JP5560148B2 - 検査装置、及び位置決め装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板上の傷，異物等（以下、欠陥と称す。）を検査する検査装置、及び検査において行われる基板の位置決め方法に関する。

特に、ウエハを検査、または加工（特に露光装置）する際のウエハアライメントに関するものである。

半導体の製造工程では歩留まりを管理するために、ウエハ上の欠陥を検査する検査装置が使用される。

検査装置では、ウエハを検査するに当たり、ウエハの位置決めを行う（以下、アライメントと称す。）。

従来のウエハを検査または加工する際のウエハアライメント方法としては、特開平０９−１８６０６１号公報，特開２００３−１８８２２８号公報，特開２００２−３１３８８７号公報，特開平９−３０６９７７号公報，特開２００３−１３３３９３号公報，特開２００８−７８２１０号公報が挙げられる。

特開平０９−１８６０６１号公報では、ウエハを検査または加工するウエハステージ上でのウエハアライメントに要する時間を短縮するために、ウエハをウエハステージへ搬送する前に予め別のプリアライメントステージ上でウエハの大まかな位置決め（プリアライメント）を行うことを開示している。

特開２００３−１８８２２８号公報の図３と図４には、このウエハステージとプリアライメントステージの位置関係などが開示されている。

特開２００２−３１３８８７号公報は、このプリアライメントを回転ステージ上のＣＣＤラインセンサで行う方法について開示している。

特開９−３０６９７７号公報は、ウエハ上のパターンを使ってウエハステージ上でプリアライメントを行う方法について開示されている。

特開２００３−１３３３９３号公報は、ウエハエッジの４箇所を検出することによりプリアライメントを行う方法について開示している。この方法では、検出カメラの視野が５mm程度で、プリアライメント精度が２０μｍの分解能である。

特開２００８−７８２１０号公報は、ウエハノッチ部分の傾きを検出することにより、ウエハ中心のズレとウエハ回転の補正を行うプリアライメント方法について開示している。

特開平０９−１８６０６１号公報 特開２００３−１８８２２８号公報 特開２００２−３１３８８７号公報 特開平９−３０６９７７号公報 特開２００３−１３３３９３号公報 特開２００８−７８２１０号公報

本発明では、ベアウエハ（鏡面ウエハ）を検査する際に、ベアウエハ（鏡面ウエハ）検査装置では、検出することが困難な欠陥（例えば、膜付きウエハ上の欠陥）が、パターン付きウエハ検査装置で検出し易いことを見出した。

ここで、パターン付きウエハ検査装置の場合、ウエハステージ上での高精度のウエハアライメントは、特許文献１に示されたようにウエハ上に予め加工されたアライメントマークを位置測定することにより行う。しかし、検査対象がベアウエハ（鏡面ウエハ）である場合、ウエハ上には何もマークがないため、特許文献３のようにウエハエッジ（ウエハ外周）を検知して大まかに位置決めするプリアライメントの位置精度で検査されることになる。

この場合、検出した欠陥座標の精度は数十μｍから数百μｍになる。

これはプリアライメント機構で使用しているセンサの画素サイズが大きいためや、ウエハをプリアライメントステージからウエハステージへ受け渡しする、搬送アームのメカ的なガタのためである。

このため、同じ検査装置で検査しても、検査装置間での欠陥座標のリンケージが困難となる。

特許文献４の方法は、ウエハがオリフラタイプのものについてしか示されていない。

またウエハ上のパターンをプリアライメントに使用しており、ウエハがノッチタイプの場合や、ベアウエハの場合には適用できない。

特許文献５の方法でも欠陥座標の精度は２０μｍ以上になる。プリアライメントの分解能が２０μｍのためである。

特許文献６でも欠陥座標の精度は数十μｍになると考えられる。

本発明は、ウエハを検査または加工する装置のウエハステージ上でベアウエハのウエハエッジ位置を検出することにより、数μｍ単位の高精度のウエハアライメント方法を持つ、ウエハ検査装置を提供することにある。

