JP2004198199A - 欠陥検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】異なった試料に容易に対応できるようにした欠陥検査装置を提供すること。
【解決手段】ウエハチャック２３のウエハ載置面に校正試料４５３と校正試料４５４の２個、設け、大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂに応じて、これら２個の校正試料４５３、４５４を使い分けることにより、サイズの異なる被検査物の欠陥検査に対応するようにしたもの。
【選択図】 図１
【解決手段】ウエハチャック２３のウエハ載置面に校正試料４５３と校正試料４５４の２個、設け、大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂに応じて、これら２個の校正試料４５３、４５４を使い分けることにより、サイズの異なる被検査物の欠陥検査に対応するようにしたもの。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に多様な材質による微細な起伏を有する試料を対象とした検査装置に係り、特に、高解像度で撮像した試料の表面像から欠陥を検出するようにした欠陥査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な回路パターンが形成された半導体ウェハなど、表面に多様な材質からなる微細な起伏を有する試料では、設計過程や製造過程で表面状態の確認や検査が欠かせない。
【０００３】
そこで、試料の表面を高解像度で撮像して画像データを取得し、この画像データから半導体ウェハのパターンを検査するようにした欠陥検査装置が従来から知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００４】
ここで、この従来技術では、顕微鏡の焦点検出のため、まず、当該顕微鏡の照明光路と検出光路にレチクルを挿入する。そして、照明光路に挿入したレチクルのパターン像を対物レンズにより試料に投影し、試料で反射された前記レチクルのパターン像を検出光路に配置したレチクルで遮光するようにする。
【０００５】
そして、この従来技術によるパターン欠陥検査装置では、検出光路に配置したレチクルを透過する光量を検出し、その増減により、試料の高さを検出し、これにより焦点を検出するようになっている。
【０００６】
また、このようなパターン欠陥検査装置と同様、試料の表面に対して高解像光学系の焦点合わせを行うようにした投影型露光装置が従来から知られている(例えば特許文献１参照。)。
【０００７】
ここで、このような投影型露光装置が対象とする試料は、全面に光学的透明体であるレジストが塗布されているウエハであるが、このとき、前記の従来技術では、このウェハの表面高さを精度良く検出するため、偏光を斜方照明し、透明体表層における反射率を増大させ、これによりレジスト表面の高さが精度良く検出できるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−７６４５０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平９−３６０３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、例えば特許文献１に記載の従来技術は、試料表面の起伏や反射率分布に対しては有効であるが、光学的透明体においては照明光が表層を透過して下層で反射されるため、高さ検出値が必ずしも試料表層に一致しないという問題があった。
【００１１】
また、例えば特許文献２に記載の従来技術は、レジストが全面に塗布されたなだらかな起伏を有するウェハにおいては精度良く高さを検出できるが、レジストパターン形成後やレジスト除去後の回路パターン付きウェハのように、急峻なパターン段差を有する試料については、精度に問題があった。
【００１２】
しかも、ウエハサイズは逐次大径化し、近年は直径２０センチ(８インチ)から２５センチ(１０インチ)が実用化され、このため、現状ではこれらが混在した状態にあるが、従来技術では、ウエハサイズの多様化に配慮がされておらず、径の異なったウエハの対応に問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたもので、サイズが異なった試料に容易に対応できるようにした欠陥検査装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被検査物の載置面を有するステージと、該ステージ上に載置した前記被検査物の表面像を撮像して検出画像信号を検出する撮像系と、該撮像系から得られる画像信号を用いて欠陥を検出する画像処理部と、前記被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、該高さ検出部で順次検出された高さ情報に基づいて前記撮像系の焦点合わせを行う焦点合わせ制御部とを備えた欠陥検査装置において、前記高さ演算部の原点位置を決定するための校正試料を少なくとも２個、前記ステージの載置面に設け、前記少なくとも２個の校正試料の使い分けにより、サイズの異なる被検査物の欠陥検査に対応するようにして達成される。
【００１５】
このとき、前記ステージの載置面が平面であり、前記少なくとも２個の校正試料が、前記平面の前記該被検査物の周辺に配置されているようにしても上記目的が達成される。
【００１６】
同じく、このとき、前記ステージの載置面に窪み部が設けられ、前記少なくとも２個の校正試料のうちの一方が、前記窪み部と同じ深さで当該窪み部の周辺に配置されているようにしても上記目的が達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による欠陥検査装置について、図示の実施の形態により詳細に説明するのであるが、ここで、まず最初に、本発明が対象とする被検査対象物について説明する。
【００１８】
本発明が対象とする試料は主として半導体ウェハで、その表面に形成された微細回路パターンが検査対象であり、このため光学式検査システムが用いられている。
【００１９】
そして、この光学式検査システムによる微細回路パターンの欠陥検査は、被検査パターンと良品パターンの比較、又は被検査ウェハ上の同種のパターンの比較により、欠陥(欠陥部位又は欠陥候補部位部位)を検出することにより、遂行される。
【００２０】
このように、同様のパターンの画像を比較することにより欠陥を検出する比較検査の場合には、得られる画質(画像の質)がその検査結果の信頼性に多大な影響を与える。そして、この画質の劣化は様々な要因によって引き起こされるが、最も影響が大きな要因はデフォーカス(焦点外れ)である。
【００２１】
ところで、このデフォーカスを抑え、微細回路パターンを安定して撮像するためには、試料表面の高さを正確に検出し、前記表面を焦点位置に保持する必要がある。
【００２２】
そこでまず、光学式手段によりウェハ高さを検出する場合の誤差、特に温度変化による原点ドリフトの影響による誤差について、図１１により説明すると、ここで図１１(a)、(c)は、それぞれ半導体ウェハの断面図で、同図(b)、(d)は半導体ウエハのパターン像である。
【００２３】
そして、この半導体ウェハは、光学的透明体である層間膜１により絶縁された微細な回路パターンが上層パターン５と下層パターン６で示すように、多層に積層されたものであり、このとき、各層の回路パターンはコンタクトホール２により接続されている。
【００２４】
そして、光学式検査システムは、この微細回路パターン像を加工完了直後に撮像し、配線間のショート、断線などの回路パターンの欠陥を検出し、製造工程の不具合を発見するものであるが、このとき、微細な欠陥を安定して検出するためには、図示の焦点深度３内に試料表面を保持して、明瞭なパターン画像を撮像する必要がある。
【００２５】
ここで、図１１(a)の破線４は、焦点深度の中心の軌跡を表わしたもので、ここではウェハ表面に沿って理想的な状態になっている場合が示されており、この結果、このときは、図１１(b)に示すように、上層パターン５が全て明瞭に撮像される。
【００２６】
しかしながら、光学式手段によりウェハ表面高さを検出する場合、図１１(c)に示すように、焦点深度の中心の軌跡４が必ずしもウェハ表面に沿って理想的な状態になるとは限らない。
【００２７】
この結果、図１１(d)にドリフトによる誤差７として示すように、デフォーカスによる画質の劣化を生じ、上層パターン５の一部にぼけが生じたり、下層パターン６が写り込んでしまったりしてしまい、欠陥の見逃しや、欠陥ではないのに欠陥としてしまう虚報の発生を引き起こしていた。
【００２８】
