JP2008216249A - ウエハの幾何学的変数の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハ端部形状にかかわらず、測定対象ウエハの中心点を確実に測定する方法を提供すること。
【解決手段】ウエハ１６を挿入するウエハホルダ３０は３つ以上の物理的接触要素２２を備える。ウエハは接触要素２２に物理的に接触する。接触要素は、ウエハ１６の中心点４０がその内側に入るような幾何学的形状を規定するように、ウエハホルダ３０に分散配置される。各接触要素２２の位置が測定され、所望のウエハ１６の幾何学的変数が接触要素２２の位置から計算される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエハの幾何学的変数の測定方法に関する。

ドイツ特許出願文献ＤＥ１０２００５０１４５９５Ａ１には、ディスク状の物体のエッジビーズ除去線の目視検査方法が開示されている。ここでは、ディスク状の物体の端部領域の画像が最初に記録される。記録された端部領域のディスプレイの中で、ユーザはマーキング要素に対応する位置を選択することができる。ステージに載置されたディスク状の物体は対応する適切な方法でステージとともに移動され、ユーザにより選択された位置が顕微鏡の光線路に入ってディスプレイ手段の表示窓に拡大されて表示される。こうしてユーザは、ディスク状の物体の端部領域にあるエッジビーズ除去線を拡大した状態で選択又は測定することができる。

ドイツ出願公開文献ＤＥ１９６０１７０８Ａ１には、物体（測定対象）表面上の位置測定方法及びシステムが開示されている。物体は例えば半導体ウエハであり、表面に実質的に直交する格子状の線が均一に配置されており、複数の方向的な特徴がある。これらの格子状の線の、参照座標システムの方向に対する方向がこの方法により測定できる。複数の方向的な特徴の方向的な変化に関連する格子の変化もまた測定可能である。方向変化の位置は、参照座標システムによって与えられる。この装置により、方向的特長を参照し、表面の幾何学的中心からの特徴の距離を測定することも可能である。

ドイツ特許文献ＤＥ１０２００４０３２９３３Ｂ３には、回転対称性を持つ調整標識の中心点を測定する方法が開示されている。中心点の測定のために、画像検出ソフトウェアを備えている。調整標識の回転対称角度で調整標識を回転させ、画像検出ソフトウェアでさまざまな方向で調整標識を検出し、それぞれで参照点を測定する。測定された参照点の回転する点は調整標識の中心点と対応している。さらに、それぞれが回転対称性を持つ調整標識を持ち、実質的に平行に配置された２つの平板状基板の配列方法が提供される。このため、２つの基板の調整標識の中心点が中心点測定法を用いて測定され、調整標識の中心点位置が一致するように、２つの基板が少なくとも１つの基板に対して平行移動するように配列される。
ＤＥ１０２００５０１４５９５Ａ１ ＤＥ１９６０１７０８Ａ１ ＤＥ１０２００４０３２９３３Ｂ３

本発明の課題は、ウエハの端部形状にかかわらず、測定対象ウエハの中心点を確実に測定する方法（ないし装置の使用）を提供することである。

本発明の第一の視点において、この課題は請求項１に記載の特徴を持つ方法で達成される。
即ち、本発明の一視点により、ウエハの幾何学的変数を求める方法が提供される。該方法は、該ウエハをウエハホルダに挿入するステップを含み、さらに、３つ以上の物理的接触要素が、該３つ以上の接触要素で規定される幾何学的形状の中に該ウエハの中心点が入るように分散配置されており、該ウエハの端部を該３つ以上の接触要素に向けて押圧するステップを含む。該方法は、さらに、各該接触要素の位置を測定するステップを含む。そして該方法は、該接触要素の位置から該ウエハの該幾何学的変数を計算するステップを含む。
さらに本発明の各従属請求項により、本発明の好ましい展開形態が与えられる。
本発明の他の視点において、上述の方法は光学的検査装置ないしシステムを使用して実現できる。かかる光学的検査装置は、複数のモジュール（ないしユニット）から構成でき、そのうちの少なくとも１つのモジュールによりウエハの裏面の検査を行うことができる。
本発明のさらなる視点において、ウエハに限らずウエハ状形態（ディスク状態）を有する物体（ウエハ状物体）を検査対象とすることができる。

