JP2005203421A - 基板検査方法及び基板検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う際、基板の移動範囲を小さくして、装置を小型化する。
【解決手段】半導体ウェーハ１の表面を４つの検査領域に分割する。半導体ウェーハ１をステージによりＸ方向に半導体ウェーハ１の直径（２Ｒ）の半分の距離（Ｒ）だけ移動し、光学系をＹ方向に半導体ウェーハ１の直径（２Ｒ）の半分の距離（Ｒ）だけ移動して、１つの検査領域の検査を行う。１つの検査領域の検査が終了したら、半導体ウェーハ１を９０°回転させて、検査領域を切り替える。これらを繰り返すことにより、半導体ウェーハ１の表面全体の検査を行う。検査装置が半導体ウェーハの移動のために占有する面積は、３Ｒ×２Ｒとなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体デバイス、フラットパネルディスプレイ装置、磁気ディスク等の製造工程で、光学的手段を用いて、半導体ウェーハ、ガラス基板、ディスク基板（サブストレート）等の検査を行う基板検査方法及び基板検査装置に係り、特にパターンの重ね合わせ誤差や表面の欠陥の検査等のように、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う基板検査方法及び基板検査装置に関する。

基板上に形成されたパターンの重ね合わせ誤差の測定は、基板の表面へ照明光を照射して基板の表面からの反射光を受光し、受光した反射光の強度から測定用パターンの中心位置のずれ量を検出することにより行われている。また、基板の表面の欠陥の検査は、基板の表面へ検査光を照射して基板の表面からの反射光又は散乱光を受光し、受光した反射光又は散乱光の強度から基板の表面の傷や異物等を検出することにより行われている。このように光学的手段を用いて基板の検査を行う場合、基板と光学系とを相対的に移動させることにより、基板の表面の検査位置を移動させなければならない。

検査位置の移動には、従来、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動するＸＹ移動方式が知られている。また、半導体ウェーハやディスク基板等の円形の基板の走査では、基板を回転させながら、光学系を基板の半径方向へ移動してスパイラル状又は同心円状に走査を行う回転走査方式も知られている。しかしながら、回転走査方式は、画像信号の処理が複雑であり、また基板の周辺部では走査密度が粗くなって検査精度が低下する。このため、パターンの重ね合わせ誤差や表面の欠陥の検査では、通常、ＸＹ移動方式が採用されている。

一般に、ＸＹ移動方式では、光学系を固定し、基板を搭載したチャックをステージによりＸ方向及びＹ方向へ移動していた。図６は、従来の検査装置における半導体ウェーハの移動範囲を説明する図である。光学系の中心２Ｃを固定した場合、半導体ウェーハ１の表面全体を検査するためには、ステージのストロークを半導体ウェーハ１の直径（２Ｒ）と同じだけＸ方向及びＹ方向へ取らなければならない。従って、半導体ウェーハ１の移動範囲は、Ｘ方向及びＹ方向へ直径の２倍（４Ｒ）の範囲となり、検査装置は、少なくとも、破線で示した一辺が直径の２倍（４Ｒ）の正方形の面積を占有する。

これに対し、光学系をＸ方向又はＹ方向へ移動することにより、半導体ウェーハの移動範囲を半減させて装置の小型化を図る技術が、特許文献１に記載されている。
特開平９−１７０９８６号公報

本発明の課題は、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う際、さらに、基板の移動範囲を小さくして、装置を小型化することである。

本発明の基板検査方法は、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う基板検査方法であって、基板の表面を複数の検査領域に分割し、基板をＸ方向又はＹ方向、光学系をそれと直交する方向に移動して１つの検査領域の検査を行う第１の工程と、基板を回転させて検査領域を切り替える第２の工程とを繰り返すものである。

また、本発明の基板検査装置は、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う基板検査装置であって、基板をＸ方向又はＹ方向へ移動する基板移動手段と、光学系をそれと直交する方向に移動する光学系移動手段と、基板を回転させる基板回転手段とを備え、基板移動手段及び光学系移動手段による基板及び光学系の移動と、基板回転手段による基板の回転とを繰り返すものである。

基板をＸ方向又はＹ方向、光学系をそれと直交する方向に移動して、光学系の下方に位置する１つの検査領域の検査を行う。１つの検査領域の検査が終了したら、基板を回転させて次の検査領域を光学系の下方へ移動させる。これらを繰り返すことにより、基板の表面全体の検査を行う。検査領域の切り替えのために基板を移動する必要はなく、基板の移動範囲は、基板移動方向の基板の長さに各検査領域の長さの最大値を加えたものとなる。