そこで、次に、本発明について説明すると、図３は、本発明による欠陥検査装置の一実施形態で、ここでは、一例として、図示のように、ＤＵＶ(Deep Ultra Violet：遠紫外光)光源による落射照明型光学顕微鏡を使用した例が示されている。
【００２９】
そして、この図３において、まず９は全体制御部で、ここで、この全体制御部９は、装置全体の動作指示を司るもので、このため、まず表示装置１０を備え、検査情報の表示等を行ない、ユーザ情報の取り込みを行なう。
【００３０】
また、この全体制御部９は、記録装置１２に接続されていて、検査データ、レシピデータの管理を行ない、更に外部ネットワーク１３にも接続されていて、上位コンピュータや他の検査装置と検査データやレシピデータの送受信を行なうようになっている。
【００３１】
次に、この欠陥検査装置の光学系について説明をすると、まず、キセノン放電灯などの光源１４で発生させた光を波長フィルタ１５ａにより帯域を制限し、ＤＵＶ光が取り出される。このときのＤＵＶ光としては、波長領域が２００〜４００ｎｍにわたるブロードバンド光であっても良いし、光源１４の輝線を選択したピーク波長光であっても良い。
【００３２】
光源１４から取り出されたＤＵＶ光はＰＢＳ(偏光ビームスプリッタ)１５によりＳ偏光成分が下方に反射し、λ／４板１６を通過して円偏光となり、対物レンズ１７によりウェハ１８に照明される。
【００３３】
この照明された光はウェハ１８の表面で反射され、再びλ／４板１６を通過することによりＰ偏光となり、今度はＰＢＳ１５を透過して検出光路に入る。ここで、このような偏光による光分割構成を用いることにより、光の利用効率が高くなり検出光量の激減が防止できる。
【００３４】
ＰＢＳ１５を透過した反射光線は結像レンズ１９に入射され、ここで結像されてウェハ表面の拡大光学像がリニアセンサ２０上に形成され、ここで電気信号に変換される。そして、このリニアセンサ２０で撮像したウェハ表面の拡大光学像による画像信号が画像処理装置３２に入力されて、欠陥検査が行なわれる。
【００３５】
このとき、検出光路はＢＳ(ビームスプリッタ)分岐され、この光路に具備されているＴＶカメラ２１に入射され撮像される。ＴＶカメラ２１の出力は画像処理装置２２に接続され、アライメント、欠陥レビューに用いられる。
【００３６】
次に、ウエハ１８が載置されるステージについて説明すると、ここで、被検査対象物(試料)となるウェハ１８は、ウェハチャック２３の上に載置され、真空吸着される。そして、このウェハチャック２３は、Θ軸ステージ２４とＸ軸ステージ２５、Ｙ軸ステージ２６、それにＺ軸ステージ３０の上に搭載される。
【００３７】
ここで、Θ軸ステージ２４は、ウェハ搭載直後に実施されるアライメント時に制御され、ウエハ１８上に整列して形成されているチップ配列をＸ軸ステージ２５の走査方向に一致させた後、固定される。
【００３８】
そして、検査動作中は、Θ軸ステージ２４は固定されたままに保持され、Ｘ軸ステージ２５が左右方向(Ｘ軸方向)に移動し、折り返し時にＹ軸ステージ２６が直交方向(Ｙ軸方向)にステップ移動される。
【００３９】
これらΘ、Ｘ、Ｙの各軸のステージ２４〜２６は、それぞれステージ制御コンピュータ２７からの信号により制御されるが、このとき、Ｘ軸ステージ２５の位置はレーザ測長器２８により計測され、レーザ測長器２８から出力される位置情報に基づきタイミング発生回路２９により画素を示すスタートタイミング信号を発生し、リニアイメージセンサ２０に送信されて、画像信号が読み出される。
【００４０】
ステージ制御コンピュータ２７は、全体制御部９とネットワーク１３で接続されており、チップレイアウト情報等をダウンロードして、検査位置の識別に用いられる。
【００４１】
次に、この図３の装置による撮像動作について説明すると、リニアイメージセンサ２０は、Ｘ軸ステージ２５が一定距離移動する毎に、スタートタイミング信号によりトリガされ、一次元画像信号を出力する。
【００４２】
そこで、このリニアイメージセンサ２０からの信号の読出しを、Ｘ軸ステージ２５の移動量に同期させることにより２次元の画像が得られ、従って、Ｘ軸ステージ２５を左右方向に一定速度で移動させることにより、リニアイメージセンサ２０により、ウエハ１８の表面の画像が撮像される。
【００４３】
ここで、このリニアセンサとは、複数の１次元イメージセンサを２次元に配列した構造を有し、各１次元イメージセンサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位置を撮像した隣接する１次元イメージセンサの出力と加算していくことにより、検出光量の増加を図ったものである。
【００４４】
このようなリニアイメージセンサ２０を用いることにより、高速で走査しても検出信号のＳ／Ｎが向上でき、この結果、撮像時間、ひいては検出時間を短くすることができる。
【００４５】
次に、この図３の装置による画像処理について説明すると、まず、リニアイメージセンサ２０から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器(図示してない)によりデジタル信号に変換されてから画像処理部３２に入力される。
【００４６】
ここで、この実施形態における画像処理部３２の動作について、図４により説明すると、まず、入力信号は２分岐され、一方は遅延回路３３に入力される。すなわち、通過信号と遅延回路内の信号を遅延量だけずらして以降の処理を行うようになっている。
【００４７】
このときの遅延量は、ユーザにより選択できるようになっており、チップに形成された繰り返しパターンのピッチに一致させる。例えばダイ間比較と呼ばれる検査方式の場合は、ダイサイズを予め登録し、これを遅延量とする。
【００４８】
前記２種類の信号は位置ずれ検出回路３４で画像間の位置ずれ量が算出され、一方の画像信号がシフト回路３５でシフトされ、差画像演算回路３６で差画像が生成され、欠陥判定回路３７において予め登録されたしきい値と比較され、欠陥が検出される。
【００４９】
欠陥判定回路３７から出力された信号は特徴抽出回路３８に入力され、ここで欠陥の座標、サイズ、形状、輝度情報等の欠陥情報が抽出され、検査終了後のグルーピングに利用される。
【００５０】
特徴抽出回路３８から出力された欠陥情報は、図３に示されている全体制御部９に送信され、記録装置１２にデータベースとして保存されたり、表示装置１０に表示したり、ネットワーク１３を経由して上位コンピュータに転送されたりする。
【００５１】
次に、図３の装置における自動焦点システムについて説明すると、ここで、まず、この自動焦点システムは、主として自動焦点コンピュータ３９と検出光学系４７で構成されている。
【００５２】
そして、自動焦点コンピュータ３９は、図５に示すように、高さ計算回路１０６、制御量計算回路１０７、高さ記録回路１０８、それにタイミング制御回路１０９などで構成されている。
【００５３】
そして、後述するようにして検出光学系４７で検出した高さＨと制御目標１１４の偏差に基づいて、Ｚ軸方向の制御量を表わすＺ信号４８を演算し、Ｚ軸ステージ３０を制御する。ここで、１１３はＺデータで、Ｚ軸制御量を表わす。
【００５４】
このため、自動焦点コンピュータ３９は、ネットワーク１３を介して全体制御部９に接続され、検査モード、レビューモードなどの動作モードの切り替え、及び自動焦点用レシピの送受信が行なえるようになっている。
【００５５】
一方、ステージ制御コンピュータ２７からは、チップスタート信号４０とステージ折り返し信号４１が、そしてタイミング発生回路２９からはステージシフトパルス４２が、それぞれ自動焦点コンピュータ３９入力され、各々タイミング制御回路１０９に供給されている。
【００５６】
更に、ステージ制御コンピュータ２７からは、検査中の自動焦点ＯＮ／ＯＦＦなど、リアルタイム性の高い制御信号４３が送信され、ＤＩＯ(図示してない)を経由して供給される。
【００５７】
次に、検出光学系４７による高さ検出動作について、図６により説明すると、まず、光源２００から、被検査物となるウエハ１８の斜め上方から入射角度Θで光を照射し、レンズ系２０４ａ、２０４ｂにより、スリット２０２の像をウェハ１８面上に結像させ、ウェハ上のスリット像をセンサ２０５上に結像させる。
【００５８】
いま、ここでウエハ１８が距離Ｚ分、上に移動したとすると、ウエハ１８上では、スリット像は、図示のように距離(Ｚ・ｔａｎΘ)分移動し、センサ２０５上では更に距離(２Ｚ・ｓｉｎΘ・ｍ)分移動する。ここで、ｍは光学系の倍率である。
【００５９】
そこで、スリットの幅をｄとすれば、試料上の投影範囲は(ｄ／ｃｏｓΘ)となり、この投影範囲の平均的な高さが距離Ｚとして検出される。
【００６０】
このとき、好ましい構成として、Θの値を８０度以上、より好ましくは８５度以上とする。また、光路中に偏光素子２０３ｂを挿入し、Ｓ偏光を抽出するようにし、スリット２０２はステージ２５の移動方向Ｘに対してψ度回転して投影するようにする。
