JP2012073204A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ上の欠陥分布を検査する表面検査装置において、欠陥検査と同時進行でウェーハの厚さとフラットネスを測定できるようにする。
【解決手段】本発明は、ウェーハを固定し、回転及び直線移動を行う搬送系と、前記直線移動の経路上に配置されたウェーハ上の欠陥の位置とサイズを特定する散乱光学系と、前記直線移動の経路であって、前記散乱光学系よりも前に配置されたフラットネス測定系と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検査装置、および検査方法に関する。

例えば、半導体ウェーハの表面に存在する欠陥分布情報とフラットネス情報について、レーザ光を用いて調べる表面検査装置と表面検査方法に関するものである。

半導体デバイスは、高純度なシリコンのインゴットをスライスした薄いウェーハに対して研磨や結晶成長，イオン注入などを施して作成される。

この際に、ウェーハの表面に存在する微小な異物と欠陥が半導体デバイス作成の歩留まりに強く影響する。

そのため、半導体デバイス作成の各工程でウェーハの表面にある異物と欠陥の分布情報を得る検査が必要とされている。上記の検査で用いられるのが表面検査装置である。

ウェーハの表面検査装置の例は、特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示される表面検査装置では、ウェーハは、検査ステージに置かれて、回転されながら径方向に移動する。その際にウェーハにレーザ光が照射され、ウェーハの表面に存在する異物や欠陥などからの散乱光を複数個の検出器で受光する。

そして、得られた異物や欠陥などのデータを情報処理して、ファイルやディスプレイなどに出力する。

また、微細な回路パターンである半導体デバイスの作成において、ウェーハの厚さや厚さむらを考慮したフラットネス測定が行われる場合もある。

ウェーハのフラットネス測定は、静電センサや光干渉計などによって測定される。特許文献２にはウェーハのフラットネス測定装置の例が開示されている。

特開２００７−２２５４８０号公報 特開２００１−３３２１５号公報

特許文献１に開示される散乱光を利用する表面検査装置では、欠陥の位置を特定することはできるが、詳細な高さ方向の情報を得ることはできない。

また、比較的広い範囲に形成された１つの欠陥を、複数の欠陥として認識してしまうこともある。

また、特許文献２に開示されるフラットネス測定装置では、高さ情報を取得することができ、比較的広い範囲の情報も正しく得ることができるが、水平分解能が低い。

ここで、表面検査装置の情報とフラットネス測定装置の情報を統合すれば、より詳細な欠陥の分析を行うことができると考えられるが、２つの装置間で座標系が異なるため、両者の情報の統合は容易ではない。

また、従来、ウェーハ表面に存在する欠陥を検査する表面検査装置とウェーハのフラットネス検査装置は、個別に存在している。

そのため、ウェーハの製造ラインでウェーハの欠陥とフラットネスを検査したい場合、それぞれの検査装置が必要である。

これは、設備投資の増加や設置場所の減少といった課題がある。

従来技術では、これらの点については配慮が成されていなかった。本発明は、例えば上記の課題を解決するものである。

本発明の目的は、１台のウェーハ検査装置において、欠陥を検査する系とフラットネスを検査する系を併設して、一度の検査でウェーハの欠陥とフラットネスの情報を得られるようにすることにある。

本発明は以下の特徴を有する。

本発明は、基板を固定する固定部と、前記固定部を回転させ及び直線移動させる搬送系と、前記直線移動の経路上に配置され、基板に存在する欠陥の位置を特定する散乱光学系と、前記直線移動の経路上に配置され、前記散乱光学系よりも前、又は後に配置されたフラットネス測定系と、を有することを特徴とする。

本発明は、前記固定部は中空構造であり、前記フラットネス測定系は、第１の干渉光学系と、第２の干渉光学系と、前記第１の干渉光学系は、前記固定部の上に配置され、
前記第２の干渉光学系は、前記中空構造の内部に配置されていることを特徴とする。

本発明は、前記固定部は、前記第１の干渉光学系、または前記第２の干渉光学系から照射されるスポット光の大きさより大きい複数の開口を有することを特徴とする。

本発明は、前記第１の干渉光学系の発振波長は前記散乱光学系の発振波長よりも長いことを特徴とする。

本発明は、前記第２の干渉光学系の発振波長は前記散乱光学系の発振波長よりも長いことを特徴とする。

本発明は以下の効果を奏する。なお、以下の効果は独立して奏される場合もあれば、複合して奏される場合もある。
（１）本発明によれば、従来よりも極めて詳細にウェーハの状態を分析することができる。
（２）本発明によれば、従来よりも極めて詳細なウェーハの状態の分析を低コストで実現することができる。
（３）本発明によれば、従来よりも極めて詳細なウェーハの状態の分析を省スペースで実現することができる。

