JP2015040698A - アライメント装置、及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査装置が検査する対象は、パターンの形成されていないウエハ（鏡面ウエハやベアウエハと表現される場合もある）とパターンの形成されたウエハ（パターン付ウエハと表現される場合もある）とに分けられる。欠陥の位置をより高精度に得るために、検査装置の位置決め精度にはより高い精度が要求される。しかし、ベアウエハを位置決めするのは困難である。その理由は、ベアウエハ上には位置決めする際に目印とすべき印が無いからである。【解決手段】本発明は、試料の外縁部の第１の領域の画像、及び前記第１の領域とは異なる位置にある第２の領域の画像を得る光学系と、前記第１の領域の画像の中から第１の複数の部分の位置得て、さらに前記第２の領域の画像の中から第２の複数の部分の位置を得る処理部を有することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、試料を位置決め（アライメント）するためのアライメント装置、及び試料の欠陥を検出する検査装置に関する。

半導体製造工程では、ウエハ上の傷、異物等の欠陥は結果物の歩留まりに影響を与える。よって、ウエハ上の欠陥を検出し、半導体製造工程へフィードバックし、管理することは歩留まりを管理する上で重要である。この欠陥を検出するために使用されるのがいわゆる検査装置である。先行技術文献としては、下記の文献が挙げられる。

特開２０１２−１８６２４９号公報

検査装置が検査する対象は、パターンの形成されていないウエハ（鏡面ウエハやベアウエハと表現される場合もある）とパターンの形成されたウエハ（パターン付ウエハと表現される場合もある）とに分けられる。欠陥の位置をより高精度に得るために、検査装置の位置決め精度にはより高い精度が要求される。しかし、ベアウエハを位置決めするのは困難である。その理由は、ベアウエハ上には位置決めする際に目印とすべき印が無いからである。

本発明は、試料の外縁部の第１の領域の画像、及び前記第１の領域とは異なる位置にある第２の領域の画像を得る光学系と、前記第１の領域の画像の中から第１の複数の部分の位置得て、さらに前記第２の領域の画像の中から第２の複数の部分の位置を得る処理部を有することを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも高精度な位置決めが可能となる。特に、本発明によれば、ベアウエハを従来よりも高精度に位置決めすることが可能となる。

実施例１のアライメント装置、及び検査装置を説明する図 実施例１の検査に至る概要を示すオープンループフローチャート 実施例１の検査に至る概要を示すクローズドループフローチャート 実施例１のアライメントの詳細について説明する図。 実施例１のアライメントの詳細について説明する図（続き）。 Δθを説明する図。 Vノッチの形状、角度が既知の場合にΔθを説明する図。 実施例２を説明する図。 実施例３を説明する図。 実施例４を説明する図。 実施例５を説明する図。 実施例６を説明する図。 空間フィルタを有さない検査装置を説明する図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は本実施例のアライメント装置、及び検査装置を説明する図である。アライメント系１１はウエハ１を位置決め（アライメント）するためのものである。アライメント系１１は、ウエハ１に光を供給するための光源１１０１、結像レンズ１１０４、ハーフミラー１１０４、対物レンズ１１０３、センサ１１０５を含む。アライメント系１１は正反射光を検出するいわゆる明視野型である。

検査対象であるウエハ１（例えばベアウエハ）はウエハポッド、プリアライナを含むウエハ搬送系３からロボットアームによって、ステージ２上に搭載される。

ステージ２はｘ方向、それを実質的に直交するｙ方向にウエハを移動させる。ステージ２は、ウエハ１を吸着するためのチャック２０５、ウエハ１をｙ方向に移動させるためのｙステージ２０１、ウエハ１をｘ方向に移動させるためのｘステージ２０２、ウエハ１の高さを変更するためにウエハ１をｚ方向に移動させるｚステージ２０３、及びウエハ１を回転させるためのθステージ２０４を含む。

照明光学系４は、ウエハ１に照明領域を形成するためのものであり、光源、ミラー、及びレンズを含む。照明領域は実質的な点である場合もあるし、実質的な線である場合もある。

照明領域からの散乱光は、対物レンズ５によって集光され、空間フィルタ６によって集光された光のうちの不所望な光は遮光される。空間フィルタ５を通過した光は結像レンズによってセンサ８上に結像される。センサ８からの信号は処理部９に送信され、センサ８からの信号と所定の閾値とが比較されることで検査（欠陥の検出）が行われる。検査結果（欠陥の有無）とステージの移動信号とは処理部９へ送信され、欠陥の有無はウエハ１上の座標と対応付けられ、入出力部１０に表示される。

