JP2005180933A

JP2005180933A - 表面検査装置

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Publication number: JP2005180933A
Application number: JP2003417534A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hirata; 浩幸平田
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-16
Also published as: US20050126314A1; TWI265587B; IL165287A0; DE602004022244D1; EP1544897B1; CN1630056A; CN100375259C; EP1544897A2; JP4391217B2; EP1544897A3; US7432700B2; IL165287A; TW200525685A

Abstract

【課題】
表面検査装置自体でウェーハのセンタリングができる様にし、ウェーハのセンタリング、チャッキングを確実迅速に且つ高精度に行える様にする。
【解決手段】
モータ４により回転されるウェーハテーブル７と、該ウェーハテーブルに対して回転自在に設けられた一対のクランプアーム１４と、該クランプアームを中心方向に回転する様に付勢する付勢手段２５と、前記ウェーハテーブルに設けられ、ウェーハ１２の周縁部が載置される円弧状の載置座９と、前記クランプアームに設けられ、ウェーハの周縁に当接する円弧状のクランプ爪１８とを具備し、前記クランプアームは前記モータの回転中心とは異なる位置を中心に回転可能であり、前記クランプ爪は前記クランプアームの反中心側の回転で前記載置座から離反し、前記クランプアームのクランプ状態では前記載置座と前記クランプ爪間で前記ウェーハの周縁がクランプされる様構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体製造工程で、ウェーハ等の基板に付着する異物、基板表面の傷を検査する表面検査装置であり、特に基板のセンタリングが可能な検査ステージを具備する表面検査装置に関するものである。

シリコン等半導体のウェーハに多数の半導体素子が形成されて半導体装置が製造されるが、高密度集積化の為、加工は増々微細化され、更に歩留りの向上の為、ウェーハの大径化が増々促進されている。

高密度集積化、微細化に伴いウェーハに付着する異物或は傷の有無は製品品質、製品の歩留りに大きく影響する。この為、半導体製造工程には検査工程が組込まれ、表面検査装置によりウェーハの表面検査を行い、ウェーハに付着した異物の付着状況或は傷の有無等を検査している。

ウェーハの表面検査装置はウェーハを保持する検査ステージを有し、該検査ステージを高速で回転させ、高速回転されるウェーハ表面にレーザ光線を照射して円周方向に走査し、ウェーハ表面で反射されるレーザ光線を受光し、反射状況により異物の付着、傷の有無等を検出している。

上記した様に、ウェーハは増々大径化する一方、更に検査時間を短縮し、生産性を向上させることが求められており、検査時のウェーハ回転速度も増大されている。従って、ウェーハの検査時、保持されたウェーハには大きな遠心力が作用する。又、ウェーハ中心と検査ステージの回転中心との偏心量はウェーハに作用する遠心力に大きく影響する。

更に、ウェーハ表面上の異物、傷を検出した場合、異物、傷の位置（座標）はウェーハの中心とオリエンテーションフラット、又はノッチを基準として示される。ウェーハの中心はエッジを基準として決定される。ウェーハのエッジは表面検査装置に保持され、回転された状態で検出されるが、ウェーハの偏心量が大きい場合は回転によりウェーハのエッジが大きく移動することとなり、正確にエッジを検出することが難しくなり、基準座標の精度が悪くなると共に、ウェーハの破損の原因となる。この為、検出された異物、傷の位置情報の精度も低下する。

この為、表面検査装置にウェーハを保持させる場合に、ウェーハ中心と検査ステージの回転中心とは正確に一致させる必要がある。

従来、ウェーハのセンタリングは、表面検査装置の他に別途センタリング装置を具備しており、該センタリング装置でウェーハのセンタリングを行い、その後ウェーハ搬送機構で表面検査装置にウェーハを移載しており、前記センタリング装置でのウェーハのセンタリングが、表面検査装置がウェーハを保持した時に反映される様になっている。

然し乍ら、上記した従来のウェーハのセンタリングでは以下に示す不具合がある。

ウェーハのセンタリングを、別途設けたセンタリング装置で行っている為、センタリング装置が必要となると共にセンタリングの工程が必要となる。又、センタリング装置から表面検査装置に移載する間で誤差が生じる可能性もある。

又、表面検査装置とセンタリング装置との位置合せをウェーハ搬送機構を介して行わなければならず、調整が面倒である等の問題があった。

尚、検査前にウェーハの姿勢合せ、センタリング等を行う表面検査装置として、例えば特許文献１、特許文献２に示されるものがある。

特許第２７２９２９７号公報

特許第２８４６４２３号公報

本発明は斯かる実情に鑑み、表面検査装置自体でウェーハのセンタリングができる様にし、ウェーハのセンタリング、チャッキングを確実迅速に且つ高精度に行える様にするものである。

