JP2009212257A - ウエハーエッジ検査装置用ステージ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はウエハーエッジ検査装置用ステージに関し、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要のないウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することを目的としている。
【解決手段】ベースプレート１５の上に取り付けられたＹ方向移動機構と、該Ｙ方向移動機構の上に取り付けられたＹベース８と、該Ｙベース８の上に取り付けられたＸ方向移動機構及びカーブレール移動機構１９と、該カーブレール移動機構１９の上に取り付けられた、回転の際の捩れを吸収するためのベアリング２１を有するブロックと、該ブロックの上に取り付けられたＹサブベース２６と、該Ｙサブベース２６の上に取り付けられたウエハー載せ台１１と、前記Ｘ方向移動機構の上に取り付けられたＸベース１０と、該Ｘベース１０の上に取り付けられたＹサブガイドレール２５と、を有して構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はウエハーエッジ検査装置用ステージに関し、更に詳しくはウエハーのエッジ面を電子像として観察するようにしたウエハーエッジ検査装置用ステージに関する。
従来よりＳｉウエハーのエッジ部分を観察して分析する装置が知られている。ウエハーのエッジ部の欠陥／異物が半導体製造の歩留まり向上の障害となっている。その原因特定や製品歩留まり確保のため、ウエハーエッジ部の管理が必要となってきている。その場合、エッジ観察／分析するウエハーを破損することなく安全に検査できることが望まれている。

従来技術を利用した２軸ステージの場合を例にとって説明する。３００ｍｍウエハーのエッジ観察走査型電子顕微鏡の構成は図１１に示すようになっている。図１１は従来装置の平面図である。図において、１は電子ビーム鏡筒、２は真空チャンバー、３はウエハー、４は対物レンズ、５は２次電子検出器、６は２軸ステージである。電子ビーム鏡筒１を真空チャンバー２の側壁に取り付ける。また、２次電子検出器５も真空チャンバー２の側壁に取り付け、ウエハー３のエッジ観察専用機として設計される。

ウエハー３は２軸ステージ（フラットステージ）６に保持される。ウエハーエッジを観察する場合、観察面が円弧である。この場合、指定位置が極座標系であるが、ステージ６を動作させるために、直交座標系に変換した後ステージ６を制御する。また、ステージ６を目的位置に移動する場合、その経路によっては対物レンズ４との干渉が起きるので、図１２に示すように、ウエハー３を一旦Ｙ軸方向に対物レンズ４から遠ざけてからＸ方向に移動し、改めてＹ軸で所定の位置まで対物レンズ４に近づけるような動きをさせるようにしている。

図１３は図１１に示す装置をＥ方向から見た図である。前述したように、対物レンズ４とウエハー３との干渉を避けるために、２軸ステージ６を制御するが、万一の制御ミスを考慮し、対物レンズ４とウエハー３との間に干渉防止センサー５７を設置し、センサー光５８をウエハー３が遮光した場合、位置異常と判断して２軸ステージの動作を非常停止する。

図１３において、１は電子ビーム鏡筒、４は対物レンズ、３はウエハーである。干渉防止センサー５７からは絶えずセンサー光５８が出ており、ウエハー３がそのセンサー光５８を遮ると、ウエハー３は異常位置にあると判断するものである。

従来装置のステージ構成については一般的な２軸ステージであり、図１４に示した通りである。図１４は従来装置の構成図である。図１１と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は正面から見た図である。図において、１５はベースプレート、７は該ベースプレート１５の上に取り付けられたＹベース８をＹ方向に移動させるＹガイドレール、８は該Ｙガイドレール７の上に設けられたＹベース、９はＹベース８の上に設けられたＸガイドレールである。

１０はＸガイドレール９の上に設けられたＸベース、１１は該Ｘベース１０の上に設けられたウエハー載せ台、３は該ウエハー載せ台１１の上に取り付けられたウエハーである。１２はＸベース１０をＸ方向に移動させるＸ送りネジ、１３は該Ｘ送りネジ１２を回転させるＸモータ、１４は該Ｘモータ１３に取り付けられたＸ位置情報を得るためのＸエンコーダである。１８はＹ送りネジ、１６は該Ｙ送りネジ１８を回転させるＹモータ、１７は該Ｙモータ１６に取り付けられたＹ位置情報を得るためのＹエンコーダである。このように構成された装置の動作を概説すれば、以下の通りである。

