特開 2024-115400 観察装置、検出装置及び観察方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115400

(43)【公開日】2024-08-26

(54)【発明の名称】観察装置、検出装置及び観察方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/26 20060101AFI20240819BHJP

   G02B 21/06 20060101ALI20240819BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20240819BHJP

   G01N 21/956 20060101ALI20240819BHJP

【ＦＩ】

G02B21/26

G02B21/06

G01N21/88 Z

G01N21/956 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021080

(22)【出願日】2023-02-14

(71)【出願人】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】301014904

【氏名又は名称】東レエンジニアリング先端半導体ＭＩテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉谷 篤志

【テーマコード（参考）】

2G051

2H052

【Ｆターム（参考）】

2G051AA42

2G051AA51

2G051AB02

2G051AB03

2G051DA20

2H052AA05

2H052AB01

2H052AC04

2H052AD14

2H052AF14

(57)【要約】

【課題】微分干渉光学法を用いて基板の表面を観察するにあたって、基板の表面に形成されたクラックを視認しやすくする。
【解決手段】観察装置１は、基板Ｗの表面Ｗ１を観察する。観察装置１は、基板Ｗを保持する保持部２０と、保持部２０に保持された基板Ｗの表面Ｗ１を投影して像Ｇを得る微分干渉顕微鏡１０と、を備える。保持部２０は、基板Ｗを撓んだ状態で保持する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板の表面を観察する観察装置であって、
前記基板を保持する保持部と、
前記保持部に保持された前記基板の前記表面を投影して像を得る微分干渉顕微鏡と、を備え、
前記保持部は、前記基板を撓んだ状態で保持する、観察装置。

【請求項2】

請求項１に記載の観察装置であって、
前記保持部は、前記基板の外周部を保持する一方、前記基板の中央部を保持しない、観察装置。

【請求項3】

請求項２に記載の観察装置であって、
前記保持部は、前記基板を下から支持するテーブルであり、
前記テーブルにおける前記基板の前記中央部に対応する部分には、穴が空けられている、観察装置。

【請求項4】

請求項１に記載の観察装置によって得られた前記基板の前記表面の前記像に基づいて、前記基板の前記表面に形成されたクラックを検出する、検出装置。

【請求項5】

基板の表面を観察する観察方法であって、
前記基板を撓んだ状態で保持しながら、微分干渉光学法によって前記基板の前記表面を投影して像を得る、観察方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、観察装置、検出装置及び観察方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に示すように、微分干渉顕微鏡を用いて基板の表面を観察する手法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－２５６７９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

微分干渉顕微鏡は、基板の表面を投影して像を得る。微分干渉顕微鏡には、微分干渉プリズムが設けられている。微分干渉顕微鏡では、光源から出射された光は、微分干渉プリズムを通過して、互いに直交する２つの偏光に変換されるとともに、それらの光路間に微小な水平距離（シャー）を発生させる。２つの偏光は、基板の表面における異なる２点へ入射して反射する。反射した２つの偏光は、微分干渉プリズムを再び通過して同じ光路に合流する。

【0005】

２つの偏光が入射した２点間に勾配（高低差）がある場合、２つの偏光の位相が互いにずれて、２つの偏光は、合流時に干渉する。２つの偏光の干渉強度は、それらが入射した２点間の勾配の大きさによって、異なる。このため、基板の表面に勾配の分布があると、明暗のコントラストが発生して凹凸が強調される。このように、微分干渉顕微鏡では、通常の光学系（例えば同軸落射照明など）では視認できないような基板の表面における微小な段差を可視化する。

【0006】

ところで、微分干渉顕微鏡にて基板の表面における凹凸を強調した場合であっても、基板の表面に形成されたクラックを、上手く視認できないことがあった。

【0007】

本開示は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、微分干渉光学法を用いて基板の表面を観察するにあたって、基板の表面に形成されたクラックを視認しやすくすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示に係る観察装置は、基板の表面を観察する観察装置であって、前記基板を保持する保持部と、前記保持部に保持された前記基板の前記表面を投影して像を得る微分干渉顕微鏡と、を備え、前記保持部は、前記基板を撓んだ状態で保持する。

