JP2009210419A - 基板検査装置、及び、基板検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板検査装置及び基板検査方法において、基板検査装置のフットプリントを小さくしながら基板検査の自由度を高める。
【解決手段】
基板（Ｗ）のマクロ検査及びミクロ検査を行うための基板検査装置１において、基板（Ｗ）を保持して移動させ、マクロ検査及びミクロ検査の検査中にも基板（Ｗ）を保持するロボットアーム２ａと、光軸（Ｚ軸）に直交する面内において少なくとも１軸方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）に移動可能な顕微鏡５とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マクロ検査及びミクロ検査を行うための基板検査装置及び基板検査方法に関する。

従来、半導体ウエハなどの基板の外観検査として、基板表面のキズ、塵埃付着、膜厚不良などの欠陥の有無或いは発生位置を検査するために、目視によるマクロ検査が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

また、基板の外観検査として、上記欠陥の大きさ、形状、種類などを検査するために、顕微鏡により基板表面を部分拡大して検査を行うミクロ検査も行われている（例えば、特許文献２参照。）。

ところが、マクロ検査やミクロ検査を行う場合には、基板をそれぞれマクロ検査用とミクロ検査用の２つのステージに載置するか或いはステージにより保持させる必要があるため、ステージの設置に伴って検査装置が大型化してしまう。

そこで、ロボットアームにより保持した状態の基板にマクロ検査及びミクロ検査の両方を行う手法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−１６０２４４号公報 特開２００２−３１３８６３号公報 特開２００１−２３７３０６号公報

しかしながら、上記特許文献３記載の手法では、ロボットアームにより基板を保持した状態で、マクロ検査を行う位置とミクロ検査を行う位置とに基板を移動させる必要があるため、検査位置間のスペースが検査装置の大型化を招いてしまっていた。

また、マクロ検査を行う位置とミクロ検査を行う位置とに基板を移動させる必要があるため、一方の検査を行った後すぐに他方の検査を行うことができず、一方の検査結果を他方の検査に反映させることが困難となるといった弊害や、移動時間に起因して検査に時間を要するという弊害をも招いていた。

本発明の目的は、上記従来の実情に鑑み、基板検査装置のフットプリントを小さくしながら基板検査の自由度を高めることができる基板検査装置及び検査方法を提供することである。

本発明の基板検査装置は、基板のマクロ検査及びミクロ検査を行うための基板検査装置において、上記基板を保持して移動させ、上記マクロ検査及び上記ミクロ検査の検査中にも上記基板を保持するロボットアームと、光軸に直交する面内において少なくとも１軸方向に移動可能な顕微鏡と、を備える構成とする。

また、本発明の基板検査方法は、基板のマクロ検査及びミクロ検査を行うための基板検査方法において、ロボットアームにより、上記基板を保持して移動させると共に上記マクロ検査及び上記ミクロ検査の検査中にも上記基板を保持し、上記マクロ検査の検査中には、上記顕微鏡を少なくとも１軸方向に移動させることで上記ミクロ検査時における検査位置から上記顕微鏡を退避させておくようにする。

本発明では、ロボットアームは、マクロ検査及びミクロ検査の検査中にも基板を保持するため、検査時に基板を載置しておくステージを用いる必要がなく、したがって、基板検査装置のフットプリントを小さくすることができる。

また、本発明では、顕微鏡が光軸に直交する面内において少なくとも１軸方向に移動可能である。そのため、マクロ検査時における基板の検査位置とミクロ検査時における基板の検査位置とを同一位置や近接した位置としても、顕微鏡を退避させることで顕微鏡がマクロ検査の妨げとなるのを防ぐことができる。したがって、この点からも基板検査装置のフットプリントを小さくすることができる。更には、一方の検査を行った後すぐに他方の検査を行うことができるため、一方の検査結果を他方の検査に反映させることや移動時間を短縮させて検査を迅速に行うことが可能となるなど基板検査の自由度を高めることができる。

よって、本発明によれば、基板検査装置のフットプリントを小さくしながら基板検査の自由度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る基板検査装置及び基板検査方法について、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る基板検査装置１を示す概略平面図である。

同図において、基板検査装置１は、搬送ロボット２、カセット３，３、マクロ照明４、顕微鏡５等から構成されている。基板検査装置１は、基板としてのウエハ（半導体ウエハ）Ｗに対し、マクロ検査及びミクロ検査を行うための装置である。

