特許第6255152号(P6255152)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6255152
(24)【登録日】2017年12月8日
(45)【発行日】2017年12月27日
(54)【発明の名称】検査装置
(51)【国際特許分類】
   G01N 21/956 20060101AFI20171218BHJP
【FI】
   G01N21/956 A
【請求項の数】12
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2012-163222(P2012-163222)
(22)【出願日】2012年7月24日
(65)【公開番号】特開2014-21084(P2014-21084A)
(43)【公開日】2014年2月3日
【審査請求日】2015年1月28日
【審判番号】不服-18530(P-18530/J1)
【審判請求日】2016年12月9日
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100091720
【弁理士】
【氏名又は名称】岩崎 重美
(72)【発明者】
【氏名】神宮 孝広
【合議体】
【審判長】 飯田 清司
【審判官】 須藤 竜也
【審判官】 小田 浩
(56)【参考文献】
【文献】 特開2010−236948(JP,A)
【文献】 特開平9−213637(JP,A)
【文献】 特開2000−131028(JP,A)
【文献】 特開2005−136249(JP,A)
【文献】 特開2009−16595(JP,A)
【文献】 特開2009−246163(JP,A)
【文献】 特開2008−296069(JP,A)
【文献】 特開2008−263048(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
IPC H01L21/66,G01N21/956
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を回転させる回転部と、
少なくとも基板を覆うチャンバと、
前記基板に光を照射する照明光学系と、
前記基板からの光を検出する検出光学系と、
前記基板の上方より外周部へ供給する第1及び第2の供給部と、
供給された前記媒体を前記基板の外側で排気する第1及び第2の排気部と、を有し、
前記第1及び第2の供給部は、該第1及び第2の供給部のそれぞれから供給される媒体が、それぞれ螺旋状に下降する独立した層流となり、且つ基板上方から見たときに前記基板の回転方向に向かって前記媒体を供給するように構成され、
前記第1の排気部は、前記第1の供給部から供給された媒体によって形成される層流の到達位置に、前記第2の排気部は、前記第2の供給部から供給された媒体によって形成される層流の到達位置に設置され、
前記媒体の供給により前記チャンバの圧力は前記チャンバの下部に向かうに従い低くな圧力の最小値は前記チャンバ外部の圧力より高くなることを特徴とする光学検査装置。
【請求項2】
請求項1に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの上面には開口が形成されており、
前記照明光学系は前記開口を経由して前記基板に前記光を照射し、
前記検出光学系は前記開口を経由した前記基板からの光を検出することを特徴とする光学検査装置。
【請求項3】
請求項2に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの高さは前記光を前記基板にブリュースター角で照明できることが可能な高さであることを特徴とする光学検査装置。
【請求項4】
請求項2に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の供給部は、前記上面において、前記開口より外側に配置されることを特徴とする光学検査装置。
【請求項5】
請求項4に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の供給部は、前記上面から所定の角度を持って前記媒体を供給することを特徴とする光学検査装置。
【請求項6】
請求項4に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の排気部は、前記基板が配置される場所よりも外側に配置されることを特徴とする光学検査装置。
【請求項7】
請求項6に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の排気部は、前記基板が配置される面に対して所定の角度を持って前記媒体を排気することを特徴とする光学検査装置。
【請求項8】
請求項2に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の供給部は、前記チャンバの側面に配置されることを特徴とする光学検査装置。
【請求項9】
請求項8に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の排気部は、前記チャンバの側面、かつ前記第1及び第2の供給部より前記基板に近い位置に配置されることを特徴とする光学検査装置。
【請求項10】
請求項1に記載の光学検査装置において、