本発明は、以下の特徴を有す。なお、本発明は、以下の特徴を独立して奏する場合もあれば、同時に奏する場合もある。

本発明は、前記基板を移動する搬送系と、前記基板に光を照射する照明光学系と、前記基板からの光を検出する検出光学系と、前記検出光学系の検出結果に基づいて前記基板の欠陥を検出する第１の処理部と、前記検出光学系の検出結果に基づいて画像を取得する第２の処理部とを有し、前記第２の処理部は、前記基板の外周部の画像、及び前記基板のノッチ部の画像を取得し、前記外周部の画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、前記搬送系は、前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明は、前記検出光学系は、前記基板の外周部に対応する複数の位置に、複数の撮像部を有し、前記第２の処理部は、前記複数の撮像部において取得された画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、前記搬送系は、前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。

本発明は、前記第２の処理部は、前記ノッチ部の形状の変化に基づいて、前記ノッチ部の中心位置を計算することを特徴とする。

本発明は、前記第２の処理部は、前記基板の中心位置、及び前記ノッチ部の中心位置に基づいて前記回転ずれを計算することを特徴とする。

本発明は、ウエハステージ上に載せられたウエハのウエハエッジを拡大して二次元画像として認識するための、レンズと二次元ＣＣＤセンサをウエハステージ上に設ける。

そして、ウエハステージは任意のＸ，Ｙ座標に移動ができて、ウエハステージを移動することにより、ウエハ外周部（例えば、ウエハ左端部分，ウエハ右端部分，ウエハ上端部分）の画像、ウエハ外周部において形状が変化する部分（例えば、ノッチ左端部分，ノッチ右端部分）の画像を取得する。

そして、得られた画像からウエハエッジのウエハ左端部分，ウエハ右端部分，ウエハ上端部分，ノッチ左端部分，ノッチ右端部分の座標を算出し、これらの座標からウエハ中心とステージ中心のズレ量（ｄｘ，ｄｙ）と、ウエハ中心とノッチ上端部分のθ回転ズレ量ｄθを求めることを特徴とする。

本発明は以下の効果を奏する。なお、本発明は以下の効果を独立して奏する場合もあれば、複数の効果を同時に奏する場合もある。
（１）ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
（２）特に、パターン付きウエハ検査装置において、ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
（３）数μｍ単位の高精度のウエハ位置決め（アライメント）が可能となる。
（４）検査装置間で欠陥座標のリンケージが容易となる。

本実施例のパターン付きウエハ検査装置を上から見た図。 本実施例の本実施例のパターン付きウエハ検査装置を横から見た図。 ウエハアライメントのために取得する各画像の説明図。 ｄｘ，ｄｙ，ｄθを説明する図。 ウエハアライメントのフロー図である。 ノッチ左端画像の例。 第１の方法のフロー図。 第２の方法のフロー図。 特許文献６でのウエハ回転ズレ量ｄθの求め方を説明する図。 本実施例によるウエハ回転ズレ量ｄθの求め方を説明する図。

以下、図面を用いて説明する。

図１は本実施例のパターン付きウエハ検査装置を上から見た図である。

本実施例の検査装置では、ウエハをウエハステージ上に載せるまでに次のようなステップを踏む。すなわち、搬送アーム１００３によりウエハ１００１をウエハＦＯＵＰ１００２（ウエハカセット）から抜き取る。

