JP2001118899A - 異物及びパターン欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異物や欠陥の種類を容易に区別することがで
きる異物及びパターン欠陥検査装置を得る。 【解決手段】 光学部Ｄは、顕微鏡照明によって半導体
ウェハ２表面を第１表面情報として検出する顕微鏡照明
光学系Ｄ１、レーザ光を用いて半導体ウェハからのレー
ザ散乱光を検出することによって半導体ウェハ２表面を
第２表面情報として検出するレーザ散乱式光学系Ｄ２を
含む。解析部ＡＮは、第１及び第２表面情報から異物欠
陥情報を検出し、異物欠陥情報を、第１表面情報のみに
示された第１モード、第２表面情報のみに示された第２
モード、第１及び第２表面情報の両方に示された第３モ
ードに区別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスにおいて用いられる異物及びパターン欠陥検査
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は日本国特許第５１６２２号の特
許公報に記載の従来の異物及びパターン欠陥検査装置を
示す斜視図である。

【０００３】検査照明装置２０でウェハ１を斜方照明
し、暗視野下のウェハ１での検査光（レーザ光）２１の
散乱光３１を散乱光検出器３４で検出して異物５の座標
位置を特定する異物検査装置１０に落射照明装置４０及
び撮像装置４５を設ける。散乱光検出器３４の検出に基
づき異物判定装置３５で特定された異物５の座標位置を
落射照明装置４０による明視野下で撮像装置４５によっ
て撮像し、この撮像に基づいて異物画像を抽出する。抽
出した異物画像により異物サイズ、形状、色、性状を特
定する。

【０００４】ところで、異物や欠陥といっても、それら
の種類は様々である。例えば、歩留まりに影響する異物
があったり、歩留まりに影響しない異物があったり、異
物や欠陥に見えるだけで、実は例えばアルミ膜の細長い
結晶粒界のようなグレインや、例えば化学機械研磨（Ｃ
ＭＰ）プロセスによって付けられた引っかき傷だったり
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、撮像装
置４５を用いて、異物や欠陥を検査すると非常に長い時
間が必要になる場合がある。まず、撮像装置４５は焦点
を合わせたり、拡大したりという操作をしてウェハ１表
面を撮像することによって、ウェハ１から表面情報（顕
微鏡画像）を検出する。次に、撮像装置４５によって撮
像された顕微鏡画像から異物や欠陥の画像情報を抽出す
ることによって異物や欠陥を認識する。この異物や欠陥
の数が例えば数千から数万というように莫大な数の異物
欠陥が検出された場合、極めて長い時間がかかり、実用
的でなく、全ての異物欠陥の全体像を所定時間内に把握
するのは非常に困難である。また、顕微鏡画像はウェハ
１を真上から見たものなので、異物や欠陥を平面的にし
か捉えることができず、認識した異物や欠陥が歩留まり
に影響あるどうかを判断しにくい。

【０００６】一方、レーザー光を用いて、ウェハ表面の
異物や欠陥を認識する方法がある。レーザー光をウェハ
に照射し、その散乱光を検出することによってウェハか
ら表面情報を検出する。この方法によれば、撮像装置４
５を用いる場合と比較して、焦点を合わせたり拡大した
りする必要がないので、ウェハから表面情報を速く検出
することができ、これによって、異物や欠陥を検査する
時間を短くすることができる。しかしながら、パターン
欠陥や微細な異物や傷のような欠陥は、散乱光が弱く、
それらの異物欠陥を検出する感度が低下する、あるいは
検出できない場合がある。

【０００７】以上のように、顕微鏡を用いる方法やレー
ザー光を用いる方法のどちらにも一長一短があり、ウェ
ハの表面情報から、異物や欠陥の上述のような種類を効
果的に区別するのは非常に困難であるという問題点があ
る。

【０００８】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、異物や欠陥の種類を容易に区別す
ることができる異物及びパターン欠陥検査装置を得るこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、半導体ウェハ表面の異物や欠陥を検査
するための装置であって、顕微鏡照明を用いて前記半導
体ウェハ表面を撮像することによって前記半導体ウェハ
表面を第１表面情報として検出する顕微鏡照明光学系、
レーザ光を用いて前記半導体ウェハからのレーザー散乱
光を検出することによって前記半導体ウェハ表面を第２
表面情報として検出するレーザ散乱式光学系を含む光学
部と、前記第１表面情報及び第２表面情報から異物欠陥
情報を検出し、前記異物欠陥情報を、前記第１表面情報
のみに示された第１モード、前記第２表面情報のみに示
された第２モード、前記第１及び第２表面情報の両方に
示された第３モードに区別する解析部とを備える。

【００１０】本発明の請求項２に係る課題解決手段にお
いて、前記解析部は、前記第３モードに属する異物欠陥
情報を、前記第１表面情報と比較して、前記第２表面情
報に示された異物欠陥の方が大きい第４モード、ほぼ等
しい第５モード、小さい第６モードにさらに区別する。

【００１１】本発明の請求項３に係る課題解決手段にお
いて、前記解析部は、前記第４モードの異物欠陥情報数
を計数する。

【００１２】本発明の請求項４に係る課題解決手段は、
半導体ウェハ表面の異物や欠陥を検査するための装置で
あって、前記半導体ウェハ表面を表面情報として検出す
る光学部と、前記表面情報から異物欠陥の横寸法、縦寸
法及び面積を含む異物欠陥情報を検出し、前記横寸法及
び縦寸法及び面積から前記異物欠陥の細長い度合いを示
す所定の細長度を算出する解析部とを備える。

【００１３】本発明の請求項５に係る課題解決手段にお
いて、前記細長度は、前記面積を、前記横寸法の自乗と
前記縦寸法の自乗との和で割ったものに等しく、前記解
析部は、前記異物欠陥情報のうち、前記細長度が０．５
より小さい異物欠陥情報、及び、前記面積が所定の設定
値より小さい異物欠陥情報を他の異物欠陥情報と区別す
る。

