(57)【要約】      （修正有）【課題】  液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を提供する。【解決手段】  供給ノズルにより対物レンズの先端とウエハとの間に液体を供給してウエハの外観検査を行い、検査終了後に吸引ノズルによりウエハから液体を吸引し、顕微鏡装置の上部に設けられ下向きの空気流を発生させるファンフィルタユニットと、検査ステージからカセットへウエハの搬送を行うウエハ搬送装置と、ファンフィルタユニットが発生する空気流よりも速い速度で空気を吹き出す乾燥機構とを備え、外観検査終了後、吸引ノズルにより液体が吸引されたウエハをウエハ搬送装置により検査ステージからカセットへ搬送する際に、前記乾燥機構により空気を吹き付けて、ウエハの表面に残留した液体を乾燥させるように構成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ等の標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給する供給手段、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段を有する顕微鏡観察装置を備え、
前記供給手段により前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給して前記標本の外観検査を行い、検査終了後に前記吸引手段により前記標本から前記液体を吸引する顕微鏡装置において、
前記顕微鏡観察装置の上部に設けられ、下向きの空気流を発生させるフィルタユニットと、
前記検査ステージから所定位置へ前記標本の搬送を行う搬送手段と、
前記フィルタユニットが発生する空気流よりも速い速度で空気を吹き出す乾燥手段とを備え、
外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記所定位置へ搬送する際に、前記乾燥手段により空気を吹き付けて、前記標本の表面に残留した前記液体を乾燥させることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記フィルタユニットが発生する空気流の速さと、前記乾燥手段が吹き出す空気の速さの差は、０．１０ｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記フィルタユニットが発生する空気流の速さは、０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓであり、
前記乾燥手段が吹き出す空気の速さは、約０．５ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記検査ステージ上の前記標本を照明する照明手段を備え、
前記照明手段は、前記顕微鏡装置内部の温度を上げて、外観検査後に前記標本の表面に残留した前記液体を乾燥させるための加熱ヒータの機能を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の標本の外観検査を行う顕微鏡装置に関し、特に液浸系の対物レンズを有する顕微鏡観察装置を内蔵した顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子の製造工程では、半導体ウエハ等の標本に形成された回路パターンの欠陥や異物などの観察（外観検査）が、顕微鏡装置を用いて行われている（例えば、特許文献１を参照）。顕微鏡装置とは、標本を自動搬送する機構と、光学系の顕微鏡観察装置とを結び付けたものである。
【０００３】
このような半導体ウエハ等の観察を目的とする顕微鏡観察装置では、近年のパターン線幅の微細化に伴い、より高解像度の対物レンズが求められている。このような対物レンズにおける分解能Ｒは、結像に関与する光の波長をλとし、該対物レンズの開口数をＮ.Ａ.としたとき、次式（１）で表すことができる。
【０００４】
Ｒ    ＝０.６１×（λ／Ｎ.Ａ.）  …（１）
【０００５】
上記の式（１）より、対物レンズにおいて高い分解能Ｒを達成するためには、開口数Ｎ.Ａ.を上げる、波長λを短くすることいった手段を取ることが有効であることが分かる。開口数Ｎ.Ａ.は、標本と対物レンズの間の媒質の屈折率をｎとし、光軸と対物レンズの最も外側に入る光線とがなす角をθとしたとき、次式（２）で表すことが出来る。
【０００６】
Ｎ.Ａ.  ＝ｎ×ｓｉｎθ            …（２）
【０００７】
