JP2008091476A

JP2008091476A - 外観検査装置

Info

Publication number: JP2008091476A
Application number: JP2006268479A
Authority: JP
Inventors: Naruhiro Komuro; 考広小室
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
Also published as: TW200824023A; US20080225281A1; CN101153852A; CN101153852B; TWI443763B

Abstract

【課題】ウェハの周縁部を効率良く検査できるようにする。
【解決手段】外観検査装置は、モニタに検査領域指定画面８１を表示させることで、ウェハの周縁部の任意の領域について検査が行えるようになっている。検査領域指定画面８１は、観察範囲を表示する表示部８１と、観察領域を設定する入力部８２とを有する。入力部８２では、観察形態がステップ、連続、ポイントのいずれかを選択可能になっており、ここで設定された条件に従ってレシピが登録され、検査が実施されるようになる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウェハなどの基板の周縁部の外観を検査する装置に関する。

半導体の製造工場などでは、半導体ウェハの周縁部に欠陥として傷やひびができることがある。このような欠陥を放置すると、製造工程の途中でウェハが破損する原因になることがある。また、ウェハが割れると、製造装置を長時間停止させなければならなくなるなどの損失が発生する。そこで、近年の製造工場では、ウェハの周縁部を検査してプロセスの途中で発生した傷等の欠陥を調べ、必要に応じてウェハを回収するなどの対策を講じている。

例えば、ウェハの周縁部を自動で検査する装置としては、特許文献１に開示されているものがある。この検査装置は、回転ステージ上にウェハを搭載し、ウェハの周端面に弾性体を当接させてウェハの位置を規制した状態で周縁部の全周の画像を取得して検査を実施する。ウェハの周縁部付近には、ウェハ周縁部の上面を撮像するカメラと、側面を撮像するカメラと、下面を撮像するカメラとが同一平面上に配置されている。周縁部を撮像するときは、ウェハのノッチ位置を特定した後に、ウェハを回転させ、１周分の周縁部の画像を各カメラから画像を取り込む。各カメラの画像は、撮像データ処理部で処理され、ノッチの部分を除いて欠陥抽出処理が自動的に行われる。
また、特許文献２には、周縁部のレジスト除去を確認することを目的とし、ウェハの周縁部を連続して撮像する代わりに、周方向を等分した多数地点で撮像を行うことが開示されている。例えば、周方向に６０°ごとに６回撮像を行い、それぞれのイメージに対して分析を行う。いずれか１つのイメージの測定値がしきい値を外れたら、レジストの除去不良が生じたものとみなされる。
特開２００３−２４３４６５号公報特表２００４−５１８２９３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように、ウェハの周縁部の全周を計測すると検査に時間がかかってしまうという問題があった。また、特許文献２に開示されている技術は、ウェハの周縁部のレジストを除去したときに、残ったレジストがウェハの中心からずれているか否かを調べることを目的としているので、周方向に等分した検査点を調べれば足りるが、ウェハの欠陥は周方向に等分した位置に現れるとは限らない。したがって、特許文献２に開示されている技術を用いてもウェハの周縁部の傷を効率良く検査することはできなかった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ウェハの周縁部を効率良く検査できるようにすることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明は、ウェハを回転自在に保持するウェハ保持部と、ウェハの周縁部の拡大像を取得する周縁撮像部とを有し、予め設定されたレシピに従ってウェハの周縁部の外観検査を行う外観検査装置において、レシピを設定するにあたってウェハの周縁部の検査位置を任意に設定可能な検査領域指定部と、前記検査領域指定部で指定した検査位置を検査するレシピを作成して登録するレシピ登録部と、登録されたレシピに従って前記ウェハ保持部及び前記周縁撮像部を制御する検査制御部と、を有することを特徴とする外観検査装置とした。
この外観検査装置は、ウェハの周縁部の一部のみについて検査を行うことが可能になる。例えば、ウェハの直径が３０ｃｍ程度の場合には、周縁部の周長は１ｍ程度になる。従来の装置では、このように長い領域の検査を常に行っていたが、この基板検査装置では必要な部分のみを検査することができる。

本発明によれば、ウェハの周縁部について必要な部分のみを検査できるようになるので、検査時間を短縮できる。経験上などから傷等が生じ易い位置がある程度わかる場合には、そのような場所を検査領域に指定すれば、検査時間を短縮しながらも傷を確実に発見できるようになる。

