KR20020054345A - 광학식 센서 - Google Patents

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KR20020054345A
KR20020054345A KR1020027006255A KR20027006255A KR20020054345A KR 20020054345 A KR20020054345 A KR 20020054345A KR 1020027006255 A KR1020027006255 A KR 1020027006255A KR 20027006255 A KR20027006255 A KR 20027006255A KR 20020054345 A KR20020054345 A KR 20020054345A
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KR1020027006255A
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구라따순스케
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기시모토 마사도시
올림파스 고가꾸 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 광학식 센서는 LED(2)와, LED 광을 평행광으로 정형하고, 또한 대상물(5)로부터의 반사광을 집광하는 텔레센트릭렌즈(4)와, LED 광을 텔레센트릭렌즈(4)측에 반사하고, 또한 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 집광된 반사광을 투과시키는 하프미러(3)와, 조리개(7)와, 2차원 촬상소자(9)로 이루어진다.

Description

광학식 센서{OPTICAL SENSOR}
기판 검사 장치는 반도체 웨이퍼의 표면을 검사하고, 반도체 웨이퍼 표면상의 결함부가 있으면, 상기 결함부를 검출한다. 반도체 웨이퍼 표면상의 결함부는 예를 들면 손상, 결여, 표면얼룩, 오물, 먼지이다.
상기 기판 검사 장치는 반도체 웨이퍼를 목시에 의해 검사하는 마크로 검사와, 반도체 웨이퍼의 표면을 현미경에 의해 확대하여 검사하는 미크로 검사를 행한다.
상기 기판 검사 장치는 복수의 반도체 웨이퍼를 수납하는 웨이퍼 캐리어와, 마크로 검사나 미크로 검사를 행하는 검사부와, 웨이퍼 캐리어에 수납되어 있는 반도체 웨이퍼를 취출하고 검사부로 넘기고, 상기 검사부에서 검사가 종료한 반도체 웨이퍼를 받아 다시 웨이퍼 캐리어에 되돌리는 로더부로 이루어져 있다.
검사부는 로더부에서 반도체 웨이퍼를 받으면, 우선은 반도체 웨이퍼에 대하여 마크로 검사 또는 미크로 검사를 행한다.
그러나, 웨이퍼 캐리어에 수납되어 있는 미검사의 반도체 웨이퍼는 그 자세가 정렬되어 있지 않다. 로더부는 정렬되어 있지 않은 반도체 웨이퍼를 그대로 취출하고, 검사부로 넘긴다. 여기에서 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 중심이 어긋난 상태로 검사부에 넘겨진다.
이 때문에, 통상, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 중심의 센터링이 행하여지고, 검사부에 넘겨진다.
이러한 반도체 웨이퍼의 센터링에서는 특개평 11-243129호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 발광부와 수광부를 반도체 웨이퍼를 끼어 배치한 비접촉센서가 이용된다. 이것은, 반도체 웨이퍼에 대한 손상이나 발진의 문제를 해소하기 위함이다.
또한, 반도체 제조의 포토리소그라피-공정에서는 반도체 웨이퍼의 표면의 손상, 크랙, 오염, 얼룩 등의 결함 검출이 행하여지고 있다. 최근에는 반도체 웨이퍼의 에지부분에 부착된 먼지나 크랙, 포토레지스트의 컷폭을 검출하는 것은 이후의 공정에서의 불량 발생을 방지하는 데에 있어서 의미 있는 검사 항목으로 되어 있다.
이러한 반도체 웨이퍼의 에지검사에 있어서, 특개 2000-136916호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 에지부를 조명하는 광원과, 상기 에지부의 결함을 검출하는 비디오카메라가 분리하고 배치되어 있다.
상술한 비접촉센서나 에지부 검출용의 화상센서는 기판 검사 장치내에 마련하기 때문에, 소형화, 공간 절약화, 저코스트가 요구된다.
따라서, 비접촉센서나 화상센서는 될 수 있는 한 소형화, 공간 절약화, 저코스트를 도모해야 한다.
본 발명은 위치정보나 화상정보를 검출하는 소형의 광학식 센서에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 관련된 광학식 센서의 제 1의 실시 형태를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 관련된 광학식 센서를 이용한 제 1의 사용예를 도시한 기판 검사 장치의 구성도.
도 3은 동장치에 있어서의 광학식 센서의 배치도.
도 4는 본 발명에 관련된 광학식 센서를 이용한 제 2의 사용예를 도시한 구성도.