そこで、開口数Ｎ.Ａ.を上げるため、生物を観察する顕微鏡観察装置には、従来の標本と対物レンズの先端との間を空気で満たす乾燥系の対物レンズではなく、標本と対物レンズとの間を水やオイルなどの液体で満たす液浸系の対物レンズを備えたものが知られている。
【特許文献１】特開２００４−１７２４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、液浸系の対物レンズを備えた顕微鏡観察装置では、観察終了後、標本と対物レンズとの間を満たした液体を、作業者が拭き取って回収している。半導体ウエハの観察に使用される顕微鏡観察装置でも、高解像度の観察を行うために、液浸系対物レンズを使用することが想定される。この場合、外観検査終了後に、液体を拭き取り回収しきれずに微量な液体がウエハ上に残存すると、この残存した微量な液体に塵埃等が付着して、デバイスを形成した際にパターンの短絡や接続不良を招くおそれがあった。
【０００９】
また、このような液浸系の対物レンズによる半導体ウエハの外観検査で使用される液体とは超純水であり、ウエハ上に残存した超純水が半導体ウエハ上に残っている時間が延びると、ウォーターマーク形成の可能性が増大することになり、半導体ウエハを傷めてしまう。なお、ウォーターマークとは、ウエハ中のシリコンが残存液体（超純水）中に溶出して乾燥後に残るシミ（シリコン酸化物）のことをいう。このようなウォーターマーク、すなわちシリコン酸化物がウエハ表面に形成されると、デバイスを形成した際にコンタクト不良を招くおそれがあった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するため、本発明は、半導体ウエハ等の標本を保持する検査ステージ、液浸系の対物レンズ、前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体（例えば、本実施形態における超純水）を供給する供給手段（例えば、本実施形態における供給ノズル２２ｃ）、及び、前記液体を前記標本から吸引する吸引手段（例えば、本実施形態における吸引ノズル２２ｄ）を有する顕微鏡観察装置を備え、前記供給手段により前記対物レンズの先端と前記標本との間に液体を供給して前記標本の外観検査を行い、検査終了後に前記吸引手段により前記標本から前記液体を吸引する顕微鏡装置において、前記顕微鏡装置の上部に設けられ、下向きの空気流を発生させるフィルタユニット（例えば、本実施形態におけるファンフィルタユニット５０）と、前記検査ステージから所定位置へ前記標本の搬送を行う搬送手段（例えば、本実施形態におけるウエハ搬送装置４０）と、前記フィルタユニットが発生する空気流よりも速い速度で空気を吹き出す乾燥手段（例えば、本実施形態における下張出部１３、上張出部１４及びファンフィルタユニット５０）とを備え、外観検査終了後、前記吸引手段により前記液体が吸引された前記標本を、前記搬送手段により前記検査ステージから前記所定位置（例えば、本実施形態におけるカセット４１）へ搬送する際に、前記乾燥手段により空気を吹き付けて、前記標本の表面に残留した前記液体を乾燥させるように構成される。
【００１２】
なお、前記フィルタユニットが発生する空気流の速さと、前記乾燥手段が吹き出す空気の速さの差は、０．１０ｍ／ｓ以上であることが望ましい。
【００１３】
また、前記フィルタユニットが発生する空気流の速さは、０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓであり、前記乾燥手段が吹き出す空気の速さは、約０．５ｍ／ｓであることが望ましい。
【００１４】
また、前記検査ステージ上の前記標本を照明する照明手段を備え、前記照明手段は、前記顕微鏡装置内部の温度を上げて、外観検査後に前記標本の表面に残留した前記液体を乾燥させるための加熱ヒータの機能を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明によれば、液浸系対物レンズを用いた半導体ウエハ等の標本の外観検査後に、搬送手段により検査ステージから所定位置へ搬送する際に、乾燥手段により空気を吹き付けることによって、標本上に残存する液体を速やかに乾燥して、標本への塵埃等の付着やウォーターマークの発生を著しく減少させることができる顕微鏡装置を実現することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の顕微鏡装置１は、半導体ウエハ等の標本（以下、ウエハＷと称する）の外観検査を行うものであり、装置フレーム１０と、該フレーム１０の内部に納められた顕微鏡観察装置２０と、ウエハ搬送装置４０と、ファンフィルタユニット５０とを備えて構成される。なお、図１中の白抜きの矢印はファンフィルタユニット５０によるダウンフローの向きを示している。
