JP2005156537A - 欠陥観察方法及びその装置 - Google Patents

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Minoru Noguchi
Yoshimasa Oshima
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良正 大島
幸雄 宇都
稔 野口
利栄 黒▲崎▼
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Abstract

【課題】
半導体デバイス等の基板上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造
工程中に発生する微小な異物やパターン欠陥を、高速で高精度に検査できる装置および方
法を提供すること。
【解決手段】
試料を入射角度の異なる複数の方向から暗視野照明して暗視野照明による試料からの散乱光を複数の方向ごとに検出し、複数の方向ごとに検出して得た信号を処理することによりパターン以外のノイズを低減し、試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と透明な膜の中又は下に存在する欠陥とを識別し、電子顕微鏡で試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と識別された欠陥を観察するようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、半導体製造工程で発生した欠陥を検査する欠陥検査方法及びその装置に係り
、特に電子顕微鏡を用いて欠陥を詳細に観察するのに適した欠陥観察方法及びその装置に
関する。
半導体製造工程では、半導体基板(ウェハ)上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短
絡などの不良原因になる。さらに半導体素子の微細化に伴い、より微細な異物がキャパシ
タの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可
動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスにより処理装置内で反応
生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により種々の状態で混入
され、例えば半導体ウェハ上のスクラッチ(引掻き傷)、材料残り、粒子等が挙げられ製
造スループットに影響を与えている。
このため、製造プロセス中に半導体基板上に発生した欠陥を検出し、検出した欠陥を分
類して欠陥の発生源をいち早く突き止め、欠陥の大量発生を食い止める必要がある。
従来、このように欠陥の原因を追求するための方法として、光学式の異物検査装置を用
いて半導体基板の表面を暗視野照明して異物からの散乱光を検出して欠陥の位置を特定し
、または、光学式外観検査装置を用いて半導体基板の明視野光学像を検出してこれを参照
画像と比較することにより半導体基板上の欠陥の位置を特定し、この位置が特定された欠
陥を、SEM(走査型電子顕微鏡)で詳細に観察して分類し、データベースと比較して分
類した欠陥の発生原因を推定する方法が採られていた。このような観察方法に関しては、
特許文献1〜3に開示されている。
特開2001-133417号公報 特開2003-7243号公報 特開平5-41194号公報
光学式の異物検査装置を用いて半導体基板表面の異物を検出する場合、検査のスループ
ットを上げるために、半導体基板表面を暗視野照明するためのレーザビームのスポットサ
イズを大きくして半導体基板表面を走査して照射している。このため、半導体基板表面を
走査するレーザビームスポットの位置から求める位置座標の精度は、大きな誤差成分を含
んでしまう。
このような大きな誤差成分を含んだ欠陥の位置情報に基づいてSEMを用いて欠陥を詳
細に観察しようとすると、光学式の異物検査装置よりも遥かに高い倍率で観察するSEM
の視野の中に、観察したい欠陥が入らない場合がある。このような場合、SEMの視野内
に見たい欠陥の画像を入れるために、SEMの視野内を移動させながら欠陥を探すことに
なるが、そのための時間がかかってしまい、SEM観察のスループットが低下する原因に
