JP2003297888A - 光学的検査方法及び光学的検査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハ構造の光学的検査を実行するシ
ステムおよび方法である。 【解決手段】 ウェハ表面は複数の波長からなる光を発
する光源から該光が照射される。マルチＣＣＤカメラ
は、１次回析によりウェハ表面の構造で回析した光を補
足する位置に配置される。その後、補足された光は、複
数の波長に区別され、それらはＣＣＤに向けられる。デ
ジタルフィルタは、異なる波長における、ウェハ表面の
複数のデジタル化された回析イメージを作成する。回析
イメージは、構造中の欠陥を検出するために統合及び分
析がされ、または個々の分析が行われてもよい。特定の
波長のイメージは、公知の構造中の回析ピッチを利用し
て、選別及び分析がされ、波長を計算することになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学的検査システ
ムに関するものである。具体的に本発明は、限定される
ものではないが、回析光を用い、半導体ウェハの表面の
ように画一的にパターン化された製品表面の自動的な光
学的検査のシステム及び方法である。

【０００２】

【従来の技術】処理後の、あるいは処理工程における製
品の光学的検査は、単純な目視検査からコンピュータを
利用した精密な検査にまで及ぶ。自動化された検査は迅
速で、信頼性があり、目視では認識が難しい製品の欠陥
を確実に検出することができため、装置及び技術が向上
されるにつれ、ますますその価値が高まっている。

【０００３】これは半導体のウェハの工程間検査にもあ
てはまる。半導体ウェハは複数のステージにより製造さ
れ、各ステージでは新規なレイヤーの現像処理や、工程
終了後にウエハに組み込まれる電子デバイスの機能部品
のための表面構造を設ける処理を行うようになってい
る。各ステージで設けられた構造は、その表面の選択領
域を、エッチングするか或いは入念な処理を行うことに
よって形成される。多くの場合、エッチングまたはその
他の処理を行う領域は、いわゆるフォトレジストと呼ば
れる保護剤で上記処理範囲外を覆うことにより形成され
る。

【０００４】まずフォトレジストがウエハ全体の表面に
均一に塗布された後、マスクを用いて選択的に表面を露
光する。この処理により露光された領域は、例えば可溶
性が向上したり低下したりするといった性質が変化す
る。

【０００５】現像の間、使用されるフォトレジストのタ
イプに応じて露光領域は保持または洗浄されるが、表面
残留物が変質するのでウェハ表面を保護するレジストパ
ターンは残される。例えば、エッチング工程の間、非保
護領域は一定の深さまで除去さ、その後充填または処理
が行われる。次いで保護膜のフォトレジストを除去し
て、所望の表面構造だけを残すようにする。次のステー
ジでは処理の準備がされており、所望の表面構造が完全
に形成されるまでプロセスが繰り返される。

【０００６】製造工程では、ウェハ表面を頻繁に検査す
ることが好ましく、特にフォトレジスト構造が形成され
た箇所での検査は好ましい。欠陥の多くは修復可能であ
り、フォトレジストは比較的容易に除去及び再塗布がで
きるが、不正な処理を行ったウェハのエッチングを行う
と修復がより困難になりコストがかかってしまうので、
そのような修復をするよりもむしろその欠陥を予め検出
することが最も効果が高い。

【０００７】製造工程のウエハは、目視検査を行うこと
もあるが、一般的には、自動検査システムが用いられ
る。そのようなシステムでは、電磁エネルギーの一つと
して、多くの場合は可視光を、該表面に照射して検査さ
れている。表面からの光の反射によって作られるイメー
ジはコンピュータ処理のため、取り込まれてからデジタ
ル形式に変換される。

【０００８】この表面イメージデータは分析され、例え
ば、ある種の欠陥と関連している異常パターンやこれを
暗示するようなパターンが存在するかを決定する。画像
分解（Image Decomposition）と呼ばれているような技
術では、プリミティブと呼ばれる単位により、表面構造
のトレース及び描写がされる。

【０００９】このような技術は1998年5月6日に出願され
た「System and Method of Optically Inspecting Manu
factured Devices」という発明の名称のアメリカ特許出
願番号 09/074、301の出願と、2000年7月18日にアメリ
カ特許番号6、091、846として権利が発生した「Method
and System for Anomaly Detection」 という発明の名
称の一部継続出願であるアメリカ特許出願番号 08/86
7、156に詳細が記載されている。両方の内容は本願明細
書において引用されている。さらに精密なシステムで
は、各検査に関連するイメージは後の利用のため、分類
され、格納され、そして見出しがつけられるようになっ
ており、欠陥検出過程そのもののエラーを検出し、製造
工程を分析するための比較がなされる。これにより、今
後同様の欠陥をできる限り抑えるために、根本的な原因
を特定するようになっている。

