JP2003057193A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検査物表面の所定領域に形成されている所
定の各種パターンのパターン領域別に当該パターンの障
害とみなす異物サイズを認識できるようにする。 【解決手段】 複数の所定領域ＷＣにおいて所定の各種
パターンが形成されてなる被検査物表面Ｗの状態を光学
的に検出し、該被検査物表面の各所定領域毎に検出デー
タを出力する検出手段８ａと、前記検出データに基づき
当該所定領域に形成されている各種パターンのパターン
画像を生成する画像処理手段８ｂとを備える。制御手段
９では、前記パターン画像に基づき、当該所定領域にお
ける前記各種パターンが配置されている各パターン領域
毎に当該パターンの特徴に応じて障害とみなす異物サイ
ズをそれぞれ算出し、該異物サイズに基づいて該各種パ
ターンの各パターン領域を当該異物サイズの検出可能領
域として表示する処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、被検査物表面上
の微小異物や凹凸傷やスクラッチなどの欠陥を高感度で
検出する異物検査装置に係り、特に、被検査物表面の所
定領域に形成されている所定の各種パターンのパターン
領域毎に当該パターンの障害とみなす異物サイズを認識
できるようにした異物検査装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、集積回路（以下、ＩＣという）の
高集積化および回路パターン（以下、パターンという）
の微細化が急速に進んでいる。このような微細化される
ＩＣを高歩留り（高良品率）で製造するためには、半導
体ウェハの表面に付着した異物を高精度に検出し、検出
した個々の異物の位置、サイズ、形状などを適切に検査
して、各種半導体製造装置や各工程の洗浄度を定量的に
把握し、これに基づいて、製造プロセスを的確に調整、
管理する必要がある。そこで、従来より、半導体ウェハ
をパターン形成後に異物検査装置を用いてウェハ表面の
異物有無の検査を行っている。従来、異物のサイズ（粒
径）、形状などを検査する異物検査装置として、例え
ば、特開平１１−５１６２２号公報に示された装置があ
る。 【０００３】上記の従来知られた異物検査装置は、ウェ
ハを光源に対してＸ方向およびＹ方向に相対的に移動さ
せ、該光源からウェハ表面にレーザ光を斜方照射し、該
ウェハ表面上の異物の凹凸による散乱光（反射光）を検
出し、該散乱光の検出データに基づき異物を検出する。
次に、異物の検出部分を撮像装置により撮像し、該撮像
装置による画像データからウェハ表面上のパターンの同
一性を判定して、該パターン以外の異物画像を抽出し、
該抽出異物画像に基づき異物のサイズ、形状、個数など
を認識する。 【０００４】 【発明が解決しようと課題】ＩＣの製造プロセスでは、
ウェハ表面にパターンを多層化して各種パターンを形成
するが、パターンの多層化工程毎に、パターンの障害と
なる異物サイズすなわちパターンの致命的な欠陥となる
異物サイズが異なってくる。具体的には、ウェハ表面に
形成された各種パターンのパターン領域において、パタ
ーン密度が粗であるパターン領域と、密であるパターン
領域とでは、隣合うパターンとパターンとの間隔（スペ
ース）が異なることから、該両パターンに物理的に接触
する異物サイズが異なってくる。このように、パターン
の多層化工程において、ウェハ表面にパターンの障害と
なる異物が在ると、歩留り低下の原因となることから、
各多層化工程において、歩留り低下の原因である異物サ
イズをパターン密度の異なるパターン領域別に認識する
ことができれば、各多層化工程の歩留り管理を効率的に
行うことができるようになる。例えば、任意の多層化工
程において、あるパターン領域で異物が多数検出された
