(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの基板の一つの面全体上の粒子を検出するための光学検査モジュールにおいて、
材料の移送アームを受け入れるようになった材料移送孔を持つ包囲体と、
前記包囲体内の基板保持位置と、
光線ビームポートを持つ光源と、
前記光線ビームポートから前記基板保持位置まで延びる光線ビーム光路であって、前記基板の前記一つの面全体に対して垂直なベクトルから８０°乃至９０°のかすめ入射角度を持ち、前記一つの面全体を照光する光線ビーム光路と、
前記基板保持位置まで伸び且つ前記基板の前記一つの面全体を照光する、明視野光線ビーム光路と、
前記一つの面全体の何等かの欠陥によって前記光線ビーム光路から散乱された非鏡面反射光を収集するように配向され、焦点面を持つレンズと、
前記レンズの前記焦点面内に位置決めされた複数のピクセルを持ち、前記ピクセルの各々は前記一つの面全体の領域と対応し、前記複数のピクセルは、前記光線ビーム光路、前記明視野光線ビーム光路、及び前記基板保持位置の間で相互に移動することなく、前記一つの面全体をカバーする視野を互いに形成する、光電検出器アレイとを有しており、
前記基板の前記一つの面全体は、配向特徴を備えた周囲を有しており、前記周囲の位置及び前記配向特徴の位置を確認するために、前記明視野光線ビーム光路及び前記レンズは、当該明視野光線ビーム光路からの鏡面反射光を収集するように配向される、光学検査モジュール。
【請求項２】
前記包囲体内の前記基板保持位置に固定された基板ホルダを更に有する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項３】
前記光学検査モジュールは、機械的に移動する構成要素が前記包囲体内にない、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項４】
前記光線ビームポートは、広帯域の平行化された円形の光線ビームポートを含み、前記光線ビーム光路は、円形−矩形ビーム形状変換器を含む、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項５】
前記光源は、単色レーザー光源を含む、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項６】
前記レンズ及び前記光電検出器アレイは、電荷結合素子（「ＣＣＤ」）アレイカメラを互いに構成する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項７】
前記ＣＣＤアレイカメラは、スロースキャン冷却式ＣＣＤアレイカメラを含む、請求項６に記載の光学検査モジュール。
【請求項８】
前記レンズ及び前記光電検出器アレイは、ビデオカメラを互いに構成する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項９】
前記一つの面全体からの鏡面反射光を捕捉するため、前記光線ビーム光路及び前記基板保持位置に対して配向されたビーム捕捉装置を更に有する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項１０】
収集された非鏡面反射光の前記焦点面内の前記複数のピクセルの各々での強さを計測するため、及び前記欠陥の存在を計測された強さの関数として確認するため、前記光電検出器アレイに接続された手段を更に有する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項１１】
収集された非鏡面反射光の前記焦点面内の前記複数のピクセルのうちの少なくとも一つのピクセルでの強さを計測するため、及び計測された強さに基づいて表面粗さを計測するため、光電検出器アレイに連結された手段を更に有する、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項１２】
前記包囲体は真空チャンバを含む、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項１３】
前記光学検査モジュールはクラスター工具モジュールであり、前記移送アームは前記クラスター工具内の共通の移送アームである、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【請求項１４】
前記一つの面全体は前記基板の一つの能動面全体である、請求項１に記載の光学検査モジュール。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、電子基板又は磁気基板上の粒子及び表面欠陥を検出するための光学検査装置に関する。更に詳細には、本発明は、統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）処理環境内の基板全体を撮像するための装置に関する。
半導体ウェーハ等の電子基板の表面上に汚染粒子が存在すると、超小型電子装置製造プロセス中に欠陥が形成されることとなる。高い製造量を維持し、及びかくして製造費を低く抑えるためには、汚染されたウェーハを製造プロセス中に確認し、クリーニングを行う必要がある。
