JP2005533260A - ウェハ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 縁部レジスト除去により生成された縁部を確実に可視化することにより、当該縁部をウェハ上の可視的な他の縁部から識別可能にする装置を提供すること。
【解決手段】 照明軸を備えた投下光照明装置及び結像軸を備えた結像装置を有するウェハ検査装置であって、前記投下光照明装置と前記結像装置は、互いに対し傾斜して配されかつウェハの表面の被検領域に指向され、ウェハ検査装置を明視野照明に調整した際に前記照明軸及び前記結像軸の張る面として結像面が規定される形式の装置において、前記照明軸は、前記被検領域に暗視野照明が生成するよう、暗視野角γ＞０だけ前記結像面から外に回転移動して配されることを特徴とする。

Description

本発明は、照明軸を備えた投下光照明装置及び結像軸を備えた結像装置を有すると共に、該照明軸及び該結像軸がウェハの表面の被検領域に指向される形式のウェハ検査装置に関する。

半導体製造では、ウェハは、製造プロセス中にフォトレジストによって被覆される。フォトレジストは、まず露光プロセスを終了し、次いで現像プロセスに入る。これらのプロセスでは、フォトレジストは、後続するプロセスステップのために構造化（パターン形成）される。ウェハの縁部領域では、製造条件に起因して、ウェハの中央部分よりも多少多くのフォトレジストが堆積する。このため、英語で「エッジビード（edge bead）」と称される縁部隆起が生成する。ウェハの縁部のフォトレジスト及び縁部隆起（エッジビード）は、製造装置を汚染し、また後続するプロセスステップにおいてウェハ上に欠陥を発生させることがある。

このような結果を回避するために、縁部レジスト除去（エッジビード除去edge bead removal＝ＥＢＲ）が行われる。縁部レジスト除去の幅の誤差は、ウェハに対する相応のレジスト除去装置の不正確な配向（位置関係）により生じる。フォトレジストの露光の際における照明装置のウェハに対する不正確な配向（位置関係）も更なる誤差の原因となる。この場合、過剰な縁部レジスト除去により、使用可能なウェハ領域は減少し、ひいては製造されたチップの損失も生じる。縁部レジスト除去が過小であれば、ウェハの縁部領域において後に被着されるレジスト層又は他の構造体（パターン）の汚染が生じ得る。何れの場合でも製造プロセスの生産性は低下するので、他の多くの欠陥に加えて縁部レジスト除去もまた製造プロセス中に連続的に監視される。この場合、縁部レジスト除去の幅が監視され、縁部レジスト除去がそもそも行われたか否かも検査される。

画像認識によりウェハの表面上の極めて多様な構造体（パターン）を認識する装置は既知である。このような装置では、ウェハは、明視野で照明され、カメラ（マトリクスカメラ又はリニアカメラ）によってスキャンされる。

KLA-Tencor Corporation社のそのような検査装置の例は、論文「Lithography Defects: Reducing and Managing Yield Killers through Photo Cell Monitoring」、イングリッド・ペーターソン（Ingrid Peterson）、ゲイ・トンプソン（Gay Thompson）、トニー・ディビアス（Tony DiBiase）及びスコット・アシュケナージ（Scott Ashkenaz）著、2000年春号、Yield Management Solutions（非特許文献１）に記載されている。この文献に記載されたウェハ検査装置は投下光照明装置を用いて作動し、明視野照明により小さなコントラストで微小欠陥を検査する。

"Lithography Defects: Reducing and Managing Yield Killers through Photo Cell Monitoring"、Ingrid Peterson、Gay Thompson、Tony DiBiase and Scott Ashkenaz、Spring 2000、Yield Management Solutions

上記の既知のウェハ検査装置では、画像処理によっては、縁部レジスト除去（ＥＢＲ）と画像中に存在する他の縁部（複数）とを簡単に区別することはできない。この他の縁部（複数）は、先行するプロセスステップから生じるものである。縁部はすべて、明視野照明では、カラーないしグレースケールに関して互いに異なる。異なる複数の縁部は、部分的に互いに交差したり重なり合ったりすることもあるので、縁部のカラー（色調）ないしグレースケールも変化する。従ってこのようにして縁部レジスト除去（した縁部）を（他の縁部から）フィルタ分離ないし選別する（herausfiltern）ことは、画像処理では極めて困難であるか不可能である。観察者による視覚的観察によっても結果は改善されない。なぜなら人間の眼もまた種々異なる縁部（複数）及び観察された色調ないしグレースケール（複数）を種々異なるプロセスステップ（複数）に割り当てることはできないからである。