搬送アーム１００３によりウエハ１００１をプリアライメントステージ１００４へ載せ、プリアライメントステージ１００４上でプリアライメントを行う。

搬送アーム１００３によりウエハ１００１を搬送アーム１００３により持ち上げ、ウエハステージ１００５に載せる。

図２は本実施例のパターン付きウエハ検査装置を横から見た図である。

本実施例のパターン付きウエハ検査装置は、搬送系（例えば、被検査物であるウエハ１１３を固定し、位置座標が測定されることでＸＹ方向に走行制御されるウエハステージ１１４）、例えば波長４８８ｎｍのＡｒレーザーからなる光源１０２，反射ミラー１０３ａ，１０３ｂにより構成される照明光学系１０１，集光レンズ１０６，フォトマル，ＣＣＤカメラ，ＣＣＤセンサ，ＴＤＩセンサ等から構成される光電変換器１０８により、ウエハ１１３から反射される反射光を検出する検出光学系１０５と、光電変換器１０８から出力されるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するＡ／Ｄ変換部１０９、上記ウエハステージ１１４から測定される位置座標を基に上記ウエハステージ１１４を走行制御するステージコントローラ１１２、ステージ１１４の走行に同期して欠陥部を検出しその輝度信号を算出する判定部１１０、上記ステージコントローラ１１２を制御し、さらに判定部１１０を制御し判定部１１０から得られる検査結果を受ける全体制御部１１１を備えることで構成される。

判定部１１０としては、例えばウエハステージ１１４の走行に同期してスキャンする光電変換器１０８のスキャンクロックに同期したパイプライン処理を行える専用のデジタル信号回路などがある。

判定部１１０として上記のように同期処理を行わず、例えば一旦Ａ／Ｄ変換部１０９の出力をメモリに記憶し、非同期で処理する方法もある。

次に、このような本実施例において、ウエハアライメントを行う方法について図３，図４、及び、図５を用いて説明する。

なお、以降の処理は全体制御部１１１によって行われる。

図３はウエハアライメントのために取得する各画像の説明図、図４はｄｘ，ｄｙ，ｄθを説明する図、図５はウエハアライメントのフロー図である。

まずウエハの外周部（ウエハエッジ部）の画像を取得する。

より具体的には、Ａ／Ｄ変換部１０９で処理される信号を、判定部１１０で２次元に配列することにより、図３に示すようなウエハ左端画像３０１を取得する。

この時取得する画像の視野は、プリアライメント精度以上であれば、必ずウエハエッジ部分が視野に入るはずである。ウエハ部分は明るく、ウエハのない部分は暗く見えるので、この境界がウエハエッジである。

ウエハ左端画像３０１のウエハ部分の一番左側のＸ座標をウエハ左端部分の座標Ｘ１とする。このステップは図５のフロー図のステップ８０１にあたる。

次にウエハ右端画像３０２を取得する。

ウエハ右端画像３０２のウエハ部分の一番右側のＸ座標をウエハ右端部分の座標Ｘ２とする。このステップは図５のフロー図のステップ８０２にあたる。

次にウエハ中心２０７のＸ座標をＸｃとすると、Ｘ１とＸ２の中間がこれにあたり、Ｘｃ＝（Ｘ２＋Ｘ１）÷２と計算できる。このステップは図５のフロー図のステップ８０３にあたる。

次にウエハ上端画像３０３を取得する。

ウエハ上端画像３０３のウエハ部分の一番上側のＹ座標をウエハ上端部分の座標Ｙ１とする。このステップは図５のフロー図のステップ８０４にあたる。

図４のウエハ中心２０７のＹ座標をＹｃとすると、ウエハ径は（Ｘ２−Ｘ１）であるから、Ｙｃ＝Ｙ１−（Ｘ２−Ｘ１）÷２と計算できる。このステップは図５のフロー図のステップ８０５にあたる。

これによりウエハの位置ズレを反映したウエハ中心の位置を取得することができる。

次に、ウエハ中心の位置に基づいて、ウエハの回転ズレを計算する。

まず、ウエハ外周部において、形状が変化する場所、例えば凹型の部分（例えばノッチ部）の画像を取得する。

より具体的にはノッチ左端画像３０４を取得する。ノッチ左端画像３０４のウエハ部分の一番下側の座標をノッチ左端部分の座標（Ｘ３，Ｙ３）とする。このステップは図５のフロー図のステップ８０６にあたる。

次にノッチ右端画像３０５を取得する。ノッチ右端画像３０５のウエハ部分の一番下側の座標をノッチ右端部分の座標（Ｘ４，Ｙ４）とする。このステップは図５のフロー図のステップ８０７にあたる。