【００１４】本発明の請求項６に係る課題解決手段にお
いて、前記解析部は、前記半導体ウェハ表面が金属膜の
場合、当該解析部が検出した異物欠陥のうち、前記細長
度が所定の設定値より小さい異物欠陥情報を解析対象か
ら除外する。

【００１５】本発明の請求項７に係る課題解決手段は、
前記光学部と解析部は平行して動作する。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．まず、実施の形態
１について説明する。図１は本発明の実施の形態１の異
物及びパターン欠陥検査装置を示す模式図である。異物
及びパターン欠陥検査装置は、半導体ウェハ表面の異物
や欠陥（パターン欠陥等）を検査するための装置であ
る。

【００１７】実施の形態１の異物及びパターン欠陥検査
装置は、検査ステージ１（ウェハステージ）、光学部Ｄ
及び解析部ＡＮを含む。

【００１８】検査ステージ１は半導体ウェハ２を乗せて
決められた位置に移動するためのものである。

【００１９】光学部Ｄは、顕微鏡照明光学系Ｄ１及びレ
ーザ散乱式光学系Ｄ２を含む。顕微鏡照明光学系Ｄ１
は、照明光源によって半導体ウェハ２表面を第１表面情
報（具体的には、画像の情報）として検出するためのも
のであり、レンズ系３１、検出器４１及び照明光源５１
を含む。レーザ散乱式光学系Ｄ２は、レーザ光源によっ
て半導体ウェハ２表面を第２表面情報（具体的には、レ
ーザ散乱光の強度）として検出するためのものであり、
検出器４２及びレーザ光源５２を含む。

【００２０】解析部ＡＮは、信号処理装置６１、信号処
理装置６２及びコンピュータＣＰを含む。信号処理装置
６１は、第１表面情報から半導体ウェハ２表面の異物や
欠陥（以下、異物欠陥）を第１異物欠陥情報として検出
するためのものであり、表面情報記憶回路６１ａ及び異
物欠陥情報処理回路６１ｂを含む。信号処理装置６２
は、第２表面情報から半導体ウェハ２表面の異物欠陥を
第２異物欠陥情報として検出するためのものであり、表
面情報記憶回路６２ａ及び異物欠陥情報処理回路６２ｂ
を含む。コンピュータＣＰは、信号処理装置６１及び信
号処理装置６２からの第１，第２異物欠陥情報に基づい
て、異物欠陥を総合的に解析して出力するためのもので
あり、異物欠陥判定装置７、表示装置８及びデータベー
スＤＢを含む。

【００２１】なお、信号処理装置６１及び信号処理装置
６２は、コンピュータＣＰの異物欠陥判定装置７に含ま
せても良い。

【００２２】次に、動作について説明する。

【００２３】半導体ウェハ２は、図２に示すように、複
数の半導体集積回路形成領域２１が形成されている。ま
た、パターンがない膜のみの半導体ウェハにおいても異
物及びパターン欠陥検査装置内部で仮想的にパターンが
あるものとみなすことで、同様の取り扱いが可能であ
る。

【００２４】まず、顕微鏡照明光学系Ｄ１の動作につい
て説明する。照明光源５１は、半導体ウェハ２のある半
導体集積回路形成領域２１のうち、異物欠陥を検出しよ
うとする領域Ｐに光を照射する。レンズ系３１は、半導
体ウェハ２の領域Ｐからの反射光を受け、反射光を結像
する。検出器４１は、レンズ系３１からの結像された反
射光を第１表面情報（具体的には、画像の情報）として
検出し、信号処理装置６１に出力する。レンズ系３１、
検出器４１及び照明光源５１は、以上の動作を他の半導
体集積回路形成領域２１に対して繰り返すことによっ
て、複数の第１表面情報を信号処理装置６１に出力す
る。

【００２５】次に、レーザ散乱式光学系Ｄ２の動作につ
いて説明する。レーザ散乱式光学系Ｄ２も、顕微鏡照明
光学系Ｄ１と同時に同じ領域Ｐ表面を第２表面情報（具
体的には、レーザ散乱光の強度）として検出する。レー
ザ散乱式光学系Ｄ２によれば、顕微鏡照明光学系Ｄ１と
比べて、より微細な半導体ウェハ１表面の情報を抽出す
ることができる。すなわち、レーザ光源５２は、半導体
ウェハ２のある半導体集積回路形成領域２１の領域Ｐ
（あるいはその近傍）にレーザ光を照射する。微細な異
物欠陥を抽出するため、レーザ光の幅は、およそ１〜数
μｍに細く絞る。そして、レーザ光源５２は、細いレー
ザ光を走査することによって、細いレーザ光をくまな
く、領域Ｐ（その近傍の場合は、領域Ｐと同じ面積）内
の全てに照射する。望ましくは、第１，第２異物欠陥情
報が同時に得られるように、短い時間で領域Ｐ内の全て
にレーザ光を照射する。検出器４２は、半導体ウェハ２
の領域Ｐ（もしくはその近傍）からの反射散乱光を受
け、この反射散乱光を第２表面情報として検出し、信号
処理装置６２に出力する。検出器４２及びレーザ光源５
２は、以上の動作を他の半導体集積回路形成領域２１に
対して繰り返すことによって、複数の第２表面情報を信
号処理装置６２に出力する。検出器４２が出力する第２
表面情報は、２次元の領域Ｐを走査した１次元的な情報
である。

【００２６】以上のようにして、タイプの異なる顕微鏡
照明光学系Ｄ１及びレーザ散乱式光学系Ｄ２を用いるこ
とによって、同一の領域Ｐ辺り表面の異物欠陥を第１及
び第２表面情報として検出する。

【００２７】次に、信号処理装置６１の動作について説
明する。信号処理装置６１の表面情報記憶回路６１ａ
は、複数の第１表面情報を取り込んで記憶する。異物欠
陥情報処理回路６１ｂは、表面情報記憶回路６１ａ内の
複数の第１表面情報を差分することによって、第１表面
情報から、異物欠陥に関わりそうな表面情報（画像の情
報）を抽出する。そして、異物欠陥情報処理回路６１ｂ
は、この異物欠陥に関わりそうな表面情報と予め設定さ
れた異物欠陥サイズとを比較することによって、第１表
面情報から異物欠陥を第１異物欠陥情報として抽出す
る。上記の異物欠陥サイズは、デバイスの設計ルールや
検査装置の設定感度に応じて、使用者が経験的に判断し
て適切に設定される、もしくは、異物及びパターン欠陥
検査装置が判別式に基づいて自動で設定する。