도 5는 동 광학식 센서에 의해 취득된 2차원 화상 데이터의 모식도.
도 6은 반도체 웨이퍼에 부여된 식별정보를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 관련된 광학식 센서의 응용예를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 관련된 광학식 센서의 응용예에 의해 취득된 2차원 화상 데이터의 모식도.
도 9는 본 발명에 관련된 광학식 센서의 배치의 변형예를 도시한 도면.
본 발명은 소형화, 설치하는 곳의 공간 절약화, 컴팩트화를 도모하고, 저코스트를 실현할 수 있는 광학식 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 레이저광을 조사하는 LED 광원과, 상기 LED 광원의 출사 광축으로 배치된 광로분할소자와, 상기 광로분할소자의 한편의 분할광로에 배치되고, LED 광원으로부터 출력된 레이저광을 평행광으로 정형하는 콜리메이트 렌즈와, 광로분할소자의 다른 분할광로에 배치되고, 콜리메이트 렌즈에 의해 집광된 대상물로부터의 반사광을 촬상하는 2차원 촬상소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 센서이다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 광학식 센서라면, 소형화, 설치하는 곳의 공간 절약화, 컴팩트화를 도모하고, 저코스트를 실현할 수 있다.
이하, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 광학식 센서의 구성도이다. 상기 광학식 센서는 낙사(落射) 텔레센트릭 조명 결상 광학계를 이용하고 있다. 센서 광체(1)은 통형상으로 형성되어 있다.
광원은 발광다이오드(LED, 2)이다. 상기 LED(2)는 LED 광을 출력한다. 상기 LED(2)는 센서 광체(1)의 측면에 마련되어 있다.
하프미러(3)는 센서광체(1)내부에 경사지게 마련되어 있다. 상기 하프미러(3)는 LED(2)로부터 출력되는 LED 광의 광로상에서, 또한 센서광체(1)내부의 광축 p 상에 마련되어 있다. 상기 하프미러(3)는 광축 p 에 대하여 약45° 경사지고, 또한 하프미러(3)의 중심이 광축 P 에 대하여 기울게 배치되어 있다.
상기 하프미러(3)는 LED(2)로부터 출력된 LED 광을 텔레센트릭렌즈(4)측으로 반사하고, 또한 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 집광된 대상물(5)로부터의 반사광을 투과시키는 광로분할소자이다.
또한, 하프미러(3)는 빔 스플리터로 바꾸는 것이 가능하다.
텔레센트릭렌즈(4)는 센서 광체(1)의 개구부에 마련되어 있다. 상기 텔레센트릭렌즈(4)는 하프미러(3)의 상단에 근접하여 마련되어 있다. 상기 텔레센트릭렌즈(4)는 볼록 렌즈이다. 상기 텔레센트릭렌즈(4)는 LED(2)로부터 출력된 LED 광을 평행광으로 정형하고, 또한 대상물(5)로부터의 반사광을 집광한다.
즉, 텔레센트릭렌즈(4)는 LED(2)로부터 출력된 LED 광을 평행광으로 정형하고 대상물(5)의 웨이퍼 에지부에 조사하는 콜리메이트 렌즈 작용과, 대상물로부터 반사되어 온 LED 광을 집광하는 집광렌즈 작용을 갖는다.
화상센서부(6)는 텔레센트릭렌즈(4)의 후 초점측의 광축 p 상에 마련되어 있다. 상기 화상센서부(6)는 조리개(7)와, 릴레이 결상용렌즈(8)와, 2차원 촬상소자(9)로 이루어진다. 상기 화상센서(6)는 하프미러(3)의 하단에 근접하여 마련되어 있다.
조리개(7)는 텔레센트릭계의 조리개이다. 상기 조리개(7)는 텔레센트릭렌즈(4)의 후측 초점에 배치된다.
2차원 촬상소자(9)는 복수의 고체촬상소자(CCD)를 2차원 평면형상으로 종횡으로 배열하여 이루어진다. 상기 2차원 촬상소자(9)는 예를 들면 CMOS가 이용된다.
2차원 촬상소자(9)는 대상물(5)의 웨이퍼 에지부에서 반사되어 온 LED 광을 촬상하고, 그 2차원 화상신호를 출력한다.
릴레이 결상용렌즈(8) 및 2차원 촬상소자(9)는 일체화되어 있다. 즉, 2차원 촬상소자(9)는 릴레이 결상용렌즈(8)가 일체화된 CMOS 이다.
2차원 촬상소자(9)의 중심위치는 광축 p에 일치하는 것이 바람직하다.
