JP2007127939A

JP2007127939A - 液浸顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2007127939A
Application number: JP2005322135A
Authority: JP
Inventors: Toshio Uchikawa; 敏男内川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】液浸観察時の基板の表面（液体との接触部分）における汚れの付着を抑制することができる液浸顕微鏡装置を提供すること。
【解決手段】観察対象の基板１０Ａを支持する支持手段２１,２２と、液浸系の対物レンズ２３と、対物レンズの先端と基板との間に液体１９を供給する供給手段２４,２９と、液体と対物レンズとを介して基板の画像を取り込む画像取込手段２８,２９と、供給手段による液体の供給から所定時間が経過したときに液体を基板から除去する除去手段２５,２９とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の液浸観察を行う液浸顕微鏡装置に関する。

基板（例えば半導体ウエハや液晶基板など）に形成された回路パターンの欠陥や異物などを高い分解能で観察するために、液浸系の対物レンズを用い、この対物レンズの先端と基板との間を水などの液体で満たし、液体の屈折率(＞１)に応じて対物レンズの開口数を大きくすることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。また、このような基板の液浸観察時に、液体を自動で供給／回収することも提案されている。
特開２００５−８３８００号公報

しかし、上記の装置では、液体を供給してから回収するまでの時間について制限がないため、基板の表面（液体との接触部分）に酸化膜などの汚れが付着し、基板の液浸観察を非破壊で行う（つまり非破壊検査を行う）ことはできなかった。
本発明の目的は、液浸観察時の基板の表面（液体との接触部分）における汚れの付着を抑制することができる液浸顕微鏡装置を提供することにある。

本発明の液浸顕微鏡装置は、観察対象の基板を支持する支持手段と、液浸系の対物レンズと、前記対物レンズの先端と前記基板との間に液体を供給する供給手段と、前記液体と前記対物レンズとを介して前記基板の画像を取り込む画像取込手段と、前記供給手段による前記液体の供給から所定時間が経過したときに前記液体を前記基板から除去する除去手段とを備えたものである。

また、前記画像取込手段は、前記基板の静止画像を取り込み、前記除去手段は、前記静止画像の取り込みに掛かる時間の方が前記所定時間よりも短い場合、前記静止画像の取り込みが終了したときに前記液体を前記基板から除去することが好ましい。
また、前記画像取込手段は、前記基板の動画像を取り込むと共に、該動画像の表示も行い、前記除去手段は、前記液体を前記基板から除去する際に警告を発することが好ましい。

本発明の液浸顕微鏡装置によれば、液浸観察時の基板の表面（液体との接触部分）における汚れの付着を抑制することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の液浸顕微鏡装置１０は、図１,図２に示す通り、ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)と、その内部に設置された液浸顕微鏡２０とで構成される。図１(ａ)は液浸顕微鏡装置１０の上面図、図１(ｂ)は縦断面図である。図２は液浸顕微鏡２０の側面図である。ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)の内部には、観察対象の基板１０Ａを自動搬送する機構(不図示)も設けられる。基板１０Ａは、半導体ウエハや液晶基板などである。液浸顕微鏡装置１０は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、基板１０Ａに形成された回路パターンの欠陥や異物などの液浸観察（外観検査）を行う装置である。回路パターンは例えばエッチングパターンである。

ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)は、筐体１１と、その上面に設置された複数のファンフィルタユニット１２〜１５とで構成される。ファンフィルタユニット１２〜１５は、周囲（クリーンルーム内）の空気からゴミや塵などの微小な気体中パーティクルを除去した後、清浄な空気を筐体１１の内部に導入する機構である（FFU；FAN FILTER UNIT）。筐体１１の下面には不図示の通気口が形成され、ファンフィルタユニット１２〜１５からのダウンフローを外部（クリーンルーム内）に排気できるようになっている。図１の矢印は空気の流れを表している。

このように、ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)の筐体１１の内部は、基板１０Ａの液浸観察をクリーンな環境で行うために、清浄度を周囲（クリーンルーム内）より高くした局所環境(minienvironment)である。気体中パーティクルの除去は、ＵＬＰＡフィルタ１７によって行われる。また、筐体１１の内部のうち液浸顕微鏡２０の配置された空間には、ファンフィルタユニット１２のケミカルフィルタ１８によって化学物質（有機系ガスやアンモニアガスなど）が除去された清浄な空気が導入され、T.O.C.（Total Organic Carbon：全有機炭素）などのアウトガスの少ない環境に保たれる。