【００６１】
更に、コンデンサレンズ２０１の焦点位置にスリット２０２を配置することによりケーラ照明が得られ、スリット２０２の明るさが均一化されるようにする。また、照明光路において、レンズ２０４ｂの後側焦点位置に絞り２０３ｂを設け、テレセントリック照明が得られるようにし、ウエハ１８が上下に移動した場合にもスリット像の大きさが変化し難い構成にしてある。
【００６２】
このとき、この実施形態では、レンズ２０４ａの前側焦点位置にもスリット２０３ａを設けてあり、これにより、被検査物となるウエハ１８で回折して高さ検出のノイズ要因となる回折光線が除去できるような構造にしてある。
【００６３】
ところで、このような高さ検出方式では、撮像光学系と高さ検出光学系とが別光路に存在し、撮像光学系とは別の光路で高さを検出しているため、環境変化、特に温度変化の影響を受け、原点ドリフトを生じ、検出精度が低下してしまうという問題がある。
【００６４】
そこで、この温度変化による原点ドリフトについて、図７により説明する。ここで、まず同図(a)は、図６に示した高さ検出光学系４７を、図３に示した構成に実装した場合の形態で、このとき、照明光源２００、対物レンズ１７以降の光路は省略し、環境変化に敏感な範囲だけが記載されている。
【００６５】
そして、ここでは、スリット２０２の像を２枚のアクロマートレンズ２９１ａで試料位置(ウエハ１８の表面)に結像し、反射光を２枚のアクロマートレンズ２９１ｂでセンサ２０５に結像させ、対物レンズにより拡大して感度を確保するようにしてある。
【００６６】
ところで、これら高さ検出光学系４７を構成する各部品は、実際にはベース部材２９５に取付けられている。そこで、いま、初期状態では図７(a)の状態にあったのが、温度上昇により対物レンズ１７の鏡筒２９６、高さ検出光学系のベース部材２９５が熱膨張し、同図(b)に示す状態になったとする。ここで、同図(c)は先端部を拡大表示したものである。
【００６７】
つまり、この図７に示すように、初期状態では実線で示すように、高さ検出光学系の結像位置と撮像光学系の焦点位置が一致していたものが、温度上昇に伴いそれぞれ異なる位置に変位してしまうことが判る。
【００６８】
この結果、高さ検出光学系の原点に対して、撮像光学系の焦点位置が変化するため、欠陥検査装置に登録されている自動焦点オフセット値(レシピ)が使用できなくなり、これが温度変化による原点ドリフトである。
【００６９】
この実施形態では、この原点ドリフトが補正できるようにしてあり、これにより、環境変動の影響を受けることなく過去のレシピを活用したり、異なる装置間でレシピを共有化することができる。
【００７０】
このため、この実施形態では、図３に示されているように、まず、ウェハチャック２３の上に、被検査物となるウエハ１８とは別に、所定の微細なパターンが形成してある校正試料４５３、４５４が設けてあり、これにより、一定時間間隔でキャリブレーション(目盛り合わせ：校正又は較正)を行ない、原点ドリフトを補償し、影響を低減させることができるようになっている。
【００７１】
そして、この実施形態では、このように、ウェハチャック２３上に校正試料を搭載することにより、被検査物(ウエハ１８)がウェハチャック２３にロードされているときでも、そのままで定期的にキャリブレーションを実施して環境変動による影響を随時補正することができ、この結果、キャリブレーションのために専用のウェハをローディングするなどの余分な手間と時間をかける必要をなくすことができる。
【００７２】
そこで、以下、この実施形態によるキャリブレーションについて説明する。ここで、このキャリブレーションを実施するタイミングとしては、まず検査前に実施する方法と、検査装置に搭載された温度モニタの値が予め決めてある閾値値を上回った時実施する方法、更には、ある一定の周期毎に実施する方法のいずれでも良い。
【００７３】
図８(a)は、この実施形態によるキャリブレーション処理を表わすフローチャートで、処理が開始したら、まず、被検査物となるウェハ１８の厚さに応じてＸステージ２５とＹステージ２６を移動させ、校正試料４５３、４５４のどちらか一方の位置を光軸に位置させる(Ｓ３１)。次に校正試料４５３、４５４を引き込み範囲内に移動させる(Ｓ３２)。
【００７４】
このＳ３２の手順は、図８(b)に示すように、まずＺ軸ステージを最下位に移動させ(Ｓ３２１)、次いで、予め決められた一定量づつ上方向にステップ移動させる(Ｓ３２２)。そして、自動焦点コンピュータ３９で受光センサ２０５に光が入射したか否かを判断し、検出範囲内か否かを判定する(Ｓ３２３)。ここで否の場合には、Ｓ３２２に戻ることになる。
【００７５】
処理(Ｓ３２３)で検出範囲内であると判定されるたら、ＡＦ−ＯＮ(Ｓ３２４)となり、図８(a)のフローに戻り、次のステップ(Ｓ３３)に進む。そして、ここでＺ軸ステージを一定量移動させた状態で、自動焦点コンピュータ３９により高さ検出を行い(Ｓ３４)、検出結果を全体制御部９に転送する。
【００７６】
次に、ＴＶカメラ２１により画像を検出し(Ｓ３５)、検出された画像から画像処理部２２においてコントラスト値を演算する(Ｓ３６)。このときのコントラスト値としては、画像内の決められた領域の範囲の分散値のような値となる。
【００７７】
そして、以上の手順を予め決められたステップ数にわたって繰り返すことにより(Ｓ３７)、画像処理部２２又は全体制御部９において、図８(c)に示すような波形が得られる。ここで、同図の横軸が試料の高さであり、縦軸はコントラスト値である。
【００７８】
次いで、この波形を多項式、例えば２次関数により近似し、ピーク位置(ベストフォーカス位置)Ｚｏを求め(Ｓ３８)、このピーク位置Ｚｏをキャリブレーションオフセットとして自動焦点コンピュータ３９に記録する(Ｓ３９)。
【００７９】
次に、上記キャリブレーションオフセットの使用方法について、図９により説明する。検査開始前、高さ検査光学系４７による検査位置を、校正試料４５３又は校正試料４５４に移動し(Ｓ４１)、図８で説明したキャリブレーションオフセットＺｏを求める(Ｓ４２)。しして、ウェハをロードし(Ｓ４３)、アライメントを実施するのである(Ｓ４４)。
【００８０】
次に、レシピ作成か否かを判定する(Ｓ４９)。そして、自動検査に設定されていた場合、つまり判定結果が否定Ｎの場合はレシピからフォーカスオフセットΔｆを読み出し(Ｓ５０)、高さ検出値がＺｏ＋ΔｆとなるようにＺ軸ステージ３０を制御しながら検査を実施するのである(Ｓ５１)。
【００８１】
一方、結果が肯定Ｙ、つまりレシピ作成の場合には、検査感度を確認し(Ｓ４６)、ＯＫか否かを判定し(Ｓ４７)、ＯＫの場合には検査感度が最良となる条件にフォーカスオフセットΔｆを変更し(Ｓ４８)、レシピ登録するのである(Ｓ４９)。
【００８２】
上記したように、この実施形態では、ウェハチャック２３上に微細なパターンが形成してある校正試料を搭載することにより、被検査物(ウエハ１８)がウェハチャック２３にロードされているときでも、そのままでキャリブレーションを実施することができ、環境変動による影響を随時補正することができる。
【００８３】
従って、この実施形態によれば、キャリブレーションのために専用のウェハをローディングするなどの余分な手間と時間をかける必要がなく、随時、簡単にキャリブレーションが実施でき、この結果、常に試料の表面の高さが精度良く検出できるので、デフォーカスによる画質の劣化が抑えられ、常に正確な欠陥検出を得ることができる。
【００８４】
ところで、この実施形態は、サイズが異なった試料に容易に対応できるようにしてあり、このため、図３に示されているように、２個の校正試料４５３、４５４を備えている。
【００８５】
ここで、半導体ウエハは、通常、サイズにより厚さが異なる。そこで、この実施形態では、サイズ(直径)と厚みが異なる２種のウェハに対応するため、図１と図２に示すように、各々のウェハ１８ａ、１８ｂと同じ厚さの校正試料４５３、４５４をウェハチャック２３上に載置し固定してある。
【００８６】
このとき、図１と図２は、異なった実施形態で、ここで破線で描かれているウェハ１８ａが、例えば１２インチ(約３０センチ)径の大サイズウエハで、実線のウエハ１８ｂが、例えば８インチ(約２０センチ)径の小サイズウエハになっている。
【００８７】
まず、図１の実施形態について説明すると、これは、ウエハチャック２３のウエハ載置面(上面)を平面にしたままで、その周辺部に校正試料４５３、４５４を取付けるようにした場合の例である。
【００８８】
ここで、図１の(a)は平面図であり、同図(b)は大サイズウエハ１８ａをウェハチャック２３上にロードしたときの側面図、そして同図(c)は小サイズウエハ１８ｂをウェハチャック２３上にロードしたときの側面図である。
【００８９】