ここで、本実施の形態のマクロ検査では、検査者１００の目視により、キズ、塵埃付着、膜厚不良などのウエハＷ表面の欠陥の有無や発生位置などを検査している。また、本実施の形態のミクロ検査では、顕微鏡５により、ウエハＷ表面を部分拡大し、欠陥の大きさ、形状、種類などを検査している。

搬送ロボット２は、ウエハＷを保持して移動させるロボットアーム２ａを有している。このロボットアーム２ａは、回動自在な３本のアームからなる。また、ロボットアーム２ａの先端には、ウエハＷを例えば真空吸着や超音波モータにより保持する保持部２ｂが設けられている。なお、ロボットアーム２ａは、検査ステージ等にウエハＷを受け渡すのではなく、マクロ検査及びミクロ検査の検査中にもウエハＷを保持する構成となっている。

搬送ロボット２は、図示しない制御部の制御により、ガイド６上をＸ軸方向（水平方向）に移動することが可能となっている。また、ロボットアーム２ａは、上記制御部の制御により、ロボット２自体とは独立して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向（Ｘ軸方向に直交する水平方向）及びＺ軸方向（鉛直方向）の３方向に自在に移動することが可能となっている。

マクロ照明４は、ウエハＷに対し照明光を照射する。検査者１００は、照明光のウエハＷからの反射光を目視により観察することでマクロ検査を行う。なお、マクロ照明４は、例えば、検査位置ＰにあるウエハＷに対しＺ軸（鉛直）下方に照明光を照明するようにすることもできる。

顕微鏡５は、上記制御部が例えばモータを駆動することで、少なくとも１軸方向として、顕微鏡５の観察光軸（Ｚ軸方向）に直交するＸ軸及びＹ軸の２軸方向に移動可能となっている。なお、顕微鏡５を移動させるには、例えば、Ｘ軸方向に延びるガントリをＹ軸方向に延びるガイドに沿って移動可能に配置し、顕微鏡５をガントリに沿ってＸ軸方向に移動させると共にガントリをガイドに沿ってＹ軸方向に移動させることで、顕微鏡５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることが可能となる。但し、顕微鏡５を移動させることができればよいため、顕微鏡５を移動させる構成は限定されない。また、顕微鏡５による観察領域を移動させることができればよいため、必ずしも顕微鏡５の全体を移動させる必要はない。

検査者１００は、顕微鏡５の観察画像を例えばモニタ９を通して観察することが可能となっている。なお、本実施形態では、マクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とミクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とが同一位置Ｐとなっている。

基板検査装置１には、ウエハＷがカセット３から搬出されて両検査のウエハ位置Ｐへ移動するまでの移動経路の下方に、ウエハＷのノッチを検出することでウエハＷの向きを検出する一対のアライメントセンサ（アライメント装置）７，７が設けられている。なお、アライメントセンサ７，７の位置は、上記移動経路の下方に限らず、他の位置とすることも可能である。

上述の制御部は、事前に入力された設定や操作部８における検査者１００による操作に応じて搬送ロボット２、ロボットアーム２ａ及び顕微鏡５の動きを制御している。検査者１００は、モニタ９に表示された検査状況等を把握しながら操作部８において制御部の操作を行うことが可能となっている。

以下、基板検査装置１の動作について説明する。
まず、制御部の制御により、ロボット２及びロボットアーム２ａを適宜移動させ、カセット３から検査前のウエハＷを搬出して保持部２ｂにより保持させる。そして、ロボットアーム２ａを移動させ、ウエハＷを検査位置Ｐまで搬送する（ロボットアーム２ａ´参照）。この搬送中には、アライメントセンサ７，７によってウエハＷのノッチを検出することで、ウエハＷの向きや位置が検出される。ウエハＷの向きや位置にズレがあれば、保持部２ｂによりウエハＷを回転させることや図示しない位置合わせ装置によりウエハＷの位置合わせを行うことなどで対処すればよい。