液浸顕微鏡２０には、図１(ｂ),図２に示す通り、基板１０Ａを支持するステージ部(２１,２２)と、液浸系の対物レンズ２３と、液体１９を供給するための液体供給機２４と、液体１９を除去するための液体回収機２５および液体乾燥機２６と、照明光源２７を含む照明光学系と、ＣＣＤカメラ２８とが設けられる。照明光源２７の波長は、例えば可視域や紫外域などである。さらに、液浸顕微鏡２０には、図３に示す制御装置２９やモニタ装置３０、図示省略したＴＴＬ方式のオートフォーカス機構なども設けられる。

ステージ部(２１,２２)は、ＸＹステージ２１とＺθステージ２２とで構成される。基板１０Ａは、例えば現像装置から搬送されてＺθステージ２２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。Ｚθステージ２２は、基板１０Ａの焦点合わせ時に、基板１０Ａを鉛直方向に移動させる。焦点合わせ動作は、制御装置２９がオートフォーカス機構を用いて行う。また、基板１０Ａの予め定めた観察点を対物レンズ２３の視野内に位置決めする際、ＸＹステージ２１は、基板１０Ａを水平面内で移動させる。ＸＹステージ２１のベース部材は液浸顕微鏡２０の本体に固定されている。

液浸系の対物レンズ２３は、液浸顕微鏡２０の本体に固定され、その先端と基板１０Ａとの間が液浸媒質の液体１９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。
液浸媒質の液体１９は、例えば純水である。純水は、半導体製造工程などで容易に大量入手できる。また、基板１０Ａのフォトレジストに対する悪影響がないため、基板１０Ａの非破壊検査が可能となる。また、純水は環境に対する悪影響もなく、不純物の含有量が極めて低いため、基板１０Ａの表面を洗浄する作用も期待できる。なお、半導体製造工程で使用される純水は一般に「超純水」と呼ばれる。これは、一般に「純水」と呼ばれるものより純度が高い。本実施形態においても超純水を用いるのがより好ましい。

液体供給機２４は、対物レンズ２３の先端と基板１０Ａの観察点との間に液体１９を供給する機構であり、吐出ノズルと加圧ポンプと液体タンクなどにより構成される。吐出ノズルは、対物レンズ２３の周辺近傍に配置され、その先端が対物レンズ２３の先端近傍に配置される。加圧ポンプは、液体タンクから所定量の液体を吐出ノズルに送り出す。吐出ノズルの先端から吐出した液体１９は、対物レンズ２３の先端と基板１０Ａとの間に到達する。このように、吐出ノズルを介して液体１９が供給され、表面張力により「液滴」を形成する。液体１９の供給は、制御装置２９からの指示に基づいて、液浸観察の前に自動で行われる。

液体回収機２５は、基板１０Ａの観察終了後、液浸媒質の液体１９を基板１０Ａの観察点から回収する機構であり、吸引ノズルと吸引ポンプと廃液タンクなどにより構成される。吸引ノズルは、対物レンズ２３の周辺近傍に配置され、その先端が対物レンズ２３の先端近傍に配置される。吸引ポンプは、対物レンズ２３の先端と基板１０Ａとの間の液体１９を吸引ノズルを介して周りの空気と一緒に吸引する。吸引された液体１９は例えばフィルタにより空気とは選別され、廃液タンクに集められる。このような回収は、制御装置２９からの指示に基づいて、液浸観察の後（または途中）に自動で行われる。

液体乾燥機２６は、ＵＬＰＡフィルタ付きファンであり、ステージ部(２１,２２)や基板１０Ａや対物レンズ２３に対して側方から送風を行う。このような送風は、制御装置２９からの指示に基づいて、例えば液体回収機２５による液体１９の回収後に行われる。液体乾燥機２６によって送風することで、基板１０Ａの観察点や対物レンズ２３の先端を乾燥させたり、基板１０Ａからこぼれ落ちてＺθステージ２２などに付着した液体を乾燥させたりすることができる。乾燥には、照明光源２７の余熱を利用して、効率よく乾燥を行うことが好ましい。例えば、照明光源２７の熱による熱風を利用することで乾燥を早めることができる。

