JP6255152B2

JP6255152B2 - 検査装置

Info

Publication number: JP6255152B2
Application number: JP2012163222A
Authority: JP
Inventors: 神宮　孝広; 孝広神宮
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: KR20170042375A; KR20180004320A; US20150177161A1; KR20150052831A; JP2014021084A; KR101877197B1; WO2014017264A1; US9759669B2

Description

本発明は検査装置、基板の清浄化技術、及び気流制御技術に関する。特に本発明は半導体ウェハ等の基板上の欠陥を検査する検査装置、清浄化技術、及び気流制御技術に関する。

半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）表面の異物、傷等の欠陥は、ウェハ上に形成される配線の絶縁不良や短絡等の不良原因になり、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。よって、半導体製造工程においてウェハ表面の欠陥を検出し、半導体製造工程へフィードバックすることは重要である。

このような欠陥を検出するのが所謂検査装置である。検査装置の一例としては、光を基板へ照射し、その散乱光を検出することで基板上の欠陥を検出する光学式検査装置が挙げられる。また光学式検査装置は、鏡面ウェハを検査する表面検査装置と、回路パターンが形成されたウェハを検査するパターン付きウェハ検査装置とに大別される。

特に、鏡面ウェハ検査装置では、光に対してウェハを回転させながら、直線的に移動させることで検査を行うことが知られている。検査装置、気流制御に関する先行技術としては、以下の特許文献が挙げられる。

特開２００５−３２７９０６号公報特表２００４−５３１８７９号公報特表２００４−５２７１１２号公報特表２００３−５１８７３５号公報特開２００９−１４２７５０号公報特開２００５−３０９９９９号公報特表２００４−５２８０８７号公報特開２０１０−２３６９４８号公報

前述したように、鏡面ウェハ検査装置では光に対してウェハを回転させながら直線的に移動させることで検査を行う。ウェハを回転させるとウェハの外周部での気流の流速は速くなり、この外周部の気流はウェハ周辺の雰囲気に含まれる異物がウェハに付着する原因に成り得る。このような異物がウェハに付着すると、この異物も欠陥として検出されてしまい、半導体製造工程の歩留まりや清浄度を正しく評価できなくなってしまう。よって、ウェハ周辺の雰囲気に含まれる異物の付着は極力ウェハに付着させないことが望ましい。
さらに、このような異物の付着はウェハの回転速度の高速化、ウェハの大口径化等によりさらに顕著になることが予想される。従来技術では、この点に関する配慮が十分ではなかった。

本発明は、基板を回転させながら、基板の上方より外周部に気流等の媒体を供給し、基板の外部で供給された媒体を排気することを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも基板に付着する異物の数を減らすことが可能になる。

実施例１の検査装置を説明する図。チャンバシステム１０５の詳細を説明する図。チャンバシステムの変形例を説明する図。開口２１１の無いチャンバシステム１０５の詳細を説明する図。気流の流れを説明する図。円錐型のチャンバ２０１を説明する図。気流供給部２０２、及び気流排気部２１０の詳細を説明する図。実施例１の検査動作を説明するフローチャート。実施例２を説明する図。実施例２を説明する図（続き）。側面に開口８０１を有するチャンバ２０１を説明する図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本実施例の検査装置を説明する図である。照明光学系１０１はレーザ光等の照明光を基板１０３へ照射し、基板１０３上に照明領域１１１を形成する。照明領域１１１から発生した散乱光１０８は、検出光学系１０９、１１０によって検出される。検出光学系１１０、１０９はそれぞれ、対物レンズ、結像レンズ、光電変換素子（光電子増倍管、１次元ＣＣＤ、２次元ＣＣＤ（ＴＤＩ含む）、アバランシェホトダイオード等）を含む（検出光学系１１０についても同様）。検出光学系１０９、１１０からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器等を経由して、処理部１１３に送られる。処理部１１３では、検出光学系１０９、１１０からの電気信号に対して閾値を使用した閾値処理を行う。電気信号が閾値以下であれば、その電気信号は虚報であると判断される。電気信号が閾値より大きければ、その電気信号は欠陥であると判断される。なお、閾値処理に際しては、検出光学系１０９、１１０からの電気信号を加算して、加算された信号に対して行われる場合もあるし、各電気信号に対して行われる場合もある。

