WO2012086142A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2012086142A1
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light
wafer
inspection
optical system
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宮崎　祐輔
神宮　孝広
克弥 鈴木
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Hitachi High Tech Corp
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Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech Corp
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0833—Fibre array at detector, resolving

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus and an inspection method for inspecting defects such as a scratch on a substrate and a foreign matter.
  • a circuit is formed by transferring a pattern to the wafer surface and cutting it by etching.
  • defects on the wafer surface are a major factor that decreases the yield.
  • a wafer surface inspection apparatus detects foreign matter adhering to the wafer surface or defects existing on the wafer surface with high sensitivity and high throughput.
  • the wafer surface inspection apparatus detects the size and position coordinate data of a foreign substance by irradiating an electromagnetic wave such as a laser beam on the wafer surface and receiving scattered light generated from the foreign substance / defect by the irradiated light.
  • an electromagnetic wave such as a laser beam
  • the inspection table on which the wafer is mounted is rotated at high speed while the stage on which the inspection table is placed is moved in the same plane as the inspection surface to scan the inspection laser beam. It has become.
  • This surface inspection apparatus is described in Patent Document 1.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 can be cited.
  • the inspection apparatus in order to improve the inspection speed, it is also possible to illuminate the surface of the wafer with elongated light and form an image of the illumination area with a photodetector to perform inspection. However, it is not easy to correctly form an image of the illumination area on the photodetector. This is not taken into consideration in the prior art.
  • the present invention is characterized in that it has an imaging optical system having a bundle of optical fibers, and further has a mechanism for rotating the condensing side of the bundle of optical fibers.
  • the scattered light from the illumination area can be correctly imaged on the photodetector.
  • the schematic structure of the surface inspection apparatus of a present Example The figure explaining the test
  • FIG. The figure explaining the angle correction
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a surface inspection apparatus according to the present embodiment.
  • the wafer 1 to be inspected is stored in a wafer pod 410 that is a storage container.
  • the wafer pod 410 is disposed in the load port 400 of the inspection apparatus.
  • a wafer transfer robot 310 is disposed in the wafer transfer apparatus 300.
  • the wafer transfer robot 310 has a wafer handling arm 311 for transferring the wafer 1.
  • the wafer handling arm 311 takes out the wafer 1 stored in the wafer pod 410 and moves it to the pre-alignment unit 320.
  • pre-alignment unit 320 the center position of the wafer 1 and the position of the notch are calculated (pre-alignment) so that the inspection unit 200 to be described later performs positioning correctly.
  • the pre-aligned wafer 1 is moved to the wafer holding mechanism 215 of the inspection stage 210 in the inspection unit 200 by the wafer handling arm 311.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the inspection unit 200 in detail.
  • the inspection stage 210 described in FIG. 1 rotates the wafer 1 at a high speed while moving linearly.
  • the inspection stage 210 is provided on the X stage 211 for linearly moving in the horizontal direction, the Z stage provided on the X stage for adjusting the height of the wafer 1, and the Z stage 211 for rotating the wafer 1 at high speed.
  • the ⁇ stage 213 is configured.
  • the ⁇ stage 213 has a high-speed rotating part such as a spindle motor.
  • a wafer holding mechanism 215 is disposed on the ⁇ stage 213.
  • a light irradiation unit 250 for illuminating the wafer 1 with light is disposed approximately above the inspection stage 210 described above.
  • the light irradiation unit 250 illuminates the wafer with linear light from an oblique direction.
  • Scattered light generated on the wafer 1 is condensed by a first imaging optical system 291, a second imaging optical system 292, a third imaging optical system 293, which will be described later, and a fourth imaging optical system 294. Imaging and detection.
  • the first imaging optical system 291 has a first optical fiber array 271a and a first photodetector 270a arranged on the imaging side of the first optical fiber array 271a.
  • the second imaging optical system 292 includes a second optical fiber array 271b and a first photodetector 270b arranged on the imaging side of the first optical fiber array 271b.
  • the photodetectors 270a and 270b are a photoelectric converter such as a CCD having a plurality of pixels, a CMOS sensor, an avalanche photodiode (APD) array capable of high-speed response, or a multi-pixel photon counter.
  • a photoelectric converter such as a CCD having a plurality of pixels, a CMOS sensor, an avalanche photodiode (APD) array capable of high-speed response, or a multi-pixel photon counter.
  • the configurations of the third imaging optical system 293 and the fourth imaging optical system 294 are the same.
