JPS6235212A

JPS6235212A - 観察装置

Info

Publication number: JPS6235212A
Application number: JP17437085A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Akagawa; 赤川　勝幸
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-08-09
Filing date: 1985-08-09
Publication date: 1987-02-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、半導体ウェハを検査するウェハ検査装置など
において使用される観察装置に関するものである。

〔発明の背景〕

例えば、ウェハ検査装置では１つのステージを用いて半
導体ウェハを一枚づつ検査するものが一般的であシ、Ｉ
Ｃなどの生産を行う工場のクリーンルームなどでかなり
のスペースを有しているのが現状である。

そこで、最近では、複数ステージ（例えば２つ〕を有す
る検査装置が提案されるようにな夛、これによれば従来
の装置と比較してかな）省スペースとなると考えられて
いる。

また、ウェハ検査装置においては、ウエノ・のＩＣバッ
トにプローブビンを接触させる針合わせと称させる工程
があり、この工程ではウニノー検査装置に付属している
顕微鏡等を用いて作業者の目視によシ作業が行なわれて
いる。最近では、かかる工程の自動化を図る工夫もなさ
れているものの、実際のＩＣバットとプローブビンの接
触具合を目視によシ確認するという作業は、今後も必要
不可決である。

ところが、ステージが複数ある場合に、各ステ−ジ毎に
顕微鏡などを設けることは必ずしも必要ではない。別言
すれば、各ステージ毎に顕微鏡などの観察手段を設ける
とすれば、１つのウェハ検査装置に複数のステージを設
けたことの意義が低減することとなる。

〔発明の目的〕

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数の
ステージを有するウェハ検査装置などに好適であり、構
造が使易で作業、メンテナンスに有利な観察装置を提供
することをその目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は、光学系を含む１つの観察手段例えば顕微鏡を
備え、これを移動手段によっていずれかの観察対象の観
察位置に移動させるとともに、回転手段によって顕微鏡
をその光学系の光軸を中心として回転できるようにし、
１つの観察手段によって２つ以上の観察対象を観察でき
るようにしたことを技術的要点とするものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図には、本発明にかかる観察装置を有するウェハ検
査装置の一実施例の平面が示されている。

また、第２図には、ケーシング内の特にステージ部分の
正面図が示されてｂｐ、第６図には、第１図のＡ−Ａ線
に沿った断面のうちローディング機構の部分が示されて
いる。

これら第１図ないし第６図において、１は架台部、２及
び６は架台部１上にそれぞれ別個独立に設けられた防振
機構である。ベース４は防振機構２上に固定されている
。ＸＹステージ５はベース４上に設けられベース４上を
Ｘ、Ｙ方向に移動可能である０２ステージ６はＸＹステ
ージ５上に設けられＸＹステージ上をＺ方向に移動可能
である。

θ回転ステージ７は２ステージ６上に設けられＺステー
ジ６上で回転（自転）可能である０各ステージ（ＸＹ、
Ｚ、θ）はそれぞれ不図示のモータによシ駆動されるも
のである。ウェハ８はθ回転ステージ７上に配置される
。そしてθ回転ステージ７は不図示の吸着機構を有し、
該吸着機構により面上にウェハ８を真空吸着することが
できる。

プローブカード９はベース４から立ち上がった支持台１
０に固定される。ウェハ８は上述したＸＹステージ５、
ｚステージ６（の微動）、θ回転ステージ７によりｘ、
ｙ、ｚ、θ方向のアライメントを制御される。１３はウ
ェハ８を上述の如くアライメントする為にウェハ８上に
形成されたチップの位置を検出するセンサ（受光部）で
ある。ウェハ８に形成されたＩＣチップは、Ｚステージ
乙の上下動（粗動）によりプローブ針９ａに接触される
。プローブ針９ａよジ得られた信号はプローブカード９
含介してウェハ検査装置とは別に設けられたテスターへ
入力され、テスターにてウェハ８に関する検査出力が得
られる。もちろんテスターは上述したウェハ検査装置と
一体に設けてもよい。本実施例では以上述べた要素４〜
７．９〜１１．１３にて右側検査部が構成されている。

