JP2002257533A - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents

欠陥検査装置およびその方法

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JP2002257533A JP2001056547A JP2001056547A JP2002257533A JP 2002257533 A JP2002257533 A JP 2002257533A JP 2001056547 A JP2001056547 A JP 2001056547A JP 2001056547 A JP2001056547 A JP 2001056547A JP 2002257533 A JP2002257533 A JP 2002257533A
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加
工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣ
ＭＰなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に
生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する異物と
を弁別して検査することができるようにした欠陥検査装
置およびその方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、研磨または研削された絶縁膜
の表面に発生したスクラッチや異物に対してほぼ同じ光
束で落射照明と斜方照明とを行い、該落射照明時と斜方
照明時との間において浅いスクラッチと異物とから発生
する散乱光強度の比率等の相関関係に基いて浅いスクラ
ッチと異物とを弁別しすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造や磁気
ヘッド製造をする際に用いられる研磨または研削加工技
術による平坦化加工工程において生じるスクラッチや粒
子状の異物等の欠陥を弁別して検査する欠陥検査装置お
よびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】回路パターンが形成された半導体ウエハ
上に付着した異物を回路パターンと弁別して検査する従
来技術としては、特開平３−１０２２４８号公報（従来
技術１）および特開平３−１０２２４９号公報（従来技
術２）が知られている。即ち、従来技術１および２に
は、斜方照明により半導体基板上の異物を強調させて第
１の光電変換素子で検出し、かつ落射照明により上記半
導体基板上の背景である回路パターンのエッジを強調し
て第２の光電変換素子で検出し、上記第１の光電変換素
子から得られる異物検出信号を上記第２の光電変換素子
から得られる検出信号で除算等をすることにより、異物
検出信号を強調して上記異物を検出することが記載され
ている。
【０００３】また、シリコンウエハの表面に付着した異
物と該表面に存在する結晶欠陥とを分離して検査する従
来技術としては、特開平９−３０４２８９号公報（従来
技術３）が知られている。即ち、この従来技術３には、
シリコンウエハの表面を基準とした仰角が３０°以下の
角度をなす低角度受光系と、これよりも大きな仰角の高
角度受光系とを有し、レーザ光を上記シリコンウエハの
表面に対してほぼ垂直に照射することによって得られる
散乱光を上記低角度受光系と上記高角度受光系とが受光
し、上記高角度受光系でのみ受光されるものを結晶欠陥
とし、上記低角度受光系および上記高角度受光系で受光
されるものを付着異物として弁別して検査することが記
載されている。
【０００４】また、半導体ウエハの表面に存在する異物
や傷を、回路パターンを作成する際障害とならない微小
な点状の凹部を誤認すること無く区別して検査する従来
技術としては、特開平１１−１４２１２７号公報（従来
技術４）が知られている。即ち、従来技術４には、２つ
の異なる波長の照明光の各々を互いに異なる低入射角度
と高入射角度とで、半導体ウエハの表面上の同一点に対
して集光して照射し、該集光点からの散乱光を２波長別
々に受光して光電変換し、各々の信号の強度差、即ち、
点状の凹部からは低入射角度の照明光による散乱光強度
が弱められることを利用して、半導体ウエハの表面に存
在する異物や傷と点状の凹部とを区別して検査すること
が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体製造
や磁気ヘッド製造をする際に被加工対象物（例えば絶縁
膜）に対して用いられる平坦化加工技術としては、代表
的なものとしてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g）がある。このＣＭＰは、研磨パッド上にシリカ等の
遊離砥粒を散布し、被加工対象物の表面を研磨加工する
平坦化技術である。また、平坦化加工技術としては、研
磨パッドにダイヤ等の固定砥粒を埋め込み同様に研削加
工を行う研削加工技術が用いられる場合もある。これら
の研磨または研削加工技術においては、研磨または研削
後被加工対象物（例えば半導体基板（ウエハ）上の絶縁
膜）の表面には研磨または研削傷である様々な形状を有
するスクラッチを生じることがある。このように半導体
製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物の表面に
様々な形状を有するスクラッチを生じると、その上に形
成する配線においてエッチングが不充分となり短絡など
の不良原因になる。そこで、研磨または研削後のウエハ
研磨面または研削面を観察して様々な形状を有するスク
ラッチの発生状況を監視し、多発する場合にはスクラッ
チの形状に対応させた研磨または研削条件の見直しを行
わなければならない。また、同時に、異物も発生すると
その上に形成する配線の絶縁不良や短絡などの不良原因
となる。異物が多発する場合には、装置洗浄を行う等の
スクラッチとは異なる対策が必要となる。つまり、被加
工対象物（例えば半導体基板上の絶縁膜）に対する研磨
または研削工程においては、異物と様々な形状を有する
スクラッチとを分けて監視して、それぞれに対して適切
な対策を施すことが必要となる。
【０００６】しかしながら、上記従来技術１〜４のいず
れにも、被加工対象物（例えば、半導体基板上の絶縁
膜）に対して研磨または研削加工を施した際、その表面
に生じる様々な形状を有するスクラッチと付着する粒子
状の異物とを弁別して検査することについては、考慮さ
れていない。
【０００７】また、様々な形状を有するスクラッチの寸
法は、幅Ｗが０．２μｍ〜０．４μｍ程度で、深さＤが
数ｎｍ程度から非常に深いものでも１００ｎｍ程度と非
常に微小であるため、従来は、電子顕微鏡を用いて作業
者が目視でレビューを行って様々な形状を有するスクラ
ッチや異物を判別し、多大なレビュー時間を要してい
た。そのため、スクラッチ、或いは粒子状の異物への対
策に遅れを生じ、多量のウエハを悪いコンディションの
まま研磨し続けることなり、収益に多大な損害を与えて
いた。
【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
半導体製造や磁気ヘッド製造において、被加工対象物
（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣＭＰなど
の研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様
々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状の異物
とを弁別して検査することができるようにした欠陥検査
装置およびその方法を提供することにある。
【０００９】また、本発明の他の目的は、被加工対象物
（例えば、半導体基板上の絶縁膜）に対してＣＭＰなど
の研磨または研削加工を施した際、その表面に生じる様
々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状の異物
とを弁別して検査することを全数検査、若しくは十分な
頻度の抜き取り検査をできるようにして、上記欠陥が生
じない半導体基板を高信頼度で、且つ効率的に製造でき
るようにした半導体基板の製造方法を提供することにあ
る。
【００１０】また、本発明のさらに他の目的は、高さお
よび深さの小さな薄膜状異物やスクラッチ等の凹状欠陥
と、高さのある粒子状の異物の凸状欠陥を弁別して検査
することができるようにして，上記欠陥が生じない半導
体基板を高信頼度で、且つ効率的に製造できるようにし
た半導体基板の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、被検査物を載置するステージと、該ステ
ージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該表面に
対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光若しく
はＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照明する
落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ光若し
くはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で斜方照明す
