JP5314369B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程、液晶表示素子製造工程プリント基板製造工程等において発生する異物等の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。

半導体製造装置および欠陥検査装置においては、被検査基板（例えばウエハ）への異物付着を防ぐためにクリーンルームに設置されている。

半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、装置内をより高いクリーン環境とするために、ミニエンバイロンメント方式（局所クリーン環境）が採用されているものがある。

なお、この種の装置として関連するものには例えば特許文献１、特許文献２に記載された技術がある。

特開２００６−３５２０９９号公報 特開２００６−１２８５５９号公報

半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、半導体製造装置および欠陥検査装置においては、被検査基板への異物仕様（搬送による異物付着数, ＰＷＰ：Particles Per Wafer Passなど）がますます厳しくなっている。

一方、スループットを向上させるために、被検査基板の搬送速度を上げる（搬送ロボット、ステージの高速化）など、装置内においては気流の乱れにより被検査基板への異物が付着するリスクが高まっている。

このため、被検査基板への異物付着防止対策を確保する必要がある。

一方、光学系が温度上昇すると、素子の特性等に影響を及ぼし、検査精度が低下する可能性がある。今後、ウエハが微細化される傾向にあり、検査精度も向上する必要があることから、光学系の温度上昇対策も考慮する必要がある。ここで、光学系の温度上昇抑制にための別個の機構等を設けることは装置の大型化に繋がるため、適切ではない。

本発明の目的は、装置の大型化を伴うことなく、被検査基板への異物の付着を抑制すると共に光学系の冷却が可能な欠陥検査装置を実現することである。

本発明は、上記目的を達成するために例えば次のように構成される。

本発明による欠陥検査装置は、被検査基板が配置される基板配置台と、上記基板配置台に配置された基板上に光を照射し、上記基板からの反射光または散乱光を検出する光学系を覆う光学系筐体と、上記光学系筐体及び上記基板配置台を覆う検査部筐体と、上記検査部筐体の内部に外気を導入する外気導入手段と、上記検査部筐体の内側面と、上記光学系筐体の外側面とにより形成され、上記外気導入手段から導入された外気を上記基板配置台に導入する気流通路とを備える。

本発明によれば、装置の大型化を伴うことなく、被検査基板への異物の付着を抑制すると共に光学系の冷却が可能な欠陥検査装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１〜図７を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置の概略構成を示した平面図である。図１において、欠陥検査装置は、被検査基板１が収納されたキャリア５６と、キャリア載置部５５と、検査部１０と、キャリア載置部５５と検査部１０との間で被検査基板１の搬送を行う搬送装置５０と、操作部４００と、電源部６０と、画像処理装置６２とを備えている。

被検査基板１は搬送装置５０により、キャリア５６から取り出され、検査部１０へ搬送される。検査部１０において検査を実施し、検査終了後、搬送装置５０により取り出し、キャリア５６へ収納する。

図２は、本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置の搬送部装置５０及び検査部１０の概略断面図である。

図２において、搬送装置５０は、上部にファンとフィルタ（清浄手段）を備えたファンフィルタユニット（外気導入手段）１６ａが設けられており、搬送装置５０内は、ファンフィルタユニット１６ａから清浄空気のダウンフロー（気流２９ａ）により、外部よりも陽圧および清浄な雰囲気を保っている。

搬送装置５０内部には被検査基板１を保持可能な搬送アーム５２を備えた搬送機構５１と、被検査基板１のアライメント機構（図示せず）と、除電機構（図示せず）が設けられている。除電機構は、例えばアライメント機構の上部または、搬送機構５１の上部に設けられ、アライメント処理中または搬送中に除電処理が可能である。搬送装置５０は、複数のキャリア載置部５５を取付け可能な構成となっている。

検査部１０は、ミニエンバイロメント構造となっており、除振台（基板配置台）２０と、ステージ部３００と、光学系４０と、検出部筐体１５とを備えている。検出部筐体１５の上部にファンとフィルタ（清浄手段）を備えたファンフィルタユニット（外気導入手段）１６ｂが設けられている。検査部筐体１５内は、ファンフィルタユニット１６ｂからの清浄空気ダウンフロー（気流２９ｂ）により、外部より陽圧で清浄な雰囲気を保っている。

光学系４０は、後述する照明光学系１００と、検出光学系２００とを有し、これら照明光学系１００及び検出光学系２００は、光学系筐体４０８内に配置されている。除振台２０の上には、光学系４０およびステージ３００が配置されている。