一般的には、ウェーハ検査システムは、高感度の独立型検査システムとして形成されてきた。このシステムは、代表的には、検査されるべき基板を取り扱うための専用の材料取り扱いシステムを備えている。これらのシステムは、極めて小さな欠陥及び粒子に対する感度を提供するように設計されている。これは、一般的には、小さなレーザースポットの大きさ（レーザー走査システムの場合）又はカメラをベースとした検査システム用の高倍率対物レンズのいずれかを使用し、表面からの背景散乱を小さくすることによって行われる。更に、これらの検査システムの多くは、光リトグラフ蝕刻処理工程及び付着処理工程によって形成された半導体ウェーハ等のパターンを備えた基板を検査する場合、背景散乱を小さくするための特別の技術を使用する。かくして、これらのシステムは、設計が複雑であり且つ高価である。これらの検査システムが高価であるということは、必然的に、生産ラインに設けられたこのようなシステムの数が少ないということを意味する。その結果、粒子及び欠陥の検査の数が比較的少なく、間を置いて行われる。電子基板の処理において非常に多数の処理工程が必要とされるため、処理工程間のウェーハ検査の頻度が低く、そのため、汚染された基板が長期間に亘って検出されないままとなる。これは生産量を低くし、再加工費用が高くなる。
本発明は、これらの及び他の問題点を解決しようとするものであり、従来技術に対して他の利点を提供する。
発明の概要
本発明の光学式基板検出モジュールは、統合処理工程システムで基板の能動面の欠陥を検出する。検査モジュールは、包囲体、基板ホルダ、光源、光線ビーム光路、レンズ、及び光電検出器アレイを含む。光源は、光線ビームポートを有する。光線ビーム光路は、光線ビームポートから基板ホルダまで延びており、基板の能動面に関してかすめ入射角度を有する。光線ビーム光路は、能動面のほぼ全体を照光する。レンズは、能動面の何等かの欠陥によって光線ビーム光路から散乱された非鏡面反射光を収集するように配向されている。光電検出器アレイは、レンズの焦点面内に位置決めされた複数のピクセルを有する。各ピクセルは能動面の面積と対応し、複数のピクセルは、能動面のほぼ全体をカバーする視野を互いに形成する。
本発明の一つの特徴では、検査モジュールは、統合クラスター工具処理システムに組み込まれている。このシステムは、基板装填入力を持つ装填モジュール、複数の基板処理モジュール、及び光学検査モジュールを含む。共通の基板移送アームは、基板装填入力、基板処理モジュール及び検査モジュールの各々と基板移動路に沿って関連している。
本発明の別の特徴によれば、検査モジュールは、基板研磨−検査装置に組み込まれる。この装置は、研磨されるべき基板を搬送するための基板移動路、この基板移動路に沿って位置決めされた研磨ステーション、基板移動路に沿って研磨ステーションの下流に位置決めされたクリーニングステーション、基板移動路に沿ってクリーニングステーションの下流に位置決めされた乾燥ステーション、及び基板移動路に沿って乾燥ステーションの下流に位置決めされた基板検査ステーションを含む。
本発明の更に別の特徴は、基板の研磨−検査方法に関する。本発明の更に別の特徴は、半導体ウェーハの能動面の処理及び原位置検査を行うための半導体ウェーハ処理−検査チャンバに関する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例による大面積光学検査モジュールの概略図である。
第２図は、明視野照光下の検査モジュールの基板画像の平面図である。
第３図は、基板の画像内のグレーレベルの関数としてピクセルの数の一例を示すヒストグラムである。
第４図は、かすめ角度で照光した基板画像を示すダイヤグラムである。
第５図は、記憶された背景画像を差し引いた後の第４図の基板画像を示すダイヤグラムである。
第６図は、本発明の検査モジュールを統合した多プロセスクラスター工具システムの概略図である。
第７図は、クラスター工具システムの代表的な処理順序を示すフローチャートである。
第８図は、クラスター工具移送アームの検査モジュールへの挿入を示す概略図である。
第９図は、基板処理モジュール内の原位置検査を示すダイヤグラムである。
第１０図は、本発明の一実施例による基板研磨−検査装置の概略図である。
第１１図は、第１０図に示す装置に実行される処理工程を示すフローチャートである。
好ましい実施例の詳細な説明
第１図は、例えば半導体ウェーハ、フラットパネルディスプレー、剛性磁気記録ディスク、及び電子装置パッケージング基板等の大きな基板上の粒子及び他の欠陥を検出するための大面積光学検査モジュール１０の概略図である。検査モジュール１０は、包囲体１２、光源１４及び１５、ビーム調整ユニット１６、基板ホルダ１８、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイカメラ２０、光捕捉装置２２、隔壁２４、及びコンピューター制御装置２６を含む。検査モジュール１０は、包囲体１２に設けられた入口、ゲート、又は扉２７を更に含み、これを通して基板２８等の基板を包囲体１２に出し入れできる。包囲体１２は、好ましくは、光を通さず、検査中の内外の迷光による有害な効果を最少にするため、光を吸収する内面２９を有する。内部で発生した迷光からカメラ２０をシールドするため、隔壁２４にも光吸収面が設けられている。一実施例では、包囲体１２は真空チャンバを形成し、包囲体１２の内部にある構成要素は、真空適合性の構成要素である。
