JP2014163712A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハを回転させてその表面を検査するウェハ表面検査装置では、ウェハの回転によりその直上の空気が高速で流れて乱流となるため、ウェハ近傍に輸送された異物がウェハ表面に付着する可能性が高まる。
【解決手段】回転するウェハ直上に固定（回転しない）物を設けるか、またはウェハと同じ回転数で回転する板を設けることにより、ウェハ直上の気流（ウェハの回転に誘起される流れ）を阻止し、流速を低下させて層流を保つことで、ウェハ近傍まで輸送された異物のウェハへの付着を阻止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、検査装置に関する。本発明は、半導体ウェハ表面などの異物や欠陥等を検査するウェハ表面検査装置に関する。

半導体デバイス（メモリ、CPU等）の製造プロセスはシリコンウェハをベースとして、その表面に成膜装置やエッチング装置を用いて電極や配線を形成することにより、目的とする構造を作り上げていくものである。このとき、ウェハの表面に結晶欠陥が存在していたり、あるいは異物が付着したりしていると、配線間のショートや断線などの不良が発生する。したがって、ウェハ表面の欠陥や異物の存在はデバイスの製造プロセスの歩留まりを低下させることとなる。そのため、シリコンウェハの製造メーカやデバイスの製造メーカでは、ウェハ表面の欠陥や異物の有無を検査する装置、すなわちウェハ表面検査装置を活用して出荷管理や工程管理を行っている。

この検査装置では、ウェハをカセットと呼ばれる収納容器から搬送アームにより１枚ずつ取り出して検査ステージに載せ固定する。検査ステージは所定の検査位置まで移動し、上に固定されているウェハを所定の回転数で回転させる。そして、ウェハ表面にレーザ光を照射し、その反射光や散乱光を分析することにより欠陥や異物の有無を調べ、その結果が記録される。

特開２０１１−７５３５号公報 特開２０１０−２３６９４８号公報 特開２００６−３５２０９９号公報

検査装置では、検査時間を短縮し装置のスループットを上げるため、ウェハ回転数は年々高速化されていくのがトレンドである。同時に、半導体デバイスの微細化に伴い、異物の管理基準（存在が許される異物の大きさ）も厳しく（微細に）なっていく傾向である。

このように、検査装置ではその筐体内部で多数の機が動いており、そのため部品の摺動部分が多数存在している。個体部品が擦れあえば微粒子が生成され、これが筐体内の気流によってウェハまで輸送されデバイス製造の障害となる異物になる。

前述のように、ウェハ付着異物はデバイス製造プロセスの歩留まり低下の原因となるため、異物低減の対策が種々試みられている。そのひとつとしては、部品の摺動部の材質や表面仕上げなどを工夫することによる異物発生の抑制である。しかし、個体同士が擦れあえば微粒子の発生を避けることはできず、この対策には限界がある。

また、発生した異物は筐体内の気流によってウェハ近傍へ輸送されるが、これを遮蔽板等によって阻止することも考えられている（特開２００６−３５２０９９号公報）。すなわち、発生源となる部分を通過する流線がウェハに近づかないように、適宜遮蔽板などを設ける方法である。しかし、筐体内には多数の部品が配置されておりこの方法もかなり困難である。

本発明は、試料を搭載し、回転、及び直線移動させる搬送系と、前記試料へ照明光を供給する照明光学系と、前記試料からの光を検出する検出光学系と、前記照明光学系、及び前記検出光学系と前記搬送系との間に配置された板を有し、前記試料が回転した際に、前記試料と前記板との間の雰囲気の流速は、前記板表面の流速よりも前記試料表面の流速が速い実質的な１次関数となることを１つの特徴とする。

本発明によれば、ウェハ上を清浄に保つことができる。

本発明の第１の実施例の説明図。 本発明の第１の実施例の原理の説明図。 本発明の第２の実施例の説明図。 本発明の第３の実施例の説明図。 本発明の第４の実施例の説明図。

以下、実施例を図面により説明する。

図１により本発明の第１の実施例を説明する。検査対象であるウェハ１はウェハ保持板２の上に設置される。さらにウェハ１の外周部はチャック３で固定される。ウェハ１、ウェハ保持板２、およびチャック３はステージ４によって一体となって回転し、さらに所定の距離直線的に移動する。

このウェハ１に対して、レーザ光源５よりレーザ光６を照射する。ステージ４によるウェハ１の回転、直線移動によって、レーザ光６はウェハ１全体を同心円状、または螺旋状に走査することになる。