それゆえ、本発明の課題は、縁部レジスト除去（ＥＢＲ）により生成された縁部を確実に可視化し、以って当該縁部をウェハ上の可視的な他の縁部から区別（識別）可能にする装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、照明軸を備えた投下光照明装置及び結像軸を備えた結像装置を有するウェハ検査装置であって、前記投下光照明装置と前記結像装置は、互いに対し傾斜して配されかつウェハの表面の被検領域に指向され、ウェハ検査装置を明視野照明に調整した際に前記照明軸及び前記結像軸の張る面として結像面が規定される形式のウェハ検査装置が提供される。この装置において、前記照明軸は、前記被検領域に暗視野照明が生成するよう、暗視野角γ＞０だけ前記結像面から外に回転移動して配されることを特徴とする（形態１・基本構成）。

本発明では、０°調整（状態）から逸脱する際に、明視野照明から暗視野照明への移行が達成される。暗視野照明の質は暗視野角γが大きい程向上する。この場合、暗視野角γは、とりわけウェハないし既に構造化（パターン形成）又はレジスト被覆されたウェハの表面構造の散乱特性及び表面材料に依存して選択される。

この装置により、ウェハ全体において、とりわけ基底部又は周囲に対する高度差が際立って小さくかつ従来技術から既知の明視野照明方式によっては検出不能であるか又は検出可能でも極めて不良であったような主として小さな構造体を格段に良好に検査することが可能となる。従って、例えばウェハ縁部の縁部破断（Randausbrueche）及び縁部不規則性を検査することができる。更に、本発明の装置により、ウェハ上に付与された識別コードを検査することもできる。

このようにして達成される暗視野照明によって、ウェハの縁部領域においてＥＢＲの縁部を確実に可視化することができる。なぜなら、当該縁部は、画像において、先行するプロセスステップの縁部よりも格段に明るいラインとして浮かび上がるからである。本発明の装置の調整の際には、結像軸がウェハに当たる衝突点（交点）において照明軸と結像軸とが交差すると特に有利であることが分かる。しかしながら、照明軸が衝突点から多少逸れて延在する場合でも、更に１つの許容可能な暗視野照明が得られる。重要なことは、ウェハ表面の照明された領域からの光がさらに結像ビーム路に達することである。個々の調整は、それぞれ検査される表面の特性に依存する（散乱特性、材料、構造（パターン）等）。

同様に、結像面は、原理的にはウェハ表面に対して傾斜することができる。しかしながら、構造的には、結像面がウェハ表面に対して垂直（直角）であるとより簡単であることが分かる。なぜなら、これによって本発明の装置の調整がより簡単となるからである。

ウェハに対する結像軸の調整（位置ないし方向合せ）に対しても、種々の可能性がある。例えば、結像軸を、衝突点を通るウェハ法線と重畳することができる。即ち結像軸はウェハ法線と互いに平行に（コーリニアkollinearに）延在することができる。これは、具体的に言えば、例えばカメラ等の結像装置の結像軸が、上方から垂直にウェハに向けられることを意味する。このことは、結像装置自体は側方に配置するが、結像軸を有する結像ビーム路を光学的差込入射要素（例えばミラー、プリズム等）を介して側方から装置に差込入射することによっても実現できる。この場合、結像軸がウェハ法線と互いに平行に推移（延在）するように、差込入射要素は結像軸を偏向するよう配される。

同様に、結像軸は、衝突点を通るウェハ法線に対して結像角β＞０だけ傾斜させて配することも可能である。この場合、結像角βが照明角αと等しければ最良の結像特性が得られるが、本発明の装置のこの構成では、照明角αは、衝突点を通るウェハ法線に対する照明軸の傾斜により規定される。

照明軸が結像面から外に回転移動された場合のその回転角度たる暗視野角γが、好ましくは５°から４５゜の間の値を取る場合、即ち５°＜γ≦４５゜の場合、予め縁部レジスト除去されたフォトレジスト（ＥＢＲ縁部）の良好な表示が暗視野で達成されることが示された。

照明装置は、多色光源でも単色光源でもよい。従って、光源は、例えば加圧水銀ランプ又は光を伝達するためのファイバ束が結合された冷光光源とすることができる。ＬＥＤ又はビーム拡開装置を備えるレーザを使用することも可能である。発散性照明ビーム路も集束性照明ビーム路も使用可能である。好ましい一実施形態では、テレセントリック照明ビーム路が有利であるが、厳密にテレセントリック（telezentrisch）なビーム経路から僅かなずれがあるものであっても照明品質を損なわないので許容可能である。

結像（撮像）装置は、通常、対物レンズ及び該対物レンズに後置され被検領域が結像されるカメラ又はカメラ列から構成される。従って、対物レンズにより予め求められる結像尺度（倍率）に依存して、種々異なる大きさの領域をカメラ画像によって検査することができる。