本発明は、モータにより回転されるウェーハテーブルと、該ウェーハテーブルに対して回転自在に設けられた一対のクランプアームと、該クランプアームを中心方向に回転する様に付勢する付勢手段と、前記ウェーハテーブルに設けられ、ウェーハの周縁部が載置される円弧状の載置座と、前記クランプアームに設けられ、ウェーハの周縁に当接する円弧状のクランプ爪とを具備し、前記クランプアームは前記モータの回転中心とは異なる位置を中心に回転可能であり、前記クランプ爪は前記クランプアームの反中心側の回転で前記載置座から離反し、前記クランプアームのクランプ状態では前記載置座と前記クランプ爪間で前記ウェーハの周縁がクランプされる様構成した表面検査装置に係り、又前記ウェーハテーブルには径の異なる複数の載置座が同心多重円状に設けられ、前記クランプアームには前記載置座の径に対応する径を有するクランプ爪が同心多重円状に設けられ、前記載置座は中心側に位置する程高さが低くなっている表面検査装置に係り、又前記クランプアームに遠心力が作用した場合、前記クランプアームは前記遠心力で中心方向に回転する様付勢される表面検査装置に係り、更に又前記クランプ爪は下向き傾斜面を有し、該傾斜面がウェーハの周縁に当接する表面検査装置に係るものである。

本発明によれば、モータにより回転されるウェーハテーブルと、該ウェーハテーブルに対して回転自在に設けられた一対のクランプアームと、該クランプアームを中心方向に回転する様に付勢する付勢手段と、前記ウェーハテーブルに設けられ、ウェーハの周縁部が載置される円弧状の載置座と、前記クランプアームに設けられ、ウェーハの周縁に当接する円弧状のクランプ爪とを具備し、前記クランプアームは前記モータの回転中心とは異なる位置を中心に回転可能であり、前記クランプ爪は前記クランプアームの反中心側の回転で前記載置座から離反し、前記クランプアームのクランプ状態では前記載置座と前記クランプ爪間で前記ウェーハの周縁がクランプされる様構成したので、ウェーハのクランプとウェーハのアライメントが同時に行え、アライメント装置、アライメント工程が不要となる。

又、本発明によれば、前記ウェーハテーブルには径の異なる複数の載置座が同心多重円状に設けられ、前記クランプアームには前記載置座の径に対応する径を有するクランプ爪が同心多重円状に設けられ、前記載置座は中心側に位置する程高さが低くなっているので、１つの検査ステージで複数のサイズのウェーハの検査が可能となる。

又、本発明によれば、前記クランプアームに遠心力が作用した場合、前記クランプアームは前記遠心力で中心方向に回転する様付勢されるので、検査中にウェーハのクランプが緩むということがない。

更に又、本発明によれば、前記クランプ爪は下向き傾斜面を有し、該傾斜面がウェーハの周縁に当接するので、ウェーハの外径に多少の寸法誤差があっても、確実にウェーハをクランプできるという優れた効果を発揮する。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。

図１は、検査ステージ１を具備する表面検査装置２を示しており、該表面検査装置２は筐体３の内部に収納され、又該筐体３の内部には図示していないが、前記検査ステージ１を回転駆動する為の駆動機構、前記検査ステージ１に保持されたウェーハに検出光を照射する投光光学系、ウェーハ表面で反射された散乱光等を受光する受光光学系、受光光学系の検出結果に基づきウェーハ等の基板に付着する異物、基板表面の傷を検査する検査部、又駆動機構、検査部等を制御する制御部等が収納されている。

前記検査ステージ１について、図２〜図７を参照して説明する。

前記筐体３を構成するフレーム（図示せず）にモータ４が支持され、該モータ４の回転軸５にボス６が固着され、該ボス６の上端にウェーハテーブル７が前記回転軸５と同心に固着され、前記ウェーハテーブル７の下側に所定の間隙を形成する様にガイドフランジ８が配設され、該ガイドフランジ８は前記ウェーハテーブル７に同心に固着され、該ウェーハテーブル７に対して小径となっている。尚、前記ガイドフランジ８は前記ボス６に取付けられてもよい。

