(57)【要約】【課題】被測定物の微小な欠陥を検出することが出来る検査装置を提供すること。【解決手段】被測定物（半導体ウェハ１０上に設けたレジスト膜１２）の静電容量を測定する静電容量センサ１５と、前記被測定物の底面と前記静電容量センサとの間の距離を測定する測長センサ２０（測定光源２１，受光部２２）と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の静電容量を測定する静電容量センサと、
前記被測定物の底面と前記静電容量センサとの間の距離を測定する測長センサと、
を具備してなることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記静電容量センサと前記被測定物の底面との間の距離が一定になるように、前記測長センサの測定結果に基づいて、前記静電容量センサ及び／又は前記被測定物を移動させる移動機構を備えることを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検査装置において、
前記静電容量センサを前記被測定物上で走査させる走査機構を備えることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項２に記載の検査装置において、
前記移動機構は、前記測長センサからの測定結果に基づいて前記静電容量センサを移動させる、圧電素子を備えてなることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
半導体ウェハの表面を検査する装置であって、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の検査装置を備えてなることを特徴とする半導体検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定物の静電容量を測定して検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量を測定して被測定物を検査する装置として、例えば、絶縁体に保持された対向電極を被測定物のフィルムに接触させて、その接触時における静電容量からこのフィルムの膜厚を測定して検査する装置が知られている（特許文献１）。
【特許文献１】実開昭５８−８６５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記測定装置は、被測定物（フィルム）自身の静電容量を測定して検査し、また対向電極と被測定物との間の距離を静電容量の変化で測定して検査するものである。
【０００４】
対向電極と被測定物との間の距離を静電容量によって測定して検査する場合には、被測定物の底面と対向電極との間の距離が変わらないことが前提となる。被測定物の表面と対向電極との間の距離のみが変化し、これを静電容量の変化として捉えることによって、被測定物の厚さの均一性や表面の高さ変化などを検査することができる。被測定物自身に反りやうねりがあり、被測定物の底面と対向電極との間の距離が変化する場合、測定した静電容量値からは被測定物の反りなどよるものかあるいは被測定物の厚さの変化によるものかは分からない。例えば、半導体ウェハ上に塗布したレジスト膜の膜厚の均一性を検査する場合において、半導体ウェハ自身に反りやうねりなどがあると、測定した静電容量の変化からは、半導体ウェハの反りなどによるものか、レジスト膜の膜厚の変化によるものかは分からない。通常、膜厚の変化は半導体ウェハ自身の反りやうねりに比して非常に小さく、膜厚の変化による静電容量の変化も、半導体ウェハ自身の反りやうねりによる静電容量の変化に比して非常に小さく、半導体ウェハ自身の反りやうねりによる静電容量の変化中に埋もれてしまう。
【０００５】
すなわち、対向電極と被測定物との間の距離を静電容量によって測定して検査する装置では、被測定物の微小な欠陥を検出することが難しい課題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、被測定物の微小な欠陥を検出することが出来る検査装置及び同検査装置を備えた半導体検査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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の請求項１に記載の検査装置は、被測定物の静電容量を測定する静電容量センサと、前記被測定物の底面と前記静電容量センサとの間の距離を測定する測長センサと、を具備してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の検査装置は、前記静電容量センサと前記被検査物の底面との間の距離が一定になるように、前記測長センサの測定結果に基づいて、前記静電容量センサ及び／又は前記被測定物を移動させる移動機構を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の検査装置は、前記静電容量センサを前記被測定物上で走査させる走査機構を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の検査装置は、前記移動機構が前記測長センサからの測定結果に基づいて前記静電容量センサを移動させる、圧電素子を備えてなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体検査装置は、半導体ウェハの表面を検査する装置であって、請求項１乃至４の何れか一項に記載の検査装置を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、被測定物の微小な欠陥を検出することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の検査装置の一実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。