【００１０】ウェハの表面から鏡面反射した光のイメー
ジを取り込むことは、効率的かつ包括的に欠陥を検出す
るには不十分な場合がある。例えば、フォーカスオフセ
ットのような欠陥や、または流在する粒子、ウェハ現
像、エッチング若しくは剥離時のエラー又は現像液の不
足による焦点ずれは製品表面から回析した光の検査によ
り検出できるということがわかった。適切に製造された
半導体ウェハのように、対象となるウェハの表面が、回
折（若しくは反射）格子若しくはそれに近い規則的なパ
ターンを形成するほど小さくて十分に均一であるとき
は、その回析光の分析もまた有用である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、回析光の利用
は、検査の過程を複雑にするという問題がある。例え
ば、回析格子のピッチ(すなわち通常のウェハ表面距離)
が既知であるウェハ表面の特定領域へ単波長光を向ける
場合には、一次乃至数次の回析角を予測することはでき
るが、回析角は回析格子のピッチの度合いによるので、
カメラや他のイメージ捕捉装置を使用する場合は回析格
子のピッチの時間に伴う変化に応じて、位置を変えなけ
ればならないという問題がある。

【００１２】つまり、半導体ウェハに普遍的に見られる
様々な表面のパターン(すなわち回析格子のピッチ)に適
合させるにはカメラ若しくは光源どちらかを再配置しな
くてはならない。これは各々の異なる回析格子のピッチ
は、入射角と関連して異なる回析角を発生することによ
るためであり、当然、ウェハの配向性は予想される回析
角に従って調整できる。しかし、このように調整する
と、扱いずらくなりエラーも生じやすいので、望ましく
ないという問題がある。

【００１３】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもの
であり、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を
用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える半導体ウェ
ハの光学的検査方法及び光学的検査システムを提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の主たる観点に係る方法は、半導体ウェハの
表面の構造の光学的な検査を行う方法であって、複数の
波長の光を発する光源からウェハ表面に光を照射する工
程と、前記ウェハ表面構造により回折された光を捕捉す
る工程と、前記捕捉した光を複数の波長に分離する工程
と、異なる波長から生成された複数の前記ウェハ表面の
回折イメージを作成する工程と、前記回折イメージを分
析して欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とす
る。

【００１５】本発明では、ウェハ表面に、複数の波長の
光源を照射する。次いで、１次回析に相当するウェハ表
面の角度の構造で回析した光を捕捉する。捕捉した光を
複数の波長に分離する。これら異なる波長によりウェハ
表面の複数の回析イメージが作成されるようになってい
る。その後、回析イメージが分析され、構造上の欠陥が
検出される。特定波長におけるイメージが選択され、既
知の格子ピッチを用いて表面構造を分析し、その波長を
計算するようになっている。既知回析格子のピッチがウ
ェハ表面の異なる領域での変化によって、異なる波長が
計算され、そして、新たな波長での異なるイメージが選
択され分析される。

【００１６】本発明の一の形態として、前記ウェハ表面
に光を照射する工程は、複数の波長からなる白色光で前
記ウェハ表面を照射することを特徴とする。

【００１７】本発明の一の形態として、前記表面構造に
より回折した光を捕捉する工程は、複数の波長領域の光
を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを
用いて一次回折角における光を捕捉する工程を更に具備
することを特徴とする。

【００１８】本発明の一の形態として、前記カメラを用
いて光を捕捉する工程は、可視光領域の赤、緑及び青の
波長を有する光を捕捉する３つの電荷結合型デバイスを
有するカメラにより光を捕捉することを特徴とする。

【００１９】本発明の一の形態として、前記複数の回折
イメージを作成する工程は、前記赤、緑及び青の波長を
捕捉するカメラにより捕捉された光をデジタル化する工
程と、前記赤、緑及び青の波長領域のそれぞれにおける
前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成する工程
とを具備することを特徴とする。

【００２０】本発明の一の形態として、前記表面構造
は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さて
いるものであり、前記格子ピッチが既知のものであるか
を決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない
場合、前記デジタル化した回折イメージを個々に分析し
て構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特
徴とする。

【００２１】本発明の一の形態として、前記表面構造
は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さて
いるものであり、前記格子ピッチが既知のものであるか
を決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものである
場合、前記回折光の波長を算出する工程と、前記算出さ
れた回折光に対応した前記デジタル化した回折イメージ
を分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具備
することを特徴とする。

【００２２】本発明の一の形態として、前記表面構造
は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さて
いるものであり、前記格子ピッチが既知のものであるか
を決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない
場合、前記格子ピッチを決定する工程と、前記回折光の
波長を算出する工程と、前記算出した波長に対応するデ
ジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を
検出する工程とを更に具備することを特徴とする。

【００２３】本発明の一の形態として、前記ウェハ表面
の全スペクトルイメージを捕捉する工程と、前記表面構
造のデジタルマップを作成する工程と、前記格子ピッチ
に相当する前記構造間の距離を算出する工程とを具備す
ることを特徴とする。

