JP2007258064A

JP2007258064A - 検査装置

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Publication number: JP2007258064A
Application number: JP2006082808A
Authority: JP
Inventors: Akira Higuchi; 朗樋口; Hiroshi Nozue; 寛野末
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP4827127B2

Abstract

【課題】ウェハのエッジ部の側面、上面及び下面から発生する二次電子や反射電子等の荷電粒子が干渉することなく、良好な精密画像を得て、ウェハのエッジ部を観察・検査することができるようにする。
【解決手段】複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する。複数の電子顕微鏡装置を配置する場合、ウェハの表面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、裏面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、側面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが一致しないように複数の電子顕微鏡装置が互いに離して配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウェハ、例えば半導体ウェハのエッジを観察・検査するための検査装置に関する。

従来から、ウェハのエッジ部の、マイクロクラックによる半導体デバイス作製工程中のウェハ割れや、半導体プロセス中のウェハのエッジ変形、欠けによるウェハ割れ、異物発生が問題になってきている。

また、Ｃｕ、ｌｏｗ−ｋ膜、ＡＲＣ、ＣＶＤ膜、スパッタ膜、ドライエッチ後のポリマー残りなどの、ウェハのエッジ部表面あるいは裏面の付着物による、その後の工程における、はがれ等に起因する半導体デバイスの歩留まり低下が問題になってきている。

このため、非特許文献１に示すように、上記付着物を取り除くための研磨装置や、上記付着物の有無を検査する検査装置が使用されている。

例えば、特許文献１の００１５、００２２段落と図１に記載されているように、アライメント機構によりウェハの中心位置を駆動機構の回転中心に位置決めし、ステージ上に搭載されたウェハの外周部で、ウェハの表面と裏面からそれぞれ観察するＴＶカメラと、ウェハの側面から観察するＴＶカメラをそれぞれ配置し、ウェハの周辺部、側面、下部の観察をカメラで位置精度よく行なう観察装置が知られている。

特許文献２の００３１段落と図１〜２に記載されているように、ウェハの周端縁の側面、上面及び下面に対応し各面に対して撮像方向を略直角に対応させて夫々配置した側面用撮像カメラ、上面用撮像カメラ及び下面用撮像カメラを備え、ウェハの周端縁の側面、上面及び下面をカメラで観察してエッジ検査を行なう検査装置が知られている。

特許文献３においても、同様に、カメラで観察してエッジ検査が行われている。

また、特許文献４の第７頁左欄第１１行〜同頁同欄第３１行、第９図に示されているように、超小型の電子顕微鏡を、ウェハを挟むように、ウェハの上側及び下側にそれぞれ配置し、ウェハの表裏を同時に観察するパターン検査装置が知られている。

また、検査装置により検出した欠陥を詳細に観察するために、例えば特許文献５に示すように、ステージを６０度傾斜させ、ウェハの下ＢｅｖｅｌからＡｐｅｘ、ウェハ表面までの観察を可能にし、３６０°にわたってエンドレスな回転移動によりウェハのエッジ全周の観察を行なう電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）も提案されている。
ＥｌｅｃｔｒｏｎＪｏｕｒｎａｌ２００６年２月号第８４頁〜第８６頁特開２００１−２２１７４９号公報特許３６２９２４４号公報アメリカ特許第６９４７５８８号公報特許２８１０２１６号公報特開平１１−１６２３８６号公報

しかしながら、特許文献４の電子顕微鏡装置では、ステージを６０度傾けて観察をするため、エッジの側面と裏面の観察が困難である。

また、特許文献１、２、３では、撮像カメラを用いているため、ウェハエッジの微細な欠陥などを発見することができない。

また、特許文献４のように、ウェハの表裏の両側に複数の電子顕微鏡の光軸を近づけて設けると、ウェハエッジの側面、上面及び下面から発生する二次電子や反射電子等の荷電粒子が誤って他の電子顕微鏡の検出器によって検出されてしまい、信号が混乱して、画像が乱れ、精密な画像を得ることができない虞がある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決できるように複数の電子顕微鏡を配置した検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明は、複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置が、ウェハの表面側、裏面側、側面側において互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置である。