  • the detection signals of the photodetectors 270a and 270b are compared with a threshold value in the processing unit 290, and a signal exceeding the threshold value is determined as a defect. Defect classification is also performed using the detection of photodetectors 270a, 270b.
  • FIG. 3 is a view of the relationship between the wafer 1 and the first to fourth imaging optical systems 291-294 as viewed from above.
  • the first to fourth imaging optical systems 291 to 294 each have an optical fiber array.
  • Each optical fiber array has an end for collecting scattered light (hereinafter referred to as a condensing side).
  • the first imaging optical system 291 has a first condensing side 301.
  • the second imaging optical system 292 has a second condensing side 302.
  • the third imaging optical system 293 has a third condensing side 303.
  • the fourth imaging optical system 294 has a fourth condensing side 304.
  • the first to fourth condensing sides 301 to 304 are arranged so as to surround the illumination spot 307 by the illumination light formed on the wafer 1.
  • the first light condensing side 301 is arranged at a certain azimuth angle ⁇ with respect to the wafer 1.
  • the third light collecting side 303 is arranged symmetrically with the first light collecting side 301 with respect to an axis 306 orthogonal to the projection line 305 formed by the illumination light on the wafer 1.
  • the second light collecting side 302 is arranged symmetrically with the third light collecting side 303 with respect to the projection line 305.
  • the fourth light collecting side 304 is arranged symmetrically with the first light collecting side 301 with respect to the projection line 305. Note that the elevation angles of the first to fourth condensing sides 301 to 304 with respect to the wafer are the same. By arranging in this way, defects can be detected efficiently. Moreover, since the light condensed by the optical fiber array is propagated, the photodetector can be arranged at an arbitrary position.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the collection and imaging of scattered light.
  • the first imaging optical system 291 will be described, but the same applies to the second to fourth imaging optical systems.
  • the first imaging optical system 291 includes the first optical fiber array 271a and the first photodetector 270a.
  • the first photodetector 270a has an optical sensor array 280 that performs photoelectric conversion.
  • the first optical fiber array 271a has a bundle 282 of optical fibers.
  • the first optical fiber array 271 a includes a lens 281 for condensing the scattered light from the illumination region 286 onto the first end 283 before the first end 283 of the bundle 282.
  • the lens 281 may be a microlens array provided with a lens for each optical fiber of the bundle 282.
  • the 1st condensing side mentioned above contains the lens 281 and the 1st edge part 283, for example.
  • the optical sensor array 280 has pixels D1-Dn. Pixels D1-Dn are arranged in a straight line.
  • Scattered light generated from the illumination area 286 is collected by the lens 281.
  • the condensed light is imaged at the first end portion 283.
  • the formed image of the illumination area propagates to the second end 284 side and is photoelectrically converted by the photosensor array 280.
  • the scattered light from the defect 5 is detected by the pixel D3.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the first end 283 and the second end 284.
  • the shape of the bundle of optical fibers is a parallelogram having a major axis 501 and a minor axis 502 shorter than the major axis 501 as diagonal lines.
  • the shape of the first end portion 283 is not limited to the present embodiment as long as it has two axes having different lengths.
  • the shape of the second end portion 284 is a rectangle having a diagonal line 53.
  • the relationship between the major axis 501, the minor axis 502, and the diagonal line 503 can be expressed as follows. Short axis 502 ⁇ Diagonal line 503 ⁇ Long axis 501
  • the shape of the pixel Dn described above is a rectangle, and light from the optical fibers 510-515 is detected.
  • the first end 283 has a folder 6001 for maintaining the shape thereof, and a generally circular folder 6002 for rotating the folder 6001. Further, a cylindrical pin 6003 is arranged in the folder 6002. There is a moving mechanism 6004 having a recess in the vicinity of the pin 6003, and the recess of the moving mechanism 6004 surrounds the pin 6003.
  • a ball screw 6005 that moves the moving mechanism 6004 linearly is connected to the moving mechanism 6004.
  • a rotating body 6006 (for example, a motor) for rotating the ball screw 6005 is connected to the ball screw 6005. That is, when the rotating body 6006 rotates, the first end portion also rotates. For example, if the rotating body 6006 is a stepping motor, a pulse signal corresponding to the rotation angle of the first end 283 may be given.
  • the scattered light from the illumination region is imaged at the first end 283 so as to be approximately the same as the length of the long side 504 of the first end by the lens 281 described above. Is the case. In this case, no correction is necessary.
  • FIG. 6B illustrates the case where the scattered light from the illumination region is imaged at the first end 283 longer than the length of the long side 54 of the first end by the lens 281 described above. It is a figure to do.