ウェハ縁部の領域のウェハ欠陥を検査するために、有利には対物レンズとリニアカメラ（zeilenkamera,リニアなセンサ配列を有するカメラ）を有する結像装置が使用される。縁部レジスト除去されたフォトレジスト層のレジスト縁部の適切な暗視野表示は、ウェハの中央領域からウェハ縁部の方向への投下光照明装置の（軸の）傾斜による暗視野照明の実行により達成される。

観察される欠陥の位置決めのための基準点として、ウェハ上のアライメントマーク又は際立った特徴のある縁部構造体、例えばいわゆるフラット（小平面Flat）又はノッチを使用することができる。尤も、簡略化のために、ウェハ縁部自体を使用すると有利である。このウェハ縁部をより良好に可視化するために、本発明の装置のとりわけ有利な一実施形態では、付加的に、ウェハの下方のウェハ縁部の範囲に位置付けられるウェハ下方照明装置が配される。このウェハ下方照明装置は、下方からウェハ縁部を越えるよう照射を行い、結像装置を照明する。このようにしてカメラ画像ないしカメラのライン（状センサ配列）には、ウェハ縁部を正確に再現する明瞭な明／暗移行が現れる。

ウェハ縁部全体の検査を実行可能にするために、ウェハは、当該保持装置の中心の周りで回動可能な保持装置に載置される。ウェハ縁部の自動的検査のために、この保持装置は、保持装置を正確に回転するモータ駆動装置と結合される。ウェハの縁部領域の自動検査のために、本発明の装置には、保持装置上のウェハの回転運動中のリニアカメラの画像データを連続的に読み取るデータ読み取り装置が配される。この場合、本発明の装置に接続されたコンピュータは、モータ駆動装置とデータ読み取り装置を制御する。代替的に、カメラ及び／又はデータ読み取り装置（例えばフレームグラバ）をトリガするエンコーダが設けられる。

ウェハの回転中に連続的に記録される画像データから、コンピュータによって、種々の特性値又は欠陥を検出することができる。例えばウェハ縁部上におけるいわゆるウェハフラットの位置又はいわゆるウェハノッチの位置を求めることができる。

ウェハの縁部レジスト除去（ＥＢＲ）の位置及び品質を求めるために、ウェハは、少なくとも１回３６０゜回転される。この回転中に連続的に記録される画像データが評価され、画像中の最も明るいライン（ないしリニアカメラの場合は画像中の最も明るいピクセル）がＥＢＲ縁部の位置を表す。これとは反対に、先行するプロセスステップの縁部は、強度の弱いラインないしリニアカメラのピクセルとして現れるに過ぎない。ウェハ下方照明装置により可視化されるウェハ縁部に対するＥＢＲ縁部の位置から、縁部レジスト除去の寸法（程度）ないしウェハ縁部に対する目標値からのそのずれ（差異）を求めることができる。

以下に、本発明の装置を概略図面に基づいて詳細に説明する。

図示の簡単化のため、以下に示す実施例では、ウェハ表面上に垂直（直角）に延在する結像軸が選択された。この構成は図面としてより簡単になるだけでなく、本発明の装置をより簡単に調整することができるので構造的にもより簡単になる。

図１は、検査されるべきウェハ２が配されたウェハ検査装置１の一例を示す。ウェハ２は、ウェハ２を真空吸引によって支持する保持装置３（図１では隠れている）に載置される。所要の真空は、真空を形成するための真空システム（不図示）と接続される真空供給路４によって保持装置３に提供される。

ウェハ２の被検領域へは、光源から光導体束６を介して光の供給を受ける投下光照明装置５が指向される。投下光照明装置５は、ウェハ２の表面に対して傾斜して配置される。摺動可能な支持要素８には結像装置９が配される。結像装置９は結像軸１０を有する。この結像軸１０のウェハ２への衝突点（交点）１１において、ウェハ法線１２即ち衝突点１１においてウェハ２に垂直に延在する仮想線が規定される。図１ではウェハ法線１２と衝突点１１は互いに一致する。

ウェハ検査装置の図示の実施例では、結像軸１０は、ウェハ法線１２に対して傾斜している。即ち結像装置９はウェハ２の表面に対して傾斜して配置されている。このため、結像軸１０とウェハ法線１２は、平面図（図１）に一点鎖線で示した平面１３を規定（画成）する。この平面１３は、本発明の装置を明視野調整したとき結像軸１０及び照明軸１４によって規定される結像面に相応する。

投下光照明装置５は、本発明に応じて平面１３に対して照明角αだけ傾斜された照明軸１４を有する。ウェハ検査装置の図示の実施例では、照明軸１４が衝突点１１でウェハ２に当たる。これは結像軸１０もまた当たるウェハ２の位置と同じ位置である。従って、この場合、照明角αは、ウェハ法線１２に対する照明軸１４の傾斜として定義される。照明角αの調整は、投下光照明装置が配されるα調整装置２４によって行われる。α調整装置２４は、γ調整装置２５に結合されており、他方、γ調整装置２５は担持要素１５に配される。結像角βが照明角αに等しいと有利であることが分かっている。尤も、照明角αと結像角βとがわずかに異なっていてもなお良好な結像が達成される。