前記供給される媒体の向きは前記基板の回転と同じであることを特徴とする光学検査装置。
【請求項11】
請求項1に記載の光学検査装置において、
前記チャンバの内面には、前記媒体の摩擦を低減する凹凸があることを特徴とする光学検査装置。
【請求項12】
請求項1に記載の光学検査装置において、
前記第1及び第2の供給部の内部にガイドを有し、
前記第1及び第2の排気部の内部に凹凸を有することを特徴とする光学検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は検査装置、基板の清浄化技術、及び気流制御技術に関する。特に本発明は半導体ウェハ等の基板上の欠陥を検査する検査装置、清浄化技術、及び気流制御技術に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体製造工程では、半導体基板(ウェハ)表面の異物、傷等の欠陥は、ウェハ上に形成される配線の絶縁不良や短絡等の不良原因になり、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。よって、半導体製造工程においてウェハ表面の欠陥を検出し、半導体製造工程へフィードバックすることは重要である。
【0003】
このような欠陥を検出するのが所謂検査装置である。検査装置の一例としては、光を基板へ照射し、その散乱光を検出することで基板上の欠陥を検出する光学式検査装置が挙げられる。また光学式検査装置は、鏡面ウェハを検査する表面検査装置と、回路パターンが形成されたウェハを検査するパターン付きウェハ検査装置とに大別される。
【0004】
特に、鏡面ウェハ検査装置では、光に対してウェハを回転させながら、直線的に移動させることで検査を行うことが知られている。検査装置、気流制御に関する先行技術としては、以下の特許文献が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−327906号公報
【特許文献2】特表2004−531879号公報
【特許文献3】特表2004−527112号公報
【特許文献4】特表2003−518735号公報
【特許文献5】特開2009−142750号公報
【特許文献6】特開2005−309999号公報
【特許文献7】特表2004−528087号公報
【特許文献8】特開2010−236948号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述したように、鏡面ウェハ検査装置では光に対してウェハを回転させながら直線的に移動させることで検査を行う。ウェハを回転させるとウェハの外周部での気流の流速は速くなり、この外周部の気流はウェハ周辺の雰囲気に含まれる異物がウェハに付着する原因に成り得る。このような異物がウェハに付着すると、この異物も欠陥として検出されてしまい、半導体製造工程の歩留まりや清浄度を正しく評価できなくなってしまう。よって、ウェハ周辺の雰囲気に含まれる異物の付着は極力ウェハに付着させないことが望ましい。
さらに、このような異物の付着はウェハの回転速度の高速化、ウェハの大口径化等によりさらに顕著になることが予想される。従来技術では、この点に関する配慮が十分ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、基板を回転させながら、基板の上方より外周部に気流等の媒体を供給し、基板の外部で供給された媒体を排気することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、従来よりも基板に付着する異物の数を減らすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施例1の検査装置を説明する図。
図2】チャンバシステム105の詳細を説明する図。
図3】チャンバシステムの変形例を説明する図。
図4】開口211の無いチャンバシステム105の詳細を説明する図。
図5】気流の流れを説明する図。
図6】円錐型のチャンバ201を説明する図。
図7】気流供給部202、及び気流排気部210の詳細を説明する図。
図8】実施例1の検査動作を説明するフローチャート。
図9】実施例2を説明する図。
図10】実施例2を説明する図(続き)。
図11】側面に開口801を有するチャンバ201を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0011】
図1は、本実施例の検査装置を説明する図である。照明光学系101はレーザ光等の照明光を基板103へ照射し、基板103上に照明領域111を形成する。照明領域111から発生した散乱光108は、検出光学系109、110によって検出される。検出光学系110、109はそれぞれ、対物レンズ、結像レンズ、光電変換素子(光電子増倍管、1次元CCD、2次元CCD(TDI含む)、アバランシェホトダイオード等)を含む(検出光学系110についても同様)。検出光学系109、110からの電気信号は、A/D変換器等を経由して、処理部113に送られる。処理部113では、検出光学系109、110からの電気信号に対して閾値を使用した閾値処理を行う。電気信号が閾値以下であれば、その電気信号は虚報であると判断される。電気信号が閾値より大きければ、その電気信号は欠陥であると判断される。なお、閾値処理に際しては、検出光学系109、110からの電気信号を加算して、加算された信号に対して行われる場合もあるし、各電気信号に対して行われる場合もある。