【００２４】本発明の一の形態として、前記表面構造の
デジタルマップを作成する工程は、前記ウェハ表面を所
定の数の領域に分割する工程と、前記表面の各領域にお
ける前記表面構造のデジタルマップを作成する工程とを
具備することを特徴とする。

【００２５】本発明の一の形態として、前記捕捉した光
を複数の波長に分離する工程の後、ライン検出器を用い
て複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出する工
程と、デジタル回折イメージを作成し、分析するため
に、波長を識別する工程とを更に具備することを特徴と
する。

【００２６】本発明の一の形態として、前記回折イメー
ジを分析して前記構造の欠陥を検出する工程は、前記回
折イメージを統合して全スペクトルデジタルイメージを
形成する工程と、前記全スペクトルデジタルイメージを
分析して前記構造の欠陥を検出する工程とを具備するこ
とを特徴とする。

【００２７】本発明の一の形態として、検出された欠陥
を、前記欠陥の分類を行う知識ベースに格納された欠陥
タイプと比較する工程を更に具備することを特徴とす
る。

【００２８】本発明の一の形態として、前記知識ベース
に特定の欠陥となる原因データを格納する工程と、所定
の欠陥タイプと前記知識ベースに格納された原因とを用
いて検出された欠陥の原因を診断する工程とを更に具備
することを特徴とする。

【００２９】本発明の別の観点に係るシステムは、半導
体ウェハ表面の構造の光学的な検査を行うシステムであ
って、複数の波長からなる光を前記ウェハ表面に照射す
る照射手段と、前記ウェハ表面の構造により回折された
前記光を捕捉する捕捉手段と、前記捕捉された光を複数
の波長に分離する分離手段と、それぞれは異なる波長か
ら作成された複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作
成するイメージ作成手段と、前記回折イメージを分析し
て前記構造の欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備する
ことを特徴とする。

【００３０】本発明の一の形態によれば、前記照射手段
は複数の波長からなる白色光を発する光源であることを
特徴とする。

【００３１】本発明の一の形態によれば、前記光捕捉手
段は、一次回折角における前記光を捕捉する位置に載置
され、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型
デバイスを有するカメラを具備することを特徴とする。

【００３２】これにより、検査時の度重なる調整を回避
しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を
行える。

【００３３】本発明の一の形態によれば、前記複数の電
荷結合型デバイスは、それぞれ赤、緑及び青の可視光ス
ペクトル波長領域の光を捕捉することを特徴とする。

【００３４】本発明の一の形態によれば、前記分離手段
は、前記カメラ内にプリズムを具備し、前記プリズム
は、前記捕捉した光を分離し、前記複数の電荷結合型デ
バイスへ前記分離した光を向けることを特徴とする。

【００３５】本発明の一の形態によれば、前記イメージ
作成手段は、前記複数の電荷結合型デバイスから生じた
信号を受け取り、前記ウェハ表面のデジタル回折イメー
ジを作成するデジタルフィルタを具備することを特徴と
する。

【００３６】本発明の一の形態によれば、前記複数の波
長の光スペクトルにわたる波長を検出するライン検出器
を更に具備することを特徴とする。

【００３７】本発明の一の形態によれば、前記ウェハ表
面構造の所定の格子ピッチを分析するために前記回折イ
メージのうち１つを選択するイメージ選択手段を更に具
備することを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。本発明は対象物の表面の自動光学的
検査を実行する際の電磁エネルギーの回析効果を利用す
るためのシステムと方法である。本発明が適切に構築さ
れたときには、規則的なパターンやパターンの要素が反
射する回析格子に近いパターンを形成する表面構造を有
する表面の検査に適用できる。上述のとおり、このよう
な表面の一つとしては製造工程中の半導体ウェハの表面
を挙げることができる。また、本発明では以下ウェハ検
査に適応できる例を説明するが、これに限定されるもの
ではなく、様々な同様の表面検査に有効であることはい
うまでもない。

【００３９】図１は本発明の実施の形態における半導体
ウェハ１１を検査するために構成された光学的検査シス
テム１０の正面図である。システム１０はフォトレジス
トの異常を検出するために用いられるようになってい
る。このような異常検出システムである光学的検査シス
テム１０は以下の光源１２、オーバーヘッドイメージ捕
捉装置１３、回析イメージ捕捉装置１４、、制御コンピ
ュータ１５、そして半導体ウェハ１１を保持する支持台
１６を含む。該光源１２は例えば、レーザー光線、Ｘ
線、イオンビーム、電子、赤外線、紫外線若しくは可視
光線を利用して光やエネルギーをウェハの表面に照射す
る。

