが、実際にはこの微小表面もさらに微細な粗面により構成されており、各粗面において拡散反射（乱反射あるいは散乱）が生じている。この面が均等拡散面であると仮定すれば、半導体ウェハの表面に垂直なｙ軸方向に向かう光の強度Ｉは、（１）式により与えられる。
【数１】
【０１３６】
ここで、Ｋｄは反射率を表す定数である。（１）式によれば、光源に対して斜めに傾いた平面上における強度に反射率を乗じたものが観測される強度となるようであるが、実際には均等拡散面の性質を規定するランバートの余弦則を考慮し、測光学的な考察が行われた結果として得られたものである。このように、本発明で扱う散乱光または反射光は、半導体ウェハの表面に生じた凹凸の尖鋭なエッジによる散乱というよりは、半導体ウェハの微細な拡散面によって生じるものであり、その拡散面の形状と高い相関を有した情報を含むものである。
【０１３７】
一般に表面粗さによる傾斜角θは十分に小さいと考えられるので、この条件で上式を変形すると、(２)式が得られる。
【数２】
（２）式によれば、ｙ軸方向で得られた光の強度Ｉは半導体ウェハの表面の傾きθの関数となる。（２）式においてθの前の係数にＣＯＳθ０が含まれており、この値が大きいほど表面の傾きに対する感度が大きいことを示している。従ってθ０が小さくなるように、光源からの照射光は半導体ウェハの表面に平行に近い浅い角度で入射することが望ましい。
【０１３８】
さらに、（２）式を変形して以下の（３）式を得ることができる。
【数３】
（３）式より、半導体ウェハの垂直上方に例えばＣＣＤカメラを設置して半導体ウェハの表面の画像を撮影した際に、その散乱光または反射光の強度分布は半導体ウェハの表面形状の傾きの分布を表していることが分かる。
【０１３９】
表面形状をｙ（ｘ）、強度分布をＩ（ｘ）とすれば、θ＝ｄｙ／ｄｘであるから、以下の（４）式を得ることができる。
【数４】
【０１４０】
これをｘ＝０からｘ＝ｔの間で積分すれば、ｘ＝ｔにおける半導体ウェハの表面の大きさを得る事が可能である。従って、半導体ウェハの表面の大きさを表す式として以下の（５）を得ることができる。
【数５】
（５）式において、右辺にはｔに比例する項が現れるが、表面粗さを記述するには、形状の変動分だけを求めればよいので、この項は直線的に変化する分として補正により取り除くことができる。また、この式の中にはいくつかの定数が含まれているが、これらの値は、表面粗さの判っている試験片をこの方法で測定して較正することにより求めることが可能である。
【０１４１】
以上から明確なように、（３）式により、半導体ウェハの垂直上方に例えばＣＣＤカメラを設置して半導体ウェハの表面の画像を撮影した際に、半導体ウェハの表面からの反射光または散乱光の強度分布Ｉ（ｘ）により、半導体ウェハの表面形状の傾きの分布を取得することができる。また、（５）式により、Ｉ（ｘ）を積分することによって、半導体ウェハの表面凹凸の大きさの分布を取得することができる。
【０１４２】
次に、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０の概略構成について図１２を用いて説明する。図１２においては図１とは異なり演算ユニット及び表示ユニットは省略している。上述のように、図１２において、光源装置５２は少なくとも紙面に平行な面内において平行光の出射が可能なＬＥＤ光源である。
【０１４３】
ここで、半導体ウェハ表面検査システム５０において測定感度を向上させるためには前述のとおり、半導体ウェハＷの表面に対してできるだけ浅い角度で平行度が高く、照度の一様な照射光を入射させる必要がある。そのためには光源装置５２と半導体ウェハＷの距離を大きく取った方がよい。このこととシステム全体の大きさとを考慮し、半導体ウェハの検査装置５０では、光源装置５２からの照射光をミラー５３を用いて折り返して半導体ウェハＷに照射する構成とした。
【０１４４】
その際、入射光と半導体ウェハＷの表面との間の角度は５°とした（入射角は８５°）。また、半導体ウェハＷの表面の画像を撮影するＣＣＤカメラ５４としては画像解析の際の横分解能を十分に確保するために画素数の大きなものがよい。本実施例においてはＣＣＤカメラ５４の画素数は、観察視野全体で９６０×９６０画素のものを用いた。カメラレンズ５４ａについては半導体ウェハＷの全体を視野に入れる必要があるが、画像周辺での歪みを避けるため、作動距離が長くなることを犠牲にして焦点距離１２ｍｍのレンズを用いた。
【０１４５】
次に、光源装置５２の詳細な構成について説明する。図１３に光源装置５２の構造を示す。光源装置５２には半導体ウェハＷへの入射面内における平行度は極めて高いことが要求されるが、入射面に垂直な面内では高い平行度は要求されない。それは、表面凹凸の大きさの分布曲線は表面上の所定の直線に沿った断面形状を与えるものであるので、本実施例においては光源装置５３からの照射光の入射面を断面とする形状を重要視するためである。
【０１４６】
また、図１１において半導体ウェハＷの表面がｘ軸の周りにも傾いていた場合には、表面における照射光の照度はその傾きの影響を受けるので、真のｚ軸周りの傾きとは異なった測定結果が得られてしまうおそれがある。しかしながら、光源装置５２からの照射光が、入射面と垂直方向に対して平行でなければ、多数の照射源からの光線が半導体ウェハＷの表面上の１点を照射することになるので、半導体ウェハＷの表面のｘ軸の周りの傾きが
照度に与える影響を抑制できる。本実施例においてはこれらの点を考慮し、光源装置５２の光源５２ａとして、複数のＬＥＤを入射面と垂直方向に一列に並べた線状ＬＥＤ光源５２ａを用いることにした。ＬＥＤの列から出射された光は第１の円筒レンズ５２ｂによりその後ろに置いたスリット５２ｃ上に結像され、その一部はスリット５２ｃを通過した後に再び拡散し、第２の円筒レンズ５２ｄにより平行光とされる。
【０１４７】
第２の円筒レンズ５２ｄを通過した光の、入射面における平行度はスリット５２ｃの幅が狭いほど高くなる。一方、第１の円筒レンズ５２ｂ及び第２の円筒レンズ５２ｄの長手方向（入射面と垂直方向）についてはレンズ効果はないから、個々のＬＥＤからの光は発散する。このようにして入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光となる照射光を形成することができる。ここで、発散光は距離とともにその強度は弱くなるが、ＬＥＤの列の長さが十分長ければ、その中央あたりでは一様な強度となる。また、前述のように光源装置５２と半導体ウェハＷとの距離を十分に大きくすることによって照射光強度の一様性の度合いをさらに向上させることができる。