図１に示すように、外観検査装置１は、不図示のフレームなどに固定されたベース部２を有し、ベース部２上に検査部３が搭載されている。検査部３は、検査対象であるウェハＷが載置されるウェハ保持部４と、ウェハ保持部４に近接して配置され、ウェハＷの周縁部の画像を取得する周縁撮像部５と有する。ウェハ保持部４と周縁撮像部５は、装置制御部６で制御されている。なお、周縁撮像部５に加えてウェハＷの全面を観察可能な顕微鏡などの表面検査部を設けても良い。

ウェハ保持部４は、ベース部２に固定され、図１にＸで示す水平方向に移動可能なＸステージ１１を有し、Ｘステージ１１上にはＸ軸に直交する水平方向であるＹ軸に移動可能なＹステージ１２が搭載されている。さらに、Ｙステージ１２上には、ＸＹ方向に直交する高さ方向でＺ方向に移動可能なＺステージ１３が搭載されている。これによって、ウェハ保持部４は、周縁撮像部５に対してウェハＷを相対的に３次元に移動させることができる。さらに、Ｚステージ１３には、回転部１４が設けられている。回転部１４は、Ｚ軸回りに回転可能な回転軸１５を有する。各ステージ１１〜１３及び回転軸１５の駆動は、サーボモータや、ボールネジ、減速機構を用いて行われる。駆動源は、ステッピングモータや、リニアモータを使用できる。回転軸１５の上端には、回転プレート１６が設けられている。回転プレート１６の上面には、ウェハＷを真空吸着によって保持する不図示の吸着部が設けられている。

周縁撮像部５は、ベース部２に固定されたアーム部２１で支えられている。周縁撮像部５は、側面視でウェハＷの周縁部を受け入れ可能な凹部２２を有する略Ｃ字形状を有し、ウェハＷの周縁部を撮像可能なカメラが配設されている。図２に３眼式の周縁撮像部の一例を示す。カメラは、ウェハＷの周縁部の上面を撮像可能な第一のカメラ２５と、ウェハＷの周縁部の側面を撮像可能な第二のカメラ２６と、ウェハＷの周縁部の下面を撮像可能な第三のカメラ２７とを有する。各カメラ２５〜２７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子２８と、フォーカス機能付きズームレンズ２９とを有し、光軸上にハーフミラー３０を設置することで、照明装置３１を用いた同軸照明が可能に構成されている。なお、カメラの数は、１つ又は５つなど、任意に変更できる。カメラを１つだけ使用するときは、カメラを移動自在に支持することで撮像位置を変更可能にするか、カメラを固定して可動式のミラーで撮像位置を変更可能にする。照明装置３１は、同軸照明に限定されずに、カメラ２５〜２７から離れた位置に１つ又は複数設けても良い。照明装置３１は、周縁部が明視野で観察できるようにすることが好ましい。

図１に示す装置制御部６は、ウェハ保持部４の各ステージ１１〜１３及び回転部１４の駆動制御や、吸着用の真空引きの制御と、周縁撮像部５の各カメラ２５〜２７のズーム調整、フォーカス調整、照明装置３１の調光と、各カメラ２５〜２７の画像信号の受け取りを行う。例えば、モータのドライバ回路や、真空引き用のバルブの開閉を制御するドライバ回路などから構成されている。さらに、装置制御部６は、コンピュータ４１にも接続されている。

コンピュータ４１は、マウス４２やキーボード４３などの入力装置と、各種の設定や、周縁部の画像を表示するモニタ４４とが接続された汎用のコンピュータである。マウス４２、キーボード４３、モニタ４４は、検査者が操作できるインターフェイスである。コンピュータ４１は、装置制御部６やマウス４２、キーボード４３、モニタ４４が接続されるＩ／Ｏ（Input/Output）装置４５と、制御部４６と、レシピなどのデータを記憶する記憶装置４７とを有する。制御部４６は、ＣＰＵ（中央演算装置）などから構成され、レシピに従って検査を実施する検査制御部５１と、レシピの登録をするレシピ登録部５２とに機能分割することができる。なお、コンピュータ４１は、外観検査装置１に搭載されても良いし、装置とは別に設けられても良い。コンピュータ４１と装置制御部６で一つの制御装置を形成しても良い。