さらに、検査領域を切り替える際の基板の回転角度を９０°とすると、半導体ウェーハやディスク基板等の円形の基板についても、またガラス基板等の四角形の基板についても、基板の表面を４分割した４つの検査領域の検査で、基板の表面全体の検査が可能となる。

さらに、各検査領域の検査で基板の移動距離を基板移動方向の基板の長さの半分とすると、基板の表面全体を検査するために必要な基板の移動範囲が最小となる。

本発明によれば、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う際、基板の移動範囲を小さくして、装置を小型化することができる。

また、基板を９０°回転させて検査領域を切り替えることにより、基板の表面を４分割した４つの検査領域の検査で、基板の表面全体を検査することができる。

さらに、各検査領域の検査で基板を基板移動方向の基板の長さの半分の距離だけ移動することにより、基板の表面全体を検査するために必要な基板の移動範囲を最小にすることができる。

図１は、本発明の一実施の形態による半導体ウェーハの検査装置の概略構成を示す図である。また、図２は、図１に示した半導体ウェーハの検査装置の一部の上面図である。本実施の形態は、パターンの重ね合わせ誤差の検査装置の例を示している。検査装置は、ベース１０、レール１１，１７、ステージ、チャック１５、光学ベース１６、光学系２０、制御回路３０、Ａ／Ｄ変換回路４０、インタフェース５０、処理装置６０、及びテーブル駆動回路７０を含んで構成されている。なお、図２では、図１においてベース１０上に搭載された各構成要素のうち、二点鎖線で表した光学系２０より下の部分だけが示されている。

検査対象の半導体ウェーハ１が、ステージに搭載されたチャック１５上に固定されている。ステージは、一軸テーブル１２、焦点合わせテーブル１３、及び回転テーブル１４を含んで構成されている。一軸テーブル１２は、ベース１０に取り付けられたレール１１に沿って、Ｘ方向へ移動する。焦点合わせテーブル１３はＺ方向へ移動し、回転テーブル１４はθ方向に回転する。テーブル駆動回路７０は、処理装置６０により制御され、一軸テーブル１２、焦点合わせテーブル１３、及び回転テーブル１４を駆動する。

一方、チャック１５上に固定された半導体ウェーハ１の上空には、光学系２０が配置されている。光学系２０は、光学ベース１６に取り付けられたレール１７に沿って、Ｙ方向へ移動する。制御回路３０は、インタフェース５０を介して処理装置６０により制御され、光学系２０の駆動を制御する。

処理装置６０は、ＭＰＵ６１、メモリ６２、及びバス６３を含んで構成されている。ＭＰＵ６１は、メモリ６２に格納された位置決めプログラムを実行し、テーブル駆動回路７０を制御して一軸テーブル１２をＸ方向へステップ移動させ、また制御回路３０を制御して光学系２０をＹ方向へステップ移動させる。これらの動作により、半導体ウェーハ１の表面の各検査領域における各検査位置の位置決めが行われる。また、ＭＰＵ６１は、テーブル駆動回路７０を制御して、回転テーブル１４をθ方向に回転させる。これにより、半導体ウェーハ１の表面の検査領域の切り替えが行われる。さらに、ＭＰＵ６１は、メモリ６２に格納された焦点合わせプログラムを実行し、テーブル駆動回路７０を制御して、焦点合わせテーブル１３をＺ方向へ移動させる。これにより、光学系２０の焦点合わせが行われる。

光学系２０は、光源２１、照明絞り２２、照明レンズ２３、ハーフミラー２４，２７、対物レンズ２５、結像レンズ２６、及び画像信号検出器２８，２９を含んで構成されている。

光源２１は、例えば水銀ランプ等から成り、照明光を発生する。光源２１から発生した照明光は、照明絞り２２及び照明レンズ２３を通り、ハーフミラー２４で反射されて、対物レンズ２５から半導体ウェーハ１の表面へ照射される。