る斜方照明系とを有する照明光学系と、該照明光学系の
落射照明系によって落射照明された個所から発生する第
１の反射光の内前記被検査物の表面に対して高角度に向
かう第１の高角度散乱光および前記照明光学系の斜方照
明系によって斜方照明された個所から発生する第２の反
射光の内前記高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光
して結像する高角度結像光学系と該高角度結像光学系で
結像された第１および第２の高角度散乱光を受光して第
１および第２の輝度信号（Ｓ（ｉ），Ｔ（ｉ））に変換
する光電変換手段とを有する検出光学系と、該検出光学
系の光電変換手段で変換された第１の輝度信号Ｓ（ｉ）
と第２の輝度信号Ｔ（ｉ）との間の相関関係に基いて前
記被検査物上の欠陥ｉを凹状欠陥（スクラッチや薄膜状
異物）、と凸状欠陥（粒子状の異物）とに弁別する比較
判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置および
その方法である。
【００１２】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る照明光学系の落射照明系において、前記高角度集光光
学系から迷光を発生させないように落射照明光が集光レ
ンズに当てないで被検査対象物の表面に照射するように
構成することを特徴とする。
【００１３】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る検出光学系は、さらに、前記個所から射出された第１
の反射光のフーリエ変換面に該第１の反射光による特定
の光像を遮光する遮光手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部において、前記相関関係として比率（Ｔ
（ｉ）／Ｓ（ｉ），Ｓ（ｉ）／Ｔ（ｉ））であることを
特徴とする。
【００１５】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号Ｓ
（ｉ）および第２の輝度信号Ｔ（ｉ）から算出される欠
陥のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッ
チと薄膜状異物（本発明においては薄膜状異物も厚さが
非常に薄いことから凹状欠陥と定義する。）とに弁別す
るように構成したことを特徴とする。
【００１６】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部において、さらに、前記第１の輝度信号Ｓ
（ｉ）および第２の輝度信号Ｔ（ｉ）から算出される欠
陥のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である粒子
状異物を大小に弁別するように構成したことを特徴とす
る。
【００１７】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部において、弁別された凸状欠陥について、
回路パターン領域内に発生したものか、回路パターン領
域外に発生したものかを認識できるように構成したこと
を特徴とする。
【００１８】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部には、弁別された欠陥の情報を表示する表
示手段を有することを特徴とする。
【００１９】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部には、欠陥を弁別するための第１の輝度信
号の関係に関する情報を表示する表示手段を有すること
を特徴とする。
【００２０】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部には、欠陥を弁別するための第２の輝度信
号の関係に関する情報を表示する表示手段を有すること
を特徴とする。
【００２１】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る比較判定部には、前記検出光学系の光電変換手段で変
換された第１の輝度信号と第２の輝度信号との関係を、
横軸および縦軸を対数値で表される相関図上にプロット
して表示する表示手段を有することを特徴とする。
【００２２】また、本発明は、前記欠陥検査装置におけ
る照明光学系において、被検査物の表面上における落射
照明系で落射照明する個所と斜方照明系で斜方照明する
個所とを検出光学系の視野内で異ならしめて構成したこ
とを特徴とする。
【００２３】また、本発明は、被検査物を載置するステ
ージと、該ステージ上に載置された被検査物の表面上の
個所に該表面に対して法線方向若しくはその近傍方向か
らＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束
で落射照明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個
所にＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる前記照明光と異な
る波長の照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系
とを有する照明光学系と、該照明光学系の落射照明系に
よって落射照明された個所から発生する第１の反射光の
内前記被検査物の表面に対して高角度に向かう第１の高
角度散乱光および前記照明光学系の斜方照明系によって
斜方照明された個所から発生する第２の反射光の内前記
高角度に向かう第２の高角度散乱光を集光する集光光学
系と該集光光学系で集光された第１の高角度散乱光と第
２の高角度散乱光とを波長分離する波長分離光学系と該
波長分離光学系で分離された第１の高角度散乱光と第２
の高角度散乱光との各々を結像する結像光学系と該結像
光学系で結像された第１の高角度散乱光と第２の高角度
散乱光との各々を受光して第１の輝度信号と第２の輝度
信号の各々に変換する第１および第２の光電変換手段と
を有する検出光学系と、該検出光学系の第１の光電変換
手段で変換された第１の輝度信号と第２の光電変換手段
で変換された第２の輝度信号との間の関係に基いて前記
被検査物上の欠陥を弁別する比較判定部とを備えたこと
を特徴とする欠陥検査装置およびその方法である。
【００２４】また、本発明は、研磨または研削された膜
の表面に発生した浅いスクラッチや異物に対して、ＵＶ
光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落
射照明および斜方照明を行い、該落射照明および斜方照
明による浅いスクラッチと異物とから発生する散乱光を
検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度
信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関係に
基いて浅いスクラッチと異物とを弁別することを特徴と
する欠陥検査方法である。
【００２５】また、本発明は、研磨または洗浄またはス
パッタリングされた膜の表面に発生した平坦な薄膜状異
物や異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照
明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜方照明を行い、
該落射照明および斜方照明による薄膜状異物と異物とか
ら発生する散乱光を検出器で受光してそれぞれの散乱光
の強度に応じた輝度信号に変換し、これら変換された輝
度信号の相関関係に基いて薄膜状異物と異物とに弁別す
ることを特徴とする欠陥検査方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明に係る半導体製造工程や磁
気ヘッド製造工程等において用いられている平坦化加工
工程の安定稼働を目的とした欠陥検査装置およびその方
法の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２７】まず、本発明に係る欠陥検査装置およびそ
の方法の第１の実施の形態について説明する。本発明
は、図１に示すように、半導体の製造工程の途中で製品
の抜き取りまたは全数検査をする欠陥検査装置１００に
関するものである。半導体の製造ラインは、工程管理用
のコンピュータ１０１により例えばネットワーク１０３
を介して、または個々の製造装置（図示せず）毎に、製
造条件が管理されている。工程の途中では、異物検査装
置、光学式外観検査装置、ＳＥＭ式検査装置，または人
手によって半導体を検査している。検査により異常が見
つかった場合は光学式レビュー装置、ＳＥＭ式レビュー
装置などでレビューし、場合によってはＥＤＸ（エネグ
ギー分散形Ｘ線分析法：energy dispersive Ｘ-ray spe
ctroscopy）などで更に詳細な分析をして，異常の原因
を突き止める。その後、異常を引き起こしていた製造条
件や，製造装置の対策をすることで歩留りの向上を図っ
ている。また、上記欠陥検査装置１００によって検出さ
れた異物や欠陥の座標、寸法などのデータ、さらには弁
別された欠陥の種類毎やカテゴリなどのデータは、歩留
り管理システム１０２によりオンラインで管理されてい
る。
【００２８】本発明に係わる欠陥検査装置１００は、図
２に示すように、Ｓｉウエハ２１上にＳｉＯ2膜等の層
間絶縁膜（被加工対象物）２２を形成し、ＣＭＰ（Chem
