JP2009103462A

JP2009103462A - 観察装置

Info

Publication number: JP2009103462A
Application number: JP2007272746A
Authority: JP
Inventors: Koichi Ishibashi; 浩一石橋
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】エッジ部分の形状やウェハ自身の反りなどに対応可能な観察装置を提供すること。
【解決手段】被観察物（半導体ウェハ１０のエッジ部分１１）を観察する観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、前記観察部を支持する支持部材（ドーム３０、ボックス４０）と、前記観察部を、観察中心Ａを中心とした円弧に沿って移動させる駆動部（Θ軸モータ５０、Φ軸モータ６０、自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は例えば半導体ウェハのエッジ部分などの欠陥を観察する観察装置に関する。

半導体ウェハの外周部にあるエッジ部分は、他の部位に比して肉厚が薄く、また他の物との接触や他の物から衝撃を受けて欠けやすい箇所である。このエッジ部分の欠けによってパーティクルが発生し、またこの欠けによってウェハに新たな傷が発生するおそれがある。また、半導体ウェハのエッジ部分にはパーティクルダストが付着しやすく、このエッジ部分に付着したパーティクルやダストがウェハ処理工程に持ち込まれて、歩留まり低下の原因となることが知られている。

このため、半導体ウェハのエッジ部分の検査は半導体ウェハの製造において極めて重要である。これまでにも半導体ウェハのエッジ部分の検査装置が種々提案されている。例えば、エッジ部分の上側テーパー面と、下側テーパー面と、エッジ部分の側面にそれぞれ正対するようにして撮像手段を配置し、またこれら上側テーパー面、下側テーパー面及び側面を散乱光で照明する円弧状のＣ型光源をエッジ部に配置した装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−１３９５２３号公報

半導体ウェハのエッジ部分の形状はウェハのメーカーや製造工程の違いなどによって丸みを帯びたものや台形状のものがあり、エッジ部分への最適な照明とその受光側との組み合わせである、照明光源と撮像手段とを、エッジ部分の形状に合わせる必要がある。

また、検査ステージによってウェハを回転させてウェハ全周のエッジ部分の検査を行うが、検査ステージの面ぶれ精度やウェハ自身の反りによって撮像手段の焦点距離がずれてしまうおそれがある。

しかし、上記検査装置を含めてこれまで提案された装置では、いずれも予め照明光源や撮像手段の配置位置が固定されていて、エッジ部分の形状やウェハ自身の反りなどに対応することが出来ない課題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エッジ部分の形状やウェハ自身の反りなどに対応可能な観察装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の観察装置は、被観察物の端部を観察する観察部と、前記観察部を支持する支持部材と、前記観察部を、観察中心とした円弧に沿って移動させる駆動部と、を備えてなることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の観察装置は、前記被観察物が円盤状部を有し、前記観察中心が、前記被観察物に含まれ、前記円弧に沿った前記観察部の移動の回転軸が、前記観察中心を通る前記被観察物の前記円盤状部の法線上又は接線上に位置することを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の観察装置は、前記観察中心に向けて光を照射する照明部を更に備えることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の観察装置は、前記支持部材が、前記円弧を含む半球状の殻体によって形成され、該殻体の中心を前記観察中心と合致させて配置され、前記駆動部が、前記観察部を、前記回転軸を中心に回転させることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の観察装置は、前記支持部材が、前記被観察物と前記観察部との間の距離を一定に維持するように前記法線及び前記接線と直交する線に沿って移動可能であることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の観察装置は、前記直交する前記線に沿う方向における前記被観察物の変位を検出する変位検出部と、前記変位検出部によって検出した前記変位に基づいて前記支持部材を前記直交する前記線に沿って移動させる直線移動機構と、を更に備えたことを特徴とする。

本発明の請求項７に記載の観察装置は、前記観察部が前記被観察物からの散乱光の輝度を検出することを特徴とする。

本発明の請求項８に記載の観察装置は、前記観察部に、該観察部を前記支持部材に対して前記円弧に沿って移動させる自走駆動機構を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、エッジ部分の形状やウェハ自身の反りなどに対応可能である。

以下本発明の観察装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。

本発明の観察装置は被観察物である半導体ウェハのエッジ部分を観察する装置であり、図１は本発明の観察装置の一実施形態を示す一部省略して示した概略側面図、図２は同一実施形態の一部省略して示した概略平面図である。