光源１４は、ハウジング３０及び光線ビームポート３２を有する。光源１４は、好ましくは、入射出力が高く且つ広帯域の定置光源を含む。例えば、光源１４は、商業的に利用可能な７５Ｗ乃至３００Ｗのキセノンアーク灯又は５０Ｗ乃至２５０Ｗの石英タングステンハロゲン（ＱＴＨ）灯を含み、これらの光源は、平行化された２．５４cm程度の直径の強さが均等な円形の光線ビームを光線ビームポート３２を通して放出する。ランプハウジング３０は、二つの光線ビームポート３２を持つ対流冷却式ハウジング又は一つの光線ビームポート３２を持つ空冷式ハウジングである。例えば、対流冷却式ハウジングは、最大１００Ｗの光源を収容でき、空冷式ハウジングは、最大２５０Ｗの光源を収容できる。低出力の５０Ｗの光源が好ましい。これは、高出力の光源よりも平均寿命が遙かに長いためである。光源１４は、交流１２０Ｖの外部電源（図示せず）を使用し、５０Ｗでほぼ１Ａの電流を受け入れる。一実施例では、光源１４は、光出力を監視し且つ制御する光度制御装置２３を含む。光度制御装置２３は、コンピューター制御装置２６が光源灯の破損を検出し、欠陥の大きさの見積もるのを補助するため、コンピューター制御装置２６に接続されている。
ビーム調整ユニット１６は、光源１４が放出した光線ビームを、光線ビーム出力３２、光線ビームを更に均等にするための調整器、及び光線ビームポート３２から基板２８の能動面までの光線ビーム光路３８を画成するためのミラー４０及び４１等のミラーを通して賦形するための光学系を含む。一実施例では、ミラー４０は二色性ミラーであり、光源１４のスペクトル出力を４３０ｎｍ乃至６２０ｎｍの波長範囲に制限する。スペクトル出力の制限には、ビーム調整ユニット１６での色収差が小さいため、画像の解像度が高いという利点がある。この波長範囲に亘る光源からの全出力は、２７０ｍＷと見積もられる。半波長板４６を光線ビーム光路３８内に位置決めし、ｓ−偏光を発生する。
光線ビーム光路３８を通過する光線ビームは、基板２８のほぼ全能動面を照光する。光線ビーム光路３８は、基板２８の能動面に対してかすめ入射角を形成するように配向されている。かすめ入射角は、基板２８の能動面に対して垂直なベクトルから８０°乃至９０°の入射角と定義される。出力を浪費せずに大きな入射角度で基板２８を照光するため、ビーム調整ユニット１６は、光線ビームポート３２から受け取った円形の光線ビームを準矩形ビームに変換する。円形から矩形への変換は、一連の円筒形レンズによって、又は適当なビーム賦形光学系を各端に備えた円形−矩形光ファイバ束によって行うことができる。
基板２８は直径４８を有する。一実施例では、検査モジュール１０は直径が２００mmの基板を検査するように形成されている。この実施例では、ビーム調整ユニット１６は、円形の光線ビームを、長さが２００mm以上の準矩形のビームに変換し、基板２８の全面を一度に照光できるようにする。
光源１４には、広帯域光源の他に、高出力レーザー線発生器（例えば、６７０ｎｍで５００ｍＷのラジリス社のマグナム型レーザー源）又は商業的に入手できるレーザー平行線発生源等の単色レーザー光源を含むのがよい。レーザー光源により、ビーム調整ユニット１６は、基板２８全体をかすめ角度で照光できるように、結果的に得られる光線ビームを膨張し且つ賦形する。
光源１４からの光線ビームが基板２８の能動面から反射されるとき、能動面上にある粒子又は他の表面欠陥が光線ビーム光路からの光線を散乱する。能動面からの散乱光は、非鏡面反射光と呼ばれる。欠陥による散乱光の強さは、欠陥の大きさの関数である。鏡面反射光５０は、光捕捉装置２２によって捕捉される。
カメラ２０が基板２８の上方に支持されており、基板２８の能動面上の粒子及び他の欠陥から散乱された非鏡面反射光の画像計測を行うように配向されている。カメラ２０は、好ましくは、粒径及び表面状態に関して検出を最適化できる可変の露光を有する。カメラ２０は、好ましくは、商業的に入手できるフォトメトリックス３００型シリーズのカメラ等の科学等級のスロースキャン冷却式ＣＣＤカメラを含む。このカメラは、明るい背景上の弱い信号を検出するため、高Ｓ／Ｎ比モードで作動する。冷却式ＣＣＤカメラは、光電検出器アレイを冷却するため、熱電冷却装置等の能動的冷却装置を有する。冷却式ＣＣＤカメラは、電極暗電流が低い。スロースキャンＣＣＤカメラは、画像読み出し時間がビデオカメラよりも遙かに長く、光電検出器アレイの大きさに応じて毎秒０．１フレーム乃至１０フレームである。更に、スロースキャンＣＣＤカメラは、連続的に作動する必要がなく、従って、検査モジュールは、指令に応じてスナップショット画像を捕捉する。スロースキャンＣＣＤカメラは、読み出しノイズが低い。変形例では、カメラ２０はビデオカメラを含む。従来のビデオカメラは、毎秒３０フレームで画像を発生し、連続モードで作動する。
