JP2006171186A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】 ウエハＷの外観検査を行う顕微鏡装置１において、、ウエハＷを保持する保持ステージ３１及び保持ステージ３１を傾斜させる駆動部３２を有する液体乾燥装置３０と、検査ステージ２１と保持ステージ３１との間でウエハＷの搬送を行うウエハ搬送装置４０とを備え、外観検査終了後、吸引ノズル２２ｄにより液体Ｅが吸引されたウエハＷを、搬送アーム４２により検査ステージ２１から保持ステージ３１へ搬送した後に、この保持ステージ３１を駆動部３２により傾斜させ（図２中の矢印（１）参照）且つ回転部３３により回転させて（図２中の矢印（２）参照）、該ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを振り切って、ウエハＷを乾燥させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置に関し、特に液浸系の対物レンズを有する顕微鏡観察装置を内蔵した顕微鏡装置に関する。

半導体回路素子の製造工程では、半導体ウエハ等の標本に形成された回路パターンの欠陥や異物などの観察（外観検査）が、顕微鏡装置を用いて行われている（例えば、特許文献１を参照）。顕微鏡装置とは、標本を自動搬送する機構と、光学系の顕微鏡観察装置とを結び付けたものである。

このような半導体ウエハ等の外観検査を目的とする顕微鏡観察装置では、近年のパターン線幅の微細化に伴い、より高解像度の対物レンズが求められている。このような対物レンズにおける分解能Ｒは、結像に関与する光の波長をλとし、該対物レンズの開口数をＮ.Ａ.としたとき、次式（１）で表すことができる。

Ｒ ＝０.６１×（λ／Ｎ.Ａ.） …（１）

上記の式（１）より、対物レンズにおいて高い分解能Ｒを達成するためには、開口数Ｎ.Ａ.を上げる、波長λを短くすることいった手段を取ることが有効であることが分かる。開口数Ｎ.Ａ.は、標本と対物レンズの間の媒質の屈折率をｎとし、光軸と対物レンズの最も外側に入る光線とがなす角をθとしたとき、次式（２）で表すことが出来る。

Ｎ.Ａ. ＝ｎ×ｓｉｎθ …（２）

そこで、開口数Ｎ.Ａ.を上げるため、生物を観察する顕微鏡観察装置には、従来の標本と対物レンズの先端との間を空気で満たす乾燥系の対物レンズではなく、標本と対物レンズとの間を水やオイルなどの液体で満たす液浸系の対物レンズを備えたものが知られている。
特開２００４−１７２４８０号公報

ところで、液浸系の対物レンズを備えた顕微鏡観察装置では、観察終了後、標本と対物レンズとの間を満たした液体を、作業者が拭き取って回収している。半導体ウエハの観察に使用される顕微鏡観察装置でも、高解像度の観察を行うために、液浸系対物レンズを使用することが想定される。この場合、外観検査終了後に、液体を拭き取り回収しきれずに微量な液体がウエハ上に残存すると、この残存した微量な液体に塵埃等が付着して、デバイスを形成した際にパターンの短絡や接続不良を招くおそれがあった。

また、このような液浸系の対物レンズによる半導体ウエハの外観検査で使用される液体とは超純水であり、ウエハ上に残存した超純水が半導体ウエハ上に残っている時間が延びると、ウォーターマーク形成の可能性が増大することになり、半導体ウエハを傷めてしまう。ウォーターマークとは、ウエハ中のシリコンが残存液体（超純水）中に溶出して乾燥後に残るシミ（シリコン酸化物）のことをいう。このようなウォーターマーク、すなわちシリコン酸化物がウエハ表面に形成されると、デバイスを形成した際にコンタクト不良を招くおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明は、半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置において、前記標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給する供給手段（例えば、本実施形態における供給ノズル２２ｃ）、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段（例えば、本実施形態における吸引ノズル２２ｄ）を有する顕微鏡観察装置と、前記標本を保持する保持ステージ、及び、前記保持ステージを傾斜させる駆動手段（例えば、本実施形態における駆動部３２）を有する液体乾燥機構（例えば、本実施形態における液体乾燥装置３０）と、前記検査ステージと前記保持ステージとの間で前記標本の搬送を行う搬送手段（例えば、本実施形態におけるウエハ搬送装置４０）とを備え、外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記保持ステージへ搬送した後に、この保持ステージを前記駆動手段により傾斜させて、前記標本の表面に残留した前記液体を流して、前記標本を乾燥させるように構成される。