ここで、マクロ検査及びミクロ検査の一方のみを行うか両方を行うか、更には、どちらの検査を優先的に行うかについては検査態様に応じて適宜決定されればよい。
マクロ検査を行う場合、検査者１００は、マクロ照明４による照明光のウエハＷからの反射光を観察し、ウエハＷ表面をマクロ検査する。この際、Ｘ軸或いはＹ軸を回転軸としてロボットアーム２ａを回転させることでウエハＷの傾き角度を調整し、ウエハＷの表面、端部及び裏面のマクロ検査を行うことができる。なお、顕微鏡５がマクロ検査を妨げる位置にあるときには、予め顕微鏡５を退避させておくとよい。

一方、ミクロ検査を行う場合、図２に示すように、制御部により顕微鏡５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて観察位置に到達させる。この際、顕微鏡５の位置調整は、ロボットアーム２ａの傾き角度調整（或いは、検査位置が両検査で異なる場合には位置調整）と同時に制御することで、検査時間を短縮することができる。検査者１００は、例えばモニタ９を観察することでウエハＷを顕微鏡観察する。

なお、マクロ検査において欠陥が確認されたウエハＷについては、欠陥の確認後すぐに、この欠陥を観察可能な位置に顕微鏡５を移動させるようにするとよい。
目的の検査が終了した後には、ロボットアーム２ａ及びロボット２の動きを制御して、ウエハＷをカセット３に搬入する。

なお、本実施形態では、顕微鏡５をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能とした構成について説明したが、顕微鏡５をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち少なくとも１軸方向に移動させれば、マクロ検査の際に顕微鏡５を退避させてスペースを有効に利用することが可能である。

また、本実施形態では、マクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とミクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とを同一位置として説明したが、これらを互いに近接した位置とすることでも、スペースを有効利用しながら、一方の検査結果を他方の検査に反映させることや移動時間を短縮させて検査を迅速に行うことが可能となる。

以上説明した本実施形態では、ロボットアーム２ａは、マクロ検査及びミクロ検査の検査中にもウエハＷを保持するため、検査時にウエハＷを載置しておくステージを用いる必要がなく、したがって、基板検査装置１のフットプリントを小さくすることができる。

また、本実施形態では、顕微鏡５が光軸（Ｚ軸）に直交する面内において少なくとも１軸方向に移動可能である。そのため、マクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とミクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とを同一位置Ｐや近接した位置としても、顕微鏡５を退避させることで顕微鏡５がマクロ検査の妨げとなるのを防ぐことができる。したがって、この点からも基板検査装置１のフットプリントを小さくすることができる。更には、一方の検査を行った後すぐに他方の検査を行うことができるため、一方の検査結果を他方の検査に反映させることや移動時間を短縮させて検査を迅速に行うことが可能となるなどウエハＷの検査の自由度を高めることができる。

よって、本実施形態によれば、基板検査装置１のフットプリントを小さくしながら基板検査の自由度を高めることができる。
また、本実施形態では、顕微鏡５は、光軸（Ｚ軸）に直交する２軸方向に移動可能となっているため、基板検査装置１の水平方向のスペースを有効に利用することができ、したがって、基板検査装置１のフットプリントを一層小さくすることができる。

また、本実施形態では、ロボットアーム２ａは、カセット３，３からウエハＷの搬出入を行うため、ウエハＷを搬送するための搬送ステージをも用いる必要がなく、したがって、基板検査装置１のフットプリントを一層小さくすることができる。

また、本実施形態では、マクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とミクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とが同一位置Ｐとなっている。そのため、顕微鏡装置１のスペースをより有効に利用することができると共に、一方の検査結果を他方の検査に反映させることや検査をより迅速に行うことが可能となる。

また、本実施形態では、制御部は、マクロ検査の検査中には、顕微鏡５をミクロ検査時における検査位置から退避させておくようにしている。そのため、顕微鏡装置１のスペースをより有効に利用することができ、したがって、基板検査装置１のフットプリントを一層小さくすることができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、ロボットアーム２ａを除く構成については上記第１実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係るロボットアーム２ａの動きを説明するための説明図である。図３（ａ）及び（ｂ）は上方から見た図であり、図３（ｃ）は側方から見た図である。

ロボットアーム２ａ（保持部２ｂ）は、図３（ａ）に示すように、ウエハＷを水平に保持してＸ軸方向及びＹ軸方向に水平移動させることができる。また、Ｘ軸を回転軸としてロボットアーム２ａを回転させることで、図３（ｂ）に示すようにウエハＷを鉛直方向に保持してウエハＷの縦置き検査をすることも可能となる。

