JP4538883B2

JP4538883B2 - 平面基板観察装置

Info

Publication number: JP4538883B2
Application number: JP2000048660A
Authority: JP
Inventors: 浩匡柴田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2001237306A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハやガラス基板等の平面基板を搬送し、その平面基板を観察する平面基板観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造過程では、シリコンウエハ上に形成された回路の検査が適宜行われている。例えば、シリコンウエハ上に回路パターンが形成され、ウエハの裏面研削がされた後に、顕微鏡装置等を用いてシリコンウエハの外観検査を行うことにより回路パターンの良否評価を行うことがある。このような顕微鏡装置では、ウエハを顕微鏡観察するための顕微鏡観察ステージや目視検査用のマクロ観察ステージが設けられている。これらの観察ステージ上へのウエハの搬送には、顕微鏡装置に備えられているウエハ用搬送装置が用いられる。
【０００３】
ウエハ用搬送装置には真空を利用してウエハを吸着する吸着ハンドが設けられており、ウエハカセットに水平に収納されたウエハの裏面を吸着ハンドで吸着し、ウエハを水平状態にして観察ステージまで搬送する。各観察ステージにも真空を利用した吸着装置が設けられており、ウエハを吸着ハンドから観察ステージに受け渡す際には、図１１（ａ）に示すようにウエハＷを観察ステージ１００（マクロ観察用ステージ）の上方に搬送した後、図１１（ｂ）のように吸着ハンド１０１を徐々に降下させる。ウエハＷが観察ステージ１００に近接したらならば吸着ハンド１０１の真空吸着を解除し、さらに、図１１（ｃ）に示すように吸着ハンド１０１を降下させ、ウエハＷを観察ステージ１００の吸着装置に吸着させて観察ステージ１００へ装着する。
【０００４】
逆に、観察ステージ１００から吸着ハンド１０１にウエハＷを受け渡す場合には、観察ステージ１００に保持されているウエハＷの下方から吸着ハンド１０１を上昇させ、吸着ハンド１０１がウエハＷの裏面に近接したならば観察ステージ１００の吸着装置による吸着を解除し、吸着ハンド１０１を上昇させて吸着ハンド１０１にウエハＷを吸着保持させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、裏面研削された後のウエハＷの厚さは０．２〜０．３(mm)程度とかなり薄く、ときには０．１(mm)程度まで研削されることがある。このようにウエハＷは非常に薄いため、吸着ハンド１０１でウエハＷを水平に保持して搬送する際に、ウエハＷが自重により撓んで破損することがあった。ウエハ径は年々大きくなる傾向にあり、近年のように３００(mm)近くにまでなると、撓みによる破損が発生しやすくなる。特に、吸着ハンド１０１と観察ステージ１００間のウエハ受け渡しの際には、受け渡し時のショックでウエハＷの破損が生じやすいという問題があった。
【０００６】
また、ウエハ表面には回路パターンを保護するための保護膜が形成されるが、この保護膜や上述した裏面研削に起因する「反り」がウエハＷに生じ、吸着ハンド１０１や観察ステージ１００における真空吸着の際に吸着保持ミスが生じやすく、ウエハ破損を招いていた。
【０００７】
本発明の目的は、ウエハ搬送中のウエハ破損を防止することができる基板ハンド、搬送装置およびそれらを備えた検査装置、さらには前記検査装置等で使用される平面基板収納装置を提供することにある。
【０００８】