【０１４８】
なお、本実施例の光源装置５２において第１の円筒レンズ５２ｂは第一シリンドリカルレンズに相当する。第２の円筒レンズ５２ｄは第二シリンドリカルレンズに相当する。また、本実施例においては、光源装置５２を構成する光学素子として、第一シリンドリカルレンズと第二シリンドリカルレンズとを採用しているが、これらに代えて、第一シリンダフレネルレンズと第二シリンダフレネルレンズとを採用してもよいことは当然である。
【０１４９】
次に、光源装置５２の他の態様について説明する。上記した光源装置５２においては、光源５２ａとして、複数のＬＥＤを入射面と垂直方向に一列に並べた線状ＬＥＤ光源５２ａを用いることにした。しかしながら、光源５２ａはこれに限定されるものではなく、例えば図１４に示すような光源５２ｅでもよい。この場合は、光ファイバの束５２ｇの一端に、別途設けた発光素子５２ｈより発光された光を入射し、この光ファイバの束５２ｇの出射側の端部を直線状に一列に並べて光出射部５２ｆを形成している。これによれば、より精度のよい直線状の光源が得られるとともに、発光素子自体の配置に自由度を持たせることが可能となり、装置全体のレイアウトを容易にすることができる。
【０１５０】
また、光源５２ａまたは光源５２ｅから出射した光を、入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光となる照射光とするための光学系は、図１３及び図１４に記載したものに限られない。図１５には、光源５２ｅから出射した光を、シリンドリカルレンズ５２ｋによって、入射面と平行方向については平行光、入射面と垂直方向については発散光とした例について示す。この構成によれば、より簡単に光源装置５２を構成することができ、装置全体のレイアウトを容易にするとともにコストを低減することが可能となる。
〔実施例７〕
【０１５１】
次に、本発明の実施例７について説明する。本実施例においては、ＣＣＤカメラで撮影した半導体ウェハの画像から表面の凹凸の大きさを取得する際の具体的な信号処理の方法について説明する。本実施例において用いられる半導体ウェハの表面検査システムは、ＣＣＤカメラは画素数が９６０×１２８０画素である点で、図１２に示すものとは異なる。また、本実施例における試料としての半導体ウェハの表面にはソーマークが存在しているものとする。その他の構成は図１２及び図１３に示すものと同等である。本実施例において表面の凹凸の大きさは、半導体ウェハＷの表面と、光源装置５２からの照射光の入射面との交線方向に沿って測定した凹凸の大きさの分布として与えられ、さらに、その分布の統計的特徴を表すパラメータの値をもって表現される。
【０１５２】
図１６には、本実施例における９６０×１２８０画素のＣＣＤカメラで撮影した半導体
ウェハの表面の画像の例を示す。図１６ではソーマークにおいて散乱または反射された光を撮影することで得られた強度分布を模式的に帯で示している。前述の（３）式で示したとおり、この強度の違いがその部分における表面の傾きの違いを表している。なお、図１６では照射光は図中上方から下方に向かって入射している。
【０１５３】
図１６に示す散乱光または反射光の強度分布の画像から表面凹凸の曲線を算出するには、前述の（５）式に従ってＣＣＤ画像上の各画素の列に沿って測定された散乱光または反射光の強度の積分を行う。この結果画像の列数分の表面凹凸の曲線を瞬時に得ることができる。しかし、表面の凹凸は確率的な現象の結果得られるものであるから、本実施例においては、観察領域全体としての表面凹凸の大きさの平均値を数値として与える。以下、その際の２つの具体的方法について説明する。
【０１５４】
第１の方法は、得られた散乱光または反射光の強度のデータを各行ごとに平均化し、それらの値から積分計算を行い、列方向に対する表面凹凸の曲線を得る方法である。こうすることによってソーマーク以外のランダムな表面粗さが平均化され、ソーマークの特徴のみを抽出することができる。そして、得られた表面凹凸の曲線上でのＰＶ値（最大値と最小値の差）としてソーマークの大きさを評価する。これにより、より簡単にソーマークを抽出し、その大きさを測定することが可能である。なお、この場合は、ソーマークの方向は画像の行に平行でなければならない。ソーマークの方向が画像の行の方向からずれている場合には、表面凹凸の曲線は小さく評価されてしまうので注意を要する。
【０１５５】
第２の方法は、Power Spectrum Density（ＰＳＤ）を求める方法である。この場合は表面凹凸の曲線についてフーリエ変換を用いて周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布を求める。具体的には、得られた散乱光または反射光の強度のデータについて、全列の中から適当な数の列をサンプリングし、それらの全てに対して列方向の積分を行い、各々について表面凹凸の曲線を導出する。そして、導出された曲線の各々についてＰＳＤを計算し、さらに各列について得られたＰＳＤを平均化する。
【０１５６】
ＰＳＤ曲線は一つではバラツキが大きく、その特徴を知るのは難しいが、本実施例のように最大全列数分のＰＳＤ曲線の平均を取ることで、滑らかな曲線を得ることができる。また、この方法によれば、周波数領域での平均を取るのであるから、第１の方法のように実空間での平均を取る場合とは異なり、ソーマークが列の方向からずれている場合でも影響を受けない。また、ワイヤーソーを往復させてカッティングするような加工法では、しばしば周期的なソーマークが観察されるが、本実施例において得られるＰＳＤではその周期のところでピークが立つので、ソーマークをより容易に検出することができる。
【０１５７】