【0009】

基板の表面におけるクラックが形成された部分では、通常、勾配が微妙に変化している。しかしながら、基板を全面的に保持するなどして基板を撓ませない場合、基板の表面におけるクラックによる勾配の変化が微小すぎるため、微分干渉顕微鏡を用いて基板の表面を観察したとしても、クラック付近において明暗のコントラストが発生しにくく、クラックを視認するのが難しかった。

【0010】

そこで、保持部は、基板を撓ませた状態で保持する。このように基板を撓ませることによって、基板の表面において、クラックを起点にした局所的な勾配の変化が発生する。これにより、微分干渉顕微鏡を用いて基板の表面を観察した場合に、クラック付近において明暗のコントラストが発生しやすくなるので、クラックを視認しやすくなる。

【0011】

以上、微分干渉光学法を用いて基板の表面を観察するにあたって、基板の表面に形成されたクラックを視認しやすくなる。

【0012】

一実施形態では、前記保持部は、前記基板の外周部を保持する一方、前記基板の中央部を保持しない。

【0013】

かかる構成によれば、保持部が基板の中央部に触れないので、基板の中央部に設けられた素子などを保護することができる。

【0014】

一実施形態では、前記保持部は、前記基板を下から支持するテーブルであり、前記テーブルにおける前記基板の前記中央部に対応する部分には、穴が空けられている。

【0015】

かかる構成によれば、基板をテーブルに置くだけで、基板の中央部が重力によってテーブルの穴に向かって下方に撓む（沈む）ので、取り扱いが容易である。

【0016】

本開示に係る検出装置は、前記観察装置によって得られた前記基板の前記表面の前記像に基づいて、前記基板の前記表面に形成されたクラックを検出する。

【0017】

かかる構成によれば、上述の通り基板の表面におけるクラック付近において明暗のコントラストが発生しやすくなっているので、検出装置によって、基板の表面の像に基づいてクラックを検出しやすくなる。

【0018】

本開示に係る観察方法は、基板の表面を観察する観察方法であって、前記基板を撓んだ状態で保持しながら、微分干渉光学法によって前記基板の前記表面を投影して像を得る。

【発明の効果】

【0019】

本開示によれば、微分干渉光学法を用いて基板の表面を観察するにあたって、基板の表面に形成されたクラックを視認しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１は、本実施形態に係る観察装置を正面図で示す。

【図2】図２は、テーブルを平面図で示す。

【図3】図３は、クラックが形成されていない基板の表面における異なる領域間での勾配の変化を示す。

【図4】図４は、クラックが形成された基板の表面における異なる領域間での勾配の変化を示す。

【図5】図５は、撓んだ状態の基板の表面にクラックが形成されていない場合において微分干渉顕微鏡により基板の表面を投影して得られる像を示す。

【図6】図６は、撓んだ状態の基板の表面にクラックが形成された場合において微分干渉顕微鏡により基板の表面を投影して得られる像を示す。

【図7】図７は、従来技術に係る観察装置を正面図で示す。

【図8】図８は、従来技術において基板の表面における異なる領域間での勾配の変化を示す。

【図9】図９は、従来技術において微分干渉顕微鏡により基板の表面を投影して得られる像を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0022】

（観察装置）
図１は、観察装置１を正面図で示す。観察装置１は、基板Ｗの表面Ｗ１を観察する。基板Ｗは、例えば半導体基板である。基板Ｗは、板状である。基板Ｗは、平面視において円形状である。基板Ｗの表面Ｗ１には、クラックＸが形成されている。クラックＸは、例えば、傷、ひび割れ、裂け目、亀裂、などの総称である。観察装置１は、微分干渉顕微鏡１０と、保持部としてのテーブル２０と、を備える。

【0023】

（微分干渉顕微鏡）
微分干渉顕微鏡１０は、基板Ｗの表面Ｗ１を投影して像Ｇを得る。微分干渉顕微鏡１０には、微分干渉プリズム１１が設けられている。微分干渉顕微鏡１０では、光源（図示せず）から出射された光Ｌは、微分干渉プリズム１１を通過して、互いに直交する２つの偏光Ｌａ，Ｌｂに変換されるとともに、それらの光路間に微小な水平距離（シャー）を発生させる。２つの偏光Ｌａ，Ｌｂは、基板Ｗの表面Ｗ１における異なる２点Ｐａ，Ｐｂへ入射して反射する。反射した２つの偏光Ｌａ，Ｌｂは、微分干渉プリズム１１を再び通過して同じ光路に合流して、受光器（図示せず）に至る。