icalMechanical Polishing）を施した際、ウエハ１０上
に生じた深さが浅いスクラッチ２３ａと異物２４とを弁
別することにある。ところで、ＳｉＯ2膜等の層間絶縁
膜２２の下は、必ずしもＳｉ基板等の半導体基板２１が
あるわけではなく、配線層が存在する場合もある。ＣＭ
Ｐ工程では、このＳｉＯ2膜２２の表面を平坦化するた
めに研磨を行う。そのため、研磨傷であるスクラッチ２
３ａは、図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ2膜２２の表面
に生じる。ここで、ＳｉＯ2膜２２の膜厚をｔ、スクラ
ッチ２３ａの幅をＷ、深さをＤとする。スクラッチ２３
ａの概略寸法はＷが０．２μｍ〜０．４μｍ程度であ
る。また、深さＤは数ｎｍ程度から非常に深い物でも１
００ｎｍ程度である。この様に、ＣＭＰで生じるスクラ
ッチ２３ａは幅に対して深さが非常に浅いことが特徴で
ある。図２（ａ）に異物２４の寸法パラメータを示す。
ここでは、異物２４を直径Φの粒状の物としてモデル化
している。実際の異物２４はこの様に綺麗な球状ではな
いが、スクラッチ２３ａは幅Ｗ（０．２μｍ〜０．４μ
ｍ程度）に対して深さＤが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程度と非常
に浅いが、異物（粒子状の異物）２４はスクラッチ２３
ａほどに幅と高さに極端に大きな差がないことを示して
いる。本発明は、このスクラッチ２３ａの特有の寸法比
率に着目している。
【００２９】次に、上記第１の実施の形態を実現するた
めのスクラッチ等の表面検査装置の第１の実施例につい
て図１〜図９を用いて説明する。即ち、表面検査装置の
第１の実施例は、図１に示すように、位置座標が測定さ
れてＸＹ方向に走行制御され、被検査物であるウエハ１
０が載置されるステージ１５と、例えば波長４８８ｎｍ
（青の波長）のＡｒレーザや窒素レーザやＨｅ−Ｃｄレ
ーザやエキシマレーザ等の光源（レーザ光源に限定され
るものではない。）からなり、異なる波長の光を出力す
る複数の光源２ａ、２ｂ、および反射ミラー４ａ、４
ｂ、４ｃにより構成される照明光学系１と、集光レンズ
６、波長別に分離するビームスプリッタ７およびフォト
マル、ＣＣＤカメラ、ＣＣＤセンサ、ＴＤＩセンサ等か
ら構成される光電変換器８ａ、８ｂにより構成される検
出光学系５と、光電変換機８ａ、８ｂの各々から出力さ
れるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するＡ
／Ｄ変換部１６ａ、１６ｂ、該Ａ／Ｄ変換部１６ａ、１
６ｂの各々から得られるデジタル輝度信号を一時記憶す
る記憶部１７ａ、１７ｂおよび比較演算部１８により構
成される演算処理部９と、上記ステージ１５から測定さ
れる位置座標を基に上記ステージ１５を走行制御するス
テージコントローラ１４と、該ステージコントローラ１
４を制御し、さらに演算処理部９を制御し、演算処理部
９から得られる検査結果を受ける全体制御部３０とから
構成される。光源２ａ、２ｂとしては、ＣＭＰされた絶
縁膜２２上に生じた微小な異物２４やスクラッチ２３を
弁別して検出するために、エキシマレーザ光源のように
できるだけ波長が短い方が好ましい。即ち、光源２ａと
しては、例えば４８８ｎｍ、または３６５ｎｍのレーザ
光を出すレーザ光源、光源２ｂとしては、ＹＡＧレーザ
の２倍波（５３２ｎｍ）若しくは４倍波（２６６ｎｍ）
のＤＵＶレーザ光、またはＫｒＦエキシマレーザ光を出
すレーザ光源で構成することができる。そして、光源２
ａから射出されたＵＶ光若しくはＤＵＶ光は、上記集光
レンズ６の表面に直接照射されることなく、反射ミラー
４ａ、反射ミラー４ｃを介してウエハ面（ＣＭＰが施さ
れた絶縁膜の面）を法線方向、或いはその近傍から照射
する。これを落射照明１２と称する。あるいは、光源２
ｂから射出されたＵＶ光若しくはＤＵＶ光は、反射ミラ
ー４ｂを介してウエハ面（ＣＭＰが施された絶縁膜の
面）を斜め方向から照射する。これを、斜方照明１１と
称する。本第１の実施例においては、それぞれに別々の
独立した２個の光源２ａ、２ｂと複数の反射ミラー４ａ
〜４ｃを用いて落射照明と斜方照明を実現しているが、
一つの光源２ｂと、該光源２ｂから出射されるＵＶ光若
しくはＤＵＶ光をミラー４ｂとミラー４ｃへと光路を切
り替える光路切替機構（図示せず）を使用してもかまわ
ない。また、反射ミラーの数、光路切替機構の有無は問
わない。
【００３０】また、照明光学系１において、落射照明系
で落射照明光１２を落射照明するウエハ面上における個
所と斜方照明系で斜方照明光１１を斜方照明するウエハ
面上における個所とを検出光学系５の視野内で異ならし
めて構成することにより、落射照明光１２と斜方照明光
１１の波長を同じにすることができる。但し、この場
合、光電変換器８ａと光電変換器８ｂとの受光面を、ウ
エハ面上における照射個所の違いに対応するように設置
する必要がある。
【００３１】このように、照明光学系１としては、集光
レンズ６の表面を直接照射させることなく、ウエハ１０
上の絶縁膜２２に対してＣＭＰが施されたＣＭＰ面に対
して法線方向或いは、それに近い方向、及び、ウエハ水
平面に近い斜め方向（約３０°以下の角度）からの２系
統の照明（落射照明、および斜方照明）１１、１２が実
現されていれば良い。落射照明１１の場合、図１に示す
ように、できるだけ垂直方向に近い擬似落射照明であっ
てもよい。
【００３２】次に、検出手順について説明する。検出は
１枚のウエハ１０について、照明方向を切り替えて２回
行う。具体的には、まず、光源２ａから射出されるＵＶ
光若しくはＤＵＶ光からなる落射照明光１２を、集光レ
ンズ６の表面に対して直接照射することなく、ウエハ１
０上の絶縁膜２２のＣＭＰ面に対して照射する。する
と、集光レンズ６の表面の微細な面粗さやその表面に付
着した極微細な異物等から反射してくる迷光を発生させ
ることなく、絶縁膜２２から発生した正反射光成分が除
かれた状態で、絶縁膜２２上にＣＭＰによって発生した
極浅い微細なスクラッチ２３ａおよび異物２４から射出
した散乱光（低次の回折光成分）のみが、集光レンズ６
により集光されてビームスプリッタ７を通して例えばＣ
ＣＤ、ＴＤＩセンサ等から構成される光電変換器８ａの
受光面で受光される。そして、光電変換器８ａの出力
は、Ａ／Ｄ変換部１６ａでＡ／Ｄ変換されて欠陥ｉ毎の
輝度値Ｓ（ｉ）を得た後、一旦、記憶部１７ａに書き込
まれる。
【００３３】同時に、光源２ｂから出射され、光源２ａ
とは異なる波長のＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる斜方
照明光１１を、ウエハ面上の落射照明光１２と同じ座標
位置に照射する。なお、全体制御部３０はステージ１５
の移動を制御することにより、光路切替機構（図示せ
ず）を用いて照射方向を切り替えて斜方照明光１１を、
ウエハ面上の落射照明光１２と同じ位置座標系で照射し
てもよい。
【００３４】すると、絶縁膜２２から発生した正反射光
成分が除かれた状態で、絶縁膜２２上にＣＭＰによって
発生した極浅い微細なスクラッチ２３ａおよび異物（粒
子状の異物）２４から射出した散乱光（低次の回折光成
分）のみが、集光レンズ６により集光されてビームスプ
リッタ７を通して例えば光電変換器７ｂで受光される。
そして、光電変換器７ｂの出力は、Ａ／Ｄ変換部１６ｂ
でＡ／Ｄ変換されて欠陥ｉ毎の輝度値Ｔ（ｉ）を得た
後、一旦、記憶部１７ｂに書き込まれる。
【００３５】次に、比較演算部１８は、記憶部１７ａに
記憶される落射照明１２による欠陥ｉ毎の検出輝度値Ｓ
（ｉ）と、記憶部１７ｂに記憶される斜方照明１１によ
る欠陥ｉ毎の検出輝度値Ｔ（ｉ）との比率Ｒ（ｉ）を算
出する。比較演算部１８は、該算出された輝度比率Ｒ
（ｉ）が予め設定した閾値（判定基準値：図５に示す弁
別線２０）よりも大きければ異物２４、小さければ極浅
い微細なスクラッチ２３ａと判別し、全体制御部９へ出
力する。このように、ＣＭＰによって発生するスクラッ
チ２３ａは、極浅く微細であるため、集光レンズ６の表
面に落射照明光１２が照射された場合に集光レンズ６の
表面から発生する微弱な迷光も例えば光電変換器７ａで
受光すると、スクラッチ２３ａからの散乱光と弁別する
ことが難しくなる。そこで、落射照明光１２を集光レン
ズ６の表面に照射させないように構成した。
【００３６】本第１の実施例においては、落射照明光１
２による検出と斜方照明光１１による検出とを同時に行
っているが、落射照明光１２による検出を先に、斜方照
明１１による検出を後に行っても、斜方照明光１１によ
る検出を先に、落射照明光１２による検出を後に行って
もかまわない。また、本第１の実施例においては、２度
目の検出である斜方照明１１による検出輝度値Ｔ（ｉ）
をＡ／Ｄ変換後一旦記憶部１７に書き込み、２度目の検
出輝度値Ｔ（ｉ）を記憶することなく、検出と同時に既
に記憶済みの１度目の落射照明１２による検出輝度値Ｓ
（ｉ）を、比較演算部１８において参照して輝度比較演
算を行っても本発明を実現することは可能である。
【００３７】次に、本発明に係る上記実施の形態を実現
するための弁別原理について図３および図４を用いて詳
細に説明する。本発明では、１個の欠陥を２つの異なる
角度（例えば落射照明１２と斜方照明１１）から光束ｄ
で照射することにより弁別を行う。まず、落射照明光１
２として、集光レンズ６の表面に直接照射することな
く、ウエハ面の法線方向或いは、その近傍から光束ｄで
照射する。次に、斜方照明光１１として、ウエハ面に対