なお、前記液体乾燥機構は、前記保持ステージを回転させる回転手段（例えば、本実施形態における回転部３３）を有し、外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記保持ステージへ搬送した後に、この保持ステージを前記駆動手段により傾斜させ且つ前記回転手段により回転させて、前記標本の表面に残留した前記液体を振り切って、前記標本を乾燥させるように構成してもよい。

また、前記駆動手段は、前記保持ステージが保持する前記標本が重力方向に沿うように、前記保持ステージを傾斜させるように構成してもよい。

また、前記顕微鏡装置の上部に、下向きの空気流を発生させるフィルタユニット（例えば、本実施形態におけるファンフィルタユニット５０）を備え、前記駆動手段は、前記フィルタユニットが発生する前記空気流の流れに沿うように、前記保持ステージを傾斜させるように構成してもよい。

また、本発明は、半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置において、前記標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給する供給手段、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段を有する顕微鏡観察装置と、前記検査ステージと所定位置との間で前記標本の搬送を行う搬送手段と、前記搬送手段を傾斜させる第２駆動手段とを備え、外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記所定位置へ搬送する間に、この搬送手段を前記第２駆動手段により傾斜させて、前記標本の表面に残留した前記液体を流して、前記標本を乾燥させるように構成できる。

以上説明したように、本発明によれば、液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、該標本を保持する保持ステージを傾斜させることによって、標本の表面に残留した液体を除去して、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を実現することができた。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の顕微鏡装置１は、半導体ウエハ等の標本（以下、ウエハＷと称する）の外観検査を行うものであり、装置フレーム１０と、該フレーム１０の内部に納められた顕微鏡観察装置２０と、液体乾燥装置３０と、ウエハ搬送装置４０と、ファンフィルタユニット５０とを備えて構成される。なお、図１中の矢印はファンフィルタユニット５０によるダウンフローの向きを示している。

なお、装置フレーム１０には図示しない外壁が設けられており、顕微鏡装置１は、この外壁により外部と隔離されている（後述のカセット載置台１２及びカセット４１は、装置フレーム１０の外部に位置する）。

顕微鏡観察装置２０は、図２及び図３に示すように、装置フレーム１０内の水平テーブル１１上に設置された、ウエハＷを保持する検査ステージ２１と、この検査ステージ２１の上方を覆うように設置された観察装置２２とを有する。なお、図２中の矢印はファンフィルタユニット５０によるダウンフローの向きを示し、図３中の矢印は外部から後述するＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆを介してウエハＷに吹き出される空気の流れを示すものである。

検査ステージ２１は、試料台２１ａと、ＸＹＺステージ２１ｂと、自動焦点検出装置（不図示）とからなる。

試料台２１ａは、ＸＹＺステージ２１ｂにより鉛直方向に移動可能、及び、水平面内で移動可能に指示されている。なお、ウエハＷは、本実施形態では、カセット４１から搬送されて試料台２１ａの上面に載置され、例えば真空吸着により固定的に支持される。

ＸＹＺステージ２１ｂは、ウエハＷの焦点合わせのときに、試料台２１ａを鉛直方向に移動させる。なお、この焦点合わせ動作は、自動焦点検出装置（不図示）がオートフォーカス機能を用いて行う。また、ＸＹＺステージ２１ｂは、ウエハＷの予め定めた観察点を、接眼レンズ２２ａ及び対物レンズ２２ｂの視野内に位置決めする際に、試料台２１ａを水平面内で移動させる。