ここで、図３にモニタ４４の画面表示の一例を示す。この画面は、検査条件の設定に用いられる検査条件設定部になる。検査条件設定部として提供される検査条件設定画面７０は、観察位置を示す観察位置画像７１と、検査条件を項目ごとに入力可能な設定部７２とを有する。観察位置画像７１は、ウェハＷに相当する画像７１Ａの周縁部にカメラ２５〜２７の観察が矢印で示されている。矢印が５つ表示され、５方向から観察可能な場合が図示されているが、３方向のみの観察が可能な場合には、観察不能な方向の矢印は表示されない。また、観察角度の入力部７１Ｂが設けられており、ここに数値を入力すると、その角度のカメラ２５〜２７が選択される。
設定部７２は、画面上からカメラ２５〜２７の倍率の入力部７２Ａと、焦点位置の入力部７２Ｂと、ウェハＷの回転速度の入力部７２Ｃと、同軸照明の光量の入力部７２Ｄと、その他の照明の光量の入力部７２Ｅと、Ｚ方向の位置の入力部７２Ｆと、カメラ２５〜２７のシャッタ速度の入力部７２Ｇとが配列表示されている。これらの入力部７２Ａ〜７２Ｇは、キーボード４３から数値を入力することができる。

また、図４にモニタ４４の画面表示の他の例を示す。この画面は、周方向の観察位置を設定する検査領域指定部である。検査領域指定部としてモニタ４４上に提供される検査領域指定画面８０は、周方向の観察領域をグラフィックで示す表示部８１と、観察領域を設定する入力部８２とを有する。表示部８１は、ウェハＷに相当する円板上の画像８１Ａが表示され、ウェハＷのノッチに対応する切り欠き８１Ｂが設けられている。さらに、入力部８２で設定された観察領域が重ねて表示されている。図４では、外周に沿う矢印Ａ１で示すように、ノッチから半時計回りに９０°の領域が観察領域である。また、観察領域中の外周上にポイントＰで示すように、１５°の等間隔で６箇所撮像を行うことが示されている。

入力部８２は、撮像形態をステップ、連続、ポイントの３つから１つを選択する選択部８３を有する。ステップとは、ウェハＷの中心を基準として周方向に所定のステップ角ごとに撮像する撮像形態である。なお、角度設定は、ウェハの中心に対する周方向の角度とし、ノッチの形成位置を基準に表示部８１上で反時計回りに指定する。ウェハがオリエンテーションフラットを有する場合には、オリエンテーションフラットに相当するグラフィックが表示部８１に表示され、この位置を基準にして角度を指定する。

選択部８３でステップを選択したときには、ステップの条件入力部８４で観察範囲８４Ａと、ステップ角８４Ｂを入力する。例えば、観察範囲に０〜９０°に設定し、ステップ角を１５°にした場合には、ノッチを基準にして始点０°から終点９０°までの範囲で１５°おきに撮像するレシピが作成される。
また、選択部８３で連続を選択したときには、連続の条件入力部８５で観察範囲８５Ａと、回転速度８５Ｂを入力する。例えば、観察範囲に０〜９０°に設定し、回転速度を所定値に設定すると、設定した回転速度でウェハＷが回転させられ、ノッチを始点として９０°までの範囲で連続して撮像するレシピが作成される
選択部８３でポイントを選択したときには、ポイントの条件入力部８６で観察位置８６Ａと、観察範囲８６Ｂを入力する。例えば、観察範囲に１２０°に設定し、観察範囲を５°に設定すると、中心に対して±５°の範囲が一度に撮影されるようにカメラ２５〜２７の倍率等が設定され、ノッチを始点として反時計回りに１２０°回転した位置を１回撮像するレシピが作成される
なお、検査位置、つまり観察範囲やポイントは、複数箇所設定することも可能である。例えば、観察範囲として０〜９０°を設定した後に、１８０〜２７０°を設定すると、２つの領域について順番に検査を行うことが可能になる。

次に、この実施の形態の作用について説明する。
最初に、レシピを設定する。レシピは、所定の位置の周縁部の画像を確実に取得できるように、カメラ２５〜２７のズーム、フォーカス、照明、ウェハＷの回転速度などの各種条件を定めたものであり、これに従って装置制御部６が指令信号をＸステージ１１などに出力するものである。図３に示す検査条件設定画面７０でカメラ２５〜２７などの条件を設定し、さらに、図４に示す検査領域指定画面で撮像形態や撮像位置を設定する。これによって作成されたレシピは、レシピ登録部５２によって記憶装置４７に記憶される。