ウェハ１からの光（反射光、散乱光の少なくとも１つ）を検出器７で受光し、それを分析することによってウェハ１上の欠陥や異物付着の有無を判定する。

これに、固定板８を図の位置に設置する。この固定板８には、本実施例ではレーザ光６の光路を妨げないよう、検査孔９を設けてある。この状態にてウェハ１を回転させ検査を開始する。ウェハ１と固定板８の間に挟まれる空気は、ウェハ１の回転によって回転運動が誘起されるが、同時に気流の回転による遠心力によりウェハ外周方向へと流れる。質量の保存則により、ウェハ外周へ流れた空気を補う量の空気が、検査孔９により外部から補われる。すなわち、ウェハ１の直上では空気は回転方向成分と半径方向成分の両方をもった、いわば螺旋状の流線が形成される。

固定板８の有無による速度分布の違いを図２に示す。空気の流れは、その粘性のためウェハ表面ではウェハ１に粘着する。すなわちウェハ表面と同じ流速で流れる。これは固定板８の表面でも言え、ここでは回転方向成分は０である。したがって、ウェハ１と固定板８に挟まれた部分の空気の回転方向流速分布は、図２に示すようにウェハ１の表面から固定板８の表面に向けて直線状に分布となる。これは、固定板８からウェハ１に至るまでに雰囲気の流速は、固定板８表面の流速よりもウェハ１表面での流速が速い実質的な１次関数となると表現することができる。

固定板８の寸法については、任意の大きさを設定できるが、検査中にウェハ１上の流速を抑制するためには望ましくはウェハ１（他の表現としてはチャック３によってウェハ１が保持される大きさ１０２と表現することもできる）よりも大きく、より望ましくはウェハ１の大きさにステージ４によるウェハ１の移動距離を加味した値以上であることが望ましい。

一方、固定板８が無い場合には、ウェハ１近傍ではほぼウェハ回転と同じ流速となる。この場合、乱流が形成され、ウェハ近傍へ輸送された異物が表面に付着する確率が高まる場合もある。

固定板８を設けることによってウェハ１の近傍における流速を増加を抑制することが可能であり、層流状態が維持できる。

ウェハ１（他の表現としてはチャック３によってウェハ１が保持されるべき位置と表現することもできる）と回転板８との距離１０１は、レーザ光源５に例示される照明光学系、及び検出器７に例示される検出光学系の少なくとも１つの距離１００よりも短いことが好ましい。特に、通常の大気圧においてはウェハ１の回転数を考えるとウェハ１と回転板８との距離１０１は約1mm以下とすることが望ましい。

本実施例によれば、ウェハ１近傍まで異物が輸送されてきたとしても、それらのウェハ１表面への付着を阻止できる。したがって、単にウェハ１への異物付着を低減させることができる。また、検査装置全体の筐体内部の気流状態を細かく制御する必要がなく、各機器の配置等の自由度が増す。さらに、同時にウェハ１直上の流れを層流に維持できるので、乱流に起因するウェハ１の振動の抑制にも効果がある。

本発明の第２の実施例を図３で説明する。実施例１ではウェハ１の直上に設ける固定物（回転しない）としてウェハ１全体を覆う形の固定板８とした。

しかし、ウェハ１直上の回転方向流速を抑制する目的からは、必ずしも全面を覆う板である必要はない。上で述べたように、ウェハ１の直上の流れは螺旋状の流線となっているため、これらを周方向にいくつかに分断するように固定物を設置することでも、同様の効果が得られる。

図３にウェハ１の上方から見た状態を示す。ウェハ１がウェハ保持板２に載せられ、チャック３により固定されていることは実施例１と同じである。本実施例では、固定板８に代わり固定ブロック１０を設置している。図３では固定ブロック１０は４個示してあるが、これは必ずしも４個である必要はない。固定ブロック１０は実質的な台形であると表現することできる。固定ブロック１０は、ウェハ１の外周側が搭載されるべき位置の上に配置されると表現することもできる。

この場合、固定ブロック１０とウェハ１の隙間にある空気の流れについては、実施例１と同様の考察によってその回転方向流速は小さく抑えられている。

固定ブロック１０の存在していない部分について説明する。空気の流れは、隣り合う流線の間隔が同じであれば流速も同じでるという性質があるため、固定ブロック１０の設けてある部分とない部分とで回転方向流速はほぼ同じとなる。すなわち、ウェハ１の直上のほぼ全体にわたり流速を抑制することができる。