【0012】
また、基板103は基板搭載装置104に搭載されている。基板搭載装置104は、基板103の裏面全面を吸着する裏面吸着方式である場合もあれば、基板103の裏面は吸着せずにその端部のみを把持する所謂エッジグリップ方式である場合もある。基板搭載装置104は、基板搭載装置104を回転させるスピンドル106上に搭載されている。スピンドル106が回転すると、基板103も回転することになる。スピンドル106はXY方向またはX方向に移動可能、かつZ方向に昇降可能なステージ107に搭載されている。基板103が、スピンドル106によって回転し、かつステージ107によって矢印115の方向に移動することになる。この動作によって、照明領域111は相対的に基板103上を螺旋状に走査することになる。この走査によって基板103全面の検査が行われる。なお、ステージの移動距離、スピンドルの回転角は処理部113に送信されている。よって、処理部113は検査結果をこの移動距離、回転角から得られた基板上の座標(極座標)と対応付けることができる。基板上の座標を対応付けられた検査結果は、表示部114にマップとして表示される。
【0013】
本実施例では、少なくとも基板103を覆うチャンバシステム105を有する。このチャンバシステム105の詳細について図2を用いて説明する。図2は、チャンバシステム105の詳細を説明する図である。チャンバシステム105は、少なくとも基板105を覆うチャンバ部と、気体等の媒体を供給する供給システムと、供給された媒体を排出する排出システムと、を有する。
【0014】
図2では、チャンバ部はチャンバ201として表現される。チャンバ201は少なくとも基板103を覆うものであり、その形は実質的な円筒型である。チャンバ201の上部には、開口211が形成されている。照明光学系101からの照明光102はこの開口211を通過して基板103へ供給されるし、散乱光108もこの開口211を経由して検出光学系109、110で検出されることになる。なお、開口211の代わりに、光学的に透明な素材でチャンバ201の上面を形成しても良い。
【0015】
なお、チャンバシステム105の大きさは要求される清浄度と基板103の大きさにより決定される場合もある。そのため、チャンバシステム105の要求サイズが大きい場合は、図3に示すように、チャンバシステム105は照明光学系101、検出光学系109、110を内包する場合もある。さらに、チャンバシステム105には、開口211が形成されない場合もある。
【0016】
なお、チャンバ201の内面には、後述する気流205、206、207の摩擦を低減するためにガイドが設けられることがある。また、チャンバ201の内面には、後述する気流205、206、207の摩擦を低減するために突起等が配置され、実質的な凹凸が形成されることもある。もちろんチャンバ201の内面は実質的に平坦となる場合もある。
【0017】
次に、供給システムについて説明する。供給システムは、図2、4では例えば気流供給部202、203、204として表現される。図2では、気流供給部202、203、204はチャンバ201上面の開口211よりも外側に配置されている。図4では、気流供給部202、203、204は、上面の開口部が無いため、図2の場合よりも気流制御により好ましい位置に配置されている。
【0018】
気流供給部202、203、204は気体等の媒体をチャンバ201内部に供給するものである。供給する気体としては、空気が挙げられるし、窒素、アルゴン等の不活性ガスであっても良い。気流供給部202、203、204から供給された気体は、図2、4では気流205、206、207として表現される。
【0019】
より詳細には、図5に示すように、気流205、206、207はチャンバ201の側面に沿い内部空間を独立した異なる層流を形成しながら螺旋状に下降し、基板103の上方より外周部へ供給される。外周部については様々な表現ができるが、例えば、基板103の中心よりも基板103の端部に近い場所と表現することができる。なお、この際、気流205、206、207のそれぞれの経路は重複することがない、つまり乱流を発生することがなく、異なる層流を形成して、基板103に供給されることになる。また、気流205、206、207の向き(より具体的には、気流205、206、207を基板103上に投影した際の軌跡の向き)は、基板103が回転する向きと同じである。基板103の外周部に供給された気流205、206、207は、それぞれ気流排気部208、209、210によってチャンバ201の外へ排気されることになる。
【0020】
次に、排出システムについて説明する。排出システムは、図2、4では、例えば、気流排気部208、209、210として表現される。気流排気部208、209、210は、基板103と基板搭載装置104との間に設けられた遮蔽板212上の異なる位置に配置されている。基板103の外周部に供給された気流205、206、207は、それぞれ気流排気部208、209、210によってチャンバ201の外へ排気されることになる。
【0021】