カメラ２０は、レンズ６０及び電荷結合素子光電検出器アレイ６２を含む。レンズ６０は、基板２８の能動面から散乱された光の一部を収集し、収集された散乱光を光電検出器アレイ６２に加える。レンズ６０には、選択された空間解像度に対して適当な光収集を行う、Ｆ／２．８で焦点距離が５０mmの口径を持つ「拡大」レンズ等の商業的に入手できる高解像度カメラレンズが含まれる。レンズ６０には、例えば、ローデンストック・アポ−ラダゴン−Ｎシリーズのレンズ又はラダゴンシリーズのレンズを含むことができる。可変倍率範囲のレンズを使用して様々な大きさの基板を撮像できる。
光電検出器アレイ６２は、レンズ６０の焦点面６４内に位置決めされる。光電検出器アレイ６２は複数のピクセルに分けられ、各ピクセルは、基板２８の能動面上の単位面積と対応する。これらの複数のピクセルは、基板２８の能動面のほぼ全体をカバーする視野６６を互いに構成する。良好な空間解像度のため、大型の光電検出器アレイが望ましい。
一実施例では、光電検出器アレイ６２は、１０２４×１０２４個のピクセルからなるアレイを含む。光電検出器アレイ６２上での各ピクセルの面積は２４μｍ×２４μｍである。基板２８の直径４８が２００mmである場合には、光電検出器アレイ６２の１０２４個のピクセルからなる線が直径４８に亘って延びている。これによって、約０．１２倍の倍率が得られ、基板２８の能動面上での撮像ピクセルの大きさは約２００μｍ×２００μｍである。解像度を更に向上するため、例えば２０００×２０００個のアレイ及び４０００個×４０００個のアレイを持つ更に大きな光電検出器アレイフォーマットを使用できる。
カメラ２０は、好ましくは、デジタル化装置及びコンピューターインターフェース回路を含み、光電検出器アレイ６２の各ピクセル内で検出された光の強さを変換し、グレーレベル画像を形成する。グレーレベル画像を、８ビット又は１６ビットのＴＩＦＦフォーマット等の標準フォーマットにコード化し、これを出力７０に提供する。出力７０は、例えば、８ビット、１２ビット、又は１６ビットの出力を含むことができる。１２ビットの出力は、グレーレベル画像深さが４０９６の高鮮明度画像を提供する。１６ビットの出力は、６５５３６グレーレベル画像深さを提供する。
コンピューター制御装置２６は、好ましくは、標準的な通信インターフェース７２及び７４を持つ、インテル（インテル（Ｉｎｔｅｌ）は登録商標である）社のペンティアム（ペンティアム（Ｐｅｎｔｉｕｍ）は登録商標である）マイクロプロセッサを使用したワークステーションを含む。インターフェース７２は出力７０に接続されており、コンピューター制御装置２６をカメラ２０に繋ぐことができる。インターフェース７２には、例えば、ＲＳ２３２インターフェース又はＩＥＥＥ４８８インターフェースが含まれる。インターフェース７４は、コンピューター制御装置２６を多プロセスクラスター工具システムの他のコンピューターに繋ぐことができるように、例えばＳＥＣＳインターフェースを含むことができる。他のコンピューターに送られる情報には、例えば、検査条件、検査データ、分析結果、合格／不合格信号、又は試験工程情報等が含まれる。
コンピューター制御装置２６には、カメラ２０の作動を制御し、他のコンピューターと通信し、カメラ２０が捕捉した画像を分析するためのソフトウェアドライバーが設けられている。全てのソフトウェアは、コンピューター制御装置２６と関連したメモリー（図示せず）に記憶されている。検査中にカメラ２０が捕捉した画像はコンピューター制御装置２６によって処理され、粒子及び他の欠陥を確認し、計数する。他の欠陥には、引っ掻き傷、汚れ、残滓、指紋、及びピット等が含まれる。検査には、様々な照光条件でカメラを数回露光する工程が含まれる。これらの照光条件には、（ｉ）基板２８の配向を決定する目的で明視野照光状態で基板２８の画像を得ること、及び（ｉｉ）基板２８の能動面上の欠陥の高品質で低ノイズの画像を得る目的で、かすめ角度で照光された基板２８の一つ又はそれ以上の画像を得ることが含まれる。
明視野照光は、副光源１５によって行われる。光源１５は、基板２８の能動面に対して実質的に垂直方向に配向された光線ビーム８２を発生し、基板２８の能動面のほぼ全体を照光する。基板２８の表面からの鏡面反射光をレンズ６０で集め、光電検出器アレイ６２に加える。明視野照光状態で得られた画像をコンピューター２６で分析し、縁部検出ソフトウェアを使用して基板２８の周囲を検出する。
第２図は、カメラ２０の視野６６内の、光源１５による明視野照光下での基板２８の画像の平面図である。視野６６は、基板２８の能動面９０のほぼ全体をカバーする。第２図に示す実施例では、基板２８は、縁部検出ソフトウェア用のウェーハ平坦部（図示せず）又は切欠き（図示せず）等の配向特徴９４を持つ周囲９２を含む。周囲９２の位置及び配向特徴９４の位置を使用し、カメラ２０に関する基板２８の配向を決定する。この情報は、次の検査工程で検出された粒子又は他の欠陥の位置を決定するための基準座標系を定めるために使用できる。例えば、原点９６を周囲９２の円弧部分の中心に持ち、Ｙ軸９８が配向特徴９４を二分し、Ｘ軸１００がＹ軸９８に対して垂直なデカルト基準座標系を定める。次いで、検出された粒子１０２の位置をＹ軸９８及びＸ軸１００に沿って原点９６に対して決定できる。