して水平方向に近い角度から光束ｄで照射する。この、
落射照明１２と斜方照明１１はどちらが先に行われても
関係ない。弁別は、この光束ｄの２方向照明それぞれに
おいて得られる欠陥２３ａ、２４から発せられた散乱光
の強度を比較することにより行う。欠陥２３ａ、２４か
らの散乱光強度は、欠陥２３ａ、２４が受光した光源光
量に応じて放出される。図３に示すように、欠陥２３
ａ、２４が受光する光源光量は、光源入射方向への欠陥
寸法の投影面積にほぼ比例すると考えて良い。
【００３８】凹状欠陥であるスクラッチ２３ａの場合、
この投影面積は落射照明時には幅Ｗにほぼ比例し、また
約３０°以下の浅い角度で照射される斜方照明時には
Ｄ’にほぼ比例することになる。ところが、スクラッチ
２３ａの深さＤは、幅Ｗに比べて非常に浅いことから、
この斜方照明投影長Ｄ’は落射照明投影長Ｗ’に比べて
非常に短くなる。そのため、スクラッチ２３ａが受光す
る光源光量は斜方照明１１の方が落射照明１２に比べて
弱くなり、その結果、スクラッチ２３ａから射出される
散乱光の光量は、斜方照明１１の方が弱くなる。それに
比べて、凸状欠陥である異物（粒子状異物）２４の場
合、斜方照明１１と落射照明１２の投影長Φはほぼ同等
であることから、異物２４から射出される散乱光の光量
は、落射照明と斜方照明を比べても大きくは変わらな
い。そこで、図４に示すように、この落射照明１２と斜
方照明１１のそれぞれによる散乱光の検出輝度値Ｓ
（ｉ）、Ｔ（ｉ）を比較して、斜方照明１１の方が落射
照明１２よりも小さければスクラッチ２３ａ、同等ある
いは斜方照明の方が大きい物を異物（粒子状異物）２４
と判別することが可能となる。
【００３９】さらに、薄膜状異物２３ｂも厚さが非常に
薄いため、スクラッチ２３ａと同様に、斜方照明１１に
よる散乱光の検出輝度値Ｔ（ｉ）が落射照明１２による
散乱光の検出輝度値Ｓ（ｉ）よりも小さく検出され、凹
状欠陥とみなすことができる。
【００４０】この弁別結果の一例のグラフを図５に示
す。これは、横軸に落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）、
縦軸に斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）をとったグラフ
である。この場合、図中の弁別線２０から下の領域がス
クラッチ２３ａの領域、上の領域が異物２４の領域とな
る。しかしながら、図５から明らかなように、実際に
は、このように、単純に、落射照明時の検出輝度値Ｓ
（ｉ）と斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）とを比較して
比率を取ったとしても、弁別線（判定しきい値）２０を
引く（設定する）ことができず、異物２４とスクラッチ
２３ａと弁別することが難しい。そこで、本発明に係る
落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）と斜方照明時の検出輝
度値Ｔ（ｉ）とを用いて、具体的に、異物（粒子状異
物）２４とスクラッチ２３ａとを弁別する手法の実施例
については、後述する。
【００４１】ところで、ＣＭＰによってスクラッチ２３
ａが生じる絶縁膜（例えば、ＳｉＯ 2膜）２２は、光に
対して透明なため、光干渉も含めて下層からの正反射光
が生じるが、特に、落射照明１２の場合には、図１に示
すように、例えば反射ミラー４ｃを集光レンズ６の視野
外に設置することによって、絶縁膜２２の表面およびそ
の下層からの正反射光（光干渉光も含む）を集光レンズ
（対物レンズ）６の視野外に行くようにして例えば光電
変換器８ａで検出しないようにする工夫が必要となる。
【００４２】勿論、斜方照明１１の場合は、図１に示す
ように、反射ミラー４ｂによって非常に浅い角度で照射
されるため、絶縁膜２２の表面およびその下層からの正
反射光（光干渉光も含む）が集光レンズ６の視野外に行
くことになり、光電変換器８ｂで検出されないことにな
る。
【００４３】また、光源２として、ブロードバンドの光
若しくは白色光を出射するものを用いれば、絶縁膜２２
の表面からの正反射光と下層からの正反射光との間の光
干渉の問題は生じない。しかしながら、絶縁膜２２上の
微細な（特に深さＤが浅い）スクラッチ２３ａおよび異
物２４から強度の強い散乱光を得るためには、照明光と
してＵＶ光、若しくはＤＵＶ光を用いるのが好ましい。
【００４４】次に、反射ミラー４ｃの設置方法の実施例
について図６を用いて説明する。これは、暗視野検出系
の迷光を防止して、高感度に欠陥を検出するための手法
である。スクラッチ２３ａの検査には、先に述べた原理
から分かるようにウエハ１０の面に対して法線に近い方
向からの照明が必要となる。
【００４５】しかし、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光を落射照
明する場合に、落射照明光を、集光レンズ６を透過して
ウエハ１０を照明した場合、いわゆる迷光を生じてしま
い、その結果検出画像にノイズが生じてしまうことにな
る。具体的には、集光レンズ６の表面の微細な研磨跡や
集光レンズ６上に付着したゴミ等から生じる散乱光が迷
光となってしまうからである。このため、欠陥２３ａ、
２４からの微小な散乱光を光電変換器８ａで受光して観
察する場合、この迷光が致命的となる。即ち、極微小な
スクラッチ２３ａからの散乱光は、迷光によるノイズに
埋もれて検出することができなくなってしまう。
【００４６】そこで、本発明においては、図６に示すよ
うに、強度の強い入射光が集光レンズ６の表面に照射さ
れず、しかも、ウエハ１０（層間絶縁膜２２の表面（Ｃ
ＭＰ面）およびその下層の配線層などの表面並びにスク
ラッチ２３ａの表面および異物２４の表面）からの正反
射光成分（干渉光成分も含む）である０次回折光が集光
レンズ６の瞳、即ちＮＡ内に入射しないように反射ミラ
ー４ｃを設けることが必要となる。
【００４７】図６（ａ）には、小形の反射ミラー４ｃ１
をウエハ１０と集光レンズ６の間の、ほぼウエハ１０の
法線上に配置し、落射照明光１２ａを集光レンズ６の表
面に照射されないように横方向から小形の反射ミラー４
ｃ１に対して入射させて反射させ、しかもウエハ１０か
らの正反射光成分（干渉光成分も含む）を反射ミラー４
ｃ１で反射させて集光レンズ６の瞳内に入射させずにス
クラッチ２３ａや異物２４からの散乱光（１次以上の回
折光成分）の内、斜線で示す領域（平面的には輪帯状）
の散乱光（低次の回折光成分）を集光レンズ６の瞳内に
入射させる手法を示す。なお、この小形の反射ミラー４
ｃ１としては、外形がほぼ楕円形状となる。これを、垂
直照明による散乱光検出と称する。しかしながら、この
手法は、集光レンズ６の中心部分がレンズとしての役目
が失われるため、あまり好ましくはない。
【００４８】また、図６（ｂ）には、反射ミラー４ｃ２
をウエハ１０と集光レンズ６の間で、かつ、集光レンズ
６のＮＡから外側に配置し、落射照明光１２ｂを集光レ
ンズ６の表面に照射されないように横方向から反射ミラ
ー４ｃ２に対して入射させて反射させ、しかもウエハ１
０からの正反射光成分を集光レンズ６の瞳外にしてスク
ラッチ２３ａや異物２４からの散乱光の内、斜線で示す
領域の散乱光を集光レンズ６の瞳内に入射させる手法を
示す。なお、反射ミラー４ｃ２を周方向に広げると、反
射ミラー４ｃ２によって照明される照明光は輪帯照明と
なる。この場合、例えば、反射ミラー４ｃ２を周方向に
１２０度間隔で３つ設け、これら３つの反射ミラー２ｃ
２のそれぞれの間から３つの照明光１２ｂの各々を入射
させるようにすれば、３方向から輪帯照明を施すことも
可能となる。ところが、図６（ｂ）に示すように、反射
ミラー４ｃ２を一部分にすると、輪帯照明における一部
分の照明となる。これを、疑似垂直照明による散乱光検
出と称する。この手法は、集光レンズ６の視野（瞳）全
部が使用されるため、非常に有効である。しかし、斜方
照明光１１の光束も、落射照明光１２ｂの光束に本数の
点も含めて合わせる必要がある。
【００４９】また、図６（ｃ）には、小形の反射ミラー
若しくはハーフミラー４ｃ３を集光レンズ６の上の光軸
近傍に配置し、開口５０を中央に穿設した集光レンズ６
を配置し、小形の反射ミラー若しくはハーフミラー４ｃ
３で反射した垂直照明光１２ａを、集光レンズ６の表面
に照射させないで、上記開口５０を通過させてウエハ１
０上の絶縁膜ＣＭＰ面に照射し、しかもウエハ１０から
の正反射光成分をフーリエ変換面に設けられた空間フィ
ルタ（遮光素子）５１で遮光し、スクラッチ２３ａや異
物２４からの散乱光の内集光レンズ６を通して得られる
散乱光を光電変換器８ａで受光する手法を示す。
【００５０】また、図６（ｄ）には、図６（ｃ）と同様
に、落射照明光１２ａを、ハーフミラー５２の中央部分
を透過し、集光レンズ６の開口５０を通してウエハ１０
のＣＭＰ面に垂直照明し、ウエハ１０からの正反射光を
フーリエ変換面に設けられた空間フィルタ（遮光素子）
５３で遮光し、スクラッチ２３ａや異物２４からの散乱
光の内集光レンズ６を通して得られる散乱光をハーフミ
ラー５２の周辺部分で反射させて光電変換器８ａで受光
する手法を示す。なお、ハーフミラー５２の周辺部分
は、反射ミラーで構成してもよい。
【００５１】以上説明したように、図６（ｃ）（ｄ）で
は、図６（ａ）と同様に、集光レンズ６の中央に開口５
０を形成することによって、集光レンズ６の表面から迷
光を発生することなく、垂直照明および垂直方向からの
散乱光検出が可能となる。そのため、水平面内でスクラ