【００２８】次に、信号処理装置６２の動作について説
明する。信号処理装置６２は、１次元的な第２表面情報
を２次元的な第２表面情報（ここでは、画素配列相当の
画像の情報）に変換する。表面情報記憶回路６２ａは、
この２次元的な複数の第２表面情報を取り込んで記憶す
る。異物欠陥情報処理回路６２ｂは、表面情報記憶回路
６２ａ内の複数の第２表面情報を差分することによっ
て、第２表面情報から、異物欠陥に関わりそうな表面情
報を抽出する。そして、異物欠陥情報処理回路６２ｂ
は、この異物欠陥に関わりそうな表面情報と予め設定さ
れた異物欠陥サイズとを比較することによって、第２表
面情報から異物欠陥を第２異物欠陥情報として抽出す
る。上記の異物欠陥サイズは、デバイスの設計ルールや
検査装置の設定感度に応じて使用者が設定する、もしく
は、異物及びパターン欠陥検査装置が判別式に基づいて
自動で設定する。

【００２９】第１及び第２異物欠陥情報は、例えば、図
３及び図４に示すような表面情報及びパラメータである
面積Ｓ、横方向の寸法Ｘ、縦方向の寸法Ｙを含む。図３
は比較的に丸い欠陥Ａを示し、図４は比較的に細長い欠
陥Ｂを示す。面積Ｓは異物欠陥が存在する画素ブロック
の総数、面積Ｘは横方向の異物欠陥が存在する画素ブロ
ックの総数、寸法Ｙは縦方向の異物欠陥が存在する画素
ブロックの総数である。

【００３０】コンピュータＣＰの異物欠陥判定装置７
は、第１及び第２異物欠陥情報に基づいて、異物欠陥を
総合的に解析する。

【００３１】以上のように、異物欠陥は顕微鏡照明光学
系Ｄ１及びレーザ散乱式光学系Ｄ２によって検出される
ので、異物欠陥判定装置７は、図５に示すように、顕微
鏡照明光学系Ｄ１及びレーザ散乱式光学系Ｄ２によって
検出された全ての異物欠陥の集合Ｕを３つのモード（集
合）Ｕ１，Ｕ２，Ｕ１２に容易に区別することができ
る。

【００３２】また、図１２の異物及びパターン欠陥検査
装置では、散乱光検出器３４及び撮像装置４５は同時に
動作せず、散乱光検出器３４が異物５の座標位置を特定
し、ホストコンピュータ３６等が通常の異物欠陥検査を
実施した後、撮像装置４５がその座標位置の異物５を検
出（撮像）する。このため、検査に要する時間が長くな
る。一方、実施の形態１の異物及びパターン欠陥検査装
置では、顕微鏡照明光学系Ｄ１及びレーザ散乱式光学系
Ｄ２は、上述のように、同一の異物欠陥を同時に検出す
る。これによって、検査に要する時間を短くすることが
できる。

【００３３】モードＵ１は第１表面情報のみに示された
異物欠陥情報の集合、モードＵ２は第２表面情報のみに
示された異物欠陥情報の集合、モードＵ１２は第１及び
第２表面情報の両方に示された異物欠陥情報の集合であ
る。

【００３４】さらに、望ましくは、異物欠陥判定装置７
はモードＵ１，Ｕ２，Ｕ１２をさらに下位のモードに区
別する。

【００３５】例えば、図５では、モードＵ１は膜中異物
欠陥モードＢｄ及びシミ異物欠陥モードＳｐを含む。モ
ードＵ２は異物欠陥候補モードＮｄを含む。モードＵ１
２は表面異物付着モードＰａ、異物付きパターン欠陥モ
ードＰｐ、パターン欠陥モードＰｄを含む。

【００３６】まず、モードＵ１の膜中異物欠陥モードＢ
ｄ及びシミ異物欠陥モードＳｐについて説明する。顕微
鏡照明光学系Ｄ１は、目的の膜上の異物欠陥以外にも、
膜中の異物欠陥（膜中異物欠陥）や僅かに色の違うシミ
（シミ異物欠陥）も検出する。そこで、異物欠陥判定装
置７は、モードＵ１に当てはまる異物欠陥のうち、予め
設定された設定値（例えば約３μｍ）以下のものを膜中
異物欠陥モードＢｄ、それ以外のものをシミ異物欠陥モ
ードＳｐとして判定する。

【００３７】次に、モードＵ１２の表面異物付着モード
Ｐａ、異物付きパターン欠陥モードＰｐ及びパターン欠
陥モードＰｄについて説明する。顕微鏡照明光学系Ｄ１
によって検出された画像は、半導体ウェハ２を真上から
見たものなので、寸法が実際の寸法に等しくなる。しか
し、レーザ散乱式光学系Ｄ２によって検出された画像
は、レーザ光源５２を斜方入射するため、パターンの像
が長く伸びるように映り、パターン形状によっては（例
えば背が高いと）寸法が実際の寸法よりも大きくなる。
異物欠陥が存在するパターンが高いほど、その異物欠陥
はこのパターンに対して致命異物欠陥となる可能性が高
い。この性質を利用して、異物欠陥判定装置７は、第１
表面情報からの異物欠陥の大きさＩｓ（異物欠陥の寸法
Ｘ、寸法Ｙ、または面積Ｓ）と比較して、第２表面情報
からの異物欠陥の大きさＰｓ（異物欠陥の寸法Ｘ、寸法
Ｙ、または面積Ｓ）の方が大きい表面異物付着モードＰ
ａ、ほぼ等しい異物付きパターン欠陥モードＰｐ、小さ
いパターン欠陥モードＰｄに区別する。これによって、
致命異物欠陥の可能性が高い異物欠陥を表面異物付着モ
ードＰａ、致命異物欠陥の可能性が中程度の異物欠陥を
異物付きパターン欠陥モードＰｐ、致命異物欠陥の可能
性が低い異物欠陥をパターン欠陥モードＰｄに割り当て
ることができる。