【００１７】
なお、装置フレーム１０には図示しない外壁が設けられており、顕微鏡装置１は、この外壁により外部と隔離されている（後述のカセット載置台１２及びカセット４１は、装置フレーム１０の外部に位置する）。
【００１８】
顕微鏡観察装置２０は、図２及び図３に示すように、装置フレーム１０内の水平テーブル１１上に設置された、ウエハＷを保持する検査ステージ２１と、この検査ステージ２１の上方を覆うように設置された観察装置２２とを有する。なお、図２中の白抜き矢印はファンフィルタユニット５０によるダウンフローの向きを示し、図３中のハッチングが掛けられた矢印は外部から後述するＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆを介してウエハＷに吹き出される空気の流れを示すものである。
【００１９】
検査ステージ２１は、試料台２１ａと、ＸＹＺステージ２１ｂと、自動焦点検出装置（不図示）とからなる。
【００２０】
試料台２１ａは、ＸＹＺステージ２１ｂにより鉛直方向に移動可能、及び、水平面内で移動可能に指示されている。なお、ウエハＷは、本実施形態では、カセット４１から搬送されて試料台２１ａの上面に載置され、例えば真空吸着により固定的に支持される。
【００２１】
ＸＹＺステージ２１ｂは、ウエハＷの焦点合わせのときに、試料台２１ａを鉛直方向に移動させる。なお、この焦点合わせ動作は、自動焦点検出装置（不図示）がオートフォーカス機能を用いて行う。また、ＸＹＺステージ２１ｂは、ウエハＷの予め定めた観察点を、接眼レンズ２２ａ及び対物レンズ２２ｂの視野内に位置決めする際に、試料台２１ａを水平面内で移動させる。
【００２２】
観察装置２２は、接眼レンズ２２ａと、対物レンズ２２ｂと、供給ノズル２２ｃ（図２参照）と、吸引ノズル２２ｄ（図２参照）と、照明光源２２ｅ（図３参照）と、ＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆ（図３参照）とからなる。
【００２３】
対物レンズ２２ｂは、液浸系の対物レンズであり、その先端（下面）とウエハＷとの間が液体Ｅで満たされたときに、光学系の収差が補正されるように設計されている。なお、対物レンズ２２ｂの先端が、液体Ｅに触れる部分となる。また、本実施形態では、液体Ｅとして超純水を想定しているが、これに限定されるものではない。
【００２４】
供給ノズル２２ｃは、対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間に液体Ｅを供給するものである。なお、液体Ｅの供給は、液浸観察の前に制御部（不図示）により自動的に行われる。吸引ノズル２２ｄは、外観検査終了時に前述の液体ＥをウエハＷから吸引するものである。これら供給ノズル２２ｃ及び吸引ノズル２２ｄは、それぞれ対物レンズ２２ｂの周囲に固定され、先端が対物レンズ２２ｂの先端近傍に配置される。
【００２５】
照明光源２２ｅは、ウエハＷの外観検査を行うときに点灯して、ウエハＷを照らす。なお、観察波長として本実施形態では可視域を想定している。また、照明光源２２ｅは、ウエハＷを照らすだけではなく、余熱を利用して装置フレーム１０内部の温度を上げ、ウエハＷの外観検査後に、吸引ノズル２２ｄにより吸引し切れず、ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させるための加熱ヒータとしての機能も担っている。
【００２６】
なお、照明光源２２ｅにおける観察波長は上記に限定されるものではなく、例えば紫外域であった場合は、接眼レンズ２２ａからの観察はできないため、接眼レンズ２２ａの代わりにＣＣＤカメラなどを設けて撮像し、モニタ装置に表示して観察する。
【００２７】
ＵＬＰＡフィルタ付ファン２２ｆは、ＵＬＰＡフィルタ（Ultra Low Penetration Air Filter）と呼ばれる高性能フィルタが取り付けられたファンであり、エアユニット（送風機）５０によって送風される空気中から塵埃等を除去して、清浄な空気をウエハＷに吹き付けるものである。このＵＬＰＡフィルタ付ファン２２を照明光源２２ｅに加えて設置することにより、さらに効率良くウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させることが可能である。
【００２８】