ベース１４、ＸＹステージ１５、Ｚステージ１６、θ回
転ステージ１７、プローブカード１９、支持台２０、セ
ンサ２２はそれぞれ右側検査部の要素４〜７．９〜１１
．１３と同様に構成されておｐ１左側検査部を構成して
いる。１８はθ回転ステージ上に配置されたウェハを示
している。上述した右側検査部と左側検査部とは架台部
１上に独立して設けられた防振機構２．６にそれぞれ支
持されておシ、この防振機構２．６によシ相互に振動が
伝達されないよう構成されている。制御ユニット２３は
、演算処理部、メモリ一部、工１０部等からなるマイク
ロコンピュータ（以下ＭＣＵと称す）２３ａを備え、上
述したステージ５〜７．１５〜１７、後述するウェハキ
ャリアの搬送機構、後述するウェハローディング機構等
の駆動を制御する。

次に、検査装置の平面中央背後には、中心軸２１Ｂ−を
中心にして揺動可能な振シ分は機構２１が設けられてお
シ、そのアーム２１Ａの先端には観察手段として、の顕
微鏡１１が設けられている。

顕微鏡１１は、アーム２１Ａの先端に対して、移動平面
内で、前記中心軸２１Ｂと平行な対物レンズ１１Ａ（第
２図参照）の光軸を中心に回動可能となっている。これ
によｐ１アーム２１Ａが回転しても顕微鏡１１の接眼レ
ンズ１１Ｂが正面を向くようになっている。

すなわち顕微鏡１１は中心軸２１Ｂのまわりを公転可能
であると共に、対物レンズ１１Ａの光軸を中心に自転可
能に構成されている。

次にウェハキャリアの搬送機構及びウェハローディング
機構について述べる。ウェハキャリアの搬送機構は第１
図の６１で示した部分に、またウニハローディング機構
は第１図の６２で示した部分に配置されている。ウェハ
を複数枚収納したウェハキャリア３３ｇ、３３ｂは不図
示の搬送機構により順次Ｂ位置へ搬送される。Ｂ位置に
もたらされたキャリア３３ａは第６図に示した載置台３
４ａＫ載せられ昇降機６４により破線位置まで上昇せし
められる。第６図に示したモータ６５は昇降機３４の載
置台３４ａ’に上下動させるものである。この昇降機６
４及びモータ６５は上述した搬送機構の一部を構成する
ものである。架台部１に固定された支持台３６は案内部
材６７とウオーム３８を有し、ウオーム６８はモータ６
９により回転される。モータ４０けウオーム３８と噛み
合う不図示のウオーム歯車を有し、モータ３９の正逆回
転により案内部材３７に案内されて第６図中左右力向（
Ｘ方向）へ移動する。七−り４０は回転軸４１を有し、
アーム４２はこの回転軸４１に固設されている。そして
アーム４２はモータ４０の正逆回転により回転軸４１を
中心にして第１図中時計方向及び反時計方向に回転可能
である。本実施例では上述し九要素６６〜４２にてウェ
ハのローディング機構′ｆｒ構成している。支持台４ろ
は架台部１に固定され、モータ４４はこの支持台４３に
固定されている。ウェハのプリアライメントを行なう為
のステージ４５はモータ４４によって回転（自転）可能
である。

