JP5085953B2

JP5085953B2 - 表面検査装置

Info

Publication number: JP5085953B2
Application number: JP2007042241A
Authority: JP
Inventors: 裕史東; 哲也渡邉; 健二愛甲
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2007256272A

Description

本発明は、被検査物の表面に存在する異物、きず、欠陥、汚れ等（以下、これらを総称して異物と称す）を光学的に検査する表面検査装置に関する。例えば、シリコンウエハ、半導体ウエハ、ガラス基板等の板状に形成された被検査物の端部を観察、検査する技術に関する。

半導体ウエハの表面を検査する表面検査装置は、例えば、特開２００５−１５６５３７号公報（特許文献１）に示される。

ウエハ表面検査装置は、レーザ光等の光ビームを半導体ウエハの表面へ照射して、半導体ウエハの表面で発生した反射光又は散乱光を受光素子で検出することにより、半導体ウエハの表面に存在する異物を検出する。

ウエハの表面を検査できる領域は、表面にパターンが形成されているか否かに係わらず、ウエハ端部を除く領域である。ウエハ端部とは、シリコンウエハを板状に形成する際の、角度をもってカットされたエッジ部分と、チップが完全に形成されてない周辺部とを含む領域を指す。

ウエハ端部のエッジ部分は、表面に対して角度を持っているため、エッジ部分に照射された光の反射光又は散乱光は、受光素子に入力されない。

また、チップが完全に形成されていない周辺部は、膜残り、膜はがれ等が多く、照射された光の反射光または散乱光は、強い乱反射を起こし、表面検査装置の検出感度を低下させる。

このため、従来の検査領域はウエハ端部の領域を除いた設定であった。

しかし、ウエハの大口径化によって、ウェハ外周ぎりぎりまで有効なチップを形成することが可能となってきた。そのため、ウエハ端部の膜残りや膜はがれ等は、ウエハ表面の異物となる可能性が高まり、歩留まりに大きく影響するようになってきている。

特開２００５−１５６５３７号公報

従来、表面検査装置で検出した不良ウエハ表面の異物は、それが異物か、若しくはウエハ端部の荒れの影響によるものかを確認する手段として、光学顕微鏡で観察、比較し、原因（因果関係）を調査していた。

このため、原因究明には莫大な時間が掛かり、プロセスへのフィードバックが遅れる原因となっていた。このプロセスへのフィードバックの遅れによって、歩留まり改善への対応が遅れ、不良品を多量に製造するという課題があった。

本発明は上述した課題に対処して、不良が発生したウエハの端部の状態をプロセス全体にわたって容易に観察、追跡ができる機能を有する表面検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、ウエハ外周部を検査するウエハ表面検査装置において、ウエハ外周部の画像を撮るレンズ系およびＣＣＤカメラと、撮った画像データを記憶する記憶手段と、記憶装置に記憶されている画像データを表示する表示手段とを有することを特徴とする。

更に、具体的に述べると、本発明はプリアライメント部に載せてウエハを回転させ、ウエハのオリエンテーションフラット部あるいはノッチ部の位置合わせを行う部位に、レンズ系とＣＣＤカメラにより、ウエハ端部の外周１週分の画像を記録し、記憶装置に取り込み、ＣＲＴ上に表示させる機能を有することを特徴とする。

本発明の一つの特徴によれば、ウエハの端部の状態を全体にわたって容易に観察できる。

また、本発明の他の特徴によれば、歩留まりに影響するウエハ端部の状態を表面の検査結果と関連付けて容易に解析することができ、不良発生時のプロセスへのフィードバックを迅速に行える。

また、本発明のその他の特徴によれば、プロセス間の状態を監視することにより、ウエハ端部の異物起因の不良を未然に防ぐことができる。

本発明の表面検査装置は、半導体ウェハや絶縁体ウェハ（例えば、サファイアガラスウェハ，石英ガラスウェハなど）、若しくは液晶パネル表示装置用ガラス基板などの平板状の被検査物へ適用できる。