次にノッチ左端部分の座標（Ｘ３，Ｙ３）とノッチ右端部分の座標（Ｘ４，Ｙ４）の中間座標を（Ｘｎ，Ｙｎ）とする。（Ｘｎ，Ｙｎ）＝（（Ｘ４＋Ｘ３）÷２，（Ｙ４＋Ｙ３）÷２）と計算できる。このステップは図５のフロー図のステップ８０８にあたる。

次にウエハ回転ズレ量をｄθを計算する。

中間座標（Ｘｎ，Ｙｎ）は図４のウエハ中心２０７とノッチ左端部分２０４を結んだ延長線上にあるので、この座標とウエハ中心２０７を結んだ線の傾きがｄθとなる。

従ってｄθ＝tan^-1（（Ｘｎ−Ｘｃ）÷（Ｙｃ−Ｙｎ））と計算できる。

このステップは図５のフロー図のステップ８０９にあたる。

以上によりウエハ中心２０７の座標（Ｘｃ，Ｙｃ）と、ウエハ回転ズレ量をｄθ＝tan^-1(（Ｘｎ−Ｘｃ）÷（Ｙｃ−Ｙｎ））を求めることができる。

次にプリアライメント精度が、ＸＹ平行ズレ量＝±３００μｍ、回転ズレ量＝±０.１度と仮定した場合の画像視野の必要サイズについて述べる。

回転ズレ量は３６０度に比べて十分小さいので、Ｘ方向のズレ量にのみ効く。

そのサイズは、ウエハ径が３００mmの場合、±（２×π×１５０mm×０.１°）÷３６０＝±２６２μｍとなる。

したがって画像視野の必要サイズはＸ＝１１２４μｍ，Ｙ＝６００μｍである。

通常コンピュータで扱う画像の画素数が、６４０Pixel×４８０Pixelなどであるから、図２の検出光学系１０５と光電変換器１０８から得られる２次元画像の画素サイズは２μｍ以上であれば十分である。

ウエハエッジを認識するための画像の画素が２μｍの分解能があるため、ウエハの位置決め精度（アライメント精度）も数μｍ単位で得られる。

次にウエハの回転ズレ量ｄθを求める方法について詳細に説明する。

本実施例ではｄθをノッチ部の形状の変化に基づいて計算する。計算の方法としては、例えば２つの方法が考えられる。

まず、第１の方法について説明する。

図６はエリアが６４０Pixel×４８０PixelでPixelサイズ（画素サイズ）が約２.５μｍの条件で取得した、ノッチ左端画像の例である。

実際にはノッチ左端部分は丸まっていて、その位置は明瞭には認識できない。

従って、図７に示すフロー図のように、以下のステップでノッチ左端部分の座標を求めると良い。

すなわち、実際のノッチ左端画像４０１を取得し、ウエハ最下位置Ｙ座標を検出する。

このステップは図７のフロー図のステップ９０１にあたる。

次にウエハ最下位置から右側に着目し、ウエハ最下位置から傾きが変わる、望ましくは急峻になり始める点（Ｙ座標が例えば１０Pixel上側の境界）を検出する。このステップは図７のフロー図のステップ９０２にあたる。

次にステップ９０２で検出した境界座標を（Ｘ３，Ｙ３）とする。

この座標をノッチ左端部分の座標とするのである。このステップは図７のフロー図のステップ９０３にあたる。

もちろん、上記の方法に対応した処理をノッチ右側部分について適用することも可能である。

また、液晶ディスプレイ等の表示装置にこのノッチ左端画像４０１を表示させて、作業者がマウス等により、どの座標（言い換えるならピクセル）を境界位置とするか選択できるようにしても良い。このようにすれば、境界位置を任意に設定することができ、より精度を上げることもできるし、ノッチ部の形状が複雑である場合にも境界位置を正しく認識することができる。

