JP2004219280A - 異物検査装置、および異物検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン付き基板の異物検査において、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比を向上させることができる異物検査装置を提供する。
【解決手段】被検査基板１の表面に対してほぼ平行となる軸を光軸として、被検査基板１の表面に対してＳ偏光のビームを照明部３により照射する。ラインセンサ６は、受光角β１が鋭角で、かつ、前記ビームとの差角が３０°以内となる光軸にて、反射光、散乱光、および回折光中の被検査基板１の表面に対してＰ偏光の成分を検出する。ラインセンサ８は、受光角β２が仰角で、かつ、前記ビームとの差角がほぼ０°となる光軸にて、反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出する。そして、ラインセンサ６および８より得た検出結果を演算し、パターンからの回折光の影響を除去して異物の存在を判定する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検査対象の検査面に存在する異物を検出するための異物検査装置および異物検査方法に関し、主として半導体製造工程および液晶ディスプレイ製造工程におけるパターン付き基板の異物検査に用いる異物検査装置、および異物検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウェハは、シリコンウェハの表面にトランジスタや配線などの微細なパターンが形成されているが、このようなパターン付き基板の表面に異物が付着すると製品の品質が劣化することになるので、異物を検出するための検査を行う必要がある。
【０００３】
パターン付き基板の異物検査は、検査対象であるパターン付き基板の表面（検査面）にビームを照射し、異物により発生する散乱光を検出することによって行われるが、ここで重要となるのは、異物により発生する散乱光とパターンにより発生する反射光および回折光との弁別である。そのため、従来は図４に示す構成により、ノイズ光である反射光および回折光を受光し難くして、異物の検出を行っていた。
【０００４】
図４は従来の異物検査装置の構成の概略を示す図である。この異物検査装置は、ノイズ光である反射光および回折光を受光し難くするために、異物により発生する散乱光とパターンにより発生する反射光および回折光の偏光の特性を利用している。すなわち、検査面に対してＳ偏光の光を照射すると、散乱光は検査面に対してＰ偏光となるのに対し、反射光および回折光はＳ偏光のままであることから、検査面に対してＳ偏光の光（ビーム）を照射するようにし、かつ受光系側に検査面に対してＰ偏光の光を透過する偏光フィルタを設置している。さらに、散乱光の光強度は前方と後方で強く、回折光の光強度は後方ほど弱くなることから後方受光方式を採用している。また、Ｐ偏光成分の光を透過する偏光フィルタはＳ偏光成分の光を完全に遮光できず、光強度が強いほど透過するＳ偏光成分の光量も増加することになる。そのため、具体的には、以下に説明する構成としている。
【０００５】
図４において、１は検査対象である被検査基板、２は検出すべき異物であり、かつ照明系の焦点面でもある。３は照明部であり、レーザ光源と、レーザ光源からの光を平行光化し検査面である被検査基板１の表面が焦点面となるようにライン状に結像する照射系レンズと、被検査基板１の表面に対してＳ偏光の光を透過する偏光フィルタとからなる。この照明系の光軸（照明部３の光軸）は、被検査基板１の表面に対してほぼ平行、すなわち小さな角（照明角α）でもって交わるように設定されている。具体的には被検査基板１の表面に対して１°〜５°となる角でもって交わるように設定するのが好適である。照明角αが大きくなると、アルミ配線などの反射率の大きいパターンからの反射光および回折光の光強度が強くなるためである。
【０００６】
また、検出部は、被検査基板１の表面に対してＰ偏光の光を透過する偏光フィルタ４と、照明系レンズの焦点面を前側の焦点面とする受光系レンズ５と、この受光系レンズ５の結像面に配置されたラインセンサ６からなる。ラインセンサ６は受光した光を光電変換し、図示しない判定部へ出力する。該判定部は、該検出部による検出結果から異物の存在を判定する。この受光系の光軸（検出部の光軸）は、被検査基板１の表面とのなす角（受光角β）が鋭角となり、かつ、照明系の光軸との差角が３０°以内となるように設定する。
【０００７】
続いて、受光角βを鋭角とする理由について、図５を用いて説明する。図５は、受光角βをパラメータとしたときの、検出部にて受光される（ラインセンサ６が受光する）異物からの散乱光（異物からの検出光）の光量と、パターンからの反射光および回折光（パターンからの検出光）の光量を示す図である。図５に示すように、受光角βは、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比が大きくなる９０°未満であることが望ましく、特に３０°以下であるとなおよい。
【０００８】