場合に、そのパターン領域を解析対象領域として特定す
ることができるので、そのパターン領域だけをレビュー
ステーションや走査型電子顕微鏡などの異物分析装置を
用いて観察すれば、歩留り低下の原因である異物サイズ
の解析を効率良く行うことができる。 【０００５】しかしながら、上記従来の異物検査装置に
おいては、歩留り低下の原因である異物サイズをパター
ン密度の異なるパターン領域別に認識することについて
は考慮されていない。このため、各多層化工程におい
て、歩留り低下の原因である異物サイズの解析を行う場
合に、ウェハ表面の所定領域に形成されている各種パタ
ーンのパターン領域の全ての領域をレビューステーショ
ンや走査型電子顕微鏡などの異物分析装置を用いて観察
しなければならないという問題があった。 【０００６】本発明は、上記の点に鑑みて為されたもの
であり、被検査物表面の所定領域に形成されている所定
の各種パターンのパターン領域別に当該パターンの障害
とみなす異物サイズを認識できるようにし、これによっ
て、歩留り低下の原因である異物サイズの解析を効率良
く行えるようにした異物検査装置を提供しようとするも
のである。 【０００７】 【課題を解決しようとする手段】本発明の異物検査装置
は、複数の所定領域において所定の各種パターンが形成
されてなる被検査物表面の状態を光学的に検出し、該被
検査物表面の各所定領域毎に検出データを出力する検出
手段と、前記検出データに基づき当該所定領域に形成さ
れている各種パターンのパターン画像を生成する画像処
理手段と、前記パターン画像に基づき、当該所定領域に
おける前記各種パターンが配置されている各パターン領
域毎に当該パターンの特徴に応じて障害とみなす異物サ
イズをそれぞれ算出し、該異物サイズに基づいて該各種
パターンの各パターン領域を当該異物サイズの検出可能
領域として表示する処理を行う制御手段とを具えたもの
である。これによれば、被検査物表面の所定領域に形成
されている所定の各種パターンのパターン領域を当該パ
ターンの特徴に応じた障害とみなす異物サイズの検出可
能領域として表示できるので、該所定領域に形成されて
いる各種パターンのパターン領域別に当該パターンの障
害とみなす異物サイズを容易に認識することができる。
これにより、例えば、任意の多層化工程において、ある
所定領域における任意のパターン領域で異物が多数検出
された場合に、そのパターン領域を解析対象領域として
特定することができるので、そのパターン領域だけをレ
ビューステーションや走査型電子顕微鏡などの異物分析
装置を用いて観察すればよい。これによって、歩留り低
下の原因である異物サイズの解析を効率良く行うことが
できる。従って、各多層化工程の歩留り管理を効率的に
行うことができる。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る異物検査装置の一実施例を説明する。本実施の形態
では、ＩＣなどの製造工程において、ウェハ表面上の異
物の検査に適用される異物検査装置を説明する。図１
は、本実施の形態に係る異物検査装置の概略構成を示す
図である。図１において、被検査物であるウェハＷは、
ステージ部１のＸＹテーブル２上に固定されている。こ
のウェハＷは、ウェハ表面に所定のパターンが形成され
たＩＣチップ部ＷＣを縦横に多数有してなるパターン付
ウェハである。各ＩＣチップ部ＷＣは、それぞれ、所定
の各種パターンが形成されたパターン領域を有する。例
えば、図２に示されるように、パターン領域として、コ
ンデンサなどの素子からなる４つのメモリセル領域Ａ１
と、該各メモリセル領域Ａ１に隣接して設けられたロジ
ック回路などの４つの周辺回路領域Ａ２などを有してな
る。各メモリセル領域Ａ１は、複数の素子がアレイ状に
形成されたものであって、同一パターンが密に繰り返し
