JP6588303B2 - 検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、検査装置に関し、より詳しくは、半導体ウエハなどの試料の検査を行うものに関する。

半導体ウエハなどの試料の検査を行う検査装置が、例えば特許文献１で知られている。このものは、真空中で検査すべき試料に対してビームを照射する鏡筒を有する検査室と、検査室の内部で試料を支持した状態で移動するステージと、検査室と仕切弁を介して連設される、真空引き可能なロードロック室と、検査室とロードロック室との間で試料を搬送する搬送手段とを備える。

然しながら、上記従来例のものでは、搬送手段がロードロック室に設けられるため、ロードロック室内に搬送手段の設置スペースを確保しなければならず、ロードロック室の小容積化を図るのには限界があった。

特許第４４６０５０４号公報

本発明は、ロードロック室を可能な限り小容積化することができる検査装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、真空中で検査すべき試料に対してビームを照射する鏡筒を有する検査室と、検査室の内部で試料を支持した状態で移動するステージと、検査室と仕切弁を介して連設される、真空引き可能なロードロック室と、検査室とロードロック室との間で試料を搬送する搬送手段とを備える本発明の検査装置は、前記搬送手段が、検査室とロードロック室の連設方向をX軸方向とし、検査室の壁面に並設されるX軸方向に沿ってのびる第１及び第２のガイドレールと、第１及び第２のガイドレールに設けられて試料を保持する第１及び第２のハンドとを備え、これら第１及び第２の両ハンドは、ロードロック室に対して試料を受け渡す第１受渡位置と、ステージに対して試料を受け渡す第２受渡位置と、所定の退避位置との間で移動自在に構成したことを特徴とする。

本発明によれば、検査室の壁面に第１及び第２のガイドレールを設け、これら第１及び第２のガイドレールに沿って第１及び第2のハンドを移動させることで、ロードロック室と検査室との間で試料を搬送することができる。このため、ロードロック室内に搬送手段の設置スペースを確保する必要がないため、ロードロック室を可能な限り小容積化することができる。

本発明において、前記ステージは、搬送手段によりロードロック室との間で試料の搬送を行うための所定の搬送位置に移動したときに、鏡筒の直下に位置する部分にビーム調整用の調整手段を有することが好ましい。これによれば、ステージへの試料の搬送が終了した直後に、鏡筒から調整手段にビームを照射してビームの調整を可及的速やかに行うことができ、試料の検査をすぐに開始することができ、ひいては、検査装置のスループットを向上させることができる。

（ａ）は、本発明の実施形態の検査装置の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその断面図。 （ａ）は、本発明の実施形態の検査装置における試料の搬送を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその断面図。 （ａ）は、本発明の実施形態の検査装置における試料の搬送を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその断面図。 本発明の検査装置の変形例を模式的に示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の検査装置について説明する。

図１を参照して、検査装置Ｍは、検査室１と、この検査室１に仕切弁（ゲートバルブ）ＩＶを介して連設されるロードロック室２とを備え、これら検査室１及びロードロック室２は図示省略の真空ポンプにより真空引きできるようになっている。以下においては、図１及び図２に示すように、検査室１とロードロック室２の連設方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と直交する２方向をＹ軸方向及びＺ軸方向として説明する。

検査室１は、検査すべき半導体ウエハなどの試料Ｗをその検査面を上にして支持すると共に試料Ｗを支持した状態で移動するＸＹＺステージ（以下「ステージ」という）１０と、ステージ１０上に支持された試料Ｗに対して電子ビームや光ビーム（以下「ビーム」という）を照射する鏡筒１１とを有する。鏡筒１１としては、ビームを収束させるためのレンズや電極、並びに、試料Ｗからの二次電子や反射光を検出する検出手段等を備える公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。ステージ１０の上面には、ステージ１０がロードロック室２に最も近い搬送位置（後述）に移動した状態で鏡筒１１（の中心軸）の直下に位置するようにビームを調整するための調整手段１０ｂが設けられている。調整手段１０ｂとしては、公知のファラデーカップやアライメントマークを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

ロードロック室２は、仕切弁ＩＶと対向する壁面２ａに開口２０を有し、この開口２０を閉塞又は開放するドアＤが設けられており、ドアＤを開けた状態で図示省略のフロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）からロードロック室２に検査前の試料Ｗを投入し、検査済の試料Ｗを搬出できるようになっている。尚、開口２０は、仕切弁ＩＶと対向配置する必要はなく、例えば、仕切弁ＩＶと対向していない側壁面２ｂに開設してもよい。ロードロック室２の下面には、アクチュエータ等で構成される駆動手段２１により昇降自在なリフトピン２０ａが設けられている。