【００４０】フォトレジストアイランドエッジ（Photor
esist Island Edge）等のような構造上のエッジを検出
する、本発明の効率及び能力の大部分は、オーバーヘッ
ドイメージ捕捉装置１３によるめりはりがあって精細な
コンポーネントエッジの生成に依存し、そして回析イメ
ージ捕捉装置１４による回析角の正確な測定に依存して
いる。そのため、光源１２は放射する光を最小限に抑え
る干渉性の光源であることが好ましい。オーバーヘッド
捕捉装置１３は一本のライン走査型のカメラやエリアス
キャン型のオーバーヘッドカメラであることが好まし
い。回析イメージ捕捉装置１４は表面から伝わる光の異
なる波長を別々に捕捉できるマルチＣＣＤカメラである
ことが好ましい。適切なイメージ捕捉装置はとしてはＸ
Ｃ００３３ＣＣＤエリアスキャンカラーカメラ（ソニー
株式会社製）が好ましい。

【００４１】図２は多数のチップ１８を表面に有する半
導体ウェハ１１の平面図である。この実施の形態におい
て、検出されるウェハ１１は光学的検査システム１０の
一部である支持台１６に配置される。支持台１６はウェ
ハを確実に保持する支持体を提供するだけではなく、カ
メラ１３と光源１２も同様に保持する。支持台１６は、
個別の検査に要求される光の焦点と方向を合わせるため
の、多くの光学レンズと鏡を保持できるようになってい
る。ここで、ウェハが取り込まれ得るように照射され、
それから要求によりデジタル化、記憶化及び分析される
ことになる。

【００４２】本発明における実施形態では、該光源は複
数の波長からなる白色光をウェハ表面に上下軸に対する
所定の角度で当てるようになっている。ここで回折イメ
ージ捕捉装置１４はマルチＣＣＤカメラであり、該白色
光を当てられたウェハ表面から反射する光の様々な波長
を個別に捕捉するようになっている。より詳しくは、該
カメラは、例えば可視光領域の赤、青及び緑のような複
数の波長領域を有する光を個別に捕捉するようになって
いる。このとき、これらの波長領域はカメラに捕らえら
れたときには可視化されて分離されず、カメラ内部で行
われるようになっている。また、回折イメージ捕捉装置
１４は便宜的にカメラを例に説明されるが、本発明によ
れば（あらゆる電磁放射を含む）反射若しくは回折光を
捕捉する装置であればいかなるものでも可能である。

【００４３】本来、異なる波長が回折イメージを作り出
しているため、別々に捕捉されたイメージはお互いに異
なる。複数ある分離されたイメージの中の一つは欠陥が
あるかどうかの決定に用いる場合に好適である。欠陥に
よっては、他のものがまだ検出可能である一方、検出さ
れないものもある。しかし、どのイメージが決定のため
に最も有効であるかを前もって予測することは困難であ
るので、各回折イメージをそれぞれのウェハに対して分
析することが好ましい。

【００４４】好ましい実施形態においては、本発明は電
磁エネルギーの回析現象という利点を有する。ウェハ表
面上で現像されたフォトレジスト構造によって形成され
た規則パターンは反射格子を作り出し、結果として正反
射と同様に回析が起きる。この回析した光の検査を通じ
て、より簡単に検出可能となる欠陥もある。

【００４５】回析光の現象は次の関係式によって説明さ
れる。 mλ=d(sinθ_i+sinθ_m) (1) ここで、λは、回析格子(すなわちウェハの表面構造)に
照射される光の波長、dは回析格子のピッチ、θ_iは照射
される光の入射角し、θ_mは回析角、mは回析の次数を表
す。現在のシステムで行われているような、波長がわか
っている単波長の光が使用されることにより、回析角は
計算され、カメラが適切に配置され、必要とされる回折
イメージを取り込む。

【００４６】このようなシステムの欠点としては、回析
格子のピッチ(表面構造の分離)が種々存在するとき、一
般的にはウェハの検査を行う場合にマルチカメラは結果
として様々な１次回析角に適応して利用しなければなら
ず、カメラは一つの位置から他の位置へ移動しなければ
ならない。カメラが対応可能な回析角に調整するため、
(光源または対象のウェハを移動させて)単波長光の波長
若しくは入射角を変化させなければならない。

【００４７】これらの調整はいかなるものであっても、
欠陥検出処理を不正確にしてしまうという好ましくない
問題を生じる。これに対して、本発明のシステムと方法
は固定された構造を用いることができる。しかし、ここ
で用いられているように、固定とは調整できないことを
意味するのではなく、通常の操作において、光源の位置
及びイメージ捕捉装置が、様々なウェハ構造に適応させ
るための調整を必要としないという意味である。結果と
して正確性と効率が向上する。

【００４８】本発明の好ましい実施形態においては、ウ
ェハは可視光の全ての波長を含む白色光による照射がさ
れる。それ以外には、異なる照射スペクトルが用いら
れ、非連続または一以上の異なる光源により発生された
ものや、または光学的に個々に分離された光源がある。
(これが、本発明の実施に直接には関連しないが、好ま
しいという理由である。)

【００４９】回析効果カメラは、回析格子のピッチの範
囲により形成される１次回析格子を捕捉できるように、
配置されることが好ましい。これは、回析効果カメラに
入る光はそれぞれの波長のイメージに分離されるためで
ある。各回折イメージは、後述するように分析された波
長λの範囲を明示するものである。

