JP4104396B2 - 外観検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ等の観察試料の外観を検査する外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、半導体ウェハ等の試料表面に照明光を照射し、その散乱光や回折光の状態を目視によりマクロ的に観察して、試料表面の膜圧むらや傷等の欠陥を検査する外観検査装置が知られている。このようなマクロ検査は、作業者が習熟すれば高スループットの検査が可能であるが、作業者には検査能力のバラツキや見落としがあるため、安定した品質の確保に難点があった。そこで、作業者の目視による検査に代わって、試料表面の欠陥を検出素子により自動的に検出する自動欠陥検査装置が提案されている。本出願人もこの種の自動欠陥検査装置を、特開平11-194098号、特開2000-258348号等において提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような自動欠陥検査装置により、人手を掛けずに欠陥を精度良く検出できるようになった。しかし、装置が欠陥と判断した試料について、その欠陥を分析等するために、従前と同じように作業者が目視によりマクロ観察して検査したいという要望がある。この場合、自動欠陥検査装置により検出された欠陥位置を特定して検査することは、容易でなかった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、観察試料における欠陥部位のマクロ検査を、効率良く行うことができる外観検査装置を提供することを技術課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１） 載置台に保持された観察試料に照明光を照射する照明手段を有し、観察試料からの反射光により観察試料の欠陥をマクロ観察する外観検査装置において、観察試料上の欠陥位置を呈示するためのスポット光を投光する投光手段と、該投光手段により投光されるスポット光の位置を移動するスポット光移動手段と、観察試料について予め得られた欠陥位置情報を含む検査情報を入力する入力手段と、前記載置台を傾斜させる傾斜手段と、該傾斜手段による観察試料の傾斜状態を検出する傾斜検出手段と、前記入力された欠陥位置情報及び前記傾斜検出手段による検出情報に基づいて前記スポット光移動手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は実施例の装置の概略構成を示す図である。１は外観検査装置本体であり、１００は自動欠陥検査装置である。自動欠陥検査装置１００は、照明光学系により照明されたウェハの検査表面を撮像素子により撮像し、その撮像画像を画像処理することにより、ウェハ表面の膜圧むらや傷等の欠陥を検出する。外観検査装置本体１と自動欠陥検査装置１００はケーブル６０で繋がれており、ケーブル６０により各装置から信号が送受信される。また、自動欠陥検査装置１００からのデータは、一旦、ホストコンピュータに記憶され、そこからケーブル６０により外観検査装置本体１へデータが転送されても良い。
８０は複数枚のウェハＷを収納するキャリアであり、ウェハＷはキャリア８０内の両側面に設けられた棚に１枚ずつ収納される。キャリア８０は図示なきロ−ダ−機構により本体１に対して上下動する。
【０００７】
２はエアピンセットであり、キャリア８０に収納されたウェハＷを後述するマクロステージ３まで搬送する。エアピンセット２は、マクロステージ３とウェハＷの受け渡しをするときに接触しないように略Ｕ字形をしており、中央部分の空隙にマクロステージ３が位置するようになっている。なお、エアピンセット２、マクロステージ３にはウェハＷの脱落を防止するための吸着用の孔が複数設けられている。この孔は図示なき真空チューブ、吸着ソレノイドにつながっている。吸着ソレノイドが駆動することによって、孔内の空気は真空チューブへと吸い出され孔内は略真空状態となり、ウェハＷは載置面に吸着される。このようにして、ウェハＷを真空吸着することによりウェハＷが脱落することを防いでいる。エアピンセット２，マクロステージ３は、ウェハＷの端面を保持するタイプであっても良い。
