JP2007047010A - ウェーハ外周検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェーハ外周部の面取り部の短時間で且つ的確に検査し得るウェーハ外周検査方法を提供すること。
【解決手段】 検出位置を前記ウェーハ外周部の上半部及び下半部の２つに設定してその上半部及び下半部に対応して照明光学系及び結像光学系の組をそれぞれ設置し、上半部及び下半部の検出位置での対物レンズそれぞれの物側焦点面が平面となるように設定すると共に各物側焦点面が前記ウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜するように設定し、各々の照明光学系の対物レンズを介して非コヒーレント光を所定の照射開口角で以てウェーハの厚さ方向の中点に集束するようにウェーハ外周部の上半部及び下半部を照射する照射工程と、各々の結像光学系を介してウェーハ外周部の上半部及び下半部での反射光を検出する検出工程とを実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウェーハ外周検査方法に関するものである。

ウェーハ外周部の面取り部の傷等を検出するためのウェーハ外周検査装置として、例えば、ウェーハ外周部の面取り部にコヒーレント光を照射し、このコヒーレント光がウェーハ外周部の面取り部の傷等で反射した正反射方向への散乱反射光をウェーハ外周部近傍で受光し、この受光量に基づきウェーハの外周部部の傷等を検出するようにしたものがある。この場合のコヒーレント光としてはレーザ光が使用されている。
特開平１１−３５１８５０号公報

しかしながら、上記ウェーハ外周検査装置による方法によれば、照射光としてコヒーレント光を用いることから感度が良過ぎて、ウェーハに付着したダスト等があるとそのダスト等も検出してしまい、却って、傷等の検出が困難となる場合がある。また、コヒーレント光のビーム径が小さいため、ウェーハ外周部の面取り部の広い範囲を一時に検査できず、そのため、傷等の検出に長時間を要するといういう問題がある。さらに、ウェーハ外周部の面取り部の傷等の大きさや深さを検出できないという問題がある。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、ウェーハ外周部の面取り部の短時間で且つ的確に検査し得るウェーハ外周検査方法を提供することを目的とする。

請求項１記載のウェーハ外周検査方法は、ウェーハ外周部に光を照射し、ウェーハ外周部での反射光を検出して前記ウェーハ外周部の検査を行うウェーハ外周検査方法において、前記光として非コヒーレント光を用いると共に、検出位置を前記ウェーハ外周部の上半部及び下半部の２つに設定してその上半部及び下半部に対応して照明光学系及び結像光学系の組をそれぞれ設置し、前記上半部及び下半部の検出位置での前記対物レンズそれぞれの物側焦点面が平面となるように設定すると共に各物側焦点面が前記ウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜するように設定し、各々の前記照明光学系の前記対物レンズを介して前記非コヒーレント光を所定の照射開口角で以て前記ウェーハの厚さ方向の中点に集束するように前記ウェーハ外周部の前記上半部及び下半部に照射する照射工程と、各々の前記結像光学系を介して前記ウェーハ外周部の前記上半部及び下半部での反射光を検出する検出工程とを実行することを特徴とする。

請求項２記載のウェーハ外周検査方法は、ウェーハ外周部に光を照射し、ウェーハ外周部での反射光を検出して前記ウェーハ外周部の検査を行うウェーハ外周検査方法において、前記光として非コヒーレント光を用いると共に、検出位置を前記ウェーハ外周部の上部、端部及び下部の３つに設定してその上部、端部及び下部に対応して照明光学系及び結像光学系の組をそれぞれ設置し、前記上部、端部及び下部の検出位置での前記対物レンズそれぞれの物側焦点面が平面となるように設定すると共に前記上部及び下部を担う前記対物レンズの物側焦点面が前記ウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜し且つ前記端部を担う前記対物レンズの物側焦点面が直立するように設定し、各々の前記照明光学系の前記対物レンズを介して前記非コヒーレント光を所定の照射開口角で以て前記ウェーハの厚さ方向の中点に集束するように前記ウェーハ外周部の前記上部、端部及び下部に照射する照射工程と、各々の前記結像光学系を介して前記ウェーハ外周部の前記上部、端部及び下部での反射光を検出する検出工程とを実行することを特徴とする。

請求項３記載のウェーハ外周検査方法は、請求項１又は２記載のウェーハ外周検査方法において、前記照射工程及び前記検出工程を、前記ウェーハを回転させる回転工程と同時に実行することを特徴とする。

請求項４記載のウェーハ外周検査方法は、請求項３記載のウェーハ外周検査方法において、前記照射工程及び前記検出工程を前記回転工程と同時に実行した後に、前記ウェーハを該ウェーハの主面に沿って前記物側焦点面に接近又は離反する方向に段階的に移動させ、各段階にて前記照射工程、前記検出工程及び前記回転工程を実行することを特徴とする。