従って、図１(b)に示されている高さｔ１が大サイズウエハ１８ａのベストフォーカス位置で、図１(c)の高さｔ２が小サイズウエハ１８ｂのベストフォーカス位置となる。
【００９０】
次に、図２の実施形態は、ウエハチャック２３のウエハ載置面に所定の深さの窪み部２３０を設け、ここに小サイズウエハ１８ｂを収容するようにした場合の例で、このため、小サイズウエハ１８ｂ用の校正試料４５４についても、窪み部２３０と同じ深さの窪み部２３１の中に収容してある。
【００９１】
そして、この図２でも、同図の(a)は平面図であるが、同図(b)には、大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂを一緒にウェハチャック２３上に載せた状態が示されいる。しかし、実際に動作させる場合には、何れか一方のウエハだけが載置されることは言うまでもない。
【００９２】
ここで、窪み部２３０における所定の深さとは、小サイズウエハ１８ｂを収容するのに必要な深さのことであり、従って小サイズウエハ１８ｂの厚さ以上にするのが一般的であると言える。
【００９３】
次に、これら図１と図２の動作について説明すると、ほとんどは既に説明した通りで、校正試料４５３と校正試料４５４を大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂに応じて使い分け、まず検査すべきウェハと同じ厚さの校正試料に移動し、キャリブレーションを行なうことにより、各々のウェハに対応したベストフォーカス位置Ｚｏを求めることができる。
【００９４】
そして、ここで求められたベストフォーカス位置Ｚｏの値を、検査時に使用することにより、各々のウェハ厚に対応した検査が可能になり、サイズが異なった試料に容易に対応することができる。
【００９５】
ここで、図２の実施形態の場合、ウエハチャック２３に窪み部２３０、２３１を設ける必要があるので、図１の実施形態に比較して、構成がいくらか複雑になる。
【００９６】
しかし、この図２の実施形態では、各々の校正試料を対応するウェハの近くに設置することができるので、キャリブレーション時の移動距離を短くすることができ、キャリブレーション処理に必要な動作時間の短縮が図れるという利点がある。
【００９７】
次に、上記実施形態に係る欠陥検査装置による欠陥検出結果について、図１１を用いて説明すると、従来技術の場合、図１１(c)に示すように、デフォーカスが発生し、欠陥の見逃しや虚報の発生を引き起こす虞れがあった。
【００９８】
これに対して、上記実施形態では、同図(a)に示すように、パターン表面の画像が安定して検出できるため、最上層の回路パターンが明瞭に撮像できることが判る。
【００９９】
ところで、上記したように、本発明の実施形態によれば、キャリブレーションを実施することにより原点ドリフトが低減できるが、長期的にみた場合、キャリブレーションを繰り返す必要がある。
【０１００】
しかし、欠陥検査におけるスループットの確保には、キャリブレーション頻度の低減が必要で、このためには、原点ドリフトの量を少なく抑えるのが効果的である。そこで、上記実施形態の高さ検出光学系４７におけるドリフト量の低減方法について、以下、図１０により説明する。
【０１０１】
ここで、この図１０(a)は、高さ検出光学系４７の支持部材が横方向に熱膨張した場合の説明図で、同図(b)は高さ検出光学系４７の支持部材が縦方向に熱膨張した場合の説明図である。
【０１０２】
そして、この図１０(a)、(b)において、まず、ベース部材２９５は、対物レンズ１７の胴付き４５０と同一面で固定されているものとする。そうすると、この場合は、先端のミラー位置４５１の変化がドリフト量とみなせる。
【０１０３】
そこで、まずベース部材２９５として、対物レンズ鏡筒２９６よりも熱膨張率が大きな部材を選択してやる。そうすると、先端ミラー４５１が搭載された部品を、熱膨張率が０とみなせる材料で構成することにより、ドリフト量が低減できることになる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウェハなどの被検査物上の撮像光学系と高さ検出光学系との焦点距離を演算することにより温度ドリフトによる影響が低減できる上、ウェハサイズの違いによる厚みの違いにも対応することができ、信頼性の高い欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における試料載置系の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における試料載置系の他の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における全体構成図である。
【図４】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における画像処理部の一例を示すブロック図である。 自動焦点コンピュータのブロック図
【図５】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における自動焦点コンピュータの一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態で採用されている高さ検出方式の説明図である。
【図７】高さ検出における原点ドリフトの説明図である。
【図８】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態におけるオフセット軽減方法の説明図である。
【図１１】光学系手段により高さ検出したときに発生する誤差の説明図である。
【符号の説明】
１ 層間絶縁膜
２ コンタクトホール
３ 焦点深度
４ 焦点位置の軌跡
５ 上層パターン
６ 下層パターン
７ ドリフトによる誤差
９ 全体制御部
１０ 表示装置
１１ 入力装置
１２ 記録装置
１３ ネットワーク
１４ キセノン光源
１５ ＰＢＳ(偏光ビームスプリッタ)
１５ａ 波長制限フィルタ
１６ λ／４板
１７ 対物レンズ
１８ ウェハ
１８ａ 大サイズウェハ
１８ｂ 小サイズウェハ
１９ 結像レンズ
２０ リニアセンサ
２１ ＴＶカメラ
２２ 画像処理装置
２３ ウェハチャック
２４ Θ軸ステージ
２５ Ｘ軸ステージ
２６ Ｙ軸ステージ
２７ ステージ制御コンピュータ
２８ レーザ測長器
２９ タイミング発生回路
３０ Ｚ軸ステージ
３２ 画像処理装置
３３ 遅延回路
３４ 位置ずれ検出回路
３５ シフト回路
３６ 差画像演算回路
３７ 欠陥判定回路
３８ 特徴抽出回路
３９ 自動焦点コンピュータ
４０ チップタート信号(ダイスタート信号)
４１ 折り返し信号
４２ ステージシフトパルス
４３ 制御信号
４７ 高さ検出光学系
４８ Ｚ信号
１０６ 高さ計算回路
１０７ 制御量計算回路
１０８ 高さ記録回路
１０９ タイミング制御回路
１１２ タイミング制御信号
１１３ Ｚデータ
１１４ 制御目標
２００ 光源
２０１ コンデンサレンズ
２０２ スリット
２０３ 絞り
２０３ｂ 偏光素子
２０４ レンズ
２０５ センサ
２３０、２３１ 窪み部
２９１ アクロマートレンズ
２９５ ベース部材
２９６ 鏡筒
４５３ 校正試料(薄)
４５４ 校正試料(厚)
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に多様な材質による微細な起伏を有する試料を対象とした検査装置に係り、特に、高解像度で撮像した試料の表面像から欠陥を検出するようにした欠陥査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な回路パターンが形成された半導体ウェハなど、表面に多様な材質からなる微細な起伏を有する試料では、設計過程や製造過程で表面状態の確認や検査が欠かせない。
【０００３】
そこで、試料の表面を高解像度で撮像して画像データを取得し、この画像データから半導体ウェハのパターンを検査するようにした欠陥検査装置が従来から知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【０００４】
ここで、この従来技術では、顕微鏡の焦点検出のため、まず、当該顕微鏡の照明光路と検出光路にレチクルを挿入する。そして、照明光路に挿入したレチクルのパターン像を対物レンズにより試料に投影し、試料で反射された前記レチクルのパターン像を検出光路に配置したレチクルで遮光するようにする。
【０００５】
そして、この従来技術によるパターン欠陥検査装置では、検出光路に配置したレチクルを透過する光量を検出し、その増減により、試料の高さを検出し、これにより焦点を検出するようになっている。
【０００６】
また、このようなパターン欠陥検査装置と同様、試料の表面に対して高解像光学系の焦点合わせを行うようにした投影型露光装置が従来から知られている(例えば特許文献１参照。)。