照明角αは、図１では直接的には表示されていないが、照射光照明装置５のハウジングが斜めに設置されている様子の一部が識別できることにより示唆されている。しかしながら、照明軸１４がウェハ法線１２の周りで回転することにより暗視野角γだけ平面１３から外に回転移動していることははっきりと見出すことができる。

暗視野角γ＞０を適切に選択することにより、ウェハ２の表面の被検領域に暗視野照明が生成される。暗視野角γの調整は、ウェハ法線１２の周りでの投下光照明装置５の旋回を可能にするγ調整装置２５によって行われる。実験の結果、基本的に０°＜γ≦５０°の範囲で暗視野角γの調整を行えば暗視野照明の達成されることが示された。とりわけ良好な暗視野の調整は、１０゜＜γ≦２５°の範囲の角度位置で暗視野角を選択することにより得られる。この（図１の）実施例では、暗視野角γ＝２０゜が選択された。

ウェハ２の種々異なる領域（複数）を検査可能にするために、結像装置９は支持要素８の摺動によってウェハ表面の上方で摺動可能に構成される。結像装置９と照明装置５は調整可能な共通の担持要素１５を介して互いに固定的に結合されているので、支持要素８の摺動によって、装置全体１がウェハ２の表面の上方において所望の被検領域に摺動される。ウェハ２のウェハ表面の任意の被検領域の探索の容易化のために、ウェハ２は、付加的に、保持装置（不図示）３に回動可能に支持される。回転運動は、弧状の二重矢印で模式的に示した。この場合、通常、ウェハ２は真空吸引によって保持装置３に固定的に載置され、保持装置３自体が回動可能に構成される。

支持要素８を適切に摺動することにより、投下光照明装置５と結像装置９は一緒に摺動され、従ってウェハ２上の任意の被検領域が検査可能となる。例えば対物レンズとカメラから構成される結像装置９のその都度記録された画像データは、データ線路１６を介してデータ読み取り装置１７に伝送される。

図２は、ウェハ検査装置１の一例の側面図である。架台２０の下側部分には、ウェハ２が載置される保持装置３が配置される。保持装置３は、真空供給路４によって真空が提供され、これによりウェハ２を吸引することができる。保持装置３は、当該保持装置３の鉛直軸の周りで回動可能に構成されているが、このことは二重矢印で示した。このようにしてウェハ２も同様に回動することができる。

ウェハ２の表面の被検領域には、対物レンズ１８とカメラ１９から構成される結像装置９が指向される。結像装置９は、ウェハ２の表面に対して（法線に対して）傾斜されかつウェハ表面に衝突点１１で当たる結像軸１０を有する。この衝突点１１においてウェハ２の表面に垂直に延在する仮想線がウェハ法線１２として定義される。このウェハ法線１２に対する結像軸１０の傾斜は結像角βを規定する。

投下光照明装置５も同様にウェハ表面の被検領域に指向されている。投下光照明装置５は、ウェハ法線１２に対して照明角αだけ傾斜している照明軸１４を有する。結像軸１０とウェハ法線１２は、図２の紙面と一致する平面１３を規定（画成）することに注意すべきである。この平面１３は、本発明の装置を明視野調整したとき結像軸１０と照明軸１４とによって規定される結像面に相応する。

投下光照明装置５の照明軸５は、図１に示したものと同様に、この平面１３から外に暗視野角γだけ回転移動しているので、図２に示した照明角αは尺度的には実際の照明角に相当しない。寧ろ、図示の照明角αは照明軸１４の実際の空間的位置の投影によって縮小されている。

投下光照明装置５はγ調整装置２５によって、結像装置９は調整要素２１によって、支持要素８と固定的に結合する担持要素１５に配される。本発明の装置の図２に示した有利な一実施例では、結像装置９の空間的位置は調整要素２１によって可変かつ固定可能に構成されるため、結像角βを種々に調整することができる。

従って、照明角αと暗視野角γを適切に選択することによって、本発明の装置のユーザは、暗視野照明をそのそれぞれの問題、例えば大きさ、高さ又は光学特性（例えばコントラスト、反射率等）に適合することができる。これによりとりわけコントラストの小さい構造体の検査が、従来既知の明視野照明装置によって行うよりも格段により良好に実行可能である。

当該担持要素１５に結合された結像装置９を伴う担持要素１５は、架台２０の垂直部材に結合された摺動可能な支持要素８に固定的に結合される。投下光照明装置５は、同様に支持要素８に固定的に結合されるγ調整装置（本体）（図２には不図示）に配される。支持要素８は水平方向に摺動可能であるため、投下光照明装置５と結像装置９から構成されるユニットは一緒に摺動することができる。