図２は、本実施例の検査に至る概要を示すオープンループフローチャートである。まず、ステップ１２０１では、搬送系３がウエハ１をステージ２へ搭載する。この際、搬送系３はウエハ１とステージ２とが所定の位置関係となるようウエハ１をステージ２へ搭載する。

ステップ１２０２では、ステージ２がウエハ１をアライメント系１１の視野内に移動させる。アライメント系１１はアライメントのための画像（アライメント画像）を取得する。

ステップ１２０３では、処理部９はアライメント画像からウエハ１の回転ずれ、および位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を得る。

ステップ１２０４では、ステップ１２０３で得られた回転ずれ、位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を無くすようステージ２を移動する。これにより、ウエハ１のアライメントは終了である。

ウエハ１のアライメント終了後、ステップ１２０５で検査が行われる。

なお、検査に至る過程は図３に示すようにクローズドループである場合もある。ステップ１２０１からステップ１２０４までは図２と同様である。図３では、ステージ移動後の位置ずれを確認するためにステップ１２０５で処理部９は再度アライメント画像を取得する。

ステップ１２０６では、処理部９は回転ずれ、および位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を得る。

ステップ１２０７では、処理部９は回転ずれ、および位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）が所定の許容範囲内か否か、処理部９又は作業者が判断する。この許容範囲は処理部９又は作業者が任意に変更可能である。

回転ずれ、および位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）が許容範囲内であれば、ステップ１２０８で検査は開始される。回転ずれ、および位置ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）が許容範囲外であればステップ１２０２へ戻る。図２のオープンループは、ステージ２のメカ精度が要求される位置決め精度に対して高い場合、位置決めにかかる時間を短くできるため有効である。図３のクローズドループは、ステージ２のメカ精度が十分でない場合に有効である。図２のループと図３のループとは任意に切替可能である。

図４、図５を用いて本実施例のアライメントの詳細について説明する。図４（a）に示すように、アライメント系１１はステージ２を移動させることでウエハ１の複数の領域の画像、及びＶノッチについての複数の領域の画像をアライメント画像として撮像する（図５のステップ１４０１）。ウエハ１の複数の領域とはウエハ１の複数の外縁部のことであり、例えば３箇所の外縁部１３０１（Ｐ₁）、１３０２（Ｐ₂）、１３０３（Ｐ₃）のことである。Ｖノッチについての複数の領域とは、例えば第１の部分１３０４（Ｐ₄）、第１の部分１３０４と対向する第２の部分１３０５（Ｐ₅）のことである。

次に、処理部９は、撮像されたＰ₁〜Ｐ₅それぞれ中の複数の部分の座標を得る（図５のステップ１４０２）。

ステップ１４０２の詳細について説明する。図４（b）の画像１３１１は、撮像されたＰ₁〜Ｐ₅の少なくとも１つを説明する画像である。ここでは、画像１３１１はＰ２の画像として説明する。画像１３１１はウエハ１の端部とウエハ１の外部とを含む。処理部９は、画像１３１１の中からウエハ１の端部の複数の部分１３１２（Ｐ_2-1）、１３１２（Ｐ_2-2）、１３１４（Ｐ_2-3）のｘ座標、ｙ座標Ｐ_2-n（ｘ_2-n, y_2-n）を得る。図４（b）では３箇所のｘ座標、ｙ座標を得ることになるため、n＝１、２、３となり、処理部９はＰ_2-1（ｘ_2-1, y_2-1）、Ｐ_2-2（ｘ_2-2, y_2-2）、Ｐ_2-3（ｘ_2-3, y_2-3）を得る。

Ｐ_2-n（ｘ_2-n, y_2-n）を得る方法について説明する。Ｐ_2-n（ｘ_2-n, y_2-n）は処理部９が画像１３１１の任意のｙ座標についてｘ軸と平行に図４（c）に示す信号階調のプロファイルを取得し。任意の閾値１３２１と交差する点の座標を得ることで決定できる。同様の処理がＰ１の画像、Ｐ３の画像、Ｐ４の画像、Ｐ５の画像についても行われ、処理部９はＰ_1-n（ｘ_1-n, y_1-n）、Ｐ_3-n（ｘ_3-n, y_3-n）、Ｐ_4-n（ｘ_4-n, y_4-n）、Ｐ_5-n（ｘ_5-n, y_5-n）を得る。