前記ウェーハテーブル７の上面に外側載置座９，９、内側載置座１１，１１が同心多重円状に固着されている。前記外側載置座９、内側載置座１１は共に前記回転軸５の中心を中心とした円弧形状をしており、略四半円の長さを有し、前記外側載置座９の外径は、前記ウェーハテーブル７の外径より僅かに大きく、例えば３００ｍｍのウェーハ（以下大径ウェーハ１２と称す）の外径と同径であり、又前記内側載置座１１の外径は例えば２００ｍｍのウェーハ（以下小径ウェーハ１３と称す（図５参照））の外径と同径となっている。

前記外側載置座９、内側載置座１１は、上面の外周側の所要幅が水平面９ａ，１１ａであり、該水平面９ａ，１１ａから中心に向って斜面９ｂ，１１ｂが連続している。前記水平面１１ａの高さは、前記水平面９ａの高さに比べ、低くなっている。該水平面９ａに大径ウェーハ１２の周縁が載置され、前記水平面１１ａに小径ウェーハ１３の周縁が載置される。前記内側載置座１１の高さは、前記大径ウェーハ１２が前記外側載置座９に載置された状態で、前記大径ウェーハ１２と干渉しない様になっている。

前記ウェーハテーブル７と前記ガイドフランジ８間に２のクランプアーム１４，１４が点対称の関係で摺動自在に設けられ、該クランプアーム１４，１４はそれぞれ枢軸１５を介して前記ガイドフランジ８に回転自在に取付けられ、又前記クランプアーム１４の重心は、前記枢軸１５より先端側に存在する様に形状が決定されている。

前記クランプアーム１４，１４は前記ウェーハテーブル７の直径を境に接合し、各クランプアーム１４，１４の中央部には前記ウェーハテーブル７の中央部７ａと干渉しない様に凹部１６が形成されている（図６参照）。前記クランプアーム１４，１４の先端は前記ウェーハテーブル７の外周縁と同等の円弧となっており、前記クランプアーム１４，１４の先端部には断面が略Ｌ字状の外側爪取付座１７が、前記クランプアーム１４の下面に固着され、前記外側爪取付座１７の上端には外側クランプ爪１８が固着されている。該外側クランプ爪１８は中心に向って庇状に突出する爪部１８ａを有し、該爪部１８ａの下面は下向き傾斜面となっており、該爪部１８ａは前記水平面９ａとオーバラップしている（図４参照）。該水平面９ａと前記爪部１８ａ間に大径ウェーハ１２の周縁が把持される。

又、前記クランプアーム１４，１４の上面中途部には、内側爪取付座１９が前記外側爪取付座１７に対して同心多重円状に固着され、前記内側爪取付座１９は前記ウェーハテーブル７に穿設された逃げ孔２１を貫通し、前記内側爪取付座１９の上端には内側クランプ爪２２が固着されている。該内側クランプ爪２２は、前記外側クランプ爪１８と同様、中心に向って庇状に突出する爪部２２ａを有し、該爪部２２ａの下面は下向き傾斜面となっており、該爪部２２ａは前記水平面１１ａとオーバラップしている。該水平面１１ａと前記爪部２２ａの間に、小径ウェーハ１３の周縁が把持される。前記内側載置座１１の上端位置は、前記水平面９ａに大径ウェーハ１２が載置された場合、該大径ウェーハ１２の下面より低くなっている。

図７に見られる様に、前記クランプアーム１４の先端近傍にはピン２３が立設され、前記ガイドフランジ８の中心近傍にはバネ掛け２４が設けられ、該バネ掛け２４と前記ピン２３との間にスプリング２５が張設されている。該スプリング２５の作用線は前記回転軸５の中心又は略中心を通過し、前記枢軸１５の中心を通過する半径に略直交している。尚、前記スプリング２５の作用線は、必ずしも前記回転軸５の中心又は略中心を通過する必要はなく、前記枢軸１５より中心側を通過し、前記クランプアーム１４に中心方向に向う回転モーメントを発生させる様になっていればよい。

前記ウェーハテーブル７の下面には、前記クランプアーム１４の基端に対峙してロック手段２６、例えばエアシリンダ、ソレノイドが設けられ、該ロック手段２６はロックピン２７を有し、前記ロック手段２６は前記クランプアーム１４，１４が接合した状態で、前記ロックピン２７により前記クランプアーム１４の基部を中心側に押圧する等して該クランプアーム１４，１４の接合状態をロックする。