本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、上記の液体供給機２４と液体回収機２５と液体乾燥機２６とを用い、これらの機構を制御装置２９からの指示に基づいてタイミング制御するため、基板１０Ａの液浸観察の際に、自動で液体１９の供給および除去を行うことができる。したがって、作業者に対する負担がほとんどなく、高スループットで基板１０Ａの液浸観察を行うことができる。

また、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、液体供給機２４の吐出ノズルと液体回収機２５の吸引ノズルとを介して液体１９を局所的に供給／回収し、基板１０Ａの観察点とその近傍のみを液浸状態とする（つまり局所液浸の状態とする）。このため、基板１０Ａの表面における液体１９との接触部分９Ａ（図４）を、液浸観察に必要な最小限の範囲に制限することができる。

さらに、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ（図４））における汚れの付着を抑制するために、図５に示すフローチャートの手順にしたがって基板１０Ａの液浸観察を行う。液体１９との接触部分９Ａに付着し易い汚れとは、例えば、液体１９に溶出した酸素に起因する酸化膜などである。基板１０Ａがシリコンの場合、ＳｉＯ₂が汚れとして付着し易い。

このような酸化膜などの汚れが基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）に付着しないようにするため、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０の制御装置２９は、図５に示すフローチャートの手順にしたがって、液体供給機２４や液体回収機２５などをタイミング制御し、基板１０Ａの液浸観察を行う。
制御装置２９は、まず、基板１０Ａの予め定めた観察点を対物レンズ２３の視野内に位置決めし（図５のステップＳ１）、液体供給機２４を制御して基板１０Ａの観察点に液体１９を供給する（ステップＳ２）。また、液体１９の供給と略同時に、制御装置２９は、不図示のタイマーを用いて時間のカウントを開始する（ステップＳ３）。そして、液体１９を供給してからの経過時間（つまり基板１０Ａの表面に液体１９が接触している時間）をカウントしながら以降の処理を行う。

ステップＳ４では、不図示のオートフォーカス機構を用いて基板１０Ａの観察点の焦点合わせを行う。このＡＦ制御により、基板１０Ａの観察点は、ＣＣＤカメラ２８の撮像面と共役な面に位置決めされる。したがって、ＣＣＤカメラ２８の撮像面には、基板１０Ａの観察点の鮮明な拡大像（パターン像）が液体１９と対物レンズ２３とを介して形成される。なお、図２のように、液浸顕微鏡２０に接眼レンズ３１が設けられる場合には、接眼レンズ３１の視野位置にも同様の鮮明なパターン像が形成される。接眼レンズ３１による観察は照明光源２７の波長が可視域の場合のみ可能である。

このような状態で、制御装置２９は、ステップＳ５の処理を実行する。つまり、ＣＣＤカメラ２８を制御して基板１０Ａの観察点の動画像を取り込み、これをモニタ装置３０に出力する。次に、ステップＳ６の処理に進み、液体１９を供給してからの経過時間（つまり基板１０Ａの表面に液体１９が接触している時間）が、所定時間に達したか否かを判断する。

そして、所定時間に達するまでの間、ステップＳ５の処理を継続して行う。このとき、モニタ装置３０には基板１０Ａの観察点の動画像（ライブ画像）が表示され、基板１０Ａの観察点のリアルタイム観察を行うことができる。また、この観察中に、例えばジョイスティックなどを用いてマニュアルでＸＹステージ２１を駆動して、基板１０Ａの観察点の周辺領域をリアルタイム観察することもできる。

このようなステップＳ５の処理（リアルタイム観察）を継続して行う場合、基板１０Ａの観察点には液体１９が継続して接触することになり、その接触部分９Ａ（図４）に酸化膜などの汚れが付着する可能性は、時間の経過と共に高まっていく。酸化膜などの汚れが付着すると、その基板１０Ａは使いものにならなくなるため、破棄せざるを得ない。つまり、基板１０Ａの破壊検査となってしまう。