図１７には、ソーマークを含む半導体ウェハの表面から得られたＰＳＤ曲線の例を示す。図１７（ａ）には得られたＰＳＤ曲線を、図１７（ｂ）には測定した半導体ウェハの表面写真を示す。図１７（ａ）において、周波数３．７（１／ｍｍ）にソーマークに起因するピークを確認することができる。また、７．４（１／ｍｍ）、１１．１（１／ｍｍ）のあたりに倍波のピークが表れている。また、図１７（ｂ）においては、１０ｍｍの長さの中に、３７本程度のソーマークを観察することができる。この場合、ソーマークの間隔は０．２７ｍｍ程度となる。なお、本実施例においては、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度のデータをサンプリングし、それらに対して列方向の積分を行うことで導出された曲線の各々についてＰＳＤを計算した。しかしながら、半導体ウェハの表面からの散乱光または反射光の強度のデータをサンプリングし、その曲線の各々について積分をすることなくＰＳＤを計算することによっても、ソーマークの周期のところでピークが立つので、本実施例と同様ソーマークを容易に検出することができる。
〔実施例８〕
【０１５８】
次に、本発明の実施例８について説明する。本実施例においては、多結晶の半導体ウェハの表面凹凸の大きさの測定において、結晶粒の影響を除去して測定精度を向上させる方法について説明する。
【０１５９】
図１８は多結晶シリコンウェハの表面全体のＣＣＤ画像である。図１８において照射光は上方から下方に入射しており、また、ソーマークも上方から下方に流れているので、ソーマークの像は観察されていない。一方で、図においては多くの結晶粒がその方位を反映して明暗の差として観察されている。なお、図１８には多結晶シリコンウェハの寸法が併記されている。本実施例における多結晶シリコンウェハは略正方形であり、一辺の長さは約１５６ｍｍである。
【０１６０】
上記のような多結晶シリコンウェハにおいては、結晶粒による明るさのコントラストはソーマーク等による表面凹凸の測定に影響を与えるため、これらを除去する必要がある。図１９は、この方法について説明するための図である。図１９（ａ）に示す曲線は実施例７で説明した第１の方法によって導出した、多結晶シリコンウェハの表面における散乱光または反射光の列方向の強度分布曲線である。図１９（ｂ）に示す曲線は、１９（ａ）に示す曲線をフーリエ変換し、その中で長周期を持つと考えられる結晶粒による成分のみを足し合わせた上で逆フーリエ変換することで得られた曲線である。ここで、図１７と図１８とを比較すれば明らかなように、ソーマークの間隔と結晶粒の大きさとの間には顕著な差がある。従って、結晶粒による成分を抽出する際のカットオフ周波数としては、結晶粒の空間周波数とソーマークの空間周波数の間の周波数を適宜選ぶことが可能である。なお、本実施例において１９（ｂ）に示す曲線が第２の強度分布曲線に相当する。
【０１６１】
次に、１９（ａ）に示す曲線と１９（ｂ）に示す曲線との差をとり、図１９（ｂ）の曲線の値で除することで、図１７（ｃ）に示す曲線を導出する。具体的には、（６）式のような演算を行う。
【数６】
ここで、Ｉ０は、１９（ａ）に示す各ポイントにおける散乱光または反射光の強度、ＩＧは、１９（ｂ）に示す各ポイントにおける散乱光または反射光の強度である。図１９（ｃ）に示す曲線は、（６）式で算出されたＩの分布、すなわち、結晶粒による明るさのコントラストを除去した表面凹凸のみによる強度分布を表している。この曲線は本実施例において第３の強度分布に相当する。これを前述の（５）式に従って積分することにより、図１９（ｄ）に示す表面凹凸の大きさを示す曲線が得られた。
【０１６２】
以上、説明したように、本実施例によれば、多結晶のシリコンウェハにおいて、結晶粒による明るさのコントラストの影響を除去し、より正確に、半導体ウェハの表面凹凸の曲線を得ることができる。
【０１６３】
なお、本実施例においては、図１９（ａ）に示す多結晶シリコンウェハの表面における散乱光または反射光の列方向の強度分布曲線と、図１９（ｂ）に示す、結晶粒による成分を抽出した強度分布曲線とから、図１９（ｃ）に示す曲線を導出し、それを積分することで図１９（ｄ）に示す表面凹凸の大きさを示す曲線を得た。しかしながら、図１９（ａ）に示す強度分布曲線を積分して得られる曲線と、図１９（ｂ）に示す強度分布曲線を積分して得られる曲線とから、（６）式による演算を行って、結晶粒による明るさのコントラストを除去した表面凹凸の大きさを示す曲線を導出しても構わない。
【０１６４】
なお、本実施例において、図１９（ｃ）または図１９（ｄ）に示す曲線は第３の強度分
布曲線に相当する。また、図１９（ａ）に示す強度分布曲線と、図１９（ｂ）に示す強度分布曲線とから（６）式を用いて、図１９（ｃ）に示す曲線を導出する過程は、散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、散乱光または反射光の強度分布曲線から第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで第３の強度分布曲線を得ることに相当する。
【０１６５】
また、本実施例において、散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、その中で多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、散乱光または反射光の強度分布曲線から第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで第３の強度分布曲線を得る過程は、上記に示したものには限定されない。図１９（ａ）に示す強度分布曲線から、図１９（ｂ）に示す結晶粒による成分の影響を除去できる演算であれば、（６）式以外の式によって演算しても構わない。
〔実施例９〕
【０１６６】
次に、実施例９について説明する。本実施例においては、前述の（５）式における定数を、較正曲線によって導出する方法について説明する。なお、本実施例において用いた半導体ウェハの表面検査システムは、図１２に示したものと同等である。
【０１６７】
半導体ウェハの表面凹凸の大きさを導出するための（５）式にはいくつかの定数が含まれている。特に反射係数Ｋｄの値は反射面によって変化するので具体的な値は判っていない。しかし、特定の半導体ウェハ表面検査システムに対してその値が一定であるとすれば、他の方法で求めた半導体ウェハの表面凹凸の曲線と比較することによって装置関数としての反射係数Ｋｄを求めることができる。その際の較正方法について述べる。
