JPH02236149A - 印刷回路検査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 允１ｂケＡＪＬ 本発明は、シリコンチップを検査するシステムに係わり
、特にシリコンチップ《印刷回路》が設けられた状態の
ウェハを検査するシステムに係わる．本発明のシステム
は、複数個の層、即ち８″ウェハ等のようなウェハにお
いて製造されたチップの検査に適する。

本発明による新規なシステムは、ウェハの移動が１個の
カセットからの取り出しに始まり、検査の際の分類に従
い別のカセット内に収めるまでただ１回であるといった
改良点によって特徴付けられる． 検査中のウェハの汚れは最小限とされる．本発明のシス
テムには、個々のウェハを基準システムに対して正確に
位置合わせする手段も用いられる．は約１５０もの段階
を含み得る．マイクロメートル未満領域の技術は非常に
微妙であり、多数の段階のいずれにおいても誤操作ある
はい故障の起こる危険が常に存在し、そのような危険は
可能なかぎり排除されなければならない．製造中及び製
造後の検査は製造工程の不可欠な１段階であり、多数の
ウェハを許容可能な期間内に正確に検査し得る有効な検
査手段が真に必要とされている。

１９６０年代に自動装置が開発され始め、当時ウェハの
検査は通常、各製造段階後にオペレータが光学顕微鏡を
用いて行なった，　１９７０年代に工程が或る程度自動
化され、ウェハをカセットから自動焦点検査のために正
確に位置決めされた検査台まで運搬し、分類し、並びに
評価に従って特定カセットに収納する自動手段が用いら
れた。

このことは、オペレータがウェハの取り扱いに時間を浪
費、したり気を取られたリせず、検査そのものに集中す
ることを可能にした。このような自動化によって、単位
時間に検査され得るウェハ数が増加し、また人間のオペ
レータが行なう検査の正確さ及び信頼性が総じて向上し
た． 自動取り扱いシステムは更に開発され、現在幾つかのメ
ーカーから市販されているものは、欠陥の統計データを
蓄積したり、検査したウェハを自動的に“合格”不合格
”及び“再検査”ステーションに振り分けたりといった
優れた機能を有する． 検査の分野でも開発が進み、検査したウェハを解析して
欠陥の位置を自動的に決定する自動検査機が導入される
ようになった．この導入が行なわれればオペレータの仕
事は、欠陥の分類並びに該欠陥の軽重の決定という最小
限のものとなる．上記のような検査機の幾つかは、それ
ぞれ通常＄７５０　，０００を上回る値段で市販されて
いる．本発明は、自動取り扱いシステムと酷使に耐える
自動検査システムとの結合を目的とする。

ｌ朋ｍ 本発明は、単位時間に多数のウェハを有効に検査するこ
とを可能にし、かつ市販の全自動システムよりはるかに
安価である自動検査システムを提供する．検査過程は有
利に自動化され、即ち検査されるウェハの近傍から人間
のオペレータが可能なかぎり排除される。

本発明のシステムは、ウェハ取り扱いの際汚れを防止し
、かつ破壊を最小限とする。ウェハは、カセットから取
り出される時から検査が終わって別のカセットに収納さ
れるまで１個の取り扱い手段により保持される．個々の
ウェハのチ・ンプを検査手段に対してきわめて正確に位
置決めするのにオプトスキャナが用いられるという点も
、本発明の別の特徴である．印刷回路を検査システムの
座標軸に対して位置決めする手段が用いられる。ウェハ
は、真空を利用してウェハを把持する取り扱い手段によ
って保持されつつカセットから取り出され、上下を反転
されて、上方を向いた顕微鏡その他の検査デバイスによ
り検査され、従って何であれ上方からウェハに着く物質
によるウェハの汚れは最小限となる．ウェハは、ｘＹ座
標系その他の任意座標系を用いて検査され得る．ｘＹ座
標系が用いられる場合、一方の軸《Ｙ軸》はウェハを保
持するロボットアームの伸縮方向によって規定され、ま
たウェハと同一平面内に有って上記軸と直交する他方の
軸《Ｘ軸》は上向きに設置された検査手段の移動方向に
よって規定される．焦点合わせ（この例では２方向）は
、ＴＶ顕微鏡その他の顕微鏡のような検査手段を上下に
移動することによって行なわれる． 本発明に用いられるロボットアームは、Ｚ軸周囲に所定
の円弧を描いて回動し、ウェハ周縁の狭いゾーンに真空
吸着することによりウェハを把持してカセットから取り
出し、ウェハを保持したまま．再び２軸周囲に回動して
戻り、Ｙ軸と整列し、かつウェハを、該ウェハを検査デ
バイス上方に配置するべく移動するようにプログラムさ
れている。

