JP2008045964A - Edge inspection apparatus and exposure apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置を提供する。
【解決手段】円盤状の被検物体1の端部上面1a、端部下面1b及び端部側面1cを撮像して、被検物体1の端部のキズや異物、膜の異常を検出する端部検査装置であって、被検物体1の端部上面1a及び下面1b、側面1cを撮像する光学系は、共通の対物レンズ7を有し、かつ、物体側にテレセントリックであり、前記被検物体端部側面を撮像する光学系は前記テレセントリックな光学系にアフォーカルな拡大光学系5、6を含んでいて、前記被検物体端部上面1a、下面1b、及び端面1cの像が同一平面上11に結像することを特徴とする端部検査装置。
【選択図】 図1An end inspection apparatus capable of imaging the front, back, and side surfaces of an end by a set of optical systems.
An edge for detecting flaws, foreign matter, and film abnormalities at the end of the object to be detected by imaging the upper surface 1a, the end lower surface 1b, and the end side surface 1c of the disk-shaped object 1 to be detected. The optical system for imaging the end upper surface 1a, the lower surface 1b, and the side surface 1c of the test object 1 has a common objective lens 7 and is telecentric on the object side. The optical system for imaging the side surface of the object end includes the afocal magnifying optical systems 5 and 6 in the telecentric optical system, and the images of the upper end surface 1a, the lower surface 1b, and the end surface 1c of the test object end portion are coplanar. An end inspection apparatus characterized by forming an image on top 11.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、半導体ウェハなどの円盤状の被検物体の端部上面,端部下面及び端部側面を撮像して、前記被検物体の端部のキズや異物、膜の異常を検出する端部検査装置、及びそれを組み込んだ露光装置に関するものである。 The present invention captures an image of an end upper surface, an end lower surface, and an end side surface of a disk-shaped test object such as a semiconductor wafer, and detects an end of the test object at a flaw, a foreign object, or a film abnormality. The present invention relates to a partial inspection apparatus and an exposure apparatus incorporating the same.
半導体デバイスの高密度化に伴い、露光装置に要求される分解能が益々高まってきており、その対策として、液浸式露光装置が開発され、実用化されている。一方、半導体ウェハでは半導体素子の収率を上げるために半導体ウェハ周辺まで露光を行うことが望ましく、このような半導体ウェハを使用するときには、液浸式露光装置の場合、半導体ウェハの周辺部まで浸液状態にする必要がある。このときに、半導体ウェハ端部に異物や膜の異常があると、浸液により異物や膜の一部が浮き上がり、焼き付けパターンの上に張り付くような問題が発生しやすくなる。よって、半導体ウェハの端部検査を行うことがより重要になってきている。 As the density of semiconductor devices increases, the resolution required for the exposure apparatus is increasing. As a countermeasure against this, an immersion exposure apparatus has been developed and put into practical use. On the other hand, it is desirable to perform exposure to the periphery of the semiconductor wafer in order to increase the yield of the semiconductor element, and when using such a semiconductor wafer, in the case of an immersion type exposure apparatus, the exposure to the periphery of the semiconductor wafer is performed. It needs to be in a liquid state. At this time, if there is a foreign matter or film abnormality at the edge of the semiconductor wafer, a problem that the foreign matter or part of the film is lifted by the immersion liquid and sticks on the baking pattern is likely to occur. Therefore, it is becoming more important to perform end inspection of semiconductor wafers.
従来、半導体ウェハの端部の表面検査を行う場合には、特開2006−64975号公報(特許文献1)に開示されているように、表面、裏面、側面の三方向用の光学系を別々に用意して、それぞれ独立に画像を取り込み、画像処理を行って、異物や膜の剥離,膜内の気泡、膜の回り込みなどが無いか検査していた。半導体ウェハの場合、端部検査で発見される欠陥は偶発的に発生するものなので、すべての半導体ウェハに対し検査を行う必要がある。
ところが、三方向に光学系を設けることは検査装置を複雑にし、かつ、三つの方向からの画像処理を行う必要があり、検査時間が長くなってしまうという問題点がある。 However, providing an optical system in three directions complicates the inspection apparatus, and requires image processing from three directions, resulting in a long inspection time.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置、及びこれを組み込んだ露光装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an end inspection apparatus capable of imaging the front, back, and side surfaces of an end by a set of optical systems, and an exposure apparatus incorporating the end inspection apparatus. Is an issue.
