(57)【要約】【課題】構成を簡略化し、検査工程時間を短縮できる半導体ウエハ検査装置を提供すること。【解決手段】ウエハを保持する保持部と、該保持部により保持されたウエハの切欠部を検知すると共にウエハの中心位置を検知してウエハの位置決めデータを得るアライナユニットと、ウエハ上の微細パターンを拡大観察する顕微鏡を持つ観察手段であって、前記アライナユニットの保持部に保持された状態のウエハを観察可能な位置に設けられた観察手段と、該観察手段に対して前記保持部を相対的にＸＹ移動させる移動手段とを備え、ウエハの位置決めデータに基づいて所期する位置の微細パターンを検査するように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを保持する保持部と、該保持部により保持されたウエハの切欠部を検知すると共にウエハの中心位置を検知してウエハの位置決めデータを得るアライナユニットと、ウエハ上の微細パターンを拡大観察する顕微鏡を持つ観察手段であって、前記アライナユニットの保持部に保持された状態のウエハを観察可能な位置に設けられた観察手段と、該観察手段に対して前記保持部を相対的にＸＹ移動させる移動手段とを備え、ウエハの位置決めデータに基づいて所期する位置の微細パターンを検査するように構成したことを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【請求項２】
請求項１の半導体ウエハ検査装置において、前記観察手段はウエハの微細パターンを撮像する撮像手段を持ち、該撮像手段により得られた画像データに基づいてウエハの適否を解析する解析手段を備えることを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【請求項３】
請求項１の半導体ウエハ検査装置は、更にウエハを前記アライナユニットが有する前記保持部に搬送する搬送機構を備えることを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【請求項４】
請求項２の半導体ウエハ検査装置は、ウエハに形成された複数のパターンを撮像し、該撮像画像に基づいてウエハの欠陥をマクロ的に検査する自動マクロ検査ユニットを備え、自動マクロ検査ユニットの検査時に前記解析手段より得られた解析結果を自動マクロ検査の要否の判断に用いることを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを検査する半導体ウエハ検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体ウエハの表面やパターンを顕微鏡で検査するウエハ検査装置においては、ウエハの位置合わせが重要である。このため、ウエハには位置合わせの基準にするノッチと呼ばれる凹状の切欠部やオリフラと呼ばれる直線部が外周端に形成されている。このノッチ又はオリフラ、及びウエハの中心位置を検出する方法として、ウエハの外周端に照明光源及びラインセンサからなる１組の検出手段をウエハを挟むように設け、明暗信号の変化を検出することによりウエハ外周端の形状情報を得るものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、半導体製造工程におけるステッパーでのパターン焼付け用の版下が正しい版下で露光されたか否かを確認するために、版下番号を示すマスクＩＤを顕微鏡で拡大して確認していた。また、顕微鏡で光学的に拡大して、パターンの露光位置ずれを検査する装置もある。
【０００３】
【特許文献１】
特許２８７４７９５号公報（第２頁、第５図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来はウエハの位置合わせ機構と、顕微鏡で拡大した微細パターン等を確認、検査する機構は別々に構成されていたために、ウエハの位置合わせ機構から顕微鏡で微細パターン等を拡大する確認、検査機構へウエハを搬送する搬送機構が必要になり、装置が大型化してしまい、検査工程時間を短縮できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、構成を簡略化し、検査工程時間を短縮できる半導体ウエハ検査装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）  ウエハを保持する保持部と、該保持部により保持されたウエハの切欠部を検知すると共にウエハの中心位置を検知してウエハの位置決めデータを得るアライナユニットと、ウエハ上の微細パターンを拡大観察する顕微鏡を持つ観察手段であって、前記アライナユニットの保持部に保持された状態のウエハを観察可能な位置に設けられた観察手段と、該観察手段に対して前記保持部を相対的にＸＹ移動させる移動手段とを備え、ウエハの位置決めデータに基づいて所期する位置の微細パターンを検査するように構成したことを特徴とする。
（２）  （１）の半導体ウエハ検査装置において、前記観察手段はウエハの微細パターンを撮像する撮像手段を持ち、該撮像手段により得られた画像データに基づいてウエハの適否を解析する解析手段を備えることを特徴とする。
（３）  （１）の半導体ウエハ検査装置は、更にウエハを前記アライナユニットが有する前記保持部に搬送する搬送機構を備えることを特徴とする。