【０００８】
３は搬送されたウェハＷを載置し揺動傾斜するためのマクロステージである。図２はマクロステージ３の揺動機構を説明する図である。ウェハＷを載置するための載置台４０には軸５２が取付けられ、軸５２の他端にはプーリ５３が取付けられている。また、軸５２は支持軸４１に固定された支基５７に回転可能に取付けられている。支基５７には自転モータ５６が取付けられ、自転モータ５６の軸にはプーリ５５固定されている。プーリ５３とプーリ５５にはベルト５８が取付けられ、自転モータ５６の駆動力がベルト５８を介して軸５２に伝わり、載置台４０が回転する。
【０００９】
支持軸４１は、Ｘ方向揺動部材４２に取り付けられた回転節機構４３により、軸Ｂを支軸としてＹ方向に回転自在に保持されている。４４はＸ方向揺動部材４２の底板４２ａに固定されたＹ軸モ−タであり、Ｙ軸モ−タ４４の後部回転軸にはＹ軸モ−タ４４の回転を検出するＹ軸エンコーダ４５が取り付けられている。Ｙ軸モ−タ４４の前部回転軸には軸４６が取り付けられており、軸４６の他端には支持軸４１を軸方向に摺動自在に保持するスライド部材４７が回動自在に取り付けられている。これにより、Ｙ軸モ−タ４４を回転させると、支持軸４１は回転節機構４３の軸Ｂを支軸としてＹ方向に揺動する。
【００１０】
６３はウェハＷの受け渡し時にマクロステージ３を上下動させるマクロステージ上下移動機構である。Ｘ方向揺動部材４２は、マクロステージ上下移動機構６３に連結された上下動支柱５０に軸Ｃを支軸として回動可能に取り付けられている。Ｘ方向揺動部材４２の底板４２ａの下端部には、軸Ｃを中心とした円弧を持つギヤ部が形成されており、このギヤ部にＸ軸モ−タ４８の回転軸に取り付けられたギヤ４９が噛合している。これにより、Ｘ軸モ−タ４８が回転すると、支持軸４１はＸ方向揺動部材４２とともに軸Ｃを支軸としてＸ方向に揺動する。５１はＸ軸モ−タ４８に取り付けられたＸ軸エンコーダであり、Ｘ軸モ−タ４８の回転を検出する。
軸Ｂと軸Ｃは点Ｄで交わっているため、Ｘ軸モ−タ４８とＹ軸モ−タ４４の回転により載置台４０は点Ｄを中心とした球面上を移動する。
【００１１】
また、外観検査装置１には、ウェハＷに形成された切欠部（ノッチ）Ｎの位置を検出するアライナユニット７０が設けられている。アライナユニット７０は投光ＬＥＤ７１及び、１次元センサ７２を有する。ウェハＷを自転モータ５６により回転することにより、ウェハＷの切欠部Ｎ及びウェハＷの偏心によって、投光ＬＥＤ７１からの光が１次元センサ７２に到達する範囲が変化するので、アライナユニット７０は切欠部Ｎの位置、及びウェハＷの偏心量を検出できる。この検出情報に基づいて、ウェハＷが外観検査装置１及び後述するスポット光源１５に対して所定の位置関係に置かれる。なお、ウェハＷが偏心している場合は、その偏心量に応じて、ウェハＷをエアピンセット２とマクロステージ３の間で受け渡し直すことで、偏心を無くす。
【００１２】
図１において、６はマクロステージ３をオペレータが手動操作で駆動させるときに使用するジョイスティックであり、マクロステージ３はジョイスティック６の動きに合わせて動作する。図３はジョイスティック６の機構を説明する図である。３０はジョイスティック６の操作ノブ３１を支持する支持軸である。支持軸３０の中間は、固定ブロック３２に設けられた自在回転節機構（図示せず）により、点Ａを中心に自在な方向に回転できるように支持されている。３３はＸ揺動板であり、固定ブロック３２に回動自在に取り付けられるている。Ｘ揺動板にはＸ方向と直交する開口溝３３ａが設けられており、この開口溝３３ａに支持軸３０の下方部が挿通している。また、Ｘ揺動板３３の下端には固定ブロック３２との取り付け部を中心とした円弧を持つギヤ部が形成されており、このギヤ部にＸ軸エンコーダ３５の回転軸に取り付けられたギヤ３６が噛み合っている。これらの構成により操作ノブ３１の操作によって支持軸３０が揺動すると、Ｘ揺動板３３は固定ブロック３２との取り付け部を中心にしてＸ方向に揺れ動き、その揺動量がＸ軸エンコーダ３５によって検出される。