検査デバイス上方に配置される段階でウェハは１８０゜
回転され、それによってウェハの印刷回路は下方に面し
、また個々のウェハを検査デバイスに対して正確に位置
決めする手段が駆動される．上記位置決め手段としては
オプトスキャナが用いられ、このオプトスキャナは、ウ
ェハの周縁を数回横切って移動することによりウェハの
中心線を決定し、また数回の測定によって正確な中心を
決定する．通常、ウェハは弓形の切除部を有し、この切
除部によって、ウェハを検査手段に対して正確に位置決
めすることが容易となる．ウェハは清浄な環境内に置か
れ、本発明に用いられる構成要素は総てこの特徴を損な
わないように選択される．ウェハはカセットからロボッ
トアームによって取り出され、このロボットアームは振
動絶縁テーブルに取り付けられている．ロボットアーム
はＹ軸を規定し、一方上方を向いた顕微鏡はＸ軸方向に
走査を行なうべく移動する．焦点合わせは、必要に応じ
てＺ軸方向に手動でか、あるいは自動的に行なわれ得る
．顕微鏡以外の検査手段を用いることも可能である。検
査終了後、ウェハは再び１８０゜回転される，ＸＹ座標
系での走査が好ましいが、検査は角度的座標系もしくは
回転座標系に基づいて実施することもできる．検査は光
学顕微鏡によって実施され得、その際所望であれば適当
なフィルタが用いられる．ｕｖ型、ＩＲ型、粒子束型、
表面走査式等のような検査手段も用いられ得る．任意の
適当な表面検査手段が用いられ得る．上向きに設置され
たＴＶカメラを用いて検査することも可能であり、その
際ＴＶカメラは、該カメラがウェハを走査する方向がウ
ェハ上の印刷回路の方向に一致するように位置合わせさ
れる．ウェハは通常弓形に切除されている．ウェハの角
度的位置．合わせはオプトカップラによって行なわれ、
このオブトカップラはウェハ周縁を複数個の地点で横切
り、それによってウェハの角度的位置と正確な中心とを
共に決定する．顕微鏡に対して平行に、かつ上向きに設
置されてウェハからの反射光を測定するホトセンサも用
いられ得る．走査はＸ軸方向に行なわれ、平行走査にお
いて数回の測定が為され、弓形切除部が検出される。そ
れによって正確な位置が決定される。通常、ウェハ上の
印刷回路は公差約５０マイクロメートルで正確に位置決
めされ、その際顕微鏡の視野は約５ｏｏマイクロメート
ルのオーダである． 光学的検査のための照明は、生じ得る一切の熱障害を防
止するべく光ファイバを介して有利に行なわれる． 検査の際、顕微鏡はＸ方向に移動する．１回の走査が終
了すると、ロボットアームがＹ方向に所定距離だけ移動
して停止し、その後再びＸ方向走査が行なわれる． ロボットアームは次の四つの移動方向を有する．−Ｙ軸
を規定する、ロボットアーム自体の長さに沿った方向Ｒ
． 一上下移動の方向Ｚ． −２軸周囲への回転の方向θ． 一方向Ｒ周囲への回転の方向ψ． ロボットアームは、適当カセットの前面で適正な角度θ
並びに適正な高さ２に位置する．グリッパは水平に位置
し、その際真空吸着孔は上方を向く。