또한, 광학식 센서의 높이 방향의 치수를 작게 하기 위해서, 하프미러(3)의 상하단에 근접시켜 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 광학센서의 폭방향의 치수를 작게 하기 위해서, 하프미러(3)의 중심위치를 광축 P 에 대하여 LED(2)의 배치방향과 역방향으로 기울이고, 광축 P까지의 거리가 짧은 하프미러(3)의 좌단부측에 LED(2)를 배치하는 것이 바람직하다.
다음에, 상기와 같이 구성된 광학식 센서의 작용에 관해서 설명한다.
LED(2)는 LED 광을 출력한다. 상기 LED 광은 하프미러(3)에서 반사하고, 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 평행광으로 정형된다.
상기 평행광의 LED 광은 대상물(5)에 조사된다.
대상물(5)로부터의 반사광은 다시 텔레센트릭렌즈(4)에 입사한다. 상기 텔레센트릭렌즈(4)는 웨이퍼 에지부에서의 반사광을 집광한다.
상기 집광된 반사광은 하프미러(3)를 투과한다. 더욱이, 반사광은 조리개(7)에 의해 조여진다. 상기 조리개(7)를 통과한 반사광은 릴레이 결상용렌즈(8)에 의해 집광되어 2차원 촬상소자(9)에 입사한다.
상기 2차원 촬상소자(9)는 입사한 빛을 촬상하고, 그 2차원 화상신호를 출력한다.
이와 같이 상기 제 1의 실시 형태에 있어서는 LED(2)와, LED 광을 평행광으로 정형하고, 또한 대상물(5)로부터의 반사광을 집광하는 텔레센트릭렌즈(4)와, LED 광을 텔레센트릭렌즈(4)측에 반사하고, 또한 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 집광된 반사광을 투과시키는 하프미러(3)와, 조리개(7)와, 2차원 촬상소자(9)로 이루어진다.
따라서, 상기 광학식 센서는 하프미러(3)에 근접시켜 LED(2), 텔레센트릭렌즈(4) 및 화상센서부(6)를 배치하는 것에 의하여, 소형화를 도모하고, 설치하는 곳의 공간 절약화, 컴팩트화가 도모되고, 저코스트를 실현할 수 있다. 더욱이, 하프미러(3)의 중심위치를 광축 P 에 대하여 한편으로 기울게 하는 것에 의하여, LED(2)를 광축 P에 가까이 하여 배치하는 것이 가능하게 되어, 폭방향의 치수를 작게 할 수 있다.
특히 렌즈가 부착된 CMOS는 라인센서 등의 일차원 촬상소자나, 다른 이차원 촬상소자와 비교하여 작고 저렴하기 때문에 유리하다.
광학식 센서는 LED 광을 텔레센트릭렌즈(4)측에 반사하고, 또한 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 집광된 반사광을 투과시키는 하프미러(3)를 이용하기 때문에, 텔레센트릭렌즈(4)와 화상센서부(6)의 간격을 하프미러(3)의 높이 치수까지 가까이 할 수 있고, 광축 p 방향의 높이를 억제 할 수 있다. 이것에 의해, 광학식 센서는 소형화 할 수 있다.
광학식 센서는 LED(2)로부터 출력된 LED 광을 텔레센트릭렌즈(4)에 의해 평행광으로 정형하고, 또한 대상물(5)로부터의 반사광을 집광하는 낙사(落射) 텔레센트릭조명 결상 광학계를 채용하였다.
따라서, 광학식 센서와 대상물(5)과의 간격 D가 변화하더라도, 항상 정확하게 대상물(5)의 화상 데이터를 취득할 수 있다. 대상물(5)이 도 1에 도시한 화살표 a 방향으로 이동하여도, 광학식 센서는 항상 정확하게 대상물(5)의 화상 데이터를 취득할 수 있다.
화상센서부(6)는 2차원 촬상소자(9)로부터 출력된 2차원 화상 데이터중의 소망의 화소라인수의 화상 데이터를 추출하는 것으로, 대상물(5)로서 예를 들면 반도체 웨이퍼의 에지위치를 검출하는 라인센서로서 사용할 수 있다.
또한, 상기 제 1의 실시 형태는 다음과 같이 변형할 수 있다.
예를 들면, 광학식 센서는 광원에 적외선 영역의 빛을 발광하는 적외발광 LED를 이용하고, 또한 적외 통과필터를 이용한다. 적외 통과필터는 적외선 영역의 빛을 투과한다. 상기 적외 통과필터는 조리개(7) 또는 2차원 촬상소자(9)에 근접하고, 또한 광축 p 상에 배치한다.