請求項１の発明による平面基板観察装置は、平面基板の基板面が垂直方向に延在した状態で、前記平面基板の上部を把持する把持部と、前記把持部で把持された前記平面基板を、前記垂直方向に延在した状態を保ちながら搬送する搬送部と、前記搬送部によって第一の所定位置まで搬送された前記平面基板を、前記把持部によって前記垂直方向に延在した状態で把持しながら、目視観察可能に照明する照明部と、前記第一の所定位置で、前記平面基板を、前記把持部によって前記垂直方向に延在した状態で把持しながら、前記垂直方向の回転軸まわりに回転させる回転部とを備えることを特徴とする。

【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１０を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による検査装置の一実施の形態を示す図であり、半導体チップが形成されたシリコンウエハ等の観察に用いられる顕微鏡検査装置１の概略構成を示す斜視図である。ウエハカセット２には検査用のウエハＷが複数収納されており、各ウエハＷは基板面が垂直面内に延在するように垂直に収納されている。顕微鏡検査装置１にはウエハＷの外観を観察するための顕微鏡３が備えられており、３ａは対物レンズ、３ｂは接眼レンズである。対物レンズ３ａは光軸Ｊが水平となるように設けられている。
【００１１】
顕微鏡検査装置１には検査オペレータが検査する際の操作スイッチ（不図示で）が設けられており、それらの操作スイッチを操作して顕微鏡検査装置１に設けられた搬送ロボット４を操作する。なお、上述した操作スイッチには、後述する顕微鏡観察用操作スイッチ、マクロ観察用操作スイッチ、ウエハ取出操作スイッチ、手動操作スイッチなどが設けられている。オペレータが顕微鏡観察用操作スイッチを操作すると、搬送ロボット４は、ウエハカセット２に収納されたウエハＷの１枚をアーム４ａの先端に取り付けられたハンド５を用いて取り出し、そのウエハＷを顕微鏡３の対物レンズ３ａの光軸Ｊ上の所定位置に配置する。
【００１２】
このとき、搬送ロボット４のアーム４ａが二点鎖線Ｐ１で示す位置まで駆動されたならば、手動操作によりアーム４ａを微小駆動させてウエハＷを図１に示すように光軸Ｊ方向（Ｚ方向）および光軸Ｊに垂直なＸ，Ｙ方向に移動し、ウエハＷの位置決めを行う。顕微鏡観察では、ウエハＷに形成されたチップの中の特定部分を観察し、色やパターン形状から良否を判定する。
【００１３】
なお、ウエハＷの位置決めを行う際には、顕微鏡３内に設けられたイメージローテーター（プリズムが利用される）を用いて接眼レンズ３ｂで観察される観察像を回転し、ウエハＷの光軸Ｊに関する回転補正を手動で行う。また、ウエハＷのマクロ観察をする場合、マクロ観察用操作スイッチ（不図示）を操作すると、搬送ロボット４はアーム４ａを二点鎖線Ｐ２で示す位置に駆動する。マクロ観察では、搬送されたウエハＷの表面にマクロ照明６から出射される均一な平行光を斜めに照射し、ウエハＷからの散乱光を観察してウエハＷ上の保護膜の状態を評価する。
【００１４】
このとき、手動操作によりアーム４ａを駆動して、ハンド５に保持されたウエハＷをＲ１方向に回転したり、Ｒ２方向に傾ける等して観察を行う。ウエハＷをハンド５で掴む際には、ウエハカセット２に収納されたウエハＷをアシスト装置７で上方に押し上げて、ウエハＷをウエハカセット２の上方に突出させる。
【００１５】
図２はハンド５を詳細に示す図であり、（ａ）はウエハＷを正面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）はハンド５に設けられたフィンガー５ａを示す図である。ハンド５にはウエハＷを把持するためのフィンガー５ａが一対設けられており、一対のフィンガー５ａはフィンガー駆動部５ｂに設けられたアクチュエータ（不図示）により図２（ｂ）のように、実線位置と二点鎖線位置との間で水平方向に駆動される。フィンガー５ａを駆動するアクチュエータには、エアシリンダや、モータと送りネジを利用したものなどが用いられる。
【００１６】