検査を行うときは、ウェハＷがロボットなどで搬送されてくる。ウェハＷは、不図示のアライメント装置でアライメントされノッチ位置を検出してから、回転プレート１６の回転中心にウェハＷの中心を合わせて載置される。装置制御部６によって吸着部がウェハＷの裏面の中心付近を真空吸着する。
ウェハ保持部４の位置決めして載置されたウェハＷには、予め登録されているレシピに従って周縁部の検査が行われる。コンピュータ４１は、検査者によって選択されたレシピを記憶装置４７から読み込んで、検査制御部５１に実行させる。ウェハＷが所定速度で回転し、検査領域指定画面８０で設定された撮像形態や撮像位置でカメラ２５〜２７が周縁部の画像を取得し、モニタ４４に表示させる。周縁部の画像は、モニタ４４の略中央に表示されるようにウェハ保持部４のＸＹＺが調整されているので、検査者は、モニタ４４を目視で確認して傷などの欠陥の有無を検査する。

例えば、検査領域指定画面８０の選択部８３でステップを選択し、観察範囲を０〜９０°、ステップ角を１５°とするレシピを登録していた場合、ノッチの位置からウェハＷを１５°回転させた位置で１回撮像を行い、その拡大像をモニタ４４に表示させる。さらに、周方向に１５°回転させた位置で再び撮像し、その拡大像をモニタ４４に表示させる。以降、１５°回転させる度に撮像し、９０°に達したところで停止する。
また、検査領域指定画面８０の選択部８３で連続を選択し、観察範囲を０〜９０°とするレシピを登録していた場合、設定された回転速度でウェハＷがノッチの位置から９０°回転するまでの間、カメラ２５〜２７が連続して撮像を行い、モニタ４４に表示させる。９０°に達したところで停止する。
検査領域指定画面８０の選択部８３でポイントを選択し、観察位置を６０°、観察範囲を±５°とするレシピを登録していた場合、ウェハＷがノッチの位置から６０°回転したところで、１回撮像し、モニタ４４に表示させる。モニタ４４に表示される画像には、６０°の位置を中心にして、周方向に±５°に相当する画像が含まれる。この撮像を終了したら、停止する。

そして、２つ以上の検査位置を指定していた場合には、前記した処理を繰り返す。登録したレシピの内容によっては、同じ撮像形態が繰り返されるときもあるし、ステップと連続が順番に実施されることもある。ステップ、連続、ポイントのその他の組み合わせを指定してレシピを登録した場合には、そのレシピに登録された撮像形態及び順番に従って検査が行われる。
予定されていた検査位置について、欠陥の有無を検査できた場合には、ウェハＷの回転を停止させ、吸着を解除してからロボットでウェハＷを搬出する。

この実施の形態では、カメラ２５〜２７で撮像する位置を周方向の任意の範囲やポイントとして指定することできるので、全周にわたって撮像する必要がなくなる。製造装置や工程、ウェハの種類などによって、過去の検査結果を集計するなどして経験的に傷等が発生し易い位置が特定できる場合、その位置を検査領域に指定すれば、傷の有無をより精度良く検査できるようになるので、検査時間を短縮できる。また、全周にわたって画像を取得する場合に比べて画像処理をするデータ量を減らせるので、コンピュータ４１にかかる負担を低減できる。
検査者が指定した観察範囲や観察位置は、検査領域指定画面８０に模式的に画面表示されるので、イメージが掴み易く、設定に要する時間を短縮できる。

（第２の実施の形態）
この実施の形態は、観察範囲や位置を予め登録されているデータを用いて自動的に設定することを主な特徴とする。なお、外観検査装置の構成は、第１の実施の形態と同様である。

観察範囲や位置を予め登録されているデータとしては、ウェハＷをウェハ保持部４に搬送するロボットがウェハＷを把持する部分の位置及び範囲を示すデータがあげられる。例えば、図５に示すように、ウェハカセット９１から外観検査装置１にウェハＷを搬送する装置９２のロボット９３が、２つの固定式の保持部９３Ａ，９３Ｂと、１つの移動式の保持部９３ＣでウェハＷを挟み込むタイプである場合、ウェハＷに保持部９３Ａ〜９３Ｃから力を受ける被保持部Ｗ１が３つ形成されることになる。この被保持部Ｗ１は、把持する部分との接触部であり、外力を受ける部分であるので、他の部分より傷や異物の付着などの欠陥が発生しやすいといえる。

被保持部Ｗ１の周方向の長さは、ロボット９３の保持部９３Ａ〜９３Ｃの形状によって定まる既知の値である。また、被保持部Ｗ１の位置は、ロボット９３とウェハ保持部４の配置が固定されているので、例えば、図５に仮想線で示すウェハＷにおける３箇所の被保持部Ｗ１の配置のように、略一定の位置になる。したがって、ロボット９３がウェハＷを保持する保持位置の情報と、ロボット９３とウェハ保持部４の配置からウェハＷをウェハ保持部４に載置させたときの被保持部Ｗ１の位置を演算することができる。このようにして演算された被保持部Ｗ１の位置と大きさのデータは、コンピュータ４１の記憶装置４７に予め登録される。