また、図３（ｃ）に示すように、保持部２ｂ上でウエハＷを回転させることで、上記第１実施形態で説明した図１に示すアライメントセンサ７，７を単一のアライメントセンサ７とすることやウエハＷの向きを調整することができる。

なお、ウエハＷを図３（ｃ）に示すように回転させる場合、保持部２ｂの回転中心とウエハＷの中心とが一致した状態で、ウエハＷの裏面の中心部分を保持部２ｂにより吸着保持するようにするとよい。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、ロボットアーム１２ａにより上記図３（ｂ）に示すようにウエハＷを鉛直方向に保持する点、及び、顕微鏡１５の構成が相違する点等を除いて上記第１実施形態と同様であるため、重複する点については説明を省略する。

図４は、本発明の第３実施形態に係る基板検査装置１１を示す概略平面図である。
同図において、本実施の形態の基板検査装置１１も、搬送ロボット１２、カセット１３，１３、マクロ照明１４、顕微鏡１５等から構成された、ウエハＷに対しマクロ検査及びミクロ検査を行うための装置である。

なお、本実施形態においても、マクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とミクロ検査時におけるウエハＷの検査位置とを同一位置Ｐとしている。そして、ロボットアーム１２ａは、検査位置ＰにおけるウエハＷを、鉛直方向に保持している。

本実施の形態では、顕微鏡１５の観察光軸は、Ｙ軸方向である。なお、顕微鏡１５は、図５に示すように、Ｚ軸方向に延びるＺ軸ガイド１５ｚに沿ってＺ軸方向に移動させることができる。また、Ｘ軸方向に延びる一対のガイド１５ｘ，１５ｘに沿ってＺ軸ガイド１５ｚを移動させることで顕微鏡１５をＺ軸方向に移動させることができる。

＜第４実施形態＞
本実施の形態では、ミクロ検査時におけるロボットハンド２２ａの動きについて説明する。その他の点については、上記第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図６は、本発明の第４実施形態に係るミクロ検査を説明するための説明図である。
同図において、顕微鏡２５の観察光軸はＺ軸方向となっている。同図に実線で示すように、ロボットハンド２２ａ−１の保持部２２ｂ−１により保持されたウエハＷ−１は、顕微鏡２５の対物レンズ２５ａの真下に位置している。ここで、ウエハＷの端部を検査する場合には、Ｙ軸を回転軸としてロボットアーム２２ａ−１を回転させる必要があるが、対物レンズ２５ａとの接触を防止する必要がある。

そこで、一旦ロボットアーム２２ａ−１をＺ軸方向に退避させた後に（ロボットアーム２２ａ−２参照）、Ｙ軸を回転軸としてロボットアーム２２ａ−２を回転させる（ロボットアーム２２ａ−３参照）。これにより、ウエハＷ−３の端部を対物レンズ２５ａによる観察位置に移動させることができる。

また、ウエハＷ−１の裏面観察を行う場合には、一旦ロボットアーム２２ａ−１をＺ軸方向に退避させた後に（ロボットアーム２２ａ−２参照）、Ｙ軸を回転軸としてロボットアーム２２ａ−２を１８０度回転させ（図示せず）、ウエハＷの水平位置を適宜調整してウエハＷをＺ軸方向に上昇させる。

なお、裏面観察においては、ロボットアーム２２ａに隠れて観察できない部分はあるが、保持部２２ｂによりウエハＷを回転させることで、ロボットアーム２２ａに隠れた部分の観察を行うことが可能となる。

図７は、本実施形態の変形例に係るミクロ検査を説明するための説明図である。
同図において、顕微鏡３５の観察光軸はＹ軸方向となっている。ウエハＷ−１の端部を観察する場合、一旦ロボットアーム３２ａ−１をＹ軸方向に退避させた後に（ロボットアーム３２ａ−２参照）、Ｘ軸を回転軸としてロボットアーム３２ａ−２を回転させることで（ロボットアーム３２ａ−３参照）、ウエハＷ−３の端部を対物レンズ３５ａによる観察位置に移動させることができる。

また、ウエハＷ−１の裏面観察を行う場合にも、同様に一旦ロボットアーム３２ａ−１をＹ軸方向に退避させた後に（ロボットアーム３２ａ−２参照）、Ｘ軸を回転軸としてロボットアーム３２ａ−２を１８０度回転させ（図示せず）、ウエハＷをＹ軸方向に戻す。