前記課題を解決するための第1の手段は、扁平な被検物体の端部上面、端部下面及び端部側面を撮像するための3つの光路と、前記3つの光路に共通な対物レンズを有し、前記端部側面を撮像する光路は、前記対物レンズの物体側に拡大光学系を有し、前記被検物体の端部上面、端部下面、及び端部端面の像が同一平面上に結像するように配置されたことを特徴とする端部検査装置である。 The first means for solving the problem includes three optical paths for imaging the upper end surface, the lower end surface and the end side surface of a flat test object, and an objective lens common to the three optical paths. And an optical path for imaging the side surface of the end portion has a magnifying optical system on the object side of the objective lens, and the images of the end top surface, the end bottom surface, and the end surface of the test object are on the same plane. It is the edge part inspection apparatus characterized by arrange | positioning so that it may image.
前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段であって、前記拡大光学系はアフォーカル光学系であり、前記3つの光路は物体側にテレセントリックであることを特徴とするものである。 The second means for solving the problem is the first means, wherein the magnifying optical system is an afocal optical system, and the three optical paths are telecentric on the object side. Is.
前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、端部上面及び下面を観察する光束が、前記被検物体の中心軸を含む面内で折り曲げられ、前記被検物の端部上面、端部下面、及び端部側面の像が、一直線上に結像することを特徴とするものである。 The third means for solving the problem is the first means or the second means, wherein the light beam for observing the upper surface and the lower surface of the end portion is within a plane including the central axis of the object to be examined. It is bent, and the images of the end upper surface, the end lower surface, and the end side surface of the test object are formed in a straight line.
前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記アフォーカル光学系のレンズ群の有効径をφ、拡大倍率をβ、前記対物レンズの開口数をNA、焦点距離をf1、前記被検物体の側面から前記アフォーカル光学系のうち物体側のレンズ群5の主平面までの距離をe3、前記被検物体上面及び下面を撮像する光束が、被検物体の端面に垂直な平面と交わる位置から、前記被検物体上面及び下面に至る距離をD、前記被検物体のエッジの厚さをtとするとき、
前記課題を解決するための第5の手段は、前記第1の手段から第4の手段のいずれかである端部検査装置が組み込まれていることを特徴とする露光装置である。 A fifth means for solving the above-mentioned problems is an exposure apparatus characterized in that an end inspection apparatus which is one of the first to fourth means is incorporated.
本発明によれば、一式の光学系により、端部の表面、裏面、側面の撮像が可能な端部検査装置、及びこれを組み込んだ露光装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an end inspection apparatus capable of imaging the front surface, back surface, and side surfaces of an end by a set of optical systems, and an exposure apparatus incorporating the end inspection apparatus.
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の1例である端面検査装置の概要を示す図である。被検物体である半導体ウェハ1は水平面内で回転可能なウェハホルダ2に吸着されている。ウェハホルダ2には半導体ウェハ1を回転させるための不図示の駆動機構が取り付けられていて、制御系からの信号に基づき回転動作が行われる。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an end face inspection apparatus as an example of an embodiment of the present invention. A semiconductor wafer 1 as a test object is adsorbed by a
半導体ウェハ1の端部の近傍には、半導体ウェハ1の表面の一部を観察するためのミラー3と半導体ウェハ1の裏面の一部を観察するためのミラー4と半導体ウェハ1の側面を観察するためのアフォーカル光学系5、6が半導体ウェハ1の回転軸を含む面内に配置されている。半導体ウェハ1の表面上の一点1aから発した光線はミラー3で反射され、半導体ウェハ1の面とほぼ平行な方向に向きを変えて受光光学系の対物レンズ7に入射する。同様に、半導体ウェハ1の裏面上の一点1bから発した光線はミラー4で反射され、半導体ウェハ1の面とほぼ平行な方向に向きを変えて受光光学系の対物レンズ7に入射する。
In the vicinity of the end of the semiconductor wafer 1, the
半導体ウェハ1の側面から発した光は、アフォーカル光学系5、6を透過して所定の倍率βに拡大された後、受光光学系の対物レンズ7に入射する。
The light emitted from the side surface of the semiconductor wafer 1 passes through the afocal
