CN100480689C - 表面检查方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明的表面检查方法包括：用同一投影透镜，将波长不同的至少两个激光束照射到相同检查部位的步骤；设定两激光束的入射角，使各激光束的反射率值的变动互补的步骤；以及检测反射散射光的步骤。

Description

表面检查方法及其装置

技术领域

本发明涉及对半导体晶片等衬底表面的细微夹杂物或晶体缺陷等细微伤痕进行检查的表面检查方法及其装置。

背景技术

在制造半导体元件时，附着在晶片等衬底表面的细微夹杂物严重影响产品质量与成品率。因此，在半导体元件的制造工艺中实施衬底表面的表面检查。并且，随着半导体元件的高密度化进程，其制造工艺也变得复杂，在晶片表面上形成各种膜的情形已司空见惯。

表面检查装置对衬底表面照射检查光，通过由检测器接受因夹杂物产生的反射散射光检测夹杂物。为获得表面检查的高检测精度，需确定能够检出并区别夹杂物的S/N比，因此，需设定可充分获得来自夹杂物的反射散射光的光量的检查条件。

检测灵敏度及检测精度与照射衬底表面的检测光的波长和强度相关。能够通过缩短波长提高检测灵敏度，也能够通过获得足够的反射散射光的强度来提升检测的S/N比并提高检测精度。

参照图5，概略说明传统的表面检查装置。

如图5所示，1表示光源部，2表示投射光学系统，3表示受光部，4表示回转驱动部，5表示作为检查对象的晶片等的衬底，6表示控制部。

所述回转驱动部4设有回转马达7，以及由该回转马达7带动的回转工作台8，所述衬底5固定在该回转工作台8上，所述回转马达7由驱动部9根据来自所述控制部6的指令，按预定回转数等速回转。

所述光源部1中设有射出波长λ1和波长λ2的激光束的第一激光发射部11和第二激光发射部12。基于操作容易、安全且寿命长等理由，采用激光二极管(LD)作为所述第一激光发射部11、第二激光发射部12的发光体。

从所述光源部1射出的激光束经由所述投射光学系统2照射到所述衬底5。所述投射光学系统2中设有：将从所述激光发射部11射出的波长λ1的激光束导入透镜装置15的第一反射镜13；将从所述第二激光发射部12射出的波长λ2的激光束导入所述透镜装置15的第二反射镜14；使来自所述透镜装置15的激光束照射所述衬底5的检查部位的第三反射镜16；以及第四反射镜17。

所述第一反射镜13使来自所述第一激光发射部11的波长λ1的激光束穿过，使其它波长的激光束反射，所述第二反射镜14使来自所述第二激光发射部12的波长λ2的激光束反射，使该波长λ2的激光束入射到所述第一反射镜13，其光轴与所述波长λ1的激光束相同.再有，所述透镜装置15对激光束的光束状态加以调整，使来自所述激光发射部11、第二激光发射部12的激光束在检查部位会聚。

激光束照射所述衬底5，由光检测器18检测出因夹杂物、伤痕等产生的反射散射光，数据经由信号处理部19输入所述控制部6。

由所述控制部6按检测的夹杂物大小选择所述光源部1的第一激光发射部11或第二激光发射部12，射出激光束。激光束经由所述投射光学系统2照射检查部位。

所述控制部6经由所述驱动部9驱动所述回转马达7，使所述衬底5等速回转，并且，通过扫描部(未作图示)使照射位置沿半径方向移动，使激光束螺旋状地扫描所述衬底5的整个表面。

所述光检测器18将检测出的反射散射光变为电信号输出，该电信号在所述信号处理部19中经过放大、去除噪声或A/D变换等信号处理后，输入所述控制部6。该控制部6基于来自所述信号处理部19的信号，检测夹杂物、伤痕、缺陷等，并算出夹杂物的位置、个数等，作为检测结果记录在存储部(未作图示)，或在显示部(未作图示)上显示检查结果。

另外，作为表面检查装置，例如有日本专利文献特公平8-20371号公报、特开2000-294610号公报所公开的装置。

如上所述，表面检查的检测灵敏度及检测精度受被检测的反射散射光的强度即光量的影响.但是，在具有光透射性的检查对象的表面上，由于在衬底表面上形成的膜的膜厚或种类，作为形成反射散射光的主要原因的表面上的反射特性会发生变化。