次に第４図を弁皿して本装置の動作を説明する。

まず制御ユニット２６内の八４ＣＵ（２３＋ａ　）から
の指令によシ搬送機構は前述の如くキャリア３３ａ、３
３ｂを順次３泣置へもたらし、Ｂ位置にきたキャリアを
昇降＠６４によシ第３図破線位置まで上昇する。Ｍ　Ｃ
Ｕ　２３　ａは■θ回転ステージ７にウェハがあるか否
かを判別する。ステージ７にウェハがないと判断した場
合には■プリアライメント用ステージ４５にウエノ為が
あるか否かを判別する。そしてステージ４５にウニ／Ｓ
がないと判断した場合には■プリアライメント用ステー
ジ４５ヘウエハをもってくるよう指令を出す。そしてＭ
　ＣＵ　２３　ａのサブルーチン（不図示）に従ってロ
ーディング機構、プリアライメント用ステージは次のよ
うに動作する。まずモータ６９が正回転しモータ４０が
第６図左方向へ移動する。そしてアーム４２上にキャリ
ア５３ａ内に収納されたウェハのうちの一枚が載置され
る。それからモータろ９が逆回転を始め、モータ４０と
ともにアーム４２が、第１図及び第３図に図示した位置
を通って、さらに第３図中右方向へ移動する。そして適
当な位置でモータ４０は移動を停止される。その後モー
タ４０が回転を始め、アーム４２が軸４１を中心に１８
０度回転する。こうしてウエノ１がプリアライメント用
ステージ４５上にもたらされ、ウェハがステージ４５上
に載置される。その後モータ４０は、モータ３９の回転
により第３図左方向へ移動し、第１図及び第６図に図示
し次位置にもどる。ただしアーム４２はステージ４５の
方へ向いたままである。一方つエバを載置したステージ
４５は回転によシウェハのプリアライメントを行なう。

Ｍ　ＣＵ　２３　ａはプリアライメントが終了したこと
を検出すると■０回転ステージ７ヘウエハをセットする
よう指令を出す。■の段階でステージ４５にウェハがあ
ると判断された場合に、プリアライメントがすでに終了
していれば、即座に■の段階へ移行する。また■の段階
でステージ４５にウェハがあると判断され、その時まだ
プリアライメントが終了していなければ、プリアライメ
ントの動作が続行さｔｌそのプリアライメントが終了し
た時点で■の段階へ移行する。■の段階でθ回転ステー
ジ７ヘウエハをセットする指令〃：出ると、ＭＣＵ２３
ａのサブルーチン（不図示）に従ってローディング機構
、ファインアライメント用ステージ（ＸＹ、Ｚ、θの各
ステー亡シ５〜７）は次のように動作する。まずモータ
６９が逆回転を始め、モータ４０はアーム４２をプリア
ライメント用ステージ４５に向けたまま、第６図右方向
へ移動する。そしてアーム４２上にプリアライメントさ
れたウェハが載置されるとモータ３９が正回転し、モー
タ４０が第６図左方向へ移動する。

こうしてモータ４０は第１図及び第６図に図示した位置
に戻る。その後モータ４０が正回転し、アーム４２は第
１図にて時計方向に９０度回転する。したがってウェハ
はＣ位置にもたらされる。

この時ＸＹステージ５はモータ（不図示）によシ駆動さ
れθ回転ステージ７もＣ位置まで移動してきている。よ
ってθ回転ステージＺ上にウエノ為が載置される。ステ
ージ７はこのウェハを吸着し、面上に固定する。こうし
てステージＺ上にウェハがセットされる。その後モータ
４０の正回転によりアーム４２は第１図時計方向に９０
度回転し、第１図の状態に戻る。またθ回転ステージ７
もＸＹステージ５の移動によシ第１図及び第２図に図示
した位置に戻る。その後ＭＣＵ２３ａはＸＹステージを
Ｘ、Ｙ方向へ駆動するとともに、不図示の照明光学系に
ウェハを照明させ、ウェハからの反射光をセンサ１６に
て受光させる。このようＫしてウェハ上に形成されたチ
ップの位置に関する情報を得る。ＭＣＵ　２３　ａは、
このセンサ１３で得られたデータ等に基づいてステージ
５〜７を微動し、ウェハのファインアライメントがなさ
れる。第１図のウェハ８はこのようにしてもたらされた
ウェハである。ＭＣＵ２３ａＨウェハ８のファインアラ
イメントが終了すると不図示のテスターへ信号を送フ、
同時に２ステージ６を不図示のモータによシ駆動してθ
回転ステージ７を上昇せしめる。