また、基板１０３は基板搭載装置１０４に搭載されている。基板搭載装置１０４は、基板１０３の裏面全面を吸着する裏面吸着方式である場合もあれば、基板１０３の裏面は吸着せずにその端部のみを把持する所謂エッジグリップ方式である場合もある。基板搭載装置１０４は、基板搭載装置１０４を回転させるスピンドル１０６上に搭載されている。スピンドル１０６が回転すると、基板１０３も回転することになる。スピンドル１０６はＸＹ方向またはＸ方向に移動可能、かつＺ方向に昇降可能なステージ１０７に搭載されている。基板１０３が、スピンドル１０６によって回転し、かつステージ１０７によって矢印１１５の方向に移動することになる。この動作によって、照明領域１１１は相対的に基板１０３上を螺旋状に走査することになる。この走査によって基板１０３全面の検査が行われる。なお、ステージの移動距離、スピンドルの回転角は処理部１１３に送信されている。よって、処理部１１３は検査結果をこの移動距離、回転角から得られた基板上の座標（極座標）と対応付けることができる。基板上の座標を対応付けられた検査結果は、表示部１１４にマップとして表示される。

本実施例では、少なくとも基板１０３を覆うチャンバシステム１０５を有する。このチャンバシステム１０５の詳細について図２を用いて説明する。図２は、チャンバシステム１０５の詳細を説明する図である。チャンバシステム１０５は、少なくとも基板１０５を覆うチャンバ部と、気体等の媒体を供給する供給システムと、供給された媒体を排出する排出システムと、を有する。

図２では、チャンバ部はチャンバ２０１として表現される。チャンバ２０１は少なくとも基板１０３を覆うものであり、その形は実質的な円筒型である。チャンバ２０１の上部には、開口２１１が形成されている。照明光学系１０１からの照明光１０２はこの開口２１１を通過して基板１０３へ供給されるし、散乱光１０８もこの開口２１１を経由して検出光学系１０９、１１０で検出されることになる。なお、開口２１１の代わりに、光学的に透明な素材でチャンバ２０１の上面を形成しても良い。

なお、チャンバシステム１０５の大きさは要求される清浄度と基板１０３の大きさにより決定される場合もある。そのため、チャンバシステム１０５の要求サイズが大きい場合は、図３に示すように、チャンバシステム１０５は照明光学系１０１、検出光学系１０９、１１０を内包する場合もある。さらに、チャンバシステム１０５には、開口２１１が形成されない場合もある。

なお、チャンバ２０１の内面には、後述する気流２０５、２０６、２０７の摩擦を低減するためにガイドが設けられることがある。また、チャンバ２０１の内面には、後述する気流２０５、２０６、２０７の摩擦を低減するために突起等が配置され、実質的な凹凸が形成されることもある。もちろんチャンバ２０１の内面は実質的に平坦となる場合もある。

次に、供給システムについて説明する。供給システムは、図２、４では例えば気流供給部２０２、２０３、２０４として表現される。図２では、気流供給部２０２、２０３、２０４はチャンバ２０１上面の開口２１１よりも外側に配置されている。図４では、気流供給部２０２、２０３、２０４は、上面の開口部が無いため、図２の場合よりも気流制御により好ましい位置に配置されている。

気流供給部２０２、２０３、２０４は気体等の媒体をチャンバ２０１内部に供給するものである。供給する気体としては、空気が挙げられるし、窒素、アルゴン等の不活性ガスであっても良い。気流供給部２０２、２０３、２０４から供給された気体は、図２、４では気流２０５、２０６、２０７として表現される。

より詳細には、図５に示すように、気流２０５、２０６、２０７はチャンバ２０１の側面に沿い内部空間を独立した異なる層流を形成しながら螺旋状に下降し、基板１０３の上方より外周部へ供給される。外周部については様々な表現ができるが、例えば、基板１０３の中心よりも基板１０３の端部に近い場所と表現することができる。なお、この際、気流２０５、２０６、２０７のそれぞれの経路は重複することがない、つまり乱流を発生することがなく、異なる層流を形成して、基板１０３に供給されることになる。また、気流２０５、２０６、２０７の向き（より具体的には、気流２０５、２０６、２０７を基板１０３上に投影した際の軌跡の向き）は、基板１０３が回転する向きと同じである。基板１０３の外周部に供給された気流２０５、２０６、２０７は、それぞれ気流排気部２０８、２０９、２１０によってチャンバ２０１の外へ排気されることになる。