検査装置Ｍは、検査室１とロードロック室２との間で試料Ｗを搬送する搬送手段３を備える。搬送手段３は、Ｘ軸方向にのびる第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂと、第１のガイドレール３０ａに設けられてＸ軸方向に移動自在な第１のハンド３１ａと、第２のガイドレール３０ｂに設けられてＸ軸方向に移動自在な第２のハンド３１ｂとを備える。

ここで、搬送手段は従来例の如くロードロック室内に配置することが一般であるが、これでは、搬送手段の設置スペースをロードロック室内に確保する必要があり、搬送手段を小型化したとしても、ロードロック室の小容積化に限界がある。

本実施形態では、検査室１の側壁面１ａに第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂをＺ軸方向に間隔を存して並設した。そして、第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂに第１及び第２のハンド３１ａ，３１ｂを設け、これらのハンド３１ａ，３１ｂを独立してＸ軸方向に移動自在に構成した。これにより、ハンド３１ａ，３１ｂをロードロック室２に試料Ｗを受け渡す第１受渡位置Ｐ１と、ステージ１０に試料Ｗを受け渡す第２受渡位置Ｐ２と、検査時に鏡筒１１と干渉しない所定の退避位置Ｐ３との間で独立して移動させることができる。ハンド３１ａ，３１ｂは、平面視Ｌ字状に形成され、ロードロック室２側の先端が二股に分岐されており、この分岐された先端部分３１１にて試料Ｗを保持できるようになっている。ハンド３１ａ，３１ｂの先端部分３１１の長さは、ハンド３１ａ，３１ｂが第１受渡位置Ｐ１に移動したときに、リフトピン２０ａとの間で試料Ｗを受け渡すことができるように定寸されている。尚、ハンド３１ａ，３１ｂの形状は、これに限定されず、ガイドレール３０ａ，３０ｂのロードロック室２側にハンド３１ａ，３１ｂが移動したときに、ロードロック室２に対して試料Ｗを受け渡すことができる形状であればよい。また、ハンド３１ａ，３１ｂを移動させる図示省略する駆動手段としては、公知のものを用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略する。

本実施形態の検査装置Ｍは、公知のマイクロコンピュータやシーケンサ等を備える制御手段Ｃｕを備え、この制御手段Ｃｕにより、真空ポンプの稼働、ドアＤや仕切弁ＩＶの開閉、リフトピン１０ａ，２０ａの昇降（駆動手段２１の駆動）、ステージ１０の稼働、第１及び第２のハンド３１ａ，３１ｂの稼働（図示省略の駆動手段の駆動）のほか、鏡筒１１からのビームの照射を含めて検査装置Ｍを統括管理するようになっている。以下、上記検査装置Ｍにおける試料Ｗの搬送について、検査済の試料Ｗ１をロードロック室２に搬送すると共に、未検査の試料Ｗ２を検査室１に搬送する場合を例に説明する。

検査済の試料Ｗ１が支持されたステージ１０を搬送位置（図１に示す位置）に移動し、リフトピン１０ａを上昇させて試料Ｗ１をリフトする。次に、ハンド３１ｂを第２受渡位置Ｐ２まで移動し、ハンド３１ｂの先端を試料Ｗ１とステージ１０の隙間に進入させた後、リフトピン１０ａを下降させることにより、試料Ｗ１をハンド３１ｂで保持する。これと併せて、ドアＤが開かれた大気圧のロードロック室２に未検査の試料Ｗ２を投入し、ドアＤを閉めた後、真空引きする。所定の真空度に達すると、仕切弁ＩＶを開弁すると共に、駆動手段２１によりリフトピン２０ａを上昇させて試料Ｗ２をリフトする。そして、ハンド３１ａを第１受渡位置Ｐ１まで移動し、ハンド３１ａの先端を試料Ｗ２の下方に進入させた後、リフトピン２０ａを下降させることにより、試料Ｗ２をハンド３１ａで保持する。このようにして、検査済みの試料Ｗ１をハンド３１ｂで保持し、未検査の試料Ｗ２をハンド３１ａで保持した状態を図１に示す。

次に、試料Ｗ２を保持したハンド３１ａを第２受渡位置Ｐ２に移動すると共に、試料Ｗ１を保持したハンド３１ｂを第１受渡位置Ｐ１に移動する（すなわち、試料Ｗ１，Ｗ２をスワップする）。そして、リフトピン２０ａを上昇させて試料Ｗ１をリフトする。この状態を図２に示す。次いで、ハンド３１ｂを退避位置Ｐ３に移動させた後、仕切弁ＩＶを閉じて、ロードロック室２を大気圧までベントする。ベントが完了すると、ドアＤを開き、試料Ｗ１を取り出し、未検査の（試料Ｗ２の次に検査する）試料Ｗ３を投入し、ドアＤを閉めた後、真空引きする。これと併せて、リフトピン１０ａを上昇させて試料Ｗ２をリフトし、ハンド３１ａを退避位置Ｐ３に移動させた後、リフトピン１０ａを下降させることにより、試料Ｗ２をステージ１０上に保持する。この状態を図３に示す。このステージ１０の搬送位置では、ステージ１０に設けられたビーム調整部１０ｂは、鏡筒１１の（中心軸）直下に位置する。このため、ステージ１０への試料Ｗ２の搬送が終了した直後に、鏡筒１１からビーム調整部１０ｂにビームを照射し、ビームの調整を行うことができる。ビームの調整方法としては、公知の方法を用いることができるため、ここでは詳細な説明を省略するが、ステージ１０をＺ軸方向に移動させてワーキングディスタンスを調整してもよい。