【００１３】
３７はＹ揺動板であり、Ｙ揺動板３７はＸ揺動板３３と方向のみを異にして同様に構成され、開口溝３７ａに支持軸３０の下方部が挿通している。支持軸３０の揺動により、Ｙ揺動板３７は固定ブロック３２との取り付け部を中心にしてＹ方向に揺れ動き、その揺動量がＹ軸エンコーダ３９によって検出される。
５は自動欠陥検査装置１００からの各種検査情報を表示するモニタである。７は各種スイッチの配置された操作パネルであり、装置の設定や外部装置（例えば自動欠陥検査装置１００等）との通信用に使用される。
８はマクロステージ３に載置されたウェハＷに観察用の照明光を照射する照明ユニットである。この照明ユニット８は照明光源９、フィルタ回転板１１、フィルタ回転板１１を回転させるフィルタ回転モータ１０を備える。フィルタ回転板１１には、自動欠陥検査装置１００側の検査に使用した照明波長と同じするための複数の波長選択フィルタ１１ａや素通しの開口１１ｂが配置されている。
【００１４】
１５はウェハＷ上の欠陥位置を呈示するためのスポット光源であり、外部に接続された自動欠陥検査装置１００からの情報により、欠陥となったウェハＷの欠陥部位にスポット光を照射（投光）する。光源にはコンパクトに設置できる可視（赤色や緑色）半導体レーザが使用されている。１６はスポット光源１５からのスポット光の照射位置を任意の位置に移動するスポット光源駆動ユニットである。その機構は、マクロステージ３と同様の機構とすることができる。また、スポット光源１５から発せられたスポット光を２つのガルバノミラーによりＸＹ方向に走査する機構とすることもできる。
【００１５】
図７は、自動欠陥検査装置１００の概略構成図である。１０１は照明光学系の光源であるハロゲンランプ、１０２は複数の波長選択フィルタ１０２ａ及び白色照明用の開口を持つ回転板である。波長選択フィルタ１０２ａは、ハロゲンランプ１０１から発せられた白色光を選択的に異なる中心波長を持つ狭帯域光にする。照明波長は、例えば、可視領域の波長範囲で１０数種類に分けた狭帯域光とされる。
【００１６】
回転板１０２はモータ１０３により回転駆動され、所望の波長選択フィルタ１０２ａ又は開口が選択的に光路に配置される。波長選択フィルタ１０２ａ又は開口を通過した光は拡散板１０４によって輝度が均一にな照明光とされる。拡散板１０４を発した照明光は、コリメータレンズ１０５によって略平行とされた後、ＸＹステージ１０６に載せられたウェハＷを照明する。照明光学系により照明されたウェハＷは、ＣＣＤカメラ１１０及びコリメータレンズ１０５を含む撮像光学系により撮像される。ウェハＷからの反射光は、コリメータレンズ１０５によって収束され、ウェハＷのほぼ全面の像が撮像素子を持つＣＣＤカメラ１１０に結像する。
【００１７】
カメラ１１０からの画像信号は画像処理部１２０に入力される。１２０ａはカメラ１１０により得られた画像を記憶するメモリ、１２１は画像表示部、１２２はＸＹステージを移動するステージ駆動部、１２３は自動欠陥検査装置１００の全体を制御する制御部である。画像処理部１２０は、カメラ１１０からの画像信号にＡ／Ｄ変換等の所定の処理を施した後、欠陥検出の画像処理を行う。ウェハＷに形成された繰返しのチップパターンの欠陥は、例えば、隣り合うパターンの画像データを比較処理することにより検出される。明視野照明により波長を変換させた場合、その波長を変化させた複数の画像による波長変化特性をづいて欠陥が検出される。欠陥検出の方法は、本出願人による特開平11-194098号公報、特開2000-258348号公報等を参照されたい。検査情報には、検出された欠陥の位置情報が含まれる。また、照明波長を変化させて検査した場合、検査情報に欠陥が検出される照明波長情報が含まれる。
