(57)【要約】【課題】ウェハ位置の調整を簡単に、かつ素早く行えるようにする外観検査装置を提供する。【解決手段】外観検査装置１は、ウェハＷをＸＹＺ方向及びＺ軸回りに回転自在に保持するウェハ保持部４を有し、ウェハＷの周縁部を観察するために用いられる周縁撮像部５が近接して配置されている。観察位置におけるウェハ位置は、プリセット設定部５２を使って予めプリセットされているので、ウェハ位置が大幅にずれることがなくなって、フォーカス等の調整に要する手間を低減できる。【選択図】図１
2008091690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記ウェハ保持部と前記周縁撮像部とが相対移動可能に構成され、ウェハの周縁部の外観検査を行う外観検査装置であって、
ウェハ上の周縁部の所定の位置が観察できるよう前記周縁撮像部又は前記ウェハ保持部の配置を調整する情報を入力する入力部と、
入力されたウェハの位置をプリセット値として登録するプリセット設定部と、
プリセット値に従って外観検査が可能にウェハを移動させる検査制御部と、
を有することを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記入力部は、ウェハ位置をティーチングするために前記ウェハ保持部を手動で移動させる操作装置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。
【請求項３】
前記入力部は、ウェハの周縁部の形状のデータを入力する装置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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハなどの基板の外観を検査する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工場などでは、半導体ウェハの周縁部や、周縁部を含むウェハ全面を検査することで、プロセスの途中で発生した傷や欠陥などの検査を行っている。この基板検査装置としては、搭載されたウェハを駆動機構によって回転可能でウェハ径より小さいステージと、このステージが設置されるＸＹステージと、ウェハ周辺部、側面及び下部の観察を行う３つの観察光学系とを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。３つの光学系は、それぞれ自動焦点機構を有しており、各々の観察光学系に設置されたテレビカメラにて撮像し、検出画像を画像処理装置に入力して検査を行う。このとき、ウェハの中心位置は、アライメント機構によって駆動機構の回転中心に位置決めされている。ウェハの周縁部をより厳密に観察する場合には、ＸＹステージの駆動機構と連動動作して常にウェハ外周から所定距離だけ内側を計測するような動作を行っている。
【特許文献１】特開２００１−２２１７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ウェハを回転させながら観察をするときには、ウェハがステージの回転中心位置からずれていると観察位置が画面から移動してしまう。ウェハ位置が大きくずれたときには、倍率によっては観察不能になる。このため、ずれ量が所定距離内になるように検出できるアライメント装置を常に設ける必要がある。
また、ウェハは、製造プロセス中に歪みを生じたりするため、ステージの回転によってウェハの周縁部は主面に平行な面内での移動に加えて、主面に垂直な方向にも移動することがある。そのため、ウェハを回転させながら側面を観察する場合は、喩え自動焦点機構でフォーカスを合わせることができても観察画面上での側面の画像が移動する。ウェハの周縁部に大きい歪みが発生しているときに、倍率によっては観察が不能になることがある。このような事態を回避するためには、観察光学系とステージを主面に垂直な方向に相対的に移動可能に構成し、かつウェハの周縁部の主面に垂直な方向の移動量を検知するための距離センサを常に設けて、ウェハの側面の位置が一定になるように制御することが必要になる。
このように、従来の外観検査装置では、アライメント装置や、距離センサを設置する必要があったので、より多くのコストがかかるという問題があった。
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、ウェハのステージ回転による偏心や形状の歪み等に対応可能で、安価な外観検査装置を影響することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