【００３８】次に、レーザ散乱式光学系Ｄ２の異物欠陥
候補モードＮｄについて説明する。異物欠陥候補モード
Ｎｄは、レーザ散乱式光学系Ｄ２によって検出された異
物欠陥のうち、モードＵ１２に当てはまらないものであ
る。よって、異物欠陥判定装置７は、検出された多数の
異物欠陥Ｕのうち、モードＵ１，Ｕ１２に当てはまらな
い異物欠陥を異物欠陥候補モードＮｄとして判定する。
レーザ散乱式光学系Ｄ２では、検出器４２による反射散
乱光の検出感度を上げると、目的の異物欠陥以外にも、
半導体ウェハ２表面の単なる荒れ、半導体ウェハ２表面
に形成されたパターンのエッジ形状の単なる乱れ等も異
物欠陥として検出されてしまう。このような異物欠陥が
異物欠陥候補モードＮｄに当てはまることになる。

【００３９】以上のように、顕微鏡照明光学系Ｄ１及び
レーザ散乱式光学系Ｄ２によって異物欠陥を検出するこ
とによって、異物欠陥を様々なモードに区別することが
できる。このモードを用いることによって、製品の品
質、プロセス、歩留まりを容易に管理できる。

【００４０】また、顕微鏡照明光学系Ｄ１とレーザ散乱
式光学系Ｄ２とを単に組み合わせるだけではない。顕微
鏡照明光学系Ｄ１とレーザ散乱式光学系Ｄ２との性質の
違いを巧みに利用する。例えば、上述のように、顕微鏡
照明光学系Ｄ１によって検出された画像の寸法とレーザ
散乱式光学系Ｄ２によって検出された画像の寸法との違
いによって、致命異物欠陥の可能性が高い異物欠陥を表
面異物付着モードＰａ、致命異物欠陥の可能性が中程度
の異物欠陥を異物付きパターン欠陥モードＰｐ、致命異
物欠陥の可能性が低い異物欠陥をパターン欠陥モードＰ
ｄに割り当てることができる。このことは、顕微鏡照明
光学系Ｄ１とレーザ散乱式光学系Ｄ２とを単に組み合わ
せただけではできない。また、顕微鏡照明光学系Ｄ１
は、検査に必要とする時間が長いという欠点があるが、
窪み状の異物欠陥、シミ状の異物欠陥、パターンとパタ
ーンとをショートさせるショート異物欠陥、パターンの
段差の底部に隠れた異物欠陥を検出する感度が良いとい
う長所がある。逆に、レーザ散乱式光学系Ｄ２は、散乱
光が弱くなるため、それらの異物欠陥を検出する感度が
悪いあるいは検出できないという欠点があるが、検査す
る時間が短いという長所がある。顕微鏡照明光学系Ｄ１
及びレーザ散乱式光学系Ｄ２が互いに短所を補うことに
よって、効率の良い検査が可能となる。

【００４１】なお、光学部Ｄは半導体ウェハ２の領域Ｐ
以外の領域に対しても動作を行う。光学部Ｄが動作して
いる間、コンピュータＣＰの異物欠陥判定装置７は、光
学部Ｄからの第１及び第２異物欠陥情報を総合的に解析
する。このように、光学部ＤとコンピュータＣＰとが平
行して動作することによって、光学部Ｄの半導体ウェハ
２に対する全動作が終了して直ぐに、半導体ウェハ２に
対する解析結果を得ることができる。

【００４２】コンピュータＣＰは、以上のようなモード
等の解析結果をデータベースＤＢに保存し、必要に応じ
て、表示装置８に表示する。

【００４３】１つの異物欠陥に対する上記の解析結果を
構成する異物欠陥情報の例を図６に示す。１つの異物欠
陥情報は、上記のモードの他、異物欠陥を識別するため
の異物欠陥番号、図３や図４のような表面情報、この異
物欠陥を検出した光学系（顕微鏡照明光学系Ｄ１あるい
はレーザ散乱式光学系Ｄ２）、各光学系毎の異物欠陥の
寸法Ｘ、異物欠陥の縦方向の寸法Ｙ、異物欠陥の面積
Ｓ、レーザ散乱光強度、異物欠陥の半導体ウェハ２上で
の座標で構成される。

【００４４】半導体ウェハ２上の多数の異物欠陥が全て
致命異物欠陥になるとは限らない。

【００４５】例えば、極端に小さい異物欠陥（以下、極
小異物欠陥）は致命異物欠陥にならない可能性が高い。
致命異物欠陥にならない程、異物欠陥が小さいかどうか
は図６の異物欠陥情報の面積から知ることができる。特
に、パターン欠陥モードＰｄ（大きさＰｓ＜大きさＩ
ｓ）の異物欠陥は、致命異物欠陥である可能性が低い
（実施の形態３で詳述）。

【００４６】以上のように、異物欠陥情報から、異物欠
陥が致命異物欠陥であるかどうかを知ることができる。
これによって、例えば、多数の異物欠陥情報のうち、致
命異物欠陥である表面異物付着モードＰａの異物欠陥情
報数を計数し、致命異物欠陥数の傾向を求める（ライン
モニター）ことで、歩留まりを精度良く予測することが
できる。

【００４７】実施の形態２．致命異物欠陥になる可能性
を判断すべき欠陥のモードには、極小異物欠陥の他に、
細長い異物欠陥（以下、細長異物欠陥）がある。致命異
物欠陥にならないが細長い異物欠陥かどうかは図６の異
物欠陥情報のみでは分からない。

【００４８】そこで、異物欠陥判定装置７は、異物欠陥
の細長い度合いを示す細長度を算出して図６の異物欠陥
情報に含ませる。これによって、致命異物欠陥にならな
い異物欠陥かどうかを異物欠陥情報から知ることができ
る。