【０００７】
ここで、このような投影型露光装置が対象とする試料は、全面に光学的透明体であるレジストが塗布されているウエハであるが、このとき、前記の従来技術では、このウェハの表面高さを精度良く検出するため、偏光を斜方照明し、透明体表層における反射率を増大させ、これによりレジスト表面の高さが精度良く検出できるようにしている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−７６４５０号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平９−３６０３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、例えば特許文献１に記載の従来技術は、試料表面の起伏や反射率分布に対しては有効であるが、光学的透明体においては照明光が表層を透過して下層で反射されるため、高さ検出値が必ずしも試料表層に一致しないという問題があった。
【００１１】
また、例えば特許文献２に記載の従来技術は、レジストが全面に塗布されたなだらかな起伏を有するウェハにおいては精度良く高さを検出できるが、レジストパターン形成後やレジスト除去後の回路パターン付きウェハのように、急峻なパターン段差を有する試料については、精度に問題があった。
【００１２】
しかも、ウエハサイズは逐次大径化し、近年は直径２０センチ(８インチ)から２５センチ(１０インチ)が実用化され、このため、現状ではこれらが混在した状態にあるが、従来技術では、ウエハサイズの多様化に配慮がされておらず、径の異なったウエハの対応に問題があった。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたもので、サイズが異なった試料に容易に対応できるようにした欠陥検査装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被検査物の載置面を有するステージと、該ステージ上に載置した前記被検査物の表面像を撮像して検出画像信号を検出する撮像系と、該撮像系から得られる画像信号を用いて欠陥を検出する画像処理部と、前記被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、該高さ検出部で順次検出された高さ情報に基づいて前記撮像系の焦点合わせを行う焦点合わせ制御部とを備えた欠陥検査装置において、前記高さ演算部の原点位置を決定するための校正試料を少なくとも２個、前記ステージの載置面に設け、前記少なくとも２個の校正試料の使い分けにより、サイズの異なる被検査物の欠陥検査に対応するようにして達成される。
【００１５】
このとき、前記ステージの載置面が平面であり、前記少なくとも２個の校正試料が、前記平面の前記該被検査物の周辺に配置されているようにしても上記目的が達成される。
【００１６】
同じく、このとき、前記ステージの載置面に窪み部が設けられ、前記少なくとも２個の校正試料のうちの一方が、前記窪み部と同じ深さで当該窪み部の周辺に配置されているようにしても上記目的が達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による欠陥検査装置について、図示の実施の形態により詳細に説明するのであるが、ここで、まず最初に、本発明が対象とする被検査対象物について説明する。
【００１８】
本発明が対象とする試料は主として半導体ウェハで、その表面に形成された微細回路パターンが検査対象であり、このため光学式検査システムが用いられている。
【００１９】
そして、この光学式検査システムによる微細回路パターンの欠陥検査は、被検査パターンと良品パターンの比較、又は被検査ウェハ上の同種のパターンの比較により、欠陥(欠陥部位又は欠陥候補部位部位)を検出することにより、遂行される。
【００２０】
このように、同様のパターンの画像を比較することにより欠陥を検出する比較検査の場合には、得られる画質(画像の質)がその検査結果の信頼性に多大な影響を与える。そして、この画質の劣化は様々な要因によって引き起こされるが、最も影響が大きな要因はデフォーカス(焦点外れ)である。
【００２１】
ところで、このデフォーカスを抑え、微細回路パターンを安定して撮像するためには、試料表面の高さを正確に検出し、前記表面を焦点位置に保持する必要がある。
【００２２】
そこでまず、光学式手段によりウェハ高さを検出する場合の誤差、特に温度変化による原点ドリフトの影響による誤差について、図１１により説明すると、ここで図１１(a)、(c)は、それぞれ半導体ウェハの断面図で、同図(b)、(d)は半導体ウエハのパターン像である。
【００２３】
そして、この半導体ウェハは、光学的透明体である層間膜１により絶縁された微細な回路パターンが上層パターン５と下層パターン６で示すように、多層に積層されたものであり、このとき、各層の回路パターンはコンタクトホール２により接続されている。
【００２４】
そして、光学式検査システムは、この微細回路パターン像を加工完了直後に撮像し、配線間のショート、断線などの回路パターンの欠陥を検出し、製造工程の不具合を発見するものであるが、このとき、微細な欠陥を安定して検出するためには、図示の焦点深度３内に試料表面を保持して、明瞭なパターン画像を撮像する必要がある。
【００２５】
ここで、図１１(a)の破線４は、焦点深度の中心の軌跡を表わしたもので、ここではウェハ表面に沿って理想的な状態になっている場合が示されており、この結果、このときは、図１１(b)に示すように、上層パターン５が全て明瞭に撮像される。
【００２６】
しかしながら、光学式手段によりウェハ表面高さを検出する場合、図１１(c)に示すように、焦点深度の中心の軌跡４が必ずしもウェハ表面に沿って理想的な状態になるとは限らない。
【００２７】
この結果、図１１(d)にドリフトによる誤差７として示すように、デフォーカスによる画質の劣化を生じ、上層パターン５の一部にぼけが生じたり、下層パターン６が写り込んでしまったりしてしまい、欠陥の見逃しや、欠陥ではないのに欠陥としてしまう虚報の発生を引き起こしていた。
【００２８】
そこで、次に、本発明について説明すると、図３は、本発明による欠陥検査装置の一実施形態で、ここでは、一例として、図示のように、ＤＵＶ(Deep Ultra Violet：遠紫外光)光源による落射照明型光学顕微鏡を使用した例が示されている。
【００２９】
そして、この図３において、まず９は全体制御部で、ここで、この全体制御部９は、装置全体の動作指示を司るもので、このため、まず表示装置１０を備え、検査情報の表示等を行ない、ユーザ情報の取り込みを行なう。
【００３０】
また、この全体制御部９は、記録装置１２に接続されていて、検査データ、レシピデータの管理を行ない、更に外部ネットワーク１３にも接続されていて、上位コンピュータや他の検査装置と検査データやレシピデータの送受信を行なうようになっている。
【００３１】
次に、この欠陥検査装置の光学系について説明をすると、まず、キセノン放電灯などの光源１４で発生させた光を波長フィルタ１５ａにより帯域を制限し、ＤＵＶ光が取り出される。このときのＤＵＶ光としては、波長領域が２００〜４００ｎｍにわたるブロードバンド光であっても良いし、光源１４の輝線を選択したピーク波長光であっても良い。
【００３２】
光源１４から取り出されたＤＵＶ光はＰＢＳ(偏光ビームスプリッタ)１５によりＳ偏光成分が下方に反射し、λ／４板１６を通過して円偏光となり、対物レンズ１７によりウェハ１８に照明される。
【００３３】
この照明された光はウェハ１８の表面で反射され、再びλ／４板１６を通過することによりＰ偏光となり、今度はＰＢＳ１５を透過して検出光路に入る。ここで、このような偏光による光分割構成を用いることにより、光の利用効率が高くなり検出光量の激減が防止できる。
【００３４】
ＰＢＳ１５を透過した反射光線は結像レンズ１９に入射され、ここで結像されてウェハ表面の拡大光学像がリニアセンサ２０上に形成され、ここで電気信号に変換される。そして、このリニアセンサ２０で撮像したウェハ表面の拡大光学像による画像信号が画像処理装置３２に入力されて、欠陥検査が行なわれる。
【００３５】
このとき、検出光路はＢＳ(ビームスプリッタ)分岐され、この光路に具備されているＴＶカメラ２１に入射され撮像される。ＴＶカメラ２１の出力は画像処理装置２２に接続され、アライメント、欠陥レビューに用いられる。
【００３６】
次に、ウエハ１８が載置されるステージについて説明すると、ここで、被検査対象物(試料)となるウェハ１８は、ウェハチャック２３の上に載置され、真空吸着される。そして、このウェハチャック２３は、Θ軸ステージ２４とＸ軸ステージ２５、Ｙ軸ステージ２６、それにＺ軸ステージ３０の上に搭載される。