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、前記ウェハ保持部と前記周縁撮像部とが相対移動可能に構成され、ウェハの周縁部の外観検査を行う外観検査装置であって、ウェハ上の周縁部の所定の位置が観察できるよう前記周縁撮像部又は前記ウェハ保持部の配置を調整する情報を入力する入力部と、入力されたウェハの位置をプリセット値として登録するプリセット設定部と、プリセット値に従って外観検査が可能にウェハを移動させる検査制御部と、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、検査時のウェハの観察位置における初期位置をプリセット値として予め登録しておく。検査のときは、プリセット値に応じてウェハが配置されるので、検出装置を設け、検出装置で検出された位置の変化量等の演算を行う必要がなく、そのまま検査を行うことができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、プリセット値を利用してウェハ周縁部の位置を制御するようにしたので、観察中にウェハ位置を検出する装置を設ける必要がなくなって、安価な外観検査装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、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。
【０００９】
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、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。
【００１０】
コンピュータ４１は、マウス４２やキーボード４３、ジョイスティック４８などの入力部と、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って、後述するティーチングに用いる操作装置である。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、プリセット値を登録する処理を行うプリセット設定部５２と、レシピの登録をするレシピ登録部５３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。
【００１１】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
この外観検査装置１では、検査を開始するにあたって、観察位置のプリセット値を登録しておく。実際に検査をするときは、プリセット値に従ってウェハＷやカメラ２５〜２７の位置を移動させ、そのまま観察検査を実施する。
【００１２】
まず、プリセット値を登録する処理について図３のフローチャートを参照しながら説明する。最初に、ウェハ保持部４にウェハＷがない状態で、手動によるティーチングモードを選択する（ステップＳ１０１）。ティーチングモードは、装置制御部６にハードウェア的に設けられたティーチングボタンを押すか、モニタ４４にＧＵＩ（Graphical User Interface）として提供される画面上に設けられたティーチングボタンを押すことで選択される。ティーチングボタンは、ハードウェア上、又はソフトウェア上のいずれか一方に設けても良く、両方に設けられても良い（以下、各ボタンについて同じ）。
ティーチングモードが選択されたら、プリセット設定部５２は、ウェハＷをウェハ保持部４に搬入させる（ステップＳ１０２）。ウェハＷは、不図示のマクロ検査装置や、ミクロ検査装置、あるいはウェハカセットから、ロボット等の搬送装置によって位置決めして搬入される。ウェハＷは、不図示のアライメント装置で位置決めされてからウェハ保持部４に吸着保持される。ここで、搬送装置によるウェハ保持部４に受け渡し際して、搬送装置の固有の位置ズレが発生し、偏心が生じているものとする。ウェハＷの受け渡し位置と周縁撮像部５の設置位置が異なる場合には、ウェハＷを受け取った後にウェハ保持部４が移動して、周縁撮像部５の設置位置までウェハＷを移動させる。
【００１３】
ウェハＷが周縁撮像部５の設置位置に移動したら、まずウェハＷのノッチの位置を探す。ここでは、ノッチ位置を探すセンサが設けられていても良い。次に、ノッチの位置を基準として所定角度回転させる。所定角度は検査者が任意に決定できる。検査者は、ジョイスティック４８を操作してカメラ２５〜２７の視野内、つまりモニタ画面内にウェハＷ上の周縁部の所定の観察位置が収まり、フォーカスが合うようにウェハ保持部４のＸＹＺ方向の位置を調整する（ステップＳ１０３）。なお、ジョイスティック４８の代わりに、又はジョイスティック４８と併用してマウス４２や、キーボード４３を使用してウェハ保持部４をＸＹＺ方向に移動させても良い。ジョイスティック４８を使用するときは、直接にウェハ保持部４を移動させることができる。マウス４２や、キーボード４３を使用するときは、モニタ４４上に表示されるＧＵＩを介してウェハ保持部４を移動させる。