なってしまう。
また、光学式外観検査装置は、検査対象である半導体基板を明視野照明し、撮像して得
た画像を参照画像と比較することにより欠陥を検出するが、半導体基板の表面が光学的に
透明な膜で覆われている場合には、この光学的に透明な膜の表面の欠陥の他に、膜中又は
膜下に存在する欠陥も検出してしまう。
このような光学式外観検査装置で検出した欠陥の位置情報に基づいて、欠陥をSEMで
詳細に観察しようとすると、一般にSEMでは試料表面の情報しか得られないので、光学
式外観検査装置で検出した膜中又は膜下に存在する欠陥を観察することができない。この
ような場合、SEMによる観察装置からは、光学式外観検査装置が誤検出したと認識して
しまうという問題があった。
本発明の目的は、光学式の異物検査装置又は光学式外観検査装置で検出した欠陥を、S
EMを用いて詳細に観察する場合において、光学式の異物検査装置又は光学式外観検査装
置で検出した欠陥を、確実にSEMの観察視野内に入れることができる欠陥観察方法及び
その装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、欠陥観察装置を、予め他の検査装置を用いて検出された繰返しパターンが形成されて表面を光学的に透明な膜で覆われた試料の欠陥の位置情報に基いて欠陥を検出する欠陥検出手段と、欠陥検出手段で検出された欠陥の位置情報に基づいて予め他の検査装置を用いて検出された試料上の欠陥の位置情報を修正する位置情報修正手段と、位置情報修正手段で修正された位置情報に基づいて予め他の検査装置を用いて検出された試料上の欠陥を観察する電子顕微鏡手段と、欠陥検出手段で検出された試料を電子顕微鏡手段に移動させるテーブル手段と、内部にこのテーブル手段を格納して欠陥検出手段と電子顕微鏡手段とが設置されて内部が真空に排気される真空チャンバ手段とを備え、欠陥検出手段は、試料を明視野照明して撮像する明視野画像取得部と、試料を互いに入射角度が異なる複数の方向から順次暗視野照明して撮像する暗視野画像取得部と、明視野画像取得部で取得した画像又は暗視野画像取得部で取得した画像を処理して試料上の欠陥を検出する画像処理部とを有し、画像処理部は暗視野欠陥検出部で試料を順次暗視野照明して得た画像を処理することにより試料上の欠陥を検出し、欠陥を光学的に透明な膜の上に有る欠陥と透明な膜の中又は下にある欠陥とに識別可能に構成した。
また、本発明では、予め他の光学検査装置を用いて検出された繰返しパターンが形成されて表面を光学的に透明な膜で覆われた試料の欠陥の位置情報に基いて欠陥を検出し、検出した欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学検査装置を用いて検出された試料上の欠陥の位置情報を修正し、修正した欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学検査装置を用いて検出された試料上の欠陥を電子顕微鏡で観察する方法において、欠陥の位置情報に基いて欠陥を検出する工程において、試料を入射角度の異なる複数の方向から暗視野照明して暗視野照明による試料からの散乱光を複数の方向ごとに検出し、複数の方向ごとに検出して得た信号を処理することにより試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と透明な膜の中又は下に存在する欠陥とを識別し、電子顕微鏡で欠陥を観察する工程において、試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と識別された欠陥を観察することを特徴とする欠陥観察方法。
本発明によれば、光学式の異物検査装置又は光学式外観検査装置で検出した欠陥を、S
EMを用いて詳細に観察する場合において、光学式の異物検査装置又は光学式外観検査装
置で検出した欠陥を、確実にSEMの観察視野内に入れることができるようになり、SEMを用いた欠陥の詳細観察のスループットを上げることができた。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明に係る物体表面の欠陥検査装置は、図1に示すように、様々な品種や様々な製造工程から得られるウェハ等の被検査対象基板100を載置、移動させるXYZステージ120とコントローラ80を備えた搬送系125と、レーザ光源30から射出されたレーザ光L1を、ビーム径可変手段33である大きさに設定後、波長板35、ミラー38を介して、被検査対象基板100の斜め上方向から照射する暗視野照明系300と、被検査対象基板100を載置するXYテーブル120の上方に配置された対物レンズ13、ビームスプリッタ20、第1レンズ群11、空間フィルタ10、第2レンズ群12、光学フィルタ19、CCD等の光検出器15を備えた検出光学系350を有する欠陥検出装置140と、
