説明

検査装置

【課題】ウエハ検査装置でベアウエハ(鏡面ウエハ)を検査する場合、ウエハ上には何もマークがないため、ベアウエハを正しく位置決めできない。
【解決手段】本発明は、前記基板を移動する搬送系と、前記基板に光を照射する照明光学系と、前記基板からの光を検出する検出光学系と、前記検出光学系の検出結果に基づいて前記基板の欠陥を検出する第1の処理部と、前記検出光学系の検出結果に基づいて画像を取得する第2の処理部とを有し、前記第2の処理部は、前記基板の外周部の画像、及び前記基板のノッチ部の画像を取得し、前記外周部の画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、前記搬送系は、前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板上の傷,異物等(以下、欠陥と称す。)を検査する検査装置、及び検査において行われる基板の位置決め方法に関する。
【0002】
特に、ウエハを検査、または加工(特に露光装置)する際のウエハアライメントに関するものである。
【背景技術】
【0003】
半導体の製造工程では歩留まりを管理するために、ウエハ上の欠陥を検査する検査装置が使用される。
【0004】
検査装置では、ウエハを検査するに当たり、ウエハの位置決めを行う(以下、アライメントと称す。)。
【0005】
従来のウエハを検査または加工する際のウエハアライメント方法としては、特開平09−186061号公報,特開2003−188228号公報,特開2002−313887号公報,特開平9−306977号公報,特開2003−133393号公報,特開2008−78210号公報が挙げられる。
【0006】
特開平09−186061号公報では、ウエハを検査または加工するウエハステージ上でのウエハアライメントに要する時間を短縮するために、ウエハをウエハステージへ搬送する前に予め別のプリアライメントステージ上でウエハの大まかな位置決め(プリアライメント)を行うことを開示している。
【0007】
特開2003−188228号公報の図3と図4には、このウエハステージとプリアライメントステージの位置関係などが開示されている。
【0008】
特開2002−313887号公報は、このプリアライメントを回転ステージ上のCCDラインセンサで行う方法について開示している。
【0009】
特開9−306977号公報は、ウエハ上のパターンを使ってウエハステージ上でプリアライメントを行う方法について開示されている。
【0010】
特開2003−133393号公報は、ウエハエッジの4箇所を検出することによりプリアライメントを行う方法について開示している。この方法では、検出カメラの視野が5mm程度で、プリアライメント精度が20μmの分解能である。
【0011】
特開2008−78210号公報は、ウエハノッチ部分の傾きを検出することにより、ウエハ中心のズレとウエハ回転の補正を行うプリアライメント方法について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0012】
【特許文献1】特開平09−186061号公報
【特許文献2】特開2003−188228号公報
【特許文献3】特開2002−313887号公報
【特許文献4】特開平9−306977号公報
【特許文献5】特開2003−133393号公報
【特許文献6】特開2008−78210号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明では、ベアウエハ(鏡面ウエハ)を検査する際に、ベアウエハ(鏡面ウエハ)検査装置では、検出することが困難な欠陥(例えば、膜付きウエハ上の欠陥)が、パターン付きウエハ検査装置で検出し易いことを見出した。
【0014】
ここで、パターン付きウエハ検査装置の場合、ウエハステージ上での高精度のウエハアライメントは、特許文献1に示されたようにウエハ上に予め加工されたアライメントマークを位置測定することにより行う。しかし、検査対象がベアウエハ(鏡面ウエハ)である場合、ウエハ上には何もマークがないため、特許文献3のようにウエハエッジ(ウエハ外周)を検知して大まかに位置決めするプリアライメントの位置精度で検査されることになる。
【0015】
この場合、検出した欠陥座標の精度は数十μmから数百μmになる。
【0016】
これはプリアライメント機構で使用しているセンサの画素サイズが大きいためや、ウエハをプリアライメントステージからウエハステージへ受け渡しする、搬送アームのメカ的なガタのためである。
【0017】
このため、同じ検査装置で検査しても、検査装置間での欠陥座標のリンケージが困難となる。
【0018】
特許文献4の方法は、ウエハがオリフラタイプのものについてしか示されていない。
【0019】
またウエハ上のパターンをプリアライメントに使用しており、ウエハがノッチタイプの場合や、ベアウエハの場合には適用できない。
【0020】
特許文献5の方法でも欠陥座標の精度は20μm以上になる。プリアライメントの分解能が20μmのためである。
【0021】
特許文献6でも欠陥座標の精度は数十μmになると考えられる。
【0022】