ベースプレート１５の上にはＹガイドレール７を取り付け、その上にＹベース８を取り付ける。該Ｙベース８の上にはＹガイドレール７と直交方向に配置されたＸガイドレール９が配置される。そして、Ｘガイドレール９の上にＸベース１０が取り付けられる。Ｘベース１０の上にウエハー載せ台１１が配置され、該ウエハー載せ台１１の上にウエハー３がセットされる。

Ｘベース１０はＸモータ１３でＸ送りネジ１２を回すことで、Ｘガイドレール９に沿ってＸ方向に移動する。また、Ｙベース８はＹモータ１６でＹ送りネジ１８を回すことで、Ｙガイドレール７に沿ってＹ方向に移動する。これらＸ送りネジ１２及びＹ送りネジ１８は、例えばボールネジで構成することにより、ウエハー３はＸ方向及びＹ方向に精密移動することができる。この時、それぞれの位置制御を行なう場合、Ｘエンコーダ１４及びＹエンコーダ１７でそれぞれの方向の位置を読み取ることができる。そして、所定の位置になるまで、ウエハー３をＸ方向及びＹ方向に移動させることができる。

従来のこの種の装置としては、Ｙ軸移動アーム７及びＸ軸移動アーム８のうちの一方の移動アーム７は試料ステージ３にＸＹ平面内で旋回可能に連結され、他方の移動アーム８は旋回不可能に連結され、試料ステージ３に旋回不可能に連結された前記他方の移動アーム８を移動させる力の作用線が前記他方の移動アーム８の重心を通るように構成された技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２９７２５６号公報（段落００２４〜００２５、図１〜図３）

ウエハー３のエッジを観察するためには、最高分解能を得られる位置が一点に決まっているため、電子ビーム鏡筒１先端の対物レンズ４から観察点までの空間距離（ＷＤ）を一定に保つ必要がある。また、ウエハー３のエッジ部は半径Ｒの円弧なので、極座標系を直交座標系に変換し、ステージを制御する必要がある。

また、次の観察点に移動中、その経路によっては対物レンズ４との干渉が発生するので図１２に示すような動きをさせなければならないが、そのため移動経路が長くなり同様に移動時間も必要となる。このような制御は、システム的にはその制御が複雑になるが制御は可能である。しかしながら、複雑な制御によりウエハー干渉などの問題に対して、信頼性／安全性は低下する。