【００１４】
本発明の検査装置は静電容量により被測定物を検査する装置であり、図１は本発明の検査装置を半導体検査装置に適用した一実施形態を示す概略側面図である。
【００１５】
本実施形態の検査装置は、図１に示すように、被測定物である半導体ウェハ１０上の測定対象部位の静電容量を測定する静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０と静電容量センサ１５との間の距離を測定する測長センサ２０とを装備したセンサヘッド２５と、測長センサ２０の測定結果に基づいて静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離が一定になるようにセンサヘッド２５を移動させる移動機構３０と、センサヘッド２５を半導体ウェハ１０上で走査させる走査機構３５と、検査装置全体の制御を行う制御部４０とを備える。
【００１６】
半導体ウェハ１０は検査時に回転可能で且つ垂直方向に移動可能な検査ステージ１１上に載置される。半導体ウェハ１０の表面には被測定物としての例えば透明なレジスト膜１２が塗布されており、本検査装置はこのレジスト膜１２の膜厚の均一性を静電容量の測定によって検査するものである。検査ステージ１１は、駆動装置１３により駆動されるもので、この駆動装置１３は制御部４０により制御され、検査時に検査ステージ１１を回転（図１の矢印Ａ参照）させる。また、駆動装置１３により検査ステージ１１を垂直方向（図１の矢印Ｂ参照）に移動させることも出来る。
【００１７】
静電容量センサ１５は、被測定物のレジスト膜１２と対向するように対向電極１６（図２参照）を配置しており、この対向電極１６と半導体ウェハ１０との間に電源１７から電圧を加えることによって、対向電極１６とこれと対向する半導体ウェハ１０の測定箇所１０ａ（図４参照）との間の空間の静電容量、すなわちこの空間内に存在するレジスト膜１２の静電容量が測定される。測定された静電容量値は制御部４０に送られる。この静電容量値は、対向電極１６とこれと対向する半導体ウェハ１０の測定箇所１０ａ上にあるレジスト膜１２との間の距離に比例するので、測定箇所１０ａを変えて測定した複数の静電容量値からレジスト膜１２の膜厚の均一性（膜厚変動）を検査することが出来る。
【００１８】
測長センサ２０は、測長センサ２０（センサヘッド２５）と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌ（図２参照）を測定するもので、例えば図３に示すように、半導体ウェハ１０に向けて測定光を照射する測定光源２１と、この照射によってレジスト膜１２と半導体ウェハ１０との界面でありレジスト膜１２の底面でもある半導体ウェハ１０の表面で反射する反射光を受光する受光部２２とを備える。反射光の受光部２２での受光位置は、図３の実線２２ａ、二点鎖線２２ｂ、二点鎖線２２ｃに示すように、距離Ｌによって変化するので、この受光位置を求めることによって距離Ｌを測定することが出来る。二点鎖線２２ｂは距離Ｌが実線２２ａで示す場合よりも長くなった場合を示し、二点鎖線２２ｃは距離Ｌが実線２２ａで示す場合よりも短くなった場合を示す。受光部２２の出力は制御部４０に送られる。なお、半導体ウェハ１０上のレジスト膜１２の箇所に測定光を照射しても、レジスト膜１２の底面で反射する反射光を受光すれば、レジスト膜１２の底面は半導体ウェハ１０の表面と見なせるので、測長センサ２０（センサヘッド２５）と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌ（図２参照）を測定することが出来る。
【００１９】
測長センサ２０は静電容量センサ１５と共にセンサヘッド２５に装備されていることから、測長センサ２０の測定値である測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌは静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離を表すことにもなる。
【００２０】
移動機構３０は、例えば圧電素子であるピエゾ素子を複数枚積層して構成され、受光部２２の出力に基づいた制御部４０からの駆動信号を入力してセンサヘッド２５を垂直方向（図１、図２の矢印Ｃ参照）に移動させ、測長センサ２０（静電容量センサ１５）と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持するものである。移動機構３０を構成するピエゾ素子は、応答周波数が例えば３ＫＨｚと大きく、半導体ウェハ１０の反りやうねりなどによって静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離が変化してもこれに直ぐに追従し、センサヘッド２５を垂直方向に移動させて静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持することが出来る。ピエゾ素子自体の変位量（センサヘッド２５を垂直方向に移動させる距離）は僅かであるが、ピエゾ素子を複数枚積層することによりこの変位量を拡大することが出来、移動機構３０はこれを利用している。なお、ピエゾ素子を複数枚積層する代わりに、ピエゾ素子とこのピエゾ素子の変位を拡大させる拡大機構とを組み合わせて移動機構３０を構成するようにしてもよい。