ひとたび基板２８の配向を定めた後、光源１４によってかすめ角度で照光された状態で、カメラ２０が基板２８の画像を捕捉する。これらの画像をコンピューター制御装置２６で分析し、能動面９０上の粒子及び他の欠陥の数及び位置を決定する。基板２８の各単位面積内の粒子及び他の欠陥の存在は、光電検出器アレイ６２の対応するピクセル内で計測された強さの関数として同定される。一実施例では、各ピクセル内の計測された強さ、即ちグレーレベル値を、確認された閾値と比較する。これによって、粒子による光の散乱を表面粗さによって生じる光の散乱から区別できる。強さが強さ閾値を越えたことが計測されたピクセルの各々は、粒子又は他の欠陥を持つ基板２８の領域と対応する。基板２８の粒子又は欠陥の位置のリストを、これらのピクセルの各々の、光電検出器アレイ６２の他のピクセルに対する位置に基づいて発生する。多数の強さ閾値レベルを使用することもできる。
基板２８の能動面９０にある粒子の総数を、強さ閾値を越えた強さを計測したピクセルの数の計数に基づいて発生する。一実施例では、光電検出器アレイ６２内で互いに空間的に隣接したピクセル群は、能動面９０上の単一の欠陥を表すものと考えられる。欠陥の形状を分析し、欠陥群の種類を、粒子、汚れ、指紋、又は引っ掻き傷というように分類できる。
第３図は、ピクセル数の一例を基板２８の画像中のグレーレベル値の関数として示すヒストグラムである。線１１０は、強さ閾値を表す。グレーレベル値が強さ閾値１１０以上のピクセルは、所定以上の大きさの粒子から散乱された光によって賦勢されたピクセルである。
粒子及び欠陥に対して最も高い感度を得るため、画像向上化技術を使用できる。例えば、同じ基板の多数の画像を平均化し、ランダムノイズを減少する。更に、背景差引き（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ）を適用することによって、粒子による光線の散乱と表面粗さによる光線の散乱即ち曇りとの間のコントラストを改良できる。一実施例では、基板２８の表面粗さを表す表面粗さの強さの値を、各ピクセル位置で計測された強さから、この計測された強さを強さ閾値と比較する前に減じる。
変形例では、コンピューター制御装置２６は、同様の照明条件で、幾つかの明瞭な欠陥のない基板の背景画像を得る。コンピューター制御装置２６は、これらの背景画像を平均し、結果的に得られた画像をメモリーに記憶する。基板２８等の基板の検査中、記憶された平均化された背景画像をメモリーから引き出し、これを基板２８の得られた画像から差し引く。
第４図は、基板がかすめ角度で照光された状態でカメラ２０が得た基板２８の画像１３０を示す図である。一つの粒子１３２が画像１３０上の明るい点によって表されている。明るい点と画像の残りの部分との間のコントラストは幾分低い。第５図は、記憶された背景画像を差し引いた後の基板２８の画像１３４を示す図である。粒子１３２と画像の残りの部分との間のコントラストが改善される。
背景表面粗さによって散乱された光線の強さが空間的に不均等であるため、コンピューター制御装置２６は、好ましくは、強さ閾値１１０の適用前に背景差引き工程を行う。背景強さは空間的に不均等である。これは、照光強さが不均等であるため、表面粗さ即ち曇りの分布が不均等であるため、又はその両方の組み合わせのためである。
電子半導体ウェーハ等のパターンを備えた基板については、背景強さ分布は、基板の種類及び照光に関する基板の配向に従って或る程度変化する。所定範囲の基板の種類及び配向を得ることができ、コンピューター制御装置２６の背景ライブラリーに記憶できる。検査中、コンピューター制御装置２６は、検査を受ける基板の種類及び配向と対応する背景画像を背景ライブラリーから選択し、次いで、選択された背景画像を、得られた画像から差し引くことができる。別の態様では、コンピューター制御装置２６は、実質的に粒子がないことが確認された隣接したピクセルの計測された強さの値を平均化することによって得られた、所与のピクセルでの局部領域背景概算値を使用して背景差引きを行うことができる。
コンピューター制御装置２６には、好ましくは、欠陥検出ソフトウェアの他に、「制御不能」プロセス状態を検出するため、検査した基板から得られた画像の信号分析を実行するソフトウェアが設けられている。一実施例では、制御不能プロセス状態は、検査した基板から得られた画像を、制御不能プロセス状態と関連していることが予め分かっている信号ライブラリーからの画像と比較することによって、検出される。