また、オペレータによる手動により任意の観察点での操作を行なう場合、操作者が干渉に注意しながら操作する必要がある。万一操作ミスがあった時には、干渉防止センサーによりウエハー３と対物レンズ４との干渉は防止できるものの、その度にエラーが発生し、使い勝手の悪いものとなる。更に、図１３に示すように干渉防止センサー５７によりインターロックをかけているが、安全機能への配慮が煩雑になるばかりでなく、そのためにコストアップもさけられない。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要がなくなり、従来の直交座標制御で行なうことができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することを目的としている。また、制御エラーによるウエハー破損の危険を従来の制御方式並にすることができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、ベースプレートの上に取り付けられたＹ方向移動機構と、該Ｙ方向移動機構の上に取り付けられたＹベースと、該Ｙベースの上に取り付けられたＸ方向移動機構及びカーブレール移動機構と、該カーブレール移動機構の上に取り付けられた、回転の際の捩れを吸収するためのベアリングを有するブロックと、該ブロックの上に取り付けられたＹサブベースと、該Ｙサブベースの上に取り付けられたウエハー載せ台と、前記Ｘ方向移動機構の上に取り付けられたＸベースと、該Ｘベースの上に取り付けられたＹサブガイドレールと、を有し、前記カーブレール移動機構の円弧半径は観察するウエハーの外周半径と同じに設定され、かつ前記Ｙサブガイドレールの上には前記Ｙサブベースが連結されてなることを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、ベースプレートの上に取り付けられたＸ方向移動機構及びカーブレール移動機構と、該カーブレール移動機構の上に取り付けられた、回転の際の捩れを吸収するためのベアリングを有するブロックと、該ブロックの上に取り付けられたＣベースと、該Ｃベースの上に取り付けられたＹ方向送りネジと、前記Ｘ方向移動機構の上に取り付けられたＸベースと、該Ｘベースの上に取り付けられたＹ方向移動機構と、該Ｙ方向移動機構の上に取り付けられたＹベースと、該Ｙベースの上に取り付けられたウエハー載せ台と、を有し、前記カーブレール移動機構の円弧半径は観察するウエハーの外周半径と同じに設定され、かつ前記Ｙ方向移動機構と前記Ｙ方向送りネジは前記Ｙベースにより連結されてなることを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要がなくなり、従来の直交座標制御で行なうことができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することができる。また、制御エラーによるウエハー破損の危険を従来の制御方式並にすることができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要がなくなり、従来の直交座標制御で行なうことができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することができる。また、制御エラーによるウエハー破損の危険を従来の制御方式並にすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図１４と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は正面図である。（ｂ）では、正面図においては、Ｘ送りネジ１２、Ｘモータ１３及びＸエンコーダ１４は省いてある。この図において、１５はベースプレート、７は該ベースプレート１５の上に取り付けられたＹ方向移動機構の一部をなすＹガイドレール、８は該Ｙガイドレール７の上に取り付けられたＹベース、９は該Ｙベース８の上に取り付けられたＸ方向移動機構の一部をなすＸガイドレールである。Ｙ方向移動機構は、Ｙガイドレール７とＹ送りネジ１８、Ｙモータ１６及びＹエンコーダ１７とで構成されている。一方、Ｘ方向移動機構は、Ｘガイドレール９、Ｘ送りネジ１２、Ｘモータ１３及びＸエンコーダ１４から構成されている。

１９はＹベース８に取り付けられたカーブレールである。図２に図１のＡ−Ａ断面を示す。Ｙベース８の上にＸガイドレール９とカーブレール１９とが取り付けられている。カーブレール１９の円弧半径Ｒは、観察するウエハー３の外周半径と同じになっている。カーブレール１９とキャリッジ１９ａとでカーブレール移動機構を構成している。図１において、１０はＸガイドレール９の上に取り付けられたＸベース、２５は該Ｘベース１０の上に取り付けられたＹサブガイドレール、２６は該Ｙサブガイドレール２５の上に取り付けられたＹサブベース、１１は該Ｙサブベース２６の上に取り付けられたウエハー載せ台、３は該ウエハー載せ台１１の上にセットされたウエハーである。

図３は図１のＢ−Ｂ断面を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、８はＹベースであり、このＹベース８にはＸガイドレール９とカーブレール１９が取り付けられている。これらＸガイドレール９，カーブレール１９の上にはキャリッジ９ａ，１９ａが取り付けられている。Ｘガイドレール９の上にはＸベース１０が取り付けられている。２０はキャリッジ１９ａの上に取り付けられたブロックＡ、２１は該ブロックＡに取り付けられたベアリング、２２はブロックＡ２０の上に部材２１ａを介して取り付けられたブロックＢである。ベアリング２１は回転の際のブロックＡ２０，ブロックＢ２２の捩れを吸収するために設けられている。４２はブロック２０，２２とＸベース１０との間に設けられたスムーズな動作を行なうための逃げである。

２６はブロックＢ２２の上に取り付けられたＹサブベースである。図４は図１のＣ−Ｃ断面を示す図である。Ｘベース１０の上にはＹサブガイドレール２５が取り付けられている。Ｙサブガイドレール２５の上には前記Ｙサブベース２６が連結されている。Ｙサブ移動機構は、Ｙサブガイドレール２５と、該Ｙサブガイドレール２５に取り付けられたキャリッジ２５ａとで構成されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

Ｘモータ１３によりＸ送りネジ１２を回転させる。この回転によりＸガイドレール９の上に取り付けられたＸベース１０はＸ方向に移動する。この結果、Ｘベース１０に取り付けられたＹサブベース２６はＸ方向に移動しつつ、カーブレール１９によりＹ方向に移動する。この時、ブロックＡ２０とブロックＢ２２は、捩れようとするがベアリング２１のために回転方向の捩れは吸収される。この結果、ウエハー３はカーブレール１９の形状に沿った動きをする。