受光光学系では対物レンズ7が集光した光を開口絞り8を介して結像光学系10により一次元ラインセンサ11上に結像させる。このとき、対物レンズ7は物体側にテレセントリックな配置をされているので、対物レンズ7の主平面と開口絞り8との間隔は対物レンズ7の焦点距離f1に等しい。又、対物レンズ7の焦点面が半導体ウェハ表面の点1a及び半導体ウェハ裏面の点1bとに一致するように、つまり、対物レンズ7の主点面と半導体ウェハ1の表面及び裏面の間隔がミラー3又は4を介して対物レンズ7の焦点距離焦点深度の範囲内で一致するように配置している。
In the light receiving optical system, the light collected by the objective lens 7 is imaged on the one-
以下、半導体ウェハ1の側面を観察する光学系の構成について詳しく説明する。上述のように、対物レンズ7はテレセントリックなので、半導体ウェハ1の側面1cを同じ像面で観察するためにはアフォーカル光学系5、6を入れて、観察主光線の平行を保証する必要がある。
Hereinafter, the configuration of the optical system for observing the side surface of the semiconductor wafer 1 will be described in detail. As described above, since the objective lens 7 is telecentric, in order to observe the
図2に光学的なパラメータを書き込んだ半導体ウェハ1の端面付近を示す。アフォーカル光学系の物体側のレンズ群5の焦点距離をf3、アフォーカル光学系の像側のレンズ群6の焦点距離をf2、半導体ウェハ1の側面1cからアフォーカル光学系のうち物体側のレンズ群5の主平面までの距離をe3、アフォーカル光学系の二つのレンズ群5、6の主平面間隔をe2、アフォーカル光学系の像側のレンズ群6の主平面から対物レンズ7の主平面までの距離をe1とする。
FIG. 2 shows the vicinity of the end face of the semiconductor wafer 1 on which optical parameters are written. The focal length of the
ここで、対物レンズ7の主平面から半導体ウェハ1上の表面の観察点1a又は裏面の観察点1bまでの距離と対物レンズ7の主平面から半導体ウェハ1の側面1cまでの距離との差、つまり図2に示すABとBCの和をDとしたときに、次のような関係があると、半導体ウェハ1の表面の観察点1aと半導体ウェハ1の裏面の観察点1bと半導体ウェハ1の側面1cの像が一つの平面内に形成される。
ただし、βはアフォーカル光学系による拡大率である。より厳密にいうと、アフォーカル光学系それぞれのレンズ群5及び6では入射側の主平面と出射側の主平面が完全に一致していないことがあり、この各レンズ群5、6の主平面間隔を上式のDから引いておく必要がある。
Here, β is an enlargement ratio by the afocal optical system. More precisely, in the
数値を代入した結果のニ例を以下に示す。この数値例以外にも、前述の式を満たす解があるのは言うまでもない。
図1に示すこの実施の形態では、対物レンズ7を介して試料面を照明する反射照明系を加えてある。光源15からの照明光をコレクタレンズ14で集光して、視野絞り13、照明リレーレンズ12を介して、ハーフミラー9で反射させて、対物レンズ7やアフォーカル光学系5、6を介して半導体ウェハ1の各検査面1a、1b、1cを照明する。この照明系は、光源15の像が対物レンズ7の開口絞り8上に形成されるケーラ照明となっている。又、対物レンズ7やをアフォーカル光学系5、6を介さずに照明する暗視野照明を用いたり、反射照明と暗視野照明を併用したりしてもよい。
In this embodiment shown in FIG. 1, a reflection illumination system for illuminating the sample surface via the objective lens 7 is added. The illumination light from the
一次元ラインセンサ11上には、半導体ウェハ1の表面1aと半導体ウェハ1の裏面1bと半導体ウェハ1の側面1cの像が一直線上にピントが合った状態で並ぶため、一つのラインセンサで半導体ウェハの中心軸を含む半導体ウェハの断面のうち上記の三つの部分の画像を取り込むことができる。半導体ウェハ1を回転させることにより半導体ウェハの外周を検査することができる。これを不図示の画像処理系に入力して、異物や膜の異常を検出する。2次元イメージセンサを使用する場合は、これらの3つの像が一直線上に並ぶ必要が無く、同一平面上に形成されるようにすればよいので、ミラー3、ミラー4の取り付け位置調整が容易となる。
On the one-
側面検査用のアフォーカル光学系5、6は少なくとも半導体ウェハ1のエッジの厚さtの範囲を観察することができる必要があるので、拡大系で大きくなるレンズ群6の有効径は拡大された像の大きさと結像光束径との和よりも大きい必要がある。アフォーカル光学系で拡大される視野の大きさは、エッジの厚さtとアフォーカル光学系5、6の倍率βとの積βtになる。又、対物レンズ7の開口数をNAとするときアフォーカル光学系のレンズ群6での光束の直径は、比例計算によりNA(f1−e1)で表せる。これに上記の数値を代入して、レンズ群6の有効径φの式を得る。
半導体ウェハ1の上面又は下面を観察する光学系では、図3に示すように、中心に近い部分の像を形成する光束が、側面を観察するアフォーカル光学系の近くを通ることになる。このため、図3に示すように、半導体ウェハ1の上面又は下面を観察する光学系で観察できる範囲を半導体ウェハエッジからの距離wは、すべての結像光束がけられないための条件より次のように制限される。
実際には、アフォーカル光学系にはレンズを保持するための金物や収差補正のためにレンズの構成上より大きな径が必要になるので、上式のβtは視野直径にアフォーカル光学系の倍率をかけた値よりかなり大きくなり、さらにエッジの観察できる範囲wが小さくなるので、この分を見込んで視野の大きさを決める必要がある。 Actually, since the afocal optical system requires a larger diameter in terms of the lens configuration for the metal object for holding the lens and the aberration correction, βt in the above equation is the magnification of the afocal optical system in the field diameter. Since the range w where the edge can be observed becomes smaller, the size of the field of view must be determined in consideration of this amount.