実施例１の表面検査装置の簡略図。 干渉光学系の詳細。 第１の観察窓３０２，第２の３０３が設けられている様子を示す図。 円形の観察窓３０１が設けられている様子を示す図。 螺旋状に観察窓３０１が設けられている様子を示す図。 ウェーハ１０１の表面の欠陥情報。 ウェーハ１０１の３次元的な情報。 検査結果を２つ組み合わせて表示した例。 本実施例１の表面検査装置における検査シーケンス。

以下、図面を用いて説明する。

本発明の表面検査装置や表面検査方法は、主に検査物としてウェーハが用いられるが、それ以外にも液晶パネルのガラス基板や太陽電池パネルなどに対して適用が可能である。

ここでは、ウェーハを一例にして、図面を用いて説明する。

図１に本実施例１の表面検査装置の簡略図を示す。

本実施例の表面検査装置は、主に、共通した１つの搬送系、後述する２つの測定系、２つの測定系の情報を統合して処理する情報処理部等によって構成される。

まず搬送系について説明する。

搬送系において、被検査物であるウェーハ１０１は、裏面を真空吸着によって検査ステージ１０３に固定される。

ウェーハ１０１を固定した中空構造の検査ステージ１０３は、一軸方向に直線移動する走査機構１０２の上に設置される。

また、検査ステージ１０３は、スピンドル１２０によって高速回転する。

本実施例の表面検査装置では、ウェーハ１０１を検査する測定系が２つ存在する。

まず、第１の測定系について説明する。

第１の測定系は、主に欠陥の位置、及びサイズを特定する散乱光学系である。

散乱光学系では、固定されているウェーハ１０１の表面に対して垂直方向からの垂直照明光１０４又は、ある仰角を持つ斜方方向からの斜方照明光１０５によってウェーハ１０１の中央が照明される。