また、請求項２に係る発明は、複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、ウェハの表面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、裏面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが一致しない形で、複数の電子顕微鏡装置が互いに離して配置されていることを特徴とする検査装置である。

また、請求項３に係る発明は、複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、ウェハの表面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、側面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置である。

また、請求項４に係る発明は、複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、ウェハの裏面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、側面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置である。

また、請求項５に係る発明は、前述の検査装置において、少なくとも２つの電子顕微鏡装置の荷電粒子線をパルス状にし、パルスの間隔あるいはパルスの位相を異なるようにし、夫々の電子顕微鏡装置から得られる信号について、上記パルスに対して同期検波を行なうようにしたことを特徴とする検査装置である。

また、請求項６に係る発明は、前述の検査装置において、少なくとも１つの電子顕微鏡装置は、磁界型レンズであり、他の電子顕微鏡装置は静電型レンズを有するものであることを特徴とする検査装置である。

また、請求項７の発明は、前述の検査装置において、電子顕微鏡装置は静電型レンズを有するものであることを特徴とする検査装置である。

また、請求項８の発明は、前述の検査装置において、静電型レンズを有する電子顕微鏡装置の内部に、２次電子検出器が配置されていることを特徴とする検査装置である。

また、請求項９の発明は、前述の検査装置において、ウェハのエッジ上面観察用の光学顕微鏡が、アライメント及び高速検査のために用いられることを特徴とする検査装置である。

また、請求項１０の発明は、前述の検査装置において、ウェハのエッジ上面観察用の光学顕微鏡を有し、ズーム、若しくは、少なくとも２つの倍率の切り替え機能を有することを特徴とする検査装置である。

また、請求項１１の発明は、前述の検査装置において、複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置の配置位置は、可変であることを特徴とする検査装置である。

また、請求項１２の発明は、光学式のウェハエッジ検査装置を用いて検出した欠陥の位置座標を入力し、当該位置座標を荷電粒子線を用いてレビューする機能を有することを特徴とする前述の検査装置である。

本発明の検査装置は、ウェハの表裏の両側で荷電粒子が干渉を生じないように、複数の電子顕微鏡装置が互いに空間的に離して配置されていることから、ウェハエッジ部の側面、上面及び下面から発生する二次電子や反射電子等の荷電粒子が誤って別の電子顕微鏡装置の検出器によって検出されることがなく、良好な精密画像を得て、ウェハエッジを観察・検査することができる。

図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明に係る検査装置を示す概略説明図である。

図２は、３つの小型電子顕微鏡装置の配置関係を上から概略的に示している。

なお、図１〜２の実施例では、３つの小型電子顕微鏡装置を使用しているが、本発明は、これに限定されず、２つ又は４つ以上の小型電子顕微鏡装置を配置してもよい。

検査対象であるウェハ１は、例えば半導体ウェハ１である。

ウェハ１は回転テーブル２上に載置されている。図示しない微動ＸＹステージに回転テーブル２の支軸が載置されている。図示しない駆動機構により、回転テーブル２はＸＹ方向に移動可能で、かつ、回転するように構成されている。

光学顕微鏡であるアライメント検査用のカメラ３が、ウェハ１の上側に配置されている。図示しない制御装置により、ウェハ１の中心位置は、前述の駆動機構の回転中心に位置決め制御されている。

図１〜２に示されている検査装置は、アライメント及び高速検査のための使用が可能であり、ズーム機能や、少なくとも２つの倍率の切り替え機能を有する。

ウェハ１のオリフラあるいはノッチの位置を検出してアライメントをする。回転テーブル２に対してウェハ１の中心位置は偏心しているので、図示しない微動ＸＹステージにより偏心をとって、回転テーブル２の支軸中心とウェハ１の中心位置とを一致させる。