観察装置２２は、接眼レンズ２２ａと、対物レンズ２２ｂと、供給ノズル２２ｃ（図２参照）と、吸引ノズル２２ｄ（図２参照）と、照明光源２２ｅ（図３参照）と、ＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆ（図３参照）とからなる。

対物レンズ２２ｂは、液浸系の対物レンズであり、その先端（下面）とウエハＷとの間が液体Ｅで満たされたときに、光学系の収差が補正されるように設計されている。なお、対物レンズ２２ｂの先端が、液体Ｅに触れる部分となる。また、本実施形態では、液体Ｅとして超純水を想定しているが、これに限定されるものではない。

供給ノズル２２ｃは、対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間に液体Ｅを供給するものである。なお、液体Ｅの供給は、液浸観察の前に制御部（不図示）により自動的に行われる。吸引ノズル２２ｄは、外観検査終了時に前述の液体ＥをウエハＷから吸引するものである。これら供給ノズル２２ｃ及び吸引ノズル２２ｄは、それぞれ対物レンズ２２ｂの周囲に固定され、先端が対物レンズ２２ｂの先端近傍に配置される。

照明光源２２ｅは、ウエハＷの外観検査を行うときに点灯して、ウエハＷを照らす。なお、観察波長として本実施形態では可視域を想定している。また、照明光源２２ｅは、ウエハＷを照らすだけではなく、余熱を利用して装置フレーム１０内部の温度を上げ、ウエハＷの外観検査後に、吸引ノズル２２ｄにより吸引し切れず、ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させるための加熱ヒータとしての機能も担っている。

なお、照明光源２２ｅにおける観察波長は上記に限定されるものではなく、例えば紫外域であった場合は、接眼レンズ２２ａからの観察はできないため、接眼レンズ２２ａの代わりにＣＣＤカメラなどを設けて撮像し、モニタ装置に表示して観察する。

ＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆは、ＵＬＰＡフィルタ（Ultra Low Penetration Air Filter）と呼ばれる高性能フィルタが取り付けられたファンであり、エアユニット（送風機）５０によって送風される空気中から塵埃等を除去して、清浄な空気をウエハＷに吹き付けるものである。このＵＬＰＡフィルタ付ファン２２を照明光源２２ｅに加えて設置することにより、さらに効率良くウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させることが可能である。

上記のような構成の観察装置２２では、接眼レンズ２２ａの視野位置にウエハＷの拡大像（パターン像）が形成され、この像によりウエハＷの外観検査が行われる。また、対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間を満たす液体Ｅの屈折率（＞１）に応じて、対物レンズ２２ｂの開口数を１より大きくすることができ、乾燥系の装置（対物レンズの開口数≦１）と比較して解像度を確実に向上させることができる。

液体乾燥装置３０は、ウエハＷを保持する保持ステージ３１と、保持ステージ３１を傾斜させる駆動部３２と、保持ステージ３１を回転させる回転部３３とからなり、外観検査終了後、吸引ノズル２２ｄにより液体Ｅが吸引されたウエハＷを、ウエハ搬送装置４０により（顕微鏡観察装置２０の）検査ステージ２１から（液体乾燥装置３０の）保持ステージ３１へ搬送した後に（図２中の矢印（１）参照）、この保持ステージ３１を駆動部３２により傾斜させ且つ回転部３３により回転させて（図２中の矢印（２）参照）、ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを振り切って、ウエハＷを乾燥させるようになっている（図２参照）。そして、このようにウエハＷを乾燥させた後は、保持ステージ３１を傾斜・回転する前の位置に戻す（図２中の矢印（３）参照）。なお、駆動部３２は、保持ステージ３１が保持するウエハＷが重力方向に沿うように、もしくはファンフィルタユニット５０が発生する空気流の流れに沿うように、保持ステージ３１を傾斜させる。

