JP4255997B2

JP4255997B2 - 半導体ウエハの外観検査装置

Info

Publication number: JP4255997B2
Application number: JP19673798A
Authority: JP
Inventors: 健生鈴木; 光昭萩尾; 一郎盛山
Original assignee: Renesas Technology Corp; Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp; Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1998-06-27
Filing date: 1998-06-27
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2018-06-27
Also published as: JP2000021955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセスにおけるウエハの外観検査装置に関するもので、とくに検査用カメラや顕微鏡のレンズの焦点合わせ、被検査ウエハの位置修正など走査性能の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウエハ外観検査装置における測定器の光学系レンズの焦点合わせには、モニターにて像を確認しながらピントリングを手動にて回転させるマニュアル方式のほか、自動焦点方式としてレンズを前後に動かして像のコントラストが最大になる位置を検出したり、受光素子を用い像の位相差が小さくなる位置を検出して、像の焦点を合わせるなど、測定器側に焦点合わせ機構がついていた。
また、走査方向に対する被検査ウエハの結晶方向あるいはパターン溝方向を合わせるには、Ｘ−ＹテーブルのＸ軸Ｙ軸の２軸の合成を行ったり、ウエハステージを回転方向に駆動する軸を備えているものではモニターを監視しながら位置修正していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ウエハ走査時における、Ｘ−Ｙテーブルの各部品加工組立精度や案内ガイドの精度の誤差を要因とするピッチングやベースのたわみ、あるいはヨーイングによるウエハ走査面の変化に対して、従来のマニュアル方式による測定器の焦点合わせでは、人手による調整のため検査中はつねにモニターを監視していなければならず作業効率が悪く、測定器側の自動焦点合わせでは、像の焦点合わせに時間がかかるため、走査速度があげられず検査時間が増大し、スループットが長くなるなどの問題があった。
また、走査方向に対する検査ウエハの結晶方向あるいはパターン溝の方向あわせは、Ｘ−ＹテーブルのＸ軸Ｙ軸の２軸の合成を行っても、走査によりパターン溝が測定視野からはずれるのを防ぐことはできるが、結晶方向あるいはパターン溝の方向の走査方向に対する傾きそのものは修正することができないなどの問題点があり、ウエハステージを回転方向に駆動する軸を備えているものでも人手による調整のため検査中はつねにモニターを監視していなければならず、作業者はウエハ上の異物や外観不良の検査という本来の作業以外に、被検査ウエハの位置修正も行わなければならないという問題点があった。
そこで、本発明は装置の上下誤差、ヨーイング量、直角度誤差を予め記憶させこれを基に自動的に誤差を補正し移動直線性を一定に保つことにより、走査性能が高く、走査速度が速くかつ、作業効率の高い半導体ウエハの外観検査装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、本発明はＸ軸およびＹ軸にそれぞれ駆動部を有するＸ−Ｙテーブルと、前記Ｘ−Ｙテーブルの最上部に固定され上下方向の駆動と周方向の回転を行なうステージ駆動部と、前記ステージ駆動部の上に固定されたウエハステージと、前記Ｘ−Ｙテーブルおよび前記ステージ駆動部とを制御する制御部と、検査用測定器を備え、前記Ｘ−Ｙテーブルを駆動させて半導体ウエハの全領域を走査しながら、前記ステージ駆動部の上下駆動により前記半導体ウエハと前記検査用測定器との距離を調整し、異物や外観不良を検査する半導体ウエハの外観検査装置において、