【００４９】細長度は、例えば次の式１を用いて算出す
ればよい。

【００５０】 Ｇｅ＝Ｓ／（Ｘ²＋Ｙ²） ……… （式１） つまり、式１では、細長度Ｇｅは、面積Ｓを、寸法Ｘの
自乗と寸法Ｙの自乗との和で割ったものに等しい。

【００５１】一例として図３の欠陥Ａと図４の欠陥Ｂと
を用いて説明する。欠陥Ａの横方向及び縦方向は欠陥Ｂ
のそれらに等しい。図３では、Ｓ＝２５、Ｘ＝Ｙ＝５な
ので、細長度Ｇｅは０．５になる。図４では、Ｓ＝９、
Ｘ＝Ｙ＝５なので、細長度Ｇｅは０．１４になる。細長
度Ｇｅが小さいほど、異物欠陥は細長いことになる。こ
の細長度Ｇｅによって、欠陥Ｂは欠陥Ａに比べて非常に
細長く、致命異物欠陥になる可能性は非常に低いことが
分かる。

【００５２】以上のように、異物欠陥情報に細長度を含
ませることによって、異物欠陥が細長異物欠陥であるか
どうかを知ることができる。これによって、異物欠陥情
報から、異物欠陥が致命異物欠陥であるかどうかを精度
良く知ることができ、歩留まりをさらに精度良く予測す
ることができる。

【００５３】実施の形態３．実施の形態３では、極小異
物欠陥、細長異物欠陥についてさらに詳しく説明する。

【００５４】図７は実施の形態３の異物及びパターン欠
陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

【００５５】異物及びパターン欠陥検査装置は、まず、
検出された異物欠陥を各モードに区別し（ステップＳ３
ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ３ｂａ，Ｓ３ｅ，Ｓ３ｇ）、各モードで
区別した異物欠陥が致命異物欠陥であるかどうかを判断
する（ステップＳ３ｃ，Ｓ３ｄ，Ｓ３ｆ，Ｓ３ｈ，Ｓ３
ｉ）。以下、極小異物欠陥の判別、細長異物欠陥の判別
に分けて説明する。

【００５６】（細長異物欠陥）細長異物欠陥には、グレ
インや、スクラッチ欠陥と呼ばれる引っかき傷が含まれ
る。

【００５７】グレインは、例えばアルミ膜の細長い結晶
粒界のようなものを言い、面積も小さく、かつ、細長い
線状であり、致命異物欠陥ではない。

【００５８】引っかき傷は、例えばＣＭＰによって付け
られた傷を言い、細長いが面積が大きく、致命異物欠陥
である可能性が高い。

【００５９】以上のように、顕微鏡照明光学系Ｄ１及び
レーザ散乱式光学系Ｄ２が検出した細長異物欠陥はグレ
インか引っかき傷に分類できる。

【００６０】そこで、異物欠陥判定装置７は、異物欠陥
が小さい細長異物欠陥か大きな細長欠陥かどうかを判断
して（ステップＳ３ｂ）、異物欠陥が小さな細長異物欠
陥であれば（ステップＳ３ｂａ）、この異物欠陥を致命
異物欠陥でないと判断し（ステップＳ３ｃ）、そうでな
ければ、致命異物欠陥と判断する（ステップＳ３ｄ）。
グレインなどの致命にならない小さい細長欠陥は数画素
分の面積しか持たない小さな欠陥である。

【００６１】ステップＳ３ｂにおいて、異物欠陥が細長
異物欠陥であるかどうかは、例えば次のようにして判断
することができる。

【００６２】Ｇｅ＜Ｇ１ ……… （式２） Ｇ１は予め設定された設定値であり、サンプル試験によ
って使用者が設定する。また、ステップＳ３ｂａにおい
て、大きい細長欠陥かどうかは面積Ｓから判断できる。

【００６３】例えば、設定値Ｇ１を０．５に設定する。
図３の場合、式２を満たさないので、異物欠陥判定装置
７は、図３の欠陥Ａは細長異物欠陥ではなく、致命異物
欠陥であると判断する。一方、図４の場合、式２を満た
すので、異物欠陥判定装置７は、図４の欠陥Ｂは細長異
物欠陥であり、次に面積Ｓを吟味する。面積Ｓが設定値
よりも小さければ、致命異物欠陥でないと判断する。

【００６４】また、引っかき傷は、連続線の場合だけで
なく、点線状の場合もある。

【００６５】例えば、図８のように、複数の異物欠陥Ｃ
が離れていれば、複数の異物欠陥Ｃはそれぞれ互いに独
立した異物欠陥と考えられる。しかし、図９のように、
複数の異物欠陥Ｃが接近していれば、複数の異物欠陥Ｃ
は、１つの点線状の引っかき傷を構成していると考えら
れる。

【００６６】以上のように、点線状の引っかき傷を考慮
して、ステップＳ３ｂの前に、異物欠陥判定装置７は、
互いに接近している複数の異物欠陥Ｃがあれば、これら
を１つの異物欠陥とみなす（ステップＳ３ａ、クラスタ
リング処理）。以下、具体的な例を用いて説明する。

【００６７】まず、異物欠陥判定装置７は、ある異物欠
陥Ｃを中心として、予め設定された距離（例えば、２画
素ブロック分）内に存在する別の異物欠陥Ｃを検出す
る。別の異物欠陥Ｃがあれば、異物欠陥判定装置７は、
この別の異物欠陥を中心として、前述の距離内に存在す
るさらに別の異物欠陥Ｃを検出する。異物欠陥判定装置
７は、このような動作を繰り返すことによって、図９の
互いに接近している複数の異物欠陥Ｃを１つの異物欠陥
ＣＣとみなす（ステップＳ３ａ）。図９の異物欠陥ＣＣ
は、Ｓ＝７、Ｘ＝８、Ｙ＝７なので、細長度Ｇｅは約
０．０６２になる。よって、図９の場合、式２を満たす
ので、異物欠陥判定装置７は、図９の欠陥ＣＣは大きな
細長異物欠陥であり、致命異物欠陥であると判断する
（ステップＳ３ｃ）。