光学系筐体４０８の一側壁（側面）４０ａは、検出部筐体１５の一内壁面部（側面）と対向して互いに略平行となり、第１気流通路を形成している。また、光学系筐体４０８の底面は、除振台２０の上面部（ステージ部３００が配置される面）に対向して互いに略平行となり、第２気流通路を形成している。第１気流通路と第２気流通路は互いに連通している。第２気流通路を形成する、光学系筐体４０８の底面及び除振台２０の上面部とは、ステージ部３００に配置された被検査基板１の半径方向と互いに略平行となる。そして、除振台２０の一側面部と検査部筐体１５の内壁面部とは対向して互いに略平行となり、第３気流通路を形成している。

清浄空気は、第１気流通路を通過する気流２９ｃ→第２通路を通過する気流２９ｄ→第３気流通路を通過する気流２９ｅに流れる。つまり光学系４０の光学系筐体４０８の側面から、光学系筐体４０８の底面部と除振台２０の上面とにより形成される空間１９である空気通路に位置されたステージ部３００を経由し、除振台２０に形成された開口部２７より装置外側へ排気される。

図２に示すように、除振台２０（ステージ、光学系を含）と検出部筐体１５とは分離構造であり、ファンフィルタユニット１６ｂの振動など、検出部筐体１５からの振動がステージ３００、光学系４０に伝達しないようになっている。

検出部筺体１５の搬送装置５０側の側壁には、開閉可能なシャッター２２を備え、被検査基板１を搬送するための搬送口が設けられている。被検査基板１の検査中、搬送口はシャッター２２により閉じられ、検査に使用する光が外部に漏れるのを防ぐことができる。

光学系筐体４０８の側面はカバーにて覆われ、検査に使用する光が外部に漏れるのを防ぐことができる。また、このカバーにより光学系筐体４０８内の異物が外部に飛散するのを防止することができる。光学系筐体４０８の上面にもカバーを施し、密閉構造としてもよい。

光学系筐体の側壁４０ａと検出部筐体１５の内側壁１５ａとの間に形成される空間１７は、ファンフィルタユニット１６ｂからの清浄空気をステージ部３００に送るための導入路となる。光学系筐体４０８の側壁４０ａに沿って清浄空気が流れることより、光学系４０を冷却する効果がある。

ステージ部３００での乱流（気流の乱れ）を抑制し、被検査基板１への異物付着を抑制するためには、気流導入路においても清浄空気の乱流を防ぐのが望ましい。光学系側壁４０ａと検出部筐体１５の内側壁１５ａを平坦形状とすることで、突起、異形による気流の乱れを抑えることができる。

さらに、ステージ部３００への気流方向の変更部において、光学系筐体４０８の側壁４０ａの下端角部は、角を丸める、または面取りとして、乱流を抑制することができる。また加工性を考慮した場合、直角でもよい。

図２には示していないが、光学系筐体４０８と除振台２０との間には、光学系４０を除振台２０の上部に位置させるための脚部が設けられている。また、光学系筐体４０８の側壁と、検出部筺体１５の側壁内面との間には、被検査基板１が配置される空間１９に流れる気流の一方向への流れを維持するために、仕切り板２６が設けられている。また、図２には示していないが、仕切り板２６は、Ｘ軸方向（図２に示したＹ軸及びＺ軸に直交する軸）にも設けられている。

また、検査部筐体１５の内側壁と除振台２０との間を連結し、気流通路を除き、密閉する仕切り板２５が設けられている。この仕切り板２５は、ステージ部３００へ流れ込む清浄空気の流量損失および分岐による乱流の発生を抑制する。仕切り板２５は弾性体でできており、筐体１５または外部からの振動が、光学系４０およびステージ部３００に伝達することを防止する。

空間１８は、空間１７より容積が大きく設定されており、上述したように、光学系筐体４０８の側壁と検査部筐体１５の内側壁とを連結、密閉する仕切り板２６が設けられている。仕切り板２６により、清浄空気がステージ部３００へ逆流することはない。仕切り板２６は弾性体でできており、検査部筐体１５または外部からの振動が、光学系４０およびステージ部３００に伝達することを防止する。

また、図３に示す例のように、仕切り板２６は光学系筐体４０の側壁と検査部筐体１５の内側壁との間を、完全には連結、密閉しなくても良い。つまり、多数の孔を設けた仕切り板２６を使用することもできるし、仕切り板２６と検査部筐体１５の内側壁との間に隙間を設けてもよい。この場合、仕切り板２６の孔および隙間を流れる流量は、ステージ部３００を通過する流量より少量なものとし、後述するチャック３０６側への逆流はない。