本発明は、ウエハを検査または加工する装置のウエハステージ上でベアウエハのウエハエッジ位置を検出することにより、数μm単位の高精度のウエハアライメント方法を持つ、ウエハ検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0023】
本発明は、以下の特徴を有す。なお、本発明は、以下の特徴を独立して奏する場合もあれば、同時に奏する場合もある。
【0024】
本発明は、前記基板を移動する搬送系と、前記基板に光を照射する照明光学系と、前記基板からの光を検出する検出光学系と、前記検出光学系の検出結果に基づいて前記基板の欠陥を検出する第1の処理部と、前記検出光学系の検出結果に基づいて画像を取得する第2の処理部とを有し、前記第2の処理部は、前記基板の外周部の画像、及び前記基板のノッチ部の画像を取得し、前記外周部の画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、前記搬送系は、前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。
【0025】
本発明は、前記検出光学系は、前記基板の外周部に対応する複数の位置に、複数の撮像部を有し、前記第2の処理部は、前記複数の撮像部において取得された画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、前記搬送系は、前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする。
【0026】
本発明は、前記第2の処理部は、前記ノッチ部の形状の変化に基づいて、前記ノッチ部の中心位置を計算することを特徴とする。
【0027】
本発明は、前記第2の処理部は、前記基板の中心位置、及び前記ノッチ部の中心位置に基づいて前記回転ずれを計算することを特徴とする。
【0028】
本発明は、ウエハステージ上に載せられたウエハのウエハエッジを拡大して二次元画像として認識するための、レンズと二次元CCDセンサをウエハステージ上に設ける。
【0029】
そして、ウエハステージは任意のX,Y座標に移動ができて、ウエハステージを移動することにより、ウエハ外周部(例えば、ウエハ左端部分,ウエハ右端部分,ウエハ上端部分)の画像、ウエハ外周部において形状が変化する部分(例えば、ノッチ左端部分,ノッチ右端部分)の画像を取得する。
【0030】
そして、得られた画像からウエハエッジのウエハ左端部分,ウエハ右端部分,ウエハ上端部分,ノッチ左端部分,ノッチ右端部分の座標を算出し、これらの座標からウエハ中心とステージ中心のズレ量(dx,dy)と、ウエハ中心とノッチ上端部分のθ回転ズレ量dθを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【0031】
本発明は以下の効果を奏する。なお、本発明は以下の効果を独立して奏する場合もあれば、複数の効果を同時に奏する場合もある。
(1)ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
(2)特に、パターン付きウエハ検査装置において、ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
(3)数μm単位の高精度のウエハ位置決め(アライメント)が可能となる。
(4)検査装置間で欠陥座標のリンケージが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本実施例のパターン付きウエハ検査装置を上から見た図。
【図2】本実施例の本実施例のパターン付きウエハ検査装置を横から見た図。
【図3】ウエハアライメントのために取得する各画像の説明図。
【図4】dx,dy,dθを説明する図。
【図5】ウエハアライメントのフロー図である。
【図6】ノッチ左端画像の例。
【図7】第1の方法のフロー図。
【図8】第2の方法のフロー図。
【図9】特許文献6でのウエハ回転ズレ量dθの求め方を説明する図。
【図10】本実施例によるウエハ回転ズレ量dθの求め方を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0034】
図1は本実施例のパターン付きウエハ検査装置を上から見た図である。
【0035】
本実施例の検査装置では、ウエハをウエハステージ上に載せるまでに次のようなステップを踏む。すなわち、搬送アーム1003によりウエハ1001をウエハFOUP1002(ウエハカセット)から抜き取る。
【0036】
搬送アーム1003によりウエハ1001をプリアライメントステージ1004へ載せ、プリアライメントステージ1004上でプリアライメントを行う。
【0037】
搬送アーム1003によりウエハ1001を搬送アーム1003により持ち上げ、ウエハステージ1005に載せる。
【0038】
図2は本実施例のパターン付きウエハ検査装置を横から見た図である。
【0039】