【0024】

２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間に勾配（高低差）δがある場合、２つの偏光Ｌａ，Ｌｂの位相が互いにずれて、２つの偏光Ｌａ，Ｌｂは、合流時に干渉する。２つの偏光Ｌａ，Ｌｂの干渉強度は、それらが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間の勾配δの大きさによって、異なる。このため、基板Ｗの表面Ｗ１に勾配δの分布があると、明暗のコントラストが発生して凹凸が強調される。このように、微分干渉顕微鏡１０では、通常の光学系（例えば同軸落射照明など）では視認できないような基板Ｗの表面Ｗ１における微小な段差を可視化する。

【0025】

（従来技術の問題点）
図７は、従来技術に係る観察装置１’を正面図で示す。従来技術に係る観察装置１’では、基板Ｗは、穴の無いテーブル２０’によって下側から全面的に支持されることによって、全体的に保持されている。テーブル２０’により全面支持された基板Ｗは、撓まない。

【0026】

図８は、従来技術において基板Ｗの表面Ｗ１における２つの異なる領域Ｒ１，Ｒ２間での勾配の変化を示す。図８は、図７のＶＩＩＩ部を示す。基板Ｗの表面Ｗ１には、クラックＸが形成されている。

【0027】

図８の左側の第１領域Ｒ１では、２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第１勾配（第１高低差）δ１は、ゼロである。同様に、図８の右側の第２領域Ｒ２でも、２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第２勾配（第２高低差）δ２は、ゼロである。第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とは、基板Ｗの表面Ｗ１において、互いに離れている。第１領域Ｒ１での第１勾配δ１と第２領域Ｒ２での第２勾配δ２とは、互いに等しい（δ１＝δ２＝０）。

【0028】

図９は、従来技術において微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇ’を示す。テーブル２０’により全面支持された基板Ｗは撓まないので、基板Ｗの表面Ｗ１における全ての領域において、勾配はゼロである。このため、微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇ’は、真っ暗である。

【0029】

基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されている場合、基板Ｗの表面Ｗ１におけるクラックＸが形成された部分においてのみ、勾配が微妙に変化する。しかしながら、基板Ｗの表面Ｗ１におけるクラックＸによる勾配の変化は微小すぎるため、図９に示すように、像Ｇ’において、クラックＸは、周囲よりも少し明るいのみであり、ほとんど視認できない。

【0030】

このように、微分干渉顕微鏡１０にて基板Ｗの表面Ｗ１における凹凸を強調した場合であっても、基板Ｗの表面Ｗ１に形成されたクラックＸを、上手く視認できないことがあった。特に、クラックＸが細い場合、視認することが困難であった。

【0031】

本実施形態に係る観察装置１では、以下の工夫を施すことによって、微分干渉光学法（微分干渉顕微鏡１０）を用いて基板Ｗの表面Ｗ１を観察するにあたって、基板Ｗの表面Ｗ１に形成されたクラックＸを視認しやすくした。

【0032】

（テーブル）
図２は、テーブル２０を上側から見た平面図で示す。テーブル２０は、平面視において円形状である。テーブル２０は、基板Ｗを下側から支持することによって、基板Ｗを保持する。テーブル２０の中央部分２１には、穴２２が空けられている。換言すると、テーブル２０は、中空である。

【0033】

テーブル２０の中央部分２１（穴２２）は、基板Ｗの中央部Ｗ２に対応する。すなわち、テーブル２０の中央部分２１（穴２２）は、基板Ｗの中央部Ｗ２に上側から覆われている。テーブル２０の外周部分２３は、基板Ｗの外周部Ｗ３に対応する。すなわち、テーブル２０の外周部分２３は、基板Ｗの外周部Ｗ３を下側から支持する。なお、テーブル２０の外周部分２３と基板Ｗの外周部Ｗ３とは、粘着テープやチャックなどの固定具によって互いに固定されてもよい。