【００２１】
走査機構３５は、センサヘッド２５（静電容量センサ１５）を半導体ウェハ１０上で走査させるもので、例えばセンサヘッド２５を支持する支持部３６と、この支持部３６を介してセンサヘッド２５を半導体ウェハ１０の径方向に案内する案内レール３７と、制御部４０からの駆動信号を入力して支持部３６を案内レール３７に沿って移動させる駆動部３８とを備えてなる。図４に示すように、走査機構３５でセンサヘッド２５（静電容量センサ１５）を半導体ウェハ１０の径方向に移動させつつ、検査ステージ１１を回転させることによって、センサヘッド２５（静電容量センサ１５）を半導体ウェハ１０の略全面にわたって走査させることができる。具体的には、半導体ウェハ１０上のレジスト膜１２の全面と、該レジスト膜１２が設けられていない半導体ウェハ１０の外周部分（ＥＲＢ（Edge Bead Removal）及び半導体ウェハ１０のエッジ部分にセンサヘッド２５（静電容量センサ１５）を走査させることができる。
【００２２】
制御部４０は、上述したように、静電容量センサ１５が測定した静電容量値を入力、また測長センサ２０の受光部２２の出力（距離Ｌの測定値）を入力し、距離Ｌが一定になるように移動機構３０に駆動信号を出力し、また走査機構３５の駆動部３８と検査ステージ１１の駆動装置１３にそれぞれ駆動信号を出力するものである。制御部４０は、また静電容量１５が測定した静電容量値に基づいてレジスト膜１２の膜厚の均一性求め、膜厚が予め設定した閾値を越えた場合に膜厚不良箇所を指摘したメッセージを不図示の表示装置に出力して表示させるものである。
【００２３】
図５は制御部４０の制御内容の一例を示すフローチャートである。
【００２４】
検査対象の半導体ウェハ１０を検査ステージ１１上に載置する。そしてステップＳ１で半導体ウェハ１０の測定箇所１０ａ（図４参照）を制御部４０に入力すると、制御部４０は走査機構３５の駆動部３８と検査ステージ１１の駆動装置１３にそれぞれ駆動信号を出力し、検査ステージ１１により半導体ウェハ１０を回転させる一方、走査機構３５によりセンサヘッド２５を半導体ウェハ１０の測定箇所１０ａ上に移動させて、センサヘッド２５を測定箇所１０ａ上に位置決めする。
【００２５】
ステップＳ２では、静電容量センサ１５によって測定箇所１０ａ上のレジスト膜１２の静電容量を測定する。静電容量センサ１５よって静電容量を測定する際には、測長センサ２０によって測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを測定しており、半導体ウェハ１０の反りなどによって距離Ｌが変わったときは、直ちに移動機構３０によりセンサヘッド２５を移動させて距離Ｌを一定に維持している。したがって、静電容量センサ１５は、半導体ウェハ１０との距離が一定に維持され、測定した静電容量値は測定箇所１０ａ上のレジスト膜１２の膜厚に対応した値である。この静電容量値は、静電容量センサ１５から制御部４０に入力され、ステップＳ３で予め設定した閾値と比較され、閾値から外れた場合にはステップＳ４に移行し、閾値内の場合にはステップ５に移行する。
【００２６】
ステップＳ４では、レジスト膜１２の欠陥箇所を不図示の表示装置に表示させる。表示内容としては、例えば、半導体ウェハ１０上の箇所と膜厚が閾値よりも厚いかあるいは薄いかを表示する。欠陥箇所が存在する半導体ウェハ１０については、検査ステージ１１から取り外し、レジスト膜１２を除去する工程に送り、レジスト膜１２の除去後、再度レジスト膜１２を塗布してステップＳ１から再度検査するか、あるいは他の箇所についても検査を続行する場合にはステップＳ５に移行する。
【００２７】
ステップＳ５では測定を続行するか否かが判断され、続行する場合にはステップＳ１に戻り、別の測定箇所１０ａにセンサヘッド２５を位置決めして再度レジスト膜１２の膜厚測定を行う。続行しない場合には測定を終了する。
【００２８】
本実施形態の検査装置によれば、静電容量センサ１５による静電容量の測定時には、測長センサ２０で測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離を測定しており、半導体ウェハ１０に反りやうねりがあっても移動機構３０によって測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持している。このため、測長センサ２０と共にセンサヘッド２５に配置された静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離も一定に維持され、この結果、静電容量センサ１５の出力である静電容量値はレジスト膜１２の膜厚変動にのみに応じて変化し、半導体ウェハ１０の反りなどに影響を受けることがない。したがって、レジスト膜１２の膜厚の均一性を精度良く検査することが可能となる。