【００１８】
以上のような構成を備える装置において、その動作を図４の制御系ブロック図を使用して説明する。
まず、自動欠陥検査装置１００で検査したウェハに欠陥となるウエハが検出されたら、ウエハの管理番号（キャリアＮｏ、収納段Ｎｏ等）、照明光の波長、ウエハ上の欠陥部の座標位置、ウエハ上の欠陥部の画像などの検査情報が、自動欠陥検査装置１００からケーブル６０により装置本体１の制御部２０に入力される。制御部２０はその情報をメモリ６４に記憶する。モニタ５上にはウエハの管理番号、照明光の波長、ウエハ上の欠陥部の座標位置が表示される。また、スイッチ７ｄを押すと、自動欠陥検査装置１００で撮影したウエハ上の欠陥部の画像をモニタ５に表示することもできる。自動欠陥検査装置１００からの検査情報は、ウェハＷを選択することにより入力されるようにしても良い。
【００１９】
操作者は、再検査したいウェハＷが収納されているキャリア８０を装置本体１に載置し、操作パネル７上のスイッチ７ｂ、７ｃにより抜き取り段を指定してウェハＷを選択する。
検査するウェハＷを選択した後、スタートスイッチ７ａが押されると、制御部２０は搬送駆動機構６２により、エアピンセット２を駆動してキャリア８０から指定ウェハＷを抜き取る。エアピンセット２はウェハＷをマクロステージ３まで搬送するが、エアピンセット２がウェハＷをマクロステージ３に受け渡す前の時点では、制御部２０はマクロステージ３をマクロステージ上下移動機構６３によりエアピンセット２の高さよりも下げている。そして、受け渡し時にマクロステージ３をエアピンセット２と同じ高さにしてウェハＷを受けとる。その後、マクロステージ３を回転させてアライナユニット７０によりウェハＷの切欠部Ｎ及び偏心量を検出し、ウェハＷの位置を装置に対して所定の位置関係に置く。これにより、制御部２０はウェハＷ上の欠陥位置を管理できる外観検査可能状態にする。
【００２０】
また、制御部２０は、自動欠陥検査装置１００から入力された検査情報の内の照明波長情報に基づいてフィルタ回転モータ１０を回転させ、自動欠陥検査装置１００で検査した時と同じ波長の照明光にすべく、開口１１ｂ又はフィルタ１１ａを照明光路上に切換え配置する。
そして、制御部２０は、スポット光源１５を点灯し、自動欠陥検査装置１００からのウェハＷ上の欠陥部の座標情報を基に、スポット光源駆動ユニット１６を駆動し、ウェハＷの欠陥部にスポット光を照射する。図５に示す様に、欠陥部の形状は、例えば欠陥部１〜３のように様々である。操作者は、その欠陥形状に応じてスポット光の形状をスイッチ７ｅを押すことによって、点状スポット７１、リング状スポット７２、十字状スポット７３等のように切り替えることができる。尚、リング状スポット７２、十字状スポット７３は、スポット光源駆動ユニット１６を高速で駆動し、スポット光を走査することによって行う。
また、操作者は、スポット光が明る過ぎて欠陥部の形状が見にくい場合は、図示なきスイッチを押して、スポット光を消すこともできる。
【００２１】
操作者は、スポット光が照射されているウェハＷ上の欠陥部を観察しやすいようにジョイスティック６を操作して、マクロステージ３を揺動傾斜する。ジョイスティック６のＸ方向の動きはＸ軸エンコーダ３５に、Ｙ方向の動きはＹ軸エンコーダ３９により検出され、それぞれの検出信号は制御部２０に入力される。制御部２０は入力された信号に基づいて、マクロステージ３のＸ軸モ−タ４８、Ｙ軸モ−タ４４をそれぞれ回転駆動する。Ｘ軸モ−タ４８、Ｙ軸モ−タ４４の駆動により、マクロステージ３の支持軸４１は各方向に揺動し、マクロステージ３上のウェハＷはジョイスティック６の操作に合わせて揺動傾斜する。この揺動位置は、各モ−タに取り付けられたＸ軸エンコーダ５１及びＹ軸エンコ−ダ４５により検出されている。
【００２２】
図６に示す様に、ウェハＷ上の欠陥部の位置Ｐ１にスポット光を照射するための角度θ1は、水平に置かれたウェハＷと基準線Ｌとの交点ＱからウェハＷの欠陥部の位置Ｐ１までの距離をｈ、交点Ｑからスポット光源１５の回転中心Ｒまでの距離をｌとして、次式で求められる。