本実施形態の観察装置は、半導体ウェハ１０のエッジ部分１１を観察する観察部２０（図５参照）と、この観察部２０を支持する支持部材としての半球状の殻体であるドーム３０と、このドーム３０を収容する一端面が開口したボックス４０と、ドーム３０及びボックス４０を介して観察部２０を、観察中心Ａ（図４参照）を中心として円弧状の軌跡（観察中心Ａを中心として描かれる円）に沿って移動させる駆動部としてのΘ軸モータ５０、Φ軸モータ６０（図２参照）と、観察部２０からの出力などを入力してΘ軸モータ５０、Φ軸モータ６０などを制御する制御部７０（図５参照）と、を備える。

半導体ウェハ１０は検査ステージ１５上に載置され、観察時にこの検査ステージ１５によって回転される。半導体ウェハ１０は、それ自身の反りがある他に検査ステージ１５の面ブレの影響を受けることがある。

半導体ウェハ１０のエッジ部分１１は、図３に詳細に示すように、上ベベル１２とアペックス１３と下ベベル１４とを備える。これら上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４のうち、アペックス１３の部位に上述した観察中心Ａが含まれる。図４に示すように、この観察中心Ａを通る半導体ウェハ１０の法線上にΘ回転軸５１が位置し、また接線上にΦ回転軸６１が位置する。

観察部２０は、例えばフォトダイオードやＣＣＤ等の撮像素子などの光電変換素子によって構成され（本実施形態では観察部２０にＣＣＤを使用している）、上ベベル１２、アペックス１３又は下ベベル１４を観察するもので、ドーム３０の内側面に複数（本実施形態では３個）配置されている。具体的には、図１、図２に示すように、主に上ベベル１２を観察するように該上ベベル１２と略正対して観察部２０ａが配置され、また主にアペックス１３を観察するように該アペックス１３と略正対して観察部２０ｂが配置され、さらに主に下ベベル１４を観察するように該下ベベル１４と略正対して観察部２０ｃが配置される。

これら観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれドーム３０の内側面に沿って自走する自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃ上に搭載されている。観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、ドーム３０又はボックス４０によって観察中心Ａ（図４参照）を中心として（Θ回転軸５１、Φ回転軸６１を中心として）円弧状の軌跡（観察中心Ａを中心として描かれる円）に沿って移動する他に、自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃによってドーム３０の内側面上を移動する。

ドーム３０は、図１、図２に示すように、観察中心Ａを中心とした円弧を含む内側面を有する。したがって、自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃによって観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃをドーム３０の内側面に沿って移動させると、観察中心Ａを中心とした円弧に沿って移動させることになる。

ドーム３０は、図１、図２に示すように、その中心を観察中心Ａに一致させ、且つ、その開口部３１をボックス４０の開口部４１に略一致させた状態でボックス４０内に収容される。またドーム３０は、その開口部３１寄りの外側面箇所に固定した上述したΦ回転軸６１を介してボックス４０内に揺動可能に取り付けられている。ドーム３０は、図２に示すように、その開口部３１が半導体ウェハ１０のエッジ部分１１の一部分を僅かに覆った状態になっている。ドーム３０の内側面には、観察中心Ａに向けて光を照射する照明部として発光ダイオード３２が複数配置されている。半導体ウェハ１０のエッジ部分１１にある、上ベベル１２、アペックス１３又は下ベベル１４は、ドーム３０内でこれら発光ダイオード３２からの光によって照明される。

ボックス４０はΘ回転軸５１を介してΘ軸モータ５０に接続されている。このΘ軸モータ５０を駆動することによってボックス４０はΘ回転軸５１を中心に回転する。これによって、ドーム３０もΘ回転軸５１を中心に回転し、観察部２０（観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）は、Θ回転軸５１を中心とした円弧状の軌跡に沿って移動する。

また、ボックス４０は、図２に示すように、その開口部４１寄りの両側面箇所でΦ回転軸６１を不図示の軸受を介して回転可能に支持し、また一方の側面箇所でΦ軸モータ６０を支持している。Φ軸モータ６０は、歯車減速機構６２を介してΦ回転軸６１に接続されている。Φ軸モータ６０を駆動することによってドーム３０がボックス４０内でΦ回転軸６１を中心に回転する。これによって、観察部２０（観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）はΦ回転軸６１を中心とした円弧状の軌跡（Θ回転軸５１を中心とした円弧状の軌跡と直交する軌跡）に沿って移動する。

Θ軸モータ５０は直線移動機構としてのＺ軸駆動機構８０上に載置されている。このＺ軸駆動機構８０は、例えば、回転モータとこの回転モータの回転運動を直線運動に変換する回転・直線運動変換機構との組み合わせ又はリニアーモータから構成され、Θ軸モータ５０を回転・直線運動変換機構上又はリニアーモータの直線移動体上に載置して、ボックス４０全体を図１の矢印Ｚ軸方向（図１の上下方向）に移動させるものである。