前記ウェーハテーブル７の周縁部下方には、クランプ解除手段２８が設けられている。該クランプ解除手段２８は図示しないアクチュエータ、例えばエアシリンダ、或はカム機構等によって半径方向に変位可能に支持されたプレート２９及び該プレート２９の先端部に立設された解除ピン３１を有し、該解除ピン３１は、前記外側爪取付座１７より中心側に位置し、前記アクチュエータにより前記プレート２９が外側に変位された場合、前記解除ピン３１の先端は前記外側爪取付座１７に係合可能となっている。又、前記解除ピン３１は前記ウェーハテーブル７が回転された場合、前記ピン２３、前記ロック手段２６等の回転部分と干渉しない様になっている。

又、前記ウェーハテーブル７の前記外側載置座９，９が設けられていない部分は円弧状の欠切部３２が形成され、又前記内側クランプ爪２２が設けられていない部分には円弧状の長孔３３が穿設されている。前記ウェーハテーブル７の下方に外側ウェーハセンサ３４、内側ウェーハセンサ３５が設けられ、前記外側ウェーハセンサ３４の光軸は前記大径ウェーハ１２の周縁を通過し、前記内側ウェーハセンサ３５の光軸は前記小径ウェーハ１３の周縁を通過する様になっており、前記ウェーハテーブル７の上方から、前記外側ウェーハセンサ３４の光軸、前記内側ウェーハセンサ３５の光軸に沿ってレーザ光線が照射される様になっている。

以下、上記した検査ステージ１によるウェーハのクランプ作用について、図８〜図１０を参照して説明する。

前記検査ステージ１に対してウェーハを授受する際のホーミングポジションは、前記解除ピン３１が前記外側爪取付座１７に当接可能な位置となっている。

先ず、ウェーハ（以下大径ウェーハ１２とする）を載置する場合、前記プレート２９が外側に移動され、前記解除ピン３１が前記外側爪取付座１７に係合し、前記スプリング２５に抗して前記クランプアーム１４，１４が外側に移動される。

前記解除ピン３１に追従して前記外側爪取付座１７が外方に変位することで、前記クランプアーム１４，１４は前記枢軸１５を中心に回転する。該枢軸１５は前記回転軸５に対して偏心しているので、前記外側クランプ爪１８は、図９に見られる様に前記外側載置座９から外側に大きく離反する。

前記爪部１８ａが前記外側載置座９の水平面９ａから退避し、該水平面９ａの上方は完全に解放される。図示しないロボットアームに保持された大径ウェーハ１２が前記外側載置座９と外側載置座９との間を通って搬送され、前記水平面９ａに載置される。

前記ロボットアームが退避した後、前記プレート２９を中心に向って変位させると、前記クランプアーム１４，１４は前記スプリング２５の力で前記解除ピン３１の動きに追従する。前記プレート２９を完全に中心側に移動させると、前記外側爪取付座１７が前記外側載置座９に当接し、前記解除ピン３１は前記外側爪取付座１７から離反する。又、前記解除ピン３１が前記外側爪取付座１７から離反した状態では、前記クランプアーム１４，１４は相互に接合している状態となっている。

前記クランプアーム１４，１４と一体に前記外側クランプ爪１８が対称的な動きをし、前記大径ウェーハ１２が中心からずれている場合は、ずれた側の大径ウェーハ１２の周縁から前記大径ウェーハ１２に接触し、前記外側クランプ爪１８の動きで前記大径ウェーハ１２の中心位置が修正（アライメント）される。前記外側クランプ爪１８が前記外側載置座９に当接した状態では、前記大径ウェーハ１２の中心と前記回転軸５の中心とが合致した状態で前記大径ウェーハ１２がクランプされる。

前記大径ウェーハ１２がクランプされた状態では、図４に見られる様に、前記外側クランプ爪１８の爪部１８ａの斜面が前記大径ウェーハ１２の周縁に接触しており、楔効果により前記大径ウェーハ１２の外径に多少のバラツキがあったとしてもガタツキなく確実にクランプする。

前記外側載置座９の水平面９ａのみで前記大径ウェーハ１２と接触する様にして外側載置座９と大径ウェーハ１２との接触部を少なくし、大径ウェーハ１２の汚染を防止しているが、搬入された前記大径ウェーハ１２の中心が大きくずれ、大径ウェーハ１２の周縁が前記水平面９ａから外れた場合も、該水平面９ａには前記斜面９ｂが連続しているので、アライメントは円滑に行われる。

大径ウェーハ１２のクランプが完了すると、前記モータ４により前記検査ステージ１が回転される。前記外側ウェーハセンサ３４、内側ウェーハセンサ３５に対してレーザ光線が照射され、前記外側ウェーハセンサ３４がレーザ光線を受光することで前記検査ステージ１に保持されているウェーハが大径であることが判断されると共に大径ウェーハ１２の回転方向の姿勢が検出される。