以上のように、この実施の形態によれば、複数の受光素子を用いることなく一つの一次元ラインセンサを使って、半導体ウェハの端面の上面、下面、側面を同時に検査することができ、検査の高速化と装置の小型化が可能となる。このため、この端部検査装置を半導体露光装置や、半導体露光装置とレジスト膜塗布装置や現像装置を組み合わせたクリーントラックに組み込むことができ、露光ステージに半導体ウェハを載せる前に、端部検査装置で検査して、異物や膜に異常のある半導体ウェハを露光ステージに載せないようにして、露光ステージ上に異物や膜等の異常物が付着することにより露光時に欠陥が発生するのを防ぎ、半導体素子の収率を向上させることができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to simultaneously inspect the upper surface, the lower surface, and the side surface of the end surface of the semiconductor wafer using one one-dimensional line sensor without using a plurality of light receiving elements. Speeding up and downsizing of the apparatus are possible. For this reason, this edge inspection apparatus can be incorporated into a semiconductor exposure apparatus or a clean track in which a semiconductor exposure apparatus, a resist film coating apparatus, and a development apparatus are combined, and an edge inspection apparatus before placing a semiconductor wafer on an exposure stage. In order to prevent the occurrence of defects during exposure due to adhesion of foreign objects such as foreign matter or film on the exposure stage, so as not to place a semiconductor wafer with foreign matter or film abnormalities on the exposure stage. The yield of the semiconductor element can be improved.
特に、液浸露光装置では半導体ウェハ端部の異物や膜が浸液によって浮遊しパターン投影に影響を与えることがあり、以上の実施の形態による端部検査装置で異物や膜の異常のある半導体ウェハを選別して露光ステージに載せないようにする。これにより露光ステージ上に異物や膜が異常付着したり落下したりするのを防止し、パターン投影時に欠陥を作らないようにすることができ、半導体素子の欠陥の発生を大幅に抑制することができる。 In particular, in an immersion exposure apparatus, foreign matter and film at the edge of a semiconductor wafer may float due to the immersion liquid and affect pattern projection. In the edge inspection apparatus according to the above embodiment, a semiconductor with foreign matter or film abnormality Sort the wafer so that it is not placed on the exposure stage. As a result, foreign matter and film can be prevented from abnormally adhering or dropping on the exposure stage, and defects can be prevented during pattern projection, greatly reducing the occurrence of defects in semiconductor elements. it can.
又照明の透過光と半導体ウェハの反射光の強度差から半導体ウェハのエッジ位置が検出でき、半導体ウェハを回転させて数箇所のエッジ位置から半導体ウェハの中心位置を検出する半導体ウェハ中心位置検出装置と兼用して、半導体ウェハの中心位置検出と同時にエッジ検査を行うことができる。 Also, a semiconductor wafer center position detecting device that can detect the edge position of the semiconductor wafer from the intensity difference between the transmitted light of the illumination and the reflected light of the semiconductor wafer, and detects the center position of the semiconductor wafer from several edge positions by rotating the semiconductor wafer. The edge inspection can be performed simultaneously with the detection of the center position of the semiconductor wafer.
なお、本発明が、半導体ウェハのみでなく、他のウェハの端部検査にも使用できることは言うまでもない。 Needless to say, the present invention can be used not only for semiconductor wafers but also for edge inspection of other wafers.
1…半導体ウェハ、2…ウェハホルダ、3…ミラー、4…ミラー、5…アフォーカル光学系物体側レンズ群、6…アフォーカル光学系像側レンズ群、7…対物レンズ、8…開口絞り、9…ハーフミラー、10…結像レンズ、11…一次元撮像素子、12…照明リレーレンズ、13…視野絞り、14…コレクタレンズ、15…光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor wafer, 2 ... Wafer holder, 3 ... Mirror, 4 ... Mirror, 5 ... Afocal optical system object side lens group, 6 ... Afocal optical system image side lens group, 7 ... Objective lens, 8 ... Aperture stop, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Half mirror, 10 ... Imaging lens, 11 ... One-dimensional image sensor, 12 ... Illumination relay lens, 13 ... Field stop, 14 ... Collector lens, 15 ... Light source
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Cited By (2)
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| JPWO2009133847A1 (en) * | 2008-04-30 | 2011-09-01 | 株式会社ニコン | Observation apparatus and observation method |
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2006
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