以下の実施例では、半導体ウェハの表面検査に適用した実施例について、図面を引用して説明する。

図１は、本発明の実施例１の表面検査装置の構成を示す図である。

図２は、本発明の実施例１の表面検査装置のハード的な構成を示すブロック図である。

図１及び図２に示す本実施例の検査装置は、ウェハ１００（被検査物）の異物を検査する表面検査装置１と、異物の検査データとウエハ１００における端部３の画像データとを関連付けて情報処理を行う制御部１０と、上位管理装置や他の検査装置、若しくは製造装置のパーソナルコンピュータ（情報処理装置）１２にデータを送信するＬＡＮ１１などから構成される。

表面検査装置１のプリアライメント部２には、ウエハ１００の端部３を照明する光源４と、端部３の画像を拡大するレンズ系５と、画像を電気信号に変換する１次元のＣＣＤカメラ６が配設されている。

プリアライメント部２に配設されたＣＣＤカメラ６は、ウェハカセット（図省略）やポッド（図省略）より搬出されたウェハ１００がプリアライメント部２にてプリアライメントされる過程で、端部３の画像データを採取する。

採取された画像データは制御部１０へ送信され、ウェハ１００の異物検査と関連付けて制御部１０に記憶される。ウエハ１００の表面検査実施と同時にウエハ端部の画像を記録できるため、検査装置のスループットを高速化することができる。

記録された端部３の画像データは、ＣＲＴ等の表示装置（表示手段）に１画像ないしは、複数画像を表示させることができる。

本実施例には、表面検査装置１とは別に配設された制御部１０を有する。

制御部１０は、ＣＣＤカメラ６からの電気信号を取り込み、記憶装置７（記憶手段）へ記録する画像データを送る画像インターフェース基板８と、画像の取り込みタイミングを表面検査装置との通信により制御するＩ／Ｏインターフェース基板９と、ＣＣＤカメラ６が撮像した画像データを各種プログラムで演算処理する演算部１１０を有する。

制御部１０は、ウエハ１００の表面検査時と略同時に、ウエハ１００外周１週分の端部３の画像データを採取し、ウエハ１００のロットＮｏ．やスロットＮｏ．等などの管理情報に基き、検査したウエハ１００の表面検査結果と関連付けて制御部１０の記憶装置７に記録する。

なお、撮像する端部３の幅はウェハ１００の最外周から１〜８ｍｍの範囲で制御することができる。撮像幅を小さくするに従い採取するデータ容量が小さくなり、情報処理を高速化することが出来る。

しかし、ウエハ１００の偏心などにより、端部３の異物の検出に、漏れを生じるようになる。逆に撮像幅を大きくした場合には、データ容量の上限から、画素サイズを大きくする必要がある。

その結果、解像度が低下して端部３の異物の検出に、漏れを生じるようになる。ウエハ１００の偏心の影響と解像度の低下を抑制しながら端部３の異物を検出する上で、２〜５ｍｍが好ましく、さらには３〜４ｍｍの幅が望ましい。

また、撮像する画素サイズは４〜１６μｍ^２の範囲で制御することが出来る。画素サイズを小さくするほど微細な異物を検出可能となる。

しかし、受光光量の減少により端部３の異物の識別が困難となり、端部３の異物の検出に漏れを生じるようになる。

また、採取するデータ容量の増加により情報処理の速度も低下する。受光光量の減少の影響を抑制しながら微細な端部３の異物を検出する上で、４〜８μｍ^２が好ましく、さらには７〜８μｍ^２の画素サイズが望ましい。

記録された画像データは、上記制御部１０のＣＲＴ（表示手段）の画面上や上記制御部１０とは別の場所に載置された複数のパーソナルコンピュータ１２から見ることができる。

制御部１０とＬＡＮ１１を経由して接続された複数のパーソナルコンピュータ１２は、ＣＲＴ（表示手段）の画面上に表示したウエハ端部３の画像を、ロット単位の一括表示や工程単位表示などへの情報表示指示手段から任意に選択することにより、リスト形式やサムネイル形式などで複数表示１３をすることができる（複数画像表示手段）。