前記Ｘ−Ｙテーブルが、ベースと、前記ベース上に配置されたガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブルと、前記Ｘ軸移動テーブル上に配置されたガイドレールに沿ってＸ軸に対して直角なＹ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブルと、前記ベースに埋設された電機子巻線の固定子とＸ軸移動テーブルに埋設されたマグネットで構成されＸ軸移動テーブルを駆動するリニアモータと、前記Ｘ軸移動テーブルに埋設された電機子巻線の固定子とＹ軸移動テーブルに埋設されたマグネットで構成されＹ軸移動テーブルを駆動するリニアモータとをそなえ、
前記ステージ駆動部が、Ｘ軸およびＹ軸に対して直角な上下方向軸で回転可能な回転部を有し、前記Ｙ軸移動テーブル上に固定された回転形モータと、前記回転部に固定された旋回ベースと、前記旋回ベースに設けられ半導体ウエハを上面に載置可能なウエハステージを前記上下方向軸に沿って駆動する上下軸機構部とで構成され、
前記Ｘ軸リニアモータと、Ｙ軸リニアモータと、回転形モータおよび上下軸機構部とを制御する制御部をそなえ、
前記制御部が、前記ベースに対するＸ軸移動テーブルの全可動領域におけるピッチング変化量およびヨーイング変化量と、前記Ｘ軸移動テーブルに対するＹ軸移動テーブルの全可動領域におけるピッチング変化量およびヨーイング変化量と、前記Ｘ軸とＹ軸との直角度のずれ量とをあらかじめ記憶し、
走査時に、前記半導体ウエハの中心と検査用測定器との走査高さが一定になるように前記ピッチング変化量に基づいた補正量を前記上下軸機構部に指令し、前記半導体ウエハの中心がＸ軸およびＹ軸に沿って直進するよう前記ヨーイング変化量に基づいた補正量を前記Ｘ軸リニアモータおよびＹ軸リニアモータに指令し、前記検査用測定器に対する半導体ウエハの結晶方向あるいはパターン溝の方向が一定になるよう前記直角度のずれ量に基づいた補正量を回転形モータに指令するようにしている。
上記手段により、走査時におけるＸ−Ｙテーブルの任意の位置において、あらかじめ把握しておいた調整量だけ、走査動作指令時にウエハステージが自動的に上下し、Ｘ軸Ｙ軸互いのヨーイング分の補正を行い、半導体ウエハの結晶方向やパタ−ン溝方向に対して微動回転補正するので、操作面高さや走査移動直線性が一定となり、半導体ウエハと測定器までの距離を一定にすることができ、操作方向に対する半導体ウエハの結晶方向あるいはパタ−ン溝の方向を一定に保つことができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。
図１は、Ｘ−Ｙテーブルとステージ駆動部の斜視図、図２は半導体ウエハの外観検査装置の側面図である。
図において、１はＸ−Ｙテーブル、２はステージ駆動部、３はウエハステージ、４は半導体ウエハである。Ｘ−Ｙテーブル１はベース１１、Ｘ軸移動テーブル１３、Ｙ軸移動テーブル１５からなる。ベース１１の上にＸ軸ガイドレール１２が固定されている。Ｘ軸ガイドレール１２にはめ合うガイドブロック（図示していない）上に、Ｘ軸移動テーブル１３が固定されている。ベース１１とＸ軸移動テーブル１３はリニアモータとなっており、電機子巻線を備えた固定子がベース１１に、マグネットを備えた移動子がＸ軸移動テーブル１３に埋設してあり、Ｘ軸移動テーブル１３は、Ｘ軸ガイドレール１２により案内されＸ軸方向に移動できる。Ｘ軸移動テーブル１３上には、Ｘ軸ガイドレール１２に直交した方向にＹ軸ガイドレール１４が固定されており、Ｙ軸ガイドレール１４にはめ合うガイドブロック（図示していない）上に、Ｙ軸移動テーブル１５が固定されている。
【０００６】
Ｘ軸移動テーブル１３とＹ軸移動テーブル１５にはリニアモータとなっており、Ｘ軸移動テーブル１３は移動子とともに電機子巻線を備えた固定子が埋設してあり、Ｙ軸移動テーブル１５にはマグネットを備えた移動子が埋設してある。
Ｙ軸移動テーブル１５は、Ｙ軸ガイドレール１４により案内されＹ軸方向に移動できるとともに、Ｘ軸の動作によりＸ軸方向にも移動できる。