前記検出光学系350内の光検出器15から出力される画像信号に基づいて欠陥を検出す
る信号処理系400と、全体のシーケンスを制御する全体制御部130とを含んで構成さ
れる。また、全体制御部130は、入出力部73(キーボードやネットワークも含む)、
表示部72、記憶部71が設けられている。
一方、前記、欠陥検出装置140に対して、Y方向に同軸、X方向に距離dだけ離間し
た位置に、電子ビーム軸112を有する電子顕微鏡(SEM)110が設けられている。
電子顕微鏡(SEM)110は、被検査対象基板100に電子ビームを照射、走査して、
被検査対象基板100から発生する2次電子を検出することによって高倍率で画像観察す
る装置であって、別の検査装置により検出した被検査対象基板100上の欠陥を、該別の
検査装置から出力された被検査対象基板100上の欠陥の位置情報である欠陥マップデー
タを前記入出力部73(キーボードやネットワークも含む)を介して入力し、該欠陥マッ
プデータに基づいて、前記電子顕微鏡(SEM)110の電子ビーム軸112に対して、
XY方向でほぼ一致する位置にXYステージ120を移動せしめ、焦点検出系90(図1
では投光側だけを示し、受光側は省略している)で被検査対象基板100上のZ方向の位
置を検出し、SEM像が鮮明になるように全体制御部130で電子ビームの焦点を制御し
ながら前記被検査対象基板100上の欠陥を観察するものである。なお、2次電子検出器
(図示しない)は、電子ビーム軸112と被検査対象基板100の交差する点を望むよう
に設けられた光電変換器やEDX等により構成されている。
次に視野照明系300について、図1乃至3を用いて説明する。レーザ光源30から
出射したレーザ光L1は、全体制御部130からの駆動信号により開閉するシャッタ31を通過し、ビーム径可変手段33、波長板35、窓部36を透過して真空チャンバ150の内部に入り、反射角の異なるミラー38またはミラー39で反射して被検査対象基板100表面に照射される。この時、被検査対象基板100表面の欠陥からの散乱光は光軸312を有する検出光学系350に、また、正反射光L2は光減衰器37に到達する。光減衰器37は、吸収、干渉等により入射光を打ち消す作用を備えた光学素子であり、表面に形成した微細な針状突起で入射光をとらえるものである。
ビーム径可変手段33は、図2に示すように、例えば焦点距離の異なる2群のレンズ33a、33bから構成されている。レンズ33bは、レンズ保持部41を介してモータ40(例えばパルスモータ)及びボールネジ42により光軸方向(X方向)に移動し、被検査対象基板100の表面に照射されるレーザ光束を収斂させて照射範囲を変えるようになっている。すなわち、レンズ保持部41の先端に設けられた位置決めセンサの可動部45で、原点センサ46の位置を検知した後、モータ40の回転パルスを全体制御部130からの駆動信号により図示しないコントローラを介して制御するものである。
センサ47及び48は原点センサ46を挟むように設置されたリミットセンサである。位置決めセンサとしては、光学的、磁気的センサ等が考えられる。なお、これら一連の動作は、全体制御部130からの指令に基づいて実行される。また、照明範囲の設定は、検出光学系350の検出倍率の切替えに同期して行われる。照明範囲は、ビーム径とレンズ33bの位置関係で決まり、予め、全体制御部130にデータが記憶されており、載置台122の一部に図示しない校正板等を設けて計測することも可能である。
一方、検出光学系350は、電子顕微鏡110の電子ビーム軸112から距離d離れた
位置に光軸を有し、光学系全体がZステージ61によってZ方向に移動可能になっている
。Zステージ61は全体制御部130で制御されるモータ60の回転制御によってZ方向に移動する。モータ60は駆動回路410介して全体制御部130からの制御信号によって制御される。検出光学系350と真空チャンバ150は、変形自在なカップリング50により接合されており、Zステージ移動の間も真空チャンバ内の真空度が保たれる構造になっている。