形成されている。一方、各周辺回路領域Ａ２は、複数の
ロジック回路がアレイ状に形成されたものであって、同
一パターンがメモリセル領域Ａ１のパターンよりも粗と
なる態様で繰り返し形成されている。つまり、メモリセ
ル領域Ａ１は、パターン密度が密の領域であり、周辺回
路領域Ａ２は、パターン密度が粗の領域である。 【０００９】ステージ部１にはコントローラ３が連結さ
れており、該コントローラ３によってＸＹテーブル２が
Ｘ方向およびＹ方向に移動するように駆動制御される。
コントローラ３は、ＸＹテーブル２をＸ方向およびＹ方
向に移動する際にウェハＷの現在の位置を示す座標位置
データを異物判定部６ｂに逐次出力する。 【００１０】ウェハ表面には、検査光射出用光源４ａか
ら検査光としてレーザ光Ｌ１が集光レンズ４ｂを通して
所定の低角度でスポット状に斜方照射される。レーザ光
Ｌ１は、ステージ部１のＸＹテーブル２がＸ方向および
Ｙ方向に移動されることでＩＣチップ部ＷＣ上を順次走
査する。ウェハ表面にレーザ光Ｌ１が斜方照射される
と、該ウェハ表面上の異物（分かりやすくするため、図
示例では１つ）Ｆや前記パターン領域Ａ１及びＡ２のパ
ターン（図示せず）のエッジ部から暗視野下の散乱光Ｌ
１ａが発生する。詳しくは、ウェハ表面の平滑面上に異
物Ｆやパターンが在ると、ウェハ表面の平滑面に対する
異物Ｆの凹凸やパターンのエッジ部によってレーザ光Ｌ
１が乱反射して散乱する。異物Ｆで乱反射した散乱光Ｌ
１ａは、その一部が受光レンズ５ａによって集光され、
次いで、空間フィルタ５ｂ及びリレーレンズ５ｃを通し
て散乱光検出センサ６ａの所定の受光面に結像される。
空間フィルタ５ｂは、パターンのエッジ部で乱反射する
散乱光Ｌ１ａの規則性を考慮して該散乱光Ｌ１ａを遮光
するように構成されている。従って、パターンのエッジ
部で乱反射した散乱光Ｌ１ａは、受光レンズ５ａによっ
て集光された後に、空間フィルタ５ｂによって遮光され
る。 【００１１】散乱光検出センサ６ａは、ＸＹテーブル２
の移動方向（図示例ではＸ方向）と直交するＹ方向にラ
イン状に配列された多数の画素（固体撮像光電変換素
子）を具備してなり、この多数の画素の任意の受光面で
ウェハ表面の異物Ｆからの散乱光Ｌ１ａを検出し、該散
乱光Ｌ１ａの検出レベル（輝度レベル）に応じた検出デ
ータを異物判定部６ｂに出力する。異物判定部６ｂで
は、散乱光検出センサ６ａから与えられる検出データに
基づきウェハ表面上の異物Ｆの有無を判定し、かつ、
「異物有り」を示す判定結果データと、コントローラ３
から与えられるＸＹテーブル２の座標位置データとを照
合し、これにより、前記異物Ｆの座標位置を特定する。
この異物判定部６ｂの判定結果データは、追って説明す
る画像処理回路８ｂ及びホストコンピュータ９などに出
力される。 【００１２】また、ウェハ面には、落射照明用光源７ａ
から明視野照明光として白色光Ｌ１がハーフミラー７ｂ
及び受光レンズ７ｃを通してスポット状に落射照明され
る。白色光Ｌ２は、ステージ部１のＸＹテーブル２がＸ
方向およびＹ方向に移動されることでＩＣチップ部ＷＣ
上を順次走査する。ウェハ表面が白色光Ｌ２によって落
射照明されると、該ウェハ表面に形成されているパター
ンや該ウェハ表面上の異物Ｆから明視野下の正反射光Ｌ
２ａが発生する。詳しくは、ウェハ表面の平滑面上に異
物Ｆやパターンが在ると、ウェハ表面の平滑面に対する
異物Ｆの不規則な凹凸やパターンの規則的な凹凸によっ
て白色光Ｌ２が正反射する。異物Ｆやパターンで正反射
した正反射光Ｌ２ａは、受光レンズ７ｃによって集光さ
れ、次いで、ハーフミラー７ｂを通して正反射光検出セ
ンサ８ａの所定の受光面に結像される。明視野化では、
パターンから得られる正反射光Ｌ２ａとして、該パター
ンの規則的な凹凸に従う正反射光を得るが、異物Ｆから
得られる正反射光Ｌ２ａとして、該異物Ｆに当たって散