【０１６８】
表面凹凸の曲線測定のための標準計測器として触針式粗さ測定器であるミツトヨ製の表面粗さ測定器ＳＪ−２１０を用いた。このＳＪ−２１０によって、半導体ウェハの表面の長さ１６ｍｍの領域について表面粗さを測定した。図２０（ａ）にその結果を示す。この測定器の横分解能は１．５μｍであり、本実施例における半導体ウェハの表面検査システム５０のＣＣＤカメラ５４の画素数から求まる分解能１９０μｍを大きく上回っており、細かな周波数成分も計測されていることが分かる。
【０１６９】
本実施例においては、図２０（ａ）で得られた表面凹凸の曲線を、図２０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、フーリエ変換を用いて短周期と長周期の成分に分離した。図２０（ｂ）は短周期の成分を示しており、図２０（ｃ）は長周期の成分を示している。このうち、長周期成分に相当する図２０（ｃ）に示す表面凹凸の曲線が、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０により得られる結果に対応している。次に、図２１には、図２０の測定がなされた場所と同じ場所を本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０で測定した結果を示す。ただし、本システムは広さを持った面上での測定を特徴としているため、計測領域は長さ１６ｍｍ、幅８ｍｍの長方形である点で、図２０に示した結果とは条件が異なる。また、図２１における縦軸の単位はｃｏｕｎｔ・μｍとなっているが、これは光の強度はＣＣＤ出力のｃｏｕｎｔで、積分を行う長さの単位をμｍで表したためである。
【０１７０】
図２０（ｃ）と図２１の曲線とは完全に一致していないが、この差は前述のように図２０（ｃ）は唯一の直線上における測定値であり、図２１は一定の幅を有する領域における平均値であることによると考えられる。
【０１７１】
以上、２つの計測器による半導体ウェハの表面凹凸の曲線の測定結果を示したが、同様
の測定を粗さの異なる種々の半導体ウェハに対して実施し、その結果から図２２に示した較正曲線を得た。図の縦軸は触針式測定器ＳＪ−２１０によるＰＶ値であり、横軸は本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０によるＰＶ値を表している。これらの測定値の中で、比較的大きなものは顕著なソーマークが見られるサンプルについて、小さなものはソーマークが見られないか、ソーマークに平行に粗さを測定したものである。
【０１７２】
また、半導体ウェハとしては単結晶のウェハと多結晶のウェハとが混在しており、単結晶のウェハについては平均的に多結晶のウェハと比較してＰＶ値が小さく出た。このように粗さの異なる試料であっても、２つの測定法によるＰＶ値は高い相関を示した。最小二乗法で直線近似を行うとその傾きは平均値が０．２３２、標準偏差が０．００９であり、この値を用いて反射係数Ｋｄなどの装置係数を求めることができた。以上の結果から、本実施例における半導体ウェハ表面検査システム５０は信頼性が高く、十分に実用に耐える性能を有していることが立証された。
〔実施例１０〕
【０１７３】
次に、本発明の実施例１０について説明する。前述の（３）式において、照射光の傾き角θ０の大きさについて、その値が小さいほど、半導体ウェハの表面の傾きに対する測定感度が大きくなることを示したが、本実施例においては照射光の傾き角θ０の属するべき範囲について説明する。
【０１７４】
まず、θ０が属するべき範囲の最小値について考える。θ０が、半導体ウェハの表面の凹凸に対して小さすぎる場合には、凹凸の頂点の後側に照射光の影が生じ、計測できなくなるおそれがある。すなわち、θ０は半導体ウェハの表面凹凸の曲線の傾きの最大値以上である必要がある。現在用いているＣＣＤカメラ５４の横分解能は実施例９で示したように１９０μｍであり、一方、半導体ウェハの表面凹凸の最大値は図２２に示したとおり１６μｍ程度であるから、傾きに換算すると４．８°となる。したがって、θ０が属するべき範囲の最小値は５°とするのが妥当である。
【０１７５】
次に、θ０が属するべき範囲の最大値について考える。図２２の結果を見ると、データ点は平均値の周りにばらついているが、その大きさは傾きの平均値０．２３２に対して標準偏差で０．００９となり、その比をとれば０．０３８７となる。いま、θ０の値を０から大きくしていった場合、角度の測定感度は1からＣＯＳθ０の余弦曲線を描いて悪化す
るが、その値の限界として上で求めた値を用いることは妥当である。すなわち、θ０の限界値は、ＣＯＳθ０＝１−０．０３８７＝０．９６１３によって与えられる。これを解くことによってθ０が属するべき範囲の最大値θ０の値として１６°を得ることができる。以上のように、本実施例における半導体ウェハ表件検査システム５０においては、照射光の半導体ウェハの表面に対する傾きが属する範囲として、５°以上１６°以下の範囲（入射角が７４°以上８５°以下）を得た。照射光の半導体ウェハの表面に対する傾きを上記範囲内とすることで、より精度よく充分な感度を有する測定が可能となる。
【０１７６】
上記においては、θ０が属するべき範囲として具体的な値を示したが、これらの値は対象とする半導体ウェハの種類や測定装置の性能などによって左右される場合がある。従って、次に、θ０が属するべき範囲をより一般的な表現として求める。
【０１７７】
測定された表面の凹凸の大きさ（ＰＶ値）ＲＰＶはその定義からも判るように統計的なバラツキを伴っている。さらに、そのバラツキの中にはシステムの測定誤差も含まれている。このことも考慮して全測定データから得られる平均値を（ＲＰＶ）ave、最大値を（
ＲＰＶ）max、標準偏差を（ＲＰＶ）devとする。また、ＣＣＤの１画素に対応する半導体ウェハ上の長さをｄとして、上述と同様の考え方に沿えば、θ０の属するべき範囲は（７）式のように表わすことができる。
【数７】
すなわち、半導体ウェハ表件検査システム５０において（７）式が成立する範囲にθ０が属するように、光源装置５２からの照射光の角度を調整することで、より精度よく高感度な測定が可能となる。