ッチ２３ａの向きがどのように形成されたとしても、非
常に浅いスクラッチ２３ａのエッジから生じる散乱光を
比較的一様に光電変換器８ａで受光することができ、一
様な検出輝度値Ｓ（ｉ）を得ることができる。さらに、
線状のパターンである大スクラッチ（図示せず）に対し
て直角方向の指向性の強い回折光を得るためにも、垂直
照明が疑似垂直照明よりも好ましい。しかし、図６
（ｃ）（ｄ）の実施例は、集光レンズ６の中央部分に開
口５０を形成する関係で、集光レンズ６の機能が低下す
るため、あまり好ましくはない。
【００５２】ところで、図６（ａ）の垂直照明による散
乱光検出の場合、入射光はレンズ６の下を通過してお
り、明らかに集光レンズ６の表面に照射されず、迷光が
生じることはない。また、ウエハ１０からの正反射光
は、反射ミラー４ｃ１で反射するため、やはり集光レン
ズ６の瞳には入らない。さらに、図６（ｃ）および図６
（ｄ）に示す垂直照明も同様となる。また、図６（ｂ）
の疑似垂直照明による散乱光検出の場合も、明らかに入
射光は集光レンズ６を透過しない。また、反射ミラー４
ｃ２を集光レンズ６のＮＡの外に配置しているため、ウ
エハ１０からの正反射光成分は集光レンズ６の瞳には入
らない。つまり、何れの方法も光線強度が強く、迷光を
生じやすい入射光は集光レンズ６の表面に照射されず、
ウエハからの正反射光は集光レンズ６に入射しないよう
に、落射照明を実現している。このため、迷光が生じに
くく、層間絶縁膜２２に対してＣＭＰが施されたＣＭＰ
面に発生したスクラッチ２３ａおよび異物２４からＳ／
Ｎ比の高い検出画像を得ることが可能となる。なお、層
間絶縁膜２２は光に対して透明であるため、落射照明を
した際、その下層から正反射した光が戻ってくるが、次
に説明するように、集光レンズ（対物レンズ）６のＮＡ
内に入射されないので、スクラッチ２３ａおよび異物２
４からの散乱光検出に影響を及ぼすことなく、スクラッ
チ２３ａおよび異物２４を光電変換器８ａから得られる
信号によって検出することが可能となる。
【００５３】更に、図６に示す落射照明１２ａ、１２ｂ
は、迷光の解決による理由だけでなく、特にスクラッチ
２３ａからの散乱光強度分布の強い成分を受光しやすく
なることから、斜方照明１１だけと比べて高い検出感度
を得られる。これは、スクラッチ２３ａからの散乱光強
度の内、低次回折光成分が比較的強いためである。即
ち、ウエハ面の法線近傍から照明すれば、低次の回折光
成分がウエハ１０から反射されて集光レンズ６で集光さ
れやすくなるためである。しかし、例えば絶縁層の下地
や絶縁層の表面からの正反射光（０次回折光）は完全に
遮光若しくは集光レンズ６の瞳に入射させないようにす
ることが必要となる。
【００５４】この結果、斜方照明１１のみによる場合と
比べてスクラッチ２３ａについて感度の高い検出が可能
となる。この様に、垂直照明１２ａ、或いは疑似垂直照
明１２ｂのみを用いることにより、高感度なスクラッチ
２３ａの検査を実現することが可能となる。
【００５５】ところで、集光レンズ６のＮＡ内に反射ミ
ラー４ｃ１を配置しても、レンズ６等による結像特性に
影響を与えないように、反射ミラー４ｃ１の形状をほぼ
楕円形状に形成すれば、図６（ａ）に斜線で示す領域
（平面的には輪帯領域）の散乱光を集光レンズ６で集光
して結像させることができることになる。しかし、も
し、集光レンズ６のＮＡ内に反射ミラー４ｃ１が存在す
ることが結像特性に悪影響を及ぼすような場合、垂直照
明時には反射ミラー４ｃ１をＮＡ外に退避させる機構が
必要となる。半導体検査の場合、欠陥検査装置から発生
するゴミを極力無くす必要がある。この観点から見れ
ば、可動機構をウエハ上方に設けるのは好ましくない。
しかしこの様な場合でも、疑似垂直照明１２ｂを用いれ
ば良い。疑似垂直照明１２ｂの場合、反射ミラー４ｃ２
はＮＡの外に有るため決して結像特性に悪影響を及ぼす
ことは無く、別途退避機構を設ける必要が無い。
【００５６】また、本発明に係るスクラッチ等の表面検
査装置を、斜方照明のみによる異物検査装置として使用
する場合には、垂直照明が不要となるため、図６（ａ）
に示す反射ミラー４ｃ１を退避させて集光レンズ６のＮ
Ａの全てを利用して異物から発生する散乱光を有効に集
光して光電変換器８ｂで受光させることも可能である。
しかし、反射ミラー４ｃ１を退避させなくして、ゴミの
発生をなくするためには、表面検査装置の垂直照明とし
てスクラッチの検出精度が多少低下する疑似垂直照明１
２ｂを用いれば良い。また、垂直照明として、図６
（ｃ）および（ｄ）に示す手法を用いる場合には、斜方
照明のみによる異物検査装置として使用する場合にも垂
直照明を停止させることによって適用することが可能と
なる。さらに、斜方照明のみによる異物検査装置として
使用する場合において、周期的な配線パターンが形成さ
れたメモリセル上の異物を検出しようとすると周期的な
配線パターンからの回折光に基づく回折パターンを遮光
する必要があるため、上記空間フィルタ５１、５３を直
線状の空間フィルタに交換すればよい。
【００５７】次に、比較演算部１８などにおいて、記憶
部１７ａ、１７ｂに記憶された落射照明１２による欠陥
ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）および斜方照明１１による欠陥
ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を基に、欠陥のサイズを推定す
る方法について、図７を用いて説明する。図７（ａ）、
（ｂ）には、異物２４、スクラッチ２３ａおよび薄膜状
異物２３ｂ毎から検出される輝度信号Ｓ（ｉ）、Ｔ
（ｉ）の波形３０１、３０２を示す。図７（ｂ）に示す
輝度信号波形３０２は、検出器(光電変換器)８ａ、８ｂ
のダイナミックレンジにより、図７（ｃ）に示す如く、
３０３のレベルでさちることになる。そこで、プロット
点３０４に基いて補間し、補間された信号波形を２次元
に積分することによって、その体積を求める。図７
（ａ）に示す輝度信号については、さちっていないの
で、そのまま、この輝度信号波形を２次元に積分するこ
とによって、体積を求める。これら求められた体積値
（２次元積分値）と欠陥のサイズとは相関関係があるこ
とによって、この補正係数を掛けることによって、欠陥
のサイズに応じた推測データを得ることができる。
【００５８】図８には、本発明に係る検査装置の例えば
比較演算部１８などで異物２９０１についての推測デー
タとして推測された異物サイズ（μｍ）と、実際にＳＥ
Ｍで測長されたサイズ（μｍ）との関係を示す。この図
８に示すように、ウエハ１０に対する複数のプロセス処
理（例えばＣＭＰ）工程によって、２９０２、２９０３
で示すように異なる相関関係を有する。そこで、上記補
正係数は、ウエハの表面状態に応じて変わることにな
る。従って、予め、ＳＥＭ測長に基いて、プロセス工程
（ウエハの表面状態）に応じた補正係数を求めておく必
要がある。
【００５９】また、図９（ａ）には、フロントエンド・
プロセス・ウエハ(初期工程であるトランジスタ形成工
程におけるウエハ)における欠陥３１０１について、輝
度信号波形から推測した異物サイズ（μｍ）とＳＥＭ測
長されたサイズ（μｍ）との間に３１０２で相関係数Ｒ
2＝０．７９４５で相関関係があることが示される。こ
のように、トランジスタ形成工程においては、０．１μ
ｍ〜０．４μｍの極微小欠陥がトランジスタの性能に影
響を及ぼすことから、このような極微小欠陥において
も、相関関係があることがわかる。なお、相関係数Ｒ
は、次に示す（数１）式で表される。
【００６０】 Ｒ＝（ＮΣｘiｙi−(Σｘi)(Σｙi)）／（√（ＮΣｘi 2−(Σｘi)2）（ＮΣｙ i 2 −(Σｙi)2）） （数１） ただし、ｘ，ｙは変量を示す。
【００６１】また、図９（ｂ）には、バックエンド・プ
ロセス・ウエハ(後期工程である配線形成工程における
ウエハ)における欠陥３１０１について、輝度信号波形
から推測した異物サイズ（μｍ）とＳＥＭ測長されたサ
イズ（μｍ）との間に３１０２で相関係数Ｒ2＝０．７
１４７で相関関係があることが示される。このように、
配線形成工程においては、０．３μｍ以上の５μｍ程度
まで、さらにそれ以上の微小異物が配線に影響を及ぼす
ことから、このような微小異物においても、相関関係が
あることがわかる。なお、配線工程においては、０．３
μｍ以下の微小異物は、重要度が低下するため、消去さ
れている。
【００６２】次に、本発明に係る検査装置で検査する欠
陥について図１０を用いて説明する。ＣＭＰされた表面
の欠陥としては、通常の異物（０．１μｍ〜５μｍ程
度）に基づく凸状欠陥２４と、スクラッチ（幅Ｗが０．
２μｍ〜０．４μｍ程度、深さＤが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程
度）に基づく凹状欠陥２３ａおよび薄膜状異物（径が約
０．５μｍ〜２μｍ程度、厚さが数ｎｍ〜数＋ｎｍ程
度）が付着した平坦状欠陥２３ｂが存在することにな
る。
【００６３】さらに、輝度信号からのサイズ（μｍ）
と、ＳＥＭ測長に基づくサイズ（μｍ）との相関図（相
関係数Ｒ2＝０．３８４７）から、これら凸状欠陥２４
と、凹状欠陥２３ａおよび平坦状欠陥２３ｂとは、異な
った相関を有することが判明した。
【００６４】さらに、スクラッチ等の凹状欠陥２３ａと
薄膜状異物等の平坦状欠陥２３ｂとを落射照明および／
または斜方照明によって検出される輝度信号Ｓ（ｉ）、
Ｔ（ｉ）から推測される欠陥のサイズに基いて弁別する
ことが可能であることを見出した。