乱した一部の正反射光を得る。従って、正反射光検出セ
ンサ８ａでパターンからの正反射光Ｌ２ａを検出した場
合と、異物Ｆからの正反射光Ｌ２ａを検出した場合とで
は、該両正反射光Ｌ２ａの受光レベル（輝度レベル）が
異なる。すなわち、パターンからの正反射光Ｌ２ａの受
光レベルは、異物Ｆからの正反射光Ｌ２ａの受光レベル
よりも大きい。 【００１３】正反射光検出センサ８ａは、ＸＹテーブル
２の移動方向（図示例ではＸ方向）と直交するＹ方向に
ライン状に配列された多数の画素（固体撮像光電変換素
子）を具備してなり、この多数の画素の任意の受光面で
所定のＩＣチップ部ＷＣから得られる正反射光Ｌ２ａを
検出し、該正反射光Ｌ２ａの受光レベルに応じた検出デ
ータを画像処理部８ｂに出力する。画像処理部８ｂで
は、その検出データに基づきＩＣチップ部ＷＣの画像デ
ータを生成して図示しない内部メモリに逐次記憶する。
そして、異物判定部６ｂから「異物有り」と判定された
判定結果データを表す異物検出信号を入力すると、該異
物検出信号を入力した時点のＩＣチップ部ＷＣの画像デ
ータと、該ＩＣチップ部ＷＣの１つの前のＩＣチップ部
ＷＣの画像データとを比較し、該両ＩＣチップ部ＷＣ上
のパターンの同一性を判定して、該パターン以外の異物
画像を抽出し、その抽出異物画像を分類部８ｃに出力す
る。また、画像処理部８ｂでは、前記検出データに基づ
きＩＣチップ部ＷＣのパターン領域Ａ１及びＡ２を受光
レベルに応じて弁別したしきい値画像をパターン画像と
して生成し、そのパターン画像をホストコンピュータ９
に出力する。このパターン画像は、ＩＣの製造プロセス
において、ウェハ表面にパターンを多層化して各種パタ
ーンを形成する多層化工程毎にホストコンピュータ９に
出力される。 【００１４】分類部８ｃでは、画像処理部８ｂから抽出
異物画像を入力すると、その抽出異物画像に基づき、予
め設定されたアルゴリズムによって異物Ｆのサイズ（粒
径）、形状などを特定し、これを分類する。例えば、抽
出異物画像において、異物Ｆのみを表す異物画素数を積
算又は除算処理することによって該異物Ｆのサイズや形
状を特定する。分類部８ｃは、異物Ｆの分類結果を表す
分類データをホストコンピュータ９に出力する。 【００１５】ホストコンピュータ９では、分類部８ｃか
ら与えられ分類データ、異物判定部６ｂから与えられる
個々の異物Ｆの判定結果データ及び座標位置データ、該
異物Ｆの個数を示すデータなどを使用することにより、
異物サイズ別マップ、異物形状別マップその他の異物分
析に必要な異物分析資料などを作成して、検査結果メモ
リ１０に格納する。検査結果メモリ１０に格納された各
種マップや異物分析資料は、必要に応じて、オペレータ
の指示に基づきホストコンピュータ９を通じて検査結果
メモリ１０から読み出され、該ホストコンピュータ９に
よってＣＲＴなどの表示部１１やプリンタ（図示せず）
などに出力される。 【００１６】また、ホストコンピュータ９では、画像処
理部８ｂからＩＣチップ部ＷＣのパターン画像を入力す
ると、そのパターン画像を検査結果メモリ１０に格納す
る。このパターン画像は、オペレータの指示に基づきホ
ストコンピュータ９を通じて検査結果メモリ１０から読
み出され、該ホストコンピュータ９によってＩＣチップ
部ＷＣのパターン領域すなわちメモリセル領域Ａ１及び
周辺回路領域Ａ２の各領域毎に各種パターンの障害とみ
なす異物サイズをそれぞれ算出し、該異物サイズに基づ
いて該メモリセル領域Ａ１及び周辺回路領域Ａ２を当該
異物サイズの検出可能領域として表示部１１に表示する
処理を行う。その一連の処理を図３に示すフローチャー
トに従って説明する。図３において、先ず、検査結果メ
モリ１０から画像データを読み出し（ステップＳ１）、
次に、パターン画像におけるメモリセル領域Ａ１及び周