  • the first end 283 is rotated by the angle ⁇ 1 along the long axis 501 described above.
  • FIG. 6C illustrates a case where the scattered light from the illumination region is imaged at the first end 283 shorter than the length of the long side 54 of the first end by the lens 281 described above. It is a figure to do.
  • the first end 283 is rotated by the angle ⁇ 2 along the short axis 502 described above.
  • control related to the correction described above is performed.
  • the scattered light from the illumination area can always be correctly imaged on the photodetector.

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Abstract

　検査装置においては検査速度を向上させるためにウェハ表面に細長い光を照明し、照明領域の像を光検出器で結像して、検査を行う方式も考えられる。しかし、光検出器に照明領域の像を正しく結像させるのは容易ではない。従来技術ではこの点に配慮なされていなかった。　本発明は、光ファイバの束を有する結像光学系を有し、さらに前記光ファイバの束の集光側を回転させる機構を有することを特徴とする。本発明によれば、照明領域からの散乱光を正しく光検出器に結像させることができる。

Description

検査装置
　本発明は、基板の傷、異物等の欠陥を検査する検査装置，検査方法に関する。
　半導体デバイスの製造工程では、ウェハ表面にパターンを転写し、エッチングで削ることによって回路を形成してゆく。この回路を形成していく様々な半導体デバイスの製造工程において、ウェハ表面の欠陥は、歩留まりを低下させる大きな要因となってくる。
　そのため、ウェハ表面の欠陥は、各製造工程において管理され、低減対策が施されている。このウェハ表面に付着している異物やウェハ表面に存在する欠陥などを高感度、及び高スループットで検出するのが、ウェハ表面検査装置である。
　ウェハ表面検査装置は、ウェハ表面にレーザ光などの電磁波を照射し、該照射光によって異物・欠陥から生ずる散乱光を検出器で受光することにより、異物の大きさや位置座標データを検出する。検査の高スループット化のため、ウェハが搭載される検査テーブルを高速で回転させながら、検査テーブルが配置されるステージを検査面と同一平面の一軸方向に移動させ、検査用レーザ光を走査させる方式となっている。この表面検査装置は、特許文献１に記載されている。
　その他の技術については、特許文献２、及び特許文献３が挙げられる。
特開２００５－１５６５３７号公報 特開２００１－３１１６０８号公報 特開２００９－８８０２６号公報
　検査装置においては検査速度を向上させるためにウェハ表面に細長い光を照明し、照明領域の像を光検出器で結像して、検査を行う方式も考えられる。しかし、光検出器に照明領域の像を正しく結像させるのは容易ではない。従来技術ではこの点に配慮なされていなかった。
　本発明は、光ファイバの束を有する結像光学系を有し、さらに前記光ファイバの束の集光側を回転させる機構を有することを特徴とする。
　本発明によれば、照明領域からの散乱光を正しく光検出器に結像させることができる。
本実施例の表面検査装置の概略構成。 検査部２００を詳細に説明する図。 ウェハ１と第１－第４の結像光学系２９１－２９４との関係を上方から見た図。 散乱光の集光，結像を説明する図。 第１の端部２８３，第２の端部２８４を説明する図。 光ファイバの束の角度補正について説明する図。
〔実施例〕
　図１は本実施例の表面検査装置の概略構成を示した図である。
　検査対象であるウェハ１は格納容器であるウェハポッド４１０に格納されている。
　ウェハポッド４１０は検査装置のロードポート４００に配置される。
　ウェハ搬送装置３００の中にはウェハ搬送ロボット３１０が配置されている。
　ウェハ搬送ロボット３１０はウェハ１を搬送するためのウェハハンドリングアーム３１１を有する。
　ウェハハンドリングアーム３１１はウェハポッド４１０に格納されたウェハ１を取り出し、プリアライメント部３２０に移動する。
　プリアライメント部３２０では、後述する検査部２００で正しく位置決めが行われるように、ウェハ１の中心位置、及びノッチの位置の算出が行われる（プリアライメント）。