ここで、図４を参照して、欠陥検査装置の機能構造の一例について説明する。図４において、欠陥検査装置のステージ部３００は、被検査基板１を搭載し、被検査基板１上にスリット状に照射したスリット状照明領域であるビームスポット３及びイメージセンサ２０５の検出領域４、被検査基板１内の検査領域をＸＹ方向に走査し光学系に対し相対移動ができるＸステージ３０１と、Ｙステージ３０２と、被検査基板１表面にピントを合わせることができるＺステージ３０３と、シータステージ３０４と、被検査基板１を保持するチャック３０６と、ステージコントローラ３０５とを有する。

また、照明光学系１００は、レーザ光源と、ビームエキスパンダと、光学フィルタ群及びミラーと、ガラス板と切換可能な光学分岐要素（またはミラー）と、ビームスポット結像部とを有する。

また、検出光学系２００は、検出レンズ２０１と、空間フィルタ２０２と、結像レンズ２０３と、ズームレンズ群２０４と、１次元イメージセンサ（イメージセンサ）２０５と、イメージセンサの検出領域を観察できる上方検察系２０６と、偏光ビームスプリッタ２０９と、２センサ同時検査をするための分岐検出光学系２１０とを有する。

ここで、光学系４０は、照明光学系１００と、検出光学系２００とを有するものである。

また、制御系４０７は、Ａ／Ｄ変換部と、遅延させることができるデータメモリと、チップ間の信号の差をとる差分処理回路と、チップ間の差信号を一時記憶するメモリと、パターン閾値を設定する閾値算出処理部と、比較回路より構成される信号処理部４０２と、異物等の欠陥検出結果を記憶すると共に欠陥検出結果を出力する出力手段と、モータ等の駆動、座標、センサを制御する制御ＣＰＵ部４０１とを有する。また、操作部４００は、表示部４０３および入力部４０４を有する。

図２に示すように制御系４０７を清浄空気の排気流路に設置することで、制御系４０７を冷却する効果がある。

照明光学系１００のレーザ光源として、高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＴＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。すなわち、レーザ光源Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。

１次元イメージセンサ２０５はＣＣＤまたはＴＤＩ（Time Delay Integration：遅延積算）センサであってもよい。ＣＣＤの場合は画素サイズが１０マイクロメータ程度であるため線状検出と考えてよく、走査方向にピントが合ってない画像を取り込むことによる感度低下がない。

一方、ＴＤＩでは走査方向に一定画素分の画像の積算があるため照明幅を小さくするまたはＴＤＩセンサを傾けるなどの対策によってピントが合ってない画像を取り込む量を低減することが望ましい。

図４の左下に座標系を示す。平面上にＸＹ軸をとり、垂直上方にＺ軸をとる。検出光学系２００の光軸はＺ軸に沿って配置されている。

図２に戻り、説明を続ける。ステージ部３００を流れる気流２９ｄは、搬送装置５０側を上流とし、チャック３０６側に向かって流れる。この気流２９ｄに対し、Ｘステージ３０２は垂直方向に動作し、またＹステージ３０１は同一方向に動作するように設けられている。

図５に示すように、検査スキャン時は気流方向に対して垂直方向(Ｘ方向)にステージ部３００を移動させ、次の検査スキャン（検査部位）への移動を行うステップ送り（Ｙ方向）時は気流方向と同一方向にステージ部３００を動作させる。これにより、気流方向に対してステージ移動方向は逆向きとはならないため(気流とステージの相対速度は増加しない)、気流への抵抗を抑制できる。

例えば、清浄空気の流速が０．３ｍ／ｓ、ステージ速度が０．４ｍ／ｓ
と設定したとする。気流方向とステージ移動方向とが同一方向の場合、相対速度は０．１ｍ／ｓとなる。一方、気流方向とステージ移動方向が逆方向の場合、相対速度は０．７ｍ／ｓとなる。

一般的に、抗力は相対速度の２乗に比例するので、相対速度は変動しないことが望ましい。このように、気流方向とステージ移動方向とが逆方向とならないように構成すれば、気流の抵抗を抑制し、乱流による異物の巻き上げを防止することで、被検査基板１への異物付着を抑制できる。

さらに、図２において、空間１９の流路断面積（気流通過方向断面積）を、空間１７の流路断面積（気流通過方向断面積）よりも小さくすることにより、被検査基板１上の清浄空気流速を吹き出し流速と同等または速くすることができる。

これにより、巻き上がった異物を下流側へ押し流すとともに、超微細な異物は被検査基板１上へ停滞することなく排気側へ排出され、被検査基板１への異物付着を抑制することができる。