ウエハ搬送装置４０は、カセット４１と、搬送アーム４２とからなる。

カセット４１は、装置フレーム１０の外部に設けられたカセット載置台１２の上に設置された、側面の一方側が開口している箱である。この箱の内部には、互いに水平な複数段のスロットが上下に並んで設けられ、各スロット内にはウエハＷが一枚ずつ収納されている。

搬送アーム４２は、その先端部に設けられた吸着機構４２ａによりウエハＷを吸着し、装置フレーム１０内部におけるウエハＷの搬送を行うように構成されている。なお、本実施形態では、搬送アーム４２は、カセット４１と顕微鏡観察装置２０の検査ステージ２１との間、検査ステージ２１と液体乾燥装置３０の保持ステージ３１との間、及び、保持ステージ３１とカセット４１との間で、ウエハＷの搬送を行う。

ファンフィルタユニット５０は、装置フレーム１０の上部の異なる位置に設けられた３つの送風機５０ａ，５０ｂ，５０ｃ及び５０ｄにより下向きの空気流を発生させて、外部から塵埃等を含んだ空気が内部に侵入することを防ぐため、該装置フレーム１０内部の空気圧力を外部の空気圧力よりも高圧に保っている。なお、送風機５０ａ〜５０ｄがそれぞれ発生する空気流の速さは、約０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓである。

また、送風機５０ｄと装置フレーム１０との間には、ＵＬＰＡフィルタ等の高性能ケミカルフィルタ５０ｅが設けられており（図１参照）、送風機５０ｄにより送風される空気中の塵埃等を除去して、（特に、ウエハＷが載置される顕微鏡観察装置２０の周辺）清浄な空気を供給している。なお、このように装置フレーム１０内に供給された清浄な空気を、ウエハＷが載置される顕微鏡観察装置２０周辺に適切に導くため、装置フレーム１０の内部には、床面から上方に向かって張り出す下張出部１３と、天井部から下方に向かって張り出す上張出部１４とが設けられ、液体乾燥装置３０を境に装置フレーム１０内部の気室を分離する構造が取られている。

次に、顕微鏡装置１の動作について説明する。まず、操作者により、顕微鏡観察装置２０を用いた外観検査の開始の指示（例えば、スイッチの投入）がなされると、搬送アーム４２はカセット４１内に収納されているウエハＷを、吸着保持して引き抜いてカセット４１の外部に搬出し、顕微鏡観察装置２０の試料台２１ａ上に載置する。試料台２１ａ上にウエハＷが載置されると、今度は試料台２１ａがウエハＷを真空吸着する。試料台２１ａによりウエハＷが吸着保持されると、ＸＹＺステージ２１ｂを移動させ、ウエハＷの所望部分を顕微鏡観察装置２０の対物レンズ２２ｂの直下に移動させる。そして、供給ノズル２２ｃにより対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間に液体Ｅを供給して、これにより接眼レンズ２２ａからウエハＷ表面の外観検査が可能となる。

続いて、顕微鏡観察装置２０を用いたウエハＷの外観検査が終了すると、吸引ノズル２２ｄにより対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間から液体Ｅを吸引して、搬送アーム４２によりウエハＷを検査ステージ２１から液体乾燥装置３０の保持ステージ３１へ搬送する。そして、保持ステージ３１を駆動部３２により傾斜させ（図２中の矢印（１）参照）且つ回転部３３により回転させて（図２中の矢印（２）参照）、該ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを振り切って乾燥させる。なお、このとき、駆動部３２は、ウエハＷが重力方向に沿うように、もしくはファンフィルタユニット５０が発生する空気流の流れに沿うように、保持ステージ３１を傾斜させる。このように、ウエハＷを乾燥させた後に、保持ステージ３１を傾斜・回転する前の位置に戻す（図２中の矢印（３）参照）。そして、搬送アーム４２は保持ステージ３１からウエハＷを受け取り、カセット４１内に収納する。これにより、顕微鏡装置１の一連の動作は終了する。