すなわち、検出光学系350は、図4に示すように、ミラー17、対物レンズ13、ビ
ームスプリッタ20、第1レンズ群11、空間フィルタ10、第2レンズ群12、光学フ
ィルタ19及び光検出器15で構成され、被検査対象基板100表面の欠陥55からの散
乱光L3を検出する。レーザ光源30としては、可視または紫外領域の単色あるいは白色レーザ等を用いることが考えられ、光検出器15はレーザ光源30から出射される光の波長に対して受光感度を有する受光素子が用いられる。
出射窓14は対物レンズ13とミラー17の間に設けられた透明窓であり、真空シール
材16によって真空チャンバ150内の真空度が保たれるようになっている。欠陥散乱光
L3は、対物レンズ13を通過後、ビームスプリッタ20を経て第1レンズ群11、空間
フィルタ10、第2レンズ群12を介して光検出器15に到達する。光検出器15は、例
えば受光素子(画素)が一次元または二次元方向に配列されたCCDやTDIセンサなどであり、受光の蓄積時間を変えられる機能を有している。光検出器15から出力された電気信号は、信号処理部400で処理され、処理結果が全体制御部130に送られる。
空間フィルタ10は、対物レンズ13のフーリエ変換位置(射出瞳に相当する)に配置
されており、欠陥や異物を検出する際にノイズとなる被検査対象基板100上からの反射光(例えば、規則的な繰返しパターン等からの反射回折光によるフーリエ像)を遮光する。例えば検出光学系350の光路中に、検査中はY方向に退避可能なミラー201と、投影レンズ202、TVカメラ203からなる瞳観察光学系200を設け、図5に示すフーリエ変換位置における繰り返しパターンからの反射回折光像501をTVカメラ203で撮像し、回折像の輝度点502(図中の白色部)を矩形状の遮光パターン503を有する遮光板510で遮光するものである。
遮光パターン503は、図示しない機構によって間隔Pを変化させることができ、TVカメラ203で得られる画像が輝点のない像504になるように調整されるものであり、TVカメラ203からの信号を信号処理部400で処理して全体制御部130の指令に基づいて実施される。なお、空間フィルタ10は、移動手段21によって光路中に設置、退避可能になっている。
ところで、電子顕微鏡で被検査対象基板100上の欠陥を観察する際において、被検査
対象基板100は、図示しない基板カセットからロボットアームによって取り出され、搬送系125でXYステージ120の載置台122上に搬送されて位置決め固定される。
次に、予め入出力部73から全体制御部130に入力されている他の検査装置によって出力された欠陥マップデータに基づいて、観察対象の欠陥が検出光学系350の光軸位置に位置決めされ、欠陥の画像が光検出器15で取得されて信号処理系400に入力される。
信号処理系400 は、入力された画像から欠陥の検出処理を行い、結果を全体制御部130に出力する。
全体制御部130は、駆動回路を介してXYステージ120に駆動信号を発し、XYス
テージ120がX方向に電子顕微鏡の電子ビーム軸112と検出光学系350の光軸31
2の離間距離dだけ移動して電子顕微鏡の電子ビーム軸112上に欠陥検出装置140で
検出された欠陥が移動されて欠陥の確認・分析が実施される。表示部72では電子顕微鏡
の観察画像及び光検出器15が取得した画像を切り換えて、又は同一の画面上に並べて表
示し、観察することが可能である。信号処理系400 において欠陥が検出されなかった
場合は検出光学系の被検査対象基板100上での検出視野を拡大または縮小して欠陥を探
すことになるが、これに伴いレーザ光L1の照明範囲もレンズ33bを移動させることに
よって変化させる。
次に、光検出器15の取得画像から欠陥を検出する動作について説明する。図6は光検出器15の受光面の模式図であり、m×n個の画素で構成されている場合である。