本実施例のパターン付きウエハ検査装置は、搬送系(例えば、被検査物であるウエハ113を固定し、位置座標が測定されることでXY方向に走行制御されるウエハステージ114)、例えば波長488nmのArレーザーからなる光源102,反射ミラー103a,103bにより構成される照明光学系101,集光レンズ106,フォトマル,CCDカメラ,CCDセンサ,TDIセンサ等から構成される光電変換器108により、ウエハ113から反射される反射光を検出する検出光学系105と、光電変換器108から出力されるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するA/D変換部109、上記ウエハステージ114から測定される位置座標を基に上記ウエハステージ114を走行制御するステージコントローラ112、ステージ114の走行に同期して欠陥部を検出しその輝度信号を算出する判定部110、上記ステージコントローラ112を制御し、さらに判定部110を制御し判定部110から得られる検査結果を受ける全体制御部111を備えることで構成される。
【0040】
判定部110としては、例えばウエハステージ114の走行に同期してスキャンする光電変換器108のスキャンクロックに同期したパイプライン処理を行える専用のデジタル信号回路などがある。
【0041】
判定部110として上記のように同期処理を行わず、例えば一旦A/D変換部109の出力をメモリに記憶し、非同期で処理する方法もある。
【0042】
次に、このような本実施例において、ウエハアライメントを行う方法について図3,図4、及び、図5を用いて説明する。
【0043】
なお、以降の処理は全体制御部111によって行われる。
【0044】
図3はウエハアライメントのために取得する各画像の説明図、図4はdx,dy,dθを説明する図、図5はウエハアライメントのフロー図である。
【0045】
まずウエハの外周部(ウエハエッジ部)の画像を取得する。
【0046】
より具体的には、A/D変換部109で処理される信号を、判定部110で2次元に配列することにより、図3に示すようなウエハ左端画像301を取得する。
【0047】
この時取得する画像の視野は、プリアライメント精度以上であれば、必ずウエハエッジ部分が視野に入るはずである。ウエハ部分は明るく、ウエハのない部分は暗く見えるので、この境界がウエハエッジである。
【0048】
ウエハ左端画像301のウエハ部分の一番左側のX座標をウエハ左端部分の座標X1とする。このステップは図5のフロー図のステップ801にあたる。
【0049】
次にウエハ右端画像302を取得する。
【0050】
ウエハ右端画像302のウエハ部分の一番右側のX座標をウエハ右端部分の座標X2とする。このステップは図5のフロー図のステップ802にあたる。
【0051】
次にウエハ中心207のX座標をXcとすると、X1とX2の中間がこれにあたり、Xc=(X2+X1)÷2と計算できる。このステップは図5のフロー図のステップ803にあたる。
【0052】
次にウエハ上端画像303を取得する。
【0053】
ウエハ上端画像303のウエハ部分の一番上側のY座標をウエハ上端部分の座標Y1とする。このステップは図5のフロー図のステップ804にあたる。
【0054】
図4のウエハ中心207のY座標をYcとすると、ウエハ径は(X2−X1)であるから、Yc=Y1−(X2−X1)÷2と計算できる。このステップは図5のフロー図のステップ805にあたる。
【0055】
これによりウエハの位置ズレを反映したウエハ中心の位置を取得することができる。
【0056】
次に、ウエハ中心の位置に基づいて、ウエハの回転ズレを計算する。
【0057】
まず、ウエハ外周部において、形状が変化する場所、例えば凹型の部分(例えばノッチ部)の画像を取得する。
【0058】
より具体的にはノッチ左端画像304を取得する。ノッチ左端画像304のウエハ部分の一番下側の座標をノッチ左端部分の座標(X3,Y3)とする。このステップは図5のフロー図のステップ806にあたる。
【0059】
次にノッチ右端画像305を取得する。ノッチ右端画像305のウエハ部分の一番下側の座標をノッチ右端部分の座標(X4,Y4)とする。このステップは図5のフロー図のステップ807にあたる。
【0060】
次にノッチ左端部分の座標(X3,Y3)とノッチ右端部分の座標(X4,Y4)の中間座標を(Xn,Yn)とする。(Xn,Yn)=((X4+X3)÷2,(Y4+Y3)÷2)と計算できる。このステップは図5のフロー図のステップ808にあたる。
【0061】
次にウエハ回転ズレ量をdθを計算する。
【0062】
中間座標(Xn,Yn)は図4のウエハ中心207とノッチ左端部分204を結んだ延長線上にあるので、この座標とウエハ中心207を結んだ線の傾きがdθとなる。
【0063】
従ってdθ=tan-1((Xn−Xc)÷(Yc−Yn))と計算できる。
【0064】
このステップは図5のフロー図のステップ809にあたる。
【0065】
以上によりウエハ中心207の座標(Xc,Yc)と、ウエハ回転ズレ量をdθ=tan-1((Xn−Xc)÷(Yc−Yn))を求めることができる。
【0066】
次にプリアライメント精度が、XY平行ズレ量=±300μm、回転ズレ量=±0.1度と仮定した場合の画像視野の必要サイズについて述べる。
【0067】
回転ズレ量は360度に比べて十分小さいので、X方向のズレ量にのみ効く。
【0068】
