(57)【要約】【課題】光学ウェハ検査装置に関し、ウェハの回転、及び、ウェハの中心から外周縁までの半径方向の移動を組み合わせたプローブ光の走査機構に簡単な改良を加えることで、プローブ光がウェハを透過することを可能にした構成を実現し、ウェハの厚さ方向全域の検査を行うことを可能にして多くの情報を取得しようとする。【解決手段】ウェハ１３の材料特性を光学的に検査する装置で、プローブ光１２がウェハ１３を透過可能なように外周縁近傍のみを支持し且つウェハ１３を回転させる機構と、プローブ光１２のウェハ１３への入射角を変える為に傾斜させる機構２２と、ウェハ１３の中心から外周縁までを半径方向にプローブ光１２で走査する為にウェハ１３を移動する機構と、ウェハ１３の一面側からプローブ光１２を入射させる光源１１とウェハ１３を透過して他面側から出射さる透過光１４を検出する検出器１６をもつ光学系とを備える。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ形状試料の材料特性面内分布を光学的に検査する装置であって、
該ウェハ形状試料の外周縁近傍を支持すると共に該支持箇所で駆動力を付与して該ウェハ形状試料を回転させる機構と、
プローブ光の該ウェハ形状試料への入射角を変える為に該ウェハ形状試料を傾斜させる機構と、
該ウェハ形状試料の中心から外周縁までの間を半径方向にプローブ光で走査する為に該ウェハ形状試料を移動する機構と、
該ウェハ形状試料の一面側からプローブ光を入射させる光源、及び、該ウェハ形状試料を透過して他面側から出射されたプローブ光を検出する検出器をもつ光学系と
を備えてなることを特徴とする光学ウェハ検査装置。
【請求項２】
ウェハ形状試料を回転させる機構が該ウェハ形状試料を載置可能なドーナツ型回転ステージを含むこと
を特徴とする請求項１記載の光学ウェハ検査装置。
【請求項３】
ウェハ形状試料を回転させる機構が該ウェハ形状試料の該外周縁を挟持する切り込み溝をもって回転する支持・回転ローラを含むこと
を特徴とする請求項１記載の光学ウェハ検査装置。
【請求項４】
ウェハ形状試料を回転させる機構が該ウェハ形状試料の該外周縁の表裏両面を挟持して回転する２枚の回転板からなる支持・回転板を含むこと
を特徴とする請求項１記載の光学ウェハ検査装置。
【請求項５】
ウェハ形状試料を回転させる機構が該ウェハ形状試料の該外周縁の表裏両面を挟持して転動する２個の支持・回転輪を含むこと
を特徴とする請求項１記載の光学ウェハ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ形状の材料に於ける物性パラメータの面内分布を光学的に、しかも、多くの種類の情報を容易且つ的確に検査することができる光学ウェハ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、赤外光などの光を検査対照の物質に照射し、その透過光、反射光、散乱光或いは対象物からの発光を検出することで材料の特性、即ち、物性パラメータを知得することが行われている。
【０００３】
その際、特に透過光或いは反射光を検出する光吸収分光は、物質の電子状態や原子結合状態、不純物濃度、或いは、組成や物質形状（薄膜膜厚など）などの多くの情報を取得することができる（例えば特許文献１、非特許文献１を参照。）。
【０００４】
透過及び反射の何れの光学系配置を用いるかは、検査対象物質の形状、光入射又は光出射が行われる表面の状態、或いは、プローブとして用いる光の波長と検査する対象物質の光透過性などの関係によって選択される。例えばプローブ光が試料を透過することが不可能であれば、反射光学系を用いるしかなく、入射した光が侵入できる深さまでの情報しか得られない。
【０００５】
プローブ光が透過可能な試料を検査する場合には、試料の光吸収や光反射端面での損失による減衰などに起因し、原理的に透過光のほうが入射側の反射光よりも高強度となり、検出が容易であって高感度評価が可能である。
【０００６】
若し、反射光学系を適用して透過光の場合と同等の感度に近づける為には表面の鏡面処理が必要となる。また、入射光の電界の向きに対する物質の結晶、或いは、結合の配向により、光吸収応答は異なることから、試料に対するプローブ光の入射角度も重要になる。
【０００７】
図７は一般的なウェハ状材料に於ける物性パラメータの面内分布を検査する為の光学ウェハ検査装置を表す要部説明図であり、図に於いて、１は光源、２はプローブ光、３はウェハ、４はＸ−Ｙステージ、５は反射光、散乱光、発光などの光、６は集光レンズ、７は検出部をそれぞれ示している。
【０００８】
図示の検査装置に於いては、ウェハ３をＸ−Ｙステージ４上に載置し、光源１からのプローブ光をウェハ３の面上に於ける任意の位置に集光して照射し、そからの反射光、散乱光、発光などの諸光を検出することで物性パラメータの取得、及び、検査を行っている。