複数表示１３の画像は、パーソナルコンピュータ１２のキーボードあるいはマウスなどの操作（入力手段）により、画像の拡大や縮小、表示画像領域の左右上下へのスクロール、指定領域の拡大表示、記憶装置７又は外部メディア（磁気、光磁気、光、半導体などを利用した記憶媒体）への保存、ＬＡＮ１１を介した複数のパーソナルコンピュータ１２へのデータ配信などの画像編集（画像編集手段）や情報操作（情報操作手段）をすることができる。

また、記憶装置７に保存された画像は、ＬＡＮ１１を介して制御部１０に接続することによって、複数のパーソナルコンピュータ１２から見ることができる。

この画像編集や画像操作は、操作者がストレスを感じずに、自在に行うことができる。

なお、スクロール時は、複数表示画像の各ウエハ１００間の位置関係を維持しながら、画像を略同時にスクロールすることができる。

図１に示す複数表示１３は、重なったロット単位分（２５枚分）のウエハ１００の端面端部３を表示した一例である。

この画像は、ウエハ１００一周分のデータが保存されており、ウエハ１００の端部３状態を全体にわたって容易に観察することができる。

また、複数表示１３の下図は、指定領域を拡大表示した画面であり（画面拡大表示手段）、一例として重なった三枚のウエハ１００の端部３を示している。

複数表示１３では、各ウエハ１００の端部３の位置情報に基いて、ノッチ位置を基点に、各ウエハ１００間の位置関係が調整されて表示される。

ウエハ１００の表面検査が、所定とは異なる位置に載置されて行われた場合を想定し、任意のウエハ１００ないし全てのウエハ１００を、入力手段を介して指示された指定位置へと移動させて表示させることもできる。

図１の拡大表示図面では、ウエハ１００の端部３に設けたノッチ部を揃えて表示した一例を示している。

この拡大表示画面は、入力手段を介して演算部１１０へ指示することにより（表示枚数指示手段）、１枚から２５枚までの指定枚数表示を行うことができる（指定枚数表示手段）。

この複数表示１３や拡大表示図面の表示は、プログラム（ソフトウェア）を用いて作られる。ＣＣＤカメラ６が撮った画像データは、ウエハ１００一枚毎の端部３の面画像データである。

この一枚毎の画像データをプログラム（ソフトウェア）に従って演算部１１０（ＣＰＵ）での演算処理を実行し、ノッチ部の位置関係を揃えて重なる積層形式や重畳形式、若しくはサムネイル形式などのウエハ１００の画面が作られる。

ウエハ１００の表面検査と端部３検査の二つの検査は、表面検査装置１における一連の処理ステップの中で連続的に行われる（シリアル処理）。

一方の端部３検査はウエハ１００の搬送過程で、プリアライメント処理と略同時に並行処理され、端部３検査による表面検査への処理の律速を抑止する。よって、二つの検査を実行しながらも、多数のウエハ１００をまとめて検査できるので、検査処理を高速の状態で維持し、スループットの低下を抑制することができる。

また、各ウエハ１００のノッチ部の位置関係を揃えて表示するので、比較検査を容易にできる。この比較検査の機能は、プロセス間の状態の監視漏れを抑制し、ウエハ端部３の異物起因の不良を未然に防ぐことができる。

また、図示は省略するが、端部３を斜めから見た状態で、端部３の画像を順次一定の間隔でずらして重ね合せた表示も可能である。種々のプログラムソフトを用意することにより、多様な検査に対応できる。

図３は、表面検査装置１がＣＲＴ上あるいはプリンタ上に出力するウエハ１００上の検出異物の分布を表す図（以下異物マップ１４と称する）と、ＣＣＤカメラ６で記録した端部画像１４０を重ね合わせた異物マップ１５の一例を示した図である。