次に、処理部９は、Ｐ_2-1（ｘ_2-1, y_2-1）、Ｐ_2-2（ｘ_2-2, y_2-2）、Ｐ_2-3（ｘ_2-3, y_2-3）の平均値Ｐ_2-AVGを取得（例えば算出）する。同様の処理が、Ｐ₁、Ｐ₃についても行われる。その結果、Ｐ_1-AVG、Ｐ_2-AVG、Ｐ_3-AVGという３つの平均値が取得される（図５のステップ１４０３）。

次に、処理部９はＰ_1-AVG、Ｐ_2-AVG、Ｐ_3-AVGを結んだ三角形に対して外接する外接円、及びこの外接円の中心Ｃｗを得る。（図５のステップ１４０４、１４０５）。この外接円の中心Ｃｗは実際のウエハ１の中心として実質的に取り扱える。なお、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃は前述した三角形が実質的な正三角形となるよう設定されることが望ましい。

次に、処理部９は、所定の座標値（検査時の座標系の中心）とＣｗとの差Δ０（Δｘ, Δｙ）を得る（図５のステップ１４０６）。これがウエハ１の位置ずれである。

次に、処理部９はＰ_4-n（ｘ_4-n, y_4-n）を通過する直線Ｌ₄（a₄, b₄）、及びＰ_5-n（ｘ_5-n, y_5-n）を通過する直線Ｌ₅（a₅, b₅）を得る（図５のステップ１４０７）。Ｌ₄、Ｌ₅は実質的な一次関数であり、aは傾きを、bは切片を表現している。

次に、処理部９は、Ｌ₄とＬ₅との交点を取得し、交点とＣｗとを結ぶ線とＣｗを通過しｙ軸に平行な線との間の角度Δθを得る（図５のステップ１４０８）。このΔθが回転ずれである。

Δθの得る方法は図６を用いて詳細に説明される。Cwは前述したようにウエハ１の中心である。A₀はCwを通る基準直線（前述したＣｗを通過しｙ軸に平行な線と同視できる）とウエハ外周（前述した外接円と表現することもできる）との交点である。A₄はL₄とウエハ外周（前述した外接円と表現することもできる）との交点である。A₅はL₅とウエハ外周（前述した外接円と表現することもできる）との交点である。線分CwA₀と線分CwA₄とがなす角の角度をΔθ₄、線分CwA₀と線分CwA₅がなす角の角度をΔθ₅とするなら、Δθ=(Δθ₅ ― Δθ₄ )/ 2として表現できる。

なお、Ｖノッチに関する情報（例えば、形状、角度θｖ）が既知であるなら、Ｐ_4-n（ｘ_4-n, y_4-n）、及びＰ_5-n（ｘ_5-n, y_5-n）を両方取得する必要なない。その理由は、Ｐ_4-n（ｘ_4-n, y_4-n）、Ｐ_5-n（ｘ_5-n, y_5-n）のいずれかから片方の直線（Ｌ₄、又はＬ₅）を得ることができれば、もう一方の直線は得られた直線とθｖの関数として表現できるからである。

この時、Δθの得る方法は図７を用いて詳細に説明される。図６の場合と異なるのは、A₅をL₄とＶノッチの形状、角度θｖから得る点である。

次に、処理部９はステージ２を使用することで位置ずれ、回転ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を打ち消すようウエハ１を移動、回転させる（図５のステップ１４０９）。これによりアライメントは終了する。上述の処理はCwと密接に関連し行われる。よって、上述の処理は、中心位置を使用して前記試料の位置決めを行うと表現することができる。

本実施例によれば、アライメントマークの無いベアウエハであってもウエハの外縁部からウエハの実質的な形状、中心位置、回転量を得ることできる。その結果、特にベアウエハの位置決め精度が向上する。

次に実施例２について説明する。以降の説明では、他の実施例と異なる部分について説明する。図８は本実施例を説明する図である。本実施例では、複数のアライメント系６１１、６１２、６１３を設ける。Ｐ₁はアライメント系６１１によって撮像され、Ｐ₂はアライメント系６１２によって撮像され、Ｐ₃はアライメント系６１３によって撮像される。撮像のタイミングは図５のステップ１４０１で実質的に同時に行われる。アライメント系６１１、６１２、６１３の構成はアライメント系１１の構成と同じである。本実施例よれば、アライメント画像の取得時間はより短縮される。