【００２９】
また、上述したように、センサヘッド２５に測長センサ２０と静電容量センサ１５とが一緒に固定配置されているので、測長センサ２０の測定結果に基づいて移動機構３０によってセンサヘッド２５を移動して測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持すれば、同時に静電容量センサ１５と半導体ウェハ１０との間の距離も一定に維持される。
【００３０】
また、移動機構３０をピエゾ素子によって構成しているので、応答性に優れており、測長センサ２０の距離Ｌの測定結果に基づいて直ちにセンサヘッド２５（静電容量センサ１５）を移動させることが出来る。
【００３１】
本発明の検査装置は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。例えば測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持するのに移動機構３０のみを駆動させてセンサヘッド２５を移動させた場合を示したが、これに限定されず、半導体ウェハ１０が載置されている検査ステージ１１を駆動装置１３によって垂直方向に移動させるか、あるいは移動機構３０でセンサヘッド２５を移動させると共に駆動装置１３によって検査ステージ１１を垂直方向に移動させて、測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持するようにしてもよい。
【００３２】
また、測長センサ２０の測定結果に基づいて移動機構３０により測長センサ２０（静電容量センサ１５）と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを一定に維持するようにしたが、必ずしも移動機構３０により距離Ｌを一定に維持する必要はなく、例えば測長センサ２０の測定結果で静電容量センサ１５の静電容量値を補正するようにしてもよい。この場合、移動機構３０は必要がなく、装置の簡素化を図ることが可能である。
【００３３】
また、測長センサ２０として、受光部２２での反射光の受光位置に基づいて測長センサ２０と半導体ウェハ１０との間の距離Ｌを測定するタイプのものを使用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、例えば半導体ウェハ１０の適宜箇所に位置測定用マークを設け、このマークを撮影する撮影装置のマーク結像位置（焦点位置）から距離Ｌを測定するようにしてもよい。
【００３４】
また、静電容量センサ１５と測長センサ２０を別体で構成してセンサヘッド２５に取り付けた場合を示しが、静電容量センサ１５と測長センサ２０を一体に構成してもよい。
【００３５】
また、走査機構３５としてセンサヘッド２５を半導体ウェハ１０の径方向（一軸方向）に移動させるように構成した場合を示したが、これに限定されず、例えばセンサヘッド２５を一軸方向とこれと交差（直交）する他の軸方向とに移動させるように構成して、センサヘッド２５を半導体ウェハ１０上で蛇行するように走査させてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、本発明の検査装置を半導体ウェハ１０上に設けたレジスト膜１２の膜厚の均一性を検査する半導体検査装置に適用した場合を示したが、これに限定されず、例えば半導体ウェハ１０のレジスト膜１２の外側の外周部でリンスされている部分である、ＥＢＲ（Edge Bead Removal）の箇所や、半導体ウェハ１０のアペックス（？？？）やベベル部分を検査する半導体検査装置に適用することも出来る。また、半導体ウェハ１０上に形成された回路パターンの検査装置にも適用することも出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の検査装置を半導体検査装置に適用した一実施形態を示す概略側面図である。
【図２】図１の半導体検査装置に装備されたセンサヘッドの部分を拡大した概略側面図である。
【図３】図２のセンサヘッド中の測長センサ部分の拡大説明図である。
【図４】図２のセンサヘッドを半導体ウェハ上で走査させる状態の説明図である。
【図５】図１の半導体検査装置に装備された制御部の制御内容の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０            半導体ウェハ
１１            検査ステージ
１２            レジスト膜
１３            駆動装置
１５            静電容量センサ
１６            対向電極
２０            測長センサ
２１            測定光源
２２            受光部
２５            センサヘッド
３０            移動機構
３５            走査機構
３６            支持部
３７            案内レール
３８            駆動部
４０            制御部
【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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