なお、遮蔽板212の表面には、排気される気流205、206、207の摩擦を低減するために突起等が配置され、実質的な凹凸が形成されることがある。もちろん遮蔽板212の表面は実質的に平坦となる場合もある。
【0022】
次に、チャンバ201内の圧力分布について説明する。チャンバ201内における、基板103の高さ方向と圧力との関係は図2、4の一次関数f1として表現される。つまり、気流205、206、207の供給によって、チャンバ201内の圧力では、チャンバ201の上方に行けばいくほど高く、チャンバ201の下部に行けば行くほど低い分布となっている。なお、この際、圧力の最小値Pminはチャンバ201の外部よりも高くなるよう制御される。このように設定することで、外部からの空気の流入を防ぐことができる。圧力分布については、1次関数f1ではなく、1次関数よりも次数の高い関数f2としても良い。
【0023】
なお、チャンバ201の形状としては、他の形状も考えられる。図6に示すように、チャンバ201の下面301の面積と上面302との面積は同一でなくとも良い。つまり、チャンバ201の形状は実質的な円錐型となっても良い。チャンバ201の形状が実質的な円錐型である場合、チャンバの側面は基板103の法線303に対して傾斜することになる。チャンバ201の形状を実質的な円錐型とすると、基板103の外周部に供給される際の気流205、206、207の流速を向上させることができる。なお、図6のチャンバ201についても開口211は形成されない場合もある。
【0024】
次に、照明光102とチャンバ201の高さH(他の表現としては、基板103からチャンバ201の上部までの長さ)との関係について説明する。図1に示すように照明光102はある入射角をもって基板103に斜入射する。この際、入射角は実質的にブリュースター角であることが望ましい場合もある。よって、チャンバ201の高さHは照明光102を基板103へブリュースター角で照明できる高さであることが望ましい場合もある。さらに、ブリュースター角は入射側の屈折率と透過側の屈折率との関数である。そして、本実施例では、前述したように供給する気体としては空気以外にも、窒素、アルゴン等の不活性ガスが考えられる。また、検査対象である基板103は所謂鏡面ウェハである場合もあるし、鏡面ウェハ上に何らかの膜が形成されている場合もある。このことは、検査の過程で入射側の屈折率、及び透過側の屈折率のうち少なくとも1つが変化すること、すなわちブリュースター角が変化することを意味している。そこで本実施例は、基板103とチャンバ201間の相対的な距離を変更する変更手段(例えばレールとブロックとの組み合わせ)を用いて、ブリュースター角の変化に応じて、チャンバ201の高さHを変更する構成としても良い。さらに、チャンバ201の高さの変化に応じて供給する気体の流量、流速のうち少なくとも1つを変更しても良い。
【0025】
次に、図7を用いて、気流供給部202、及び気流排気部210の詳細を説明する。図7(a)は気流供給部202、及び気流排気部210の詳細を説明する図であり、図7(b)はチャンバ201のA-A’断面から気流供給部202、及び気流排気部210を説明する図である。基板103の上方から観察すると、気流供給部202、203、204は基板103を囲うように配置される。気流排気部210についても同様である。気流供給部202、203、204の吹き出し口は基板の円周方向を向いている。気流排気部210の排気口も同様である。
【0026】
気流供給部202についてより詳細に説明する。気流供給部202は、気体供給部401と、供給口であるダクト402と、を有する。気体供給部401は空気、窒素、アルゴン等を供給するガス源4011、気体の流量、流速のうち少なくとも1つを制御する制御部4012、気体の露点を制御する除湿部4013、気体から異物を除去するフィルタ部4014を有する。気体供給部401から流量、流速のうち少なくとも1つ、湿度、清浄度を制御された気体は、ダクト402を経由して気流205となって所定の角度でチャンバ201の内面へ供給されることになる。なお、ダクト402は効率良く気体をチャンバ201へ供給できるようチャンバ201の上面に対して傾斜して形成されており、その内部には気体を整流するためのガイド4021が形成されている。
【0027】
なお、チャンバ201上面の内側及び側面には、気流205の摩擦を低減するための突起403等や実質的な凹凸が形成されることもある。
【0028】
次に、気流排気部210の詳細について説明する。気流排気部210は、排気口であるダクト404と、ポンプ等の排気源405と、を有する。ダクト404は効率良く気流207を排気できるようチャンバ201の下面に対して傾斜して形成されている。またダクト404の内部には、気流207の摩擦を低減するよう突起4041が複数配置されている。つまり、ダクト404の内部には実質的な凹凸が存在するということである。気流207はダクト404を経由して排気源405によって所定の角度で排気されることになる。なお、この気流排気部210が排気する流量、流速は制御部4051によって任意に変更可能である。図4では、気流供給部202、気流排気部210について説明したが、気流供給部203、204、気流排気部208、209についても、その構造は同様である。また、気流供給部202、気流排気部210のうち少なくとも1つが制御する流量、流速のうち少なくとも1つは、基板103の大きさ(より具体的には、口径)、基板の回転数のうち少なくとも1つに応じて変更されることもある。また、気流供給部202は、ファンフィルタユニットとしても良い。