したがって、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）に酸化膜などの汚れが付着し始める直前の時間を、上記したステップＳ６の判断処理の所定時間として設定し、ステップＳ５の処理（リアルタイム観察）を継続して行いながら、液体１９を供給してからの経過時間（つまり基板１０Ａの表面に液体１９が接触している時間）が所定時間に達したか否かを監視するようにした。

そして、ステップＳ５,Ｓ６の処理を繰り返し行う間に、液体１９を供給してからの経過時間が所定時間に達すると（ステップＳ６がＹｅｓ）、基板１０Ａのリアルタイム観察の強制終了を作業者に知らせるため、所定の警告を発する（ステップＳ７）。この警告は、モニタ装置３０の観察画面におけるアラーム表示やアラーム音などで行えばよい。また、所定時間に達する前に残り時間を表示するようにしてもよい。

また、このような警告と略同時に、制御装置２９は、ステップＳ８の処理に進み、液体吸引機２５を制御して基板１０Ａの観察点から液体１９を吸引し、さらに、液体乾燥機２６を制御して送風を行い、液体１９を自動的に除去する。したがって、基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）に酸化膜などの汚れが付着する前に、液体１９を除去することができる。

上記のように、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの観察点のリアルタイム観察中であっても、液体供給機２４による液体１９の供給から所定時間が経過したときには、強制的に液体１９を基板１０Ａから除去するようにした。このため、液浸観察時の基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）における汚れの付着を抑制することができる。したがって、基板１０Ａの液浸観察を非破壊で行う（つまり非破壊検査を行う）ことが可能となり、検査後の基板１０Ａを破棄せずに次のラインに取り込むことができ、歩留まりが向上する。

また、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａの表面における汚れの付着を抑制できると同時に、対物レンズ２３の先端（特に先球レンズの先端）の汚れも抑制することができる。したがって、対物レンズ２３の透過率や解像性能の低下を防止でき、対物レンズ２３の寿命向上にもつながる。なお、対物レンズ２３の先端と液体１９との接触時間の総計に応じて対物レンズ２３の汚れ具合を把握でき、対物レンズ２３の寿命管理を行うこともできる。

さらに、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、基板１０Ａから液体１９を除去する際、液体吸引機２５による吸引後に液体乾燥機２６による乾燥を行うため、液体１９の除去をより確実に行うことができる。ただし、液体吸引機２５による吸引と液体乾燥機２６による乾燥とを同時に行っても構わない。
また、本実施形態の液浸顕微鏡装置１０では、液体１９の供給から所定時間が経過して強制的に液体１９を除去する際に警告を発するため、作業者に基板１０Ａのリアルタイム観察の強制終了を知らせることができる。警告を発すると同時に、モニタ装置３０の画面を消してもよいが、ＣＣＤカメラ２８からの最後のフレームを静止画像として取り込み、これを画像記録用メモリに記録してモニタ装置３０に表示することが好ましい。この場合には、警告によって、リアルタイム観察から静止画像観察への切り替えを把握できる。

（第２実施形態）
ここでは、第１実施形態のようなリアルタイム観察ではなく、静止画像観察を行う場合について説明する。静止画像観察を行う場合でも、上記と同様、基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ（図４））における汚れの付着を抑制する必要があり、図６に示すフローチャートの手順にしたがって基板１０Ａの液浸観察を行う。図６のステップＳ１１〜Ｓ１４は、図５のステップＳ１〜Ｓ４と同じ処理であり、その説明を省略する。

制御装置２９は、基板１０ＡのＡＦ制御（ステップＳ１４）が終了すると、ステップＳ１５の処理に進み、ＣＣＤカメラ２８を制御して、基板１０Ａの観察点の静止画像の取り込みを開始する。そして、次のステップＳ１６に進み、静止画像の取り込みが終了したか否かを判断する。まだ終了していない場合には、次のステップＳ１７に進み、液体１９を供給してからの経過時間（つまり基板１０Ａの表面に液体１９が接触している時間）が、所定時間に達したか否かを判断する。