次に、排出システムについて説明する。排出システムは、図２、４では、例えば、気流排気部２０８、２０９、２１０として表現される。気流排気部２０８、２０９、２１０は、基板１０３と基板搭載装置１０４との間に設けられた遮蔽板２１２上の異なる位置に配置されている。基板１０３の外周部に供給された気流２０５、２０６、２０７は、それぞれ気流排気部２０８、２０９、２１０によってチャンバ２０１の外へ排気されることになる。

なお、遮蔽板２１２の表面には、排気される気流２０５、２０６、２０７の摩擦を低減するために突起等が配置され、実質的な凹凸が形成されることがある。もちろん遮蔽板２１２の表面は実質的に平坦となる場合もある。

次に、チャンバ２０１内の圧力分布について説明する。チャンバ２０１内における、基板１０３の高さ方向と圧力との関係は図２、４の一次関数ｆ₁として表現される。つまり、気流２０５、２０６、２０７の供給によって、チャンバ２０１内の圧力では、チャンバ２０１の上方に行けばいくほど高く、チャンバ２０１の下部に行けば行くほど低い分布となっている。なお、この際、圧力の最小値Ｐminはチャンバ２０１の外部よりも高くなるよう制御される。このように設定することで、外部からの空気の流入を防ぐことができる。圧力分布については、１次関数ｆ₁ではなく、１次関数よりも次数の高い関数ｆ₂としても良い。

なお、チャンバ２０１の形状としては、他の形状も考えられる。図６に示すように、チャンバ２０１の下面３０１の面積と上面３０２との面積は同一でなくとも良い。つまり、チャンバ２０１の形状は実質的な円錐型となっても良い。チャンバ２０１の形状が実質的な円錐型である場合、チャンバの側面は基板１０３の法線３０３に対して傾斜することになる。チャンバ２０１の形状を実質的な円錐型とすると、基板１０３の外周部に供給される際の気流２０５、２０６、２０７の流速を向上させることができる。なお、図６のチャンバ２０１についても開口２１１は形成されない場合もある。

次に、照明光１０２とチャンバ２０１の高さＨ（他の表現としては、基板１０３からチャンバ２０１の上部までの長さ）との関係について説明する。図１に示すように照明光１０２はある入射角をもって基板１０３に斜入射する。この際、入射角は実質的にブリュースター角であることが望ましい場合もある。よって、チャンバ２０１の高さＨは照明光１０２を基板１０３へブリュースター角で照明できる高さであることが望ましい場合もある。さらに、ブリュースター角は入射側の屈折率と透過側の屈折率との関数である。そして、本実施例では、前述したように供給する気体としては空気以外にも、窒素、アルゴン等の不活性ガスが考えられる。また、検査対象である基板１０３は所謂鏡面ウェハである場合もあるし、鏡面ウェハ上に何らかの膜が形成されている場合もある。このことは、検査の過程で入射側の屈折率、及び透過側の屈折率のうち少なくとも１つが変化すること、すなわちブリュースター角が変化することを意味している。そこで本実施例は、基板１０３とチャンバ２０１間の相対的な距離を変更する変更手段（例えばレールとブロックとの組み合わせ）を用いて、ブリュースター角の変化に応じて、チャンバ２０１の高さＨを変更する構成としても良い。さらに、チャンバ２０１の高さの変化に応じて供給する気体の流量、流速のうち少なくとも１つを変更しても良い。

次に、図７を用いて、気流供給部２０２、及び気流排気部２１０の詳細を説明する。図７(a)は気流供給部２０２、及び気流排気部２１０の詳細を説明する図であり、図７(b)はチャンバ２０１のＡ-Ａ’断面から気流供給部２０２、及び気流排気部２１０を説明する図である。基板１０３の上方から観察すると、気流供給部２０２、２０３、２０４は基板１０３を囲うように配置される。気流排気部２１０についても同様である。気流供給部２０２、２０３、２０４の吹き出し口は基板の円周方向を向いている。気流排気部２１０の排気口も同様である。