上記のような構成の観察装置２２では、接眼レンズ２２ａの視野位置にウエハＷの拡大像（パターン像）が形成され、この像によりウエハＷの外観検査が行われる。また、対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間を満たす液体Ｅの屈折率（＞１）に応じて、対物レンズ２２ｂの開口数を１より大きくすることができ、乾燥系の装置（対物レンズの開口数≦１）と比較して解像度を確実に向上させることができる。
【００２９】
ウエハ搬送装置４０は、カセット４１と、搬送アーム４２とからなる。
【００３０】
カセット４１は、装置フレーム１０の外部に設けられたカセット載置台１２の上に設置された、側面の一方側が開口している箱である。この箱の内部には、互いに水平な複数段のスロットが上下に並んで設けられ、各スロット内にはウエハＷが一枚ずつ収納されている。
【００３１】
搬送アーム４２は、図示しない電動モータ等の作動により水平面内での屈伸作動を含む動作が可能であり、その先端部に設けられた吸着機構４２ａにより吸着したウエハＷを水平姿勢のまま自在に移動させることができる。このような構成の搬送アーム４２により、装置フレーム１０内部におけるウエハＷの搬送、具体的にはカセット４１と顕微鏡観察装置２０の検査ステージ２１との間でウエハＷの搬送を行う。
【００３２】
ファンフィルタユニット５０は、装置フレーム１０の上部の異なる位置に設けられた３つの送風機５０ａ，５０ｂ，５０ｃ及び５０ｄにより下向きの空気流を発生させて、外部から塵埃等を含んだ空気が内部に侵入することを防ぐため、該装置フレーム１０内部の空気圧力を外部の空気圧力よりも高圧に保っている。なお、送風機５０ａ〜５０ｄがそれぞれ発生する空気流の速さは、０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓである。
【００３３】
また、送風機５０ｄと装置フレーム１０との間には、ＵＬＰＡフィルタ等の高性能ケミカルフィルタ５０ｅが設けられており（図１参照）、送風機５０ｄにより送風される空気中の塵埃等を除去して、（特に、ウエハＷが載置される顕微鏡観察装置２０の周辺）清浄な空気を供給している。
【００３４】
このように装置フレーム１０内に供給された清浄な空気を、図２に示すように、ウエハＷが載置される顕微鏡観察装置２０周辺に適切に導くため、装置フレーム１０の内部には、床面から上方に向かって張り出す下張出部１３と、天井部から下方に向かって張り出す上張出部１４とが設けられ、これらを境に装置フレーム１０内部の気室を分離する構造が取られている。
【００３５】
なお、下張出部１３及び上張出部１４は、上記のように装置フレーム１０の内部を仕切る役割を有するだけでなく、外観検査後のウエハＷの表面を乾燥させる乾燥機構としての役割を有している。具体的に説明すると、下張出部１３の内部には（床面側の）一端が排気口（図示せず）に繋がって他端が開口している第１管路１３ａが形成され、上張出部１４の内部には（天井側の）一端がファンフィルタユニット５０に繋がって他端が第１管路１３ａの開口部と対向するように開口している第２管路１４ａがそれぞれ形成されており、ウエハＷの外観検査終了後、吸引ノズル２２ｄにより液体Ｅが吸引されたウエハＷを、搬送アーム４２により検査ステージ２１からカセット４１へ搬送する際に、ファンフィルタユニット５０から供給した空気を上張出部１４（第２管路１４ａ）を介してウエハＷに吹き出して、該ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させることができるようになっている。上張出部１４から吹き出された空気は、下張出部１３（第１管路１３ａ）を介して排出口（図示せず）から大気に開放されるようになっている。
【００３６】
なお、上張出部１４に清浄な空気を供給するため、ファンフィルタユニット５０には、送風機５０ｃと装置フレーム１０との間に、ＵＬＰＡフィルタ等の高性能ケミカルフィルタ（図示せず）を設けられている。
【００３７】
なお、ファンフィルタユニット５０が発生する空気流の速さと、上張出部１４が吹き出す空気の速さの差は、０．１０ｍ／ｓ以上であることが望ましい。本実施形態では、上張出部１４が吹き出す空気の速さは約０．５ｍ／ｓであり、ファンフィルタユニット５０が発生する空気流の速さの０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓよりも速い。
【００３８】