ウェハ１の上側近くには、ウェハエッジ部１ａのエッジ上面を観察するためのエッジ上面観察用の小型電子顕微鏡装置４（走査型電子顕微鏡装置）が設けられている。

また、ウェハ１の側面近くには、ウェハエッジ部１ａのエッジ側面（サイド）を観察するためのエッジ側面観察用の小型電子顕微鏡装置５（走査型電子顕微鏡装置）が設けられている。

さらに、ウェハ１の下側近くには、ウェハエッジ部１ａの下面を観察するためのエッジ裏面観察用の小型電子顕微鏡装置６（走査型電子顕微鏡装置）が設けられている。

これらの小型電子顕微鏡装置４、５、６は、図２に示すように、二次電子検出器や反射電子検出器により検出される二次電子や反射電子が干渉しないように間隔をおいて空間的に離して配置されていて、ウェハ１の表面・裏面とくにエッジ部１ａの異なる部分（互いに離れた部分）を観察・検査する。これは、３つの電子顕微鏡装置４、５、６から得られた信号（２次電子、反射電子等）を分離するためである。

ウェハ１の表裏の両側で全ての電子顕微鏡装置４、５、６が互いに空間的に離れるように配置する形態をより具体的に説明すると、夫々の電子顕微鏡装置４、５、６の電子線がエッジ部１ａに照射され検査される測定点の距離は５０ｍｍ以上離れており、夫々の電子顕微鏡装置４、５、６が配置される。

具体的には、ウェハ１のエッジ側面に配置される電子顕微鏡装置５と、ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡装置４は、ウェハ１の周縁に沿った距離ではなく、直線距離で５０ｍｍ以上離して配置する。ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡装置４と、ウェハ１の下面に配置される電子顕微鏡装置６も、ウェハ１の周縁に沿った距離ではなく、直線距離で５０ｍｍ以上離して配置する。

なお、図２に示す電子顕微鏡装置４、５、６の配置は一例であり、これに限定されず、ウェハ１のエッジ側面に配置される電子顕微鏡装置５を、ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡４と、ウェハ１の下面に配置される電子顕微鏡装置６の間に配置してもよいし、ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡装置４と、ウェハ１の下面に配置される電子顕微鏡装置６との配置位置を入れ替えて配置してもよい。

なお、各々の電子顕微鏡装置４、５、６の光軸が一致せず、接近しない間隔を置いてもいいし、空間的に各々の電子顕微鏡装置４、５、６が離隔して配置されていてもよい。

本願で、「荷電粒子の干渉を回避する」とは、以下に示す事項を意味する。例えば電子顕微鏡装置４でウェハ１のエッジ部１ａから得られた信号（２次電子、反射電子等）は、電子顕微鏡装置４の検出器（２次電子検出器、反射電子検出器等）でのみ検出され、ウェハ１のエッジ側面（サイド）に配置された電子顕微鏡５の検出器（２次電子検出器、反射電子検出器等）で検出されることがなく、かつ電子顕微鏡装置５でウェハ１のエッジ部１ａから得られた信号（２次電子、反射電子等）は、電子顕微鏡５の検出器でのみ検出され、ウェハ１のエッジ１ａの上面に配置された電子顕微鏡４の検出器で検出されることがない。同様に、電子顕微鏡装置６でウェハ１のエッジ部１ａから得られた信号（２次電子、反射電子等）は、電子顕微鏡装置６の検出器（２次電子検出器、反射電子検出器等）でのみ検出され、ウェハ１のエッジ側面に配置された電子顕微鏡５の検出器で検出されることなく、かつ電子顕微鏡装置５でウェハ１のエッジ部１ａから得られた信号は、電子顕微鏡５の検出器でのみ検出され、ウェハ１のエッジ１ａの下面に配置された電子顕微鏡６の検出器で検出されることがない。３つの電子顕微鏡装置４、５、６の夫々で発生した電子線をウェハ１のエッジ部１ａに照射して発生した信号（２次電子、反射電子等）は、夫々の電子顕微鏡装置の検出器（２次電子検出器、反射電子検出器等）でのみ検出され、別の電子顕微鏡装置の検出器（２次電子検出器、反射電子検出器等）で検出されることがない。