図５はウエハー３の動作軌跡を示す図である。Ｑがウエハー３の動作軌跡である。Ｘ軸を駆動させると、ウエハー３はウエハー外周半径と同じ円弧を描きながら移動するので、観察点との距離（ＷＤ）は一定に保たれる。実施の形態１によれば、ステージ制御としては、Ｘ移動機構及びＹ移動機構も従来の直交座標系のままで動作させることができる。ここで、Ｙサブ移動機構は、ウエハー３と対物レンズ４間のＷＤを調整するために、Ｙ方向に移動される。Ｙ送りネジ１８とモータ１６よりなるＹ方向移動機構は、ウエハー３の外周半径の固体誤差や、カーブレール１９の半径誤差による観察位置ずれを補正するために用いられる。

このように、第１の実施の形態によれば、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要がなくなり、従来の直交座標制御で行なうことができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することができる。また、制御エラーによるウエハー破損の危険を従来の制御方式並にすることができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、組立ての流れに沿って説明する。この第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付して示す。図６は第２の実施の形態の第１の組立図である。図において、１５はベースプレートである。該ベースプレート１５の上にはＸガイドレール９とカーブレール１９が取り付けられている。ここで、カーブレール１９の円弧半径Ｒは、観察するウエハー３の外周半径と同じになっている。

図７は第２の実施の形態の第２の組立図であり、図６の状態から更に部品を組み立てたものである。この例では、Ｙ送り機構を加えている。Ｙ送り機構はＹ送りネジ１８と、Ｙモータ１６とＹエンコーダ１７から構成されている。４１はＹ送り機構が取り付けられたＣベースである。図８は図７のＢ−Ｂ断面を示す図である。

図８において、１５はベースプレート、１９は該ベースプレート１５の上に取り付けられたカーブレールである。該カーブレール１９の上には、ブロックＡ２０が取り付けられ、ブロックＡ２０の上方にはブロックの回転による捩れを吸収するためのベアリング２１が設けられている。２２はブロックＡ２０の上に部材２１ａを介して取り付けられたブロックＢである。４１は該ブロックＢ２２の上に取り付けられたＣベースである。Ｃベース４１の上にはＹ送りネジ１８が配置されている。

図９は第２の実施の形態の第３の組立図である。１０はＸガイドレール９の上に取り付けられたＸベースである。該Ｘベース１０は、Ｃベース４１を取り囲むようにコの字型になっている。１３はＸベース１０をＸ方向に移動させるＸモータ、１４はＸモータ回転の量を検出してＸ方向の位置データを求めるＸエンコーダである。１６はＣベース４１をＹ方向に移動させるためのＹモータ、１７はＹモータ１６の回転量を検出してＹ方向の位置データを求めるＹエンコーダである。

図１０は第２の実施の形態の構成外観図である。図７〜図９までと同一のものには同一の符号を付して示す。図において、１５はベースプレート、１０はＸガイドレール９に取り付けられたＸベース、７は該Ｘベース１０に取り付けられたＹガイドレールである。３はウエハー載せ台（図示せず）を介してＹベース８に取り付けられたウエハーである。１２はＸ送りネジ、１３はＸモータ、１４はウエハー３のＸ方向の位置を検出するＸエンコーダである。１６はＹモータで、図示しないＹ送りネジを回転させる。１７はＹモータ１６と直結され、ウエハー３のＹ方向の位置を検出するＹエンコーダである。Ｙ方向移動機構とＹ方向送りネジ１８（図７参照）はＹベース８により連結されている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

Ｘモータ１３によりＸ送りネジ１２を回転させる。この回転によりＸガイドレール９の上に取り付けられたＸベース１０はＸ方向に移動する。この結果、Ｘベース１０に取り付けられたＣベース４１はＸ方向に移動しつつ、カーブレール１９によりＹ方向に移動する。この時、ブロックＡ２０とブロックＢ２２は、捩れようとするがベアリング２１のために回転方向の捩れは吸収される。この結果、ウエハー３はカーブレール１９の形状に沿った動きをする。図のＱがウエハー３の動作軌跡である。カーブレール１９の移動距離が大きくないので、ウエハー３は図のＱに示す範囲で回転移動する。この時、ウエハー３と対物レンズ４間の距離ＷＤは一定に保たれる。