第１図乃至第５図に示し且つこれらの図を参照して説明した検査モジュール１０は、多プロセス「クラスター工具」システムの幾つかの処理モジュールのうちの一つとして容易に統合できる。クラスター工具は、共通の材料取り扱いインターフェース及び共通のコンピューター通信インターフェースによって関連した、環境的に孤立した一組の処理チャンバ即ちモジュールを含む製造システムである。共通の材料取り扱いインターフェースは、加工物をシステムの様々なモジュール間で移送する。共通のコンピューター通信インターフェースは、順次処理工程を制御する。多数の作業を単一の製造システム内に纏めること、即ちクラスタリングにより、プロセスの生産量が増加し（ウェーハの取り扱いが少なくなり、プロセス制御が良好に行われるため）、プロセスのサイクル時間が減少する。付着及び蝕刻を行うための真空クラスター工具、及びリソグラフクラスター工具等の数種類のクラスタリングシステムがある。本発明の検査モジュールは、簡単で低価格でコンパクトなウェーハ検査システムを提供する。このシステムは、加工と検査との間の検査時間を最少にできるように、このようなクラスター工具システムに統合できる。例えば、本発明の検査モジュールは、基板研磨装置又はクリーニング装置に統合して、基板のクリーニング及び検査を行うためのクラスター工具システムを形成できる。
第６図は、本発明の検査モジュールを統合した多プロセスクラスター工具システムの概略図である。クラスター工具システム２００は、装填入力２０４及び取り出し出力２０６を持つ基板出し入れモジュール２０２を含む。一実施例では、装填入力２０４及び取り出し出力２０６は、クラスター工具システム２００に出し入れされるべき複数の基板を保持する基板キャリヤを含む。クラスター工具システム２００は、複数の基板処理ステーション２０８−２１１を更に含む。処理モジュール２１２−２１４は、処理ステーション２０８−２１０に夫々位置決めされている。検査モジュール１０は、処理ステーション２１１に位置決めされている。各処理モジュール２１２−２１４は、夫々の処理モジュールチャンバへのアクセスを提供する処理チャンバ入口２１６を有する。同様に、検査モジュール１０は、検査モジュールへのアクセスを提供するための出口を含む。
共通の材料移送アーム２２０が、基板装填入力２０４、基板取り出し入口２０６、処理モジュール２１２−２１４、及び検査モジュール１０を所定の基板移動路に沿って関連させる。第６図では、移送アーム２２０は、基板２２２を処理モジュール２１４内に移送する状態で示してある。基板２２２を検査しようとするとき、移送アーム２２０は、基板２２２を入口２７を通して検査モジュール１０の包囲体内に移送する。
上文中に説明したように、検査モジュールコンピューター制御装置２６は、検査作業を制御し、画像分析を行うため、検査モジュール１０に接続されている。検査モジュールコンピューター制御装置２６は、更に、クラスター工具システム２００及びその移送アーム２２０を制御するクラスター工具コンピューター２３２に接続されている。検査モジュールコンピューター制御装置２６は、コンピューター２３２によって決定された全処理順序での検査工程の順番を定めるため、クラスター工具コンピューター２３２と通信する。本発明の幾つかの実施例では、移送アーム２２０は、それ自体のコンピューター制御装置２３４によって制御される。検査モジュールコンピューター制御装置２６は、移送アームコンピューター制御装置２３４と通信するため、移送アームコンピューター制御装置２３４に接続されている。
一実施例では、クラスター工具システム２００は、基板研磨−検査クラスター工程システムであり、このシステムでは、基板処理モジュール２１２は、基板研磨即ち平坦化モジュールを含み、基板処理モジュール２１３は、スクラビングモジュールを含み、基板処理モジュール２１４は、濯ぎモジュールを含む。スクラビング及び濯ぎを行った後に検査前に基板を乾燥させるため、追加の基板処理モジュール（第６図には図示せず）を加えることもできる。
第７図は、クラスター工具システム２００内での基板２２２についての代表的な処理順序を示すフローチャートである。工程２４２では、移送アーム２００が基板２２２を基板装填入力２０４から装填する。工程２４４では、処理前検査を行うために移送アーム２２０が基板２２２を検査モジュール１０に移送する。ひとたび処理前検査を完了した後、工程２４６−２５０で移送アーム２２０が基板２２２を検査モジュール２１０から処理モジュール２１２−２１４に移送する。工程２５２では、処理後検査を行うため、移送アーム２２０が基板２２２を処理モジュール２１４から検査モジュール１０に移送する。最後に、工程２５４で移送アーム２２０が基板２２２を基板取り出し出力２０６に移送する。
第８図は、移送アーム２２０による基板２２２の挿入を詳細に示す、検査モジュール１０の概略図である。第８図において、同じ又は同様のエレメントについて第１図及び第６図で使用されたのと同じ参照番号を使用する。移送アーム２２０は、基板２２２が包囲体１２の外側に位置決めされた、検査モジュール１０に対して引っ込められた位置２６０（仮想線で示す）を有する。移送アーム２２０は、基板２２２が包囲体１２の内部に位置決めされた伸長位置２６２を有する。伸長位置２６２では、移送アーム２２０は、入口２７を通って延びている。移送アーム２２０は、好ましくは、検査処理中、基板２２２を光線ビーム光路３８及びカメラ２０に対して所定の基板保持位置に支持する。第１図に示すホルダ１８等の別体のホルダは必要ない。これにより、基板と追加のホルダとの間の接触により基板２２２の後側が汚染されることがない。第８図に示す実施例の別の大きな利点は、包囲体１２内で機械的に移動するエレメントが移送アーム２２０以外にないということである。これは、基板２２２の能動面が汚染される機会を少なくする。これは、基板上に落ちる粒子を発生する機械的摩耗がシステム内にないためである。全ての移動部品を無くすことにより、検査モジュール１０の信頼性が高くなる。これは、半導体製造機器についての重要な特徴である。移動部品をないため、検査モジュール１０は、基板全体を検査できるようにするために基板又は光源の並進移動又は回転移動等の移動を必要とする検査システムよりも簡単であり且つ安価である。