【符号の説明】
【０１７８】
１、１０、５０、６０・・・半導体ウェハ表面検査システム
２、１２、２２・・・光源装置
３・・・ローダ
４、５４・・・ＣＣＤカメラ
４ａ、５４ａ・・・撮像レンズ
５・・・アンローダ
６・・・演算ユニット
７・・・ベルトコンベア
８・・・表示ユニット
３２、３７、４２、４７、５２・・・光源装置
５３・・・ミラー
Ｗ・・・半導体ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システムであって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、入射面において平行な光を照射する光源装置と、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影する撮影装置と、を備え、
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２】
前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射角は７４度以上８５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項３】
前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項４】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項５】
前記光源装置は前記半導体ウェハの法線方向から見て互いに約９０度異なる方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射する第１光源装置及び第２光源装置からなり、
前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光は、前記第１光源装置および前記第２光源装置のうち、前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から光を照射する方の光源装置から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光としたことを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項６】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項７】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項８】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項７に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項９】
複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線
を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１０】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１１】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析することを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１２】
複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１３】
前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１４】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１５】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１６】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光す
る第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１７】
前記光源装置は、
光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１８】
前記光源は、ＬＥＤ素子を直線状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１９】
前記光源は、ＬＥＤからの光を複数の光ファイバの一端に入射し、該複数の光ファイバの他端を直線状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２０】
前記光源は、ＬＥＤ素子を平面状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２１】
前記半導体ウェハは、太陽電池用のウェハであることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２２】
前記半導体ウェハが載置されるとともに、該半導体ウェハを、前記光源装置が該半導体ウェハの表面に対して斜め方向から光を照射することが可能で且つ前記撮影装置が該半導体ウェハの表面全体を撮影することが可能な位置に導く運搬装置をさらに備え、
インラインで、前記半導体ウェハにおける前記ソーマークを検出し、または該凹凸の大きさを測定することが可能に構成されたことを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２３】
半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法であって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から入射面において平行な光を照射し、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影し、