請求項１から４に記載のウェーハ外周検査方法によれば、ウェーハ外周部の外周方向の一部においてその厚さ方向の全域を一度に照射する非コヒーレント光を使用しているので、スポット光を使用する場合と比較して、ウェーハ外周部の検査を迅速に行うことができる。
また、ウェーハ外周部での反射光を所定の物側開口角を持つテレセントリック光学系を介して検出するように構成されているので、ウェーハ外周部の傷等の形状及び深さに応じた明暗パターンが形成されることから、的確な検査が可能となる。

Ａ．第１実施形態
（全体構成）
第１実施形態に係るウェーハ外周検査方法に使用されるウェーハ外周検査装置は照明光学系２（図１）と結像光学系３（図２）を備えている。

（細部構成）
照明光学系２はウェーハＷの外周部を照射するものである。この照明光学系２は面光源２００、ハーフミラー２０１及び対物レンズ２０２を含んで構成されている。このうち対物レンズ２０２は複数のレンズから構成されていてもよい。この光照射装置２は、面光源２００からの光によって対物レンズ２０２を介して対象物を照射するように構成されている。この場合、対象物がウェーハＷであり、そのウェーハ外周部の厚さ方向全域をウェーハＷの全周に亘って検査するものでは、照射光学系２はウェーハ外周部の上半部及び下半部に対応して２つ設けられている。また、ウェーハＷはテーブル（図示せず）上に載置される。

ここで照明光学系２の対物レンズ２０２について詳述すれば、対物レンズ２０２は、検査位置側に位置する物側焦点面が平面となるように構成されている。そして、ウェーハ外周部の上半部を担う照明光学系２においては、その物側焦点面がウェーハ外周部の上半部に対面するように構成されている。一方、ウェーハ外周部の下半部を担う照明光学系２においては、その物側焦点面がウェーハ外周部の下半部に対面するように構成されている。

ところで、１２インチウェーハにあっては、エッジプロフアイルが規格化されている。そこで、１２インチウェーハのウェーハ外周検査装置１にあっては、対物レンズ２０２の物側焦点面を次のように構成することが好ましい。
図３には１２インチウェーハのエッジプロファイルが示されている。同図において斜線で示した領域がウェーハのエッジ許容領域を示している。このウェーハの厚さ寸法は０．７７５ｍｍである。また、ウェーハの直径寸法の最大値は２９８ｍｍ、最小値は２９７．９５ｍｍである。そして、ウェーハの上下の角部がベベル状に面取りされる構造となっている。
この１２インチのウェーハ外周部を検査する外周検査装置１においては、ウェーハ外周部の上半部を担う照明光学系２の物側焦点面は、例えばウェーハの上面と５０度±５度好ましくは５０度±１度程度となるように設定される。この場合に、ウェーハの中心から１４８．７８７ｍｍの位置で且つウェーハの厚さ方向の中点を中心とする曲率半径０．３８８ｍｍの円弧に物側焦点面Ｆが接した状態で考えると、対物レンズ２０２からの光はその接点における垂線がウェーハＷの厚さ方向の中点と交わる位置に集束する（向かう）ように構成されている。この様子が図４に示されている。一方、ウェーハ外周部の下半部を担う照明光学系２の物側焦点面Ｆは、例えばウェーハの下面と５０度±５度好ましくは５０度±１度程度となるように設定される。この場合に、ウェーハの中心から１４８．７８７ｍｍの位置で且つウェーハの厚さ方向の中点を中心とする曲率半径０．３８８ｍｍの円弧に物側焦点面が接した状態で考えると、対物レンズ２０２からの光はその接点における垂線がウェーハＷの厚さ方向の中点と交わる位置に集束する（向かう）ように構成されている。
そして、特に限定はされないが、この場合の物体側のＮＡは０．０５に設定される。
このように構成すれば、エッジプロファイルが許容領域内に有るすべての１２インチウェーハに対応できることになる。

一方、結像光学系３は、図２に示すように、ウェーハ外周部での反射光をラインセンサ３０３に結像させるものである。この結像光学系３は、ウェーハ外周部の上半部及び下半部に対応して２つ設けられている。この結像光学系３は、レンズ３００とマスターレンズ３０１を備えている。レンズ３００は前記対物レンズ２０２と兼用となっている。また、マスターレンズ３０１は複数のレンズから構成されている。このうちレンズ３００とマスターレンズ３０１の一部のレンズとでテレセントリックレンズが構成されている。そして、このテレセントリックレンズの後側焦平面に絞り３０２が設けられ、このテレセントリックレンズと絞り３０２とによってテレセントリック光学系が構成されている。そして、絞り３０２が存在することによって、ウェーハ外周部に傷や欠け等がある場合には、そこで光が散乱されるため、絞り３０２を通過する光量が変化する。この光量変化を利用してウェーハ外周部の検査を行う。