レシピ登録部５２は、このデータを使い、被保持部Ｗ１が配置される領域のみが検査されるようにレシピを自動的に作成し、記憶装置４７に登録する。検査をするときは、このレシピに従って、被保持部Ｗ１の傷の有無が検査されるようになる。
例えば、ロボット９３の形状、搬送装置９２の配置等から、ウェハ保持部４に保持されたウェハＷの中心を基準にした周方向の角度で、ウェハ保持部の基準位置から反時計回りに３０°、１５０°、２７０°の３箇所に被保持部Ｗ１が配置されることが演算された場合には、ウェハＷを回転させて、上記３点の画像を順番に取得し、モニタ４４に表示させる。基準位置は、必ずしもウェハＷのノッチ位置と一致しないことがあるが、ノッチ位置が基準位置になるように演算しても良い。
ここで、ロボット９３等のレイアウトが変更になった場合には、記憶装置４７に登録されているデータが更新される。データは、記憶装置４７に保存される代わりに、他のコンピュータで作成され、又は記憶されているデータを公知の通信手段を用いて取得するようにしても良い。
また、ウェハ処理装置等のウェハ製造ライン内で検査を行う場合、ウェハＷの周縁部を把持する全ての装置の把持位置を登録し、常にアライメントを行ってノッチ位置を基準に常に一定の回転角度位置で把持を行うようにしても良い。

この実施の形態では、予め保有するデータを利用して、ウェハＷがロボット９３に保持される位置のみの検査を自動的に行うことが可能になる。周縁部の全周を検査する場合に比べて、検査時間を短縮できる。また、レシピの作成を自動的に行うので、作業が容易である。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、ウェハ保持部４は、ウェハＷをＸＹＺの３方向に移動可能で、かつウェハＷを回転させることができるものであれば良く、実施の形態の構成に限定されない。また、ウェハＷをＸＹＺに移動させる代わりに、周縁撮像部５をＸステージ、Ｙステージ、Ｚステージに搭載させて、ＸＹＺの３方向に移動可能にしても良い。さらに、ＸＹＺの少なくとも１方向に移動可能な機構をウェハ保持部４側に設け、残りの２方向に移動可能な機構を周縁撮像部５側に設けても良い。

本実施の形態に係る外観検査装置の概略構成を示す図である。周縁撮像部のカメラの配置例を示す図である。検査条件を設定する画面表示の一例を示す図である。検査領域を指定する画面表示の一例を示す図である。ウェハを把持する場合に、把持される部分の情報を用いて自動的にレシピを作成する場合において、ロボットと外観検査装置とウェハの配置を説明する図である。

符号の説明

１外観検査装置
４ウェハ保持部
５周縁撮像部
４２マウス（入力装置）
４３キーボード（入力装置）
４７記憶装置
５１検査制御部
５２レシピ登録部
８０検査領域指定画面
９３ロボット（搬送装置）
Ｗウェハ
Ｗ１被保持部（ウェハを保持する位置）

Claims

ウェハを回転自在に保持するウェハ保持部と、ウェハの周縁部の拡大像を取得する周縁撮像部とを有し、予め設定されたレシピに従ってウェハの周縁部の外観検査を行う外観検査装置において、
レシピを設定するにあたってウェハの周縁部の検査位置を任意に設定可能な検査領域指定部と、
前記検査領域指定部で指定した検査位置を検査するレシピを作成して登録するレシピ登録部と、
登録されたレシピに従って前記ウェハ保持部及び前記周縁撮像部を制御する検査制御部と、
を有することを特徴とする外観検査装置。
前記検査領域指定部は、検査する範囲をウェハの中心に対する周方向の角度で始点と終点のそれぞれを入力可能で、かつ始点及び終点の角度は、ウェハのノッチ又はオリエンテーションフラットの位置を基準にした角度であることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
前記検査領域指定部は、検査する範囲をウェハの中心に対する周方向の角度で指定できると共に、その範囲内で所定の角度ごとに観察位置を指定できることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
ウェハを回転自在に保持するウェハ保持部と、ウェハの周縁部の拡大像を取得する周縁撮像部とを有し、予め設定されたレシピに従ってウェハの周縁部の外観検査を行う外観検査装置において、
ウェハを把持して前記ウェハ保持部に搬送する搬送装置がウェハを保持する位置の情報に基づいて、ウェハの周縁部の検査位置を設定したレシピを自動的に作成することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。