このようにして支持要素８の摺動により、衝突点１１、ひいては暗視野（照明）領域をウェハ２の表面の任意の被検領域に位置決めすることができる。所望の被検領域を容易に検出可能にするために、ウェハ２は回動可能な保持装置３によって鉛直軸の周りで回動可能とされる。検査中にカメラによって生成された画像データは、データ線路１６を介してデータ読み取り装置１７に伝送される。データ読み取り装置１７では、画像データは、例えばコンピュータによる更なる処理及び評価のために使用される。

図３は、被検領域がウェハ縁部の領域にあるウェハ検査装置１の一例の平面図である。

ウェハ２は、ウェハ２を真空吸引によって支持する保持装置３（図面では隠れている）に載置される。所要の真空は、真空供給路４によって保持装置３に供給される。

ウェハ２のウェハ縁部２３の被検領域には、投下光照明装置５が指向される。この投下光照明装置５には、光源７から光導体束６を介して光が供給される。投下光照明装置５は、ウェハ２の表面に対して傾斜して配置される。摺動可能な支持要素８には、担持要素１５によって結像装置９が配される。結像装置９は、結像軸１０を有する。この結像軸１０のウェハ２への衝突点１１において、ウェハ法線１２、即ち衝突点１１においてウェハ２に垂直に延在する仮想線が規定される。図３に示した状態では、ウェハ法線１２と衝突点１１は相一致している。縁部レジスト除去されたフォトレジスト層のレジスト縁部の適切な暗視野表示は、投下光照明装置５がウェハ２の中央領域からウェハ縁部２３の方向に（傾斜して）指向されることによって達成される。

ウェハ検査装置の図示の実施例では、結像軸１０は、ウェハ法線１２に対して結像角βだけ傾斜している。即ち結像装置９は、ウェハ２の表面に対して傾斜して配置されている。かくして、結像軸１０とウェハ法線１２は、平面図たる図３に鎖線で示された平面１３を規定（画成）する。この平面１３は、本発明の装置が明視野調整されたときに結像軸１０と照明軸１４によって規定される結像面に相応する。

投下光照明装置５は、本発明に応じウェハ法線１２に対して照明角αだけ傾斜しかつ暗視野角γだけ平面１３から外に回転移動されている照明軸１４を有する。ウェハ検査装置の図示の実施例では、照明軸１４は、衝突点１１において、即ち結像軸１０がウェハ２に当たるのと同じ個所においてウェハ２に当たる。従って、この実施例では、照明角αはウェハ法線１２に対する照明軸１４の傾斜として定義される。図示の実施例では、照明角αは結像角βに等しい。照明角αは図３では直接的には視認できないが、投下光照明装置５のハウジングが傾斜して配置されている様子を部分的に見出すことができることからその存在は示唆されている。しかしながら、照明軸１４が暗視野角γだけ平面１３から外に回転移動されていることは明瞭に見出すことができる。

暗視野角γ＞０を適切に選択することにより、ウェハ２の表面の被検領域に、暗視野照明が生成される。暗視野角γの調整は、ウェハ法線１２の周りでの投下光照明装置５の旋回を可能とするγ調整装置２５によって行われる。

実験によって、原理的に暗視野角γの調整をγ＞０°の範囲で行うと暗視野照明が達成されることが判明した。この場合、０°調整（状態）から逸脱する際に、明視野照明から暗視野照明への移行が達成される。暗視野照明の品質は暗視野角γが大きい程向上する。暗視野における構造体の良好な表示は、５°≦γ≦４０゜の範囲の角度位置で暗視野角γを選択することにより得られる。この図示の実施例では、暗視野角γ＝２０゜が選択された。

ウェハ検査装置の上記の構成により、とりわけウェハ２の縁部領域及びひいてはフォトレジスト層の縁部レジスト除去を検査することができる。この場合、縁部レジスト除去後に残ったフォトレジスト層の外側エッジ（縁部）の位置が検出される。このレジスト層のエッジ（縁部）の位置は基準点に対しその都度求められる。例えば、このエッジ（縁部）の位置は、カメラ画像において、画像の第１のピクセルないしそれぞれの画像列の第１のピクセルに関して求められる。或いは、ウェハ載置台のための機械的係止要素又は場合によりウェハ２上の付加的アライメントマークを基準点として選択することも可能である。

尤も、ウェハ縁部２３に対してフォトレジストエッジ（縁部）の位置を求めることが特に有利であることが判明した。このためには、結像装置９の画像中においてウェハ２のウェハ縁部２３を正確に求めることが必要である。これは、コントラストの小さい画像では場合によっては困難となり得る。