ラインセンサ３０３は、ウェーハの厚さ方向に対応して一次元に（例えば２５６個）並べられたフォトダイオードを含んで構成されている。

（回路構成）
次に、図５に本実施形態に係るウェーハ外周部検査方法に使用するウェーハ外周部検査装置１の回路ブロックを示す。

同図に示すように、本実施形態に係る露光装置１は制御部４００を備えている。この制御部４は特に限定はされないがマイコンによって構成され、このマイコンの本体はＣＰＵ、メモリ及び入出力ポートによって構成されている。

制御部４００には、ウェーハＷを載置するテーブル４０１を駆動するためのアクチュエータ４０２がインターフェースを介して接続されている。この場合のアクチュエータ４０２として、テーブル４０１を回転駆動するモータと、テーブル４０１を移動させるモータとを備える。
また、制御部４００にはロータリエンコーダ４０３がインターフェースを介して接続されている。このロータリエンコーダ４０３はテーブル４０１の回転量を検出するためのものである。
さらに、制御部４００にはラインセンサ３０３がインターフェースを介して接続されている。このラインセンサ３０３は上述したようにウェーハ外周部での反射光を受光するためのものである。
また、入力部４０４は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによってウェーハ外周部の検査に関する指示入力がインターフェースを介して行えるようになっている。
なお、制御部４００にはディスプレイ等の表示装置４０５がインターフェースを介して接続され、検査結果等を表示することができるように構成されている。

（検査方法）
次に、上記ウェーハ外周部検査装置１を使用したウェーハ外周部検査方法について説明する。

上記照明光学系２及び結像光学系３の組をウェーハ外周部の上半部及び下半部に対応してそれぞれ設ける。そして、各照明光学系２の対物レンズ２０２を介して非コヒーレント光を上半部及び下半部に照射し、各結像光学系３を介してウェーハ外周部の上半部及び下半部での反射光をラインセンサ３０３にて検出する。その際に、ウェーハＷが載せられたテーブルを回転させる。そして、ウェーハ外周部の厚さ方向での反射光に基づく受光データを例えば２５６階調で全周に亘って収集する。このとき得られた初回の受光データをテーブルの回転量及びウェーハ外周部の厚さ方向位置に対応させてメモリに記憶しておく。

その後、図６に示すように、ウェーハをその主面に沿った方向、具体的には対物レンズ２０２の物側焦点面Ｆに対してウェーハＷが接近又は離反する方向に段階的に移動させる。同図では便宜上物側焦点面の方を移動させている。光学系の方を移動させてもよいが、テーブルの方を移動させるのが得策である。また、１回の移動量は焦点深度を考慮して行うことが好ましい。
この場合、物側焦点面が同図に示すようにウェーハＷと重なり合ってもよい。そして、その段階的に移動させた各位置で、ウェーハ外周部の厚さ方向の反射光のデータを全周に亘って収集する。このときの受光データをテーブルの回転量、ウェーハの移動量及びウェーハ外周部の厚さ方向位置に対応させてメモリに記憶しておく。

こうして収集されメモリに記憶されたデータからＣＰＵによる演算によって確度の高いデータを選択する。この場合のデータの選択は例えば次のようにして行う。
ウェーハ外周部の一点について考えると、そこに焦点があったときにラインセンサ３０３のＣＣＤで受光される反射光の光強度は最大となり、焦点から外れた場合には光強度は小さくなる。このことを利用し、ウェーハ外周部の一点の確度の高いデータを選択するにあたっては、各段階（初回を含む）におけるその一点の受光データとその周辺の受光データの総和の平均値をそれぞれ求め、その平均値が最大である段階のその一点のデータを確度の高いデータとして採用する。このようにしてウェーハ外周部の各点についての確度の高いデータを選択する。
そして、ウェーハ外周部の各点について得られた確度の高いデータを合成し、ウェーハ外周部の検査データとする。以上のようにして、得られた検査データに基づきウェーハの評価を行う。このようにすれば、テーブル上にウェーハＷが偏心して載置された場合でも、ウェーハの厚さ方向の分解能のバラツキを小さくすることができるので、ウェーハＷの正確な評価が行えることになる。