（４）  （２）の半導体ウエハ検査装置は、ウエハに形成された複数のパターンを撮像し、該撮像画像に基づいてウエハの欠陥をマクロ的に検査する自動マクロ検査ユニットを備え、自動マクロ検査ユニットの検査時に前記解析手段より得られた解析結果を自動マクロ検査の要否の判断に用いることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態のウエハ検査装置１の平面図である。
２はウエハ５０を収納しているキャリアである。５はウエハ５０を回転及びＸＹ方向へ移動させるステージユニットである。６はアライナユニットであり、ステージユニット５によりウエハ５０を回転することによって、ウエハ５０のノッチ位置及びウエハ５０の中心位置を求める。９はウエハ５０を拡大観察するための顕微鏡ユニットであり、ステージユニット５に保持された状態のウエハを観察可能な位置に設けられている。３はロボットアームであり、キャリア２、ステージユニット５及び自動マクロ検査ユニット１０の間でウエハ５０を搬送し、受け渡す役目をする。尚、ロボットアーム３、及びステージユニット５は、図示なき真空ポンプなどの真空源によりウエハ５０を吸着して保持する。３１は検査結果などを表示するモニタ、３２はキーボード、３３はマウスであり、検査条件等を入力する場合等に使用される。
【０００８】
図２はステージユニット５、アライナユニット６、顕微鏡ユニット９を側面から見た側面図である。図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）をＡ方向から見た側面図である。
顕微鏡ユニット９は、ランプ２５によって撮影面を照明し、カメラ２１によってウエハ５０上の微細パターンを撮像するよう構成されている。ウエハ５０は対物レンズ２６、２７によって拡大され、対物レンズ２６の拡大倍率は２．５倍、対物レンズ２７は２０倍である。拡大したい倍率に応じて、対物レンズ２６、２７は電動レボルバ２４によって回転され、切替えられる。顕微鏡ユニット９は、Ｚ駆動ユニット６０によって上下方向に駆動され、撮影したい像の焦点が合わせられる。図３（ｂ）に示すモータ６１の回転駆動力がボールネジ６２によって直線運動に変換され、顕微鏡ユニット９は、その駆動力により直動レール６３のガイド方向に上下動する。
ステージユニット５のＸＹ駆動ユニット４３は、Ｚ駆動ユニット６０と同様に、Ｘ方向、Ｙ方向それぞれに図示なきモータ、ボールネジ、直動レールが設けられ、ＸＹ方向にウエハ５０を保持する載せ台７を駆動する。回転駆動ユニット４２は図示なきモータによって載せ台７を回転する。
【０００９】
図４はアライナユニット６の構成を説明する図であり、図４（ａ）はアライナユニット６とウエハ５０を上から見た図、図４（ｂ）は側面を示した図である。また、５１はウエハ５０のノッチである。アライナユニット６は、ウエハエッジに向けて検出光を投光するＬＥＤ７１ａ及びその検出光を受光するラインセンサ等の受光素子７２ａを備える。
【００１０】
以上のような構成の装置において、その動作を図５の制御系ブロック図、図６のフローチャート図を用いて説明する。
まず、操作者は、モニタ３１を見ながら、キーボード３２、マウス３３を操作して、キャリア２からウエハ５０の抜取段、ＩＣやメモリ等のパターンの種類を示す型番、製造工程等の検査条件を入力する。
【００１１】
その後、キーボード３２から検査スタートの指示を入力すると、制御部４０はロボットアーム３を駆動させて、キャリヤ２内から抜取設定したウエハ５０を吸着保持する。その後、ウエハ５０をステージユニット５の載せ台７上まで搬送する。載せ台７上にウエハ５０が搭載され、吸着されると、制御部４０は載せ台７を回転駆動ユニット４２により回転させる。回転が始まるとアライナ６によりノッチ５１の検出が行われる。光源であるＬＥＤ７１ａからの検出光により、ウエハ５０の上方に取り付けた受光素子７２ａにはウエハエッジの影が投影される。制御部４０は載せ台７を一定角度ずつ回転する都度、受光素子７２ａからの信号により回転中心からのエッジ距離を得て、このデータをメモリ３４に記憶する。載せ台７の回転により１周分の外周データが得られたら、メモリ３４から記憶したデータを呼び出し、エッジ距離が大きく変化する回転角度をノッチ５１の位置として求める。また、メモリ３４に記憶された回転角度毎のエッジ距離情報から載せ台７に置かれたウエハ５０の中心位置を検出する。
【００１２】
制御部４０は、回転駆動ユニット４２により、ウエハ５０のノッチ５１が予め設定された所定の検査位置に位置するように、載せ台７を回転する。また、制御部４０は、ウエハ５０の中心位置からの偏芯の補正を考慮しつつ、顕微鏡での観察部位がウエハ５０の予め設定された所定の検査位置に位置するように、ＸＹ駆動ユニット４３により載せ台７をＸＹ方向へ移動させる。
また、制御部４０は顕微鏡ランプ２５を予め設定しておいた明るさで点灯し、電動レボルバ２４を回転して２．５倍の対物レンズ２６を顕微鏡の観察光軸上に位置させる。
【００１３】