【００５０】その他の実施形態においては、オーバーヘ
ッドイメージ捕捉装置１３は分析用に光を照射されたウ
ェハから得られる全波長の回折イメージを捕捉するとい
う標準的な用い方も可能である。しかし、オーバーヘッ
ドカメラのイメージは、本発明と協働して分析された回
析効果カメラから抽出されたデータの範囲を除き、本発
明には不要である。他の実施形態においては、マルチＣ
ＣＤカメラのイメージは、全波長イメージを形成するデ
ジタイザによって再結合され得る。全波長イメージは他
の検出形式に用いられるか、または後述の回析効果分析
との関連に用いられる。

【００５１】図３は異常検出及び修正システム（Ａｎｏ
ｍａｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｃ
ｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下「ＡＤＣＳ」という。）
２０とのサブシステムの相関関係を示すブロック図であ
る。ＡＤＣＳは、本発明の実施形態によるイメージデー
タを分析する際に使用される、典型の一つである。ＡＤ
ＣＳS中には異常検出・位置選定システム２１、検出分類
システム２２、検出診断システム２３、検出修復システ
ム２４及び知識ベース２５がある。異常検出・位置選定
システム２１は欠陥の位置を正確に示す。一度欠陥の位
置が選定されれば、検出分類システム２２が欠陥イメー
ジの記憶された特徴の識別及び利用を行い、検出された
欠陥のタイプを決定することになる。一度欠陥タイプが
決定されれば、検出診断システム２３が、知識ベース２
５に蓄積された欠陥タイプと既知既知の欠陥原因のデー
タベースとを適合させ、欠陥の原因を判断することにな
る。欠陥の原因が予測された後には、検出修復システム
２４か知識ベース２５に蓄積された情報を利用し、欠陥
が訂正できるものかを決定し、そうであれば、修復操作
を指示する。

【００５２】図４は本発明の好ましい実施形態のイメー
ジを捕捉し、照射するシステムの概略図である。光源１
２は複数の波長の光を発し、検査される表面、ここでは
半導体ウェハ１１の照射に利用する。当該光は、５０／
５０ビームスプリッタに参照されるような半反射鏡を使
用するウェハの表面に対して、再度照射される。当該光
は、上下軸に対する入射角θ_iでウェハの表面に照らさ
れる。図４は、ウェハ表面上の２ヶ所ａ、ｂに対応す
る、入射とm次回析の角度を示すものである。

【００５３】表面からの光は同じ角度、θ_mで鏡面反射
する(明確にするため、この角度は2つの反射箇所だけで
示される)。ウェハ表面構造により生じた回析効果によ
り、m次回析ビームもまた角度θ_mでこれらの箇所から広
がる。

【００５４】マルチＣＣＤカメラ１４が回析した光(全
部である必要はない)を捕捉する。カメラはプリズム３
２を有しており、それは入射する光をその構成する波長
に分けるものである。３つのＣＣＤカメラ３３は３つに
分かれたスペクトル(図４では赤、緑、青を示す)からの
光を捕捉し、３つに分離した回折イメージを作り出す。

【００５５】３つの捕捉されたイメージ(本発明によれ
ば、２つでも３つ以上でもよい)はデジタルフィルター
３４によりデジタル化され、デジタルイメージを形成
し、コンピュータ１５に記憶及び解析のために伝送され
る。それ以外としては、イメージが統合され、全スペク
トルデジタルイメージ３５を形成し、コンピュータ１５
に記憶及び解析のために伝送される。任意ではあるが、
プリズム３２が入射する光をその構成する波長に区別し
た後に、ラインセンサ３６は、例えば数百という多くの
様々な波長の回折イメージを分析する機能を用いてプリ
ズムから発する光のスペクトルが、所望のものとどの程
度同じであるかを検出するために用いても良い。

【００５６】図５は本発明の方法の一実施形態の工程の
フローチャートである。ステップ４１では、３台のＣＣ
Ｄカメラ１４は１次回析角の位置に配置される。ステッ
プ４２では、ウェハ表面に好ましくは複数の波長からな
る白色光が照射される。ステップ４３では、表面の１次
回析イメージは３台のＣＣＤカメラによって捕捉され、
そしてステップ４４ではプリズム３２は捕捉された光を
構成する波長に区別する。ステップ４５では、スペクト
ル線検出器３６は、任意に、プリズムから発する光のス
ペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを数百
という多くの様々な異なる波長のイメージを分析する機
能により検出するために用いられる。ステップ４６で
は、3つのカメラＣＣＤ３３が赤、緑、青の波長領域か
らの光を捕捉し、ステップ４７においてデジタル化され
る、3つの別々のイメージを作成する。回析効果の利点
を得るために、関連する範囲の表面構造で作られた回析
格子ピッチｄが式において使用される。その際には、既
知の波長λを計算するために入射及び回析の角度(光源
とカメラが固定された下)が用いられる。回析格子ピッ
チは規則的に繰り返す表面構造間の距離である。従っ
て、ステップ４８において、回析格子ピッチが既知であ
るかどうかが決定される。もし既知であれば、波長λは
ステップ４９において計算される。ステップ５０におい
て、計算された波長に関連するイメージは、その波長が
捕捉されたイメージの一つの範囲に入るとの仮定の下、
計算される。適切な波長は一般的に捕捉された範囲に入
るが、全ての考えられる表面構造が有用な回析イメージ
を作成することは、本発明が要求することではない。仮
に全く発見されなければ、その場合は第二の検査方法が
使用されることになる。ステップ５１において、欠陥分
類システム２２、欠陥診断システム２３、そして知識ベ
ース２５は、分析イメージで検出及び位置選定がされた
欠陥の分類及び診断に使用される。