ハンド５はアーム４ａの先端部に設けられた回転部４ｂに取り付けられており、回転部４ｂは不図示のアクチュエータによりアーム４ａに対してＲ１方向に回転することができる。さらに回転部４ｂに固定されたハンド５は、アーム４ａと回転部４ｂとの連結部に設けられたアクチュエータ（不図示）により、回転部４ｂと一体にＲ２方向に駆動することができる。図２（ｃ）はフィンガー５ａの一つを示したものであり、フィンガー５ａに把持されるウエハＷの側から見た図である。フィンガー５ａに形成されたＵ字形状の切り欠き５ｃの縁部分には溝５ｄが形成されており、切り欠き５ｃの円弧部分の曲率はウエハＷの縁の曲率とほぼ等しく形成されている。図２（ｂ）のように一対のフィンガー５ａを閉じると、ウエハＷがフィンガー５ａの溝５ｄ内に把持される。
【００１７】
図１のウエハカセット２に収納されたウエハＷをハンド５で把持して取り出す際には、前述したようにアシスト装置７によりウエハＷをウエハカセット２の外側に押し出し、押し出されたウエハＷの縁部をフィンガー５ａで把持する。図３（ａ）はアシスト装置７を示す斜視図である。アシスト装置７にはウエハＷを押し上げるためのアシストプレート７ａが設けられており、アシストプレート７ａは垂直駆動部７ｂにより垂直方向に上下駆動され、この垂直駆動部７ｂは水平駆動部７ｃにより水平方向に駆動される。アシストプレート７ａの上端面は円弧形状（ウエハＷの縁の曲率とほぼ等しい曲率を有する）を成しており、図３（ｂ）の断面図に示すように上端面にはＶ字形状の溝７ｄが形成されている。ウエハＷを上方に押し上げる際には、ウエハカセット２に垂直収納されたウエハＷの端面下部が溝７ｄに填り込んだ状態となる。
【００１８】
図４および図５はウエハカセット２に収納されたウエハＷをハンド５を用いて取り出す際の手順を示した図であり、図４の（ａ）〜（ｃ）、図５の（ａ）〜（ｃ）の順に取り出し動作が行われる。まず、ウエハ取出操作用スイッチ（不図示）を操作すると、ハンド５は検査すべきウエハＷ１の真上に移動される。その後、フィンガー５ａが開かれるとともに、水平駆動装置７ｄを図示右方向に駆動して垂直駆動部７ｂに設けられたアシストプレート７ａをウエハＷ１の真下まで移動させる（図４（ａ））。次に、図４（ｂ）に示すように、垂直駆動部７ｂによりアシストプレート７ａを上方に駆動してウエハＷ１を押し上げ、開いたフィンガー５ａの間にウエハＷ１を挿入する。
【００１９】
ウエハＷ１が一対のフィンガー５ａの間に挿入されたならば、図４（ｃ）のようにフィンガー５ａを閉じてウエハＷ１を把持する。次いで、図５（ａ）のようにアーム４ａを上方に駆動してハンド５に把持されたウエハＷ１をウエハカセット２から完全に取り出す。その後、マクロ観察または顕微鏡観察用操作スイッチが操作されると、上述したようにウエハＷ１が所定の観察位置に搬送される。このとき、アシストプレート７ａの位置は、図５（ａ）のように上端位置に保持したままでも良いし、下端位置（図４（ａ）参照）まで下げてしまっても良い。なお、ウエハカセット２から観察位置までの搬送方法については後述する。ウエハＷ１の観察が終了し、ウエハＷ１をウエハカセット２へ戻す操作スイッチが操作されると、ハンド５に把持されたウエハＷ１はウエハカセット２の所定位置（図５（ａ）に示す位置）まで搬送され、ハンド５を降下させる。
【００２０】
ウエハＷ１の一部がウエハカセット２内に収納されてアシストプレート７ａの溝７ｄ（図３参照）上にウエハＷ１が載置されたならば、フィンガー５ａを開いた後にアシストプレート７ａを降下させて、ウエハＷ１をウエハカセット２内に完全に収納する。その後、隣のウエハＷ２の真上にハンド５を移動させるとともに、水平駆動装置７ｃを駆動してアシストプレート７ａをウエハＷ２の真下まで移動させ、ウエハＷ２の取り出し・搬送・観察が同様に行われる。
【００２１】