例如，使某一波长的检查光入射到形成了相同膜质的衬底上时，按照表面上形成的膜的膜厚变化，表面的反射率周期性变动，因此，在特定的膜厚上产生严重影响夹杂物、缺陷的检测精度的情况。

因此，在与安装于表面检查装置的光源发出的激光束波长即检查用的激光束波长和成为检查对象的衬底上形成的膜厚有关的预定条件下，反射率明显降低，反射散射光的强度即被检测的光量值严重减少，致使表面检查的精度受到影响。例如，即使膜质相同，但检查不同膜厚的衬底时，或在相同衬底上膜厚变动的检测条件下，产生反射率的变动即反射散射光的强度、光量的变动，影响其表面检查的精度，从而使检查不能进行。

另一方面，通过同时使用不同波长的激光束的方式能防止反射散射光强度的明显减少，但对于各波长因膜厚的变化导致的反射散射光强度的峰值明显不同时，需将检测灵敏度的变化范围设得较宽，这样就易受噪声等其它因素的影响。另外，按照表面上形成的膜质其反射率不同，因此，膜的种类也会影响检测精度。

发明内容

本发明的目的在于：即使对于膜质及膜厚不同的、具有光透射性的检查对象，也能抑制因反射散射光的强度、光量的明显变动导致的检测精度的变动，从而能不受膜质及膜厚影响地进行高精度的表面检查。

为达到上述目的，本发明的表面检查方法包括：用同一投影透镜，将波长不同的至少两个激光束照射到相同检查部位的步骤；设定两激光束的入射角，使各激光束的反射率值的变动互补的步骤；以及检测反射散射光的步骤。并且，本发明的表面检查方法中，所述至少两个激光束对检查部位有不同的入射角；所述多个激光束的波长为395nm与415nm。而且，本发明的表面检查方法中，所述激光束的波长为395nm的激光束的入射角为64.5°，所述激光束的波长为415nm的激光束的入射角为74.6°。本发明的表面检查方法中，基于所述各激光束波长和在检查部位上形成的膜的膜厚设定所述入射角。本发明的表面检查方法中，按照所述检查部位上形成的膜的种类设定所述各激光束的入射角。本发明的表面检查方法中，使所述至少两个激光束同时照射，检测两个激光束的反射散射光。本发明的表面检查方法中，使所述至少两个激光束同时照射，由光学分离装置从两激光束的反射散射光中分离并检测出所述两个激光束的各自的反射散射光，以检测值大的一方作为检测光。本发明的表面检查方法中，使所述至少两个激光束交互地照射，分离并检测出所述两个激光束各自的反射散射光，以检测值大的一方作为检测光。本发明的表面检查方法中，所述各激光束的入射角按照衬底上形成的膜的种类分别确定。

本发明的表面检查装置中设有：将波长不同的多个激光束独立地射出的至少两个激光发射部，将所述激光束投影在衬底表面的投影透镜，以及使所述激光束平行地入射该投影透镜的投影光学系统；通过调整对于所述投影透镜的入射位置，设定各激光束对衬底表面的入射角。在本发明的表面检查装置中，设定上述各激光束对投影透镜的入射位置，使各激光束在衬底表面上的反射率值的变动互补。在本发明的表面检查装置中，设有将波长不同的多个激光束的入射角和衬底表面上的反射率之间的关联数据存储的存储部；按照成为检查对象的衬底，并参照所述关联数据，设定使各激光束在衬底表面上的反射率值的变动互补的入射角。并且，在本发明的表面检查装置中，还设有波长分离光学装置，用以从多个不同激光束同时照射时的反射散射光中，检测并比较对应于各激光束的反射散射光，以比较值大的反射散射光作为检测光进行检测。本发明的表面检查装置中，所述投射光学系统设有光路切换装置，通过该光路切换装置的光路切换，以择一的方式投射激光束，分离并检测出各激光束的反射散射光，并比较各反射散射光，以比较值大的反射散射光作为检测光进行检测。本发明的表面检查装置中，所述多个激光束的波长为395nm与415nm，而且，所述激光束波长为395nm的激光束入射角为64.5°，所述激光束波长为415nm的激光束入射角为74.6°。