半導体ウェハ１０のエッジ部１１近傍の平面部１６上には、半導体ウェハ１０自身の反り又は検査ステージ１５の面ブレによるエッジ部１１のＺ軸方向の変位を検出する変位センサ９０が配置されている。

制御部７０は、観察装置全体の制御を行うもので、図５に示すように、観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃからの出力（観察像情報）を入力し、観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが観察する観察像が最も鮮明になるようにΘ軸モータ５０、Φ軸モータ６０や自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃに駆動信号を出力する。これによって、観察像の検出感度の最も高い位置に観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを移動させて調整することが出来る。なお、観察部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは移動に際して観察中心Ａとの距離が変わらないため、はじめに合焦させておけばピント調整は不要となる。

また、制御部７０は、変位センサ９０からの出力（半導体ウェハ１０の反りや検査ステージ１５の面ブレ情報）を入力し、エッジ部１１と観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとの間の距離を一定に維持するようにＺ軸駆動機構８０に駆動信号を出力する。これによって、Θ軸モータ５０及びΘ回転軸５１を介してボックス４０及びドーム３０のＺ軸方向の位置を調整することができる。

さらに、制御部７０は、上述した調整後に、観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの出力である散乱光の輝度情報を入力し、これを欠陥検出部１００に送る機能も有する。欠陥検出部１００には、制御部７０を介して観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが受光した観察像の輝度情報が入力される他に、検査ステージ１５の回転位置情報も入力されている。欠陥検出部１００は、これら情報に基づいて欠陥の程度と箇所を検出する。

次に、本実施形態の観察装置の動作を説明する。

半導体ウェハ１０のエッジ部分１１の欠陥を観察する前に予め観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置をエッジ部分１１の形状に合わせて調整しておく。この調整作業では、発光ダイオード３２を点灯し、エッジ部分１１の上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４からの反射光を各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって受光しつつ、観察中心Ａを通るΘ回転軸５１、Φ回転軸６１を中心としてボックス４０、ドーム３０を回転させ、また自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃを駆動し、各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、観察中心Ａを中心とした円弧に沿って少しずつ移動させながら各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが受光する観察像の鮮明度が高くなる位置を探し出す。

すなわち、各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置をエッジ部分１１の形状に合わせて調整しておく。

次いで、検査ステージ１５によって半導体ウェハ１０を回転させつつ、発光ダイオード３２でエッジ部分１１を照明して上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４の反射光を各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって受光する。各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの出力は制御部７０を介して欠陥検出部１００に送られ、この欠陥検出部１００でエッジ部分１１の欠け、パーティクルの付着などの欠陥を検出する。

半導体ウェハ１０のエッジ部分１１の検査時には、変位センサ９０によってＺ軸方向における観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃと上ベベル１２、アペックス１３、下ベベル１４との間の距離の変動を常時監視しており、半導体ウェハ１０自身の反りや検査ステージ１５の面ブレによってこの距離の変動を少しでも検出したときには、直ちにその変位量に応じて制御部７０からＺ軸駆動機構８０に制御信号が出力され、変位量を打ち消すようにボックス４０をＺ軸方向に移動させて、Ｚ軸方向における観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃと上ベベル１２、アペックス１３、下ベベル１４との間の距離を常に一定に維持する。

したがって、半導体ウェハ１０自身の反りや検査ステージ１５の面ブレなどの影響を受けることなく、エッジ部分１１の欠陥を検出することができる。

本実施形態の観察装置によれば、上述したように、予め観察中心Ａを通るΘ回転軸５１、Φ回転軸６１を中心としてボックス４０、ドーム３０を回転させ、また自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃを駆動して、半導体ウェハ１０のエッジ部分１１の形状に合わせて各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を調整しているので、最良の検出感度でエッジ部分１１の欠陥（欠け、パーティクルの付着等）を検出することが可能である。

また、半導体ウェハ１０自身の反りや検査ステージ１５の面ブレがあっても、Ｚ軸駆動機構８０を駆動してボックス４０をＺ軸方向に移動させ、観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃとエッジ部分１１との間のＺ軸方向の距離を常に一定に維持するようにしているので、各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４に対する焦点距離は変化せず、エッジ部分１１の欠陥（欠け、パーティクルやダストの付着）を精度良く検出することが可能である。

さらに、各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの検出感度を向上させ、またこれら各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を移動させることによって、これまで検出が難しかった欠陥も検出することが可能である。