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２４】
前記半導体ウェハの表面の全域に対して照射する光の入射角は７４度以上８５度以下であることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２５】
前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであることを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２６】
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２５に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２７】
前記半導体ウェハの法線方向から見て複数の方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射し、
前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２６に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２８】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２５から２７のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２９】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３０】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２９に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３１】
複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３０に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３２】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３３】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析することを特徴とする請求項３２に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３４】
複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３３に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３５】
前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した積分曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した積分曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３２に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３６】
前記半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、ＬＥＤによって光を照射することを特徴とする請求項２３から３５のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項１】
半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査システムであって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、入射面において平行な光を照射する光源装置と、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影する撮影装置と、を備え、
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２】
前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射角は７４度以上８５度以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項３】
前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項４】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項５】
前記光源装置は前記半導体ウェハの法線方向から見て互いに約９０度異なる方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射する第１光源装置及び第２光源装置からなり、
前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光は、前記第１光源装置および前記第２光源装置のうち、前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から光を照射する方の光源装置から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光としたことを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項６】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項７】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項８】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項７に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項９】
複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線
を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項８に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１０】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１１】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記光源装置が照射する光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析することを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１２】
複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１３】
前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項１０に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１４】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向から見た断面図が放物線形状を示すとともに、前記直線と平行方向には該放物線形状を維持する反射鏡と、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記放物線の焦点に配置されたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１５】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するシリンドリカルレンズまたはシリンダフレネルレンズと、を有し、
前記直線と平行方向から見た場合に、前記光源は、前記シリンドリカルレンズまたは前記シリンダフレネルレンズの焦点に配置されたことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１６】
前記光源装置は、
直線状に構成された光源と、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光す
る第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズに対して前記光源と反対側に配置され前記直線と平行の開口部を有するスリットと、
前記直線と平行方向の軸を有するとともに前記スリットの開口部に焦点が位置するように配置され、前記スリットを通過した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光にする第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１７】
前記光源装置は、
光の照射面が略長方形状になるように構成された光源と、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに前記光源から照射される光を直線状に集光する第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズと、
前記第一シリンドリカルレンズまたは第一シリンダフレネルレンズの焦点部分に前記軸と平行の開口部を有するとともに前記光源から照射された光が直線状に集光した集光部分の幅を制限するスリットと、
前記長方形の一辺と平行方向の軸を有するとともに直線状に集光した後に拡散した前記光源から照射された光を平行光に戻す第二シリンドリカルレンズまたは第二シリンダフレネルレンズと、
を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１８】
前記光源は、ＬＥＤ素子を直線状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項１９】
前記光源は、ＬＥＤからの光を複数の光ファイバの一端に入射し、該複数の光ファイバの他端を直線状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２０】
前記光源は、ＬＥＤ素子を平面状に並列させることで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２１】
前記半導体ウェハは、太陽電池用のウェハであることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２２】
前記半導体ウェハが載置されるとともに、該半導体ウェハを、前記光源装置が該半導体ウェハの表面に対して斜め方向から光を照射することが可能で且つ前記撮影装置が該半導体ウェハの表面全体を撮影することが可能な位置に導く運搬装置をさらに備え、
インラインで、前記半導体ウェハにおける前記ソーマークを検出し、または該凹凸の大きさを測定することが可能に構成されたことを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査システム。
【請求項２３】
半導体ウェハの表面における凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定する半導体ウェハの表面検査方法であって、
半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から入射面において平行な光を照射し、
前記半導体ウェハの表面全体を撮影し、
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の散乱光または反射光の２次元的な強度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２４】
前記半導体ウェハの表面の全域に対して照射する光の入射角は７４度以上８５度以下であることを特徴とする請求項２３に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２５】