本発明は、ウエハ端部形状にかかわらず、測定対象ウエハの中心点を確実に測定することができるという利点を持つ。

そのため、最初にウエハはウエハホルダに挿入される。ここでウエハ端部が３つ以上の物理的（機械的）接触要素に向かって押圧される。この接触要素によって規定される幾何学的形状内にウエハの中心点が入るように、３つ以上の接触要素が分散配置されている。そしてそれぞれの接触要素の各位置が測定され、その接触要素の位置からウエハの幾何学的変数（数値）が計算される。

ウエハの幾何学的変数は、例えばその中心点、又は半径、又は直径又はウエハの丸さでありうる。

各接触要素は、標識又は貫通孔のあるピンとして形成される。各接触要素の位置は、明視野画像又は暗視野画像から標識又は貫通孔を用いて測定できる。

ここで、１以上の接触要素が、各接触要素の位置を測定できる位置検出器を備えていると特に有利である。

３つ以上の接触要素に加え、ウエハの丸さを測定する１以上の機械的センサを備えることができる。

別の実施形態では、ウエハ端部は４つの接触要素が物理的（機械的）に接触する。ここで、４つの接触要素のうち少なくとも１つは移動可能（可動）であり、これがウエハ端部を押圧して、ウエハ端部が残りの接触要素と接触するようにできる。

４つの接触要素は、ウエハの中心点が４つの接触要素で規定される四角形（四辺形）の内側に入るように、ウエハの端部付近に分散配置される。ウエハの中心点は、接触要素で規定される四角形（四辺形）の各辺の中点に直交する線（直角に立てた線）の交点で決定される。

本発明の他の有利な実施形態として、ウエハの端部は３つの接触要素が物理的に接触する。ここで、３つの接触要素のうち少なくとも１つは可動であり、これがウエハ端部を押圧して残りの接触要素とウエハ端部が接触するようにできる。３つの接触要素は、三角形を規定し、ウエハの中心点がその三角形の内側に入るように、ウエハの円周端部付近に分散配置される。ウエハの中心点は、３つの接触要素位置で規定される三角形の各辺の中点に直交する線の交点で決定される。

接触要素は、接触要素上の標識がウエハ端部からある所定の距離にあるように、ウエハ端部の物理的な停止用具を形成している。これはすなわち、接触要素の標識はウエハの中心点からもある所定の距離だけ離れているということである。距離ベクトルは、装置に特有の変数としてセットされる、ウエハ端部までの規定された距離により決定される。

この方法は、構造を形成していない（未加工の）ウエハの中心点、半径又は円周を測定することができる。この方法は、未加工のウエハの表（おもて）面の中心点、半径又は円周も測定することができる。この方法は、構造を形成した（加工後の）又は未加工のウエハの、未加工の裏面の中心点、半径又は円周もまた測定することができる。本発明に係る方法は、ウエハの光学検査装置の中で用いられると特に有利である。（検査）装置は複数のモジュールからなり、１以上のモジュールはウエハの裏面の光学検査（装置）を含む。

本発明の実施例を図面を参照して典型例として以下に説明する。添付図面により、本発明の更なる特徴、目的及び利点が明らかになるであろう。

図面において、同一の符号は同一又は本質的に同等の要素又は機能グループを示す。

図１は、ウエハの光学検査システム１の概略図である。システム１はモジュール構造である。ウエハの種々の光学的及び／又は非光学的検査を行うためのモジュール４、６、８及び１０は、セントラルユニット２の周囲に配置されている。セントラルユニット自身はウエハ検査を行うことができる。セントラルユニット２は基本的に各ウエハを種々のモジュール４、６、８及び１０に搬送する役割を負う。２つの搬送ポート１２もセントラルユニット２に関連している。検査対象ウエハは搬送ポート１２を経由してシステム１に導入することができる。セントラルユニット２に関連したモジュール４、６、８及び１０には、ウエハの種々の光学的及び／又は非光学的検査装置を備えうる。例えばモジュール４にはウエハのマクロ（巨視的）検査装置を備えうる。その場合、モジュール１０にミクロ（微視的）検査装置を用いることができる。ここで例えばマクロ検査装置用のモジュール４で発見されたウエハの位置をより詳細に調査、検査することができる。セントラルユニット２はまたウエハをモジュール４、６、８及び１０のいずれの間でも往復して搬送する役割を持つ。セントラルユニット２に関連するモジュール６及び／又は８はウエハの端部検査及び／又は裏面検査を行うことができる。ウエハの中心点又は幾何学的変数を測定する方法の統合は、図１のモジュール４、６、８及び１０のいずれかに統合して行うこともできる。