【０００９】
図７に見られる従来の検査装置に於いては、Ｘ−Ｙステージ３に依ってウェハ３の表面に対して水平なＸ−Ｙの２軸方向にウェハ３を選択的に移動し、プローブ光２でウェハ３の面上を走査して物性パラメータの面内分布を計測することで検査を行う。
【００１０】
この検査装置を近年多用されようとしている例えば直径３００ｍｍの大口径シリコンウェハに於ける面内全域の分布を検査する場合には、６００×６００ｍｍの可動機構が必要であり、Ｘ−Ｙステージ４は大規模な駆動装置を必要とする。
【００１１】
また、このようなウェハ移動に伴い、ウェハ３の重心位置が大きく移動することから検査装置の歪みを抑えるための強固な構造も必要となる。
【００１２】
更に、ウェハ３に対して任意角度でプローブ光を集光照射する場合、入射側の光学系のみならず検出側の光学系も角度可変であることが必要となり、検査装置の構成は一段と大規模化されることになる。
【００１３】
ところで、前記した光学ウェハ検査装置の問題点をかなり解消できる発明が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。この発明では、ウェハの回転及びウェハの半径方向の移動を組み合わせることで、図７について説明した従来の検査装置に比較し、ウェハの水平方向の移動は略半減させることができる為、検査装置の大型化を回避することができる。
【００１４】
然しながら、特許文献２に開示された発明では、依然、Ｘ−Ｙステージを用いているので、透過集光光学配置を採ることは不可能であって、この場合に得られる情報はプローブ光の照射表面及び表面に近い深さのものに限定され、特性パラメータに関する多くの情報を含んでいるウェハの厚さ方向全域の検査は不可能である。
【特許文献１】特開２００４−５５９５５公報
【特許文献２】特開平７−２４３９８０号公報
【非特許文献１】工藤恵栄著「光物性の基礎」オーム社、１９７７年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明では、ウェハの回転、及び、ウェハの中心から外周縁までの半径方向の移動を組み合わせたプローブ光の走査機構に簡単な改良を加えることで、プローブ光がウェハを透過することを可能にした構成を実現し、ウェハの厚さ方向全域の検査を行うことを可能にして多くの情報を取得しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に依る光学ウェハ検査装置に於いては、ウェハ形状試料の材料特性面内分布を光学的に検査する装置であって、該ウェハ形状試料の外周縁近傍を支持すると共に該支持箇所で駆動力を付与して該ウェハ形状試料を回転させる機構と、プローブ光の該ウェハ形状試料への入射角を変える為に該ウェハ形状試料を傾斜させる機構と、該ウェハ形状試料の中心から外周縁までの間を半径方向にプローブ光で走査する為に該ウェハ形状試料を移動する機構と、該ウェハ形状試料の一面側からプローブ光を入射させる光源、及び、該ウェハ形状試料を透過して他面側から出射されたプローブ光を検出する検出器をもつ光学系とを備えてなることが基本になっている。
【発明の効果】
【００１７】
前記手段を採ることに依り、ウェハの回転、及び、ウェハの中心から外周縁までの半径方向の移動を組み合わせたプローブ光の走査機構に於いて、プローブ光がウェハを透過することを可能にする機構が組み込まれていることから、ウェハの全面に亙って厚さ方向全域の検査を行うことが可能となり、反射光や散乱光を利用して検査する場合に比較して更に多くの情報を取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明を実施する場合に於けるウェハの移動を説明する要部説明図であり、図に於いて、１１は光源、１２はプローブ光、１３はウェハ、１４は透過光、１５は集光レンズ、１６は検出器をそれぞれ示している。
【００１９】
図示された光源１１、集光レンズ１５、検出器１６からなる光学系は固定された関係で配設され、ウェハ１３は矢印Ｒで示してあるように回転を、また、矢印Ｓで示してあるようにウェハ１３の中心から外周縁までの間に於ける半径方向の移動を、更に、矢印Ｃで示してあるようにプローブ光１２の光軸に対して傾斜をそれぞれ可能にする構成を採っている。
【００２０】
本発明に依る光学ウェハ検査装置では、簡易な構成でありながら、ウェハ１３に対するプローブ光１２の入射角度を容易且つ任意に選定することができ、しかも、その選定された任意の入射角度を維持した状態でプローブ光１２を透過させると共に走査することが可能であるから、ウェハ１３の全面に亙って厚さ方向全域を検査して情報を収集することができる。
【００２１】