次に、搬送方法について説明する。図６，７は搬送方法を説明する図であり、図６は検査装置の側面図、図７は平面図である。図６の二点鎖線で示すように、ウエハＷをハンド５で把持してウエハカセット２から垂直に取り出したならば、搬送ロボット４の回転軸Ｊ２の回りにアーム４ａを角度θ１だけ回転させてウエハＷをマクロ観察位置Ｐ２に搬送する（図７）。なお、ウエハＷの面が搬送方向からずれた状態にウエハカセット２が装着される場合には、回転軸Ｊ２に関してアーム４ａ全体を回転させる前に、搬送ロボット４の回転中心Ｊ２とウエハＷの中心Ｏ（図２参照）とを結ぶ直線Ｊ３と基板面とが直交するように、アーム４ａの先端に設けられた回転部４ｂを回転させる。すなわち、ウエハＷは中心Ｏが回転中心Ｊ２を中心とする円弧を描くように搬送され、その搬送中にはウエハＷの基板面は円弧の接線方向（ウエハＷの移動方向）に延在するように保持される。
【００２２】
アーム４ａをマクロ観察位置Ｐ２に移動したならば、ウエハＷ表面からの反射光Ｌが観察者のアイポイントに入射するように、回転部４ｂ（図６参照）を駆動してウエハＷを角度θ２だけ回転させる。マクロ観察が終了したならば、ウエハＷを角度（−θ２）だけ回転させて直線Ｊ３とウエハＷの基板面とを直交させ、アーム４ａをさらに角度θ３だけ回転して顕微鏡観察位置Ｐ１に移動させる。図７に示した場合には、さらにアーム４ａを駆動してウエハＷを図示右方向に微小駆動して所定位置に位置決めする。図６はウエハＷが対物レンズ３ａの光軸Ｊ上に位置決めされた様子を示したものであり、このとき、ウエハＷの基板面が光軸Ｊに対して傾いていたならば、アーム４ａの回転部４ｂを回転駆動して基板面が光軸Ｊと直交するように手動補正する。顕微鏡観察が終了したならば、アーム４ａを角度（−θ１−θ３）だけ回転させた後に、ウエハカセット２の所定位置にウエハＷを収納する。
【００２３】
なお、上述した実施の形態では、マクロ観察、顕微鏡観察の順にウエハＷの観察を行ったが、逆の順で観察を行っても良いし、何れか一方の観察だけを行うようにしても良い。
【００２４】
図８はハンド５の変形例を示す図であり、（ａ）はハンド５をウエハ正面から見た図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。ハンド５に設けられた一対のフィンガー５ｆは図の左右方向に開閉動作をするものであり、フィンガー５ｆを閉じるとウエハＷの基板端面にフィンガー５ｆの円弧部５ｇが当接し、基板端面を挟むようにしてウエハＷを把持する。図８（ｂ）に示すように、円弧部５ｇはＶ溝形状を有しており、ウエハＷはその端部がＶ溝に填り込むようにして把持される。
【００２５】
なお、ウエハＷを把持した際にウエハＷに過剰な力が掛からないように、フィンガー５ｆの閉位置が設定されている。例えば、ウエハ端面とＶ溝との間に若干隙間ができるように設定し、フィンガー５ｆのウエハ中心Ｏより下側の部分でウエハＷが落下しないように把持するようにしても良い。
【００２６】
図９，１０は図８に示すハンド５を用いてウエハＷをウエハカセット２から取り出して保持する動作を示す図であり、図９の（ａ）〜（ｃ）および図１１の（ａ）、（ｂ）の順で動作が行われる。まず、図９（ａ）に示すようにフィンガー５ｆを開いた状態でハンド５ａをウエハＷの真上に降下させたならば、図９（ｂ）のようにアシストプレート７ａを上方に移動させてウエハカセット２内のウエハＷを押し上げる。図９（ｃ）はアシストプレート７ａが上端位置まで移動した様子を示す図であり、ウエハＷはその基板中心Ｏがウエハカセット２の上端より上方となる位置まで押し上げられる。次いで、図１０（ａ）のようにフィンガー５ｆを閉じてウエハＷを把持した後に、ハンド５を垂直上方に移動させてウエハＷをウエハカセット２から取り出すとともに、アシストプレート７ａを下方に移動させる。
【００２７】
なお、図９（ａ），（ｂ）のようにウエハＷがウエハカセット２内にある場合には、ウエハＷの左右両端部がウエハカセット２の内側面に形成された溝２ａに填り込んでいて、ウエハＷは垂直状態に維持されている。しかし、図９（ｃ）に示すように、ウエハＷがアシストプレート７ａにより押し上げられてその一部がウエハカセット２から押し出された状態では、ウエハＷの左右両端部が溝２ａから外れてしまうおそれがある。そこで、本実施の形態では、アシストプレート７ａの端部をウエハＷの形状に合わせた円弧状に形成し、その端面にＶ溝７ｇを形成してＶ溝７ｇ内にウエハＷが填り込むようにした。そのため、図９（ｃ）のような状態でも、アシストプレート７ａによってウエハＷを垂直に保持することができる。