このθ回転ステージの上昇によってウェハ８上に形成さ
れたテップがプローブ針９ａに接触する。

このとき、オペレータは、第１図あるいは第２図の破線
め如く顕微鏡１１を移動してチップとブロッグ針９ａと
の接触状態を観察する。

次に、テスターによツブローブ針９ａの接触し九テップ
の検査が行なわれる。そのチップの検査が終了すると、
ＭＣＵ　２３　ａからの信号によ＃）ｚステージ６が駆
動されθ回転ステージ７が下降する。そしてＸＹステー
ジ５が１チップ分移動された後、再びθ回転ステージ７
が上昇され次のチップがプローブ針９ａに接触し、テス
ターによシ検査がなされる。このような動作が順次繰〕
返されることによりウェハ８上に形成された多数のチッ
プが検査されていく。ＭＣＵ２３ａは■のウェハセット
命令を出すと、上述したウェハ検査が終了するのを待た
ず、即座にのの段階へ移行し、θ回転ステージ１７にウ
ェハがあるか否かを判別することとなる。即ち上述し、
たウェハセット及びファインアライメント及びウェハ検
査の工程と、■の判別（及びそれ以降の工程）とは並行
してなされることになる。■の段階でθ回転ステージ７
にウェハがあると判断された場合にＭ　ＣＵ　２３　ａ
は■θ回転ステージＺ上のウェハの検査が終わっている
か否かを判別する。その時まだウエノ１検査が終わって
いなければ、ＭＣＵ２３ａは上述したステージ７へのウ
ェハセット及びそのウェハに関するファインアライメン
ト及びウェハ検査を続行させる。そしてウェハ検査の終
了を待たずに、即座に■の段階へ移行する。即ちウェハ
セット及びファインアライメント及びウェハ検査の工程
と、のの判別（及びそれ以降の工程）とは並行して行な
われることになる。■の段階でウェハの検査が終わって
いればＭＣＵ２３ａは■θ回転ステージ７上のウェハを
キャリア３３ａへ戻せという指令を出す。この指令が出
ると、ＭＣＵ２３ａのサブルーチン（不図示）に従って
ローディング機構、ファインアライメント用ステージは
次のように動作する。まずモータ４０が逆回転しアーム
４２は第１図図示の位置から反時計方向に９０度回転す
る。

同時にＸＹステージ５が駆動され、θ回転ステージ７Ｆ
ｉＣ位置に移動される。そして真空吸着が解除され、ア
ーム４２上にウェハ８が載置される。

この後ステージ７は第１図図示の位置に移動される。尚
ステージ７は次のウェハがくるまでＣ位置で待機するよ
うに設けてもよい。アーム４２につエバ８が載置された
後、モータ４ｏは正回転し、アーム４２は第１図時計方
向に９０度回転して第１図図示の位置に戻る０そしてモ
ータ６９が正回転しモータ４０が第６図左方向へ移動さ
れ、ウェハがウェハキャリヤ３３ａ内に戻される。その
後モータ３９によＱモータ４０は第６図の位置に復帰す
る。モータ４０がこの位置に復帰を完了するとＭ　ＣＵ
　２３　ａは■の段階へ戻ることになる。

Ｍ　ＣＵ　２３　ａは■あるいは■から■の段階へ移行
するとθ回転ステージ１７にウェハがあるか否が全判別
する。そしてステージ１７にウェハがないと判断した場
合には■プリアライメント用ステージ４５にウェハがあ
るか否かを判別する。そしてステージ４５にウェハがな
いと判断した場合には■プリアライメント用ステージ４
５ヘウェハをもってくるよう指令を出す。そして■の段
階の動作と同様にしてキャリア３３ａに収納されたウェ
ハをプリアライメント用ステージ４５へもたらし、ウェ
ハのプリアライメント、を行なう。こうしてプリアライ
メントが終了したことを検出すると［株］θ回転ステー
ジ１７ヘウエハをセットするよう指令を出す。■の段階
でステージ４５上にウェハがあると判断された場合の動
作は■の段階でステージ４５上にウェハがあると判断さ
れた場合の動作を同様である。■の段階でθ回転ステー
ジ１７ヘウエハをセットする指令が出ると、ＭＣＵ２３
ａは不図示のサブルーチンに従ってローディング機構及
びステージ１５〜１７の制御を行なう。これは■の段階
でステージ４５上のウェハをステージ７ヘセツトする制
御、セットされたウェハをファインアライメントする制
御、ウェハ検査の制御と同様にしてなされる。ただ■と
は、アーム４２の回転力向、ステージ５〜７にかわって
ステージ１５〜１７が移動される点、ステージ１７上に
ウェハをセットする時にステーｉ：／１７がθ位置にも
たらされる点、ステージ１７上のウェハはプローブ針１
９ａにて検査される点がそれぞれ異なる。