第７図〜第１２図を参照されたい． 上記真空吸着グリッパは、把持されるべきウェハの直径
に対応する曲率を有する周縁グリッパであり、その幅は
カセットに進入できるように狭い．グリッパはカセット
にウェハ下方から進入して、ウェハに接触するまで上方
へ移動し、接触したら真空吸着孔によってウェハを把持
し、がっカセットから取り出せるように所定の高さまで
持ち上げる．グリッパは真空吸着孔によってウェハを保
持し続け、ウェハは第１０図に示すようにしてカセット
から引き出され、かつ保持される．第１１図に示すよう
に、ロボットアームが２軸周囲に回動し（即ちθ方向移
動》、その方向ＲをＹ方向に揃える．この移動が完了す
ると、グリッパはウェハを反転して第１２図に示した位
置にもたらす． 周縁グリッパによって、ウェハの両面を検査することが
可能となる．ロボットアームは下方へ移動して、テーブ
ル面上、あるいはテーブル面の僅かに上方に規定された
そのゼロ位置く静止位置》にロックされ、それによって
ウェハはＴＶｇｉｉｖ＆鏡ユニット上方に配置される．
この時点で、ウェハはＴＶ顕微鏡により走査される位置
を占め、その際ウェハのＹ方向移動がロボットアームに
よって行なわれ、またＸ方向走査が顕微鏡ユニットの側
方移動によって実現される．顕微鏡は、結像するべくＺ
方向に移動し得る．ただ１回のウェハ移転しか必要とし
ない、本発明による新規なこの構成によって、検査のた
めマニビュレー夕にウェハをＸＹテーブル上に置かせる
必要が無くなり、ウェハ破壊の恐れが低下し、ウェハ取
り扱い時間が短縮され、かつ（反転により）ウェハ表面
の汚れが減少される．ウェハ立　・整　゛・ ウェハ取り扱い用のサブアセンブリは、カセットから取
り出された後のグリッパに把持されたウェハの相対位置
に±２１ほどの変動を生じる．上記相対位置に関する正
確な情報を得るために、幾つかの位置調整方法が開発さ
れた．或る方法では、外的なオプトカップラセンサが顕
微鏡ユニットと、顕微鏡の対物レンズ近傍において接続
される．センサは上方を向いており、下方を向いたウェ
ハの表面からの光の反射を感知する．センサ上方にウェ
ハが存在すれば反射が感知され、センサの出力信号は低
い値（゛０″）を有する．センサ上方にウェハが存在し
ない場合は反射が感知されず、センサの出力信号は高い
値《“１″》を有する．ウェハの周縁を横切って走査が
行なわれる際、上記信号は高い値と低い値との間で反転
される．この反転によって、ウェハ周縁が横切られる正
確な地点が示唆される．Ｙ方向移動が開始され、この移
動はプログラムされたステップ＆，で実現されるが、ス
テップΔｙは所望精度に従属する。ウェハがステ・ソプ
Δｙだけ移動される度に顕微鏡が、プログラムされたス
テップΔ×で側方に移動される。

反射が初めて感知されるｉ番目のステップに関し、Ｘ及
びＹ位置が（ＸＦ．　ｙ）と記録される．側方即ちＸ方
向に行なわれる走査は反射が感知されなくなるまで継続
される。反射が感知されなくなった位置は（ｘＦ，　ｙ
）として記録され、その際ｉ＝１．２，・・・・・・，
ｎで、式中ｎはムッと、精度と、ユーザが必要とする速
度と、ウェハ寸法との関数である。