이들 적외발광 LED 및 적외 통과필터를 이용하는 것에 의해, 광학식 센서는 가시광선에 의한 노이즈를 경감할 수 있고 정밀도가 높은 측정이 가능하게 된다.
텔레센트릭렌즈(4)는 프레넬 렌즈를 사용할 수 있다. 프레넬 렌즈는 볼록 렌즈에 비교하여 두께가 엷기 때문에, 광학식 센서를 더욱 소형화 할 수있다.
다음에, 본 발명을 이용한 제 1의 사용예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 광학식 센서를 적용한 기판 검사 장치의 구성도이다. 기판 검사 장치는 크게 나누어 로더부(10)와 검사부(11)로 이루어진다.
이들 로더부(10)와 검사부(11)는, 각각 분리 독립하여 마련되어 있다. 로더부(10)는 정면측 F에서 보아 좌측에 배치되고, 검사부(11)는 오른쪽에 배치되어 있다.
로더부(10)는 웨이퍼 캐리어(12)와 웨이퍼 반송로보트(13)로 이루어져 있다. 웨이퍼 캐리어(12)에는 복수의 반도체 웨이퍼(14)가 소정의 피치로 상하방향으로수납되어 있다. 또한, 이들 반도체 웨이퍼(14)중 미검사의 반도체 웨이퍼(14)를 반도체 웨이퍼(14a)라 칭하고, 검사필의 반도체 웨이퍼(14)를 반도체 웨이퍼(14b)라 칭한다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 웨이퍼 캐리어(12)내에 수납되어 있는 미검사의 반도체 웨이퍼(14a)를 취출하여 검사부(11)로 넘기고, 검사부(11)에서 검사필의 반도체 웨이퍼(14b)를 받아 웨이퍼 캐리어(12)내에 수납한다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 다관절의 로보트이다. 상기 웨이퍼 반송로보트(13)는 3개의 연결 암(15∼17)을 연결하여 다관절 암을 구성하고 있다. 이들 연결 암(15∼17)중 일단측의 연결 암(15)은 회전축(18)에 접속되어 있다. 상기 회전축(18)은 축방향을 중심으로 화살표 b 방향으로 회전한다.
타단측의 연결 암(17)에는 핸드(19)가 연결되어 있다. 상기 핸드(19)는 반도체 웨이퍼(14)를 흡착 지지한다. 상기 핸드(19)는 회피부(20)와 흡착부(21)로 이루어져 있다.
흡착부(21)에는 복수의 흡착구멍(22)이 형성되어 있다. 이들 흡착구멍(22)은 흡인펌프 등의 흡인장치에 연결되어 있다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 다관절 암을 회전축(18)을 중심으로 하여 화살표 a 방향으로 회전하고, 또한 각 연결 암(15∼17)을 신축 동작시켜 핸드(19)를 전진, 후퇴시킨다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 검사부(11) 사이에서 반도체 웨이퍼(14)의 수수를 행하는 경우, 검사부(11)의 좌면측(화살표 A 방향)에서 다관절 암을 끼워 넣고, 빼낸다.
검사부(11)는 마크로 검사와 미크로 검사를 행한다. 마크로 검사는 반도체 웨이퍼(14)를 목시에 의해 관찰하고, 반도체 웨이퍼(14)의 표면상의 결함부를 검출한다. 상기 결함부는 예를 들면 손상, 결여, 표면얼룩, 오물, 먼지이다.
미크로 검사는 마크로 검사에 의해 검출된 반도체 웨이퍼(14)의 표면상의 결함부를 현미경에 의해 확대하고 관찰하여, 결함부의 종류나 크기 등을 취득한다.
검사부(11)의 가대상에는 웨이퍼 반송장치(23)가 마련되어 있다. 상기 웨이퍼 반송장치(23)는 회전축(24)과, 상기 회전축(24)에 대하여 등각도(예를 들면, 120도)마다 마련된 3개의 반송 암(25a, 25b, 25c)으로 이루어져 있다.
이들 반송 암(25a, 25b, 25c)은 각각 L자 형상의 L형 핸드(26a, 26B, 26c)로 형성되어 있다. 이들 L형 핸드(26a, 26B, 26c)는 도 3에 도시한 바와 같이 장지(長指, 27)와, 단지(短指, 28)를 갖고 있다.