前記半導体ウェハの表面における凹凸は、前記半導体ウェハの表面に生じるソーマークであることを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２６】
前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２５に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２７】
前記半導体ウェハの法線方向から見て複数の方向から前記半導体ウェハの表面に光を照射し、
前記法線方向から見て前記ソーマークに垂直方向から照射された光の、前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記ソーマークに平行方向に積算した平行積算値に基づいて、前記凹凸を検出しまたは該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２６に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２８】
前記撮影装置で前記半導体ウェハの表面の全体を撮影することで得られた、前記光源装置から照射された光の前記半導体ウェハの表面の各ポイントからの散乱光または反射光の強度に応じた信号を、前記半導体ウェハの表面を分割して得られる複数の領域に相当するよう分割し、分割された各々の領域について前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２５から２７のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項２９】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線を積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３０】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２９に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３１】
複数の前記１次元的な強度分布曲線より、前記交線方向についての平均の強度分布曲線を導出し、該平均の強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出することで、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３０に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３２】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、各周波数に対する振幅の密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項２３または２４に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３３】
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より、前記照射される光の前記半導体ウェハの表面への入射面と前記半導体ウェハの表面との交線方向についての前記散乱光または反射光の１次元的な強度分布曲線を取得し、該１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された曲線を周波数分析することを特徴とする請求項３２に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３４】
複数の前記１次元的な強度分布曲線を前記交線方向について積分した曲線を導出し、導出された複数の曲線を各々周波数分析して得られた複数の前記密度分布を平均して得られる平均密度分布に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３３に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３５】
前記半導体ウェハが多結晶ウェハであり、
前記散乱光または反射光の２次元的な強度分布より得られた、前記散乱光または反射光の強度分布曲線または該強度分布曲線を積分した曲線を周波数分析し、
その中で前記多結晶の結晶粒の周波数成分に相当する第２の強度分布曲線または該第２の強度分布曲線を積分した積分曲線を導出し、
前記散乱光または反射光の強度分布曲線から前記第２の強度分布曲線に相当する成分を除去することで得られる第３の強度分布曲線または、前記強度分布曲線を積分した曲線から、前記第２の強度分布曲線を積分した積分曲線に相当する成分を除去することで得られる曲線に基づいて、前記凹凸を検出し、または該凹凸の大きさを測定することを特徴とする請求項３２に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【請求項３６】
前記半導体ウェハの表面の全域に対して斜め方向から、ＬＥＤによって光を照射することを特徴とする請求項２３から３５のいずれか一項に記載の半導体ウェハの表面検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−２０３２４５（Ｐ２０１１−２０３２４５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４４３７（Ｐ２０１１−４４４３７）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（５１００５７８６６）有限会社ユナテック (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（５１００５７８６６）有限会社ユナテック (1)
【Ｆターム（参考）】
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