このように、上張出部１４から吹き出す空気の速さを確保するため、送風機５０ｃと装置フレーム１０との間に設けるケミカルフィルタ（図示せず）には圧力損失の少ないタイプのものを選択したり、送風機５０ｃのファンの回転数を高く設定したりしてもよい。
【００３９】
また、上張出部１４から吹き出す空気の速さと、ファンフィルタユニット５０のケミカルフィルタ５０ｅを通過する空気の速さとの差が０．１ｍ／ｓ以上となるように、送風機５０ｃと装置フレーム１０との間に設けるフィルタ（図示せず）と、ケミカルフィルタ５０ｅとを選択してもよい。具体的には、上張出部１４から吹き出す空気の速度が０．５５ｍ／ｓになり、且つ、ケミカルフィルタ５０ｅを通過する空気の速度が０．４５ｍ／ｓ以下になるように、それぞれフィルタを選択すると、防塵性能と乾燥の両面で良好な性能が発揮できる。
【００４０】
さらに、下張出部１３の第２管路１３ａに吸引装置を設けて、上張出部１４から吹き出す空気を吸引したりするなど、上張出部１４から吹き出す風速を上げることによって、ウエハＷ表面に残留した液体Ｅをより効果的に吹き飛ばし、乾燥を促すように構成することも可能である。
【００４１】
次に、顕微鏡装置１の動作について説明する。まず、操作者により、顕微鏡観察装置２０を用いた外観検査の開始の指示（例えば、スイッチの投入）がなされると、搬送アーム４２はカセット４１内に収納されているウエハＷを、吸着保持して引き抜いてカセット４１の外部に搬出し、顕微鏡観察装置２０の試料台２１ａ上に載置する。試料台２１ａ上にウエハＷが載置されると、今度は試料台２１ａがウエハＷを真空吸着する。試料台２１ａによりウエハＷが吸着保持されると、ＸＹＺステージ２１ｂを移動させ、ウエハＷの所望部分を顕微鏡観察装置２０の対物レンズ２２ｂの直下に移動させる。そして、供給ノズル２２ｃにより対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間に液体Ｅを供給して、これにより接眼レンズ２２ａからウエハＷ表面の外観検査が可能となる。
【００４２】
続いて、顕微鏡観察装置２０を用いたウエハＷの外観検査が終了すると、吸引ノズル２２ｄにより対物レンズ２２ｂの先端とウエハＷとの間から液体Ｅを吸引して、搬送アーム４２によりウエハＷを検査ステージ２１からカセット４１に搬送する際に、より詳しくは、ウエハＷが下張出部１３と上張出部１４との間を通過する際に、（下張出部１３，上張出部１４及びファンフィルタユニット５０からなる）乾燥機構により、上張出部１４を介してファンフィルタユニット５０から供給される空気を吹き付け、ウエハＷの表面に残留した液体Ｅを乾燥させる。このとき、上張出部１４が吹き出す空気の速さは約０．５ｍ／ｓであり、ファンフィルタユニット５０が吹き出す空気流の速さ０．２ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓよりも速くなるように設定されている。また、ウエハＷに吹き付けられた空気は、下張出部１３（第１管路１３ａ）を介して排出口（図示せず）から大気に開放される。このように乾燥させたウエハＷは、搬送アーム４２によりカセット４１内に収納される。これにより、顕微鏡装置１の一連の動作は終了する。
【００４３】
以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る顕微鏡装置の構成図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（部分）側断面図である。
【図２】本発明に係る顕微鏡装置の内部に設置されている乾燥装置の構成図である。
【図３】本発明に係る顕微鏡装置の内部に設置されている顕微鏡観察装置の側面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    顕微鏡装置
１３  下張出部（乾燥手段）
１３ａ  第１管路
１４  上張出部（乾燥手段）
１４ａ  第２管路
２０  顕微鏡観察装置
２１  検査ステージ
２１ａ  試料台
２１ｂ  ＸＹＺステージ
２２  観察装置
２２ａ  接眼レンズ
２２ｂ  対物レンズ
２２ｃ  供給ノズル（供給手段）
２２ｄ  吸引ノズル（吸引手段）
２２ｅ  照明光源
２２ｆ  ＵＬＰＡフィルタ付ファン
４０  ウエハ搬送装置（搬送手段）
４１  カセット
４２  搬送アーム
５０  ファンフィルタユニット（フィルタユニット・乾燥手段）
Ｗ    ウエハ
Ｅ    液体
【図１】
2006171187.tif 000003
【図２】
2006171187.tif 000004
【図３】
2006171187.tif 000005