【００２８】
上述した本実施の形態では、次のような利点を有している。
（１）図２に示すようにハンド５に設けられたフィンガー５ａでウエハＷを表裏両面から挟んで把持したり、図８のようにフィンガー５ｆでウエハ端面を挟むようにして把持しているので、ウエハＷに反り等が有った場合でも、ウエハＷを確実に保持することができる。
（２）ウエハＷをウエハカセット２からの取り出して再度収納するまでの一連の動作（搬送、観察）の間、ウエハＷは常に垂直に保持されているため自重で撓むようなことがなく、ウエハＷの破損を防止することができる。また、搬送時にはウエハＷの基板面を移動方向に対して平行に保つように移動させるので、空気抵抗によるウエハＷの変形に起因する破損を防止することができる。また、このようにウエハＷを搬送することにより搬送スピードを従来より増加させることができ、検査プロセスの効率アップを図ることができる。
（３）ハンド５にウエハＷを保持した状態で、マクロ観察や顕微鏡観察を行うようにしているので、従来のようにハンド５と観察ステージとのウエハＷの受け渡しが不要となるため受け渡し回数が減少し、受け渡し時のトラブル（吸着保持エラー、受け渡しミスによるウエハＷの破損など）を低減することができる。
（４）ウエハカセット２とハンド５との間でウエハＷを垂直状態で受け渡しをする際に、アシストプレート７ａによりウエハＷの一部をウエハカセット２の上方に押し出すようにしているため、ハンド５によるウエハＷの保持および観察後のウエハＷのウエハカセット２への収納を確実に行うことができる。
【００２９】
なお、本実施の形態において、ウエハＷの「垂直」状態とは、厳密に垂直ということではなく、平面基板であるウエハＷが自重で撓むことによる問題が回避できる程度に「ほぼ垂直」であれば良いことを意味している。同様に、「平行」についても、ウエハＷの移動中の空気抵抗による問題が回避できる程度に「ほぼ並行」であれば良い。
【００３０】
上述した実施の形態では、シリコンウエハＷを顕微鏡で観察する装置を例に説明したが、これ以外の装置に用いられる搬送装置や基板ハンドにも本発明を適用することができる。また、対象物としては、シリコンウエハの他に液晶パネルののガラス基板等があり、基板の形状（円形、矩形）に関わらず薄い基板の保持・搬送に効果的である。
【００３１】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ウエハＷは平面基板を、ハンド５は基板ハンドおよび保持手段を、ロボット４は搬送手段を、ハンド５および搬送ロボット４は搬送装置を、対物レンズ３ａは対物光学系を、ウエハカセット２は基板カセットを、アシストプレート７ａは押し上げ治具を、垂直駆動部７ｂは駆動装置を、水平駆動部７ｄは位置決め装置をそれぞれ構成する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、平面基板の縁部を表裏両面から挟むように把持するので、平面基板に反りが生じても基板ハンドで確実に保持することができる。
請求項２〜請求項４の発明によれば、平面基板は常に垂直に保持されているため自重で撓むようなことがなく、さらに、搬送中は平面基板の基板面を移動方向に対して平行に保つように移動させるので、空気抵抗による平面基板の変形に起因する破損を防止することができる。
特に、請求項４の発明では、対物光学系の光軸を水平とし、保持手段により垂直保持された平面基板を顕微鏡で観察するようにしたので、平面基板の受け渡し回数を減らすことができ、受け渡し時における基板保持エラーや受け渡しミスによる平面基板の破損などをを低減することができる。