従来は、以上のような構成とすることにより、ノイズ光である反射光および回折光を受光し難くして、異物からの検出光の光量をパターンからの検出光の光量より著しく向上させ、異物を検出していた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
パターン付き基板の異物検査においては、品質劣化防止のため、パターンルールと同程度のサイズの異物を検出することが要求されるが、近年、パターンルールの微細化により検出が要求される異物のサイズもますます微小になってきている。例えば、パターンルールが０．１３μｍルールの基板の下では、０．１μｍ程度の異物の検出が要求されることになる。
【００１０】
しかしながら、このパターンルールの微細化にともない、上記従来の異物検査装置によっても上記Ｓ／Ｎ比が低下するという問題が生じてきた。以下、この理由について説明する。
【００１１】
図６は回折光の発生の様子を示している。図６に示すように回折角はパターンピッチに反比例するため、パターンルールが微細になりパターンピッチが小さくなると光強度の強い低次の回折光が後方に設置した検出部へ入りやすくなる。一方、パターンルールの微細化が進むほど、検出が要求される異物のサイズが微小となるが、異物のサイズが微小となるほど散乱光の光強度は弱くなる。そのため、パターンルールの微細化が進むほど、検出部にて受光されるパターンからの検出光の光量が増加し、異物からの検出光の光量が減少することになり、上記Ｓ／Ｎ比が低下する。
【００１２】
なお、別の従来例として、パターンの繰り返し性を利用して、パターンにより発生する反射光および回折光を光学的に除去するものがある。しかしながら、この方法では、繰り返し性を利用しているが故に、半導体記憶装置のようなパターンが繰り返される基板には有効であるが、ＣＰＵやシステムＬＳＩなどのパターンの繰り返されない基板には効果がない。
【００１３】
【特許文献１】
特許第３１４０６６４号明細書
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑み、検査面とのなす角が仰角で、かつ、照明系の光軸との差角がほぼ０°となる光軸にて、反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出した結果と、従来の検出部における検出結果を演算することにより、微細なパターンにより発生する回折光の影響を除去し、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比を向上させることができ、かつ、パターンの繰り返されない基板における異物検査を可能とする異物検査装置、および異物検査方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の異物検査装置は、検査対象の検査面に対してほぼ平行な軸を光軸とするように配置され、前記検査対象の検査面に対してＳ偏光のビームを照射する照明部と、検査面とのなす角が鋭角で、かつ、前記照明部の光軸との差角が３０°以内となる光軸にて、前記照明部が照射するビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光中の検査面に対してＰ偏光の成分を検出する第１の検出部と、検査面とのなす角が仰角で、かつ、前記照明部の光軸との差角がほぼ０°となる光軸にて、前記照明部が照射するビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部および前記第２の検出部により得られた検出結果を演算し異物の存在を判定する判定部と、を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項２記載の異物検査方法は、検査対象の検査面に対してＳ偏光のビームを前記検査対象の検査面に対してほぼ平行な軸が光軸となるように照射し、検査面とのなす角が鋭角で、かつ、前記ビームの光軸との差角が３０°以内となる光軸にて、前記ビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光中の検査面に対してＰ偏光の成分を検出するとともに、検査面とのなす角が仰角で、かつ、前記ビームの光軸との差角がほぼ０°となる光軸にて、前記ビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出し、これらの検出結果を演算して異物の存在を判定することを特徴とする。
【００１７】
以上により、本発明によれば、微細なパターンにより発生する回折光の影響を除去し、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比を向上させることができるので、微細なパターンからなるパターン付き基板においても異物検査が可能となり、かつ、パターンの繰り返されない基板においても異物検査が可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る異物検査装置について、図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしも以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で変形しても良い。