また、ウェハ１３表面のプローブ光１２に依る走査は、ウェハ面に於ける水平方向単一軸上の移動、即ち、ウェハ１３の中心（或いは外周）から外周（或いは中心）へ半径方向の移動と、ウェハ１３の外周方向の回転とを組み合わせて実施している。
【００２２】
このプローブ光１２に依るウェハ面上走査を行う場合に於いて、ウェハ１３の移動範囲は通常の約半分と短くて済み、従って、装置全体から見て重心移動が小さい為、大型且つ強固な構造を必要とせず、ウェハ全体の特性パラメータ分布を検査する簡易な光学ウェハ検査装置が実現されている。
【００２３】
さて、前記したところから明らかであるが、ウェハ１３を矢印Ｒで示してあるように回転を、また、矢印Ｓで示してあるようにウェハ１３の中心から外周縁までの間に於ける半径方向の移動を、更に、矢印Ｃで示してあるようにプローブ光１２の光軸に対して傾斜をそれぞれ可能にしつつ、ウェハ１３にプローブ光１２を透過可能とするには、ウェハ１３の支持機構及び駆動機構について配慮を必要とするところであり、これが本発明に依る光学ウェハ検査装置の主要点であり、この主要点は次に説明する実施例で明らかになる。
【実施例１】
【００２４】
図２はウェハにプローブ光を透過させることを可能にしたウェハの支持回転機構を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部切断側面を、（Ｂ）は要部斜面をそれぞれ示し、図１に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００２５】
図に於いて、１３はウェハ、１７はドーナツ型回転ステージ、１８は回転ステージ支持具、１９はスライド用レール、２０はスライド用レールの回転ステージをそれぞれ示している。
【００２６】
このウェハ支持回転機構に於いては、ウェハ１３の外周部のみをドーナツ型回転ステージ１７で支持し、その状態でドーナツ型回転ステージ１７にウェハ１３の面外に配置されたギア、プーリ、ローラなどを用い動力伝達して駆動することでウェハ１３を回転させるようになっている。従って、ウェハ１３が回転動作中であってもプローブ光はウェハ面の略全域を透過可能である。
【００２７】
プローブ光のウェハ１３に対する入射角を可変にする為にはプローブ光の光軸に対してウェハ１３を傾ける必要があり、その際、ウェハ１３がドーナツ型回転ステージ１７から滑り落ちるおそれがあるので、これを防ぐ為、ドーナツ型回転ステージ１７の周縁適所にウェハ固定具を設けると良い。
【００２８】
ウェハ１３の半径方向の移動は、ドーナツ型回転ステージ１７の支持具１８をスライド用レール１９上をスライドさせることで行い、また、スライド用レール１９の下側にはプローブ光入射角度を可変とする為の回転ステージ２０を設けてあり、回転ステージ２０はスライド用レール１９、従って、ウェハ１３をプローブ光の光軸に対して傾斜させ、光学系と相対的な角度を設定することを可能にしている。
【００２９】
図３はプローブ光の入射角度を可変にする機構を表す要部切断側面図であり、図１及び図２に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００３０】
図に於いて、１１は光源、１２はプローブ光、１３はウェハ、１４は透過光、１５は集光レンズ、１６は検出器、１７はドーナツ型回転ステージ、１８は回転ステージ支持具、１９はスライド用レール、２０はスライド用レールの回転ステージ、２１は光学系台、２２は回転機構をそれぞれ示している。
【００３１】
図から明らかなように、スライド用レール１９は回転ステージ２０（図２参照）を駆動する回転機構２２に依って回転されるようになっている為、スライド用レール１９に回転ステージ支持具１８を介して支持されているドーナツ型回転ステージ１７、従って、その上に在るウェハ１３も傾斜することになり、プローブ光１２の入射角度を相対的に変えることが可能である。また、光源１１、集光レンズ１５及び検出器１６は光学台２１上に固定され、それ等の相対的な位置関係は不変である。更にまた、ウェハを固定する回転ステージ２０は、回転ステージ支持具１８（図２を参照。）を介して保持され、レール方向である矢印Ｓ方向にスライドさせることでプローブ光１２の焦点をウェハ半径方向に移動させることができる。
【実施例２】
【００３２】
図４はプローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部切断側面を、（Ｂ）は要部斜面をそれぞれ示し、図１乃至図３に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００３３】
図に於いて、１３はウェハ、１８は回転ステージ支持具、１９はスライド用レール、２０はスライド用レールの回転ステージ、２３は支持・回転ローラ、２３Ａは切り込みをそれぞれ示している。
【００３４】