さらに、カメラ２５〜２７のロットや使用するウェハＷの面取部の角度が異なることがあるため、明視野観察でより観察し易い角度になるようにウェハ面に垂直な面内での観察角度を調整する。また、必要により、ズームの調整、照明装置３１の調光を行ったら、このときの観察位置を記憶する（ステップＳ１０４）。観察位置（ウェハ保持部４のＸＹＺ方向の位置）を記憶するときに、検査者は、装置制御部６の操作パネルの記憶ボタンを押すか、モニタ４４に表示される記憶ボタンをマウスでクリックする。ウェハ保持部４のＸＹＺ座標、ズーム、調光等の情報は、１番目の観察位置のデータとして記憶装置４７に記憶される。
【００１４】
ステップＳ１０５からステップＳ１０３に戻り、再度、所定角度だけウェハＷを回転させる。ここでの所定角度は、予め観察位置の数が設定されている場合は、３６０°をその数で割った角度になる。また、回転させながら観察を行い、モニタ４４の画面上でずれたり、フォーカスがずれたときの角度としても良い。２番目以降の観察位置について、同様の操作を行って観察位置のデータを記憶装置４７に記憶させる。全ての観察位置について登録が終了したら（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、検査者は演算ボタンを押す。プリセット設定部５２が、登録された全ての観察位置のデータに基づいて、動作フローを計算する（ステップＳ１０６）。演算ボタンは、装置制御部６の操作パネルに設けられるか、モニタ４４に表示される。動作フローは、各観察位置のデータを順番に並べて作成しても良いし、各観察位置のデータの間を補間したり、スムージング処理を行ったりしても良い。ウェハＷの周縁部が主面に垂直な方向に歪みを有する場合には、データ間の補間やスムーズシングを行うことで、ウェハ形状に対する動作フローの追従性が良くなる。
【００１５】
動作フローを計算したら、検査制御部５１が動作フローに従って試運転を行う（ステップＳ１０７）。例えば、周方向に観察位置が複数ある場合には、これら観察位置が順番にカメラ２５〜２７の観察視野内に移動する。スムージングをかけた場合には、連続する観察位置の間のウェハＷの軌跡が滑らかに変化する。
試運転の結果が良好であれば（ステップＳ１０８でＹｅｓ）、検査者がプリセット設定ボタンを押す。プリセット設定部５２が、動作フローのデータをプリセット値として記憶装置４７に記録させる（ステップＳ１０９）。プリセット設定ボタンは、装置制御部６の操作パネルに設けられるか、モニタ４４に表示される。
【００１６】
次に、実際に検査を行うときは検査制御部５１がプリセット値に従ってウェハ保持部４のＸＹＺ位置制御によるウェハＷの位置制御を行う。プリセット値によって再現されるウェハ位置と、現在検査中のウェハＷの位置とのずれが殆どない場合には、微調整を行わなくてもウェハＷの周縁部の観察が行える。両者の間にずれがあった場合でも、プリセット値によってずれ量は小さくなっているので、必要により自動焦点機構によりフォーカス位置を微調整するだけで観察を行える。ウェハ位置の微調整は、検査時操作装置として機能するマウス４２、キーボード４３、ジョイスティック４８の少なくとも１つを使用する。
【００１７】
また、プリセット値によって再現されるウェハ位置と、照明の明るさ等の撮像条件のデータを作成し、このデータとプリセット値とを合わせてレシピとして作成してレシピ登録部５３で記憶装置４７に記憶させても良い。このようにして登録したプリセット値又はレシピを使用すると、略同じ形状のウェハＷを連続して検査する場合など、観察中に使用するウェハ位置を検出する検査装置を設置しなくても検査を実施できる。
【００１８】
この実施の形態では、ウェハＷを使って観察位置のティーチングを行い、このときのデータをプリセット値として登録して実際の検査に使用できるようにしたので、ウェハＷに個体差やうねりが生じていた場合や、アライメントを行った後、搬送装置がウェハ保持部４にウェハＷを受け渡す際に常に一定の位置ずれが発生する場合でも、ウェハＷの周縁部とカメラ２５〜２７の観察位置との位置ずれが小さくなるので、カメラ２５〜２７の自動焦点機構によるフォーカス調整が微調整程度で済む。従来の装置構成では、常にアライメント装置や距離センサを設ける必要があったが、この実施の形態では、ウェハ位置を補正するためにセンサを使用する必要がなくなって、装置を安価にすることができる。特に、ティーチングによってウェハＷの周縁部の観察位置を一定に保つようにしているので、より精度良く設定できる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
この実施の形態は、プリセット値として設計値や、実測値などウェハの周縁部の形状データを使用することを特徴とする。なお、装置構成は、第１の実施の形態と同じである。