【0034】

このように、テーブル２０は、外周部分２３において基板Ｗの外周部Ｗ３を保持する一方、中央部分２１（穴２２）において基板Ｗの中央部Ｗ２を保持しない。このため、図１に示すように、基板Ｗの中央部Ｗ２は、重力によってテーブル２０の穴２２に向かって下方に撓む（沈む）。すなわち、テーブル２０は、基板Ｗを撓んだ状態で保持する。基板Ｗが撓んだ状態のとき、基板Ｗには応力が発生している。

【0035】

そして、微分干渉顕微鏡１０は、撓んだ状態でテーブル２０に保持された基板Ｗの表面Ｗ１を投影して像Ｇを得る。なお、図１では、分かりやすさのため、基板Ｗの撓み量を実際よりも大きく描いている。

【0036】

（基板の撓みの影響）
基板Ｗの撓みの影響について説明する。図３は、クラックＸが形成されていない基板Ｗの表面Ｗ１における異なる２つの領域Ｒ１，Ｒ２間での勾配の変化を示す。図３は、図１のＡ部を示す。

【0037】

図３に示すように、基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されていない場合、第１領域Ｒ１にて２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第１勾配（第１高低差）δ１と、第２領域Ｒ２にて２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第２勾配（第２高低差）δ２とは、互いにほぼ等しく（δ１＝δ２）、かつゼロでない（≠０）。

【0038】

図４は、クラックＸが形成された基板Ｗの表面Ｗ１における異なる２つの領域Ｒ１，Ｒ２間での勾配の変化を示す。図４は、図１のＡ部を示す。

【0039】

図４に示すように、基板Ｗの表面Ｗ１における第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間には、クラックＸが形成されている。基板Ｗの表面Ｗ１に形成されたクラックＸ付近（第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間）では、クラックＸを起点として局所的に勾配の変化が発生している。

【0040】

このため、基板Ｗの表面Ｗ１における第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間にクラックＸが形成された場合、第１領域Ｒ１にて２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第１勾配δ１と、第２領域Ｒ２にて２つの偏光Ｌａ，Ｌｂが入射した２点Ｐａ，Ｐｂ間における第２勾配δ２とは、互いに異なる（δ１≠δ２）。

【0041】

図５は、撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されていない場合において微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇを示す。図５では、基板Ｗの表面Ｗ１の全体が示されている。

【0042】

撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されていない場合、基板Ｗの表面Ｗ１における勾配は、外周部Ｗ３で大きく且つ中央部Ｗ２で小さくなるように、滑らかに変化している。このため、撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されていない場合、微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇの背景は、外周部Ｗ３で明るく且つ中央部Ｗ２で暗くなるように、滑らかな明暗のグラデーションになっている。

【0043】

図６は、撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成された場合において微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇを示す。図６では、図５と同様に、基板Ｗの表面Ｗ１の全体が示されている。

【0044】

撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されている場合、基板Ｗの表面Ｗ１における勾配は、クラックＸ付近において、クラックＸを起点として局所的に変化する。このため、撓んだ状態の基板Ｗの表面Ｗ１にクラックＸが形成されている場合、微分干渉顕微鏡１０により基板Ｗの表面Ｗ１を投影して得られる像Ｇは、クラックＸ付近（図６のＢ部参照）において、明暗の（輝度）コントラストが発生する。

【0045】

（検出装置）
観察装置１は、検出装置２（図１参照）に接続されている。検出装置２は、観察装置１によって得られた基板Ｗの表面Ｗ１の像Ｇに基づいて、基板Ｗの表面Ｗ１に形成されたクラックＸを検出する。検出装置２は、マイコン及びプログラム等で構成されたコントローラを、備える。

【0046】

（作用効果）
基板Ｗの表面Ｗ１におけるクラックＸが形成された部分では、通常、勾配が微妙に変化している。しかしながら、基板Ｗを全面的に保持するなどして基板を撓ませない場合（図７～９参照）、基板Ｗの表面Ｗ１におけるクラックＸによる勾配の変化が微小すぎるため、微分干渉顕微鏡１０を用いて基板Ｗの表面Ｗ１を観察したとしても、クラックＸ付近において明暗のコントラストが発生しにくく、クラックＸを視認するのが難しかった。