図から明らかなように、ウェハ１３を支持、且つ、回転させるには、回転ステージ１７（図２参照。）を用いることなく、ウェハ１３の外周を支持・回転ローラ２３で支持すると共にウェハ１３と同一面で回転させることで駆動する。尚、支持・回転ローラ２３は、通常、３個以上設け、そのうち最低１個を動力源と接続することで回転駆動源として動作させる。
【００３５】
支持・回転ローラ２３の構造は、図に見られるように、円柱形の側周にウェハを挟み込むための切込み２３Ａが形成されている。
【００３６】
ウェハ１３の半径方向の移動、即ち、矢印Ｓ方向（図３を参照。）の移動、及び、プローブ光の入射角度変更を行う各機構は図２及び図３について説明した機構と同じ機構を採用することができる。
【実施例３】
【００３７】
図５はプローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部切断側面を、（Ｂ）は要部斜面をそれぞれ示し、図１乃至図４に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００３８】
図に於いて、１３はウェハ、１８は回転ステージ支持具、１９はスライド用レール、２０はスライド用レールの回転ステージ、２４は支持・回転板をそれぞれ示している。
【００３９】
図から明らかなように、ウェハ１３を支持、且つ、回転させるには、ウェハ１３の外周に於ける表裏両面を２枚の回転板からなる支持・回転板２４で挟持し、その支持・回転板２４をウェハ１３と同一面で回転させることで駆動する。尚、２枚の回転板を一組とする支持・回転板２４は、通常、３組以上設け、そのうち最低１組を動力源と接続することで回転駆動源として動作させる。
【００４０】
ウェハ１３の半径方向の移動、即ち、矢印Ｓ方向（図３を参照。）の移動、及び、プローブ光の入射角度変更を行う各機構は図２及び図３について説明した機構と同じ機構を採用することができる。
【実施例４】
【００４１】
図６はプローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図であり、（Ａ）は要部切断側面を、（Ｂ）は要部斜面をそれぞれ示し、図１乃至図５に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【００４２】
図に於いて、１３はウェハ、１８は回転ステージ支持具、１９はスライド用レール、２０はスライド用レールの回転ステージ、２５は支持・回転輪をそれぞれ示している。
【００４３】
図から明らかなように、ウェハ１３を支持、且つ、回転させるには、ウェハ１３の外周に於ける表裏両面を２個の回転輪からなる支持・回転輪２５で挟持し、その支持・回転輪２５をウェハ１３の表裏両面で回転させることで駆動する。尚、２個の回転輪を一組とする支持・回転輪２５は、通常、３組以上設け、そのうち最低１組を動力源と接続することで回転駆動源として動作させる。
【００４４】
ウェハ１３の半径方向の移動、即ち、矢印Ｓ方向（図３を参照。）の移動、及び、プローブ光の入射角度変更を行う各機構は図２及び図３について説明した機構と同じ機構を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を実施する場合に於けるウェハの移動を説明する要部説明図である。
【図２】ウェハにプローブ光を透過させることを可能にしたウェハの支持回転機構を表す要部説明図である。
【図３】プローブ光の入射角度を可変にする機構を表す要部切断側面図である。
【図４】プローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図である。
【図５】プローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図である。
【図６】プローブ光がウェハを透過することを可能にするウェハ支持回転機構を表す要部説明図である。
【図７】一般的なウェハ状材料に於ける物性パラメータの面内分布を検査する為の光学ウェハ検査装置を表す要部説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  光源
１２  プローブ光
１３  ウェハ
１４  透過光
１５  集光レンズ
１６  検出器
１７  ドーナツ型回転ステージ
１８  回転ステージ支持具
１９  スライド用レール
２０  スライド用レールの回転ステージ
２１  光学系台
２２  回転機構
２３  支持・回転ローラ
２３Ａ  切り込み
２４  支持・回転板
２５  支持・回転輪
【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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