これにより、高精度にｄθを求めることが可能となる。

次に第２の方法について説明する。

第２の方法では、図８のように、直接ノッチ上端部分２０３の画像を取得し、ノッチ上端部分の座標を求めて、この座標とウエハ中心２０７を結んだ線の傾きをｄθと計算する。

第２の方法でも、ｄθを計算することができる。

本実施例では、搬送系は上記の方法によって算出されたｄｘ，ｄｙ（言い換えるならウエハ中心），ｄθに基づいてウエハの位置決めを行う。

もちろん、搬送系は上記の方法によって算出されたｄｘ，ｄｙ（言い換えるならウエハ中心），ｄθのいずれか１つに基づいてウエハの大まかな位置決め行ってもよい。

次に本実施例の効果について説明する。

図９と図１０は、特許文献６での欠陥座標の精度が数十μｍと推定される理由を説明したものである。

図９は特許文献６でのウエハ回転ズレ量ｄθの求め方を示したものである。

図９では、ノッチ左端部分とノッチ右端部分のＹ座標の差６０１をｄｙとし、ノッチ左端部分とノッチ右端部分のＸ座標の差６０２をｄｘとすれば、ｄθ＝tan^-1（ｄｙ÷ｄｘ）と計算できる。

通常ノッチ左端部分とノッチ右端部分のＸ座標の差６０２をｄｘは５mm程度であり、ｄθは小さな値のため、ｄθ＝tan^-1（ｄｙ÷５mm）と計算できる。

図１０は本実施例によるウエハ回転ズレ量ｄθの求め方を示したものである。

ウエハ径が３００mmの場合、ノッチ左端部分とノッチ右端部分の中心Ｘ座標７０１をＸとすれば、ｄθ＝tan^-1（Ｘ÷１５０mm）と計算できる。

ところでｄθは小さな値なので、ｄθの測定精度は、図９のｄｙや図１０のＸの測定精度が大きく効く。

ｄθが同じであれば図９のｄｙは図１０のＸの３０分の１となる。

つまりもし図９と図１０で同じｄθの測定精度を求めるのであれば、図９の方法では図１０に比べて３０倍の座標測定精度が必要になるのである。

仮に図９のｄｙの測定誤差が１μｍであっても、ウエハエッジに近い部分では３０μｍの欠陥座標誤差が出る。これが特許文献６では欠陥座標の精度が数十μｍになると推定できる理由である。

言い換えるなら、従来技術では、変化の小さいずれ同士を用いてｄθを計算している。

一方、本実施例では、Ｘ座標のずれ分（Ｙ座標のずれ分であっても良い）、をＸ座標のずれ分に対して相対的に十分大きいウエハの半径で割っている。

そのため、同じ座標測定精度であれば、ｄθの測定精度は図１０、すなわち本実施例の方が図９（従来技術）より３０倍良くなるのである。

本実施例によれば以下の効果を得られる。なお、本実施例は以下の効果を独立して奏する場合もあれば、複数の効果を同時に奏する場合もある。
（１）ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
（２）特に、パターン付きウエハ検査装置において、ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
（３）数μｍ単位の高精度のウエハ位置決め（アライメント）が可能となる。
（４）検査装置間で欠陥座標のリンケージが容易となる。

実施例１ではウエハステージを移動することにより、図４に示すウエハ左端部分２０１，ウエハ右端部分２０２，ウエハ上端部分２０３，ノッチ左端部分２０４，ノッチ右端部分２０５の画像を取得したが、ウエハ左端部分２０１，ウエハ右端部分２０２，ウエハ上端部分２０３，ノッチ左端部分２０４，ノッチ右端部分２０５の上方に、言い換えるならウエハの外周部に対応する複数の位置に、それぞれレンズと二次元ＣＣＤセンサを予め固定して設ければ、ウエハステージを５回移動することなく、一度にそれぞれの画像を取得できる。