辺回路領域Ａ２の各領域毎に障害とみなす異物サイズを
算出する（ステップＳ２）。一例として、粒径（サイ
ズ）の異なる多種類の標準粒子と、該各標準粒子の粒径
に対する散乱光強度との相関性に基づいて作成された散
乱光強度−標準粒径換算テーブルを用いて、パターン画
像におけるメモリセル領域Ａ１の受光レベルに対応する
散乱光強度から得られる標準粒子の粒径を求め、この粒
径をメモリセル領域Ａ１に障害となる異物サイズとみな
す。また、前記散乱光強度−標準粒径換算テーブルを用
いて、パターン画像における周辺回路領域Ａ２の受光レ
ベルに対応する散乱光強度から得られる標準粒子の粒径
を求め、この粒径を周辺回路領域Ａ２に障害となる異物
サイズとみなす。次に、ステップＳ２で求めた異物サイ
ズに基づきメモリセル領域Ａ１及び周辺回路領域Ａ２の
パターン領域を該異物サイズの検出可能領域として表示
部１１に表示する（ステップＳ３）。 【００１７】図４に、ＩＣチップ部ＷＣにおける各種パ
ターンのパターン領域を異物サイズの検出可能領域とし
て表示部１１に表示する一例を示す。表示部１１には、
図４に示されるように、例えば、図２に示すＩＣチップ
部ＷＣのメモリセル領域Ａ１及び周辺回路領域Ａ２のパ
ターン領域を異物サイズの検出可能領域別に表示するチ
ップイメージＢと、ＩＣチップ部ＷＣの全面積に対する
メモリセル領域Ａ１、周辺回路領域Ａ２及び外周領域Ａ
３の面積比率Ｃと、メモリセル領域Ａ１、周辺回路領域
Ａ２及び外周領域Ａ３における異物サイズ検出感度Ｄな
どが表示される。チップイメージＢにおいて、ハッチン
グのピッチ間隔の大きい第１の画像領域Ｂ１はＩＣチッ
プ部ＷＣのメモリセル領域Ａ１に対応しており、ハッチ
ングのピッチ間隔の小さい第２の画像領域Ａ１２は同Ｉ
Ｃチップ部ＷＣの周辺回路領域Ａ２に対応している。ま
た、ハッチングの無い第３の画像領域Ａ１３は同ＩＣチ
ップ部ＷＣのダイシングライン（カットライン）ＷＣ１
付近の外周領域Ａ３に対応している。第１の画像領域Ｂ
１は、一例として、面積比率が「８０％」であり、異物
サイズ検出感度が「０．１５μｍ以上」である。また、
第２の画像領域Ｂ２は、一例として、面積比率が「１０
％」であり、異物サイズ検出感度が「０．５０μｍ以
上」である。また、第３の画像領域Ｂ３は、一例とし
て、面積比率が「１０％」である。この第３の画像領域
Ｂ３すなわち図２に示されるＩＣチップ部ＷＣの外周領
域Ａ３には、パターンが形成されていないことから、第
３の画像領域Ｂ３に異物サイズを設定する必要がなく、
よって、該第３の画像領域Ｂ３における異物サイズ検出
感度を「禁止」している。 【００１８】このように、本実施例に示す異物検査装置
では、ウェハ表面のＩＣチップ部ＷＣに形成されるメモ
リセル領域Ａ１及び周辺回路領域Ａ２の各パターン領域
を障害とみなす異物サイズの検出可能領域として表示部
１１に表示できるので、ＩＣチップ部ＷＣに形成されて
いるメモリセル領域Ａ１及び周辺回路領域Ａ２の各パタ
ーン領域別に当該メモリセル領域Ａ１及び周辺回路領域
Ａ２のパターンの障害とみなす異物サイズを容易に認識
することができる。これによって、例えば、任意の多層
化工程において、あるパターン領域で異物が多数検出さ
れた場合に、そのパターン領域だけをレビューステーシ
ョンや走査型電子顕微鏡などの異物分析装置を用いて観
察すればよいので、歩留り低下の原因である異物サイズ
の解析を効率良く行うことができるようになる。従っ
て、各多層化工程の歩留り管理を効率的に行うことがで
きる。 【００１９】本実施の形態に示す異物検査装置によれ
ば、散乱光検出センサ６ａや正反射光検出センサ８ａと
してラインセンサを用いたが、これに代えてエリアセン
サまたは撮像管などを用いてよい。また、上述の実施の
形態では、ＩＣチップ部ＷＣに形成される各種パターン
として、メモリセル領域Ａ１と周辺回路領域Ａ２の２種