図２は、ウエハ１６の端部１４の概略図である。ウエハ１６の端部１４は丸くなっている。ウエハ端部の角ばった、又は鋭い端部形状は表現していない。ウエハ１６の中心点を測定するためには、ウエハ１６の端部１４の位置を正確にかつ確実な方法で測定する必要がある。ウエハ１６の端部１４の位置から、ウエハ１６の中心点又は他の幾何学的変数が測定できる。図２（ａ）に示すように、もしウエハの端部の位置を単に明視野又は暗視野において光学的に検出したのでは、ウエハ端部の不正確な位置しか得られない。もしウエハ１６の端部１４がランプ１８で照明された場合、ウエハ端部に当たる光がいろいろな方向に反射する。いろいろな方向に反射光が発生するのは、ウエハ端部１４が湾曲（Kruemmung）しているためである。正確に最適な反射条件が満たされた場合に、ウエハ端部１４をカメラ２０で撮像すると明るい領域が見えるのはこのためである。しかしこの明るい領域はウエハ１６の端部１４とは一致するとは限らない。このため、実際のウエハ端部とカメラ２０により検出されたウエハ端部との間に偏差（ないし、ずれ：Abweichung）が生じる。これが実際のウエハ１６の端部１４の位置が、光学検査のみで得られたウエハ１６の端部１４から正確に決定できない理由である。

図２（ｂ）は、ウエハ１６に物理的（ないし機械的）に接触して保持する接触要素２２を示す。接触要素２２は支持（載置）部２４と当接（ストッパ）面２６を有する。ウエハ１６はその端部１４で接触要素２２の当接面２６と物理的に接触する。ウエハ１６の平坦部２８と接触する支持要素（支持部）２４が、ウエハ１６を支持するために接触要素２２に配置されている。

図３は、ウエハ１６の中心点又は他の幾何学的変数を測定する、本発明に係る方法の１実施形態を示す概略図である。ウエハ１６の中心点又は他の幾何学的変数を測定するため、ウエハはウエハホルダ３０に挿入される。ウエハホルダ３０は、ウエハ１６自身よりもわずかに大きい円形の開口３２を有する。ここに示す実施形態においては、ウエハホルダ３０は３つの接触要素２２を有する。当業者にとっては、ここに示す接触要素２２の数は本発明の範囲を限定するものではないことは言うまでもない。図４に示すように、４つ以上の接触要素を用いることが可能である。ウエハはシステム１内のウエハホルダ３０の開口３２に挿入され、接触要素２２の支持要素２４上に支持される。ウエハの端部１４を接触要素２２又はそれらの当接面２６に物理的に接触させるため、少なくとも１つの接触要素が移動可能に構成される。一つの接触要素２２は移動手段３４に沿って移動できる。移動方向は図３の双方向矢印３４ａで示されている。この可動の接触要素２２は、ウエハ１６の端部１４が他の接触要素（複数）２２に接触するようにすることができる。こうして、接触要素２２からウエハ１６の端部１４までの距離、及びかくて接触要素からウエハ１６の中心点４０までの距離が接触要素２２の位置から得られる。図３に示す、ウエハ１６の端部１４に接触する接触要素２２は、三角形３５を規定する。４つ以上の接触要素２２をウエハ１６の中心点４０を測定するために用いた場合は、それらの接触要素２２が同様に多角形（四角形等）を規定する。接触要素２２は、接触要素２２によって規定される多角形がウエハ１６の中心点４０をその中に含むように、ウエハ１６の端部１４の周囲に分散配置される。従って図３に示す実施形態において、中心点４０は接触要素２２によって規定される三角形３５の内側にある。ウエハ１６の中心点４０は、このように規定される三角形３５の各辺３７の中点に直交する線（中点に直角に立てた線）３６の交点として得られる。