附图说明

图1是表示本发明实施例的概略结构图。

图2是该实施例的说明图。

图3是表示光束波长不同时伴随衬底成膜膜厚变动的反射率变动的曲线图。

图4是表示光束波长不同时伴随衬底成膜膜厚变动的反射率变动的曲线图。

图5是表示传统例的概略结构图。

具体实施方式

以下，参照附图就本发明的实施例进行说明。

图1概略表示本发明的表面检查装置。

图1中与图5中相等的部分用相同符号表示，其说明省略。

表面检查装置主要由光源部1、投射光学系统21、受光部3、回转驱动部4、控制部6等构成。

所述光源部1有射出波长λ1的第一激光束22的激光发射部11，以及射出波长λ2的第二激光束23的第二激光发射部12。所述波长λ1和波长λ2为不同的波长，在本实施例中λ2>λ1，例如采用λ1为395nm，λ2为415nm的激光束。

从所述激光发射部11射出的所述第一激光束22经由光路切换装置24、第一透镜装置25、第一投影反射镜26、第二投影反射镜27以及投影透镜28，会聚并照射到衬底5的检查部位。所述第一透镜装置25、所述第一投影反射镜26、所述第二投影反射镜27以及所述投影透镜28以形成第一投影光轴29的方式配置。

从所述第二激光发射部12射出的所述第二激光束23，经由所述光路切换装置24、第二透镜装置30、第三投影反射镜31、第四投影反射镜32以及所述投影透镜28，会聚并照射到所述衬底5的检查部位。所述第二透镜装置30、所述第三投影反射镜31、所述第四投影反射镜32以及所述投影透镜28以形成第二投影光轴33的方式配置。

并且，所述第一投影光轴29、所述第二投影光轴33在基准状态与所述投影透镜28的主光轴34平行并以所需距离分离。另外，所述第一投影光轴29和第二投影光轴33平行时，并不需要一定与所述主光轴34平行。于是，具有所述第一投影光轴29的光束和具有所述第二投影光轴33的光束经投影透镜28会聚在所述主光轴34上的同一检查部位。而且，在所述第一投影光轴29对所述衬底5的入射角θ1和所述第二投影光轴33对所述衬底5的入射角θ2中，所述第二投影光轴33的入射角θ2较大(参照图2，各θ1、θ2是相对于衬底5的垂直线的角度)。

另外，最好将所述入射角θ1、入射角θ2之间的角度差设置得较大，并将所述第一投影光轴29、第二投影光轴33设置成位于垂直于所述衬底5的同一平面内。

将不同波长的激光束22、23以入射角θ1、θ2照射所述衬底5时，设定上述入射角θ1、θ2，使得对于各自不同波长的激光束22、23被检测的反射散射光的强度由于因膜厚产生的反射率变动而互补。例如第一激光束22的波长为395nm、第二激光束23的波长为415nm时，最好使入射角θ1为64.5°，入射角θ2为74.6°。

即使膜质相同，在膜厚变动时，其反射率的变动与上述情况相同，而且，在波长不同时，对应于每个波长，反射率在0.05μ～0.2μ的膜厚范围内以大致相同的周期变动，但变动周期的相位错开。图3表示上述的、在将波长λ1为395nm、波长λ2为415nm的P偏振光的激光束22、23以波长λ1的第一激光束22的入射角θ1小且波长λ2的第二激光束23的入射角θ2大的方式设定的条件下，对衬底照射激光束时的反射率的变动形态。另外，在照射S偏振光的激光束时的反射率变动也相同。

当波长λ1和波长λ2是波长差为20nm左右的较近的波长时，各反射率的变动周期略错开π/2，两者反射率的极大值和极小值大致重叠。并且，通过将波长λ1(395nm)的激光束的入射角θ1设为64.5°，将波长λ2(415nm)的激光束的入射角θ2设为74.6°，使反射散射光的反射率的极大值的大小在两激光束之间大致相等。

另外，图4表示将长波长的激光束的入射角θ2设为较大且将短波长的激光束的入射角θ1设为较小的场合，可见，反射散射光的反射率的极大值的差异明显。在这种情况下，两激光束的反射率的极大值和极小值也大致重叠，因此，能够通过分别控制从所述第一激光发射部11、第二激光发射部12射出的激光束22、23的强度并调整光量，使两激光束的反射散射光的强度相同或大致相同。