　プリアライメントが行われたウェハ１は、ウェハハンドリングアーム３１１によって、検査部２００内の検査ステージ２１０のウェハ保持機構２１５に移動させられる。
　図２は検査部２００を詳細に説明する図である。
　図１で説明した検査ステージ２１０は直線移動を行いながら、ウェハ１を高速回転させるものである。検査ステージ２１０は水平方向に直線移動を行うためのＸステージ２１１、ウェハ１の高さを調節するためのＸステージに設けられたＺステージ、ウェハ１を高速回転させるためのＺステージ２１１上に設けられたθステージ２１３によって構成される。なお、θステージ２１３はスピンドルモータ等の高速回転な回転部を有する。そして、θステージ２１３上にウェハ保持機構２１５が配置されている。
　上述した検査ステージ２１０の概略上方には、ウェハ１に光を照明するための光照射部２５０が配置されている。光照射部２５０はウェハに対して斜方から線状の光を照明する。
　ウェハ１で発生した散乱光は第１の結像光学系２９１，第２の結像光学系２９２，後述する第３の結像光学系２９３，第４の結像光学系２９４によって、集光，結像，検出される。
　第１の結像光学系２９１は第１の光ファイバアレイ２７１ａ、及び第１の光ファイバアレイ２７１ａの結像側に配置された第１の光検出器２７０ａを有する。
　第２の結像光学系２９２は第２の光ファイバアレイ２７１ｂ、及び第１の光ファイバアレイ２７１ｂの結像側に配置された第１の光検出器２７０ｂを有する。
　ここで、光検出器２７０ａ，２７０ｂは複数の画素を有するＣＣＤ，ＣＭＯＳセンサー，高速応答が可能なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）アレイ、またはマルチピクセルフォトンカウンター等の光電変換器である。
　第３の結像光学系２９３，第４の結像光学系２９４の構成も同様である。
　光検出器２７０ａ，２７０ｂの検出信号は処理部２９０において、閾値と比較され閾値を超えた信号は欠陥と判定される。光検出器２７０ａ，２７０ｂの検出を使って欠陥の分類も行われる。
　図３はウェハ１と第１－第４の結像光学系２９１－２９４との関係を上方から見た図である。
　第１－第４の結像光学系２９１－２９４はそれぞれ光ファイバアレイを有する。そしてそれぞれの光ファイバアレイは、散乱光を集光するための端部（以降、集光側と称する）を有する。
　第１の結像光学系２９１は第１の集光側３０１を有する。第２の結像光学系２９２は第２の集光側３０２を有する。第３の結像光学系２９３は第３の集光側３０３を有する。第４の結像光学系２９４は第４の集光側３０４を有する。
　第１－第４の集光側３０１－３０４は、ウェハ１上に形成される照明光による照明スポット３０７を囲むように配置されている。
　例えば、第１の集光側３０１はウェハ１に対してある方位角αで配置されている。第３の集光側３０３は照明光がウェハ１に形成する投影線３０５と直交する軸３０６に対して第１の集光側３０１と線対称に配置されている。第２の集光側３０２は投影線３０５に対して第３の集光側３０３と線対称に配置されている。第４の集光側３０４は投影線３０５に対して第１の集光側３０１と線対称に配置されている。なお、第１－第４の集光側３０１－３０４のウェハに対する仰角は同一である。このように配置することで効率よく欠陥を検出することができる。また、光ファイバアレイで集光した光を伝播するので、光検出器を任意の位置に配置することもできる。
　図４は、散乱光の集光，結像を説明する図である。ここでは、第１の結像光学系２９１について説明するが、第２－第４の結像光学系についても同様である。
　第１の結像光学系２９１は前述したように、第１の光ファイバアレイ２７１ａ、及び第１の光検出器２７０ａ、を有する。
　第１の光検出器２７０ａは光電変換を行う光センサアレイ２８０を有する。
　第１の光ファイバアレイ２７１ａは光ファイバの束２８２を有する。また、第１の光ファイバアレイ２７１ａは、束２８２の第１の端部２８３より前に第１の端部２８３へ照明領域２８６からの散乱光を集光するためのレンズ２８１を有する。ここで、レンズ２８１は束２８２の光ファイバ毎にレンズを備えたマイクロレンズアレイであっても良い。
　なお、前述した第１の集光側とは例えば、レンズ２８１と第１の端部２８３を含むと表現することができる。
　光センサアレイ２８０は画素Ｄ１－Ｄｎを有する。画素Ｄ１－Ｄｎは直線状に配列されている。
　照明領域２８６から発生した散乱光はレンズ２８１によって集光される。集光された光は、第１の端部２８３の部分で結像される。結像された照明領域の像は第２の端部２８４側に伝播し、光センサアレイ２８０によって光電変換される。欠陥５からの散乱光は本実施例の場合画素Ｄ３で検出されることとなる。
　図５は第１の端部２８３，第２の端部２８４を説明する図である。
　第１の端部２８３では光ファイバの束の形状は、長軸５０１と長軸５０１より短い短軸５０２とを対角線とする平行四辺形となっている。この２軸を使うことで後述する補正が可能となる。なお、このように長さの異なる２軸を有すれば第１の端部２８３の形状は本実施例には限定されない。