半導体ウェーハ１の表面からの反射光は、対物レンズ２５で集光され、ハーフミラー２４を透過した後、結像レンズ２６を通って、ハーフミラー２７へ入射する。ハーフミラー２７へ入射した反射光の約半分は、ハーフミラー２７を透過して画像信号検出器２８の受光面で結像する。ハーフミラー２７へ入射した反射光の残り約半分は、ハーフミラー２７で反射されて画像信号検出器２９の受光面で結像する。画像信号検出器２８，２９は、例えば、一方がＸ方向、他方がＹ方向に複数のＣＣＤが配列されたＣＣＤラインセンサー等で構成されている。画像信号検出器２８，２９は、制御回路３０の制御により、受光面で受光した光の強度に応じた検出信号をＡ／Ｄ変換回路４０へ出力する。

なお、画像信号検出器２８，２９の代わりに２次元のエリアセンサーを用いてもよく、その場合、ハーフミラー２７は不要である。

Ａ／Ｄ変換回路４０は、画像信号検出器２８，２９の検出信号をディジタル信号に変換し、インタフェース５０を介して処理装置６０へ出力する。処理装置６０のＭＰＵ６１は、バス６３を介してメモリ６２を制御し、Ａ／Ｄ変換回路４０からのディジタル信号をメモリ６２に記憶する。そして、メモリ６２に格納された重ね合わせ誤差検出プログラムを実行し、メモリ６２に記憶したディジタル信号を処理して、Ｘ方向及びＹ方向についてパターンの重ね合わせ誤差を検出する。

図３は、図１に示した半導体ウェーハの検査装置の動作を示すフローチャートである。まず、１つの検査領域内の１つの検査位置について、検査位置の位置決め（ステップ１０１）及び光学系２０の焦点合わせ（ステップ１０２）を行った後、パターンの重ね合わせ誤差を検出する（ステップ１０３）。続いて、１つの検査領域内の全検査位置の検査が終了したか否かを判断し（ステップ１０４）、終了していなけければ次の検査位置の検査を行う（ステップ１０１〜１０３）。

１つの検査領域内の全検査位置の検査が終了したら、全検査領域の検査が終了したか否かを判断する（ステップ１０５）。全検査領域の検査が終了していなければ、検査領域の切り替えを行い（ステップ１０６）、新たな検査領域について、上述と同様に各検査位置の検査を行う（ステップ１０１〜１０４）。全検査領域の検査が終了したら、検査を終了する。

図４は、本発明の一実施の形態における半導体ウェーハの移動範囲を説明する図である。本実施の形態は、半導体ウェーハ１の表面を破線で示すように４つの検査領域に分割し、半導体ウェーハ１を９０°ずつ回転させて検査領域を切り替える例を示している。ステージのストロークは、Ｘ方向に半導体ウェーハ１の直径（２Ｒ）の半分の距離（Ｒ）、光学系２０のストロークは、Ｙ方向に半導体ウェーハ１の直径（２Ｒ）の半分の距離（Ｒ）である。

検査開始前に光学系２０の中心２０Ｃが図に示す基準位置にあるとき、斜線の範囲が検査可能な範囲である。半導体ウェーハ１を９０°ずつ回転させて、検査領域を斜線の範囲へ順次移動させことにより、半導体ウェーハ１の表面全体の検査が行われる。

図４に示した実施の形態によれば、半導体ウェーハを９０°回転させて検査領域を切り替えることにより、半導体ウェーハの表面を４分割した４つの検査領域の検査で、半導体ウェーハの表面全体を検査することができる。

そして、各検査領域の検査で半導体ウェーハを半導体ウェーハの直径の半分の距離だけ移動することにより、半導体ウェーハの表面全体を検査するために必要な半導体ウェーハの移動範囲を最小にすることができる。検査装置が半導体ウェーハの移動のために占有する面積は、図６に示した従来技術では４Ｒ×４Ｒ、特許文献１に記載の技術ではその半分であったのに対し、本実施の形態では３Ｒ×２Ｒとなり、検査装置をさらに小型化することができる。

図５は、本発明の他の実施の形態におけるガラス基板の移動範囲を説明する図である。本実施の形態は、本発明を長方形のガラス基板の検査装置に適用して、ガラス基板３の表面を破線で示すように４つの検査領域に分割し、ガラス基板３を９０°ずつ回転させて検査領域を切り替える例を示している。図５（ａ）は１番目の検査領域の検査の場合、図５（ｂ）はガラス基板３を９０°回転させた２番目の検査領域の検査の場合である。ステージのストロークは、図５（ａ）に示すＸ方向のガラス基板３の長さ（２Ｗ）の半分の距離（Ｗ）である。また、光学系２０のストロークは、図５（ａ）に示すＸ方向のガラス基板３の長さ（２Ｗ）からＹ方向のガラス基板３の長さ（２Ｈ）の半分を引いた距離（２Ｗ−Ｈ）である。