図４は、ウエハ１６の中心点又は他の幾何学的変数を決定する他の実施形態の概略図である。図３とは異なり、図４では４つの接触要素２２がウエハ１６の端部１４に接触している。ここでは２つの接触要素２２が可動に構成されている。各接触要素２２は、移動手段３４に沿って双方向矢印３４ａの方向にウエハ１６に向かって移動し、ウエハ１６の端部１４を他の固定された接触要素（複数）２２の方へ押圧する。ウエハ１６の端部１４の物理的接触のため、全ての接触要素２２を可動とすることも考えられる。接触要素２２の位置を正確に測定するため、これらに位置検出器（エンコーダないしストロークセンサ）（図示せず）を備えることもできる。全ての接触要素２２が可動に構成される必要はないことは当業者にとって明らかである。位置測定即ち（可動）接触要素２２の位置測定のため、当該接触要素２２に位置検出器を備えることができる。図４に示す実施形態においては、ウエハ１６の端部１４に接触する４つの接触要素（コンタクトエレメント）２２を備える。接触要素２２は、ウエハ１６の端部１４での接触点が四角形（四辺形）４１を規定するようにウエハ１６の端部の周囲に配置される。図３に規定された三角形３５と同様、ウエハ１６の中心点４０は、このように規定される四角形４１の各辺４３の中点に直交する線４２の交点として得られる。

図５は、接触要素２２又は接触要素２２の標識の位置を測定するための明視野画像及び暗視野画像の撮像のための構成の概略図である。ウエハ１６はウエハホルダ３０の中にあり、接触要素２２によって物理的に接触されている。光学検査装置６０は、ウエハホルダ３０の表面３１そして即ちウエハホルダ上にある全ての物体の表面を撮像するためにウエハホルダ３０の上部に配置される。光学装置６０は、ウエハホルダ３０の表面３１全体に亘ってジグザグ状（メアンダ状）の経路５５に沿って横断走査する。ウエハホルダ３０の表面３１の撮像のために他の構成でも可能であることは当業者にとって言うまでもない。ウエハホルダ３０すなわちウエハの表面３１を１回の通過で撮像することも考えられる。このため、光学的撮像構成装置はウエハ及びウエハホルダ画像を得るためにウエハ又はウエハホルダ３０を少なくとも１回横断する。ウエハホルダ３０の表面３１の光学的撮像構成装置は光線５１を放射する光源５０を含む。ウエハホルダ３０の表面３１をメアンダ状の経路５５に沿って横断する撮像装置６０と、ウエハホルダ３０との相対運動に基づく移動に伴い、照明領域（照明スポット）５３がウエハホルダ３０の表面に形成される。ウエハホルダ３０の表面３１から放射（反射）される（反射）光５４はカメラ５２に到達し、カメラ５２は各照明スポット５３の画像を記録する。各照明スポット５３の画像はつなぎ合わされてウエハホルダ３０全体の画像となる。その結果、ウエハホルダ３０の全体画像の中に、接触要素２２又は対応する標識６２を持つ接触要素２２もまた存在する。従って接触要素２２又は標識６２の位置が、記録された画像から計算される。接触要素２２又はその標識６２のウエハ１６の端部１４からの距離はわかっているので、これから標識６２のウエハ１６の中心点までの距離が計算できる。

図６は、標識（位置マーキング）６２を持つ接触要素２２の平面図である。接触要素２２は、接触面２６によりウエハ１６の端部１４と物理的に接触している。接触要素２２の標識要素からウエハ１６の端部１４までの距離６１は、標識６２の位置を測定することにより正確に決定できる。これがウエハ１６の端部１４の、規定された端部測定ができる理由である。

図７は、接触要素２２に貫通孔６４を持つ他の実施形態における接触要素２２の平面図である。貫通孔６４は、図５で説明した光学的に配置された手段により光学的に検知される。その結果、接触要素２２の接触面２６がウエハ１６の端部１４に接触しているので、貫通孔６４からウエハ１６の端部１４までの距離もまた正確に決定できる。これによって貫通孔６４（特にその中心又は端部）からウエハ１６の端部１４までの正確な距離６６が決定できる。

本発明は典型的にウエハの光学検査システムとして説明した「ウエハ」と同様な（ディスク状）形状を有するその他の部材（ウエハ状物体）ないし製品にも同様に適用されることは言うまでもない。