被検査対象基板100の表面の欠陥は、レーザ光源30からのレーザ光L1または明視野光源23からの照明によって散乱光を発し、光検出器15の受光面402に欠陥画像56として結像し、光検出器15から信号処理部400にの欠陥画像が取り込まれる。画像取り込みは、Zステージ61をZ方向に一定量づつステップ移動して焦点を変化させながら行い、図7に示す欠陥像56のX(Y)方向の輝度値Iが最大値ImaxとなるZ位置を合焦点位置とし、そのときの画像に対して、受光面402の中心位置403と欠陥画像56の差XL、YLを算出し、欠陥を電子光学系の電子ビーム軸の位置に移動する際のオフセット値として使用する。例えば、図6(b)に示すように欠陥画像56が複数の画素にわたっている場合は、重心画素58が欠陥の代表座標として記憶される。
図8は、信号処理部400の構成を示している。検出器15から出力された画像信号25はA/D変換器405でアナログ/デジタル変換され除算処理回路420に入力される。除算処理回路420は欠陥情報の含まれていない参照画像415と、検出器15から出力された画像を位置合わせた後、各画素毎に除算し、比較回路440に出力する。
比較回路440は、しきい値回路430から出力されたしきい値Thと除算処理回路4
20の出力を各画素毎に比較する。すなわち、二次元画像f(i,j)の各画素の明るさ
信号v(i,j)に対して、しきい値Thを設定し、各画素がしきい値を超えているか否
かを判定する。しきい値を越えた画素を“1”、越えない画素を“0”として結果を検出
座標判定処理回路450に出力する。
検出座標判定処理回路450は、入力された画像信号の中で“1”の画素を欠陥候補とし、重心位置の画素を、欠陥座標として全体制御部130に記憶し、他の検査装置の欠陥マップ座標とを比較して、両者の座標が、光検出器15のウェハ100上での検出光学系350の視野より大きい場合は座標位置の更新が行われ、それ以外の時は欠陥マップの座標が参照される。
参照画像415としては、検査に先立って取得された照明光のシェージング画像、または、被検査対象基板100に繰り返し形成されたチップ又はメモリセルを撮像して得た画像データが用いられ、検出光学系350の光路中に空間フィルタ10を配した状態でXYステージ120が移動中に欠陥座標の隣接あるいは近傍のチップ又はメモリセル部の検査対象のパターンと本来同一の形状となるべきパターン画像を回路途中に設けられたスイッチを開閉して選択できる構成になっている。
一方、半導体の高集積化に伴い、被検査対象基板100上に形成されるパターンの線幅は益々、微細化の傾向にある。パターンのエッジ部は微小な凹凸形状を呈しているため、レーザ光を照射するとエッジ部からスペックルノイズが発生する。このスペックルノイズは、レーザの照射条件によってエッジ部での散乱状態が変化する。これによって同一形状パターンの場合でも光検出器15で検出されるパターン像の形状に差が生じ、チップ比較において不一致部となり正常部を欠陥と認識してしまう。このためパターンエッジ部でのスペックルノイズを低減してパターンを安定検出する必要がでてきた。
そこで、暗視野照明系を図9に示すように、被検査対象基板100の表面に対して複数の異なる方向から照明してパターンエッジ部でのスペックルノイズの指向性を抑える構成にし、光検出器15の検出視野内でパターンエッジ部でのスペックルノイズを低減してパターンを安定に検出できるようにした。
図9(a)に示す暗視野照明系301は、同一または異なる波長の光源161〜163と集光レンズ171〜173との組合せにより、被検査対象基板100の表面を照明している例である。光源161〜163は、自己あるいは光路中に配した開閉手段(図示せず)により連続または断続的に被検査対象基板100の表面を照明する。一方、検出器15は、光源161〜163による被検査対象基板100の表面の照明に同期した露光時間が設定されている。
図9(b)、(c)は、単一光源により複数方向から被検査対象基板100を照明する実施例である。
図9(b)に示す暗視野照明系302は、レーザ光源30から発した光を集光レンズ181、走査手段182、コリメータレンズ184、集光レンズ186を介して被検査対象基板100の表面に照明するものである。すなわち、集光レンズ181で走査手段182の内部に集光されたレーザ光を、AO偏向器やマイクロデバイスミラー、ガルバノミラー等により、レーザ光の1走査時間と検出器15の露光時間を同期させつつ、例えばZ方向にレーザ光を走査して被検査対象基板100上に時間的に異なる方向からレーザ光L3を照明する。