以下，就动作进行说明。

所述第一激光发射部11、第二激光发射部12分别独立地被驱动，且各自独立地射出激光束，其射出强度等射出状态由所述控制部6控制。并且，能够通过所述光路切换装置24，选择让从所述第一激光发射部11射出的第一激光束22沿所述第一投影光轴29或所述第二投影光轴33照射到所述衬底5。同样地，能够通过所述光路切换装置24，选择让从所述第二激光发射部12射出的所述第二激光束23沿所述第二投影光轴33或所述第一投影光轴29照射到所述衬底5。即，能够通过所述光路切换装置24变更对所述投影透镜28的入射位置，从而变更对检查部位(衬底表面)的入射角。

再有，能够使来自所述第一激光发射部11、第二激光发射部12的所述第一激光束22、第二激光束23同时照射检查部位。并且，通过所述回转马达7回转所述衬底5，进而，使激光束22、23的照射点沿半径方向移位，从而，检查部位在所述衬底5的整个表面上以螺旋状移动。

于是，按照在所述衬底5上形成的膜质，将适当的检查条件按所述第一激光发射部11、第二激光发射部12的选择或所述光路切换装置24的光路切换进行各种选择。

按照作为检查对象的衬底上的膜质，适当地选择各检查光的各波长λ、各入射角θ，从而，能够不受衬底表面上的反射率变动的影响地进行表面检查。并且，将波长不同的多个激光束的入射角和衬底表面上的反射率之间的关联数据存在装置内，或存储在连接的存储部中，也可通过参照与作为检查对象的衬底对应的所述关联数据设定入射角，使各激光束在衬底表面上的反射率的变动互补。

另一方面，关于激光束的入射角和衬底表面上的反射率之间的关联数据，也可经由网络等通信装置从外部存储装置获得，能够通过经常获得的新的关联数据进行高精度的检查。

接着，就对成膜膜厚有变动的衬底或变动可预测的衬底的表面检查进行说明。使检查部位在衬底5的整个表面上移动，由于检查部位的移动该检查部位上的膜厚产生变动。

另外，激光束的照射条件为：照射的波长λ1(395nm)的第一激光束22和波长λ2(415nm)的第二激光束23中，所述第一激光束22的入射角θ1为64.5°，所述第二激光束23的入射角θ2为74.6°。(与图3所示的照射条件相同)

如图3所示，所述第一激光束22和第二激光束23的反射率的变动处于互补的状态，因此，若使所述第一激光束22和第二激光束23同时照射，并由所述光检测器18检测出两激光束22、23的反射散射光的总和，则能抑制伴随膜厚变动的反射率下降，即使膜厚变动时也能检测出具有所需强度的反射散射光。

将所述第一激光束22和第二激光束23同时照射时，可在所述受光部3上使用光学滤波器等波长分离装置，从而能够分离并检测出所述第一激光束22和所述第二激光束23，且比较所述第一激光束22的反射散射光成分和第二激光束23的反射散射光成分，并以较大的一方为常时的检测光。这时，反射散射光的强度变动少且稳定。

通过所述光路切换装置24以相对于激光束22、23对所述衬底5的扫描速度足够快的速度，交互地开/关来自所述第一激光发射部11的第一激光束22的射出和来自第二激光发射部12的第二激光束23的射出，并能通过所述光检测器18分离并检测出所述第一激光束22的反射散射光和第二激光束23的反射散射光，比较两反射散射光，以反射散射光大的一方为检测光。在这种情况下，也使反射散射光的强度变动少且稳定。

另外，在上述实施例中，用两种不同波长λ的激光束，但可采用三种以上不同波长λ的激光束，以至少用两个激光束来互补反射率的变动的方式检测反射散射光。并且，激光束的波长也可为上述395nm、415nm外的其它波长。

并且，对于反射率的极大值的差异，如激光束的强度得到调整，且受光反射散射光的强度得到调整，就无需使多个激光束对所述衬底5的入射角度不同。

而且，在上述实施例中，使激光束22、23与所述投影透镜28的主光轴34平行地入射，并改变对所述衬底5的激光束22、23的入射角，但也可省略所述投影透镜28，且可回转地设置所述第二投影反射镜27、第四投影反射镜32，由所述第二投影反射镜27、第四投影反射镜32的调整来变更入射角。