類のパターン例を示したが、パターンの種類は２種類に
限らず２種類以上であってもよい。また、上述の実施の
形態では、パターン付ウェハに適用した異物検査装置を
説明したが、本発明の異物検査装置は、これに限られる
ものでなく、例えば、パターン付ガラス基板などの異物
検査装置として適用してよい。 【００２０】 【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る異
物検査装置によれば、被検査物表面の所定領域に形成さ
れている所定の各種パターンのパターン領域を当該パタ
ーンの特徴に応じた障害とみなす異物サイズの検出可能
領域として表示できるので、該所定領域に形成されてい
る各種パターンのパターン領域別に当該パターンの障害
とみなす異物サイズを容易に認識することができる。こ
れによって、ある所定領域の任意のパターン領域で異物
が多数検出された場合に、そのパターン領域を解析対象
領域として特定することができるので、そのパターン領
域だけをレビューステーションや走査型電子顕微鏡など
の異物分析装置を用いて観察すればよいことから、歩留
り低下の原因である異物サイズの解析を効率良く行える
ようになる、という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】 異物検査装置の一実施例を示す概略構成図。 【図２】 ＩＣチップ部の各種パターンの一例を示す平
面図。 【図３】 ＩＣチップ部の各種パターンのパターン領域
を異物サイズの検出可能領域として表示する処理を示す
フローチャート。 【図４】 ＩＣチップ部ＷＣにおける各種パターンのパ
ターン領域を異物サイズの検出可能領域として表示部に
表示する表示例を示す図。 【符号の説明】 ７ａ 落射照明用光源 ７ｂ ハーフミラー ７ｃ 受光レンズ７ ８ａ 正反射光検出センサ ８ｂ 画像処理部 ９ ホストコンピュータ １０ 検査結果メモリ １１ 表示部 Ａ１ メモリセル領域 Ａ２ 周辺回路領域 Ａ３ 外周領域 Ｂ チップイメージ Ｂ１ 第１の画像領域 Ｂ２ 第２の画像領域 Ｂ３ 第３の画像領域 Ｆ 異物 Ｗ ウェハ ＷＣ ＩＣチップ部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA23 AA49 AA54 BB02 BB25 CC19 DD13 FF04 FF26 FF41 GG04 GG22 GG24 HH04 HH12 HH16 HH17 JJ02 JJ08 JJ25 KK01 LL04 LL22 LL46 MM03 PP22 QQ24 QQ25 RR05 2G051 AA51 AB01 AC04 BA10 CB01 CB05 DA07 EC01 ED04 FA02 4M106 AA01 CA38 CA43 DB04 DB08 DB21 DJ18 DJ19 DJ20 DJ23 DJ27 5B057 AA03 BA02 CA12 CA16 DA03 DC04 DC36

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の所定領域において所定の各種パタ
   ーンが形成されてなる被検査物表面の状態を光学的に検
   出し、該被検査物表面の各所定領域毎に検出データを出
   力する検出手段と、 前記検出データに基づき当該所定領域に形成されている
   各種パターンのパターン画像を生成する画像処理手段
   と、 前記パターン画像に基づき、当該所定領域における前記
   各種パターンが配置されている各パターン領域毎に当該
   パターンの特徴に応じて障害とみなす異物サイズをそれ
   ぞれ算出し、該異物サイズに基づいて該各種パターンの
   各パターン領域を当該異物サイズの検出可能領域として
   表示する処理を行う制御手段とを具えた異物検査装置。