이들 L형 핸드(27a, 27b, 27c)에는 복수의 흡착구멍(웨이퍼 척, 29)이 형성되어 있다. 이들 흡착구멍(29)은 흡인펌프 등의 흡인장치에 연결되어 있다.
또한, 도 3은 L형 핸드(26a)만을 도시하고 있지만, 다른 L형 핸드(26b, 26c)도 L형 핸드(26a)와 동일 구성이며, 그 설명은 생략한다.
웨이퍼 반송장치(23)는 회전축(24)을 중심으로 예를 들면 도면상 좌측(화살표 c 방향)으로 회전한다. 이것에 의하여, 3개의 반송 암(25a, 25b, 25c)은 각각 웨이퍼 수수 포지션(P1)과, 마크로 검사포지션(P2)과, 미크로 검사 수수 포지션(P3)으로 순환 이동한다.
웨이퍼 수수 포지션(P1)은 웨이퍼 반송로보트(13)와 웨이퍼 반송장치(23) 사이에서 반도체 웨이퍼(14)의 수수를 행하는 것이다.
웨이퍼 반송장치(23)는 3개의 반송 암(25a, 25b, 25c)의 어느 1개의 반송 암, 예를 들면 도 2에서는 반송 암(25a)이 웨이퍼 수수 포지션(P1)에 포지셔닝된다.
이 때, 웨이퍼 반송로보트(13)는 다음과 같이 동작한다. 웨이퍼 반송로보트(13)는 다관절 암을 늘려 핸드(19)를 반송 암(25a)의 L형 핸드(26a) 내에 끼워 넣는다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 반도체 웨이퍼(14)를 지지하고 있는 핸드(19)를 예를 들면 L형 핸드(26a)의 윗쪽으로부터 아래쪽으로 이동시키는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(14)를 L형 핸드(26a)로 넘긴다.
L형 핸드(26a)에서 웨이퍼 반송로보트(13)의 핸드(19)에 반도체 웨이퍼(14)를 건네 주는 경우, 웨이퍼 반송로보트(13)는 핸드(19)를 L형 핸드(26a)의 아래쪽에서 윗쪽으로 이동시킨다.
웨이퍼 수수 포지션(P1)의 중심위치는 웨이퍼 반송로보트(13)의 반송 스트로크 범위내에 마련되어 있다.
웨이퍼 수수 포지션(P1)에는 도 3에 도시한 바와 같이 4개의 광학식 센서((27∼30))가 마련되어 있다.
이들 광학식 센서((27∼30))는 반도체 웨이퍼(14)의 얼라이먼트용이다. 이들광학식 센서((27∼30))는 웨이퍼 수수 포지션(P1)에 포지셔닝되는 L형 핸드(26a, 26b 또는 26c)의 아래쪽에, 또한 검사부(11) 가대상에 고정되어 마련되어 있다.
4개의 광학식 센서((27∼30))는 반도체 웨이퍼(14)의 외주연(이하, 웨이퍼 에지부라 칭한다)에 따른 각 위치에 각각 배치되어 있다.
이들 광학식 센서(27∼30)의 배치 위치는 이들 광학식 센서((27∼30))를 맺는 라인이 사다리꼴로 형성되는 것이 바람직하다. 이것은 이들 4점에서 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치를 구하는 경우, 정확하고 또한 확실하기 때문이다.
이들 광학식 센서(27∼30)는 각각 도 1에 도시한 상기 제 1의 실시 형태에 있어서 설명한 광학식 센서와 동일한 구성이다. 이들 광학식 센서(27∼30)는 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부를 포함한 상을 촬상하여, 그 2차원 화상신호를 출력한다.
반도체 웨이퍼(14)를 핸드(19)로부터 L형 핸드(26a, 26b 또는 26c)로 넘기는 경우, 웨이퍼 반송로보트(13)는 다관절 암 및 핸드(19)를 이동 동작시켜, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부가 4개의 광학식 센서(27∼30)의 모든 검출시야내에 동시에 들어가도록, 반도체 웨이퍼(14)를 포지셔닝한다.
이들 광학식 센서(27과 28)의 간격, 및 광학식 센서(29, 30)의 간격은 반도체 웨이퍼(14)의 오리프라의 스팬 또는 핸드(19)의 넥의 폭보다도 길게 떨어져 있다.
얼라이먼트 제어부(31)는 4개의 광학식 센서(27∼30)로부터 출력되는 각 2차원 화상신호를 입력하여 각각의 2차원 화상 데이터를 작성하고, 이들 2차원 화상 데이터에 있어서 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부와 직교하는 방향의 1라인 또는 복수라인의 화상 데이터(이하, 라인화상 데이터라 칭한다)를 추출하고, 상기 라인화상 데이터로부터 합계 4점의 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부의 각 검출위치(좌표)를 구하고, 이 중 오리프라나 노치정보가 혼입하지 않은 3개의 좌표로부터 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치를 구한다.