この表面検査と端部３検査の並示や併せた表示（併置手段）もプログラムソフトにより行われる。

検査後のレヴューにおいて、ウエハ１００の端部３画像の観察結果を、ウエハ１００上の位置情報と関連付けて、画像を表面検査結果の異物マップ１４に埋め込むことにより、表面検査結果と関連づけてウエハ１００の端部３の状態を管理することができる。

この表面検査と端部３検査の重ね合わせ機能により、歩留まりに影響するウエハ端部の状態を表面検査結果と関連付けて容易に解析することが可能となり、不良発生時のプロセスへのフィードバックを迅速に行うことができる。

実施例２について、図４を引用して説明する。

図４は、本発明を実現するためのレンズ系とカメラと照明系の構成を示す図である。

実施例２の形態は、照明光を発生させる光源４と、照明光をウエハ１００端部３の周辺部に照明する落射照明１６と、ウエハ端部３のエッジ部を照明するリング照明１７と、リング照明１７の照明光を反射、拡散させてエッジ部の照度を上げる反射板１８と、ウエハ１００の端部３画像を拡大するレンズ系５と、撮像した画像を電気信号に変換するＣＣＤカメラ６で構成される。

実施例１との相違点はウエハ１００の端部３に、エッジ部を照明するリング照明１７の光学系を追加すると共に、落射照明光を集光する反射板１８を配設して、照度を向上し、解像度を改善した点である。

実施例３について、図５を引用して説明する。

実施例３の形態は、照明光を発生させる光源４と、照明光をウエハ１００端部３の周辺部に照明する落射照明１６と、ウエハ１００の端部３のエッジ部へラインファイバ１９を介して照明光を照明するシリンドリカルレンズ２０と、ウエハ１００の端部３画像を拡大するレンズ系５と、撮像した画像を電気信号に変換するＣＣＤカメラ６で構成される。

実施例１及び実施例２との相違点は、ウエハ１００端部３のエッジ部の照明をラインファイバ１９とシリンドリカルレンズ２０で構成した点にある。

これにより、エッジ部の光学系の照射位置の調整を容易とし、端部３への照射条件を適正な設定にすることができる。

実施例４について、図６を引用して説明する。

実施例４の形態は、照明光を発生させる光源４と、照明光をウエハ１００端部３の周辺部に照明する落射照明１６と、ウエハ１００の端部３のエッジ部へラインファイバ１９とシリンドリカルレンズ２０を介して照明光を照明する複数の照明光学系と、ウエハ１００の端部３画像を拡大するレンズ系５と、撮像した画像を電気信号に変換するＣＣＤカメラ６で構成される。

実施例１と実施例２及び実施例３との相違点は、ラインファイバ１９の照度を向上するために、エッジ部のカーブに合わせて複数に分けて構成した点である。

これにより、エッジ部の光学系の照射位置を分割して調整することが可能となり、端部３への照射条件を最適な設定にすることができる。

実施例５について、図７を引用して説明する。

実施例５の形態は、照明光を発生させる光源４と、照明光をウエハ１００端部３の周辺部に照明する落射照明１６と、ウエハ１００の端部３のエッジ部へ照明光を照明する半円状のラインファイバ１９とシリンドリカルレンズ２０からなる照明光学系と、ウエハ１００の端部３画像を拡大するレンズ系５と、撮像した画像を電気信号に変換するＣＣＤカメラ６で構成される。

実施例１ないし実施例４との相違点は、ラインファイバ１９の照度を向上するために、エッジ部のカーブに合わせて、ラインファイバ１９とシリンドリカルレンズ２０を半円状にして構成した点である。