別の実施例では、本発明の検査モジュールは、基板処理チャンバ内の基板上の粒子の原位置検査（ｉｎ  ｓｉｔｕ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）を行うように形成されている。第９図は、原位置検査を示す概略図である。検査モジュール２９９は、光源３００、ビーム賦形−案内光学系３０２、カメラ３０４、光捕捉装置３０６、及びコンピューター制御装置３２６を含む。これらのエレメントは、第１図に示すエレメントとほぼ同じである。しかしながら、第９図に示す実施例では、これらのエレメントは半導体処理チャンバ３０８の外側に配置されている。
基板３１０は、チャンバ３０８内でホルダ３１２上に支持されている。基板処理装置３１４は、基板３１０に製造−処理工程を実施するため、基板ホルダ３１２に対してチャンバ３０８内に支持されている。基板処理装置３１４には、例えば、真空下で作動する付着装置又は蝕刻装置が含まれる。本発明の一実施例では、チャンバ３０８はロードロック（ｌｏａｄ  ｌｏｃｋ）チャンバであり、基板を次の真空処理チャンバ内に移送する前にチャンバ内の空気を排出して負圧にする。チャンバ３０８は、光学的に透明な窓３２０を含む。光源３００及び光学系３０２は、光源が窓３２０を通して基板３１９の能動面のほぼ全体を能動面に関してかすめ入射角度で照光するように、窓３２０に対して支持されている。カメラ３０４は、チャンバ３０８の上面上に支持されており、基板３１０の能動面のほぼ全体をカバーする別の光学的に透明な窓３２１を通して視野３２２を有する。カメラ３０４は、能動面上の何等かの粒子又は他の欠陥から散乱された非鏡面反射光の部分を検出するように配向されている。ひとたびカメラ３０４が基板３１０の画像を捉えると、カメラ３０４は、能動面の単位面積あたりの検出された非鏡面反射光の強さを表すデジタル出力３２４を発生する。コンピューター制御装置３２６は出力３２４に連結されており、上文中に論じた粒子検出機能及び粒子分析機能を実行する。
鏡面反射光３３０を光捕捉装置３０６に伝達するため、光学的に透明な第２窓３２８がチャンバ３０８の壁に位置決めされている。第９図に示す実施例は、検査モジュールに収容するために別の検査ステーションを利用できない場合にクラスター工具システムで使用できる。第９図に示す実施例は、粒子の原位置検出性能を持つように現存の装置を改造するのにも使用できる。
本発明の検査モジュールは、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）プロセス等の基板研磨プロセスで使用するのに特に適している。ＣＭＰプロセスでは、基板には、球状平坦化が加えられる。球状平坦化（ｇｌｏｂａｌ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）を受ける基板には、例えば、半導体ウェーハ、多チップモジュール電子装置パッケージング基板、剛性ディスク駆動媒体、フラットパネルディスプレー、及び超小型電気機械的センサ基板が含まれる。
基板研磨は「汚れる」作業である。これは、粒子をベースとしたスラリーを研磨用コンパウンドとして使用するためである。従って、基板は、通常は、研磨作業の後にクリーニングが施され、クリーニング処理の有効性を確認するためにクリーニング後に基板の検査を行う必要がある。研磨作業により、比較的滑らかな平坦化された表面が得られ、こうした表面は、本発明による処理後かすめ角度検査工程に特に適している。パターンを備えた半導体ウェーハについては、基板表面のパターンからの光線の散乱は、存在するとしても、最少にされる。従って、パターンを備えた基板の画像をフィルタにかける複雑で時間のかかる検査プロセス及び分析技術が必要とされない。
第１０図は、基板研磨−検査装置４００の概略図である。これは、統合クラスター工具システムとして、又は本発明の様々な実施例による別体の自蔵式ユニットとして形成できる。第１１図は、第１０図に示す装置で実施される処理工程を示すフローチャートである。装置４００は、基板移動路４１２に沿って位置決めされた基板装填キャリヤ４０２、基板研磨ステーション４０４、基板クリーニングステーション４０６、基板検査ステーション４０８、及び基板取り出しキャリヤ４１０を含む。基板装填キャリヤ４０２は、研磨されるべき複数の基板４１４を保持する。基板４１４は、第６図に示すアームと同様の共通の材料移送アームによってステーションからステーションに移送できる。