이 경우, 얼라이먼트 제어부(31)는 2차원 촬상소자로부터 출력되는 2차원 화상신호를 이용하기 때문에, 웨이퍼 에지부의 검출위치는 화소수로부터 용이하게 구한다.
상기 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치는 원의 중심좌표를 구하는 주지의 방법으로 구할 수 있다.
얼라이먼트 제어부(31)는 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치와 정규의 중심을 비교하여, 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치의 정규의 중심에서의 어긋남 양을 구한다.
얼라이먼트 제어부(31)는 어긋남 양으로부터 센터링하기 위한 보정량을 구하고, 상기 보정량의 지령을 웨이퍼 반송로보트(13)에 부여한다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 보정량에 따라 반도체 웨이퍼(14)의 중심이 정규의 중심위치에 일치하도록 얼라이먼트한다.
검사부(11)의 가대상의 마크로 검사포지션(P2)에는 마크로 검사용 요동기구(32)와, 마크로 검사용 회전기구(33)가 마련되어 있다.
마크로 검사용 요동기구(32)는 반도체 웨이퍼(14)의 표면을 마크로 검사에 이용된다. 마크로 검사는 검사원 Q의 목시에 의해 반도체 웨이퍼(14)의 표면을 관찰한다.
마크로 검사용 회전기구(33)는 마크로 검사용 요동기구(32)상에 지지되어 있는 반도체 웨이퍼(14)를 회전시키고, 또한 상하방향으로 이동시킨다.
미크로 검사부(34)는 스테이지(35)와 현미경(36)을 갖고 있다. 스테이지(35)는 반도체 웨이퍼(14)를 흡착 지지하고, 또한 반도체 웨이퍼(14)를 이동시킨다.
이 결과, 반도체 웨이퍼(14a)는 중심위치가 정규의 중심위치에 맞취어진다. 즉, 반도체 웨이퍼(14a)는 센터링된다.
웨이퍼 반송로보트(13)는 센터링된 상태로, 반도체 웨이퍼(14a) 에 대한 흡착을 해제하고, 반도체 웨이퍼(14a)를 지지하는 핸드(19)를 하강시켜 반도체 웨이퍼(14a)를 L형 핸드(26a)로 넘긴다.
웨이퍼 수수 포지션(P1)에 있어서 센터링한 반도체 웨이퍼(14)는 3개 아암의 웨이퍼 반송장치(23)에 수수되고 마크로 검사포지션(P2)과 미크로 검사 수수 포지션(P3)에 반송된다.
마크로 검사포지션(P2)에 있어서 마크로 검사가 행하여진다. 미크로 검사 수수 포지션(P3)에 있어서 미크로 검사가 행하여진다.
이와 같이 상기 제 1의 사용예에 있어서는 소형화, 공간 절약화, 컴팩트화를도모한 낙사(落射) 텔레센트릭조명 결상 광학계를 이용한 광학식 센서(27∼30)를 기판 검사 장치의 얼라이먼트 장치에 이용하는 것에 의해, 다운플로우의 영향을 받지 않는 반도체 웨이퍼(14a)의 아래쪽으로 광학식 센서(27∼30)를 배치할 수 있다.
또한, 광학식 센서(27∼30)는 낙사(落射) 텔레센트릭조명 결상 광학계를 이용하고 있기 때문에, 반도체 웨이퍼(14)와의 간격이 변화되더라도, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부를 정확하게 검출할 수 있다.
광학식 센서(27∼30)는 각 2차원 화상 데이터중 1라인 또는 복수라인의 화상 데이터를 이용하기 때문에, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지위치(좌표데이터)를 구하는 처리속도를 빠르게 할 수 있고, 검사부(11)에 의한 반도체 웨이퍼(14)의 마크로 검사 및 미크로 검사의 검사시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 제 1의 사용예는 다음과 같이 변형할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1의 실시 형태로 설명한 바와 같이, 광학식 센서는 광원에 적외선 영역의 빛을 발광하는 적외발광 LED를 이용하고, 또한 적외 통과필터를 이용한다. 적외 통과필터는 적외선 영역의 빛을 투과한다. 상기 적외 통과필터는 조리개(7) 또는 2차원 촬상소자(9)에 근접하고, 또한 광축 p 상에 배치한다.