請求項５の発明によれば、垂直状態で基板カセットに収納された平面基板を、押し上げ治具により基板カセット上方に突出させることができるので、基板ハンド等により平面基板を基板カセットから取り出す際に、スムーズに取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による検査装置の一実施の形態を示す図であり、顕微鏡検査装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】ハンド５を詳細に示す図であり、（ａ）はウエハＷを正面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図、（ｃ）はハンド５に設けられたフィンガー５ａを示す図である。
【図３】アシスト装置７を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はアシストプレート７ａの先端部の断面図。
【図４】ウエハカセット２からウエハ取り出し動作を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に動作が行われる。
【図５】図４に続くウエハ取り出し動作を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に動作が行われる。
【図６】搬送方法を説明する図であり、装置の側面図。
【図７】搬送方法を説明する図であり、装置の平面図。
【図８】ハンド５の変形例を示す図であり、（ａ）はウエハＷの正面から見た図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図。
【図９】図８のハンド５を用いてウエハカセット２からウエハＷを取り出す際の動作を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に動作が行われる。
【図１０】図９に続く動作を示す図であり、（ａ），（ｂ）の順に動作が行われる。
【図１１】従来の装置におけるウエハ受け渡し動作を説明する図であり、（ａ）〜（ｃ）の順に動作が行われる。
【符号の説明】
１顕微鏡検査装置
２ウエハカセット
３顕微鏡
３ａ対物レンズ
３ｂ接眼レンズ
４搬送ロボット
５ハンド
５ａ，５ｆフィンガー
７アシスト装置
７ａアシストプレート
７ｂ垂直駆動部
７ｃ水平駆動部
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ウエハ

Claims

平面基板の基板面が垂直方向に延在した状態で、前記平面基板の上部を把持する把持部と、
前記把持部で把持された前記平面基板を、前記垂直方向に延在した状態を保ちながら搬送する搬送部と、
前記搬送部によって第一の所定位置まで搬送された前記平面基板を、前記把持部によって前記垂直方向に延在した状態で把持しながら、目視観察可能に照明する照明部と、
前記第一の所定位置で、前記平面基板を、前記把持部によって前記垂直方向に延在した状態で把持しながら、前記垂直方向の回転軸まわりに回転させる回転部とを備えることを特徴とする平面基板観察装置。
前記平面基板は略円形であり、前記把持部の前記平面基板を把持する部分は、前記円形の曲率とほぼ等しい曲率を有することを特徴とする請求項１に記載の平面基板観察装置。
対物光学系の光軸が水平となっていて、前記搬送部で搬送可能な第二の所定位置で前記把持部によって垂直な状態で把持された前記平面基板を観察する顕微鏡をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の平面基板観察装置。
前記顕微鏡によって観察される観察像を回転させる観察像回転部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の平面基板観察装置。
前記搬送部は、前記第一の所定位置と前記第二の所定位置とを含む円弧に沿って前記平面基板を搬送可能であり、
前記把持部は前記平面基板の基板面が、前記円弧の接線方向に延在するように前記平面基板を把持することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の平面基板観察装置。