また、図9(c)に示す暗視野照明系303は、前記走査手段182を不要とした例であり、レーザ光をビームエキスパンダ190で任意の方向に拡大した後、それぞれ長さLの異なる透明ロッド群193に入射させ、透明ロッド群193の出射端の側に設けた集光レンズ194で被検査対象基板100表面の同一箇所に異なる方向からレーザ光L4を照射するものである。透明ロッド193の入射断面は被検査対象基板100への照明領域に応じて設定され、透明ロッド193を構成する各ロッド間の長さLの差は、光源30の可干渉距離以上の光路差となるように各々の長さが設定される。
ところで、図10に示すように、被検査対象基板100の表面には多層化の工程で透明な膜(例えば酸化膜)804が形成され、その上にパターンが形成される工程の繰り返しにより多層ウェハが作られる。酸化膜の形成されたウェハ上において、酸化膜表面の異物803やパターン欠陥のみを検出するニーズが高まっているが、パターン、異物検査装置では照明光が透明膜中に達して膜中の欠陥に照射され、透明膜表面の欠陥、異物803に限らず、透明膜中の欠陥、異物802も検出されるため、パターン検査装置の検査マップには両者が混在していると考えられる。
しかし、SEMを用いて透明膜中の欠陥802を観察することは難しいものとされてい
る。このため、欠陥座標をSEMの電子ビーム軸112の真下に位置決めしても、欠陥を
確認することができず、パターン検査装置の誤検出と認識されてしまう場合がある。この
ため、本発明では、暗視野照明系300に配したミラー38、39によって照明角度を変
えて照明することにより、透明膜への照明光の透過、反射を調整して表面欠陥あるいは膜
中欠陥のいずれかに照明光が多く照射されるようにして、光学式外観検査装置で検出した
欠陥が、膜上、膜中いずれに存在する欠陥かを検出光学系350で判定して、SEMにフ
ィードバックできるようにしている。ミラー38は入射角の小さい照明(垂直に近い)に
よって透明膜中の欠陥を照射し、ミラー39は大きい入射角の照明(水平に近い)により透明膜中への透過を抑え膜の表面の欠陥に多くの照明が照射されるように構成している。
即ち、レーザ光L1の直線偏光の向きを光路中に配した波長板35を図示しない回転手
段でもって光軸中心に回転させ、L1が図3の紙面に垂直な偏光の場合は、ミラー39で
全反射し、紙面に平行な偏光の場合は、ミラー38で全反射するような特性の反射膜がミラー38と39それぞれの表面に形成されているものである。なお、照明角度は両者から得られる結果から最適値が設定される。
上記のような構成において、波長板35の回転角を調整して、レーザ光L1の直線偏光
の向きが図3において紙面に垂直な方向になるようにし、ミラー38を図示しない駆動手段でレーザ光L1の光路から外れる位置に対比させておくと、レーザ光L1はミラー39に入射しミラー39で全反射して、図10(a)に示すように試料表面に対して入射角αLで入射する。この入射角αLで透明膜804に入射したレーザ光L1は、大部分が透明膜804の表面で反射され、表面の欠陥803から散乱光S1が発生する。この散乱光S1は、図1に示した検出光学系350を通って光検出器15に到達して検出される。
一方、波長板35の回転角を調整して、レーザ光L1の直線偏光の向きが図3において紙面に平行になるように設定し、図示しない駆動手段でミラー38を駆動してミラー38をレーザ光L1の光路中に挿入すると、レーザ光L1はミラー38で反射されて、図10(b)に示すように試料表面に対して入射角αSで入射する。この入射角αSで透明膜804に入射したレーザ光L1は、膜中又は膜下の欠陥802に照射されて散乱光を発生する。この膜中又は膜下の欠陥802からも散乱光S2が発生し、図1に示した検出光学系350を通って光検出器15に到達して検出される。
ミラー38で反射された光による照明では、透明膜804の表面の欠陥803と、膜中の欠陥802から散乱光が発生する。また、ミラー39で反射された光による照明では、透明膜804の膜中の欠陥802からは散乱光が発生しない。従って、反射ミラー38、39の切換と光検出器15で検出される欠陥信号の有無によって透明膜804表面の欠陥か膜中又は膜下に存在する欠陥かを識別可能である。すなわち、透明膜804の表面の欠陥803からの散乱光の情報を、透明膜804の膜中又は膜下の欠陥802からの散乱光の情報と識別することができる。