検査開始前に光学系２０の中心２０Ｃが図に示す基準位置にあるとき、斜線の範囲が検査可能な範囲である。ガラス基板３を９０°ずつ回転させて、検査領域を斜線の範囲へ順次移動させることにより、ガラス基板３の表面全体の検査が行われる。

図５に示した実施の形態によれば、ガラス基板を９０°回転させて検査領域を切り替えることにより、長方形のガラス基板についても、ガラス基板の表面を４分割した４つの検査領域の検査で、ガラス基板の表面全体を検査することができる。

そして、各検査領域の検査でガラス基板をガラス基板の長さの半分の距離だけ移動することにより、ガラス基板の表面全体を検査するために必要なガラス基板の移動範囲を最小にすることができる。検査装置がガラス基板の移動のために占有する面積は、従来技術では４Ｗ×４Ｈであったのに対し、本実施の形態では３Ｗ×２Ｗとなり、検査装置を小型化することができる。

以上説明した実施の形態によれば、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う際、基板の移動範囲を小さくして、装置を小型化することができる。

なお、以上説明した実施の形態では、半導体ウェーハ又はガラス基板の表面を４つの検査領域に分割していたが、本発明はこれに限るものではない。また、必ずしも基板の表面を均等に分割する必要はなく、分割された各検査領域の形状や大きさが異なっていても、基板の移動範囲を小さくして装置を小型化する効果が得られる。

本発明は、パターンの重ね合わせ誤差の検査に限らず、表面の欠陥の検査等、基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して行う各種の検査に適用される。

本発明の一実施の形態による半導体ウェーハの検査装置の概略構成を示す図である。 図１に示した半導体ウェーハの検査装置の一部の上面図である。 図１に示した半導体ウェーハの検査装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態における半導体ウェーハの移動範囲を説明する図である。 本発明の他の実施の形態におけるガラス基板の移動範囲を説明する図である。 従来の検査装置における半導体ウェーハの移動範囲を説明する図である。

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
３ ガラス基板
１０ ベース
１１，１７ レール
１２ 一軸テーブル
１３ 焦点合わせテーブル
１４ 回転テーブル
１５ チャック
１６ 光学ベース
２０ 光学系
２１ 光源
２２ 照明絞り
２３ 照明レンズ
２４，２７ ハーフミラー
２５ 対物レンズ
２６ 結像レンズ
２８，２９ 画像信号検出器
３０ 制御回路
４０ Ａ／Ｄ変換回路
５０ インタフェース
６０ 処理装置
６１ ＭＰＵ
６２ メモリ
６３ バス
７０ テーブル駆動回路

Claims (6)

1. 基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う基板検査方法であって、
   基板の表面を複数の検査領域に分割し、
   基板をＸ方向又はＹ方向、光学系をそれと直交する方向に移動して１つの検査領域の検査を行う第１の工程と、基板を回転させて検査領域を切り替える第２の工程とを繰り返すことを特徴とする基板検査方法。
2. 基板の表面を４つの検査領域に分割し、
   第２の工程で基板を９０°回転させることを特徴とする請求項１に記載の基板検査方法。
3. 第１の工程で、基板を基板移動方向の基板の長さの半分の距離だけ移動することを特徴とする請求項２に記載の基板検査方法。
4. 基板と光学系とを相対的にＸ方向及びＹ方向へ移動して基板の検査を行う基板検査装置であって、
   基板をＸ方向又はＹ方向へ移動する基板移動手段と、
   光学系をそれと直交する方向に移動する光学系移動手段と、
   基板を回転させる基板回転手段とを備え、
   前記基板移動手段及び前記光学系移動手段による基板及び光学系の移動と、前記基板回転手段による基板の回転とを繰り返すことを特徴とする基板検査装置。
5. 前記基板回転手段は、基板を９０°回転させることを特徴とする請求項４に記載の基板検査装置。
6. 前記基板移動手段は、基板を基板移動方向の基板の長さの半分の距離だけ移動することを特徴とする請求項５に記載の基板検査装置。

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