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

上記実施例では、半導体ウエハＷを載せた状態の保持ステージ３１を傾斜させて、半導体ウエハＷ表面に残留した液体Ｅを流す構成となっているが、これに限定されるものではない。例えば、本発明の顕微鏡装置を、上記実施例と同様の構成である、半導体ウエハＷ等の標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、対物レンズの先端と標本との間に液体を供給する供給手段（供給ノズル）、及び、液体を標本から吸引する吸引手段（吸引ノズル）を有する顕微鏡観察装置に加えて、検査ステージと所定位置との間で標本の搬送を行う搬送手段と、搬送手段を傾斜させる第２駆動手段とを備える構成として、外観検査終了後、吸引手段により液体が吸引された標本を、搬送手段により検査ステージから所定位置へ搬送する間に、この搬送手段を前記第２駆動手段により傾斜させて、標本の表面に残留した液体を流して、標本を乾燥させるように構成してもよい。

本発明に係る顕微鏡装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（部分）側断面図である。 本発明に係る顕微鏡装置の内部に設置されている保持ステージの動作の説明図である。 本発明に係る顕微鏡装置の内部に設置されている顕微鏡観察装置の側面図である。

符号の説明

１ 顕微鏡装置
２０ 顕微鏡観察装置
２１ 検査ステージ
２１ａ 試料台
２１ｂ ＸＹＺステージ
２２ 観察装置
２２ａ 接眼レンズ
２２ｂ 対物レンズ
２２ｃ 供給ノズル（供給手段）
２２ｄ 吸引ノズル（吸引手段）
２２ｅ 照明光源
２２ｆ ＵＬＰＡフィルタ付ファン
３０ 液体乾燥装置（液体乾燥機構）
３１ 保持ステージ
３２ 駆動部（駆動手段）
３３ 回転部（回転手段）
４０ ウエハ搬送装置（搬送手段）
４１ カセット
４２ 搬送アーム
５０ ファンフィルタユニット（フィルタユニット）
Ｗ ウエハ
Ｅ 液体

Claims (5)

1. 半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置において、
   前記標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給する供給手段、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段を有する顕微鏡観察装置と、
   前記標本を保持する保持ステージ、及び、前記保持ステージを傾斜させる駆動手段を有する液体乾燥機構と、
   前記検査ステージと前記保持ステージとの間で前記標本の搬送を行う搬送手段とを備え、
   外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記保持ステージへ搬送した後に、この保持ステージを前記駆動手段により傾斜させて、前記標本の表面に残留した前記液体を流して、前記標本を乾燥させることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記液体乾燥機構は、前記保持ステージを回転させる回転手段を有し、
   外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記保持ステージへ搬送した後に、この保持ステージを前記駆動手段により傾斜させ且つ前記回転手段により回転させて、前記標本の表面に残留した前記液体を振り切って、前記標本を乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記駆動手段は、前記保持ステージが保持する前記標本が重力方向に沿うように、前記保持ステージを傾斜させることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記顕微鏡装置の上部に、下向きの空気流を発生させるフィルタユニットを備え、
   前記駆動手段は、前記フィルタユニットが発生する前記空気流の流れに沿うように、前記保持ステージを傾斜させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡装置。
5. 半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置において、
   前記標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給する供給手段、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段を有する顕微鏡観察装置と、
   前記検査ステージと所定位置との間で前記標本の搬送を行う搬送手段と、
   前記搬送手段を傾斜させる第２駆動手段とを備え、
   外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記所定位置へ搬送する間に、この搬送手段を前記第２駆動手段により傾斜させて、前記標本の表面に残留した前記液体を流して、前記標本を乾燥させることを特徴とする顕微鏡装置。

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