Ｘ軸を駆動させると、ウエハー３はウエハー外周半径と同じ円弧を描きながら移動するので、観察点との距離（ＷＤ）は一定に保たれる。実施の形態２によれば、ステージ制御としては、Ｘ移動機構及びＹ移動機構も従来の直交座標系のままで動作させることができる。Ｙ送りネジ１８とモータ１６よりなるＹ方向移動機構は、ウエハー３の外周半径の固体誤差や、カーブレール１９の半径誤差による観察位置ずれを補正するために用いられる。

このように、第２の実施の形態によれば、Ｘ軸ステージの動作のみで、ウエハー半径に合わせた動作を可能としたことにより円弧制御等の複雑なステージ制御をする必要がなくなり、従来の直交座標制御で行なうことができるウエハーエッジ検査装置用ステージを提供することができる。また、制御エラーによるウエハー破損の危険を従来の制御方式並にすることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す構成図である。 第１の実施の形態のＡ−Ａ断面を示す図である。 第１の実施の形態のＢ−Ｂ断面を示す図である。 第１の実施の形態のＣ−Ｃ断面を示す図である。 ウエハーの動作軌跡を示す図である。 第２の実施の形態の第１の組立図である。 第２の実施の形態の第２の組立図である。 第２の実施の形態のＢ−Ｂ断面を示す図である。 第２の実施の形態の第３の組立図である。 第２の実施の形態の構成外観図である。 従来装置の平面図である。 ウエハーの動作を示す図である。 Ｅ方向から見た装置構成を示す図である。 従来装置の構成図である。

符号の説明

３ ウエハー
７ Ｙガイドレール
８ Ｙベース
９ Ｘガイドレール
１０ Ｘベース
１１ ウエハー載せ台
１２ Ｘ送りネジ
１３ Ｙモータ
１４ Ｘエンコーダ
１５ ベースプレート
１６ Ｙモータ
１７ Ｙエンコーダ
１８ Ｙ送りネジ
１９ カーブレール
２０ ブロックＡ
２１ 部材
２２ ブロックＢ
２５ サブガイドレール
２６ Ｙサブベース

Claims (2)

1. ベースプレートの上に取り付けられたＹ方向移動機構と、
   該Ｙ方向移動機構の上に取り付けられたＹベースと、
   該Ｙベースの上に取り付けられたＸ方向移動機構及びカーブレール移動機構と、
   該カーブレール移動機構の上に取り付けられた、回転の際の捩れを吸収するためのベアリングを有するブロックと、
   該ブロックの上に取り付けられたＹサブベースと、
   該Ｙサブベースの上に取り付けられたウエハー載せ台と、
   前記Ｘ方向移動機構の上に取り付けられたＸベースと、
   該Ｘベースの上に取り付けられたＹサブガイドレールと、
   を有し、前記カーブレール移動機構の円弧半径は観察するウエハーの外周半径と同じに設定され、かつ前記Ｙサブガイドレールの上には前記Ｙサブベースが連結されてなることを特徴とするウエハーエッジ検査装置用ステージ。
2. ベースプレートの上に取り付けられたＸ方向移動機構及びカーブレール移動機構と、
   該カーブレール移動機構の上に取り付けられた、回転の際の捩れを吸収するためのベアリングを有するブロックと、
   該ブロックの上に取り付けられたＣベースと、
   該Ｃベースの上に取り付けられたＹ方向送りネジと、
   前記Ｘ方向移動機構の上に取り付けられたＸベースと、
   該Ｘベースの上に取り付けられたＹ方向移動機構と、
   該Ｙ方向移動機構の上に取り付けられたＹベースと、
   該Ｙベースの上に取り付けられたウエハー載せ台と、
   を有し、
   前記カーブレール移動機構の円弧半径は観察するウエハーの外周半径と同じに設定され、かつ前記Ｙ方向移動機構と前記Ｙ方向送りネジは前記Ｙベースにより連結されてなることを特徴とするウエハーエッジ検査装置用ステージ。

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