本実施例においても、ウェハ１と固定ブロック１０との間隔は1mm以下とすることが望ましい。

次に、本発明の第３の実施例を図４により説明する。本実施例は、実施例１における固定板８に設けた検査孔９を、検査用のレーザ光６が透過可能な材質のもので塞いだ場合である。

この場合のウェハ１と固定板８の間の空気の流れは、実施例１の場合とは大きく異なるものになる。

実施例１では空気の回転運動による遠心力のためウェハ１の外周へ流失した空気が、質量保存測を満たすように検査孔９から補われると述べたが、本実施例では外部からの空気の供給口がないためそれができないことになる。したがって、ウェハ１と固定板８の間の空気の流速はほとんど回転方向成分のみとなり、実施例１の場合よりもさらに低下する。

本発明の第４の実施例を図５により説明する。本実施例は、実施例４における固定板８をモータ等の回転部によりウェハ１と実質的に同じ向きに実質的に同じ回転数で回転させ回転板１３に置き換えたものである。

この場合、ウェハ１と回転板１３の間の空気は、ウェハ１または回転板１３と同じ回転となり、したがってこれらに対する気流の相対速度はほとんど０となり、ウェハ１直上の流れは層流が維持される。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は実施例に限定されない。各実施例記載の内容は、その一部を削除したり、置換、組み合わせることが可能である。

例えば、固定板１３とウェハ１との間に、窒素やアルゴンに例示される媒体を供給しても良い。

また、固定板８には微小な凹凸を形成してもよく、逆により平坦となるよう研磨しても良い。さらに、固定板８とウェハ１との間の流速は実質的な１次関数よりも高次の関数となるよう、固定板８を設計し、ウェは１を回転させても良い。

１ ウェハ
２ ウェハ保持板
３ チャック
４ ステージ
５ レーザ光源
６ レーザ光
７ 検出器
８ 固定板
９ 検査孔
１０ 固定ブロック
１１ 検出窓
１３ 回転板

Claims (17)

1. 試料を搭載し、回転、及び直線移動させる搬送系と、
   前記試料へ照明光を供給する照明光学系と、
   前記試料からの光を検出する検出光学系と、
   前記照明光学系、及び前記検出光学系と前記搬送系との間に配置された板を有し、
   前記試料が回転した際に、前記試料と前記板との間の雰囲気の流速は、
   前記板表面の流速よりも前記試料表面の流速が速い実質的な１次関数となる検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記板は、前記搬送系が前記試料を保持する大きさよりも大きい検査装置。
3. 請求項２に記載の検査装置において、
   前記板は、前記搬送系が前記試料を保持する大きさに前記試料が直線移動する距離を加味した値よりも大きい検査装置。
4. 請求項３に記載の検査装置において、
   前記試料が保持されるべき位置と前記板との間の距離は、前記板と前記照明光学系、及び前記検出光学系の少なくとも１つとの間の距離よりも短い検査装置。
5. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記板には、前記照明光を前記試料へ供給するための開口が形成されている検査装置。
6. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記板には、前記照明光に対して透明な透明部を有し、
   前記照明光は前記透明部を通過して前記試料へ到達する検査装置。
7. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記板は複数の板部材であり、前記板部材は、前記試料の外周側が搭載されるべき位置の上に配置される検査装置。
8. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記板は実質的に固定される検査装置。
9. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記板は回転する検査装置。
10. 請求項９に記載の検査装置において、
    前記板は、実質的に同じ向きに実質的に同じ回転数で回転する検査装置。
11. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記試料が保持されるべき位置と前記板との間の距離は、前記板と前記照明光学系、及び前記検出光学系の少なくとも１つとの間の距離よりも短い検査装置。
12. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記板には、前記照明光を前記試料へ供給するための開口が形成されている検査装置。
13. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記板には、前記照明光に対して透明な透明部を有し、
    前記照明光は前記透明部を通過して前記試料へ到達する検査装置。
14. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記板は複数の板部材であり、前記板部材は、前記試料の外周側が搭載されるべき位置の上に配置される検査装置。
15. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記板は実質的に固定される検査装置。
16. 請求項１に記載の検査装置において、
    前記板は回転する検査装置。
17. 請求項１６に記載の検査装置において、
    前記板は、実質的に同じ向きに実質的に同じ回転数で回転する検査装置。