【００１９】
図１は本実施の形態における異物検査装置の構成の概略を示す図である。図１において、１は検査対象物である被検査基板、２は検出すべき異物であり、かつ照明系の焦点面でもある。３は照明部であり、レーザ光源と、レーザ光源からの光を平行光化し検査面である被検査基板１の表面が焦点面となるようにライン状に結像する照射系レンズと、被検査基板１の表面に対してＳ偏光の光を透過する偏光フィルタとからなる。この照明系の光軸（照明部３の光軸）は、被検査基板１の表面に対してほぼ平行、すなわち小さな角（照明角α）でもって交わるように設定されている。上述したように、具体的には被検査基板１の表面に対して１°〜５°となる角でもって交わるように設定するのが好適である。ここでは、約２°に設定している。
【００２０】
また、第１の検出部は、被検査基板１の表面に対してＰ偏光の光を透過する偏光フィルタ４と、照明系レンズの焦点面を前側の焦点面とする第１の受光系レンズ５と、この第１の受光系レンズ５の結像面に配置されたラインセンサ６からなる。ラインセンサ６は受光した光を光電変換し、図示しない判定部へ出力する。
【００２１】
この第１の受光系の光軸（第１の検出部の光軸）は、被検査基板１の表面とのなす角（受光角β１）が鋭角となるように設定する。上述したように、受光角β１は、特に３０°以下とするのが望ましく、ここでは約３０°となるように設定されている。また、照明系の光軸との差角は３０°以内となるように設定する。
【００２２】
第１の受光系レンズ５の開口角はその光軸を中心とする開口角であり、異物により発生する散乱光を効率良く受光するために、ここでは紙紙面水平方向、紙面垂直方向ともに１７．５°（θ１）に設定している。
【００２３】
一方、第２の検出部は、照明系レンズの焦点面を前側の焦点面とする第２の受光系レンズ７と、この第２の受光系レンズ７の結像面に配置されたラインセンサ８からなる。ラインセンサ６は受光した光を光電変換し、上記判定部へ出力する。
【００２４】
第２の受光系の光軸（第２の検出部の光軸）は、パターンにより発生する回折光を効率良く受光するために、被検査基板１の表面とのなす角（受光角β２）が仰角となり、かつ、照明系の光軸との差角がほぼ０°となるように設定する。ここでは、受光角β２は９０°に設定されている。
【００２５】
第２の受光系レンズ７の開口角はその光軸を中心とする開口角であり、パターンにより発生する回折光を効率良く受光するために、ここでは紙面水平方向に２０°（θ２）、紙面垂直方向に１°に設定している。
【００２６】
以上のように構成された異物検査装置の異物検査方法に係る動作について説明する。まず、検査対象である被検査基板１の表面（検査面）に対してＳ偏光のビームを照明系３から照射する。このビームはライン状で被検査基板１の表面に対しほぼ平行に照射される。この照明系３からのラインビームが照射する領域の表面に異物やパターンが存在すると、散乱光や反射光、回折光が発生し、その光の一部が第１および第２の受光系レンズ５および７により集光され、ラインセンサ６および８に結像し、ラインセンサ６および８により光電変換される。上記判定部は、これら第１および第２の検出部により得られた検出結果を演算し、異物の存在を判定する。被検査基板１は図示しない移動テーブル上に載置されており、主走査と副走査により全面にわたり検査される。
【００２７】
続いて、第２の受光系レンズ７の形状について図２を用いて詳しく説明する。図２（ａ）は第２の受光系レンズの形状を説明するための図であり、２１は第２の受光系レンズ、２２は照明系の光軸のベクトルとの方位角（差角）が０°を表す線である。２３は図１における第２の受光系レンズの紙面垂直方向の巾を表してる。この巾は、上述したように、第２の受光系レンズの紙面垂直方向の開口角が１°となるように形成されている。２４は図１における第２の受光系レンズの紙面水平方向の巾を表している。この巾は、上述したように、第２の受光系レンズの紙面水平方向の開口角θ２が２０°となるように形成されている。
【００２８】
なお、参考のために図２（ｂ）に第１の受光系レンズの形状を示す。２５は第１の受光系レンズである。第１の受光系レンズの形状は、上述したように、開口角θ１が、紙面水平方向、垂直方向ともに１７．５°となるように形成されている。
【００２９】
第２の受光系レンズの形状をこのように細長い形状とした理由について図３を用いて説明する。図３（ａ）は、第２の受光系レンズ３１に回折光３２、３３、３４が入光されている様子を示している。なお、参考のために図３（ｂ）に第２の受光系レンズ３５に散乱光３６が入光されている様子を示す。
【００３０】
異物にラインビームが照射されると広い分布を有する散乱光が発生する。一方、パターンにラインビームが照射されると反射光の他に回折光が発生する。回折光は、照明系の光軸のベクトルとの方位角（差角）が０°の平面に沿って、ピーキーな分布を持つ。そこで、パターンにより発生する回折光を効率良く受光し、異物により発生する散乱光を受光し難くするために、第２の受光系レンズの形状をこのような細長い形状にし、また第２の受光系の光軸を、被検査基板１の表面とのなす角（受光角β２）が仰角となり、かつ、照明系の光軸との差角がほぼ０°となるようにする。さらに、第２の受光系が第１の受光系と干渉しないようにする必要がある。そのため受光角β２は、７０°から１１０°の範囲で設定するのが好適である。