そのため、前述した搬送系の動作と組み合わされることで、ウェーハ１０１の中心から外側に向かってウェーハ１０１の全面が検査されることとなる。

そして、ウェーハ１０１表面に存在する欠陥からの散乱光を、検査ステージ１０３上方に設置した一個又は、複数個の光検出器１０６（光電子増倍管等）によって検出する。

検出結果は情報処理部１１０にて処理され、欠陥の位置，欠陥のサイズが特定されることとなる。

また、情報処理部１１０では、欠陥からの散乱光の方位から欠陥の分類が行われることもある。

また、検査結果は出力装置１１２に表示される。

次に第２の測定系について説明する。

第２の測定系は、ウェーハ１０１の厚さや厚さむらを考慮したフラットネス（１つの表現としてはウェーハのたわみを考慮した３次元情報）測定を行う測定系である。

第２の測定系は、搬送系の直線移動の経路上にあって、散乱光学系より後ろに配置されている。

このような配置にすることで１回の検査で、欠陥検査とフラットネス計測を同時に行うことができる。

なお、第２の測定系は散乱光学系より前に配置されていても良い。

本実施例では第２の測定系として２つの干渉光学系（上部干渉光学系１０７，下部干渉光学系１０８）を例として説明する。

これら２つの干渉光学系は、ウェーハ１０１を上下に挟み込む関係で設置される。

検査ステージ１０３の回転動作及び走査機構１０２の直線動作によって、ウェーハ１０１の外側から内側に向かってフラットネス測定が行われることとなる。

上部干渉光学系１０７は、走査機構１０２の直線移動経路上でかつ検査ステージ１０３の上側に設置される。

下部干渉光学系１０８は、走査機構１０２の直線移動経路上でかつ検査ステージ１０３の下側に設置される。

検査ステージ１０３の上部と下部にある干渉光学系は、ウェーハ１０１の同一点の表裏を検査するように設置される。

上部干渉光学系１０７は固定して設置され、下部干渉光学系１０８は、中空構造の検査ステージ１０３内に設置される。

下部干渉光学系１０８は、駆動機構１０９によってウェーハ１０１が水平移動する方向とは相対的に逆方向に向かって直線移動する。

駆動機構１０９の移動方法は、ボールねじ送り，リニアレール，車輪等である。また、駆動機構１０９はウェーハ１０１の回転方向に対しては固定されている。

走査機構１０２の直線移動と検査ステージ１０３の回転動作，下部干渉光学系１０８を移動させる駆動機構１０９は、制御部１１１によって制御される。

また、制御部１１１において検査している位置の値を管理し、その座標値を情報処理部に与える。

次に干渉光学系の詳細について説明する。

図２は上述した２つの干渉光学系の詳細である。

２つの干渉光学系においては、光源２０１から発振されたレーザ光はハーフミラー２０２によって上部干渉光学系１０７と下部干渉光学系１０８に分割される。

下部干渉光学系１０８への光はさらにミラー２０７によって反射される。

ハーフミラー２０２によって、分岐された各レーザ光はＰＢＳ２０３（偏光ビームスプリッタ）に入射し、Ｐ偏光とＳ偏光に分割される。

Ｐ偏光の光が参照光、Ｓ偏光の光が検査光となる。

参照光であるＰ偏光は、１／４波長板を通過して、参照ミラー２０５によって反射される。

検査光であるＳ偏光は、１／４波長板を通過して、ウェーハ１０１に照射される。

検査光をウェーハ１０１に照射し、反射されて戻ってきた光と参照光を干渉させ、光検出器２０６で干渉位相を測定する。

光検出器２０６は、ＣＣＤやカメラ，ラインセンサである。

このような構成によって、上部干渉光学系１０７と下部干渉光学系１０８の位相差からウェーハ１０１のフラットネスと厚さを計測することができる。

ここで、干渉光学系の光源２０１は、ひとつだけでなくともよい。

また、干渉光学系毎に光源２０１を持っていてもよい。

光源２０１の発振特性は同じ又は近い方が計測誤差を少なくできるので望ましい。

また、干渉光学系と散乱光学系の各発振波長は、異なる方が望ましい。干渉光学系の光を欠陥からの光だと誤検知してしまうのを防ぐためである。

より具体的には、干渉光学系の発振波長は散乱光学系の発振波長よりも長い方が、望ましい。

その理由は、一般的に、散乱光学系の発振波長は、数百ｎｍオーダーであるため、これより短い波長では、ウェーハ１０１の吸収波長となってしまうためである。

また、散乱光学系の検出器１０６の前に干渉光学系の発振波長に対応した色フィルタを入れておくことで、より効率的に干渉光学系の光を欠陥からの光だと誤検知してしまうのを防ぐことができる。

次に、図３を用いて検査ステージ１０３について説明する。

ウェーハ１０１を裏面吸着する際に検査ステージ１０３が１枚の板に真空吸引用の穴が開いた構造だと、検査ステージ１０３下部に配置された下部干渉光学系１０８からの検査光がウェーハ１０１に当たらない。

そこで、本実施例１では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、検査ステージ１０３に下部からの検査光がウェーハ１０１に照射できるように、検査ステージ１０３に観察窓３０１を設ける。

この観察窓３０１は、検査ステージ１０３を貫通している開口である。

この開口の大きさは検査光が通過できるように、少なくとも干渉光学系のスポット光よりも大きいことが望ましい。

また、観察窓３０１は検査ステージ１０３対して直角に穴が開けられているもの、又は、角度をつけて穴が開けられているものである。

観察窓３０１の配置は、図３の（ａ）〜（ｃ）に示すように配置する。

図３の白色抜き部分が観察窓を表し、灰色抜き部分がウェーハ１０１を裏面吸着する部分を表す。

図３（ａ）は、検査ステージ１０３中央から放射状に線状の第１の観察窓３０２，第２の３０３が設けられている様子を表している。

ここで、観察窓をウェーハ１０１中心から放射状に伸びる線状の形として場合、外周にいくに従い、観察窓同士の間隔が大きくなり、フラットネスを計測できない領域が拡大してしまう。

そこで、図３（ａ）では、２つの第１の観察窓３０２の間に、第１の観察窓３０２よりも短い第２の観察窓３０３を設けている。

これによって、外周において、観察窓同士の間隔が大きくなり、フラットネスを計測できない領域が拡大してしまうことを防ぐことができる。

図３（ｂ）は、検査ステージ１０３中央から放射状に円形の観察窓３０１が設けられている様子を表している。

ここで、ウェーハ１０１を等速度回転させて検査する場合、レーザ光が外周部と内周部で同じ検査面積を通過する時間が異なる。

外周部の方が、レーザ光の通過時間が短い。

そのため、観察窓３０１は、ウェーハ１０１の内外周での円周速度の違いを考慮して、図３（ｂ）に示すようにウェーハ１０１の内周側では密に、外周側では疎に形成しておく方が望ましい。