【００３７】
ここで、Θ軸ステージ２４は、ウェハ搭載直後に実施されるアライメント時に制御され、ウエハ１８上に整列して形成されているチップ配列をＸ軸ステージ２５の走査方向に一致させた後、固定される。
【００３８】
そして、検査動作中は、Θ軸ステージ２４は固定されたままに保持され、Ｘ軸ステージ２５が左右方向(Ｘ軸方向)に移動し、折り返し時にＹ軸ステージ２６が直交方向(Ｙ軸方向)にステップ移動される。
【００３９】
これらΘ、Ｘ、Ｙの各軸のステージ２４〜２６は、それぞれステージ制御コンピュータ２７からの信号により制御されるが、このとき、Ｘ軸ステージ２５の位置はレーザ測長器２８により計測され、レーザ測長器２８から出力される位置情報に基づきタイミング発生回路２９により画素を示すスタートタイミング信号を発生し、リニアイメージセンサ２０に送信されて、画像信号が読み出される。
【００４０】
ステージ制御コンピュータ２７は、全体制御部９とネットワーク１３で接続されており、チップレイアウト情報等をダウンロードして、検査位置の識別に用いられる。
【００４１】
次に、この図３の装置による撮像動作について説明すると、リニアイメージセンサ２０は、Ｘ軸ステージ２５が一定距離移動する毎に、スタートタイミング信号によりトリガされ、一次元画像信号を出力する。
【００４２】
そこで、このリニアイメージセンサ２０からの信号の読出しを、Ｘ軸ステージ２５の移動量に同期させることにより２次元の画像が得られ、従って、Ｘ軸ステージ２５を左右方向に一定速度で移動させることにより、リニアイメージセンサ２０により、ウエハ１８の表面の画像が撮像される。
【００４３】
ここで、このリニアセンサとは、複数の１次元イメージセンサを２次元に配列した構造を有し、各１次元イメージセンサの出力を定めた時間遅延しては対象の同一位置を撮像した隣接する１次元イメージセンサの出力と加算していくことにより、検出光量の増加を図ったものである。
【００４４】
このようなリニアイメージセンサ２０を用いることにより、高速で走査しても検出信号のＳ／Ｎが向上でき、この結果、撮像時間、ひいては検出時間を短くすることができる。
【００４５】
次に、この図３の装置による画像処理について説明すると、まず、リニアイメージセンサ２０から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器(図示してない)によりデジタル信号に変換されてから画像処理部３２に入力される。
【００４６】
ここで、この実施形態における画像処理部３２の動作について、図４により説明すると、まず、入力信号は２分岐され、一方は遅延回路３３に入力される。すなわち、通過信号と遅延回路内の信号を遅延量だけずらして以降の処理を行うようになっている。
【００４７】
このときの遅延量は、ユーザにより選択できるようになっており、チップに形成された繰り返しパターンのピッチに一致させる。例えばダイ間比較と呼ばれる検査方式の場合は、ダイサイズを予め登録し、これを遅延量とする。
【００４８】
前記２種類の信号は位置ずれ検出回路３４で画像間の位置ずれ量が算出され、一方の画像信号がシフト回路３５でシフトされ、差画像演算回路３６で差画像が生成され、欠陥判定回路３７において予め登録されたしきい値と比較され、欠陥が検出される。
【００４９】
欠陥判定回路３７から出力された信号は特徴抽出回路３８に入力され、ここで欠陥の座標、サイズ、形状、輝度情報等の欠陥情報が抽出され、検査終了後のグルーピングに利用される。
【００５０】
特徴抽出回路３８から出力された欠陥情報は、図３に示されている全体制御部９に送信され、記録装置１２にデータベースとして保存されたり、表示装置１０に表示したり、ネットワーク１３を経由して上位コンピュータに転送されたりする。
【００５１】
次に、図３の装置における自動焦点システムについて説明すると、ここで、まず、この自動焦点システムは、主として自動焦点コンピュータ３９と検出光学系４７で構成されている。
【００５２】
そして、自動焦点コンピュータ３９は、図５に示すように、高さ計算回路１０６、制御量計算回路１０７、高さ記録回路１０８、それにタイミング制御回路１０９などで構成されている。
【００５３】
そして、後述するようにして検出光学系４７で検出した高さＨと制御目標１１４の偏差に基づいて、Ｚ軸方向の制御量を表わすＺ信号４８を演算し、Ｚ軸ステージ３０を制御する。ここで、１１３はＺデータで、Ｚ軸制御量を表わす。
【００５４】
このため、自動焦点コンピュータ３９は、ネットワーク１３を介して全体制御部９に接続され、検査モード、レビューモードなどの動作モードの切り替え、及び自動焦点用レシピの送受信が行なえるようになっている。
【００５５】
一方、ステージ制御コンピュータ２７からは、チップスタート信号４０とステージ折り返し信号４１が、そしてタイミング発生回路２９からはステージシフトパルス４２が、それぞれ自動焦点コンピュータ３９入力され、各々タイミング制御回路１０９に供給されている。
【００５６】
更に、ステージ制御コンピュータ２７からは、検査中の自動焦点ＯＮ／ＯＦＦなど、リアルタイム性の高い制御信号４３が送信され、ＤＩＯ(図示してない)を経由して供給される。
【００５７】
次に、検出光学系４７による高さ検出動作について、図６により説明すると、まず、光源２００から、被検査物となるウエハ１８の斜め上方から入射角度Θで光を照射し、レンズ系２０４ａ、２０４ｂにより、スリット２０２の像をウェハ１８面上に結像させ、ウェハ上のスリット像をセンサ２０５上に結像させる。
【００５８】
いま、ここでウエハ１８が距離Ｚ分、上に移動したとすると、ウエハ１８上では、スリット像は、図示のように距離(Ｚ・ｔａｎΘ)分移動し、センサ２０５上では更に距離(２Ｚ・ｓｉｎΘ・ｍ)分移動する。ここで、ｍは光学系の倍率である。
【００５９】
そこで、スリットの幅をｄとすれば、試料上の投影範囲は(ｄ／ｃｏｓΘ)となり、この投影範囲の平均的な高さが距離Ｚとして検出される。
【００６０】
このとき、好ましい構成として、Θの値を８０度以上、より好ましくは８５度以上とする。また、光路中に偏光素子２０３ｂを挿入し、Ｓ偏光を抽出するようにし、スリット２０２はステージ２５の移動方向Ｘに対してψ度回転して投影するようにする。
【００６１】
更に、コンデンサレンズ２０１の焦点位置にスリット２０２を配置することによりケーラ照明が得られ、スリット２０２の明るさが均一化されるようにする。また、照明光路において、レンズ２０４ｂの後側焦点位置に絞り２０３ｂを設け、テレセントリック照明が得られるようにし、ウエハ１８が上下に移動した場合にもスリット像の大きさが変化し難い構成にしてある。
【００６２】
このとき、この実施形態では、レンズ２０４ａの前側焦点位置にもスリット２０３ａを設けてあり、これにより、被検査物となるウエハ１８で回折して高さ検出のノイズ要因となる回折光線が除去できるような構造にしてある。
【００６３】
ところで、このような高さ検出方式では、撮像光学系と高さ検出光学系とが別光路に存在し、撮像光学系とは別の光路で高さを検出しているため、環境変化、特に温度変化の影響を受け、原点ドリフトを生じ、検出精度が低下してしまうという問題がある。
【００６４】
そこで、この温度変化による原点ドリフトについて、図７により説明する。ここで、まず同図(a)は、図６に示した高さ検出光学系４７を、図３に示した構成に実装した場合の形態で、このとき、照明光源２００、対物レンズ１７以降の光路は省略し、環境変化に敏感な範囲だけが記載されている。
【００６５】
そして、ここでは、スリット２０２の像を２枚のアクロマートレンズ２９１ａで試料位置(ウエハ１８の表面)に結像し、反射光を２枚のアクロマートレンズ２９１ｂでセンサ２０５に結像させ、対物レンズにより拡大して感度を確保するようにしてある。
【００６６】
ところで、これら高さ検出光学系４７を構成する各部品は、実際にはベース部材２９５に取付けられている。そこで、いま、初期状態では図７(a)の状態にあったのが、温度上昇により対物レンズ１７の鏡筒２９６、高さ検出光学系のベース部材２９５が熱膨張し、同図(b)に示す状態になったとする。ここで、同図(c)は先端部を拡大表示したものである。
【００６７】
つまり、この図７に示すように、初期状態では実線で示すように、高さ検出光学系の結像位置と撮像光学系の焦点位置が一致していたものが、温度上昇に伴いそれぞれ異なる位置に変位してしまうことが判る。
【００６８】
この結果、高さ検出光学系の原点に対して、撮像光学系の焦点位置が変化するため、欠陥検査装置に登録されている自動焦点オフセット値(レシピ)が使用できなくなり、これが温度変化による原点ドリフトである。
【００６９】
この実施形態では、この原点ドリフトが補正できるようにしてあり、これにより、環境変動の影響を受けることなく過去のレシピを活用したり、異なる装置間でレシピを共有化することができる。