各ステップ“ｉｎにおいて、次の計算が行なわれる． １１１，＝暢：−１か、あるいは１＝―↑−１である場
合は、相等性が保たれるｉに対応するＸ：が“フラット
エッジファイル”にフラットエッジ点として、そのＹ座
標と共に記録される． 鴎！≠鋤：−１及び鴎１≠一一１である場合はＸ．が記
録され、この値！，はウェハのＹ中心線のＸ座標の測定
値であると解釈される．プログラムされた個数のステッ
プΔν分の移動が完了すると、記録された測定ｌｉｌｙ
．の算術平均ズが計算され、この平均値ＺがウェハのＹ
軸中心線の座標と看做される． フラットエッジがＸ軸に平行であるとすると、このこと
は、ｌｘ：　　Ｘフ１〉γでかつ反射が（ｉ−１）番目
あるいは（ｉ＋１）番口のステップでは全く感知されな
い一方、ｉ番目のステップでは感知されるのであれば、
ｉ番目のステップで起こると認識される．そのような場
合、計算は１１番目のステ・ツプで開始あるいは終了さ
れ、その際γはウエノ１の直径と、フラットエッジの標
準的な長さとの関数である． 同様に、顕微鏡（Ｘ）は一連のステ・ソブΔ×分を移動
するようにプログラムされており、顕微鏡がステップΔ
Ｘだけ移動される度にロボ・ントアームはウェハを、顕
微鏡の移動方向と直交する方向に移動する．このように
して、Ｘ軸中心線のＹ座標（ｙ）が計算される． 上述の手続きの結果、ウェハの中心は位置調整ユニット
により検査デバイスの座標（．ｘ．ｙ）に対して位置決
めされる． 更に、ウェハフラットエッジ上の点の座標並びに一連の
勾配計算値１も記録される．記録された勾配の平均値か
ら、角度的位置並びにフラットエッジとＸ軸とが成す角
度が計算される． 本発明を、厳密な縮尺に拠らない概略的な添付図面を参
照しつつ以下に詳述する． 以下の説明において、同じ要素には同じ参照符号を付し
て述べる。

第１図に示したように、本発明のシステムは、検査前の
ウェハを収蔵するカセット１１と検査及び品質評価の済
んだウェハを収蔵するカセッｌ・１２、１３及び１４と
の４個のカセットを具備した一休型ユニッ１・である．
検査は例えば顕微鏡によって実施され、その際スクリー
ン１５及び１６に像が表示され、ウェハはロボットアー
ム１７によって保持され、また顕微鏡１８は上方を向い
て設置されている．ロボットアーム１７はハウジング１
９内の機構によって駆動される．ロボットアーム１フの
アーム２０は上下方向に伸長するＺ軸を規定し、組み立
て完了後はテーブル２２に設けられた開口部２１を通っ
て突出する．アーム２０は上下に移動し得、かつ自身の
軸線周囲に回転して所定円弧沿いに回動し得る．．第２
図同様第３図からも知見されるように、アーム２０はテ
ーブル２２の開口部２１を通って突出し、このアーム２
０は上方のロボット機構２３に取り付けられ、ロボット
機構２３はＹ軸を規定する別のアーム２４を含み、アー
ム２４は保持したウェハを１８０゜回転するべく自身の
軸線周囲に回転し得る．第４図は、本発明システムの主
要な構成要素、即ちテーブル２２、カセット１ｌ、１２
、１３及び１４を支持するカセットホルダ、ロボットア
ーム２４、ハウジング１９に収容された下方のロボット
機構、並びにハウジング２６に収容された上向きの（Ｔ
Ｖ顕微鏡その他の》顕微鏡２５のような検査手段とその
駆動機構を示す分解図である． 第５図に、テーブル２２に取り付けられるＸ軸ステージ
２６を示す．上方を向いた顕微鏡２５を含むユニットで
あるＸ軸ステージ２６は図示のようにＸ方向に移動し得
、この移動方向は上方のロボットアーム２４の移動方向
であるＹ方向と直交する． 第６図に、真空吸着を実現しかつ維持する手段と結合さ
れたアーム２７《アーム２４の延長》と、ウェハ２９を
確実かつ安全に保持するべく構成された真空吸着把持手
段２８とを含む把持機楕を概略的に示す。第７図に示し
たように、グリッパ２８（上方から図示）は複数個の孔
３０を有し、これらの孔３０を介して吸着が実現される
． 第８図に示したように、グリッパ２８はウェハ２９をそ
の周縁で把持し、その際把持されるウェハ２９は符号３
１で示した場所に弓形切除部を有する．第９図には、再
び本発明システムの主要構成要素、即ち浮動テーブルで
あるテーブル２２、テーブル２２に取り付けられた顕微
鏡ユニット２６、上方を向いた顕微鏡２５、ロボッｌ・
アーム２４に取り付けられ、ウェハ２９を保持したグリ
ッパ２８、並びに４＠のウェハカセットのうちの２個（
カセット１１及び１２）を示す． 第１０図〜第１２図に、ロボットアーム２４とそのグリ
ッパ２８の、検査位置で印刷回路が下方に面するように
ウェハを１８０゜回転する運動を示す．ロボットアーム
２４はカセット１１に向かい前方へ移動して、カセット
１１から取り出されるべきウェハの下方に達し、上記ウ
ェハを真空吸着グリッパ２８によって把持し、後退し（
該アーム２４の引き込み）、かつ回動して第１１図に示
したようにＹ軸と正しく整列し、まず９０°、次いで第
１２図に示したように更に９０″′回転する．このよう
な運動によってウェハの両面を検査することが可能とな
り、主要な検査である印刷回路の検査は第１２図に示し
たように、汚れを回避するべく印刷回路を下方に向けて
実施される。