次に実施例３について説明する。以降の説明では、他の実施例と異なる部分について説明する。図９は本実施例を説明する図である。実施例１、及び２では、アライメント系１１、６１１、６１２、及び６１３は結像型であったが、本実施例ではアライメント系７１４は結像型ではなく、いわゆるウエハの端部の位置を得るポジションセンサシステムである。

アライメント系７１４はウエハ１の表面側からレーザ光束７１２をウエハ１へ向かって射出する。ウエハ１の裏面がわに配置された複数の画素を有するセンサ７１３にはウエハ１によって遮光されなかったレーザ光束が入射することになる。この画素の信号からウエハ１の端部の位置を得ることができる。より具体的には信号を出力した画素のうち最もウエハ１に近い画素の位置をウエハ１の端部の位置と実質的に同視することができる。この処理をウエハ１の外縁部の複数の領域ついて行えば、図５のステップ１４０２と同様の効果を得ることができる。実施例１、及び２では、アライメント系１１、６１１、６１２、及び６１３は結像型であるためフォーカス位置を合わせる必要があるが、本実施例のアライメント系７１４は結像型ではなくレーザ光束７１２がセンサに入射した位置からウエハ１の端部の位置を得るためフォーカス位置を合わせる必要が無くなる。

次に、実施例４について説明する。以降の説明では、他の実施例と異なる部分について説明する。図１０は本実施例を説明する図である。ウエハ１が大口径化した場合、実施例１で説明したＶノッチの代わりにウエハ１の裏面８１１に何らかのマーク８１２を形成することが考えられる。本実施例はこの点に配慮したものである。

本実施例では、ウエハ１の裏面８１１側にマーク８１２を撮像するためのアライメント系８１３を設ける。チャック２０５はアライメント系８１３がマーク８１２を撮像できるようウエハ１を保持、搭載する。より具体的には、チャック２０５はマーク８１２が形成された部分よりも内側、及び外側の少なくとも１つを保持する。

本実施例では、処理部９は図５のステップ１４０５で得られたＣｗと撮像したマークが所定の位置関係となるようウエハ１を回転させる。

位置ずれについては、他の実施例と同様の方法で補正する。位置ずれを得るに当たっては、図１のアライメント系１１を使用しても、アライメント系８１３を使用しても良い。

次に、実施例５について説明する。他の実施例ではステージ２によってウエハ１を移動させることで位置ずれ、回転ずれを補正した。しかし、ステージ２によってウエハ１を移動、回転させることは必ずしも必要でない。本実施例はこの点に配慮したものである。

図１１は本実施例を説明するフローチャートである。ステップ１２０１からステップ１２０２までは実施例１と同じである。本実施例１では、位置ずれ、回転ずれを得た後にステージ２を使用したウエハ１移動、回転は行わず、検査を開始する（ステップ９０１）。

そして、処理部９は検査結果にステップ１２０３で得られた位置ずれ、回転ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を反映する。より具体的には、処理部９は欠陥の位置に、ステップ１２０３で得られた位置ずれ、回転ずれの少なくとも１つ（望ましくは両方）を反映する。本実施例の処理はCwと密接に関連し行われる。よって、上述の処理は、中心位置を使用して検査結果を変更すると表現することができる。

本実施例によれば、ｙステージ２０１を有さずに、同心円状、または螺旋状に照明領域の走査を行うベアウエハの検査装置でも高精度に欠陥位置を得ることができる。

次に実施例６について説明する。実施例１乃至５のいずれに記載された位置決め方法は、積層型ＬＳＩの作成にも応用できる。本実施例はこの点に着目したものである。

図１２は、本実施例を説明するフローチャートである。本実施例では、下層ウエハをまず実施例１乃至５のいずれかの位置決め方法で位置決めする（ステップ１２０１）。次に、下層ウエハに積層されるべき上層ウエハを実施例１乃至５のいずれかの位置決め方法で位置決めする（ステップ１２０２）。下層ウエハ、上層ウエハの位置決めが終了した後、積層型ＬＳＩの作成が行われる（ステップ１２０３）。本実施例によれば、下層ウエハと上層ウエハとは高精度に位置合わせされるため、積層型ＬＳＩの歩留まりが向上する。