【００６８】ステップＳ３ｃにおいて欠陥が小さく致命
異物欠陥でないと判断された異物欠陥には、細長微小異
物欠陥フラグが付加される。

【００６９】このように、細長異物欠陥の面積Ｓが設定
値と比べて大きければ致命異物欠陥であり、そうでなけ
れば致命異物欠陥と判断する。

【００７０】ステップＳ３ｄにおいて致命異物欠陥であ
ると判断された異物欠陥には、パーティクル異物欠陥フ
ラグが付加される。

【００７１】以上が細長異物欠陥についてである。

【００７２】（極小異物欠陥）表面異物付着モードＰａ
（大きさＰｓ＞大きさＩｓ）の異物欠陥は、高さ（例え
ば図３や図４で示したような、Ｘ−Ｙ平面の垂直方向
（Ｚ方向）の寸法）を持つパターンを破壊した致命異物
欠陥と考えられ、致命異物欠陥となる可能性が高い。

【００７３】逆に、パターン欠陥モードＰｄの異物欠陥
は、窪み状の微小な引っかき傷と考えられ、致命異物欠
陥となる可能性は低い。

【００７４】そこで、異物欠陥判定装置７は、同一の異
物欠陥に対して検出された大きさＰｓと大きさＩｓとを
比較し（ステップＳ３ｇ）、大きさＰｓが大きさＩｓよ
り大きければ、この異物欠陥を致命異物欠陥であると判
断し（ステップＳ３ｈ）、逆に、大きさＰｓが大きさＩ
ｓより小さければ、この異物欠陥を致命異物欠陥でない
と判断する（ステップＳ３ｉ）。

【００７５】しかし、たとえ、大きさＰｓが大きさＩｓ
よりも大きくても、大きさＰｓが極端に小さければ、こ
の異物欠陥は、致命異物欠陥になる可能性が低く、高さ
のない低い段差状の異物欠陥あるいはシミ状の異物欠陥
であると考えられる。

【００７６】そこで、ステップＳ３ｇの前に、異物欠陥
判定装置７は、大きさＰｓと予め設定された設定値とを
比較し（ステップＳ３ｅ）、大きさＰｓが設定値より小
さければ、この異物欠陥を致命異物欠陥でないと判断す
る（ステップＳ３ｆ）。

【００７７】ステップＳ３ｉにおいて致命異物欠陥でな
いと判断された異物欠陥には、窪み異物欠陥フラグが付
加される。

【００７８】ステップＳ３ｆにおいて致命異物欠陥でな
いと判断された異物欠陥には、低段差シミ異物欠陥フラ
グが付加される。

【００７９】ステップＳ３ｈにおいて致命異物欠陥であ
ると判断された異物欠陥には、パターン破壊異物欠陥フ
ラグが付加される。

【００８０】以上が極小異物欠陥についてである。

【００８１】最後に、異物欠陥判定装置７は、フラグ別
に異物欠陥を集計して、この集計結果を例えば表示装置
８に表示出力させたり、致命異物欠陥と判断された異物
欠陥をデータベースＤＢに管理出力したりする（ステッ
プＳ３ｊ）。

【００８２】以上のように、異物欠陥判定装置７は、ス
テップＳ３ｃ，Ｓ３ｆ，Ｓ３ｉで致命異物欠陥でないと
判断された異物欠陥情報を他の異物欠陥情報（つまり、
ステップＳ３ｄ及びＳ３ｈで致命異物欠陥であると判断
された異物欠陥情報）と自動的に区別する。これによっ
て、異物及びパターン欠陥検査装置によって半導体ウェ
ハ２を検査した後、直ちに、致命異物欠陥があるかどう
かを例えばプロセスの管理者が知ることができる。ま
た、致命異物欠陥の程度は致命異物欠陥の個数であらわ
されるので、管理者のみならず、製造プロセスを管理す
るプロセスモニターによっても、歩留まり低下の原因が
生じていることを知ることができる。これによって、プ
ロセスモニターは例えばプロセスの管理者に、歩留まり
低下が生じている旨を自動的に知らせることができ、よ
って、歩留まり低下を迅速に抑えることができる。ま
た、検出した異物欠陥の形状や大きさの特徴から、製造
ラインのどの装置が歩留りに悪影響を及ぼしているかを
判定することができる。この判定は、コンピュータＣＰ
内で自動で行い、使用者はコンピュータＣＰからのアラ
ームで異常を知るようなシステムが構築できる。

【００８３】実施の形態４．例えば、熱処理アルミ膜の
ように、表面のモホロジーの悪い膜種から異物欠陥を高
感度で検出すると、例えば数千から数万というように莫
大な数の異物欠陥が検出される。しかし、この莫大な数
の異物欠陥のうちのほとんどが微小な細長欠陥で分類で
きるグレインであり、莫大な数のグレインの中にごく僅
かの致命異物欠陥が埋もれている場合がある。このよう
な場合、検出した異物欠陥の数や大きさだけでは、莫大
な数のグレインとごく僅かの埋もれている致命異物欠陥
との区別が不可能なので、管理者が観察してグレインと
致命異物欠陥との区別を行っていた。しかし、管理者が
莫大な数の異物欠陥を所定時間内で区別するのも限界が
あり、せいぜい検出された異物欠陥の数が数百個の場合
が限界である。異物欠陥の数が数千個を越えると、管理
者はグレイン中に埋もれた致命異物欠陥を見逃してしま
うことが多く、全ての異物欠陥の全体像を所定時間内に
把握するのは非常に困難である。

【００８４】そこで、実施の形態４では、半導体ウェハ
２表面が熱処理アルミ膜のような金属膜の場合、異物欠
陥判定装置７は、異物欠陥がグレインかどうかを判断す
る。

【００８５】図１０は実施の形態４の異物及びパターン
欠陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