【００５７】もし回析格子ピッチがステップ４８で既知
のものでない場合には、要求があれば、その処理はステ
ップ５５に移り、そこで回析格子ピッチが決定される。
回析格子ピッチが要求されない他の実施形態では、その
波長の計算が実行される必要はない。回析光はある欠陥
を検出するために使用されることは既知であるように
(例えば、焦点ずれの欠陥)、様々なエネルギー波長(ス
ペクトル)によって作られる多重に分離した捕捉イメー
ジは、ステップ５６において容易に検査や分析が個別に
なされ、その中のいずれかが欠陥の存在を示しているか
を決定することになる。この実施形態においては、当
然、回析格子ピッチは既知である必要はない。その回析
光の波長や角度が計算される必要がないからである。検
出に用いられる波長に関係なく、イメージの一つに表さ
れる欠陥は適切に取り込まれる。もちろん、この実施形
態は計算の実行との関連では相互排除ではない。これら
の方法の組み合わせもまた利用可能である。

【００５８】他の実施形態において、ステップ５５にお
いて回析格子ピッチが要求される場合には、その処理は
ステップ５７に移り、検査システムはウェハ全体の標準
フルスペクトラムイメージを、現存する方法に従って、
捕捉する。捕捉されたイメージはデジタル化され、知識
ベースに蓄積されることが好ましい。ステップ５８にお
いて、イメージ分解のような技術を使用し、表面上の構
造はトレースされる。そして表面構造のデジタルマップ
が現像され、それがまた当該知識ベースに蓄積される。
この技術は、前述の特許出願番号08/867、156と特許番
号6、091、846において、より詳しく説明されている。
しかしながら、この開示での「イメージ」という用語は
特定のデータ構造を意味するものではない。その代わ
り、本発明による分析に適用される形式である限り、形
式には関係なく、要求される波長やスペクトルに関連す
るデータの設定に言及するものである。

【００５９】ステップ５９において、捕捉された表面は
所定の数の領域に分けられる。そして、各々の構造マッ
プは分析され、その範囲が回析分析に反応する規則的な
構造パターンを含んでいるかを決定する。含んでいる場
合には、ステップ６０において、パターン構成間の距離
が計算される。その後ステップ４９に戻り、式（１）の
回析格子ピッチｄが使用される。そして、既知の入射角
(固定された光源からの)と回析角(回析効果カメラの方
位と関連する)が加わることにより、波長λはこのピッ
チを用いて計算される。再度、１次回析が計算に用いら
れることが好ましいが、２次、３次等の回析も同様に使
用される。個別に捕捉された特定の分離イメージは、計
算された波長の範囲内であり、再度、計算された波長
が、利用に供する回析効果カメラの範囲に一致すると仮
定して上述した処理に従い、問題となる領域の欠陥に対
応して検査される。

【００６０】一つ以上のカメラ若しくは光源が利用可能
である場合は、ウェハ表面の所定の領域にどれを用いて
上記処理を行うか決定する工程を含めても良い。あるい
は、一つ以上の光源／カメラを組み合わせて使用するこ
とも可能である。ここで、どれを用いるかによっては、
本発明に係る検査は一連の回折誘導型の照射を行っても
良いが、例えば全スペクトルの捕捉イメージから決定さ
れる適正な波長により１度の照射工程としても良い。

【００６１】上述した実施形態では、構造上の格子ピッ
チの決定のために用いられる表面若しくは表面領域は、
例えば所望の表面構造を元に予め決定されているが、例
えばそれ以外にも捕捉された表面イメージの構造地図を
分析することも可能であり、異なるピッチの領域部分も
この分析により決定することが可能である。予め決めら
れている許容量はこの場合、該表面が不必要に分割され
ないことを保証するために機能する。各領域の分析で
は、上述したように１次（又は複数次）回折イメージを
得るための適切な波長が計算され、ついで欠陥が決定さ
れるようになっている。従来は装置若しくは検査試料を
物理的に調整する必要があるが、本発明ではそのような
必要がないので、１つの複数の波長の光の照射がいくつ
かの領域の回折分析を行うときに有用である場合には本
発明の効果は甚大である。