なお、図３に示すように、仕切り板２５は筐体１５の内側壁と除振台２０との間を連結、密閉しなくても良い。この場合、多数の孔を設けた仕切り板２５を使用したり、仕切り板２５と除振台２０との間に隙間を設けてもよい。但し、ステージ部３００への流量損失を少なくするため、孔および隙間の面積は小面積とする。

図６、図７は、検査部１０の筐体１５内部を上方からみた平面図である。図６、７に示すＸ方向の空間１９の両側面を光学系４０の脚部４０ｂまたはカバー４１ａ、４１ｂにより密閉することで、空間１９の側面からの異物進入を防ぐとともに、被検査基板１上の流速を増加することができる。

図６は、脚部４０ｂが、光学系４０と除振台２０との間の側面（気流２９ｄの通路の側面）をカバーする例であり、図７は、光学系４０と除振台２０とを４つの脚部４０ｂにより支持し、気流２９ｄの通路の側面をカバー４１ａでカバーする例である。

空間１９のＸ方向両側面は、光学系脚部４０ｂまたはカバーによりは必ずしも密閉しなくても良い。この場合、光学系脚部４０ｂに孔を設ける、またはパンチングメタルなどの孔が開いた板をカバーとして用いても良い。気流はステージ内から外へ流れるものとし、外部からステージ部への異物進入はない。また光学系脚部４０ｂの角を丸めて、清浄空気の乱流を抑制することができる。

なお、脚部４０ｂは、上述したように、光学系４０を除振台２０上に支持するための脚部である。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、被検査基板１上への異物付着防止用の清浄空気通路として、光学系４０を収容する筐体１５の内側壁と、光学系４０の側壁４０ａ及び底面と、除振動台２０の上面とを用いる構成としたので、清浄空気通路用部材（仕切り板等）を別個に設けることなく、かつ、光学系冷却手段を別個に設けることなく、清浄空気通路を形成して被検査基板への異物付着を抑制でき、光学系４０の冷却も行うことができる。
（第２の実施形態）
次に、図８、図９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。

本発明の第１の実施形態においては、開口部２７には、ファンは設けられていないが、本発明の第２の実施形態においては、図８に示すように、ステージ部３００を通過した清浄空気を強制的に装置下面側に排気するためのファン（外部排気手段）２８ａを設けている。これにより、被検査基板１上の空気流速を上昇することができ、被検査基板１への異物付着をさらに抑制することができる。

この場合、第１の実施形態に比較して、強制排気により装置内部圧力が下がるが、ファン２８ａの排気流量を、ファンフィルタユニット１６ｂの吹き出し流量よりも少なく設定することで、外部よりも陽圧および清浄環境は保たれる。また、ファン２８ａは、装置内の排熱にも用いられる。

図９は、本発明の第２の実施形態であり、図８に示した例の変形例を示す図である。図９に示した例は、筐体１５の側壁部における空間１９のＹ軸方向へ延長部分に開口部２７ｂを形成し、この開口部２７ｂにファン（外部排気手段）２８ｂを設け、ステージ部３００を通過した清浄空気を強制的に装置側面側に排気する例である。

この図９に示した例においても、ファン２８ｂによる強制排気により装置内部圧力が下がるが、ファン２８ｂの排気流量を、ファンフィルタユニット１６ｂの吹き出し流量よりも少なく設定することで、外部よりも陽圧および清浄環境を維持することができる。装置下方からの上昇気流も発生しない。また、ファン２８ｂは、装置内の排熱にも用いられる。

本発明の第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、以上の説明においては、半導体の製造に係わる半導体基板（ウエハ）の欠陥を検査する欠陥検査装置を一例として本発明を説明したが、半導体基板のみならず、液晶パネルに用いられるガラス基板、ＡＬＴＩＣ基板、センサやＬＥＤ等に用いられるサファイヤ基板等の平板状の基板であれば、本発明を適用することが可能である。

本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置の概略構成を示した平面図である。 本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置の搬送部装置及び検査部の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態であり、図２に示した例の変形例を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置の機能説明図である。 本発明の第１の実施形態である欠陥検査装置における気流方向と、試料走査方向及びステップ送り方向との関係を説明する図である。 本発明の第１の実施形態に係るもので、検査部の筐体内部を上方からみた平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るもので、図６の例の変形例であり、検査部の筐体内部を上方からみた平面図である。 本発明の第２の実施形態である欠陥検査装置の搬送部装置及び検査部の概略断面図である。 本発明の第２の実施形態であり、図８に示した例の変形例を示す概略断面図である。