この場合には、オペレータは第１図又は第２図の実線で
示すように顕微鏡１１を移動させ、ウェハ上のチップと
プローブ針１９のとの接触状態を観察しチェックする。

そして、このチェック後、該チップの検査が行なわれる
。尚、ウェハ検査は前述したテスターと同一のテスター
によシ行なわれる。Ｍ　ＣＵ　２３　ａは＠のウェハセ
ット命令を出すと、ウェハ検査が終了するのを待たずに
、即座ＶＣｏの段階へ移行し１、プリアライメント用ス
テージ４５にウェハがあるか否かを判別することになる
。すなわち前述した■、の七同様に、ステージへのウェ
ハセット及びセットされたウェハのファインアライメン
ト及びウェハ検査の工程と、■の判別（及びそれ以降の
工程）とが並行して行なわれる。■の段階でプリアライ
メント用ステージ４５にウェハがあると判断された場合
に、ＭＣ０２３ａは００回軒テーブル１７上のウェハの
検査が終わっているか否かを判別する。その時までにウ
ェハ検査が終わっていなければｓ　Ｍ　ＣＵ　２５　ａ
はステージ１７へのウェハセット及びそのウェハのファ
インアライメント及びウェハ検査を続行させる０そして
ウェハ検査の終了を待たずに、即座にのの段階へ移行す
る。すなわち前述したＯｌのと同様に、ウェハセット及
びファインアライメント及びウェハ検査の工程と、Ｏの
判別（及びそれ以降の工程）とは並行して行なわれる。

０の段階でウェハの検査が終わっていればＭＣＵ２３ａ
は＠θ回転ステージ１７上のウェハをキャリア３３ａへ
戻せという指令を出す。この指令が出ると、ＭＣＵ２３
ａのサブルーチン（不図示）に従ってローディング機構
及びファインアライメント用ステージ１５〜１７が動作
し、６）と同様にしてステージ１７上のウェハ１８がキ
ャリア３３ａ内に戻され、第１図及び第６図の状態が復
元される。ただ■とは、アーム４２の回転力向、ステー
ジ１５〜１７が移動される点、ステージ１７！＞；Ｄ位
置にもたらされる点がそれぞれ異なる。ＭＣＵ　２３　
ａは、ローディング機構が第１図及び第３図の状態に復
元されると■の段階へ戻る゛。ＭＣＵ　２３　ａは＠あ
るいはＯから００段階へ移行すると、プリアライメント
用ステ′−ジ４５にウェハがあるか否か判別する。そし
てステージ４５にウェハがないと判断した場合には０プ
リアライメント用ステージ４５ヘウエハをもってぐるよ
う指令を出す。そしてＭ　ＣＵ　２５　ａのサブルーチ
ンに従い■、■の段階の動作と同様にしてキャリア３３
ａに収納されたウェハをプリアライメント用ステージ４
５へもたらし、ウェハのプリアライメントを行なう。

ＭＣＵ２３ａは［相］の指令によシウエハのプリアライ
メントが終了するとω段階へ戻る。また００段階でステ
ージ４５上にウェハがあると判断された場合の動作は、
２．８の段階でステージ４５にウェハがあると判断され
た場合の動作と同様である。