本发明的表面检查方法包括：用同一投影透镜将波长不同的至少两个激光束照射在相同的检查部位的步骤；设定两激光束的入射角，使各激光束的反射率值的变动互补的步骤；以及检测反射散射光的步骤。因此，可不受因具有光透射性的检查对象表面的膜厚变化产生的反射率变动的影响，进行稳定且保证检查精度的表面检查。并且，在同一衬底上有膜厚的变动时，能抑制反射散射光的强度的变动，抑制检测精度的变动，提高表面检查的可靠性。

另一方面，本发明为了稳定地获得对于检查光的波长和作为检查对象的衬底上形成的膜的膜厚适当的反射散射光的强度，不改变投射光学系统的入射角，使波长不同的多个激光束以相对于衬底不同的入射角入射，从而，可对不同膜质、膜厚等形成的任何衬底进行稳定的检查。

Claims (16)

1.一种表面检查方法，其中包括：用同一投影透镜，将波长不同的至少两个激光束照射到相同检查部位的步骤；设定两个激光束的入射角的步骤；以及检测反射散射光的步骤；其中所述入射角被设定成以使所述两个激光束的反射率值的变动互补，所述两个激光束的反射率值按照在检查部位上形成的膜的厚度变化以及按照所述膜的类型而变动。

2.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：所述激光束对检查部位有不同的入射角。

3.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：所述两个激光束的波长分别为395nm与415nm。

4.如权利要求3所述的表面检查方法，其特征在于：所述激光束的波长为395nm的激光束入射角为64.5°，所述激光束的波长为415nm的激光束入射角为74.6°。

5.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：基于所述各激光束波长和在检查部位上形成的膜的膜厚，设定所述入射角。

6.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：按照所述检查部位上形成的膜的种类设定所述各激光束的入射角。

7.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：使所述两个激光束同时照射，检测两个激光束的反射散射光。

8.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：使所述两个激光束同时照射，由光学分离装置从两个激光束的反射散射光中分离并检测出所述两个激光束各自的反射散射光，以检测值大的一方作为检测光。

9.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：使所述两个激光束交互地照射，分离并检测出所述两个激光束各自的反射散射光，以检测值大的一方作为检测光。

10.如权利要求1所述的表面检查方法，其特征在于：所述两个激光束的每一个的入射角按照衬底上形成的膜的种类分别确定。

11.一种表面检查装置，其中：设有将波长不同的两个或两个以上激光束独立地射出的至少两个激光发射部，将所述激光束投影在衬底表面的投影透镜，以及使所述激光束平行地入射到该投影透镜的投影光学系统；通过调整所述激光束中的每一个对于所述投影透镜的入射位置，设定各激光束对衬底表面的入射角，其中激光束对所述衬底表面的入射角被设定成以使所述激光束中的两个激光束的每一个在所述衬底表面的反射率值的变动互补，所述两个激光束中的每一个在所述衬底表面的反射率值按照在所述衬底表面上形成的膜的厚度变化以及按照所述膜的类型而变动。

12.如权利要求11所述的表面检查装置，还包括：用于存储关联数据的存储部，所述关联数据与波长不同的两个或两个以上激光束的入射角和衬底表面上的反射率相关，其中依赖于要检查的衬底参照所述关联数据，以及设定激光束的入射角。

13.如权利要求11所述的表面检查装置，其特征在于：还设有波长分离光学装置，用以从多个不同激光束同时照射时的反射散射光中，检测并比较对应于各激光束的反射散射光，以比较值大的反射散射光作为检测光进行检测。

14.如权利要求11所述的表面检查装置，其特征在于：所述投射光学系统设有光路切换装置，通过该光路切换装置的光路切换，择一地将投射激光束投射，分离并检测出各激光束的反射散射光，并比较各反射散射光，以比较值大的反射散射光作为检测光进行检测。

15.如权利要求11所述的表面检查装置，其特征在于：所述两个激光束的波长分别为395nm与415nm。

16.如权利要求15所述的表面检查装置，其特征在于：所述激光束的波长为395nm的激光束入射角为64.5°，所述激光束的波长为415nm的激光束入射角为74.6°。

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