このため、図３に示した実施例では、ウェハ２の下方であってウェハの縁部領域に配置される付加的なウェハ下方照明装置２２が設けられる。これにより生成されるウェハ２の下方からのバックグランド照明によって、カメラ画像には結像されたウェハ縁部２３に沿って顕著な明／暗移行が生成される。かくして、ウェハ下方照明装置２２は、ウェハ縁部２３を画像中に正確に表示する。この場合、縁部レジスト除去されたフォトレジストのエッジ（縁部）の検出は、ウェハ縁部２３の画像に関し画像中で最も明るい線をその都度検出することにより行われる。この場合、レジストエッジ（縁部）からウェハ縁部２３までの距離は、縁部レジスト除去に対する尺度である。縁部レジスト除去がそもそも行われたか否か、ないし縁部レジスト除去が完全に行われたか否かを付加的に検査することも可能である。縁部レジスト除去の測定値は、半導体製造業者の製造目標基準値と比較することができる。（比較の結果）差異がある場合は、製造プロセスにおいて最適の歩留まりが保証されるように、製造プロセスを相応に適合化することができる。

図４は、図３に示したウェハ検査装置の側面図である。

架台２０の下側部分には、ウェハ２が載置される保持装置３が配される。保持装置３には真空供給路４を介して真空が供給され、これによりウェハ２を吸引することができる。保持装置３は、その鉛直軸の周りで回動可能であるが、これについては二重矢印で示した。このようにしてウェハ２も同様に一緒に回転される。

ウェハ２の表面の検査されるべき縁部領域へは、対物レンズ１８及びカメラ１９から構成される結像装置９が指向される。結像装置９は、ウェハ２の表面に対して傾斜しかつ衝突点１１においてウェハ表面に当たる結像軸１０を有する。この衝突点１１においてウェハ２の表面に垂直に延在する仮想線は、ウェハ法線１２として定義される。このウェハ法線１２に対する結像軸１０の傾斜は結像角βを規定する。

投下光照明装置５も同様にウェハ表面の検査されるべき縁部領域に指向される。投下光照明装置５は、ウェハ法線１２に対して照明角αだけ傾斜している照明軸１４を有する。この場合、本発明の装置の図示の実施例では、照明角αは結像角βと等しい。

結像軸１０とウェハ法線１２は、図４の紙面と一致する平面１３を規定することに注意すべきである。この平面１３は、本発明の装置が明視野調整されたとき結像軸１０と照明軸１４により規定される結像面に相応する。投下光照明装置５の照明軸１４は本発明に応じ暗視野角γだけこの平面１３から外に回転移動されているので、図１に示したものと同様に、図４に描かれた照明角αも尺度的には実際の照明角αに相当しない。寧ろ、図に示された照明角αは、照明軸１４の実際の空間的位置の投影によって縮小されている。

図３についての説明で既に示したように、暗視野角γ＞０を適切に選択することにより、ウェハ２表面の検査されるべき縁部領域に暗視野照明が生成される。従って、本発明の装置のユーザは、暗視野照明をそのそれぞれの問題、例えば被検構造体の大きさ、高さ又は光学的特性（例えばコントラスト、反射率等）に適合化することができる。これにより、とりわけコントラストの小さい構造体の検査が、従来公知の明視野照明装置による場合よりも格段により良好に実行可能となる。

投下光照明装置５はγ調整装置（図３）によって、結像装置９は調整要素２１によって、支持要素８と固定的に結合される担持要素１５に配される。本発明の装置の図示の有利な実施例では、結像装置９の空間的位置は、種々異なる結像角βが調整可能となるように、調整要素２１によって可変かつ固定可能に構成される。

担持要素１５は、架台２０の垂直部分に結合された摺動可能な支持要素８に配される。支持要素８は水平方向に摺動可能であるため、投下光照明装置５と結像装置９から構成されるユニットは一緒に摺動することができる。

支持要素８の水平方向の摺動によって、衝突点１１及び同時に照明領域は、ウェハ２の検査されるべき任意の縁部領域へ位置付けることが可能となり、また種々異なる大きさのウェハ径に適合化可能となる。検査されるべき所望の縁部領域を容易に検出可能にするため、ウェハ２は、付加的に、回動可能な保持装置３によって鉛直軸を中心に回転可能とされる。検査中にカメラにより生成される画像データは、データ線路１６を介してデータ読み取り装置１７に伝送される。データ読み取り装置１７では、画像データは、例えばコンピュータ（不図示）による更なる処理及び評価のために使用される。