ただ１．ＭｃＵ２３＆はプリアライメントの終了ととも
に■へ戻る。

本実施例において、ローティング機構がある指令（第１
の指令）に従って動作している時に、ローディング機構
を動作する別の指令（第２の指令）が出た時には（例え
ば■の指令と■の指令が出た時には）、ローディング機
構は第１の指令に従う動作が終了した後に第２の指令に
従う動作を行なうことはいうまでもない。しかしながら
θ回転ステージ７゜１７にウェハがセットされてからそ
のウェハの検査が終了するまでの時間は、ローディング
機構の動作する時間に比べて非常に長い。したがってロ
ーディン機構に上述の如く２つの指令が同時に加えられ
ることはほとんどない。

また本実施例しこおいて■、０．■、■、０．０．０の
各判別は、ＭＣＵ２３ａ自身が第４図のフローチャート
に従ったローディング機構、プリアライメント用ステー
ジ、ファインアライメント用ステージ等の制御状態を判
別することによってなされる。例えば■の判別を行なう
場合には次の如くである。即ち、アーム４２がθ回転ス
テージ７からウェハを受は取る動作が終了しており、そ
のアーム４２からステージ７へ新たなウェハを供給する
動作が行なわれていなければ、ＭＣＵ２３ａはθ回転ス
テージ７にウェハがないと判断する。

また５５，３９．４０．４４の各モータ及びステージ５
〜７．１５〜１７を移動する各モータ（不図示）はＭＣ
Ｕ２３　ａから不図示のドライバーを介して伝達される
信号により駆動されることはいうまでもない。

さらにウェハキャリアは、これに収納された多数のウェ
ハの検査が全て終了すると搬送機構によシＢ位置から退
避させられ、次の新しいウェハキャリアがＢ位置にもた
らされる。そして再び前述の如くローディング、プリア
ライメント、ウェハセット、ファインアライメント、ウ
ェハ検査等の動作が繰シ返される。

上述の如く本実施例は一刀の検査部でウェハの検査がな
されている間（■あるいは■の指令に基づく動作がなさ
れている間）に、他力の検査部ヘウエハをローディング
し検査する（の〜＠アルイは■〜■の段階の動作〕場合
において、一つの顕微鏡１１を移動させて共通使用する
ものである。

尚、実施例においてはブローチヤードの■から■へ、■
からのへ移行する場合をしたが、■からのへ、■からの
へ移行するようにＭ　ＣＵ　２３　ａを設けてもよい。

また、第２図に破線で示した如く左右の検査部の間に電
磁遮開部材４６．４７を設ければ、−力の検査部で発生
する電磁的なノイズが他力の検査部に与える影響を小さ
くすることができる。したがって電磁的なノイズの影響
が大きい場合には上述の如く電磁遮開部材を設けるのが
望ましい。

更に、上記実施例は、本発明にかかる観察装置をウェハ
検査装置に適用したものであるが、本発明は何らこれに
限定されるものではなく、他の装置に対しても、適用可
能なものである。

また、観察手段としては、顕微鏡の他にテレビカメラな
どを用いても同様の効果が得られる。

（発明の効果）・以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で
あるとともに、作業、メンテナンスが容易であシ、操作
性もよいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる観烈装置の一実施例を備えたウ
ェハ検査装置の一例を示す平面図、第２図はケーシング
内のステージ部分を示す正面図、第３図は第１図の装置
のＡ−Ａｉｉｉｌｊに沿ったローディング機構部分を示
す断面図、第４図は制御装置の動作を示すフローチャー
トである。（主要部分の符号の説明）５ないし７・・・ステージ機構、１１・・・顕微鏡、１
５ないし１７・・・ステージ機構、２１・・１］分は機
構、２１Ａ・・・アーム、６６ないし４２・・・ローデ
ィング機構。代理人　弁理士　佐　　藤　　正　　年第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも２つの観察対象を観察する観察装置に
おいて、対物光学系を含む１つの観察手段と、該観察手
段を、前記各観察対象の間で揺動可能に支持する揺動手
段と、該揺動手段の揺動中心軸と平行な前記対物光学系の光軸
を中心にして前記観察手段を回転させる手段とを具備す
ることを特徴とする観察装置。
（２）前記観察手段は顕微鏡である特許請求の範囲第１
項記載の観察装置。
（３）前記観察手段は、テレビカメラである特許請求の
範囲第１項記載の観察装置。