また、ウェハのエッジ部（周端縁）のエッジ上面を観察するためのエッジ上面観察用小型電子顕微鏡装置４の光軸と、ウェハエッジ部のエッジ側面（サイド）を観察するためのエッジ側面観察用の小型電子顕微鏡装置５の光軸は、互いに空間的に離して配置されている。例えば、夫々の光軸は、例えば直交することもなく、平行でもない、ねじれの位置にある。この点をより具体的に説明すると、ウェハ１のエッジ側面に配置される電子顕微鏡装置５と、ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡装置４は、ウェハ１の周縁に沿った距離ではなく、直線距離で５０ｍｍ以上離して配置する。

同様に、ウェハ１の下側近くには、ウェハエッジ部の下面を観察するためのエッジ裏面観察用の小型電子顕微鏡装置６の光軸と、ウェハ周端縁のエッジ側面（サイド）を観察するためのエッジ側面観察用の小型電子顕微鏡装置５の光軸とが、互いに空間的に離して配置されている。すなわち、夫々の光軸は、例えば直交することもなく、平行でもない、ねじれの位置にある。この点をより具体的に説明すると、ウェハ１の上面に配置される電子顕微鏡装置４と、ウェハ１の下面に配置される電子顕微鏡装置６も、ウェハ１の周縁に沿った距離ではなく、直線距離で好ましくは５０ｍｍ以上離して配置する。

また、３つの小型電子顕微鏡装置４、５、６に限定されず、本発明は、それ以外の複数の小型電子顕微鏡装置をウェハ１のエッジ部（周端縁）１ａの周辺近くに配置した例を含む。

これらの小型電子顕微鏡装置４、５、６から得られた画像はモニタ（図示せず）に表示され、画像処理装置（図示せず）により画像処理され、ディスプレイ（図示せず）に表示される。

また、上述した３つの小型電子顕微鏡装置４、５、６のうち、少なくとも２つの電子顕微鏡装置の荷電粒子ビームをパルス状にし、パルスの間隔を異なるようにするのが好ましい。

パルスの位相を異なるようにしてもよい。

各々の小型電子顕微鏡装置４、５、６に内蔵された２次電子検出器、反射電子検出器などからの信号に対して、上記パルスに対して同期検波を行うのが好ましい。荷電粒子ビームをパルス波にすることにより、ウェハ１のコンタクトホール等の微細な領域にまでビームが瞬時に到達することができ、微細な領域における観察・検査を可能にするからである。

また、上述した３つの小型電子顕微鏡装置４、５、６のうち、１つの電子顕微鏡装置は、磁界型のレンズを有するもの（従来の電子顕微鏡装置）にして、他の２つの電子顕微鏡装置は、静電型レンズを有するものにしてもよい。磁界型レンズが配置された従来の電子顕微鏡装置に、静電型レンズを内蔵させることにより、製造コストを低減させることができる。

また、上述した３つの小型電子顕微鏡装置４、５、６のすべてが静電型レンズを有するものであってもよい。

なお、上述した静電型レンズを有する電子顕微鏡装置の内部には、通例、２次電子検出器が配置されている。

また、３つの小型電子顕微鏡装置４、５、６は図示しないＸＹＺθアクチュエータで可動させることもできる。

さらに、本発明による検査装置には、例えば光学顕微鏡のような光学式のウェハエッジ検査装置を用いて、ウェハを検査し、検出された欠陥、異物等の位置座標を、本発明の検査装置に入力し、光学式のウェハエッジ検査装置により検出された欠陥、異物等を、電子線等の荷電粒子ビームを用いて微細に検査してレビューする機能をもたせるのが好ましい。これによって、迅速かつ微細に、検出された欠陥、異物等の位置を特定でき、電子線等の荷電粒子ビームを用いて微細に検査することが可能となる。