本変形例の裏面観察においても、ロボットアーム３２ａに隠れて観察できない部分はあるが、保持部３２ｂによりウエハＷを回転させることで、ロボットアーム３２ａに隠れた部分の観察を行うことが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る基板検査装置を示す概略平面図。 上記第１実施形態に係る顕微鏡の動きを説明するための平面図である。 本発明の第２実施形態に係るロボットアームの動きを説明するための説明図である。図３（ａ）及び（ｂ）は上方から見た図であり、図３（ｃ）は側方から見た図である。 本発明の第３実施形態に係る基板検査装置を示す概略平面図である。 上記第３実施形態に係る顕微鏡の動きを説明するための平面図である。 本発明の第４実施形態に係るミクロ検査を説明するための説明図である。 上記第４実施形態の変形例に係るミクロ検査を説明するための斜視図である。

符号の説明

１ 基板検査装置
２ 搬送ロボット
２ａ ロボットアーム
２ｂ 保持部
３ カセット
４ マクロ照明
５ 顕微鏡
６ ガイド
７ アライメントセンサ
８ 操作部
９ モニタ
１２ 搬送ロボット
１２ａ ロボットアーム
１２ｂ 保持部
１３ カセット
１４ マクロ照明
１５ 顕微鏡
２２ａ ロボットハンド
２２ｂ 保持部
２５ 顕微鏡
２５ａ 対物レンズ
３２ａ ロボットハンド
３２ｂ 保持部
３５ 顕微鏡
３５ａ 対物レンズ
１００ 検査者
Ｗ ウエハ

Claims (13)

1. 基板のマクロ検査及びミクロ検査を行うための基板検査装置において、
   前記基板を保持して移動させ、前記マクロ検査及び前記ミクロ検査の検査中にも前記基板を保持するロボットアームと、
   光軸に直交する面内において少なくとも１軸方向に移動可能な顕微鏡と、
   を備えることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記顕微鏡は、前記光軸に直交する２軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
3. 前記ロボットアームは、前記マクロ検査時における基板の検査位置及び前記ミクロ検査時における基板の検査位置で前記基板の傾き角度を調整可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の基板検査装置。
4. 前記ロボットアームは、前記基板を回転可能に保持する保持部を有する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の基板検査装置。
5. 前記保持部は、前記基板の裏面の中心部分を吸着保持することを特徴とする請求項４記載の基板検査装置。
6. アライメント装置を更に備え、
   前記ロボットアームは、前記保持部の回転中心と前記基板の中心とが一致した状態で前記基板を保持する、
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の基板検査装置。
7. 前記ロボットアームは、前記基板を収容するカセットから前記基板の搬出入を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載の基板検査装置。
8. 前記ロボットアームの動きを制御する制御部を更に備え、
   該制御部は、前記基板の表面、裏面及び端部の前記マクロ検査及び前記ミクロ検査を行うよう事前に入力された設定に従って、前記ロボットアームの動きを制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項記載の基板検査装置。
9. 前記制御部は、更に前記顕微鏡の動きを制御し、前記ロボットアームの位置及び角度の少なくとも一方と前記顕微鏡の位置とを同時に制御することを特徴とする請求項８記載の基板検査装置。
10. 前記マクロ検査時における基板の検査位置と前記ミクロ検査時における基板の検査位置とは、同一位置であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項記載の基板検査装置。
11. 前記制御部は、前記マクロ検査の検査中には、前記顕微鏡を前記ミクロ検査時における該顕微鏡の検査位置から退避させておくことを特徴とする請求項１０記載の基板検査装置。
12. 基板のマクロ検査及びミクロ検査を行う基板検査方法において、
    ロボットアームにより、前記基板を保持して移動させると共に前記マクロ検査及び前記ミクロ検査の検査中にも前記基板を保持し、
    前記マクロ検査の検査中には、前記顕微鏡を少なくとも１軸方向に移動させることで前記ミクロ検査時における検査位置から前記顕微鏡を退避させておく、
    ことを特徴とする基板検査方法。
13. 前記マクロ検査及び前記ミクロ検査を、同一の基板位置で行うことを特徴とする請求項１２記載の基板検査方法。