ウェーハには回転方向の位置を検出する為、周縁にオリエンテーションフラット或はノッチが形成されており、前記外側ウェーハセンサ３４は受光した時点での、前記ウェーハテーブル７の回転位置を検出することで、該ウェーハテーブル７に対する大径ウェーハ１２の回転方向の姿勢を検出することができる。該大径ウェーハ１２の回転方向の姿勢を検出することで、ウェーハに付着した異物の位置を特定できる。

又、前記ウェーハテーブル７は高速で回転されるが、前記クランプアーム１４の重心は外側載置座９側にあり、又前記クランプアーム１４は前記回転軸５とは偏心した位置の枢軸１５を中心に回転するので、前記クランプアーム１４に遠心力が作用した場合、該クランプアーム１４はクランプする方向に付勢され、回転中大径ウェーハ１２のクランプが緩むことはない。

小径ウェーハ１３をクランプする場合も、ウェーハを前記内側載置座１１に載置することで同様に行え、該内側載置座１１に載置された小径ウェーハ１３は前記大径ウェーハ１２が載置されるレベルより低くなっている。

上記した様に、前記外側クランプ爪１８は半径方向に大きく移動するので、前記検査ステージ１に搬送されるウェーハの中心位置が大きくずれたとしても、アライメント、クランプが可能であり、前記検査ステージ１に搬送する途中で、別途アライメントする必要がなく、アライメント装置、アライメント工程が必要なくなる。

尚、上記実施の形態に於いて、前記内側載置座１１の更に内側にウェーハ載置座を設け、前記クランプアーム１４の前記内側クランプ爪２２の更に内側にクランプ爪を設けることで、前記小径ウェーハ１３より更に小径のウェーハをクランプできる。又前記ガイドフランジ８を省略し、前記クランプアーム１４，１４を前記ウェーハテーブル７に直接回転自在に取付けてもよい。

又、前記スプリング２５に代えシリンダ等の付勢手段を設けてもよい。この場合、クランプ解除をシリンダ等で行う様にすれば、前記プレート２９、解除ピン３１等のクランプ解除手段は省略できる。

本発明の実施の形態の外観を示す概略図である。本発明の実施の形態の要部を示す側面図である。本発明の実施の形態の要部を示す断面図である。図３のＢ部拡大図である。本発明の実施の形態の要部を示す平面図である。図２のＡ−Ａ矢視図である。本発明の実施の形態の要部を示す底面図である。本発明の実施の形態に於けるクランプ解除状態を示す要部側面図である。本発明の実施の形態に於けるクランプ解除状態を示す要部平面図である。本発明の実施の形態に於けるクランプ解除状態を示す要部底面図である。

符号の説明

４モータ
７ウェーハテーブル
９外側載置座
１１内側載置座
１４クランプアーム
１５枢軸
１７外側爪取付座
１８外側クランプ爪
１９内側爪取付座
２２内側クランプ爪
２５スプリング
２６ロック手段
２８クランプ解除手段
２９プレート
３１解除ピン

Claims

モータにより回転されるウェーハテーブルと、該ウェーハテーブルに対して回転自在に設けられた一対のクランプアームと、該クランプアームを中心方向に回転する様に付勢する付勢手段と、前記ウェーハテーブルに設けられ、ウェーハの周縁部が載置される円弧状の載置座と、前記クランプアームに設けられ、ウェーハの周縁に当接する円弧状のクランプ爪とを具備し、前記クランプアームは前記モータの回転中心とは異なる位置を中心に回転可能であり、前記クランプ爪は前記クランプアームの反中心側の回転で前記載置座から離反し、前記クランプアームのクランプ状態では前記載置座と前記クランプ爪間で前記ウェーハの周縁がクランプされる様構成したことを特徴とする表面検査装置。
前記ウェーハテーブルには径の異なる複数の載置座が同心多重円状に設けられ、前記クランプアームには前記載置座の径に対応する径を有するクランプ爪が同心多重円状に設けられ、前記載置座は中心側に位置する程高さが低くなっている請求項１の表面検査装置。
前記クランプアームに遠心力が作用した場合、前記クランプアームは前記遠心力で中心方向に回転する様付勢される請求項１の表面検査装置。
前記クランプ爪は下向き傾斜面を有し、該傾斜面がウェーハの周縁に当接する請求項１の表面検査装置。