　一方、第２の端部２８４の形状は、対角線５３を有する長方形となっている。ここで、長軸５０１，短軸５０２，対角線５０３の関係は以下のように表現することができる。
　　短軸５０２＜対角線５０３＜長軸５０１
　また、第１の端部２８３の長辺５０４と、第２の端部２８４の長辺５０５との関係は、以下のように表現することができる。
　　長辺５０４＝長辺５０５
　さらに、前述した画素Ｄｎの形状は長方形であり、光ファイバ５１０－５１５からの光を検出する。
　このようにすることで、後述する補正を行った場合に、常に照明領域からの散乱光を正しく検出することができる。
　次に、図６を用いて光ファイバの束の角度補正について説明する。
　第１の端部２８３はその形状を保つためフォルダ６００１、及びフォルダ６００１を回転させるための概略円形のフォルダ６００２を有する。さらに、フォルダ６００２には円柱型のピン６００３が配置されている。ピン６００３の近傍には凹みを有する移動機構６００４があり、移動機構６００４の凹みはピン６００３を囲っている。そして、移動機構６００４には移動機構６００４を直線的に移動させるボールネジ６００５が接続されている。ボールネジ６００５には、ボールネジ６００５を回転させるための回転体６００６（例えばモータ）が接続されている。即ち、回転体６００６が回転することにより第１の端部も回転することになる。例えば、回転体６００６がステッピングモータであれば、第１の端部２８３の回転角に相当するパルス信号を与えてやれば良い。
　図６（ａ）は、前述したレンズ２８１によって照明領域からの散乱光が第１の端部２８３において、第１の端部の長辺５０４の長さと概略同じになるように結像されている場合である。この場合は補正は必要無い。
　図６（ｂ）は、前述したレンズ２８１によって照明領域からの散乱光が第１の端部２８３において、第１の端部の長辺５４の長さより長く結像されてしまっている場合を説明する図である。この場合は、第１の端部２８３を前述した長軸５０１に沿うように角度θ１だけ回転させる。
　図６（ｃ）は、前述したレンズ２８１によって照明領域からの散乱光が第１の端部２８３において、第１の端部の長辺５４の長さより短く結像されてしまっている場合を説明する図である。この場合は、第１の端部２８３を前述した短軸５０２に沿うように角度θ２だけ回転させる。
　本実施例は上述した補正に関する制御を行う。このように補正を行うことで、常に照明領域からの散乱光を正しく光検出器に結像させることができる。
１　ウェハ
２００　検査部
２１０　検査ステージ
２７０ａ　第１の光検出器
２７０ｂ　第２の光検出器
２７１ａ　第１の光ファイバアレイ
２７１ｂ　第２の光ファイバアレイ
２８０　光センサアレイ
２８１　レンズ
２８２　束
２８３　第１の端部
２８４　第２の端部
２９１　第１の結像光学系
２９２　第２の結像光学系
３０１　第１の集光側
３０２　第２の集光側
３０５　投影線
４００　ロードポート
４１０　ウェハポッド
５０１　長軸
５０２　短軸

Claims (6)

  1. 　基板を検査する検査装置において、
    　前記基板に光を照明する照明光学系と、
    　前記基板からの光を光ファイバの束で集光して結像する検出光学系と、
    　前記光ファイバの束の集光側を回転させる回転部と、
    　前記光ファイバの結像側に配置され、前記結像された像を検出する光検出器と、
    　前記検出器の検出結果を用いて前記基板の欠陥を検出する処理部と、を有することを特徴とする検査装置。
  2. 　請求項１に記載の検査装置おいて、
    　前記集光側の断面は、平行四辺形であることを特徴とする検査装置。
  3. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記結像側の断面は、長方形であることを特徴とする検査装置。
  4. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記集光側の形状を保つための第１のフォルダを有することを特徴とする検査装置。
  5. 　請求項１に記載の検査装置において、
    　前記第１のフォルダを回転させるための第２のフォルダを有することを特徴とする検査装置。
  6. 　請求項１に記載の検査装置おいて、
    　前記集光側の断面は、長軸、及び前記長軸よりも短い短軸を有する形状であり、
    　前記結像側の断面は、四角形であり、
    　前記四角形の対角線は、前記短軸より長く、前記長軸より短いことを特徴とする検査装置。
PCT/JP2011/006836 2010-12-24 2011-12-07 検査装置 Ceased WO2012086142A1 (ja)

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