【００３１】
なお、第１の受光系の役割は、異物からの散乱光をできるだけ効率良く受光することにあるため、通常の円形の形状としている（図３（ｂ）参照。）。
続いて、第１の検出部と第２の検出部の検出結果から、異物の存在を判定する判定方法について説明する。上記判定部は、第１の検出部の検出結果（ラインセンサ６により受光した光を光電変換した結果）から第２の検出部の検出結果（ラインセンサ８により受光した光を光電変換した結果）を引き算し、この引き算の結果が所定のしきい値をこえたとき、異物と判定する。
【００３２】
第２の検出部では、散乱光、反射光、回折光のすべての成分を検出することになるが、このように引き算を行っても有効に判定できる理由を図５と図６を用いて説明する。ここでは、説明を簡単にするために、ラインセンサ６が受光した光の光量からラインセンサ８が受光した光の光量を引き算し、残りの光量が所定量をこえたとき、異物と判定するものとする。
【００３３】
異物により発生する散乱光は、図５のグラフ中の△で表されるように、受光角３０°と９０°を比較すると、受光角３０°における光量の方が大である。従って、引き算を行っても、ラインセンサ６が受光した光量のうち、異物により発生する散乱光の光量はそれほど減少しない。一方、パターンにより発生する回折光の光量は、図６に示すように、次数が増えるほど低下する。従って、受光角３０°と９０°を比較すると、受光角９０°における光量の方が大となる。従って、引き算をすることにより、ラインセンサ６が受光した光量のうち、パターンにより発生する回折光の光量は確実に除去される。
【００３４】
このようにパターンにより発生する回折光の影響を除去することができるので、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、照明系に固定のライン状の照明、受光系にラインセンサを用いたが、照明系にレーザースキャニング照明、受光系にフォトマル等の点受光系を用いても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上により、本発明によれば、微細なパターンにより発生する回折光の影響を除去し、異物からの検出光の光量をＳ、パターンからの検出光の光量をＮとしたときのＳ／Ｎ比を向上させることができるので、微細なパターンからなるパターン付き基板においても異物検査が可能となり、かつ、パターンの繰り返されない基板においても異物検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態における異物検査装置の構成の概略を示す図
【図２】本発明による実施の形態における異物検査装置の受光系レンズの形状を説明するための図
【図３】本発明による実施の形態における異物検査装置の受光系レンズの形状の理由を説明するための図
【図４】従来の異物検査装置の構成の概略を示す図
【図５】受光系（第１の受光系）に受光される光量を示す図
【図６】回折光の発生の様子を示す図
【符号の説明】
１ 被検査基板
２ 異物
３ 照明部
４ 偏光フィルタ
５ 受光系レンズ（第１の受光系レンズ）
６ ラインセンサ
７ 第２の受光系レンズ
８ ラインセンサ

Claims (2)

1. 検査対象の検査面に対してほぼ平行な軸を光軸とするように配置され、前記検査対象の検査面に対してＳ偏光のビームを照射する照明部と、検査面とのなす角が鋭角で、かつ、前記照明部の光軸との差角が３０°以内となる光軸にて、前記照明部が照射するビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光中の検査面に対してＰ偏光の成分を検出する第１の検出部と、検査面とのなす角が仰角で、かつ、前記照明部の光軸との差角がほぼ０°となる光軸にて、前記照明部が照射するビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部および前記第２の検出部により得られた検出結果を演算し異物の存在を判定する判定部と、を備えていることを特徴とする異物検査装置。
2. 検査対象の検査面に対してＳ偏光のビームを前記検査対象の検査面に対してほぼ平行な軸が光軸となるように照射し、検査面とのなす角が鋭角で、かつ、前記ビームの光軸との差角が３０°以内となる光軸にて、前記ビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光中の検査面に対してＰ偏光の成分を検出するとともに、検査面とのなす角が仰角で、かつ、前記ビームの光軸との差角がほぼ０°となる光軸にて、前記ビームによって発生する反射光、散乱光、および回折光のすべての成分を検出し、これらの検出結果を演算して異物の存在を判定することを特徴とする異物検査方法。

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