【００６２】以上説明した実施形態は、あくまでも本発
明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本
発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈される
ものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲
で、いろいろと変更して実施することができるものであ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、検査時の度重なる
調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表
面の検査を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施の形態による半導体ウェ
ハの検査するために構成された光学的検査システムの正
面図である。

【図２】表面上に複数のチップを有する半導体ウェハの
正面図である。

【図３】本発明の実施の形態によるＡＤＣＳのサブシス
テムの相互関係を図示している構成図である。

【図４】本発明の好ましい実施の形態による照明及びイ
メージ捕捉の簡略図である。

【図５】本発明の方法の一実施の形態を示す工程のフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１０ 光学的検査システム １１ 半導体ウェハ １２ 光源 １３ オーバーヘッドイメージ捕捉装置 １４ 回析イメージ捕捉装置 １５ 制御コンピュータ １６ 支持台

フロントページの続き (72)発明者 キャスリーン エイ ヘネシー アメリカ合衆国 75080 テキサス州 リ チャードソン、 エディスサークル 1137 (72)発明者 ユーリン リン アメリカ合衆国 75082 テキサス州 リ チャードソン、 ヒルローズドライブ 3505 (72)発明者 ヨンキャン リウ アメリカ合衆国 75025 テキサス州 プ ラノ、 チャンティリードライブ 3316 (72)発明者 ヨンハン フー アメリカ合衆国 75025 テキサス州 プ ラノ、 ハンターズラン 2413 (72)発明者 山下 剛秀 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者 下村 一郎 東京都港区赤坂五丁目３番６号 ＴＢＳ放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA01 AA49 BB02 BB18 CC19 DD06 FF42 FF48 GG24 HH12 JJ03 JJ05 JJ26 LL00 LL46 LL67 PP01 PP11 QQ03 QQ23 QQ33 2G051 AA51 AB01 AB02 BA01 BA08 BA10 BA20 BB01 BB05 CA04 CB01 CB05 CB06 CC11 EA12 EA14 EA17 ED30 4M106 AA01 BA04 CA39 DB03 DB04 DJ21 DJ23