【0047】

そこで、図１，２に示すように、テーブル（保持部）２０は、基板Ｗを撓ませた状態で保持する。このように基板Ｗを撓ませることによって、図４に示すように、基板Ｗの表面Ｗ１において、クラックＸを起点にした局所的な勾配の変化が発生する。これにより、微分干渉顕微鏡１０を用いて基板Ｗの表面Ｗ１を観察した場合に、図６に示すように、クラックＸ付近において明暗のコントラストが発生しやすくなるので、クラックＸを視認しやすくなる。

【0048】

以上、微分干渉光学法（微分干渉顕微鏡１０）を用いて基板Ｗの表面Ｗ１を観察するにあたって、基板Ｗの表面Ｗ１に形成されたクラックＸを視認しやすくなる。

【0049】

テーブル（保持部）２０は、外周部分２３において基板Ｗの外周部Ｗ３を保持する一方、中央部分２１（穴２２）において基板Ｗの中央部Ｗ２を保持しない。これにより、テーブル２０が基板Ｗの中央部Ｗ２に触れないので、基板Ｗの中央部Ｗ２に設けられた素子など（例えば、半導体基板に設けられた回路パターンなど）を保護することができる。

【0050】

中央部分２１に穴２２の空けられたテーブル２０に対して基板Ｗを置くだけで、基板Ｗの中央部Ｗ２が重力によってテーブル２０の穴２２に向かって下方に撓む（沈む）ので、取り扱いが容易である。

【0051】

上述の通り基板Ｗの表面Ｗ１におけるクラックＸ付近において明暗のコントラストが発生しやすくなっているので、検出装置２によって、基板Ｗの表面Ｗ１の像Ｇに基づいてクラックＸを検出しやすくなる。

【0052】

（その他の実施形態）
以上、本開示を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

【0053】

穴２２の無いテーブル（保持部）２０の中央部分２１に突起を設け、基板Ｗの中央部Ｗ２を当該突起に置いて、基板Ｗの中央部Ｗ２を当該突起によって下側から支持してもよい。すなわち、テーブル（保持部）２０によって、基板Ｗの中央部Ｗ２を保持する一方、基板Ｗの外周部Ｗ３を保持しなくてもよい。この場合、基板Ｗの外周部Ｗ３は、重力によって、下方に撓む。

【0054】

保持部２０は、テーブルに限定されない。保持部２０は、例えば、基板Ｗの外周部Ｗ３を把持するチャックでもよい。保持部２０は、基板Ｗの一端部を片持ち支持してもよい。

【0055】

基板Ｗを上手く撓ませるためには、保持部２０は、基板Ｗにおける少なくとも一部を、敢えて保持しないことが好ましい。
基板Ｗは、重力以外の外力によって、撓んでもよい。基板Ｗは、例えば上方への外力によって（上方へ引っ張ることによって）、撓んでもよい。

【0056】

基板Ｗは、半導体基板に限定されず、例えば、ガラス基板や金属基板や樹脂基板などでもよい。基板Ｗは、円形状に限定されず、例えば多角形状などでもよい。

【0057】

本開示に係る観察方法は、基板Ｗの表面Ｗ１を観察する観察方法であって、基板Ｗを撓んだ状態で保持しながら、微分干渉光学法によって基板Ｗの表面Ｗ１を投影して像Ｇを得る。この観察方法では、基板Ｗを手作業にて撓んだ状態で保持してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本開示は、観察装置、検出装置及び観察方法に適用できるので、極めて有用であり、産業上の利用可能性が高い。

【符号の説明】

【0059】

Ｗ 基板
Ｗ１ 表面
Ｗ２ 中央部
Ｗ３ 外周部
Ｘ クラック
Ｇ 像
Ｌ 光
Ｌａ 偏光
Ｌｂ 偏光
δ 勾配
δ１ 第１勾配
δ２ 第２勾配
１ 観察装置
２ 検出装置
１０ 微分干渉顕微鏡
１１ 微分干渉プリズム
２０ テーブル（保持部）
２１ 中央部分
２２ 穴
２３ 外周部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】