【００８６】異物欠陥判定装置７は、異物欠陥がグレイ
ンかどうかを判断する（ステップＳ４ａ）。そして、異
物欠陥判定装置７は、顕微鏡照明光学系Ｄ１及びレーザ
散乱式光学系Ｄ２によって検出された異物欠陥のうち、
グレインと判断した異物欠陥情報を放棄、つまり、解析
対象から除外し（ステップＳ４ｂ）、グレインと判断さ
れなかった異物欠陥をそのまま保存する（ステップＳ４
ｃ）。

【００８７】以上のように、多数の異物欠陥情報のう
ち、グレインの異物欠陥情報を解析対象から除外するこ
とによって、異物欠陥情報が大幅に減少し、その分、精
度の良い解析を行うことができる。

【００８８】ステップＳ４ａにおいて、異物欠陥がグレ
インかどうかは、例えば次のようにして判断することが
できる。

【００８９】Ｇｅ＜Ｇ２ ……… （式３） Ｇ２は予め設定された上限の設定値であり、それぞれサ
ンプル試験によって使用者が経験的に設定する。

【００９０】例えば、設定値Ｇ２を０．２に設定する。
図３の場合、式２を満たさないので、異物欠陥判定装置
７は、図３の欠陥Ａが細長くなく、グレインでないと判
断する。一方、図４の場合、式２を満たすので、異物欠
陥判定装置７は、図４の欠陥Ｂが細長く、グレインであ
ると判断する。

【００９１】あるいは、例えば次のようにして判断する
ことができる。

【００９２】Ｇ３＜Ｇｅ＜Ｇ２ ……… （式４） Ｇ３は予め設定された下限の設定値であり、それぞれサ
ンプル試験によって使用者が経験的に設定する。

【００９３】例えば、設定値Ｇ２を０．２、設定値Ｇ３
を０．１に設定する。図４の場合、式２を満たすので、
異物欠陥判定装置７は、図４の欠陥Ｂが細長く、グレイ
ンであると判断する。

【００９４】また、顕微鏡照明光学系Ｄ１によって検出
された異物欠陥よりも、レーザ散乱式光学系Ｄ２によっ
て検出された異物欠陥の方がグレインである可能性が高
い。よって、望ましくは、ステップＳ４ａにおいて、グ
レインかどうかを判断する異物欠陥をレーザ散乱式光学
系Ｄ２によって検出されたものに限定すれば、異物欠陥
がグレインかどうかを判断する精度を上げることができ
る。

【００９５】さらに、細長度Ｇｅから異物欠陥がグレイ
ンであると判断されるとしても、異物欠陥が非常に大き
ければ、パターンを破壊する致命異物欠陥である可能性
があることも否定できない。よって、望ましくは、ステ
ップＳ４ａにおいて、異物欠陥の大きさと設定値とを比
較し、異物欠陥の大きさが設定値より大きければ、この
異物欠陥をグレインでないと判断した方がよい。

【００９６】上記を鑑み、ステップＳ４ａの一例を図１
１に示す。まず、異物欠陥判定装置７は、顕微鏡照明光
学系Ｄ１及びレーザ散乱式光学系Ｄ２によって検出され
た異物欠陥のうち、レーザ散乱式光学系Ｄ２によって検
出された異物欠陥を抽出する（ステップＳ４ａａ）。

【００９７】次に、異物欠陥判定装置７は、レーザ散乱
式光学系Ｄ２によって検出された大きさＰｓの各々と、
予め設定された設置値（例えば０．５μｍ）とを比較す
る（ステップＳ４ａｂ）。異物欠陥判定装置７は、大き
さＰｓが配線の幅（例えば０．５μｍ）を越えれば、グ
レインでないと判断して、この異物欠陥を保存する（ス
テップＳ４ｃ）。

【００９８】また、図７のステップＳ３ｅ同様、大きさ
Ｐｓが極端に小さければ、この異物欠陥は、致命異物欠
陥になる可能性が低く、高さのない低い段差状の異物欠
陥あるいはシミ状の異物欠陥であると考えられる。そこ
で、異物欠陥判定装置７は、大きさＰｓの各々と、予め
設定された設定値（例えば０．１μｍ）とを比較する
（ステップＳ４ａｃ）。異物欠陥判定装置７は、大きさ
Ｐｓが０．１μｍより小さければ、この異物欠陥情報を
放棄する（ステップＳ４ｂ）。

【００９９】以上のように、異物欠陥判定装置７は、ス
テップＳ４ａｂ，Ｓ４ａｃによって、予め設定された範
囲内（例えば、０．１μｍ〜０．５μｍ）の異物欠陥を
抽出する。

【０１００】次に、異物欠陥判定装置７は、予め設定さ
れた範囲内の異物欠陥がグレインかどうかを判断する
（ステップＳ４ａｂ）。異物欠陥がグレインかどうかの
判断は、例えば上記図１０のステップＳ４ａでの説明と
同様にすればよい。そして、異物欠陥判定装置７は、グ
レインと判断（ステップＳ４ａｅ）した異物欠陥情報を
放棄し（ステップＳ４ｂ）、グレインと判断されなかっ
た異物欠陥を保存する（ステップＳ４ｃ）。

【０１０１】以上のように、図１０のステップＳ４ａの
ように単に細長度Ｇｅのみから異物欠陥がグレインかど
うかを判断するのではなく、図１１のように、異物欠陥
の細長度Ｇｅ及び大きさも考慮して、異物欠陥がグレイ
ンかどうかを判断する。これによって、多数の異物欠陥
情報のうちのグレインの異物欠陥情報を放棄する精度が
良くなる。

【０１０２】変形例．なお、本発明は、少なくとも、光
学部Ｄが半導体ウェハ２表面を表面情報として検出し、
解析部ＡＮが表面情報から異物欠陥の横寸法、縦寸法及
び面積を含む異物欠陥情報を検出し、横寸法及び縦寸法
及び面積から前記異物欠陥の細長度を算出するように構
成してもよい。よって、例えば、顕微鏡照明光学系Ｄ１
及び信号処理装置６１と、レーザ散乱式光学系Ｄ２及び
信号処理装置６２とのいずれか一方を省略しても良い。