気流供給部２０２についてより詳細に説明する。気流供給部２０２は、気体供給部４０１と、供給口であるダクト４０２と、を有する。気体供給部４０１は空気、窒素、アルゴン等を供給するガス源４０１１、気体の流量、流速のうち少なくとも１つを制御する制御部４０１２、気体の露点を制御する除湿部４０１３、気体から異物を除去するフィルタ部４０１４を有する。気体供給部４０１から流量、流速のうち少なくとも１つ、湿度、清浄度を制御された気体は、ダクト４０２を経由して気流２０５となって所定の角度でチャンバ２０１の内面へ供給されることになる。なお、ダクト４０２は効率良く気体をチャンバ２０１へ供給できるようチャンバ２０１の上面に対して傾斜して形成されており、その内部には気体を整流するためのガイド４０２１が形成されている。

なお、チャンバ２０１上面の内側及び側面には、気流２０５の摩擦を低減するための突起４０３等や実質的な凹凸が形成されることもある。

次に、気流排気部２１０の詳細について説明する。気流排気部２１０は、排気口であるダクト４０４と、ポンプ等の排気源４０５と、を有する。ダクト４０４は効率良く気流２０７を排気できるようチャンバ２０１の下面に対して傾斜して形成されている。またダクト４０４の内部には、気流２０７の摩擦を低減するよう突起４０４１が複数配置されている。つまり、ダクト４０４の内部には実質的な凹凸が存在するということである。気流２０７はダクト４０４を経由して排気源４０５によって所定の角度で排気されることになる。なお、この気流排気部２１０が排気する流量、流速は制御部４０５１によって任意に変更可能である。図４では、気流供給部２０２、気流排気部２１０について説明したが、気流供給部２０３、２０４、気流排気部２０８、２０９についても、その構造は同様である。また、気流供給部２０２、気流排気部２１０のうち少なくとも１つが制御する流量、流速のうち少なくとも１つは、基板１０３の大きさ（より具体的には、口径）、基板の回転数のうち少なくとも１つに応じて変更されることもある。また、気流供給部２０２は、ファンフィルタユニットとしても良い。

次に、図８を用いて本実施例のフローチャートを説明する。まず、処理部１１３の制御によって、ステージ１０７が降下する。そして、検査装置前段のプリアライメント装置からプリアライメントされた基板１０３は基板搭載装置１０４上に搭載される。基板搭載装置１０４上に基板１０３が搭載された後、ステージ１０７は上昇し、基板１０３はチャンバ２０１内に格納される（ステップ５０１）。なお、基板１０３のチャンバ２０１内のステージ１０７への供給は搬送機構の上下動作（ステージ１０７のＺ位置は固定）により行ってもよい。

次に、処理部１１３の制御によって、チャンバシステム１０５は所定の条件（例えば、基板１０３の有無、基板１０３の寸法、基板１０３の回転数）に基づき、気流の流量、流速を所定の流量、流速として、基板１０３の上方から外周部へ供給する（ステップ５０２）。

次に、処理部１１３が所定の流量、流速となったのを確認した後、スピンドル１０６によって、基板１０３は回転する（ステップ５０３）。

処理部１１３は基板１０３の回転数が所定の回転数（例えば、数千rpm以上）となったのを確認したら（ステップ５０４）、検査は行われる（ステップ５０５）。なお、基板１０３の回転数が所定の回転数とならなければ、基板１０３の回転数と連動して気流の供給、及び制御が行われる（ステップ５０８）。

基板１０３の全面の検査を終了したのち、スピンドル１０６が基板１０３の回転数を落とし始め、最終的には基板の回転を停止させる（ステップ５０６）。

この後、気流の供給は基板供給時の流量、流速に戻される（ステップ５０７）。スピンドル１０６の回転上昇時と下降時の流量、流速の制御は異なる場合もある。次の基板についても、ステップ５０１からステップ５０７の動作が繰り返される。

本実施例によれば、基板１０３が例えば数千rpmの高速回転した際に、基板１０３の外周部で発生する不所望な気流、及び不所望な気流に起因する異物の基板１０３の付着は、気流２０５、２０６、２０７が基板１０３の上方より外周部に供給され、最終的に基板１０３の外部に排気されることで効果的に抑制されることになる。

次に、実施例２について説明する。実施例１では、チャンバ２０１の上部から気流２０５、２０６、２０７を供給した。本実施例では、チャンバ２０１の側面から気流を供給し、チャンバ２０１の側面から供給された気流を排気することを特徴とする。