ステージ駆動部２はＹ軸移動テーブル１５の上に回転形モータ２１を固定し、その回転部の先端に旋回ベース２２が固定されており、旋回ベース２２上に、上下軸機構部２３があり、その上部にウエハステージ３を設けている。
従って、ウエハステージ３は、Ｘ−Ｙ軸方向に移動できるとともに回転動作および上下動作ができるようになっていて、このウエハステージ３の上に半導体ウエハ４を載せるようになっている。ウエハステージ３に対向した位置に検査用測定器５２が測定器ベース５１に固定して配置してある。
【０００７】
つぎに、動作について述べる。図３は上下方向に補正を行う状況を示した側面図、図４はＹ軸方向に補正を行う状況を示した側面図、図５はＸ軸方向に補正を行う状況を示した側面図である。
(1)走査高さＨの補正を行う。図３において、Ｌ _H0は補正を行わない時の半導体ウエハ４の中心の軌跡、Ｌ_H1は補正を行った時の半導体ウエハ４の中心の軌跡、Ｒ_Hは任意の点における上下方向の補正量、Ｗ_H1は補正を行った時の半導体ウエハ４の位置、Ｓ_H1は補正を行った時のウエハステージ３の位置、Ｗ_H0は補正を行なわない時の半導体ウエハ４の位置、Ｓ_H0は補正を行わない時のウエハステージ３の位置である。半導体ウエハ４は、Ｘ−Ｙテーブル１によって走査されるが、Ｘ−Ｙテーブル１を構成する各部品の加工組立精度や案内ガイドの精度の誤差を要因とするピッチングや移動物の位置によるベースのたわみあるいは自重によるベースのたわみにより軌跡Ｌ _H0が変化する。この変化量を予め測定し、図示しない制御器側にデータテーブルとしてもたせておき、Ｙ軸移動テーブル１５の走査時に検査用測定器５２の焦点距離が一定になるようにプログラムしてある動作指令によってウエハステージ３を図３のように上下させる。このようにすると、走査高さＨは軌跡Ｌ _H1のように一定になる。
【０００８】
▲２▼Ｘ軸およびＹ軸のヨーイングの補正を行う。
図４、図５において、Ｌ_X0, Ｌ_Y0は補正を行わない時の半導体ウエハ４の中心の軌跡、Ｌ_X1, Ｌ_Y1は補正を行った時の半導体ウエハ４の中心の軌跡、Ｒ_Yは任意の点におけるＹ軸方向の補正量、Ｗ_X0, Ｗ_Y0は補正を行なわない時の半導体ウエハ４の位置、Ｓ_X0, Ｓ_Y0は補正を行なわない時のウエハステージ３の位置、Ｗ_X1, Ｗ_Y1は補正を行った時の半導体ウエハ４の位置、Ｓ_X1, Ｓ_Y1は補正を行った時のウエハステージ３の位置、Ｒ_Yは任意の点におけるＹ方向の補正量、Ｒ_Xは任意の点におけるＸ方向の補正量である。
前述の走査高さの補正と同様にＸ軸のヨーイング分を、予め測定し、図示しない制御器側にデータテーブルとして記憶させておく。そうするとＹ軸移動テーブル１５の走査時に一定になるようにプログラムしてある動作指令によってウエハステージ３をヨーイングなく直進させることができる。
Ｙ軸のヨーイング分は図５のように上記と同様にＸ軸で補正させる。このようにするとヨーイングを生ずることなく直進させることができる。
【０００９】
▲３▼Ｘ軸とＹ軸との直角度のずれの補正を行う。
Ｘ軸とＹ軸の直角度がずれている場合、ウエハステージ３の任意の位置における走査方向に対する半導体ウエハ４の結晶方向あるいはパターン溝の方向がずれていくことに対しても、その直角度の誤差を事前に把握し、図示しない制御器側にデータテーブルとしてもたせておき、Ｙ軸移動テーブル１５の走査時に走査方向に対する半導体ウエハ４の結晶方向あるいはパターン溝の方向が一定になるようにプログラムしてある動作指令によってウエハステージ３を回転軸モータ２１により微動回転させて方向を修正する。このようにすると直角度のずれがなく走査させることができる。
【００１０】
このように、走査高さが一定となるため、移動直線性の走査性能が向上し、測定器側による焦点合わせは不要となり、走査速度が向上できる。さらに、スループットを向上することができるうえ、走査方向に対する半導体ウエハの結晶方向あるいはパターン溝の方向を一定にするため、作業者によるウエハの位置修正は不要となり、ウエハ上の異物や外観不良の検査作業に集中することができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば装置の上下誤差、ヨーイング量、直角度誤差を予め記憶させこれを基に自動的に誤差を補正し移動直線性を一定に保つようにしたので、移動直線性の走査性能が向上し、走査速度を上げることができ、さらに作業効率を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ−Ｙテーブルとステージ駆動部の斜視図である。