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウェハの表面の構造の光学的な検
   査を行う方法であって、 複数の波長の光を発する光源からウェハ表面に光を照射
   する工程と、 前記ウェハ表面構造により回折された光を捕捉する工程
   と、 前記捕捉した光を複数の波長に分離する工程と、 異なる波長から生成された複数の前記ウェハ表面の回折
   イメージを作成する工程と、 前記回折イメージを分析して欠陥を検出する工程とを具
   備することを特徴とする光学的検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記ウェハ表面に光を照射する工程は、複数の波長から
   なる白色光で前記ウェハ表面を照射することを特徴とす
   る光学的検査方法。
3. 【請求項３】 請求項２の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記表面構造により回折した光を捕捉する工程は、複数
   の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを
   有するカメラを用いて一次回折角における光を捕捉する
   工程を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。
4. 【請求項４】 請求項３の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記カメラを用いて光を捕捉する工程は、可視光領域の
   赤、緑及び青の波長を有する光を捕捉する３つの電荷結
   合型デバイスを有するカメラにより光を捕捉することを
   特徴とする光学的検査方法。
5. 【請求項５】 請求項４の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記複数の回折イメージを作成する工程は、 前記赤、緑及び青の波長を捕捉するカメラにより捕捉さ
   れた光をデジタル化する工程と、 前記赤、緑及び青の波長領域のそれぞれにおける前記ウ
   ェハ表面のデジタル回折イメージを作成する工程とを具
   備することを特徴とする光学的検査方法。
6. 【請求項６】 請求項５の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パター
   ンが形成さているものであり、 前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程
   と、 前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記デジタル
   化した回折イメージを個々に分析して構造の欠陥を検出
   する工程とを更に具備することを特徴とする光学的検査
   方法。
7. 【請求項７】 請求項５の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パター
   ンが形成さているものであり、 前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程
   と、 前記格子ピッチが既知のものである場合、前記回折光の
   波長を算出する工程と、 前記算出された回折光に対応した前記デジタル化した回
   折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程と
   を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。
8. 【請求項８】 請求項５の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パター
   ンが形成さているものであり、 前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程
   と、 前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記格子ピッ
   チを決定する工程と、 前記回折光の波長を算出する工程と、 前記算出した波長に対応するデジタル化した回折イメー
   ジを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具
   備することを特徴とする光学的検査方法。
9. 【請求項９】 請求項８の光学的な検査を行う方法であ
   って、 前記ウェハ表面の全スペクトルイメージを捕捉する工程
   と、 前記表面構造のデジタルマップを作成する工程と、 前記格子ピッチに相当する前記構造間の距離を算出する
   工程とを具備することを特徴とする光学的検査方法。
10. 【請求項１０】 請求項９の光学的な検査を行う方法で
    あって、 前記表面構造のデジタルマップを作成する工程は、 前記ウェハ表面を所定の数の領域に分割する工程と、 前記表面の各領域における前記表面構造のデジタルマッ
    プを作成する工程とを具備することを特徴とする光学的
    検査方法。
11. 【請求項１１】 請求項１の光学的な検査を行う方法で
    あって、 前記捕捉した光を複数の波長に分離する工程の後、 ライン検出器を用いて複数の波長の光スペクトルにわた
    る波長を検出する工程と、 デジタル回折イメージを作成し、分析するために、波長
    を識別する工程とを更に具備することを特徴とする光学
    的検査方法。
12. 【請求項１２】 請求項１の光学的な検査を行う方法で
    あって、 前記回折イメージを分析して前記構造の欠陥を検出する
    工程は、 前記回折イメージを統合して全スペクトルデジタルイメ
    ージを形成する工程と、 前記全スペクトルデジタルイメージを分析して前記構造
    の欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする光
    学的検査方法。
13. 【請求項１３】 請求項１の光学的な検査を行う方法で
    あって、 検出された欠陥を、前記欠陥の分類を行う知識ベースに
    格納された欠陥タイプと比較する工程を更に具備するこ
    とを特徴とする光学的検査方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３の光学的な検査を行う方法
    であって、 前記知識ベースに特定の欠陥となる原因データを格納す
    る工程と、 所定の欠陥タイプと前記知識ベースに格納された原因と
    を用いて検出された欠陥の原因を診断する工程とを更に
    具備することを特徴とする光学的検査方法。
15. 【請求項１５】 半導体ウェハ表面の構造の光学的な検
    査を行うシステムであって、 複数の波長からなる光を前記ウェハ表面に照射する照射
    手段と、 前記ウェハ表面の構造により回折された前記光を捕捉す
    る捕捉手段と、 前記捕捉された光を複数の波長に分離する分離手段と、 それぞれは異なる波長から作成された複数の前記ウェハ
    表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、 前記回折イメージを分析して前記構造の欠陥を検出する
    欠陥検出手段とを具備することを特徴とする光学的検査
    システム。
16. 【請求項１６】 請求項１５の光学的検査システムであ
    って、 前記照射手段は複数の波長からなる白色光を発する光源
    であることを特徴とする請求項１５に記載の光学的検査
    システム。
17. 【請求項１７】 請求項１６の光学的検査システムであ
    って、 前記光捕捉手段は、一次回折角における前記光を捕捉す
    る位置に載置され、複数の波長領域の光を捕捉する複数
    の電荷結合型デバイスを有するカメラを具備することを
    特徴とする光学的検査システム。
18. 【請求項１８】 請求項１７の光学的検査システムであ
    って、 前記複数の電荷結合型デバイスは、それぞれ赤、緑及び
    青の可視光スペクトル波長領域の光を捕捉することを特
    徴とする光学的検査システム。
19. 【請求項１９】 請求項１８の光学的検査システムであ
    って、 前記分離手段は、前記カメラ内にプリズムを具備し、 前記プリズムは、前記捕捉した光を分離し、前記複数の
    電荷結合型デバイスへ前記分離した光を向けることを特
    徴とする光学的検査システム。
20. 【請求項２０】 請求項１９の光学的検査システムであ
    って、 前記イメージ作成手段は、前記複数の電荷結合型デバイ
    スから生じた信号を受け取り、前記ウェハ表面のデジタ
    ル回折イメージを作成するデジタルフィルタを具備する
    ことを特徴とする光学的検査システム。
21. 【請求項２１】 請求項１５の光学的検査システムであ
    って、 前記複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出する
    ライン検出器を更に具備することを特徴とする光学的検
    査システム。
22. 【請求項２２】 請求項１５の光学的検査システムであ
    って、 前記ウェハ表面構造の所定の格子ピッチを分析するため
    に前記回折イメージのうち１つを選択するイメージ選択
    手段を更に具備することを特徴とする光学的検査システ
    ム。
23. 【請求項２３】 対象物の表面の光学的な検査を行う方
    法であって、 複数の波長の光を発する光源から前記対象物の表面に光
    を照射する工程と、 前記対象物の表面により回折された光を捕捉する工程
    と、 前記捕捉した光を複数の波長に分離する工程と、 異なる波長から生成された複数の前記対象物の表面の回
    折イメージを作成する工程と、 前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出す
    る工程とを具備することを特徴とする光学的検査方法。
24. 【請求項２４】 対象物の表面の光学的な検査を行うシ
    ステムであって、 複数の波長からなる光を前記対象物の表面に照射する照
    射手段と、 前記対象物の表面の構造により回折された前記光を捕捉
    する捕捉手段と、 前記捕捉された光を複数の波長に分離する分離手段と、 それぞれは異なる波長から作成された複数の前記対象物
    の表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、 前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出す
    る欠陥検出手段とを具備することを特徴とする光学的検
    査システム。