以上のように、ウェハ１の表裏の両側で全ての電子顕微鏡装置４、５、６を好ましくは５０ｍｍ以上空間的に互いに離して配置すると、複数の電子顕微鏡装置（ＳＥＭ）から得られた信号（２次電子、反射電子等）を容易に分離することができ、微細で乱れのない鮮明な画像を得ることができる。そのため、ウェハ１のエッジ部１ａのマイクロクラックによるウェハプロセスの歩留まりを向上させることができる。その結果、Ｃｕ、ｌｏｗ−ｋ、ＡＲＣ、ＣＶＤ、スパッタ膜、ドライエッチ後のポリマー残りなどの、微細な異物、ゴミ等を、ウェハ１のエッジ部１ａの表面、あるいはエッジ部１ａの裏面において容易に発見できる。また、半導体ウェハ１の製造工程におけるはがれ等をなくすことができる。

上記実施例では、小型電子顕微鏡装置４、５、６をウェハ１のエッジ部１ａの周辺に複数配置したが、これに限定されず、小型Ｘ線装置等の荷電粒子ビーム装置をウェハ１のエッジ部１ａの表裏の両側に配置した検査装置でもよい。この場合、図１〜２に図示した小型電子顕微鏡装置４、５、６の各位置に電粒子ビーム装置を配置すればよい。

本発明に係る検査装置を示す概略説明図である。図１に示された３つの小型電子顕微鏡装置の配置関係を上から示している。

符号の説明

１ウェハ
２回転テーブル
３カメラ
４エッジ上面観察用の小型電子顕微鏡装置
５エッジ側面観察用の小型電子顕微鏡装置
６エッジ裏面観察用の小型電子顕微鏡装置

Claims

複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、
複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置が、ウェハの表面側、裏面側、側面側において互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置。
複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、
ウェハの表面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、裏面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが一致しない形で、複数の電子顕微鏡装置が互いに離して配置されていることを特徴とする検査装置。
複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、
ウェハの表面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、側面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置。
複数の電子顕微鏡装置を配置してウェハに荷電粒子線を照射してウェハを検査する検査装置において、
ウェハの裏面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸と、側面側に配置した電子顕微鏡装置の光軸とが互いに空間的に離して配置されていることを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３又は４のいずれか１項に記載の検査装置において、
少なくとも２つの電子顕微鏡装置の荷電粒子線をパルス状にし、パルスの間隔あるいはパルスの位相を異なるようにし、夫々の電子顕微鏡装置から得られる信号について、上記パルスに対して同期検波を行なうようにしたことを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３又は４のいずれか１項に記載の検査装置において、
少なくとも１つの電子顕微鏡装置は、磁界型レンズを有するものであり、他の電子顕微鏡装置は静電型レンズを有するものであることを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３、４又は５のいずれか１項に記載の検査装置において、
電子顕微鏡装置は静電型レンズを有するものであることを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３、４又は５のいずれか１項に記載の検査装置において、
静電型レンズを有する電子顕微鏡装置の内部に、２次電子検出器が配置されていることを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８のいずれか１項に記載の検査装置において、
ウェハのエッジ上面観察用の光学顕微鏡が、アライメント及び高速検査のために用いられることを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８のいずれか１項に記載の検査装置において、
ウェハのエッジ上面観察用の光学顕微鏡が、ズーム、若しくは、少なくとも２つの倍率の切り替え機能を有することを特徴とする検査装置。
請求項１、２、３、４、５、６、７又は９のいずれか１項に記載の検査装置において、複数の電子顕微鏡装置又は荷電粒子ビーム装置の配置位置は、可変であることを特徴とする検査装置。
光学式のウェハエッジ検査装置を用いて検出した欠陥の位置座標を入力し、当該位置座標を荷電粒子線を用いてレビューする機能を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の検査装置。