工程４３０では、一つ又はそれ以上の基板４１４がキャリヤ４０２から装填され、基板研磨ステーション（即ちクラスター工具モジュール）４０４内に置かれ、ここで工程４３１で平坦化される。基板研磨ステーション４０４は、ステーション４０４への基板の出し入れ及びステーション４０４内での研磨工程の順序を制御するコンピューターを使用した制御装置４４０を有する。この制御装置４４０は、装置４００の全処理順序を制御し、共通の基板移送アームが設けられている場合にはこれを制御し、各処理−検査ステーションの状態を監視し、使用者インターフェースを提供するためのマスター制御装置としても役立つ。
研磨後、基板４１４を基板研磨ステーション４０４から取り出し、工程４３２でクリーニングステーション４０６内の基板保持タンク４１６に置く。保持タンク４１６は水４１８で充填されており、基板４１４を覆っている。これにより、研磨ステーション４０４で使用された研磨コンパウンドが、基板のクリーニング前に各基板４１４上で乾燥しないようにする。工程４３３では、好ましくは回転ブラシスクラバー４２０を適当な界面活性剤とともに使用して基板４１４の両面を水分を用いてクリーニングする。次に、好ましくは清浄な濾過済の脱イオン水を用いてスプレー機４２２によって基板４１４を濯ぐ。工程４３５では、基板４１４を乾燥ステーション４２４で乾燥する。基板４１４の乾燥は、好ましくは、基板を矢印４２６が示す方向に回転させることによって行われる。クリーニングステーション４０６は、ステーション４０６内での様々なクリーニング工程を制御するため、及び制御装置４４０と通信するため、一つ又はそれ以上の制御装置４４１を含むことができる。例えば、制御装置４４１は、状態についての情報及び基板を各クリーニング工程内に移送し、これから出す順番についての情報を通信できる。
基板４１４のクリーニング後、基板を基板クリーニングステーション４０６から取り出し、工程４３６で基板検査ステーション４０８に装填する。このステーションで、研磨及びクリーニング後に基板上に残る粒子及び他の欠陥について各基板を検査する。基板検査ステーション４０８は、好ましくは、第１図に示したのと同様の検査モジュールを含み、基板４１４の能動面のほぼ全体を、基板の能動面に関してかすめ入射角度で配向された光線ビームで照光する。研磨及びクリーニング後に能動面上に残る何らかの欠陥は、光線ビームからの光線を散乱する。散乱光は、第１図に示す光電検出器アレイ６２等の光電検出器アレイに加えられる。光電検出器アレイの各ピクセルは、基板の能動面の単位面積と対応する。複数のピクセルは、能動面のほぼ全体をカバーする視野を互いに構成する。次いで、光電検出器アレイに加えられた散乱光の強さを計測する。第１図に示す制御装置２６と同様のコンピューター制御装置４４２が、上文中に論じた検出手順及び分析手順を実行する。検査後、工程４３７で各基板４１４を検査ステーション４０８から取り出し、基板取り出しキャリヤ４１０に装填する。
制御装置４４２は、状態情報を通信するため、及び検査モジュール４０８への基板の出し入れ順序を定めるため、制御装置４４０及び４４１に接続されている。一実施例では、制御装置４４２は、各検査の結果をマスター制御装置４４０及び制御装置４４１に伝える。マスター制御装置４４０は、検査結果に基づいて、適当なデータをその使用者インターフェースに提供するか或いは、必要であれば、選択された基板について追加の処理工程を実施する。例えば、最大表面粗さ試験又は欠陥試験等の特定の検査試験に特定の基板が合格しなかった場合には、マスター制御装置４４０は、不合格の表示を制御装置４２２から受け取り、この基板について、研磨ステーション４０４、クリーニングステーション４０６、又は検査ステーション４０８を通過する追加の順序を定める。各制御装置間の通信は、例えば、標準的なＳＥＣＳ通信インターフェースを通して行われる。
結論
本発明の基板検査モジュールは、複雑さが比較的低く、基板全体を一度に撮像することによって、検査サイクル時間を最小にして最適の感度を提供する。検査モジュールの基板検査サイクル時間は、従来の基板検査方法についての数十秒と比べて１０秒以下である。これにより、アームを他のタスクに利用できる時間の量を大幅に減少することなく、共通の移送アーム上に基板を着座させた状態で基板を検査できる。更に、これによって、プロセスの全処理量に大きな影響を及ぼすことなく、検査モジュールを多工程プロセスに統合できる。モジュール自体には移動部品がない。これにより、粒子の発生が少なくなり、検査サイクル時間を更に短くする。検査モジュールは、更に、真空下で作動する処理チャンバを含む基板処理チャンバ内で、ウェーハ上の粒子の原位置検出を行うことができる。本発明の検出モジュールの別の利点は、研磨作業及びクリーニング作業後に基板上の粒子を検出するのに特に適しているということである。
本発明を好ましい実施例を参照して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を施すことができるということは当業者には理解されよう。
【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１１】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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