図４では、ウェハ下方照明装置２２がウェハ２の下方かつ結像軸１０上に配置されている様子を明確に見出すことができる。このため、ウェハ下方照明装置２２は、カメラ１９に直接結像されるように、ウェハ２の下方に位置決めされる。ウェハ縁部の検査のためには、カメラ１９としてリニアカメラを使用し、ウェハ下方照明装置２２としてフレネルレンズが前置されるＬＥＤ列を使用すると有利であることが判明した。ウェハ２の下方においてＬＥＤ列を正確に調整することにより、ＬＥＤ列は、リニアカメラ１９のセンサ列に直接的かつ正確な配向で結像可能となる。

カメラ１９との組合せにおいて、極めて多様な対物レンズ１８、即ちテレセントリック系対物レンズでも非テレセントリック系対物レンズでも使用することができる。非テレセントリック系対物レンズの一例としては、ドイツのローデンシュトック（Rodenstock）社の、焦点距離Ｆ＝６０ｍｍ、約０．０２８ｍｍ×５７ｍｍの物体野（Objektfeld）、結像倍率（Abbildungsmassstab）Ｍ＝１：２の対物レンズ、ローダゴン（Rodagon）（登録商標）１：４／６０ｍｍがある。テレセントリック系対物レンズの一例としては、ドイツ、ヴェンデルシュタインのジル・オプティクス（Sill Optics）社の対物レンズ、ジル（Sill）S5LPJ2005がある。

対物レンズと結像尺度の選択により、種々のパラメータを適用に対して最適化することができる。場合により、暗視野照明の最適化のために、更にフィルタと絞り（不図示）をビーム路に挿入することができる。

ウェハ検査装置の図示の実施例は、投下光照明装置５として、ファイバ光学系を有する多色冷光光源とテレセントリックなビーム経路を有する。調整が容易な構造は、結像角βと等しい照明角αを選択することにより得られる。しかしながら、このことは、ウェハ２の被検領域の良好な暗視野照明する構成に対しては原理的には必要ない。なぜなら他の角度関係に対しても良好な暗視野照明が達成されるからである。

ウェハ縁部２３全体ないしその近傍に存在する（縁部レジスト除去後の）レジスト縁部の完全な検査は、ウェハ２上で半径方向に延在する縁部領域がカメラ列に結像されるように、リニアカメラ１９をウェハ２の表面に対して位置決めすることにより実行される。この構成では、結像角βは図示のようにβ＞０°であると有利である。

ウェハ縁部２３全体の検査のために、ウェハ２は保持装置３の回転によりその鉛直回転軸線を中心に回転される。３６０゜回転する間に、例えばフレームグラバを備えるコンピュータ等のデータ読み取り装置１７は、ウェハ２のリニアカメラを複数回、例えば同じ間隔で読み出す。次に、画像データは専用ソフトウエアにより評価され、そこから、ウェハ縁部２３に対するフォトレジストエッジ（縁部）の位置がその都度求められる。同じ方法で、ウェハフラットないしウェハノッチの位置も求めることができる。

図５は、図４に示したウェハ検査装置の側面図であるが、図４の状態から９０゜回転されている。同じ装置構造要素には同じ図面参照符号が付してある。

結像装置９と本発明に応じて傾斜して配置された照明装置５は、ウェハ縁部２３の領域においてウェハ２の被検領域に指向されている。ウェハ縁部２３の下方にウェハ下方照明装置２２が配されていることを明確に見出すことができる。この場合、ウェハ下方照明装置２２は、ウェハ２を下方から照明し、その際ウェハ縁部２３を越えて照明するように配置される。ウェハ縁部２３を越えて照射された光は結像装置９により検出されるため、生成された画像中には、ウェハ縁部２３のエッジ（縁部）が顕著な明／暗移行として現れる。次に、評価は、図４についての説明ですでに示したように行われる。

図６は、すでに図３、図４及び図５で説明したのと同様のウェハ検査装置の空間的位置関係を示す。装置の同じ構造要素には同じ図面参照符号が付してある。この場合も結像装置９と本発明に応じて傾斜された投下光照明装置５は、ウェハ縁部２３の領域においてウェハの被検領域に指向されている。ウェハ下方照明装置２２はウェハ２を下方から照明する。結像装置９により記録された画像データは、データ線路１６を介してデータ読み取り装置１７に伝送される。データ読み取り装置１７は、この実施例ではコンピュータとして構成されている。

本発明のウェハ検査装置は、独立の検査ユニットとして製造プロセスに組み入れることができる。しかしながら、本発明の装置は、既に存在するウェハ検査システムに組み込むことも可能である。このために、例えば、検査されるべきウェハ２を半自動的又は完全自動的に本発明のウェハ検査装置に装填し、再び取り出す自動処理装置が設けられる。

全ウェハ領域に対するウェハ検査装置の一例の平面図。 全ウェハ領域に関するウェハ検査装置の一例の側面図。 ウェハ縁部ないし縁部レジスト除去に対するウェハ検査装置の一例の平面図。 ウェハ縁部ないし縁部レジスト除去に対するウェハ検査装置の一例の側面図。 図４に対して９０゜回転された位置状態にある、ウェハ縁部ないし縁部レジスト除去に対するウェハ検査装置の側面図。 ウェハ縁部領域ないし縁部レジスト除去に対するウェハ検査装置の一例の空間的構成。