検査後、ウェハは評価され、問題ないウェハはカセット
１２に、修理可能なウェハはカセット１３に、廃棄する
ウエバはカセット１４に振り分けられる。

最初にカセッ１・１１から取り出されてから検査終了に
至るまで、ウェハは常時把持機構によって保持され、他
のいかなる機構へも移されない。本発明システムのＸＹ
座標系のＹ軸及びＸ軸を規定するロボットアーム及び検
査機構はいずれも浮動テーブル２２に固定されており、
それによって振動が排除され、検査の正確さが保たれる
． 上下を反転されたウェハはまず、検査デバイスの光学系
を介して機能し得るか、あるいは上向きに設置されたＬ
ＥＤのような小型の集束光源の形態を取り得る走査機構
によって走査され、この走査機構はウェハの周縁を《毎
回平行に》数回走査し、光点がウェハの周縁を横切る度
にウェハ周縁上の１点を規定する．この走査とフラット
とによって、ウェハを正確に位置決めすることが可能と
なる．更に、印刷回路の像をその軸線がｘＹ走査の座標
軸と整列するように位置合わせする機械的あるいは光学
的手段が用いられ得る． 第１３図に示したように、本発明システムの光学系は、
焦点合わせ用のモータ３１に取り付けられた顕微鏡１８
を含む．光が光源から光ファイバ３２を介して供給され
てビームスプリッタ３３に達し、ビームスブリッタ３３
は光の一部を、顕微鏡１８上方に位置する対象（ウェハ
）へと向ける．像光はビームスプリッタ３３を透過して
プリズム３４に達し、その後レンズ系３５を通ってカメ
ラ３６に達する．カメラ３６は駆動モータ３フを具備し
ており、一方レンズ系はモータ３８を具備している．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシステム全体の斜視図、第２図は本発
明システムのロボットアームの駆動部を示す説明図、第
３図は本発明システムのロボ・ントアームを示す説明図
、第４図は本発明システムの諸機楕の移動軸線及び構成
要素を示す分解図、第５図は顕微鏡を具備したＸ軸ステ
ージを示す説明図、第６図は把持機構の側面図、第７図
は真空吸着グリ・ノパの頂面図、第８図は真空吸着グリ
ツバを該グリ・７パに保持されたウェハと共に示す説明
図、第９図は本発明システムの、ウェハカセットその他
の該システム構成要素を示す側面図、第１０図はウェハ
を印刷回路が上方に面した状態で保持したグリツバを示
す説明図、第１１図はグリツバに保持されたウェハが９
０°回転されたウェハところを示す説明図、第１２図は
更に９０１転されて印刷回路が下方を向いたウェハを示
す説明図、第１３図は本発明システムの光学的要素の構
成を示すプロ・ンク線図状の側面図である． １１，１２，１３．１４・・・・・・カセット、１７．
２０．２４・・・・・・ロボットアーム、２２・・・・
・・浮動テーブル、２５・・・・・・顕微鏡、２９・・
・・・・ウェハ． 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ．　　１