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。検査装置の構成は実施例に記載された方式以外でもよく、図１３に示す空間フィルタを有さない検査装置にも適用可能である。位置決め対象、及び検査対象の少なくとも１つは、ベアウエハ、パターン付ウエハ、膜付ウエハ、その他の試料を含む。実施例に記載されたアライメント方法、アライメント装置は露光装置、プリアライナにも適用できる。

１・・・ウエハ
２・・・ステージ
３・・・搬送系
４・・・・照明光学系
５・・・対物レンズ
６・・・空間フィルタ
７・・・結像レンズ
８・・・センサ
９・・・処理部
１０・・・入出力部
１１・・・アライメント系
２０１・・・ｙステージ
２０２・・・ｘステージ
２０３・・・ｚステージ
２０４・・・θステージ
２０５・・・チャック

Claims (12)

1. 試料の外縁部の第１の領域の画像、及び前記第１の領域とは異なる位置にある第２の領域の画像を得る光学系と、
   前記第１の領域の画像の中から第１の複数の部分の位置得て、さらに前記第２の領域の画像の中から第２の複数の部分の位置を得る処理部を有するアライメント装置。
2. 請求項１に記載のアライメント装置において、
   前記光学系は、前記第１の領域、及び前記第２の領域とは異なる位置にある第３の領域の画像を得て、
   前記処理部は、（１）前記第３の領域の画像の中から第３の複数の部分の位置得て、（２）前記第１の複数の部分の第１の平均位置、前記第２の複数の部分についての第２の平均位置、及び前記第３の部分についての第３の平均位置を得て、（３）前記第１の平均位置、前記第２の平均位置、及び前記第３の平均位置から前記試料の中心位置を得て、（４）前記中心位置を使用して前記試料の位置決めを行うアライメント装置。
3. 請求項２に記載のアライメント装置において、
   前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、及び前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
   前記処理部は、前記第４の領域の画像、前記第５の領域の画像、及び前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して前記試料の位置決めを行うアライメント装置。
4. 請求項２に記載のアライメント装置において、
   前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、又は前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
   前記処理部は、（１）前記第４の領域の画像、又は前記第５の領域の画像、（２）前記ノッチに関する情報、及び（３）前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して前記試料の位置決めを行うアライメント装置。
5. 試料の外縁部の第１の領域の画像、及び前記第１の領域とは異なる位置にある第２の領域の画像を得る光学系と、
   前記第１の領域の画像の中から第１の複数の部分の位置得て、さらに前記第２の領域の画像の中から第２の複数の部分の位置を得る処理部を有する検査装置。
6. 請求項５に記載の検査装置において、
   前記光学系は、前記第１の領域、及び前記第２の領域とは異なる位置にある第３の領域の画像を得て、
   前記処理部は、（１）前記第３の領域の画像の中から第３の複数の部分の位置得て、（２）前記第１の複数の部分の第１の平均位置、前記第２の複数の部分についての第２の平均位置、及び前記第３の部分についての第３の平均位置を得て、（３）前記第１の平均位置、前記第２の平均位置、及び前記第３の平均位置から前記試料の中心位置を得る検査装置
7. 請求項６に記載の検査装置において、
   前記処理部は、前記中心位置を使用して前記試料の位置決めを行う検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置において、
   前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、及び前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
   前記処理部は、前記第４の領域の画像、前記第５の領域の画像、前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して前記試料の位置決めを行う検査装置。
9. 請求項７に記載の検査装置において、
   前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、又は前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
   前記処理部は、（１）前記第４の領域の画像、又は前記第５の領域の画像、（２）前記ノッチに関する情報、及び（３）前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して前記試料の位置決めを行う検査装置。
10. 請求項６に記載の検査装置において、
    前記処理部は、前記中心位置を使用して検査結果を変更する検査装置。
11. 請求項１０に記載の検査装置において、
    前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、及び前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
    前記処理部は、前記第４の領域の画像、前記第５の領域の画像、前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して検査結果を変更する検査装置。
12. 請求項１０に記載の検査装置において、
    前記光学系は、前記試料のノッチについての第４の領域の画像、又は前記第４の領域とは対向する第５の領域の画像を得て、
    前記処理部は、（１）前記第４の領域の画像、又は前記第５の領域の画像、（２）前記ノッチに関する情報、及び（３）前記中心位置から前記試料の回転ずれを得て、前記回転ずれを使用して検査結果を変更する検査装置。