ウエハの光学検査システムの一実施例の概略図である。 （ａ）ウエハ端部の一例の拡大図である。（ｂ）ウエハ端部が接触要素に接触した拡大図である。 ウエハの中心点及び他の幾何学的変数を測定する、本発明に係る方法の１実施形態を示す概略図である。 ウエハの中心点及び他の幾何学的変数を測定する、本発明に係る方法の他の実施形態を示す概略図である。 ウエハホルダ及び即ちウエハの表面のスキャンプロセスの一例の概略図である。 標識を有する接触要素及びウエハ端部に対する接触要素の空間的配置の一例を示す平面図である。 貫通孔を有する接触要素及びウエハ端部に対する接触要素の空間的配置の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ 光学検査システム
２ セントラルユニット
４、６、８、１０ モジュール
１４ （ウエハ）端部
１６ ウエハ
２２ 接触要素
２４ 支持部（支持要素、載置部）
２６ 当接面（接触面）
３０ ウエハホルダ
３１ 表面（おもて）
３２ 円形の開口
３４ 移動手段
３４ａ 移動方向
３５ 三角形
３６、４２ 垂線
３７、４３ 辺
４０ 中心点
４１ 四角形（四辺形）
５０ 光源
５１ 光線
５２ カメラ
５３ 照明領域（照明スポット）
５４ 反射光
５５ メアンダ状の経路
６０ 光学検査装置
６１、６６ 距離
６２ 標識
６４ 貫通孔

Claims (19)

1. ウエハの幾何学的変数を求める方法であって、
   該ウエハをウエハホルダに挿入するステップと、
   ３つ以上の物理的接触要素が、該３つ以上の接触要素で規定される幾何学的形状の中に該ウエハの中心点が入るように分散配置されており、該ウエハの端部を該３つ以上の接触要素に向けて押圧するステップと、
   各該接触要素の位置を測定するステップと、
   該接触要素の位置から該ウエハの該幾何学的変数を計算するステップと、
   を含む方法。
2. 前記幾何学的変数は、前記ウエハの中心点、半径もしくは直径、又は丸さであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 各前記接触要素は、標識ないし貫通孔を持つピンとして形成され、該各接触要素の位置は明視野画像又は暗視野画像の標識から測定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記接触要素の少なくとも１つは、該接触要素の位置を測定するための位置検出器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記３つ以上の接触要素に加えて、１以上の機械的センサを前記ウエハの丸さを測定するために備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
6. 前記ウエハの端部は、４つの接触要素で物理的に接触されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。
7. 前記ウエハの端部が、該ウエハが他の接触要素に接触するように押圧されることができるように、前記４つの接触要素のうちの２つ以上が移動可能に構成される、ことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記４つの接触要素は、該４つの接触要素で規定される四角形（四辺形）の内側に前記ウエハの中心点が入るように、該ウエハの端部の周りに分散配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記ウエハの前記中心点は、前記接触要素で規定される前記四角形（四辺形）の辺の中点に直交する線の交点で決定されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記ウエハの端部は、３つの接触要素で物理的に接触されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。
11. 前記ウエハの端部が、該ウエハが他の接触要素に接触するように押圧されることができるように、前記３つの接触要素のうちの少なくとも１つが移動可能に構成される、ことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記３つの接触要素は、該３つの接触要素で規定される三角形の内側に前記ウエハの中心点が入るように、該ウエハの端部の周りに分散配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ウエハの前記中心点は、前記接触要素で規定される前記三角形の辺の中点に直交する線の交点で決定されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記接触要素は、かくて該接触要素に設けられた標識は、前記ウエハの端部への物理的接触に基づいて前記ウエハの端部までの規定される距離を有し、かくて前記ウエハの中心点までの規定される距離をも有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一に記載の方法。
15. 前記ウエハの端部までの規定された距離によって距離ベクトルが規定され、かつ装置に特有な変数としてセットされることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 未加工のウエハの中心点、半径又は円周が測定されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか一に記載の方法。
17. 未加工のウエハの表（おもて）面の中心点、半径又は円周が測定されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 加工後又は未加工のウエハの未加工の裏面の中心点、半径又は円周が測定されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
19. ウエハに代わり、ウエハ状物体を検査対象とすることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一に記載の方法。

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