【０１０３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、異物欠
陥は顕微鏡照明光学系もしくはレーザ散乱式光学系によ
って検出されるので、解析部は全ての異物欠陥情報を３
つのモードに容易に区別することができる。このモード
を用いることによって、製品の品質、プロセス、歩留ま
りを容易に管理できる。

【０１０４】請求項２に記載の発明によれば、照明光学
系とレーザ光学系との性質の違いによって、例えば、歩
留まりに悪影響を与える可能性が高い異物欠陥情報を第
４モード、前記可能性が中程度の異物欠陥情報を第５モ
ード、前記可能性が低い異物欠陥情報を第６モードに割
り当てることができる。

【０１０５】請求項３に記載の発明によれば、解析部が
計数した異物欠陥情報数から、歩留まりを精度良く予測
することができる。

【０１０６】請求項４に記載の発明によれば、細長度か
ら、異物欠陥が歩留まりに悪影響を及ぼす可能性が低い
かどうかを知ることができ、歩留まりを精度良く予測す
ることができる。

【０１０７】請求項５に記載の発明によれば、歩留まり
に悪影響を及ぼす可能性の低い細長い、あるいは極端に
小さい異物欠陥を知ることができ、歩留まりをさらに精
度良く予測することができる。

【０１０８】請求項６に記載の発明によれば、半導体ウ
ェハ表面が金属膜の場合、非常に多くのグレインが異物
欠陥として検出される可能性がある。そこで、細長度が
設定値以下の異物欠陥情報を解析対象から除外すること
によって、その分、精度の良い解析を行うことができ
る。

【０１０９】請求項７に記載の発明によれば、光学部の
半導体ウェハに対する全動作が終了して直ぐに、半導体
ウェハに対する解析結果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の異物及びパターン欠
陥検査装置を示す模式図である。

【図２】 半導体ウェハの例を示す平面図である。

【図３】 本発明の実施の形態１の表面情報の一例を示
す図である。

【図４】 本発明の実施の形態１の表面情報の一例を示
す図である。

【図５】 本発明の実施の形態１の３つのモードの関係
を示すベン図である。

【図６】 本発明の実施の形態１の異物欠陥情報の一例
を示すデータ構造図である。

【図７】 本発明の実施の形態３の異物及びパターン欠
陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

【図８】 本発明の実施の形態３の表面情報の一例を示
す図である。

【図９】 本発明の実施の形態３の表面情報の一例を示
す図である。

【図１０】 本発明の実施の形態４の異物及びパターン
欠陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

【図１１】 本発明の実施の形態４の異物及びパターン
欠陥検査装置の動作を示すフローチャートである。

【図１２】 従来の異物及びパターン欠陥検査装置を示
す模式図である。

【符号の説明】

Ｄ１ 顕微鏡照明光学系、Ｄ２ レーザ散乱式光学系、
Ｄ 光学部、ＡＮ 解析部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA23 AA58 AA61 BB01 CC19 DD06 FF01 FF41 GG02 GG04 GG12 HH03 HH04 HH12 HH13 HH16 JJ03 JJ05 JJ26 KK02 LL61 MM02 MM16 PP22 QQ03 QQ04 QQ21 RR05 SS04 UU05 2G051 AA51 AB01 AB02 BA10 BB20 CA03 CA04 CA07 DA07 EA08 EA11 EB01 EC01 ED08 ED21 FA01 4M106 AA01 BA04 BA05 BA20 CA39 CA41 DB04 DB08 DB11 DB19 DB21 DJ11 DJ14 DJ18 DJ21 DJ23

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハ表面の異物や欠陥を検査す
   るための装置であって、 顕微鏡照明を用いて前記半導体ウェハ表面を撮像するこ
   とによって前記半導体ウェハ表面を第１表面情報として
   検出する顕微鏡照明光学系、レーザ光を用いて前記半導
   体ウェハからのレーザー散乱光を検出することによって
   前記半導体ウェハ表面を第２表面情報として検出するレ
   ーザ散乱式光学系を含む光学部と、 前記第１表面情報及び第２表面情報から異物欠陥情報を
   検出し、前記異物欠陥情報を、前記第１表面情報のみに
   示された第１モード、前記第２表面情報のみに示された
   第２モード、前記第１及び第２表面情報の両方に示され
   た第３モードに区別する解析部と、を備えた異物及びパ
   ターン欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記解析部は、前記第３モードに属する
   異物欠陥情報を、前記第１表面情報と比較して、前記第
   ２表面情報に示された異物欠陥の方が大きい第４モー
   ド、ほぼ等しい第５モード、小さい第６モードにさらに
   区別する請求項１記載の異物及びパターン欠陥検査装
   置。
3. 【請求項３】 前記解析部は、 前記第４モードの異物欠陥情報数を計数する請求項２記
   載の異物及びパターン欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 半導体ウェハ表面の異物や欠陥を検査す
   るための装置であって、 前記半導体ウェハ表面を表面情報として検出する光学部
   と、 前記表面情報から異物欠陥の横寸法、縦寸法及び面積を
   含む異物欠陥情報を検出し、前記横寸法及び縦寸法及び
   面積から前記異物欠陥の細長い度合いを示す所定の細長
   度を算出する解析部と、を備えた異物及びパターン欠陥
   検査装置。
5. 【請求項５】 前記細長度は、 前記面積を、前記横寸法の自乗と前記縦寸法の自乗との
   和で割ったものに等しく、 前記解析部は、 前記異物欠陥情報のうち、前記細長度が０．５より小さ
   い異物欠陥情報、及び、前記面積が所定の設定値より小
   さい異物欠陥情報を他の異物欠陥情報と区別する請求項
   ４記載の異物及びパターン欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 前記解析部は、 前記半導体ウェハ表面が金属膜の場合、当該解析部が検
   出した異物欠陥のうち、前記細長度が所定の設定値より
   小さい異物欠陥情報を解析対象から除外する請求項４又
   は５記載の異物及びパターン欠陥検査装置。
7. 【請求項７】 前記光学部と解析部は平行して動作する
   請求項１から６までのいずれかに記載の異物及びパター
   ン欠陥検査装置。