【００２３】
θ1＝arctan(h/l)
ジョイスティック６の操作によりウェハＷが揺動傾斜されると、その傾斜情報に基づいて、スポット光源１５からのスポット光の照射位置が欠陥部に追従するように補正される。例えば、欠陥部の位置Ｐ１は、点Ｄを中心としたウェハＷの傾斜（傾斜角α）により、位置Ｐ２に変化する。位置Ｐ２にスポット光を照射するための角度θ２は、基準線Ｌに対するウェハＷの傾斜角をα、交点Ｑから点Ｄ間での距離をｍとして、次式で求められる。
【００２４】
θ2＝arctan｛(h・cosα-m・sinα)/[(l+m)-(h・sinα+m・cosα)]｝
制御部２０は、ウェハＷの欠陥部の位置Ｐ２にスポット光を移動すべく、スポット光の照射角度θ１をθ２に補正するようにスポット光源駆動ユニット１６を駆動する。制御部２０は上記演算を瞬時に行い、ウェハＷの揺動傾斜による欠陥部の移動にスポット光の移動を追従させている。
【００２５】
１つのウェハＷ上に欠陥部が複数個検出されているときは、スイッチ７ｆを押すことにより、スポット光が照射により呈示される欠陥部が切換わる。ウェハＷ上に複数個の欠陥部がある場合、モニタ５上に表示される欠陥位置を順次マウス等で指定することにより、その選択信号を入力するようにしても良い。
【００２６】
上記発明の装置では、自動欠陥検査装置によって検出されたウェハ上の欠陥部が呈示されるので、目視による欠陥部の特定と検査が容易になる。また、自動欠陥検査装置によって欠陥が検出されたときの照明波長情報に基づいて観察用の照明波長も切換わるので、欠陥を検査しやすくなる。
また、自動欠陥検査装置によって欠陥を検出した時と同一波長の照明光で、欠陥部のみを特定して、操作者が目視により直接観察できるので、その観察情報からウエハが欠陥となった原因が何であるのか確認しやすい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、観察試料における欠陥部のマクロ検査を、効率良く、容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】外観検査装置の概略図である。
【図２】マクロステージの揺動機構を説明する図である。
【図３】ジョイスティック機構を説明する図である
【図４】制御系ブロック図を示す図である。
【図５】ウエハ上の欠陥部に照射するスポット光形状を示す図である。
【図６】ウエハの揺動傾斜によるスポット光の位置補正を示す図である。
【図７】自動欠陥検査装置の概略構成図示す図である。
【符号の説明】
１ 外観検査装置本体
３ マクロステージ
６ ジョイスティック
７ 操作パネル
８ 照明ユニット
９ 照明光源
１０ フィルタ回転モータ
１１ フィルタ回転板
１５ スポット光源
１６ スポット光源駆動ユニット
２０ 制御部
３５ Ｘ軸エンコーダ
３９ Ｙ軸エンコーダ
４４ Ｙ軸モ−タ
４５ Ｙ軸エンコーダ
４８ Ｘ軸モ−タ
５１ Ｘ軸エンコーダ
６０ ケーブル
１００ 自動欠陥検査装置

Claims (1)

1. 載置台に保持された観察試料に照明光を照射する照明手段を有し、観察試料からの反射光により観察試料の欠陥をマクロ観察する外観検査装置において、観察試料上の欠陥位置を呈示するためのスポット光を投光する投光手段と、該投光手段により投光されるスポット光の位置を移動するスポット光移動手段と、観察試料について予め得られた欠陥位置情報を含む検査情報を入力する入力手段と、前記載置台を傾斜させる傾斜手段と、該傾斜手段による観察試料の傾斜状態を検出する傾斜検出手段と、前記入力された欠陥位置情報及び前記傾斜検出手段による検出情報に基づいて前記スポット光移動手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする外観検査装置。

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