이들 적외발광 LED 및 적외 통과필터를 이용하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼(14)의 마크로 검사 및 미크로 검사에 있어서, 광학식 센서는 가시광선에 의한 노이즈를 경감할 수 있고 정밀도가 높은 검사가 가능하게 된다.
상기 제 1의 사용예의 응용예에 관해서 설명한다.
광학식현미경(36)은 XY 테이블이 구비되어 있다. 상기 XY 테이블은 X 방향과, 상기 X 방향에 대하여 수직의 Y 방향으로 이동 가능하다.
상기 XY 테이블상에는 회전스테이지(35)가 마련되어 있다. 상기 회전스테이지(35)는 중심에 회전축이 구비되어 있다.
상기 회전스테이지(35)는 XY 테이블상에 있어서, 회전축을 중심으로 회전한다. 상기 회전스테이지(35)상에는 반도체 웨이퍼가 재치된다.
이와 같이 XY 테이블 및 회전테이블(35)을 구비한 광학현미경(36)에는 본 발명의 광학센서를 적용할 수 있다. 상기 광학센서는 회전스테이지(35)상에 재치되는 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부상을 따라 소정간격마다 복수 배치된다.
이들 광학센서는 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부를 검출하고, 각 2차원 화상신호를 출력한다.
따라서, 이들 2차원 화상신호로부터 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치가 구하여진다. 다음에, 반도체 웨이퍼(14)의 중심위치와 정규의 중심과의 어긋남 양이 구하여진다. 다음에, 어긋남 양을 없애기 위한 보정량이 구하여진다. 다음에, XY 스테이지가 보정량을 따라 이동한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(14)는 중심 어긋남이 보정된다.
이와 같이 소형화, 컴팩트화, 공간 절약화를 도모한 광학식 센서를 이용한 광학식현미경(36)에서는 반도체 웨이퍼(14)와 XY 스테이지와의 간격이 좁은 개소에도 용이하게 광학식 센서를 배치하는 것이 가능해진다.
다음에, 본 발명을 이용한 제 2의 사용예에 관해서 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도 1과 동일부분에는 동일부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 광학식 센서를 이용한 화상 처리장치의 구성도이다. 화상 처리부(41)는 2차원 촬상소자(9)로부터 출력된 2차원 화상신호를 입력하고, 대상물(5)의 2차원 화상 데이터를 취득하고, 모니터장치(42)에 송출한다.
화상 처리부(41)는 취득한 대상물(5)의 2차원 화상 데이터중 소망의 화소라인수의 화상 데이터을 추출한다.
예를 들면, 본 발명의 광학센서를 상기 도 2에 도시한 기판 검사 장치의 얼라이먼트 장치에 적용하면, 웨이퍼 에지의 위치정보를 구하는 얼라이먼트용 센서로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 광학센서는 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부에서의 결함부(결여, 손상, 먼지의 부착 등)의 검사를 행하는 화상 데이터를 취득하는 화상센서로서 사용할 수 있다.
즉, 도 2에 도시한 기판 검사 장치의 웨이퍼 수수 포지션(P1)에 배치된 4개의 광학식 센서(27∼30)는 도 3에서 설명한 바와 같이 웨이퍼 에지의 위치정보를 구하는 얼라이먼트용 센서로서 이용된다.
도 4에 도시한 광학식 센서(40)를 도 2에 도시한 기판 검사 장치의 회전스테이지를 갖는 마크로 검사포지션(P2), 미크로 검사포지션(P3)에 배치하면, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부의 2차원 화상 데이터를 취득할 수 있다.
상기 광학센서(40)는 도 2에 도시한 마크로 검사용 회전기구 (회전스테이지, 33)에 지지된 반도체 웨이퍼(14)의 외주연에 대응하는 반도체 웨이퍼(14)의 윗쪽에 근접하여 배치되어 있다.
상기 2차원 화상 데이터는 모니터장치(42)에 있어서 표시 출력된다.
도 5는 광학식 센서(40)에 의해 취득된 2차원 화상 데이터이다. 상기 화상 데이터(41a∼41d)는 회전스테이지(33)를 소정각도로 회전 이동하여 취득한 4개소의 스폿화상이다.
각 화상 데이터(41a∼41d)의 중심좌표 데이터는 회전테이블(33)의 각도위치로부터 구한다. 이들 각도위치는 반도체 웨이퍼(14)의 오리프라 또는 노치위치를 기준으로 하는 것이 바람직하다.