【0029】
次に、図8を用いて本実施例のフローチャートを説明する。まず、処理部113の制御によって、ステージ107が降下する。そして、検査装置前段のプリアライメント装置からプリアライメントされた基板103は基板搭載装置104上に搭載される。基板搭載装置104上に基板103が搭載された後、ステージ107は上昇し、基板103はチャンバ201内に格納される(ステップ501)。なお、基板103のチャンバ201内のステージ107への供給は搬送機構の上下動作(ステージ107のZ位置は固定)により行ってもよい。
【0030】
次に、処理部113の制御によって、チャンバシステム105は所定の条件(例えば、基板103の有無、基板103の寸法、基板103の回転数)に基づき、気流の流量、流速を所定の流量、流速として、基板103の上方から外周部へ供給する(ステップ502)。
【0031】
次に、処理部113が所定の流量、流速となったのを確認した後、スピンドル106によって、基板103は回転する(ステップ503)。
【0032】
処理部113は基板103の回転数が所定の回転数(例えば、数千rpm以上)となったのを確認したら(ステップ504)、検査は行われる(ステップ505)。なお、基板103の回転数が所定の回転数とならなければ、基板103の回転数と連動して気流の供給、及び制御が行われる(ステップ508)。
【0033】
基板103の全面の検査を終了したのち、スピンドル106が基板103の回転数を落とし始め、最終的には基板の回転を停止させる(ステップ506)。
【0034】
この後、気流の供給は基板供給時の流量、流速に戻される(ステップ507)。スピンドル106の回転上昇時と下降時の流量、流速の制御は異なる場合もある。次の基板についても、ステップ501からステップ507の動作が繰り返される。
【0035】
本実施例によれば、基板103が例えば数千rpmの高速回転した際に、基板103の外周部で発生する不所望な気流、及び不所望な気流に起因する異物の基板103の付着は、気流205、206、207が基板103の上方より外周部に供給され、最終的に基板103の外部に排気されることで効果的に抑制されることになる。
【実施例2】
【0036】
次に、実施例2について説明する。実施例1では、チャンバ201の上部から気流205、206、207を供給した。本実施例では、チャンバ201の側面から気流を供給し、チャンバ201の側面から供給された気流を排気することを特徴とする。
【0037】
より具体的に、図9を用いて本実施例を説明する。以降は、主に実施例1と異なる部分について説明する。図9(a)は本実施例のチャンバ201を説明する図、図9(b)は本実施例のチャンバ201をZ軸上方から観察した場合、気流供給部603、604、605の配置を説明する図、図9(b)は本実施例のチャンバ201をZ軸上方から観察した場合、気流供給部606、607、608の配置を説明する図である。本実施例のチャンバ201は実質的に円筒型であり、その上面には開口602が形成されている。開口602からはファンフィルタユニット601によって、清浄化された気体が供給される。チャンバ201の側面には、気流供給部603、604、605が形成されている。気流供給部603、604、605が形成されている場所よりも低い場所(他の表現としてはより基板103に近い場所)には、気流排気部606、607、608が形成されている。
【0038】
図10に示すように、気流供給部603のダクト6031はチャンバ201の断面に平行な面609に対して角度θ1だけ傾斜して形成されており、角度θ1で気流を供給する。また気流排気部606のダクト6061はチャンバ201の断面に平行な面610に対して角度θ2だけ傾斜して形成されており、角度θ2で供給された気流を排気する。気流供給部604、605、気流排気部607、608についても同様である。本実施例でも実施例1と同様の効果を奏することが可能となる。
【0039】
以上、実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されない。例えば、図11に示すように、照明光102はチャンバ201の側壁に設けた開口801から基板103へ照明するようにしても良い。また、気流供給部、気流排気部の数は実施例より多くても、少なくても良い。また、本実施例のチャンバシステム105は、スピンコータ等、基板に液体と塗布するような装置に適用しても良い。
【符号の説明】
【0040】
101 照明光学系
102 照明光
103 基板
104 基板搭載装置
105 チャンバシステム
106 スピンドル
107 ステージ
108 散乱光
109、110 検出光学系
111 照明領域
113 処理部
114 表示部
201 チャンバ
202、203、204 気流供給部
205、206、207 気流
208、209、210 気流排気部
211 開口
301 下面
302 上面
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11