そして、所定時間に達するまでの間、静止画像の取り込みを継続して行う。所定時間とは、上記と同様、基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）に酸化膜などの汚れが付着し始める直前の時間である。
このような所定時間に達するまで（ステップＳ１７がＮｏ）の間に、静止画像の取り込みが終了した場合（ステップＳ１６がＹｅｓ）、制御装置２９は、ステップＳ１８の処理に進み、取り込んだ静止画像を画像記録用メモリに記録してモニタ装置３０に出力する。また、静止画像の表示と略同時（好ましくは静止画像の取り込み終了と略同時）に、液体１９を基板１０Ａの観察点から自動的に除去する（ステップＳ１９）。

一方、静止画像の取り込みが終了するまで（ステップＳ１６がＮｏ）の間に、所定時間に達した場合（ステップＳ１７がＹｅｓ）、制御装置２９は、静止画像の取り込みの強制終了を作業者に知らせるため、上記と同様の警告を発する（ステップＳ２０）。さらに、このような警告と略同時に、液体１９を基板１０Ａの観察点から自動的に除去する（ステップＳ１９）。

このように、第２実施形態でも、液体供給機２４による液体１９の供給から所定時間が経過したときには、強制的に液体１９を基板１０Ａから除去する。このため、液浸観察時の基板１０Ａの表面（液体１９との接触部分９Ａ）における汚れの付着を抑制することができる。したがって、基板１０Ａの液浸観察を非破壊で行う（つまり非破壊検査を行う）ことが可能となる。

また、第２実施形態では、静止画像の取り込みに掛かる時間の方が所定時間よりも短い場合には、静止画像の取り込みが終了したときに、液体１９を基板１０Ａから早急に除去するようにした。このため、基板１０Ａの表面に液体１９が接触している時間を、さらに短縮して液浸観察に必要な最小限の時間のみに制限することができる。また、対物レンズ２３の先端と液体１９との接触時間も短縮することができ、対物レンズ２３の寿命をさらに向上させることができる。

（変形例）
なお、上記した実施形態では、液体１９を除去する際に、液体吸引機２５と併せて液体乾燥機２６を用いたが、本発明はこれに限定されない。液体乾燥機２６を省略する場合でも、ミニエンバイロメント装置(１１〜１５)のファンフィルタユニット１２〜１５によるダウンフロー環境下で基板１０Ａの液浸観察が行われ、常に（基板１０Ａの観察中だけでなく観察終了後も）、液体１９および／または液体１９の周辺に向けて空気が吹き出され続けるため、液体１９の除去を確実に行うことができる。ただし、液体乾燥機２６と同様、ファンフィルタユニット１２〜１５による送風を省略しても、本発明を適用できる。

液浸顕微鏡装置１０の全体構成図である。液浸顕微鏡２０の側面図である。液浸顕微鏡２０のブロック構成を示す図である。基板１０Ａの表面における液体１９との接触部分９Ａを説明する図である。第１実施形態のリアルタイム観察の手順を示すフローチャートである。第２実施形態の静止画像観察の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０液浸顕微鏡装置 ; １０Ａ基板 ; １９液体 ; ２１Ｚθステージ ;
２２ＸＹステージ ; ２３対物レンズ ; ２４液体供給機 ; ２５液体回収機 ;
２６液体乾燥機 ; ２８ＣＣＤカメラ ; ２９制御装置 ; ３０モニタ装置

Claims

観察対象の基板を支持する支持手段と、
液浸系の対物レンズと、
前記対物レンズの先端と前記基板との間に液体を供給する供給手段と、
前記液体と前記対物レンズとを介して前記基板の画像を取り込む画像取込手段と、
前記供給手段による前記液体の供給から所定時間が経過したときに前記液体を前記基板から除去する除去手段とを備えた
ことを特徴とする液浸顕微鏡装置。
請求項１に記載の液浸顕微鏡装置において、
前記画像取込手段は、前記基板の静止画像を取り込み、
前記除去手段は、前記静止画像の取り込みに掛かる時間の方が前記所定時間よりも短い場合、前記静止画像の取り込みが終了したときに前記液体を前記基板から除去する
ことを特徴とする液浸顕微鏡装置。
請求項１に記載の液浸顕微鏡装置において、
前記画像取込手段は、前記基板の動画像を取り込むと共に、該動画像の表示も行い、
前記除去手段は、前記液体を前記基板から除去する際に警告を発する
ことを特徴とする液浸顕微鏡装置。