そのサイズは、ウエハ径が300mmの場合、±(2×π×150mm×0.1°)÷360=±262μmとなる。
【0069】
したがって画像視野の必要サイズはX=1124μm,Y=600μmである。
【0070】
通常コンピュータで扱う画像の画素数が、640Pixel×480Pixelなどであるから、図2の検出光学系105と光電変換器108から得られる2次元画像の画素サイズは2μm以上であれば十分である。
【0071】
ウエハエッジを認識するための画像の画素が2μmの分解能があるため、ウエハの位置決め精度(アライメント精度)も数μm単位で得られる。
【0072】
次にウエハの回転ズレ量dθを求める方法について詳細に説明する。
【0073】
本実施例ではdθをノッチ部の形状の変化に基づいて計算する。計算の方法としては、例えば2つの方法が考えられる。
【0074】
まず、第1の方法について説明する。
【0075】
図6はエリアが640Pixel×480PixelでPixelサイズ(画素サイズ)が約2.5μmの条件で取得した、ノッチ左端画像の例である。
【0076】
実際にはノッチ左端部分は丸まっていて、その位置は明瞭には認識できない。
【0077】
従って、図7に示すフロー図のように、以下のステップでノッチ左端部分の座標を求めると良い。
【0078】
すなわち、実際のノッチ左端画像401を取得し、ウエハ最下位置Y座標を検出する。
【0079】
このステップは図7のフロー図のステップ901にあたる。
【0080】
次にウエハ最下位置から右側に着目し、ウエハ最下位置から傾きが変わる、望ましくは急峻になり始める点(Y座標が例えば10Pixel上側の境界)を検出する。このステップは図7のフロー図のステップ902にあたる。
【0081】
次にステップ902で検出した境界座標を(X3,Y3)とする。
【0082】
この座標をノッチ左端部分の座標とするのである。このステップは図7のフロー図のステップ903にあたる。
【0083】
もちろん、上記の方法に対応した処理をノッチ右側部分について適用することも可能である。
【0084】
また、液晶ディスプレイ等の表示装置にこのノッチ左端画像401を表示させて、作業者がマウス等により、どの座標(言い換えるならピクセル)を境界位置とするか選択できるようにしても良い。このようにすれば、境界位置を任意に設定することができ、より精度を上げることもできるし、ノッチ部の形状が複雑である場合にも境界位置を正しく認識することができる。
【0085】
これにより、高精度にdθを求めることが可能となる。
【0086】
次に第2の方法について説明する。
【0087】
第2の方法では、図8のように、直接ノッチ上端部分203の画像を取得し、ノッチ上端部分の座標を求めて、この座標とウエハ中心207を結んだ線の傾きをdθと計算する。
【0088】
第2の方法でも、dθを計算することができる。
【0089】
本実施例では、搬送系は上記の方法によって算出されたdx,dy(言い換えるならウエハ中心),dθに基づいてウエハの位置決めを行う。
【0090】
もちろん、搬送系は上記の方法によって算出されたdx,dy(言い換えるならウエハ中心),dθのいずれか1つに基づいてウエハの大まかな位置決め行ってもよい。
【0091】
次に本実施例の効果について説明する。
【0092】
図9と図10は、特許文献6での欠陥座標の精度が数十μmと推定される理由を説明したものである。
【0093】
図9は特許文献6でのウエハ回転ズレ量dθの求め方を示したものである。
【0094】
図9では、ノッチ左端部分とノッチ右端部分のY座標の差601をdyとし、ノッチ左端部分とノッチ右端部分のX座標の差602をdxとすれば、dθ=tan-1(dy÷dx)と計算できる。
【0095】
通常ノッチ左端部分とノッチ右端部分のX座標の差602をdxは5mm程度であり、dθは小さな値のため、dθ=tan-1(dy÷5mm)と計算できる。
【0096】
図10は本実施例によるウエハ回転ズレ量dθの求め方を示したものである。
【0097】
ウエハ径が300mmの場合、ノッチ左端部分とノッチ右端部分の中心X座標701をXとすれば、dθ=tan-1(X÷150mm)と計算できる。
【0098】
ところでdθは小さな値なので、dθの測定精度は、図9のdyや図10のXの測定精度が大きく効く。
【0099】
dθが同じであれば図9のdyは図10のXの30分の1となる。
【0100】
つまりもし図9と図10で同じdθの測定精度を求めるのであれば、図9の方法では図10に比べて30倍の座標測定精度が必要になるのである。
【0101】
仮に図9のdyの測定誤差が1μmであっても、ウエハエッジに近い部分では30μmの欠陥座標誤差が出る。これが特許文献6では欠陥座標の精度が数十μmになると推定できる理由である。
【0102】
言い換えるなら、従来技術では、変化の小さいずれ同士を用いてdθを計算している。
【0103】
一方、本実施例では、X座標のずれ分(Y座標のずれ分であっても良い)、をX座標のずれ分に対して相対的に十分大きいウエハの半径で割っている。
【0104】
そのため、同じ座標測定精度であれば、dθの測定精度は図10、すなわち本実施例の方が図9(従来技術)より30倍良くなるのである。