【００７０】
このため、この実施形態では、図３に示されているように、まず、ウェハチャック２３の上に、被検査物となるウエハ１８とは別に、所定の微細なパターンが形成してある校正試料４５３、４５４が設けてあり、これにより、一定時間間隔でキャリブレーション(目盛り合わせ：校正又は較正)を行ない、原点ドリフトを補償し、影響を低減させることができるようになっている。
【００７１】
そして、この実施形態では、このように、ウェハチャック２３上に校正試料を搭載することにより、被検査物(ウエハ１８)がウェハチャック２３にロードされているときでも、そのままで定期的にキャリブレーションを実施して環境変動による影響を随時補正することができ、この結果、キャリブレーションのために専用のウェハをローディングするなどの余分な手間と時間をかける必要をなくすことができる。
【００７２】
そこで、以下、この実施形態によるキャリブレーションについて説明する。ここで、このキャリブレーションを実施するタイミングとしては、まず検査前に実施する方法と、検査装置に搭載された温度モニタの値が予め決めてある閾値値を上回った時実施する方法、更には、ある一定の周期毎に実施する方法のいずれでも良い。
【００７３】
図８(a)は、この実施形態によるキャリブレーション処理を表わすフローチャートで、処理が開始したら、まず、被検査物となるウェハ１８の厚さに応じてＸステージ２５とＹステージ２６を移動させ、校正試料４５３、４５４のどちらか一方の位置を光軸に位置させる(Ｓ３１)。次に校正試料４５３、４５４を引き込み範囲内に移動させる(Ｓ３２)。
【００７４】
このＳ３２の手順は、図８(b)に示すように、まずＺ軸ステージを最下位に移動させ(Ｓ３２１)、次いで、予め決められた一定量づつ上方向にステップ移動させる(Ｓ３２２)。そして、自動焦点コンピュータ３９で受光センサ２０５に光が入射したか否かを判断し、検出範囲内か否かを判定する(Ｓ３２３)。ここで否の場合には、Ｓ３２２に戻ることになる。
【００７５】
処理(Ｓ３２３)で検出範囲内であると判定されるたら、ＡＦ−ＯＮ(Ｓ３２４)となり、図８(a)のフローに戻り、次のステップ(Ｓ３３)に進む。そして、ここでＺ軸ステージを一定量移動させた状態で、自動焦点コンピュータ３９により高さ検出を行い(Ｓ３４)、検出結果を全体制御部９に転送する。
【００７６】
次に、ＴＶカメラ２１により画像を検出し(Ｓ３５)、検出された画像から画像処理部２２においてコントラスト値を演算する(Ｓ３６)。このときのコントラスト値としては、画像内の決められた領域の範囲の分散値のような値となる。
【００７７】
そして、以上の手順を予め決められたステップ数にわたって繰り返すことにより(Ｓ３７)、画像処理部２２又は全体制御部９において、図８(c)に示すような波形が得られる。ここで、同図の横軸が試料の高さであり、縦軸はコントラスト値である。
【００７８】
次いで、この波形を多項式、例えば２次関数により近似し、ピーク位置(ベストフォーカス位置)Ｚｏを求め(Ｓ３８)、このピーク位置Ｚｏをキャリブレーションオフセットとして自動焦点コンピュータ３９に記録する(Ｓ３９)。
【００７９】
次に、上記キャリブレーションオフセットの使用方法について、図９により説明する。検査開始前、高さ検査光学系４７による検査位置を、校正試料４５３又は校正試料４５４に移動し(Ｓ４１)、図８で説明したキャリブレーションオフセットＺｏを求める(Ｓ４２)。しして、ウェハをロードし(Ｓ４３)、アライメントを実施するのである(Ｓ４４)。
【００８０】
次に、レシピ作成か否かを判定する(Ｓ４９)。そして、自動検査に設定されていた場合、つまり判定結果が否定Ｎの場合はレシピからフォーカスオフセットΔｆを読み出し(Ｓ５０)、高さ検出値がＺｏ＋ΔｆとなるようにＺ軸ステージ３０を制御しながら検査を実施するのである(Ｓ５１)。
【００８１】
一方、結果が肯定Ｙ、つまりレシピ作成の場合には、検査感度を確認し(Ｓ４６)、ＯＫか否かを判定し(Ｓ４７)、ＯＫの場合には検査感度が最良となる条件にフォーカスオフセットΔｆを変更し(Ｓ４８)、レシピ登録するのである(Ｓ４９)。
【００８２】
上記したように、この実施形態では、ウェハチャック２３上に微細なパターンが形成してある校正試料を搭載することにより、被検査物(ウエハ１８)がウェハチャック２３にロードされているときでも、そのままでキャリブレーションを実施することができ、環境変動による影響を随時補正することができる。
【００８３】
従って、この実施形態によれば、キャリブレーションのために専用のウェハをローディングするなどの余分な手間と時間をかける必要がなく、随時、簡単にキャリブレーションが実施でき、この結果、常に試料の表面の高さが精度良く検出できるので、デフォーカスによる画質の劣化が抑えられ、常に正確な欠陥検出を得ることができる。
【００８４】
ところで、この実施形態は、サイズが異なった試料に容易に対応できるようにしてあり、このため、図３に示されているように、２個の校正試料４５３、４５４を備えている。
【００８５】
ここで、半導体ウエハは、通常、サイズにより厚さが異なる。そこで、この実施形態では、サイズ(直径)と厚みが異なる２種のウェハに対応するため、図１と図２に示すように、各々のウェハ１８ａ、１８ｂと同じ厚さの校正試料４５３、４５４をウェハチャック２３上に載置し固定してある。
【００８６】
このとき、図１と図２は、異なった実施形態で、ここで破線で描かれているウェハ１８ａが、例えば１２インチ(約３０センチ)径の大サイズウエハで、実線のウエハ１８ｂが、例えば８インチ(約２０センチ)径の小サイズウエハになっている。
【００８７】
まず、図１の実施形態について説明すると、これは、ウエハチャック２３のウエハ載置面(上面)を平面にしたままで、その周辺部に校正試料４５３、４５４を取付けるようにした場合の例である。
【００８８】
ここで、図１の(a)は平面図であり、同図(b)は大サイズウエハ１８ａをウェハチャック２３上にロードしたときの側面図、そして同図(c)は小サイズウエハ１８ｂをウェハチャック２３上にロードしたときの側面図である。
【００８９】
従って、図１(b)に示されている高さｔ１が大サイズウエハ１８ａのベストフォーカス位置で、図１(c)の高さｔ２が小サイズウエハ１８ｂのベストフォーカス位置となる。
【００９０】
次に、図２の実施形態は、ウエハチャック２３のウエハ載置面に所定の深さの窪み部２３０を設け、ここに小サイズウエハ１８ｂを収容するようにした場合の例で、このため、小サイズウエハ１８ｂ用の校正試料４５４についても、窪み部２３０と同じ深さの窪み部２３１の中に収容してある。
【００９１】
そして、この図２でも、同図の(a)は平面図であるが、同図(b)には、大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂを一緒にウェハチャック２３上に載せた状態が示されいる。しかし、実際に動作させる場合には、何れか一方のウエハだけが載置されることは言うまでもない。
【００９２】
ここで、窪み部２３０における所定の深さとは、小サイズウエハ１８ｂを収容するのに必要な深さのことであり、従って小サイズウエハ１８ｂの厚さ以上にするのが一般的であると言える。
【００９３】
次に、これら図１と図２の動作について説明すると、ほとんどは既に説明した通りで、校正試料４５３と校正試料４５４を大サイズウエハ１８ａと小サイズウエハ１８ｂに応じて使い分け、まず検査すべきウェハと同じ厚さの校正試料に移動し、キャリブレーションを行なうことにより、各々のウェハに対応したベストフォーカス位置Ｚｏを求めることができる。
【００９４】
そして、ここで求められたベストフォーカス位置Ｚｏの値を、検査時に使用することにより、各々のウェハ厚に対応した検査が可能になり、サイズが異なった試料に容易に対応することができる。
【００９５】
ここで、図２の実施形態の場合、ウエハチャック２３に窪み部２３０、２３１を設ける必要があるので、図１の実施形態に比較して、構成がいくらか複雑になる。
【００９６】
しかし、この図２の実施形態では、各々の校正試料を対応するウェハの近くに設置することができるので、キャリブレーション時の移動距離を短くすることができ、キャリブレーション処理に必要な動作時間の短縮が図れるという利点がある。
【００９７】
次に、上記実施形態に係る欠陥検査装置による欠陥検出結果について、図１１を用いて説明すると、従来技術の場合、図１１(c)に示すように、デフォーカスが発生し、欠陥の見逃しや虚報の発生を引き起こす虞れがあった。
【００９８】
これに対して、上記実施形態では、同図(a)に示すように、パターン表面の画像が安定して検出できるため、最上層の回路パターンが明瞭に撮像できることが判る。