【００６５】さらに、これら異物等の凸状欠陥２４、お
よびスクラッチ等の凹状欠陥２３ａが発生した領域が、
回路パターン領域内であるか、回路パターン領域外であ
るかに弁別することによって、異物等の凸状欠陥２４、
およびスクラッチ等の凹状欠陥２３ａの回路パターンに
対する致命性を弁別することが可能となる。
【００６６】そこで、比較演算部１８などにおいて演算
処理する、これらの弁別方法について、図１１を用いて
説明する。まず、ステップＳ１１１において、光電変換
器８ａから検出される落射照明１２による欠陥ｉ毎の輝
度信号Ｓ（ｉ）を、Ａ／Ｄ変換器１６ａでＡ／Ｄ変換
後、記憶部１７ａに記憶する。同時に、またはその後、
ステップＳ１１２において、光電変換器８ｂから検出さ
れる斜方照明１１による欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）
を、Ａ／Ｄ変換器１６ｂでＡ／Ｄ変換後、記憶部１７ｂ
に記憶する。そして、ステップＳ１１３において、比較
演算部１８は、記憶部１７ａ、１７ｂの各々に記憶され
た落射照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｓ（ｉ）
と斜方照明により検出した欠陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）
との比率Ｒ（ｉ）で、図１２において示される凹凸度
（ｂ／ａ）を、次に示す（数２）式により求める。
【００６７】なお、図１２は、横軸、および縦軸ともに
対数で示されているため、対数表となっている。この図
１２において、左下から右上に向かった矢印１２１の方
向が欠陥のサイズが対応し、上記矢印１２１に直角な矢
印１２２が欠陥の凹凸度（ｂ／ａ）で示される。欠陥の
凹凸度（ｂ／ａ）は、図１３に示される横方向の寸法ａ
に対する縦方向の寸法ｂの比率で示されることになる。
ただし、輝度信号の比率（Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ））に基づ
く欠陥の凹凸度の弁別、および輝度信号（Ｓ（ｉ），Ｔ
（ｉ））の積分値に、凹凸度および工程に応じた補正係
数を掛けたものに基づく欠陥のサイズの弁別は、それぞ
れ輝度信号の対数をとることは、必ずしも必要としな
い。
【００６８】 Ｒ（ｉ）＝Ｔ（ｉ）／Ｓ（ｉ）＝ｂ／ａ （数２） ここで、ｉは、複数個の欠陥を評価するために、欠陥毎
につけた認識番号である。なお、光束ｄのサイズや光電
変換器７の画素サイズにより１個の欠陥が複数の欠陥と
して検出される場合があるため、近接して検出される欠
陥を示す信号に対して膨張処理（連結処理）によって一
つの欠陥を示す信号に変換する必要がある。そのため、
欠陥毎につける認識番号ｉは、連結処理された一つの欠
陥を示す信号に対して付与されることになる。
【００６９】さらに、ステップＳ１１４において、比較
演算部１８は、上記求められた輝度比率Ｒ（ｉ）が予め
設定した閾値（判定基準値：図５に示す弁別線２０）よ
りも大きければ粒子状異物等の凸状欠陥２４、小さけれ
ばスクラッチおよび薄膜状異物等の凹状欠陥２３と判別
する。本実施例においては、斜方照明時の検出輝度Ｔ
（ｉ）を落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）で除算してい
るが、その逆に、落射照明時の検出輝度値Ｓ（ｉ）を斜
方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）で除算してもかまわな
い。この場合は、比率Ｒ（ｉ）が予め設定した閾値（判
定基準値：図５に示す弁別線２０）よりも大きければス
クラッチおよび薄膜状異物などの凹状欠陥２３であり、
小さければ異物等の凸状欠陥２４と弁別することができ
る。
【００７０】次に、全体制御部３０は、ステップＳ１１
５において、ステップＳ１１３で得られる凹凸度（ｂ／
ａ）および工程管理用コンピュータ１０１から得られる
ウエハ１０の工程情報を基に、欠陥のサイズに応じたデ
ータを推定するための補正係数を算出する。
【００７１】次に、ステップＳ１１６において、比較演
算部１８や全体制御部３０などで、記憶部１７ａ、１７
ｂの各々に記憶された落射照明により検出した欠陥ｉ毎
の輝度信号Ｓ（ｉ）、および斜方照明により検出した欠
陥ｉ毎の輝度信号Ｔ（ｉ）を基に、それぞれの輝度信号
波形について２次元的に積分して体積値を求め、これら
に、全体制御部３０において算出された、上記ウエハの
表面状態（工程管理用コンピュータ１０１から工程の情
報として取得することができる。）および凹凸度（ｂ／
ａ）に適合する補正係数を掛けることによって、欠陥に
ついてサイズの推測値（サイズに応じた推測データ）
（μｍ）を算出する。
【００７２】次に、ステップＳ１１７において、比較演
算部１８や全体制御部３０などで、ステップＳ１１５に
おいて推測された欠陥のサイズに応じたデータに基い
て、図１２に示すように、凹状欠陥２３をスクラッチ２
３ａと薄膜状異物２３ｂとに弁別することができる。な
お、図１２に示すように、落射照明による輝度信号Ｓ
（ｉ）の波形を２次元に積分して体積値を求め、この求
められた体積値に上記補正係数を掛けたもの（サイズに
応じた推測データ）で、スクラッチ２３ａと薄膜状異物
２３ｂとに弁別することも可能である。
【００７３】以上により、凹状欠陥であるスクラッチ２
３ａと薄膜状異物２３ｂとを弁別することが可能とな
る。
【００７４】次に、全体制御部３０において、ステップ
Ｓ１１４で弁別された凸状欠陥として通常の粒子状異物
２４を弁別することが可能である。さらに、弁別された
粒子状異物について大小に弁別する必要がある場合に
は、ステップＳ１１８において、ステップＳ１１６から
得られる異物のサイズ推測値（サイズに応じた推測デー
タ）を用いることによって、図１２に示す関係から大小
に弁別することが可能となる。
【００７５】さらに、ステップＳ１１９において、比較
演算部１８や全体制御部３０などで、図１４に示される
ように、サイズが小さい粒子状異物２４およびスクラッ
チ２３ａについては、ＣＡＤシステム(図示せず)からネ
ットワーク１０３を介して得られるウエハ１０上の回路
パターンの配列情報、または検出器８ａ、８ｂが検出す
る回路パターンの画像信号に基いて得られる回路パター
ンの配列情報に基いて、粒子状異物２４やスクラッチ２
３ａが回路パターン上に発生したのか、回路パターン外
に発生したのかを弁別することによって、回路パターン
に対する異物２４やスクラッチ２３ａの致命性を判定す
ることが可能となる。即ち、欠陥のサイズが小さい異物
２４が回路パターン上に発生した場合をカテゴリ１と分
類し、粒子状異物２４が回路パターン外に発生した場合
をカテゴリ２と分類し、欠陥のサイズが小さいスクラッ
チ２３ａが回路パターン上に発生した場合をカテゴリ３
と分類し、スクラッチ２３ａが回路パターン外に発生し
た場合をカテゴリ４と分類し、欠陥のサイズが大きい例
えば薄膜状異物が発生した場合をカテゴリ５と分類する
ことができる。このように、全体制御部３０は、工程別
に、少なくともロット単位で、カテゴリを分類すること
ができるので、欠陥の致命性を評価できるのはもとよ
り、欠陥の発生原因の究明にも役立たせることが可能と
なる。なお、回路パターンの配列情報を、検出器８ａ、
８ｂが検出する回路パターンの画像信号に基いて得る場
合には、欠陥についての輝度信号Ｓ（ｉ）、Ｔ（ｉ）に
ついては、検出器８ａ、８ｂが検出する画像信号を例え
ば繰り返されるチップ比較若しくはダイ比較することに
よって、繰り返される回路パターンの画像信号を消去し
て抽出することができることになる。
【００７６】次に、全体制御部３０が、表示装置３３に
表示する、粒子状異物（○で示す）やスクラッチなど
（△で示す）についての落射照明時の検出輝度値Ｓ
（ｉ）と斜方照明時の検出輝度値Ｔ（ｉ）との相関図を
図１５および図１６に示す。図１６に示すように、両方
の輝度値Ｓ（ｉ），Ｔ（ｉ）ともに、対数をとることに
よって、図１５に示す通常の目盛で表示したのと比べる
と、異物２４とスクラッチ２３ａなどとを容易に見分け
ることができるとともに、両方を弁別するしきい値（弁
別線２０）の設定を画面上で行うことが容易となる。な
お、図１６に示すように、横軸および縦軸ともに対数を
とった場合、粒子状異物２４を示す相関線１６１と、ス
クラッチ２３ａ等を示す相関線１６２とは、平行線とな
る。
【００７７】次に、全体制御部３０が、表示装置３３の
画面に表示する欠陥マップについて、図１７を用いて説
明する。図１７（ａ）には、図１１に示すステップＳ１
１４において弁別された検査結果である、所定のＣＭＰ
工程におけるウエハ上の異物マップを表示装置３３の画
面に表示した状態を示す。同様に、図１７（ｂ）には、
図１１に示すステップＳ１１７で弁別された検査結果で
ある、所定のＣＭＰ工程におけるウエハ上のスクラッチ
マップを表示装置３３の画面に表示した状態を示す。同
様に、図１７（ｃ）には、図１１に示すステップＳ１１
７で弁別された検査結果である、所定のＣＭＰ工程にお
けるウエハ上の薄膜状異物マップを表示装置３３の画面
に表示した状態を示す。これら異物マップ、スクラッチ
マップ、薄膜状異物マップの各々から、ウエハ上での粒
子状異物、スクラッチ、薄膜状異物の各々の発生分布を
知ることができる。
【００７８】
【発明の効果】本発明によれば、半導体製造や磁気ヘッ
ド製造において、絶縁膜等の被加工対象物に対してＣＭ
Ｐなどの研磨または研削加工を施した際、その表面に生