上記実施例では、パターン付きウエハ検査装置について言及したが、上記実施例に開示される内容は、ベアウエハ検査装置にも適用可能である。

上記実施例では、光学式検査装置について言及したが、本実施例に開示される内容は電子線を用いた検査装置、その他基板の位置決めを行って検査を行う様々な検査装置に適用可能である。

上記実施例の他に、アライメントを行う際に画像を取得するための照明光学系、及び検出光学系は、検査を行う照明光学系，検出光学系とは別に設けても良い。

１０１ 照明光学系
１０２ 光源
１０３ａ，１０３ｂ 反射ミラー
１０４ 照明光
１０５ 検出光学系
１０６ 集光レンズ
１０８ 光電変換器
１０９ Ａ／Ｄ変換部
１１０ 判定部
１１１ 全体制御部
１１２ ステージコントローラ
１１３，１００１ ウエハ
１１４，１００５ ウエハステージ
２０１ ウエハ左端部分
２０２ ウエハ右端部分
２０３ ウエハ上端部分
２０４ ノッチ左端部分
２０５ ノッチ右端部分
２０６ ノッチ上端部分
２０７ ウエハ中心
２０８ ステージ中心
３０１ ウエハ左端画像
３０２ ウエハ右端画像
３０３ ウエハ上端画像
３０４ ノッチ左端画像
３０５ ノッチ右端画像
４０１ 実際のノッチ左端画像
５０１ 実際のノッチ上端画像
６０１ ノッチ左端部分とノッチ右端部分のＹ座標の差
６０２ ノッチ左端部分とノッチ右端部分のＸ座標の差
７０１ ノッチ左端部分とノッチ右端部分の中心Ｘ座標
１００２ ウエハＦＯＵＰ（ウエハカセット）
１００３ 搬送アーム
１００４ プリアライメントステージ

Claims (4)

1. 基板を検査する検査装置において、
   前記基板を移動する搬送系と、
   前記基板に光を照射する照明光学系と、
   位置決めのための第１の検出光学系と、
   検査のために前記基板から反射した光を検出する第２の検出光学系と、
   処理部と、を有し、
   前記第１の検出光学系は、前記基板のノッチの左端画像、及び前記ノッチの右端画像を取得し、
   前記処理部は、（１）前記左端画像、及び前記右端画像から前記ノッチの左端部分と前記ノッチの右端部分との中間座標（Ｘｎ，Ｙｎ）を得て、（２）前記中間座標、及び前記基板の中心座標（Ｘc，Ｙc）から前記基板の回転ずれtan^-1（（Ｘｎ−Ｘｃ）÷（Ｙｃ−Ｙｎ））を得て、
   前記基板の位置決めは前記回転ずれに基づいて行われ、
   前記位置決めが行われた基板からの光を前記第２の検出光学系は検出し、
   前記処理部は、前記第２の検出光学系の検出結果に基づいて欠陥を検出する検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記処理部は、前記左端画像、及び前記右端画像の少なくとも１つについて、前記基板の最下位置から傾きが変わる変化点を得て、前記変化点を前記ノッチの端部の座標とする検査装置。
3. 基板に光を照射する照明光学系と、
   前記基板から反射した光を検出する検出光学系と、
   処理部と、を有し、
   前記検出光学系は、前記基板のノッチの左端画像、及び前記ノッチの右端画像を取得し、
   前記処理部は、（１）前記左端画像、及び前記右端画像から前記ノッチの左端部分と前記ノッチの右端部分との中間座標（Ｘｎ，Ｙｎ）を得て、（２）前記中間座標、及び前記基板の中心座標（Ｘc，Ｙc）から前記基板の回転ずれtan^-1（（Ｘｎ−Ｘｃ）÷（Ｙｃ−Ｙｎ））を得て、
   前記基板の位置決めは前記回転ずれに基づいて行われる位置決め装置。
4. 請求項３に記載の位置決め装置において、
   前記処理部は、前記左端画像、及び前記右端画像の少なくとも１つについて、前記基板の最下位置から傾きが変わる変化点を得て、前記変化点を前記ノッチの端部の座標とする位置決め装置。

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