상기 오리프라 또는 노치위치를 구하기 위해서는 광학식 센서(40)로 취득된 2차원 화상 데이터중 1라인 또는 복수라인의 화상 데이터를 에지 위치정보로서 사용한다. 반도체 웨이퍼(14)의 회전각도와 에지위치정보의 관계로부터 에지 위치정보가 크게 변동하는 위치에서 오리프라 또는 노치위치를 구한다.
따라서, 각 화상 데이터(41a∼41d)는 각각 스폿화상으로서 모니터장치(41)에 표시할 수 있고, 결함위치를 시야중심(X축)에 합하면, 반도체 웨이퍼(14)의 회전위치로부터 결함위치를 구할 수 있다.
이러한 웨이퍼 에지부의 스폿화상을 표시출력하면, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부에서의 결함부의 검사를 할 수 있다. 상기 결함부는 결여, 손상, 먼지의 부착 등이다.
다음에, 다른 변형예에 관해서 설명한다.
반도체 웨이퍼(14)는 회전테이블(33, 35)상에 재치되어 있다. 회전테이블(33)은 화살표 d 방향으로 일정한 속도로 회전한다.
광학식 센서(40)는 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부에 대응하는 위치에 적어도 하나 마련된다.
상기 광학식 센서(40)는 취득된 2차원 화상 데이터중 1라인 또는 복수라인의 화상 데이터를 취입하고, 라인 CCD 카메라로서 사용한다.
따라서, 반도체 웨이퍼(14)의 회전중에, 광학식 센서(40)는 회전테이블(33)의 회전에 동기한 타이밍으로 촬상을 행한다.
이 결과, 도 8에 도시한 것 같은 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부의 전 둘레에 걸친 2차원 화상 데이터가 취득된다.
상기 2차원 화상 데이터의 화상을 모니터장치(42)에 표시 출력하면, 반도체 웨이퍼(14)의 웨이퍼 에지부에서의 결여, 손상, 먼지의 부착 등의 외에, 레지스트의 얼룩, 레지스트의 반도체 웨이퍼(14)의 이면에의 돌아 들어감도 검사할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2의 사용예에서는 광학식 센서(27∼30, 40)을 반도체 웨이퍼의 한편의 면측에 배치한 경우에 관해서 설명했지만, 도 9에 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(14)의 표리측에 각각 배치하여도 된다.
이것에 의하여, 반도체 웨이퍼의 표리측의 2차원 화상 데이터를 취득할 수 있다.
본 발명의 광학식 센서는 예를 들면 반도체 웨이퍼 등의 대상물의 마크로 검사 또는 미크로 검사를 행하는 검사 장치나, 스테퍼 등의 IC 제조장치, 막두께 등의 계측장치 등의 각종 장치에 있어서의 반도체 웨이퍼의 얼라이먼트, 대상물에 있어서의 소망 부위의 2차원 화상을 취득하는 데 이용된다.

Claims (7)

  1. 레이저광을 조사하는 LED 광원과,
    상기 LED 광원의 출사 광축에 배치된 광로분할소자와,
    상기 광로분할소자의 한편의 분할광로에 배치되고, 상기 LED 광원으로부터 출력된 레이저광을 평행광으로 정형하는 콜리메이트 렌즈와,
    상기 광로분할소자의 다른 분할광로에 배치되고, 상기 콜리메이트 렌즈에 의해 집광된 대상물로부터의 반사광을 촬상하는 2차원 촬상소자를 구비한 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이트 렌즈는 텔레센트릭 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 콜리메이트 렌즈는 프레넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 2차원 촬상소자는 조리개 및 릴레이 결상렌즈를 일체로 구성하고, 상기 2차원 촬상소자와 상기 LED 광원 및 상기 콜리메이트 렌즈를 상기 광로분할소자에근접하여 배치한 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 2차원 촬상소자와 상기 콜리메이트 렌즈를 센서 광체의 양측에 배치하고, 상기 2차원 촬상소자와 상기 콜리메이트 렌즈와의 간격을 거의 상기 광로분할소자의 높이로 설정한 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 광로분할소자의 중심을 광축에 대하여 기울여 배치하고, 상기 광축까지의 거리가 최단의 광로분할소자 단부측에 상기 LED 광원과 상기 2차원 촬상소자를 배치한 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 광원은 적외선 영역의 빛을 발하는 적외발광 LED를 이용하고, 상기 2차원 촬상소자의 입사측에 적외 통과필터를 배치한 것을 특징으로 하는 광학식 센서.
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