図３（ｃ）は、検査ステージ１０３中央から螺旋状に観察窓３０１が設けられている様子を表している。

もちろん、観察窓３０１の形状は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すもの以外でもよい。

また、図３には省略するが、ウェーハ１０１を裏面吸着する部分には、ウェーハ１０１を固定するための空気の吸引口が複数設けられている。

観察窓３０１以外の部分におけるウェーハ１０１のフラットネス情報は、周辺のフラットネス情報から推定する。この処理は、情報処理部１１０において行う。

次に出力装置１１２に表示される検査結果の詳細について説明する。

図４（ａ）に、散乱光学系によって得られたウェーハ１０１の表面の欠陥情報を示す。

丸い点がウェーハ１０１の表面に存在する欠陥の位置を表している。

図４（ｂ）に、干渉光学系によって得られたウェーハ１０１の３次元的な情報（たわみを考慮した厚さ情報等）を示す。

色が濃いところほど登録されているウェーハ１０１の基準厚さよりも厚いことを示す。

次に上記の２つの検査結果を合わせた表示例の詳細について説明する。

図５に、図４（ａ）と図４（ｂ）の検査結果を２つ組み合わせて表示した例を示す。

これにより、ウェーハ１０１の厚さやたわみと欠陥分布の相対関係を座標系のズレなく知ることができる。

図６を用いて、次に本実施例１の表面検査装置における検査シーケンスの詳細ついて説明する。

まず、本実施例１においては、作業者がウェーハ１０１表面の欠陥検査とフラットネス検査の両方の検査を行うか、片方だけの検査を行うか選択することが可能である。

作業者は、ウェーハ１０１表面の欠陥検査とフラットネス検査の両方の検査を行うか、片方だけの検査を行うか選択する（６０１）。

欠陥検査とフラットネス検査を同時に行う場合、散乱光学系と干渉光学系を検査できる状態に準備する（６０２）。

各光学系の準備が終了後に、レーザ発振を行い、同時に検査ステージ１０３が回転移動を行い欠陥検査とフラットネス検査が開始される（６０３）。

そして、各検査終了後（６０４）、出力装置１１２に検査結果である欠陥情報とフラットネス情報を表示して検査終了する（６０５）。

同時検査を選択しなかった場合、すなわち欠陥検査とフラットネス検査のいずれか一方のみを検査する場合は、干渉光学系、または散乱光学系、いずれか一方のみ準備を行う（６１２）。

そして、選択された検査を行う（６１３）。

検査が終了した後（６１４）、検査結果が表示される（６１５）。

上記の実施例では、ウェーハ１０１の検査ステージ１０３への保持方法として裏面の吸着法を用いたが、その他の方法でも良い。

例えば、ウェーハ１０１のエッジ部分の数点又は、円周すべてを挟み込んで検査ステージ１０３に保持する方法がある。

この場合でも上記の実施例同様に、ウェーハ１０１が回転しながら直線移動しながら検査する場合、ウェーハ１０１下部に設置された干渉光学系は、ウェーハ１０１の移動方向とは逆方向に移動すること実施例１と同様の効果を奏することができる。

１０１ ウェーハ
１０２ 走査機構
１０３ 検査ステージ
１０４ 垂直照明光
１０５ 斜方照明光
１０６，２０６ 光検出器
１０７ 上部干渉光学系
１０８ 下部干渉光学系
１０９ 駆動機構
１１０ 情報処理部
１１１ 制御部
１１２ 出力装置
２０１ 光源
２０２ ハーフミラー
２０３ ＰＢＳ
２０４ １／４波長板
２０５ 参照ミラー
２０７ ミラー
３０１ 観察窓

Claims (5)

1. 基板を検査する検査装置において、
   基板を固定する固定部と、
   前記固定部を回転させ及び直線移動させる搬送系と、
   前記直線移動の経路上に配置され、基板に存在する欠陥の位置を特定する散乱光学系と、
   前記直線移動の経路上に配置され、前記散乱光学系よりも前、又は後ろに配置されたフラットネス測定系と、を有することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記固定部は中空構造であり、
   前記フラットネス測定系は、第１の干渉光学系と、第２の干渉光学系と、を有し、
   前記第１の干渉光学系は、前記固定部の上に配置され、
   前記第２の干渉光学系は、前記中空構造の内部に配置されていることを特徴とする検査装置。
3. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記固定部は、前記第１の干渉光学系、または前記第２の干渉光学系から照射されるスポット光の大きさより大きい複数の開口を有することを特徴とする検査装置。
4. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記第１の干渉光学系の発振波長は前記散乱光学系の発振波長よりも長いことを特徴とする検査装置。
5. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記第２の干渉光学系の発振波長は前記散乱光学系の発振波長よりも長いことを特徴とする検査装置。

Images