より具体的に、図９を用いて本実施例を説明する。以降は、主に実施例１と異なる部分について説明する。図９（a）は本実施例のチャンバ２０１を説明する図、図９(b)は本実施例のチャンバ２０１をＺ軸上方から観察した場合、気流供給部６０３、６０４、６０５の配置を説明する図、図９(b)は本実施例のチャンバ２０１をＺ軸上方から観察した場合、気流供給部６０６、６０７、６０８の配置を説明する図である。本実施例のチャンバ２０１は実質的に円筒型であり、その上面には開口６０２が形成されている。開口６０２からはファンフィルタユニット６０１によって、清浄化された気体が供給される。チャンバ２０１の側面には、気流供給部６０３、６０４、６０５が形成されている。気流供給部６０３、６０４、６０５が形成されている場所よりも低い場所（他の表現としてはより基板１０３に近い場所）には、気流排気部６０６、６０７、６０８が形成されている。

図１０に示すように、気流供給部６０３のダクト６０３１はチャンバ２０１の断面に平行な面６０９に対して角度θ１だけ傾斜して形成されており、角度θ１で気流を供給する。また気流排気部６０６のダクト６０６１はチャンバ２０１の断面に平行な面６１０に対して角度θ２だけ傾斜して形成されており、角度θ２で供給された気流を排気する。気流供給部６０４、６０５、気流排気部６０７、６０８についても同様である。本実施例でも実施例１と同様の効果を奏することが可能となる。

以上、実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されない。例えば、図１１に示すように、照明光１０２はチャンバ２０１の側壁に設けた開口８０１から基板１０３へ照明するようにしても良い。また、気流供給部、気流排気部の数は実施例より多くても、少なくても良い。また、本実施例のチャンバシステム１０５は、スピンコータ等、基板に液体と塗布するような装置に適用しても良い。

１０１照明光学系
１０２照明光
１０３基板
１０４基板搭載装置
１０５チャンバシステム
１０６スピンドル
１０７ステージ
１０８散乱光
１０９、１１０検出光学系
１１１照明領域
１１３処理部
１１４表示部
２０１チャンバ
２０２、２０３、２０４気流供給部
２０５、２０６、２０７気流
２０８、２０９、２１０気流排気部
２１１開口
３０１下面
３０２上面

Claims

基板を回転させる回転部と、
少なくとも基板を覆うチャンバと、
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、
前記基板の上方より外周部へ供給する第１及び第２の供給部と、
供給された前記媒体を前記基板の外側で排気する第１及び第２の排気部と、を有し、
前記第１及び第２の供給部は、該第１及び第２の供給部のそれぞれから供給される媒体が、それぞれ螺旋状に下降する独立した層流となり、且つ基板上方から見たときに前記基板の回転方向に向かって前記媒体を供給するように構成され、
前記第１の排気部は、前記第１の供給部から供給された媒体によって形成される層流の到達位置に、前記第２の排気部は、前記第２の供給部から供給された媒体によって形成される層流の到達位置に設置され、
前記媒体の供給により前記チャンバの圧力は前記チャンバの下部に向かうに従い低くなり、該圧力の最小値は前記チャンバ外部の圧力より高くなることを特徴とする光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの上面には開口が形成されており、
前記照明光学系は前記開口を経由して前記基板に前記光を照射し、
前記検出光学系は前記開口を経由した前記基板からの光を検出することを特徴とする光学検査装置。
請求項２に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの高さは前記光を前記基板にブリュースター角で照明できることが可能な高さであることを特徴とする光学検査装置。
請求項２に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の供給部は、前記上面において、前記開口より外側に配置されることを特徴とする光学検査装置。
請求項４に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の供給部は、前記上面から所定の角度を持って前記媒体を供給することを特徴とする光学検査装置。
請求項４に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の排気部は、前記基板が配置される場所よりも外側に配置されることを特徴とする光学検査装置。
請求項６に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の排気部は、前記基板が配置される面に対して所定の角度を持って前記媒体を排気することを特徴とする光学検査装置。
請求項２に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の供給部は、前記チャンバの側面に配置されることを特徴とする光学検査装置。
請求項８に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の排気部は、前記チャンバの側面、かつ前記第１及び第２の供給部より前記基板に近い位置に配置されることを特徴とする光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置において、
前記供給される媒体の向きは前記基板の回転と同じであることを特徴とする光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの内面には、前記媒体の摩擦を低減する凹凸があることを特徴とする光学検査装置。
請求項１に記載の光学検査装置において、
前記第１及び第２の供給部の内部にガイドを有し、
前記第１及び第２の排気部の内部に凹凸を有することを特徴とする光学検査装置。