Ｂ．第２実施形態
図７には第２実施形態の照明光学系の対物レンズの物側焦点面を説明するための図が示されている。この第２実施形態は、非コヒーレント光を用いる点、上記照明光学系２及び結像光学系３を用いる点は第１実施形態と同じである。この第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、検出位置をウェーハ外周部の上部、端部及び下部の３つに設定している点、その上部、端部及び下部に対応して照明光学系２及び結像光学系３の組をそれぞれ設置している点、その上部、端部及び下部の検出位置での対物レンズ２０２それぞれの物側焦点面が平面となるように設定し上部及び下部を担う対物レンズ２０２の物側焦点面がウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜し且つ端部を担う対物レンズ２０２の物側焦点面が直立するように設定している点である。この場合、ウェーハ外周部の上部を担う対物レンズ２０２の物側焦点面ＦのウェーハＷの上面となす角度は３０度〜４８度好ましくは３３度±１度程度、ウェーハ外周部の下部を担う対物レンズ２０２の物側焦点面ＦのウェーハＷの下面となす角度は角度は３０度〜４８度好ましくは３３度±１度程度となっている。
なお、その他の構成については第１実施形態と同じである。
この第２実施形態においても、各々の照明光学系２の対物レンズ２０２を介して非コヒーレント光を所定の照射開口角で以てウェーハＷの厚さ方向の中点に集束するようにウェーハ外周部の上部、端部及び下部に照射し、各々の結像光学系３を介してウェーハ外周部の上部、端部及び下部での反射光を検出する。
その検査の具体的方法は、第１実施形態の場合と同じである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定される物ではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であることはいうまでもない。

ウェーハ外周検査方法に使用される照明光学系を示す図である。 ウェーハ外周検査方法に使用される結像光学系を示す図である。 １２インチウェーハの規格値を説明するための図である。 第１実施形態の照明光学系の対物レンズの物側焦点面を説明するための図である。 ウェーハ外周検査装置の回路ブロックを示す図である。 ウェーハを物側焦点面に対して接近又は離反する方向に移動した状態の図である。 第２実施形態の照明光学系の対物レンズの物側焦点面を説明するための図である。

符号の説明

１ ウェーハ外周検査装置
２ 照明光学系
３ 結像光学系
２００ 面光源
２０１ ハーフミラー
２０２ 対物レンズ
３００ 対物レンズ
３０１ マスターレンズ
３０２ 絞り
３０３ ラインセンサ

Claims (4)

1. ウェーハ外周部に光を照射し、ウェーハ外周部での反射光を検出して前記ウェーハ外周部の検査を行うウェーハ外周検査方法において、前記光として非コヒーレント光を用いると共に、検出位置を前記ウェーハ外周部の上半部及び下半部の２つに設定してその上半部及び下半部に対応して照明光学系及び結像光学系の組をそれぞれ設置し、前記上半部及び下半部の検出位置での前記対物レンズそれぞれの物側焦点面が平面となるように設定すると共に各物側焦点面が前記ウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜するように設定し、各々の前記照明光学系の前記対物レンズを介して前記非コヒーレント光を所定の照射開口角で以て前記ウェーハの厚さ方向の中点に集束するように前記ウェーハ外周部の前記上半部及び下半部に照射する照射工程と、各々の前記結像光学系を介して前記ウェーハ外周部の前記上半部及び下半部での反射光を検出する検出工程とを実行することを特徴とするウェーハ外周検査方法。
2. ウェーハ外周部に光を照射し、ウェーハ外周部での反射光を検出して前記ウェーハ外周部の検査を行うウェーハ外周検査方法において、前記光として非コヒーレント光を用いると共に、検出位置を前記ウェーハ外周部の上部、端部及び下部の３つに設定してその上部、端部及び下部に対応して照明光学系及び結像光学系の組をそれぞれ設置し、前記上部、端部及び下部の検出位置での前記対物レンズそれぞれの物側焦点面が平面となるように設定すると共に前記上部及び下部を担う前記対物レンズの物側焦点面が前記ウェーハ外周部に寄りかかる方向に傾斜し且つ前記端部を担う前記対物レンズの物側焦点面が直立するように設定し、各々の前記照明光学系の前記対物レンズを介して前記非コヒーレント光を所定の照射開口角で以て前記ウェーハの厚さ方向の中点に集束するように前記ウェーハ外周部の前記上部、端部及び下部に照射する照射工程と、各々の前記結像光学系を介して前記ウェーハ外周部の前記上部、端部及び下部での反射光を検出する検出工程とを実行することを特徴とするウェーハ外周検査方法。
3. 前記照射工程及び前記検出工程を、前記ウェーハを回転させる回転工程と同時に実行することを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハ外周検査方法。
4. 前記照射工程及び前記検出工程を前記回転工程と同時に実行した後に、前記ウェーハを該ウェーハの主面に沿って前記物側焦点面に接近又は離反する方向に段階的に移動させ、各段階にて前記照射工程、前記検出工程及び前記回転工程を実行することを特徴とする請求項３記載のウェーハ外周検査方法。

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