さらにまた、上述したように欠陥の検出感度が向上するなどの理由によって半導体ウェハ１０を検査ステージ１５によって一回転させるだけでエッジ部分１１の欠陥検査を完了することができ、検査のスループット性が向上する。

本発明は上記実施形態に示すものに限定されるものではない。例えば、ドーム３０内に発光ダイオード３２を配置した場合を示したが、ドーム３０の外に配置してもよい。半導体ウェハ１０のエッジ部分１１を照明する光源としては発光ダイオードに限定されるものではなく、レーザー光源を使用してもよい。

また、観察部２０としてＣＣＤを使用した場合を示したが、例えばフォトダイオードなどの受光素子（光電変換素子）を配置し、エッジ部分１１の上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４からの散乱光を受光してこれら上ベベル１２、アペックス１３及び下ベベル１４の欠陥を検出するようにしてもよい。

また、各観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、観察中心Ａを中心とした円弧に沿って移動するように支持するのに、ドーム３０及びボックス４０を使用した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ボックス４０を省略し、Θ回転軸５１の一端を直接ドーム３０に接続して、ドーム３０をΘ軸モータ５０によってΘ回転軸５１を中心に回転させるようにしてもよい。また、Θ回転軸５１、Θ軸モータ５０を省略し、ボックス４０を固定して、Φ軸モータ６０によってドーム３０を、Φ回転軸６１を中心に回転させることによって、観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、観察中心Ａを中心とした円弧に沿って移動させるようにしてもよい。さらに、ボックス４０を省略し、ドーム３０を固定し、自走駆動機構２１ａ、２１ｂ、２１ｃによって観察部２０ａ、２０ｂ、２０ｃをドーム３０の内周面に沿って移動させるようにしてもよい。

本発明の観察装置の一実施形態を示す一部省略した概略側面図である。図１の観察装置の一部省略した概略平面図である。図１の観察装置によって観察される半導体ウェハのエッジ部分の部分拡大側面図である。図１の観察装置のΘ回転軸とΦ回転軸と観察中心Ａとの関係を説明する説明図である。図１の観察装置に装備される制御部のブロック図である。

符号の説明

１０半導体ウェハ
１１エッジ部分
１２上ベベル
１３アペックス
１４下ベベル
１５検査ステージ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ観察部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ自走駆動機構
３０ドーム（支持部材）
３２発光ダイオード（照明部）
４０ボックス（支持部材）
５０ Θ軸モータ（駆動部）
５１ Θ回転軸
６０ Φ軸モータ（駆動部）
６１ Φ回転軸
８０Ｚ軸駆動機構
Ａ観察中心

Claims

被観察物の端部を観察する観察部と、
前記観察部を支持する支持部材と、
前記観察部を、観察中心とした円弧に沿って移動させる駆動部と、
を備えてなることを特徴とする観察装置。
請求項１に記載の観察装置において、
前記被観察物は円盤状部を有し、
前記観察中心は、前記被観察物に含まれ、
前記円弧に沿った前記観察部の移動の回転軸は、前記観察中心を通る前記被観察物の前記円盤状部の法線上又は接線上に位置することを特徴とする観察装置。
請求項１又は２に記載の観察装置において、
前記観察中心に向けて光を照射する照明部を更に備えることを特徴とする観察装置。
請求項１乃至３の何れか一項に記載の観察装置において、
前記支持部材は、前記円弧を含む半球状の殻体によって形成され、該殻体の中心を前記観察中心と合致させて配置され、
前記駆動部は、前記観察部を、前記回転軸を中心に回転させることを特徴とする観察装置。
請求項２乃至４の何れか一項に記載の観察装置において、
前記支持部材は、前記被観察物と前記観察部との間の距離を一定に維持するように前記法線及び前記接線と直交する線に沿って移動可能であることを特徴とする観察装置。
請求項５に記載の観察装置において、
前記直交する前記線に沿う方向における前記被観察物の変位を検出する変位検出部と、
前記変位検出部によって検出した前記変位に基づいて前記支持部材を前記直交する前記線に沿って移動させる直線移動機構と、
を更に備えたことを特徴とする観察装置。
請求項１乃至６の何れか一項に記載の観察装置において、
前記観察部は前記被観察物からの散乱光の輝度を検出することを特徴とする観察装置。
請求項１乃至７の何れか一項に記載の観察装置において、
前記観察部に、該観察部を前記支持部材に対して前記円弧に沿って移動させる自走駆動機構を備えてなることを特徴とする観察装置。