ビームの調整が終了すると、ステージ１０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させながら、鏡筒１１からのビームを試料Ｗ２に照射し、試料Ｗ２の検査を行う。ビームを用いた検査については、例えば、電子ビームを用いた寸法測長（ＣＤ−ＳＥＭ）や欠陥観察（Ｒｅｖｉｅｗ ＳＥＭ）等の公知の検査を行うことができるため、ここでは詳細な説明を省略する。尚、検査中、第１及び第２の両ハンド３１ａ，３１ｂは、鏡筒１１と干渉しない退避位置Ｐ３に配置される（図３参照）。検査が終了すると、ステージ１０を再び搬送位置に移動し、上述したように検査済の試料Ｗ２をロードロック室２に搬送すると共に、未検査の試料Ｗ３をステージ１０に搬送する。

以上説明したように、本実施形態によれば、検査室１の内側壁面１ａに第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂを夫々設け、これら第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂに沿って第１及び第２のハンド３１ａ，３１ｂを移動させることで、ロードロック室２と検査室１との間で試料Ｗを搬送することができる。このように、ロードロック室２内にＸ軸方向に移動する搬送手段３の設置スペースを確保する必要がなく、ロードロック室２にはリフト機構を設けるだけでよいため、ロードロック室２を可能な限り小容積化することができる。

また、ステージ１０は、ロードロック室２との間で試料Ｗの搬送を行うための所定の搬送位置に移動したときに、鏡筒１１の直下に位置する部分にビーム調整用の調整手段１０ｂを有することが好ましい。これによれば、ステージ１０への試料Ｗの搬送が終了した直後に、鏡筒１１から調整手段１０ｂにビームを照射してビームの調整を可及的速やかに行うことができ、試料Ｗの検査をすぐに開始することができ、ひいては、検査装置Ｍのスループットを向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記に限定されるものではない。上記実施形態においては、第１及び第２のガイドレール３０ａ，３０ｂを夫々１本ずつ設ける場合について説明したが、それぞれ２本以上設けてもよい。例えば、図４に示すように、２本の第１のガイドレール３０ａをＺ軸方向に間隔を存して並設すると共に、２本の第２のガイドレール３０ｂをＺ軸方向に間隔を存して並設してもよい。そして、２本の第１のガイドレール３０ａにハンド３１ａを設けると共に２本の第２のガイドレール３０ｂにハンド３１ｂを設けることで、ハンド３１ａ，３１ｂの強度を高めることができてよい。これは、ハンド３１ａ，３１ｂで保持する試料Ｗが比較的重い場合に有効である。

上記実施形態では、ガイドレール３０ａ，３０ｂを検査室１の内側壁面１ａに設ける場合について説明したが、検査室１の下面に設けてもよい。

Ｍ…検査装置、Ｗ…試料、１…検査室、１ａ…検査室１の内側壁面（壁面）、２…ロードロック室、１０…ステージ、１０ｂ…調整手段、１１…鏡筒、３…搬送手段、３０ａ…第１のガイドレール、３０ｂ…第２のガイドレール、３１ａ…第１のハンド、３１ｂ…第２のハンド、Ｐ１…第１受渡位置、Ｐ２…第２受渡位置、Ｐ３…退避位置。

Claims (2)

1. 真空中で検査すべき試料に対してビームを照射する鏡筒を有する検査室と、検査室の内部で試料を支持した状態で移動するステージと、検査室に仕切弁を介して連設される、真空引き可能なロードロック室と、検査室とロードロック室との間で試料を搬送する搬送手段とを備える検査装置において、
   前記搬送手段は、検査室とロードロック室の連設方向をX軸方向とし、検査室の壁面に並設されるX軸方向に沿ってのびる第１及び第２のガイドレールと、第１及び第２のガイドレールに設けられて試料を保持する第１及び第２のハンドとを備え、これら第１及び第２の両ハンドは、ロードロック室に対して試料を受け渡す第１受渡位置と、ステージに対して試料を受け渡す第２受渡位置と、所定の退避位置との間で移動自在に構成したことを特徴とする検査装置。
2. 前記ステージは、搬送手段によりロードロック室との間で試料の搬送を行うための所定の搬送位置に移動したときに、鏡筒の直下に位置する部分にビーム調整用の調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。

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