この実施の形態でプリセット値を登録するときのフローチャートを図４に示す。最初に、設定値入力ボタンを押して設定値入力モードを選択する（ステップＳ２０１）。設定値入力ボタンは、装置制御部６にハードウェア的に設けられるか、モニタ４４にＧＵＩとして提供される画面上に設けられる。設定値入力ボタンは、ハードウェア上、又はソフトウェア上のいずれか一方に設けても良く、両方に設けられても良い（以下、各ボタンについて同じ）。
【００２０】
次に、ウェハＷの形状のデータを入力する（ステップＳ２０２）。ウェハＷの設計値としては、例えば、図５に示すように、ウェハＷの厚さＴ１、端面の厚さＴ２、周縁部で斜めに研磨された面Ｆ１の水平方向の長さＬ１と、面Ｆ１が垂直方向となす角度αとをＣＡＤ（Computer Aided Design）データや、実測データ、仕様書のデータなどから入力する。データの入力には、入力部であるマウス４２、キーボード４３、ジョイスティック４８の少なくとも１つが用いられる。ＣＡＤデータの場合は、記録媒体や、通信によって取り込むこともできる。このときの入力部は、記録媒体を読み込むドライブ装置や、通信装置になる。
【００２１】
プリセット設定部５２は、入力されたデータを使ってウェハ位置のプリセット値を演算する（ステップＳ２０３）。ウェハ保持部４と周縁撮像部５の配置は、装置固有の値であって既知なので、ウェハサイズと、前記したウェハＷの設計値とを使って、ウェハＷの周縁部に対する各カメラ２５〜２７の方向、周縁部と各カメラ２５〜２７の距離を演算する。観察に必要な倍率と、そのときのカメラ２５〜２７のワーキングディスタンス（ＷＤ）から、プリセット値としてウェハ保持部４のＸＹＺ方向の位置、フォーカス及びズームが決定される。
これらの演算が終了したら、検査者はプリセット設定ボタンを押すことによりプリセット値として記憶装置４７に登録する（ステップＳ２０４）。プリセット設定部５２が、ウェハ位置の演算結果に、ウェハＷの回転速度及び照明条件等を加えた結果をレシピとして登録しても良い。なお、プリセット値を登録する前に、第１の実施の形態と同様に試運転を行っても良い。
【００２２】
このようにしてプリセット値を登録したら、ウェハＷの周縁部の検査を実施する。プリセット値に従ってウェハＷが配置され、カメラ２５〜２７で拡大像が取得される。目視による観察で傷等の有無を検査する。
また、この実施の形態で作成したプリセット値を使って、第１の実施の形態において図３を参照して説明した処理を実施すると、短時間で高精度なプリセット値を作成することができる。
【００２３】
この実施の形態では、ウェハＷの形状をデータとして入力し、装置固有の値を合わせてプリセット値を演算するようにしたので、観察位置ごとにプリセット値を設定する場合に比べて迅速にプリセット値を作成することができる。プリセット値を用いることによる効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００２４】
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、周縁撮像部５が１眼式の場合には、カメラを回動させるときの角度や、ミラーを回動させるときの角度の情報も、プリセット値として記憶される。
ジョイスティック４８は、必須の構成要素ではなく、その他の入力装置を使用しても良い。
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。すなわち、ウェハ保持部４と周縁撮像部５とが相対移動可能に構成され、周縁撮像部５の焦点の位置がウェハＷの周縁部の観察したい位置に、常に所定の範囲内で一致するように制御されれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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。
【図２】周縁撮像部のカメラの配置例を示す図である。
【図３】プリセット値を設定する処理を説明するフローチャートである。
【図４】データ入力によってプリセット値を演算する処理を説明するフローチャートである。
【図５】プリセット値の演算に使用するウェハの形状のデータの例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      外観検査装置
４      ウェハ保持部
５      周縁撮像部
４２      マウス（入力部、操作装置、検査時操作装置）
４３      キーボード（入力部、操作装置、検査時操作装置）
４８      ジョイスティック（入力部、操作装置、検査時操作装置）
５１      検査制御部
５２      プリセット設定部
Ｗ      ウェハ
【図１】
2008091690.tif 000003
【図２】
2008091690.tif 000004
【図３】
2008091690.tif 000005
【図４】
2008091690.tif 000006
【図５】
2008091690.tif 000007