【図２】本発明の半導体ウエハの外観検査装置の側面図である。
【図３】本発明による上下方向に補正を行う状況を示した側面図である。
【図４】本発明によるＹ方向に補正を行う状況を示した側面図である。
【図５】本発明によるＸ方向に補正を行う状況を示した側面図である。
【符号の説明】
１：Ｘ−Ｙテーブル
１１：ベース
１２：Ｘ軸ガイドレール
１３：Ｘ軸移動テーブル
１４：Ｙ軸ガイドレール
１５：Ｙ軸移動テーブル
２：ステージ駆動部
２１：回転形モータ
２２：旋回ベース
２３：上下軸機構部
３：ウエハステージ
４：半導体ウエハ
５：検査装置
５１：測定器ベース
５２：検査用測定器
Ｌ_H0，Ｌ_X0, Ｌ_Y0：半導体ウエハ中心の軌跡（補正前）
Ｌ_H1，Ｌ_X1, Ｌ_Y1：半導体ウエハ中心の軌跡（補正後）
Ｗ_H0，Ｗ_X0, Ｗ_Y0：半導体ウエハの位置（補正前）
Ｗ_H1，Ｗ_X1, Ｗ_Y1：半導体ウエハの位置（補正後）
Ｓ_H0，Ｓ_X0, Ｓ_Y0：ウエハステージの位置（補正前）
Ｓ_H1，Ｓ_X1, Ｓ_Y1：ウエハステージの位置（補正後）
Ｒ_H，Ｒ_X, Ｒ_Y：任意の点の補正量

Claims

Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ駆動部を有するＸ−Ｙテーブルと、前記Ｘ−Ｙテーブルの最上部に固定され上下方向の駆動と周方向の回転を行なうステージ駆動部と、前記ステージ駆動部の上に固定されたウエハステージと、前記Ｘ−Ｙテーブルおよび前記ステージ駆動部を制御する制御部と、検査用測定器を備え、前記Ｘ−Ｙテーブルを駆動させて半導体ウエハの全領域を走査しながら、前記ステージ駆動部の上下駆動により前記半導体ウエハと前記検査用測定器との距離を調整し、異物や外観不良を検査する半導体ウエハの外観検査装置において、
前記Ｘ−Ｙテーブルが、ベースと、前記ベース上に配置されたガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブルと、前記Ｘ軸移動テーブル上に配置されたガイドレールに沿ってＸ軸に対して直角なＹ軸方向に移動可能なＸ軸移動テーブルと、前記ベースに埋設された電機子巻線の固定子とＸ軸移動テーブルに埋設されたマグネットで構成されＸ軸移動テーブルを駆動するリニアモータと、前記Ｘ軸移動テーブルに埋設された電機子巻線の固定子とＹ軸移動テーブルに埋設されたマグネットで構成されＹ軸移動テーブルを駆動するリニアモータとをそなえ、
前記ステージ駆動部が、Ｘ軸およびＹ軸に対して直角な上下方向軸で回転可能な回転部を有し、前記Ｙ軸移動テーブル上に固定された回転形モータと、前記回転部に固定された旋回ベースと、前記旋回ベースに設けられ半導体ウエハを上面に載置可能なウエハステージを前記上下方向軸に沿って駆動する上下軸機構部とで構成され、
前記Ｘ軸リニアモータと、Ｙ軸リニアモータと、回転形モータおよび上下軸機構部とを制御する制御部をそなえ、
前記制御部が、前記ベースに対するＸ軸移動テーブルの全可動領域におけるピッチング変化量およびヨーイング変化量と、前記Ｘ軸移動テーブルに対するＹ軸移動テーブルの全可動領域におけるピッチング変化量およびヨーイング変化量と、前記Ｘ軸とＹ軸との直角度のずれ量とをあらかじめ記憶し、
走査時に、前記半導体ウエハの中心と検査用測定器との走査高さが一定になるように前記ピッチング変化量に基づいた補正量を前記上下軸機構部に指令し、前記半導体ウエハの中心がＸ軸およびＹ軸に沿って直進するよう前記ヨーイング変化量に基づいた補正量を前記Ｘ軸リニアモータおよびＹ軸リニアモータに指令し、前記検査用測定器に対する半導体ウエハの結晶方向あるいはパターン溝の方向が一定になるよう前記直角度のずれ量に基づいた補正量を回転形モータに指令することを特徴とする半導体ウエハの外観検査装置。