符号の説明

１ ウェハ検査装置
２ ウェハ
３ 保持装置
４ 真空供給路
５ 投下光照明装置
６ 光導体束
７ 光源
８ 摺動可能な支持要素
９ 結像装置
１０ 結像軸
１１ 衝突点
１２ ウェハ法線
１３ 結像面
１４ 照明軸
１５ 担持要素
１６ データ線路
１７ データ読み取り装置
１８ 対物レンズ
１９ カメラ
２０ 架台
２１ 調整要素
２２ ウェハ下方照明装置
２３ ウェハ縁部
２４ α調整装置
２５ γ調整装置
α＝照明角
β＝結像角
γ＝暗視野角

Claims (20)

1. 照明軸を備えた投下光照明装置及び結像軸を備えた結像装置を有するウェハ検査装置であって、
   前記投下光照明装置と前記結像装置は、互いに対し傾斜して配されかつウェハの表面の被検領域に指向され、
   ウェハ検査装置を明視野照明に調整した際に前記照明軸及び前記結像軸の張る面として結像面が規定される形式の装置において、
   前記照明軸は、前記被検領域に暗視野照明が生成するよう、暗視野角γ＞０だけ前記結像面から外に回転移動して配されること
   を特徴とするウェハ検査装置。
2. 前記照明軸及び前記結像軸は、該結像軸の前記ウェハ上における衝突点において交差すること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記結像面は、前記ウェハ表面に対して直交すること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記結像面は、前記ウェハ表面に対して直交し、かつ前記照明軸及び前記結像軸は、該結像軸の前記ウェハ上における衝突点において交差すること
   を特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 前記結像軸と平行に延在するウェハ法線は、前記衝突点によって規定されること
   を特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記結像軸は、前記衝突点を通過する前記ウェハ法線に対して結像角β＞０だけ傾斜すること
   を特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記衝突点を通過する前記ウェハ法線に対する前記照明軸の傾斜は、照明角αを規定すること、及び
   前記結像角βは、前記照明角αに等しいこと
   を特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記暗視野角γは、０゜＜γ≦５０゜の範囲の値を取ること
   を特徴とする請求項１〜７までの何れか１項に記載の装置。
9. 前記暗視野照明は、前記ウェハの中央領域からウェハ縁部の方向への前記投下光照明装置の傾斜により行うこと
   を特徴とする請求項１〜８までの何れか１項に記載の装置。
10. 前記照明装置は、多色光源を有すること
    を特徴とする請求項１〜９までの何れか１項に記載の装置。
11. 前記照明装置は、単色光源を有すること
    を特徴とする請求項１〜９までの何れか１項に記載の装置。
12. 前記結像装置は、対物レンズ及びカメラを有すること
    を特徴とする請求項１〜９までの何れか１項に記載の装置。
13. 前記結像装置は、対物レンズ及びリニアカメラを有すること
    を特徴とする請求項１〜９までの何れか１項に記載の装置。
14. 前記被検領域は、前記ウェハ縁部に位置すること、及び
    前記ウェハ縁部の下方には、該ウェハ縁部を越えて下方から結像装置を照明するウェハ下方照明装置が付加的に配されること
    を特徴とする請求項１２に記載の装置。
15. ウェハを載置するための支持装置を有し、該支持装置は、当該支持装置の鉛直軸の周りで回動可能に構成されていること
    を特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. 前記支持装置には、該支持装置を回転するためのモータ駆動装置が配されること
    を特徴とする請求項１４に記載の装置。
17. 前記リニアカメラの画像データを前記ウェハの回転運動中にシーケンシャルに読み取るデータ読み取り装置が配されること、及び
    該データ読み取り装置を制御するコンピュータが接続されること
    を特徴とする請求項１４又は１５に記載の装置。
18. 前記コンピュータは、前記ウェハが少なくとも３６０゜回転した後、シーケンシャルに記録された画像データから、前記ウェハ縁部に対する縁部レジスト除去（エッジビード除去ＥＢＲ）フォトレジスト層の縁部の質及び／又は寸法ないし位置を求めること
    を特徴とする請求項１６に記載の装置。
19. 前記コンピュータは、前記シーケンシャルに記録された画像データから、前記ウェハ縁部上のいわゆるフラットの位置を求めること
    を特徴とする請求項１６に記載の装置。
20. 前記コンピュータは、前記シーケンシャルに記録された画像データから、前記ウェハ縁部上のいわゆるノッチの位置を求めること
    を特徴とする請求項１６に記載の装置。
    

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