【0105】
本実施例によれば以下の効果を得られる。なお、本実施例は以下の効果を独立して奏する場合もあれば、複数の効果を同時に奏する場合もある。
(1)ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
(2)特に、パターン付きウエハ検査装置において、ベアウエハを高精度に位置決めすることが可能となる。
(3)数μm単位の高精度のウエハ位置決め(アライメント)が可能となる。
(4)検査装置間で欠陥座標のリンケージが容易となる。
【実施例2】
【0106】
実施例1ではウエハステージを移動することにより、図4に示すウエハ左端部分201,ウエハ右端部分202,ウエハ上端部分203,ノッチ左端部分204,ノッチ右端部分205の画像を取得したが、ウエハ左端部分201,ウエハ右端部分202,ウエハ上端部分203,ノッチ左端部分204,ノッチ右端部分205の上方に、言い換えるならウエハの外周部に対応する複数の位置に、それぞれレンズと二次元CCDセンサを予め固定して設ければ、ウエハステージを5回移動することなく、一度にそれぞれの画像を取得できる。
【0107】
上記実施例では、パターン付きウエハ検査装置について言及したが、上記実施例に開示される内容は、ベアウエハ検査装置にも適用可能である。
【0108】
上記実施例では、光学式検査装置について言及したが、本実施例に開示される内容は電子線を用いた検査装置、その他基板の位置決めを行って検査を行う様々な検査装置に適用可能である。
【0109】
上記実施例の他に、アライメントを行う際に画像を取得するための照明光学系、及び検出光学系は、検査を行う照明光学系,検出光学系とは別に設けても良い。
【符号の説明】
【0110】
101 照明光学系
102 光源
103a,103b 反射ミラー
104 照明光
105 検出光学系
106 集光レンズ
108 光電変換器
109 A/D変換部
110 判定部
111 全体制御部
112 ステージコントローラ
113,1001 ウエハ
114,1005 ウエハステージ
201 ウエハ左端部分
202 ウエハ右端部分
203 ウエハ上端部分
204 ノッチ左端部分
205 ノッチ右端部分
206 ノッチ上端部分
207 ウエハ中心
208 ステージ中心
301 ウエハ左端画像
302 ウエハ右端画像
303 ウエハ上端画像
304 ノッチ左端画像
305 ノッチ右端画像
401 実際のノッチ左端画像
501 実際のノッチ上端画像
601 ノッチ左端部分とノッチ右端部分のY座標の差
602 ノッチ左端部分とノッチ右端部分のX座標の差
701 ノッチ左端部分とノッチ右端部分の中心X座標
1002 ウエハFOUP(ウエハカセット)
1003 搬送アーム
1004 プリアライメントステージ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を検査する検査装置において、
前記基板を移動する搬送系と、
前記基板に光を照射する照明光学系と、
前記基板からの光を検出する検出光学系と、
前記検出光学系の検出結果に基づいて前記基板の欠陥を検出する第1の処理部と、
前記検出光学系の検出結果に基づいて画像を取得する第2の処理部とを有し、
前記第2の処理部は、
前記基板の外周部の画像、及び前記基板のノッチ部の画像を取得し、
前記外周部の画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、
前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、
前記搬送系は、
前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする検査装置。
【請求項2】
請求項1に記載の検査装置において、
前記検出光学系は、
前記基板の外周部に対応する複数の位置に、複数の撮像部を有し、
前記第2の処理部は、
前記複数の撮像部において取得された画像に基づいて、前記基板の中心位置を計算し、
前記中心位置、及び前記ノッチ部の画像に基づいて、前記基板の回転ずれを計算し、
前記搬送系は、
前記中心位置、及び前記基板の回転ずれに基づいて前記基板の位置決めを行うことを特徴とする検査装置。
【請求項3】
請求項1に記載の検査装置において、
前記第2の処理部は、
前記ノッチ部の形状の変化に基づいて、前記ノッチ部の中心位置を計算することを特徴とする検査装置。
【請求項4】
請求項3に記載の検査装置において、
前記第2の処理部は、
前記基板の中心位置、及び前記ノッチ部の中心位置に基づいて前記回転ずれを計算することを特徴とする検査装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−64608(P2012−64608A)
【公開日】平成24年3月29日(2012.3.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−205027(P2010−205027)
【出願日】平成22年9月14日(2010.9.14)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】