符号の説明

１・・・被検査基板（ウエハ）、３・・・ビームスポット、４・・・検出領域、１０・・・検査部、１５・・・検査部筐体、１５ａ・・・筐体内側壁、１６ａ、１６ｂ・・・ファンフィルタユニット、１７、１８、１９・・・空間、２０・・・除振台、２２・・・シャッター、２５、２６・・・仕切り板、２７、２７ｂ・・・開口部、２８ａ、２８ｂ・・・ファン、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、２９ｄ、２９ｅ・・・気流、４０・・・光学系、４０ａ・・・光学系側壁、４０ｂ・・・光学系脚部、４１ａ、４１ｂ・・・カバー、５０・・・搬送装置、５１・・・搬送機構、５２・・・搬送アーム、５５・・・キャリア載置部、５６・・・キャリア、６０・・・電源部、６２・・・画像処理部、１００・・・照明光学系、２００・・・検出光学系、２０１・・・検出レンズ（対物レンズ）、２０２・・・空間フィルタ、２０３・・・結像レンズ、２０４・・・ズームレンズ群、２０５・・・イメージセンサ、２０６・・・観察光学系、２０９・・・偏光ビームスプリッタ、２１０・・・分岐検出光学系、３００・・・ステージ部、３０１・・・Ｙステージ、３０２・・・Ｘステージ、３０３・・・Ｚステージ、３０４・・・シータステージ、３０５・・・ステージコントローラ、３０６・・・チャック、４００・・・操作部、４０１・・・制御ＣＰＵ部、４０２・・・信号処理部、４０３・・・表示部、４０４・・・入力部、４０７・・・制御系、４０８・・・光学系筐体

Claims (2)

1. 基板上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、
   被検査基板が配置される基板配置台と、
   上記基板配置台に配置された基板上に光を照射し、上記基板からの反射光または散乱光を検出する光学系を覆う光学系筐体と、
   上記光学系筐体及び上記基板配置台を覆う検査部筐体と、
   外気に含まれる異物を除去する清浄手段を有し、上記検査部筐体の内部に外気を導入する外気導入手段と、
   上記検査部筐体の内側面と、上記光学系筐体の側面部と上記検査部筐体の内側面部とにより形成される第１気流通路と、この第１気流通路と連通し、上記光学系筐体の底面部と上記配置台の上面部とにより形成される第２気流通路と、この第２気流通路と連通し、上記配置台の側面部と上記検査部筐体の内側面とにより形成される第３の気流通路とから形成され、上記外気導入手段から導入された外気を上記基板配置台に導入する気流通路と、
   上記基板配置台上に設けられ、上記基板を上記光学系から照射される光に対して移動させるステージと、
   上記第３の気流通路に配置され、上記ステージの移動を制御し、上記光学系により検出された上記基板からの反射光または散乱光に基づいて、上記基板上の欠陥を検出する制御系と、
   を備え、上記配置台には、上記第３気流通路から気流を上記検査部筐体から外部に排気する第１排出口が形成され、上記制御系は、上記基板の検査スキャンを行うときは、上記ステージを、第２気流通路に流す気流方向に対して略垂直な方向に移動させ、次の検査スキャン部位への移動時には、上記ステージを、第２気流通路に流す気流方向に対して略同一な方向に移動させることを特徴とする欠陥検査装置。
2. 基板上の欠陥を検査する欠陥検査装置において、
   被検査基板が配置される基板配置台と、
   上記基板配置台に配置された基板上に光を照射し、上記基板からの反射光または散乱光を検出する光学系を覆う光学系筐体と、
   上記光学系筐体及び上記基板配置台を覆う検査部筐体と、
   外気に含まれる異物を除去する清浄手段を有し、上記検査部筐体の内部に外気を導入する外気導入手段と、
   上記検査部筐体の内側面と、上記光学系筐体の側面部と上記検査部筐体の内側面部とにより形成される第１気流通路と、この第１気流通路と連通し、上記光学系筐体の底面部と上記配置台の上面部とにより形成される第２気流通路と、この第２気流通路と連通し、上記配置台の側面部と上記検査部筐体の内側面とにより形成される第３の気流通路とから形成され、上記外気導入手段から導入された外気を上記基板配置台に導入する気流通路と、
   を備え、上記配置台には、上記第３気流通路から気流を上記検査部筐体から外部に排気する第１排出口が形成され、上記基板配置台と、上記検査部筐体とは、互いに分離し、上記光学系筐体と、上記検査部筐体の内側面との間に弾性体の仕切り板が配置されることを特徴とする欠陥検査装置。

Images