連続した照射光をエッジ部のカーブに合わせて照射することにより、照度効率が更に向上し、端部３からの反射散乱光の向上により、解像度を改善することができる。

以上、半導体デバイスの製造に係わる半導体ウェハの表面検査装置を一例として説明したが、本発明の技術は半導体ウェハに限定されるものではなく、ガラス基板、ＡＬＴＩＣ基板、サファイヤ基板、ディスク基板などにも適用することができる。

材質の如何を問わず、平板状の基板であれば適用可能である。

また、表面検査装置に限らず、異物検査装置、欠陥検査装置、ディスク検査装置、外観検査装置、マスク検査装置、ベベル検査装置などへも適用することができる。

さらに、半導体デバイス製造工程の他、ハードディスク、液晶表示装置、マスクのセンサーなどの様々な製造工程に適用することができる。

本発明の実施例１に係わる説明図である。本発明の実施例１に係わるブロック図である。本発明の実施例１に係わるもので、表面検査装置の検査結果マップを示す図である。本発明の実施例２に係わるもので、照明光学系を示す図である。本発明の実施例３に係わるもので、照明光学系を示す図である。本発明の実施例４に係わるもので、照明光学系を示す図である。本発明の実施例５に係わるもので、照明光学系を示す図である。

符号の説明

１…表面検査装置、２…プリアライメント部、３…ウエハ端部、４…光源、５…レンズ系、６…ＣＣＤカメラ、７…記憶装置（記憶手段）、８…画像インターフェース基板、９…Ｉ／Ｏインターフェース基板、１０…制御部、１１…ＬＡＮ、１２…パーソナルコンピュータ、１３…複数表示、１４…異物マップ、１５…融合させた異物マップ、１６…落射照明、１７…リング照明、１８…反射板、１９…ラインファイバ、２０…シリンドリカルレンズ、ウェハ１００。

Claims

被検査物の表面検査と被検査物の外周側の端部検査をする表面検査装置において、
前記被検査物に対してプリアライメントを行うプリアライメント部と、
前記プリアライメント部内に配置された前記端部検査のためのレンズ系及びＣＣＤカメ
ラと、
前記表面検査は前記プリアライメント部によってプリアライメントされた前記被検査物
に対して行われ、
さらに、前記表面検査と前記端部検査とはシリアルに行われ、
前記表面検査結果と前記端部検査結果とを管理情報に基づいて関連付け記憶し、前記Ｃ
ＣＤカメラにより得られた画像、及び前記表面検査結果を前記被検査物の位置情報に関連
付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記ＣＣＤカメラにより得られた画像、及び前記表面検査結
果を前記被検査物の位置情報に関連付けて表示する表示手段と、を有し、
前記端部の周辺部とエッジ部を照明する照明光学系は、前記エッジ部を照らす反射板を
有し、
前記エッジ部を照明する照明光学系は、ラインファイバを含むことを特徴とする表面検
査装置。
被検査物の表面検査と被検査物の外周側の端部検査をする表面検査装置において、
前記被検査物に対してプリアライメントを行うプリアライメント部と、
前記プリアライメント部内に配置された前記端部検査のためのレンズ系及びＣＣＤカメ
ラと、
前記表面検査は前記プリアライメント部によってプリアライメントされた前記被検査物
に対して行われ、
さらに、前記表面検査と前記端部検査とはシリアルに行われ、
前記表面検査結果と前記端部検査結果とを管理情報に基づいて関連付け記憶し、前記ＣＣＤカメラにより得られた画像、及び前記表面検査結果を前記被検査物の位置情報に関連付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記ＣＣＤカメラにより得られた画像、及び前記表面検査結果を前記被検査物の位置情報に関連付けて表示する表示手段と、を有し、
前記端部を撮した個々の被検査物の前記画像データを前記記憶手段に記憶し、前記画像データを演算処理して重ねられた前記端部の端面を表示することを特徴とする表面検査装置。
請求項２記載の表面検査装置において、
個々の被検査物の前記端部に設けたノッチ部を揃えて表示することを特徴とする表面検査装置。