じる様々な形状を有するスクラッチ等と付着する粒子状
異物とを弁別して検査をすることができる効果を奏す
る。
【００７９】また、本発明によれば、スクラッチの形状
を詳細に分類しできるため、不具合要因の特定を早急に
行うことができる効果を奏する。
【００８０】また、本発明によれば、平坦化研磨工程に
おいて全数、若しくは高頻度の抜き取り検査が可能であ
るため、速やかに研磨装置の不具合を発見することがで
き、その結果、適切な対策を取ることが可能となるため
研磨工程における歩留まりを飛躍的に向上させることが
可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態
を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るＣＭＰ等によって絶縁膜上に発生
するスクラッチと異物の形状パラメータを示す図であ
る。
【図３】本発明に係るスクラッチと異物に光束ｄを照射
したときの入射光投影長を説明するための図である。
【図４】本発明に係るスクラッチと粒子状異物との弁別
原理を示す図である。
【図５】本発明に係るスクラッチと粒子状異物との弁別
結果の一実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る垂直照射、および疑似垂直照明の
実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る検出光学系で検出される輝度信号
波形を示す図である。
【図８】本発明に係るウエハのＣＭＰ面上に発生した異
物を、欠陥検査装置で推測した異物サイズ（μｍ）とＳ
ＥＭで測長したＳＥＭ測長サイズ（μｍ）との相関関係
で示す相関図である。
【図９】本発明に係るフロントエンド・プロセス・ウエハ
（初期工程ウエハ）およびバックエンド・プロセス・ウ
エハ（後期工程ウエハ）における輝度信号からのサイズ
（μｍ）を横軸、ＳＥＭ測長サイズ（μｍ）を縦軸にし
た場合の異物発生状態をプロットした相関図である。
【図１０】本発明に係るウエハのＣＭＰ上に発生した凸
状欠陥（粒子状異物）と凹状欠陥（スクラッチ、薄膜状
異物）を、欠陥検査装置で検出された輝度信号からのサ
イズ（μｍ）とＳＥＭで測長したＳＥＭ測長サイズ（μ
ｍ）との相関関係で示す相関図である。
【図１１】本発明に係るスクラッチ、薄膜状異物、およ
び粒子状異物（通常の異物）の弁別処理フローの一実施
例を示す図である。
【図１２】本発明に係る基本思想を示す落射照明による
輝度信号Ｓ（ｉ）と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）と
の関係に基づく凹凸度（ｂ／ａ）およびサイズに基づい
てスクラッチ、薄膜状異物、および粒子状異物（通常の
異物）が弁別されることを説明するための相関図であ
る。
【図１３】凹凸度の説明図である。
【図１４】本発明に係る欠陥の致命性について判別でき
るようにカテゴリ１〜５に分類した検査結果を得るため
の説明図である。
【図１５】本発明に係る落射照明による輝度信号Ｓ
（ｉ）と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）との関係に基
づく粒子状異物およびスクラッチの分布を示す図であ
る。
【図１６】本発明に係る落射照明による輝度信号Ｓ
（ｉ）の対数値と斜方照明による輝度信号Ｔ（ｉ）の対
数値との関係に基づく粒子状異物およびスクラッチの分
布を示す図である。
【図１７】本発明に係る欠陥検査装置で弁別された各々
の欠陥の分布を示すウエハマップを示す図である。
【符号の説明】
１…照明光学系、２ａ、２ｂ…光源、４ｂ、４ｃ、４ｃ
１〜４ｃ３…反射ミラー、５…検出光学系，６…集光レ
ンズ（結像光学系も含む）、７…ビームスプリッタ、８
ａ、８ｂ…光電変換器（ＣＣＤ、ＴＤＩセンサ）、９…
演算処理部、１０…被検査物（ウエハ）、１１…斜方照
明光、１２…落射照明光、１２ａ…垂直照明光、１２ｂ
…疑似垂直照明光、１４…ステージコントローラ、１５
…ステージ、１６ａ、１６ｂ…Ａ／Ｄ変換部、１７ａ、
１７ｂ…記憶部、１８…比較演算部（比較判定部）、２
１…基板、２２…絶縁膜（ＳｉＯ2膜）、２３ａ…スク
ラッチ、２３ｂ…薄膜状異物、２４…異物（粒子状異
物）、２０…弁別線（閾値）、３０…全体制御部、３１
…記憶装置、３２…入力手段、３３…表示装置、１００
…欠陥検査装置、１０１…工程管理用コンピュータ、１
０２…歩留まり管理システム、１０３…ネットワーク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 稔 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 大島 良正 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 西山 英利 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 渡邉 哲也 東京都渋谷区東三丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA49 AA61 BB02 BB03 BB17 CC19 FF44 FF48 FF67 GG04 GG05 GG23 HH03 HH12 HH13 HH14 JJ09 JJ19 JJ26 LL00 LL12 LL21 LL30 LL46 NN16 PP12 QQ03 QQ14 QQ23 QQ25 QQ26 QQ27 QQ32 QQ41 RR06 SS01 SS13 2G051 AA51 AB01 AB07 BA01 BA05 BA10 BB01 BB03 BB07 CA04 CB01 CB05 CC07 DA07 EA11 EA12 EB01 EC01 EC02 EC06 FA01 4M106 AA01 BA05 BA07 CA38 DB02 DB04 DB07 DB08 DB19 DB21 DJ02 DJ04 DJ18 DJ23 5B057 AA03 BA02 CA08 CA12 CA16 DA03 DB02 DB09 DC34 5L096 BA03 CA14 FA14 FA59 HA01 JA11

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検査物を載置するステージと、 該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該
    表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光
    若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照
    明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ
    光若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で斜方
    照明する斜方照明系とを有する照明光学系と、 該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所
    から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対
    して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明
    光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発
    生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角
    度散乱光を集光して結像する高角度結像光学系と該高角
    度結像光学系で結像された第１および第２の高角度散乱
    光を受光して第１および第２の輝度信号に変換する光電
    変換手段とを有する検出光学系と、 該検出光学系の光電変換手段で変換された第１の輝度信
    号と第２の輝度信号との間の相関関係に基いて前記被検
    査物上の欠陥を凹状欠陥と凸状欠陥とに弁別する比較判
    定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 【請求項２】前記照明光学系の落射照明系において、前
    記高角度集光光学系から迷光を発生させないように構成
    することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
  3. 【請求項３】前記検出光学系は、さらに、前記個所から
    射出された第１の反射光のフーリエ変換面に該第１の反
    射光による特定の光像を遮光する遮光手段を備えたこと
    を特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
  4. 【請求項４】前記比較判定部において、前記相関関係と
    して比率であることを特徴とする請求項１乃至３の何れ
    か一つに記載の欠陥検査装置。
  5. 【請求項５】前記比較判定部において、さらに、前記第
    １の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥
    のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッチ
    と薄膜状異物とに弁別するように構成したことを特徴と
    する請求項１乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装
    置。
  6. 【請求項６】前記比較判定部において、さらに、前記第
    １の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠陥
    のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である異物を
    大小に弁別するように構成したことを特徴とする請求項
    １乃至４の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
  7. 【請求項７】前記比較判定部において、弁別された凸状
    欠陥について、回路パターン領域内に発生したものか、
    回路パターン領域外に発生したものかを認識できるよう
    に構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一
    つに記載の欠陥検査装置。
  8. 【請求項８】前記比較判定部には、弁別された欠陥の情
    報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項
    １乃至７の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
  9. 【請求項９】前記比較判定部には、欠陥を弁別するため
    の第１の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示手
    段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一
    つに記載の欠陥検査装置。
  10. 【請求項１０】前記比較判定部には、欠陥を弁別するた
    めの第２の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示
    手段を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか
    一つに記載の欠陥検査装置。
  11. 【請求項１１】前記比較判定部には、前記検出光学系の
    光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度
    信号との関係を、横軸および縦軸を対数値で表される相
    関図上にプロットして表示する表示手段を有することを
    特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載の欠陥検
    査装置。
  12. 【請求項１２】前記照明光学系において、被検査物の表
    面上における落射照明系で落射照明する個所と斜方照明
    系で斜方照明する個所とを検出光学系の視野内で異なら
    しめて構成したことを特徴とする請求項１乃至７の何れ
    か一つに記載の欠陥検査装置。
  13. 【請求項１３】被検査物を載置するステージと、 該ステージ上に載置された被検査物の表面上の個所に該
    表面に対して法線方向若しくはその近傍方向からＵＶ光
    若しくはＤＵＶ光からなる照明光を所望の光束で落射照
    明する落射照明系と前記被検査物の表面上の個所にＵＶ
    光若しくはＤＵＶ光からなる前記照明光と異なる波長の
    照明光を所望の光束で斜方照明する斜方照明系とを有す
    る照明光学系と、 該照明光学系の落射照明系によって落射照明された個所
    から発生する第１の反射光の内前記被検査物の表面に対
    して高角度に向かう第１の高角度散乱光および前記照明
    光学系の斜方照明系によって斜方照明された個所から発
    生する第２の反射光の内前記高角度に向かう第２の高角
    度散乱光を集光する集光光学系と該集光光学系で集光さ
    れた第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光とを波長
    分離する波長分離光学系と該波長分離光学系で分離され
    た第１の高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を
    結像する結像光学系と該結像光学系で結像された第１の
    高角度散乱光と第２の高角度散乱光との各々を受光して
    第１の輝度信号と第２の輝度信号の各々に変換する第１
    および第２の光電変換手段とを有する検出光学系と、 該検出光学系の第１の光電変換手段で変換された第１の
    輝度信号と第２の光電変換手段で変換された第２の輝度
    信号との間の関係に基いて前記被検査物上の欠陥を弁別
    する比較判定部とを備えたことを特徴とする欠陥検査装
    置。
  14. 【請求項１４】前記照明光学系の落射照明系において、
    前記高角度集光光学系から迷光を発生させないように構
    成することを特徴とする請求項１３記載の欠陥検査装
    置。
  15. 【請求項１５】前記検出光学系は、さらに、前記個所か
    ら射出された第１の反射光のフーリエ変換面に該第１の
    反射光による特定の光像を遮光する遮光手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１３または１４記載の欠陥検査装
    置。
  16. 【請求項１６】前記比較判定部において、前記相関関係
    として比率であることを特徴とする請求項１３乃至１５
    の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
  17. 【請求項１７】前記比較判定部において、さらに、前記
    第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠
    陥のサイズに応じたデータに基いて凹状欠陥をスクラッ
    チと薄膜状異物とに弁別するように構成したことを特徴
    とする請求項１３乃至１６の何れか一つに記載の欠陥検
    査装置。
  18. 【請求項１８】前記比較判定部において、さらに、前記
    第１の輝度信号および第２の輝度信号から算出される欠
    陥のサイズに応じたデータに基いて凸状欠陥である粒子
    状の異物を大小に弁別するように構成したことを特徴と
    する請求項１３乃至１６の何れか一つに記載の欠陥検査
    装置。
  19. 【請求項１９】前記比較判定部において、弁別された凸
    状欠陥について、回路パターン領域内に発生したもの
    か、回路パターン領域外に発生したものかを認識できる
    ように構成したことを特徴とする請求項１３乃至１６の
    何れか一つに記載の欠陥検査装置。
  20. 【請求項２０】前記比較判定部には、弁別された欠陥の
    情報を表示する表示手段を有することを特徴とする請求
    項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠陥検査装置。
  21. 【請求項２１】前記比較判定部には、欠陥を弁別するた
    めの第１の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示
    手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何
    れか一つに記載の欠陥検査装置。
  22. 【請求項２２】前記比較判定部には、欠陥を弁別するた
    めの第２の輝度信号の関係に関する情報を表示する表示
    手段を有することを特徴とする請求項１３乃至１９の何
    れか一つに記載の欠陥検査装置。
  23. 【請求項２３】前記比較判定部には、前記検出光学系の
    光電変換手段で変換された第１の輝度信号と第２の輝度
    信号との関係を、横軸および縦軸を対数値で表される相
    関図上にプロットして表示する表示手段を有することを
    特徴とする請求項１３乃至１９の何れか一つに記載の欠
    陥検査装置。
  24. 【請求項２４】研磨または研削された膜の表面に発生し
    た浅いスクラッチや異物に対して、ＵＶ光若しくはＤＵ
    Ｖ光からなる照明光をほぼ同じ光束で落射照明および斜
    方照明を行い、該落射照明および斜方照明による浅いス
    クラッチと異物とから発生する散乱光を検出器で受光し
    てそれぞれの散乱光の強度に応じた輝度信号に変換し、
    これら変換された輝度信号の相関関係に基いて浅いスク
    ラッチと粒子状の異物とを弁別することを特徴とする欠
    陥検査方法。
  25. 【請求項２５】研磨または洗浄またはスパッタリングさ
    れた膜の表面に発生した平坦な薄膜状異物や異物に対し
    て、ＵＶ光若しくはＤＵＶ光からなる照明光をほぼ同じ
    光束で落射照明および斜方照明を行い、該落射照明およ
    び斜方照明による薄膜状異物と異物とから発生する散乱
    光を検出器で受光してそれぞれの散乱光の強度に応じた
    輝度信号に変換し、これら変換された輝度信号の相関関
    係に基いて薄膜状異物と粒子状の異物とに弁別すること
    を特徴とする欠陥検査方法。
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