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンその他の半導体から成るウェハ上か、あ
   るいは他の適当基板上に設置された印刷回路その他のマ
   イクロ電子素子を検査するシステムであって、 ａ）所与の平面内で角変位し、所定の軸即ちＹ軸に沿っ
   て整列し、自身の軸線の周囲に回転し、かつ必要に応じ
   てＹ軸沿いに移動するべく構成されたロボットアーム、 ｂ）このロボットアームと、検査前後にウェハを収蔵す
   るカセットとを支持する浮動テーブル、 ｃ）下方に面したウェハを検査するべく上方を向くよう
   に構成された検査手段、 ｄ）ウェハ上の印刷回路を実際に検査する前に該印刷回
   路を正確に位置合わせ及び心出しする手段、及び ｅ）検査中ウェハの振動及び汚れを実質的に排除する手
   段 を含む検査システム。
2. （２）ロボットアームと検査手段とが同じ浮動テーブル
   に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載
   のシステム。
3. （３）ウェハ収蔵用に複数個のカセットが用いられ、そ
   の際１個のカセットは検査前のウェハを収蔵し、その他
   のカセットは検査結果に基づく選択に従ってウェハを収
   蔵することを特徴とする請求項１または２に記載のシス
   テム。
4. （４）検査が光学顕微鏡、ＵＶ顕微鏡、ＩＲ顕微鏡、粒
   子束デバイス、表面走査デバイス、レーザ顕微鏡、暗視
   野検査デバイス及びトンネル式顕微鏡の中から選択され
   た検査手段によって行なわれることを特徴とする請求項
   １から３のいずれか１項に記載のシステム。
5. （５）走査が、ロボットアームの軸線がＹ方向を規定す
   るように行なわれ、光学的走査手段はＹ方向に対して垂
   直に、即ちＸ方向に移動することを特徴とする請求項１
   から４のいずれか１項に記載のシステム。
6. （６）個々のウェハを検査手段に対して正確に位置合わ
   せ及び位置決めするのにオプトスキャナが用いられるこ
   とを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の
   システム。
7. （７）オプトスキャナがウェハを正確に位置決めもしく
   は心出しし、かつウェハ上の印刷回路を正確に心出しす
   るのにウェハの周縁及びフラットを用いることを特徴と
   する請求項６に記載のシステム。
8. （８）ロボットアームがＸＹ平面内で所望の角度だけ揺
   動し得、自身の軸線の周囲に回転し得、かつ自身の軸線
   の方向に伸縮し得ることを特徴とする請求項１から７の
   いずれか１項に記載のシステム。
9. （９）ウェハ位置合わせ用のアルゴリズム、並びにこの
   アルゴリズムによって実現される位置合わせに従って光
   学的検査手段を位置決めするアルゴリズムが用いられる
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載
   のシステム。
10. （１０）光学的検査のための照明が光ファイバを介して
    行なわれることを特徴とする請求項１に記載のシステム
    。
11. （１１）ウェハが真空把持手段によつて把持され、かつ
    移動されることを特徴とする請求項１から１０のいずれ
    か１項に記載のシステム。
12. （１２）ロボットアームと、検査機構と、検査されるウ
    ェハを正確に位置決めする機構とが、振動障害を最小限
    とするべく総て同じ浮動テーブルに取り付けられている
    ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。