【００９９】
ところで、上記したように、本発明の実施形態によれば、キャリブレーションを実施することにより原点ドリフトが低減できるが、長期的にみた場合、キャリブレーションを繰り返す必要がある。
【０１００】
しかし、欠陥検査におけるスループットの確保には、キャリブレーション頻度の低減が必要で、このためには、原点ドリフトの量を少なく抑えるのが効果的である。そこで、上記実施形態の高さ検出光学系４７におけるドリフト量の低減方法について、以下、図１０により説明する。
【０１０１】
ここで、この図１０(a)は、高さ検出光学系４７の支持部材が横方向に熱膨張した場合の説明図で、同図(b)は高さ検出光学系４７の支持部材が縦方向に熱膨張した場合の説明図である。
【０１０２】
そして、この図１０(a)、(b)において、まず、ベース部材２９５は、対物レンズ１７の胴付き４５０と同一面で固定されているものとする。そうすると、この場合は、先端のミラー位置４５１の変化がドリフト量とみなせる。
【０１０３】
そこで、まずベース部材２９５として、対物レンズ鏡筒２９６よりも熱膨張率が大きな部材を選択してやる。そうすると、先端ミラー４５１が搭載された部品を、熱膨張率が０とみなせる材料で構成することにより、ドリフト量が低減できることになる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体ウェハなどの被検査物上の撮像光学系と高さ検出光学系との焦点距離を演算することにより温度ドリフトによる影響が低減できる上、ウェハサイズの違いによる厚みの違いにも対応することができ、信頼性の高い欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における試料載置系の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における試料載置系の他の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における全体構成図である。
【図４】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における画像処理部の一例を示すブロック図である。 自動焦点コンピュータのブロック図
【図５】本発明に係る欠陥検査装置の一実施形態における自動焦点コンピュータの一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態で採用されている高さ検出方式の説明図である。
【図７】高さ検出における原点ドリフトの説明図である。
【図８】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の一実施形態におけるオフセット軽減方法の説明図である。
【図１１】光学系手段により高さ検出したときに発生する誤差の説明図である。
【符号の説明】
１ 層間絶縁膜
２ コンタクトホール
３ 焦点深度
４ 焦点位置の軌跡
５ 上層パターン
６ 下層パターン
７ ドリフトによる誤差
９ 全体制御部
１０ 表示装置
１１ 入力装置
１２ 記録装置
１３ ネットワーク
１４ キセノン光源
１５ ＰＢＳ(偏光ビームスプリッタ)
１５ａ 波長制限フィルタ
１６ λ／４板
１７ 対物レンズ
１８ ウェハ
１８ａ 大サイズウェハ
１８ｂ 小サイズウェハ
１９ 結像レンズ
２０ リニアセンサ
２１ ＴＶカメラ
２２ 画像処理装置
２３ ウェハチャック
２４ Θ軸ステージ
２５ Ｘ軸ステージ
２６ Ｙ軸ステージ
２７ ステージ制御コンピュータ
２８ レーザ測長器
２９ タイミング発生回路
３０ Ｚ軸ステージ
３２ 画像処理装置
３３ 遅延回路
３４ 位置ずれ検出回路
３５ シフト回路
３６ 差画像演算回路
３７ 欠陥判定回路
３８ 特徴抽出回路
３９ 自動焦点コンピュータ
４０ チップタート信号(ダイスタート信号)
４１ 折り返し信号
４２ ステージシフトパルス
４３ 制御信号
４７ 高さ検出光学系
４８ Ｚ信号
１０６ 高さ計算回路
１０７ 制御量計算回路
１０８ 高さ記録回路
１０９ タイミング制御回路
１１２ タイミング制御信号
１１３ Ｚデータ
１１４ 制御目標
２００ 光源
２０１ コンデンサレンズ
２０２ スリット
２０３ 絞り
２０３ｂ 偏光素子
２０４ レンズ
２０５ センサ
２３０、２３１ 窪み部
２９１ アクロマートレンズ
２９５ ベース部材
２９６ 鏡筒
４５３ 校正試料(薄)
４５４ 校正試料(厚)
Claims (3)
- 被検査物の載置面を有するステージと、該ステージ上に載置した前記被検査物の表面像を撮像して検出画像信号を検出する撮像系と、該撮像系から得られる画像信号を用いて欠陥を検出する画像処理部と、前記被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、該高さ検出部で順次検出された高さ情報に基づいて前記撮像系の焦点合わせを行う焦点合わせ制御部とを備えた欠陥検査装置において、
前記高さ演算部の原点位置を決定するための校正試料を少なくとも２個、前記ステージの載置面に設け、
前記少なくとも２個の校正試料の使い分けにより、サイズの異なる被検査物の欠陥検査に対応するように構成したことを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記ステージの載置面が平面であり、
前記少なくとも２個の校正試料が、前記平面の前記該被検査物の周辺に配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記ステージの載置面が窪み部を備え、
前記少なくとも２個の校正試料のうちの一方が、前記窪み部と同じ深さで当該窪み部の周辺に配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002365596A JP2004198199A (ja) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | 欠陥検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002365596A JP2004198199A (ja) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | 欠陥検査装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004198199A true JP2004198199A (ja) | 2004-07-15 |
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ID=32763113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002365596A Pending JP2004198199A (ja) | 2002-12-17 | 2002-12-17 | 欠陥検査装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004198199A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009156574A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Hitachi High-Technologies Corp | 検査装置及び検査方法 |
| JP2011069769A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Hitachi High-Technologies Corp | 欠陥検査装置およびその方法 |
| JP2018509752A (ja) * | 2015-01-21 | 2018-04-05 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 焦点体積方法を用いたウェーハ検査 |
-
2002
- 2002-12-17 JP JP2002365596A patent/JP2004198199A/ja active Pending
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| JP2018509752A (ja) * | 2015-01-21 | 2018-04-05 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 焦点体積方法を用いたウェーハ検査 |
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