回転駆動ユニット４２、ＸＹ駆動ユニット４３によりウエハ５０は予め設定された所定の検査位置に位置しているので、カメラ２１による観察像は、図７に示す例のように半導体製造工程におけるステッパーでのパターン焼付け用の版下の版下番号を示すマスクＩＤ８０が含まれている。カメラ２１による観察像は、画像処理部２２によって画像処理される。マスクＩＤの基準となる画像データ８１は予めメモリ３４に記憶されているので、演算処理部２３は画像処理されたものから画像データ８１と同じ物をパターンマッチングにより特定して抽出し、マスクＩＤ８０の位置を確認する。位置が画面中心からずれていたら、マスクＩＤ８０が画面中心に位置するようにＸＹ駆動ユニット４３によりウエハ５０をＸＹ方向へ微動する。次に、制御部４０は顕微鏡ランプ２５を予め設定しておいた明るさで点灯し、電動レボルバ２４を回転して２０倍の対物レンズ２７を顕微鏡の観察光軸上に位置させる。カメラ２１による観察像は、図８に示す例のようにマスクＩＤ８０が拡大されている。
【００１４】
２．５倍の場合と同様に、カメラ２１による観察像は、画像処理部２２によって画像処理される。また、マスクＩＤ８０を構成する英数字等個々の基準となる画像データ８２ａ〜ｆは予めメモリ３４に記憶されているので、演算処理部２３は画像処理したものから画像データ８２ａ〜ｆと同じ物をそれぞれパターンマッチングにより特定して抽出し、マスクＩＤ８０の番号の適否を解析する。
【００１５】
マスクＩＤが合っていなかったら、制御部４０はロボットアーム３によりウエハ５０をキャリヤ２に返却し、モニタ３１にマスクＩＤが異なることを表示し、操作者に知らせる。
マスクＩＤが合っていたら、制御部４０はロボットアーム３によりウエハ５０を自動マクロ検査装置１０に搬送する。ロボットアーム３が載せ台７からウエハ５０を受け取る際に、ＸＹ駆動ユニット４３、回転駆動ユニット４２により、ウエハ５０は偏芯補正され、及びノッチ５１が所定の方向へ向くように置かれている。
【００１６】
自動マクロ検査装置１０は、ウエハ５０表面に形成された複数のパターンを撮像し、撮像画像に基づいてウエハの欠陥を自動的にマクロ検査する装置である（詳しくは、本出願人による特開平１１−１９４０９８号公報参照。）。自動マクロ検査装置１０の検査が終了すると、制御部４０はロボットアーム３によりウエハ５０をキャリヤ２に返却し、モニタ３１に自動マクロ検査装置１０の検査結果を表示する。
【００１７】
自動マクロ検査装置１０で検査している間には、制御部４０はロボットアーム３により次のウエハをキャリア２から取出し、上記と同様にアライナ６での検出を行った後にマスクＩＤの確認を行い、その後、ロボットアーム３でウエハを保持している。これにより、前のウエハが自動マクロ検査装置１０で検査された後、即座に次のウエハがロボットアーム３から自動マクロ検査装置１０に供給されるので、ウエハ検査のスループットを速くすることができる。
【００１８】
また、上記実施の形態では、アライナ６での検出を行った後に顕微鏡ユニット９によりマスクＩＤの確認を行ったが、本発明はマスクＩＤの確認に限定されるものではなく、ウエハ上の他の微細パターンを検査、確認するものでもよい。例えば、アライナ６での検出を行った後に、顕微鏡ユニット９で、図９に示すように、パターンシフトの確認を画像処理により行ってもよい。図９（ａ）に示すように、ある工程での焼付けパターンがパターン９０として正常なものとしてメモリ３４に記憶させておき、これをマスクＩＤの場合と同様に、ウエハ５０の撮影像を画像処理してパターンマッチングして合否判定する。例えば、図９（ｂ）のような位置ずれしたパターン９０´画像が撮影されたら、不合格の判定をする。
【００１９】
また、上記実施の形態では、アライナ６での検出とマスクＩＤの確認の後に、自動マクロ検査装置１０による自動マクロ検査をしたが、本発明は自動マクロ検査に限定されるものではない。アライナ６での検出とマスクＩＤの確認を行った後に、他の検査を行ってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ウエハの位置合わせの機構と、顕微鏡で拡大したパターン等を確認、検査する機構を一体化することにより、構成を簡略化し、検査工程時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハ検査装置の外観を示す平面図である。
【図２】ステージユニット、アライナユニット、顕微鏡ユニットの外観を示す側面図である。
【図３】ステージユニット、アライナユニット、顕微鏡ユニットの外観図である。
【図４】アライナユニットの構成を説明する外観図である。
【図５】制御系を示すブロック図である。
【図６】フローチャートを示す図である。
【図７】マスクＩＤを示す図である。
【図８】マスクＩＤを示す図である。
【図９】パターンシフトを説明する図である。
【符号の説明】
１  ウエハ検査装置
３  ロボットアーム
５  ステージユニット
６  アライナユニット
７  載せ台
９  顕微鏡ユニット
１０  自動マクロ検査ユニット
２１  カメラ
２２  画像処理部
２３  演算処理部
４０  制御部
４２  回転駆動ユニット
４３  ＸＹ駆動ユニット
６０  Ｚ駆動ユニット
【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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