ところで、信号処理部400 において欠陥が検出されなかった場合は、検出光学系の被検査対象基板100上での検出視野を拡大して欠陥を探索することになるが、レーザ光L1の照明範囲も拡大されるため、単位面積当たりの照度が低下する。このため、図11に示すようにレーザ光L1を被検査対象基板100上でXY方向に走査して照明光の照度低下への対応を図っている。
すなわち、ビーム径可変手段33を通過したレーザ光L1は、平行光束となってミラー
141で反射し、レンズ155で集光後、レンズ156で再度、平行光束となりレンズ1
57を介してミラー38または39で反射され被検査対象基板100上にスポット状に集
光される。ミラー141、144は、電気信号によって回転または揺動するモータ161
、164に取り付けられており、これにより、レーザ光L1を被検査対象基板100上で二次元走査することができる。このようにしてレーザ光L1を二次元走査することにより被検査対象基板100から発生する散乱光の一部は検出光学系350に入射して、検出器15で検出される。
モータ161,164へ入力する電気信号としては、例えば三角波や鋸波等であり、入
力する電気信号の周波数や振幅は照射されるレーザスポット径、照明幅、光検出器15の
蓄積時間に応じて適宜決定されるものである。また、スポット走査する手段としては、半
導体技術により形成された二次元振動ミラーや、ポリゴンミラーも考えられる。本発明で
の例は、モータによって振動するミラーの例を示しているがSEMは振動を嫌う装置であ
るため、図示しない除振装置と併用して搭載する必要がある。また、AOD等の光学振動子などを使用しても同様の効果を得ることができる。
つぎに、上記構成を備えた本発明による欠陥検査装置を用いて欠陥を検査する手順を図13、14により説明する。
まず、デバイス製造ラインにおいて所定の処理工程を経た被検査対象基板100は、図
示していない検査装置(パターン欠陥を検出する光学式外観検査装置または異物を検出す
る異物検査装置)を用いて検査され、被検査対象基板100上の欠陥が検出される。この検出された欠陥の位置座標情報は、図示していない通信手段を介して全体制御部130に
転送され記憶される。
次に、この欠陥検査が行われた被検査対象基板100は、図示しないカセットに収納、運搬され、ゲートバルブ242の開閉によりロードロック室160に供給される(S1100)。次にロードロック室160内の真空排気が行われ(S110)、真空排気後ゲートバルブ243が開閉して、搬送ロボット244によりSEMの真空チャンバ内のXYステージ120上に被検査対象基板100が位置決めして載置される。
次に全体制御部130に記憶され、前記図示していない検査装置で検出した欠陥の位置座標情報に基づいてXYステージ120を駆動して、被検査対象基板100上の欠陥座標位置が欠陥検査装置140の視野に移動(S1120)させ、暗視野照明用のレーザ光源30から被検査対象基板100上にレーザ光を照射して欠陥検査装置140の視野内で欠陥となる輝点の自動探索を行い(S1130)、透明膜804の表面の欠陥803を検出する(S1140)。この移動させた欠陥検査装置140の視野内で所望の欠陥を検出できない場合は、XYステージ120を駆動して欠陥座標を基準に探索領域を拡大して再度探索が行われる。
一方、透明膜804の表面の欠陥803を検出すると、光検出器15の欠陥検出画像の輝点を基に、XYステージ120に載置した状態での被検査対象基板100上の欠陥の座標を求める。そして、この求めた座標情報が図示していない検査装置で予め検出して求めた欠陥の座標データに対してある程度以上の差異が生じている場合は、図示していない検査装置で予め検出して求めた欠陥の座標データを更新して記憶させることになる(S1150)。ここで、ある程度以上の誤差としては、例えば、欠陥検査装置140の検出視野から外れてしまうような大きさの誤差を基準として用いてもよいし、また、図示していない検査装置で予め検出して求めた欠陥の座標データを基準として位置合せしたときの欠陥検査装置140で検出した欠陥の検出視野内での画素ずれ量で定義しても良い。
欠陥検査装置140で検出された欠陥が図示していない検査装置で予め検出して求めた欠陥の座標データに対してある程度以上の誤差があった場合には、座標データが修正された上で、被検査対象基板100はXYステージ120により移動されて、欠陥検査装置140で検出された欠陥がSEMの観察視野内に位置される。そして、SEMの電子ビーム調整による焦点合わせ後、SEMで欠陥を撮像して欠陥の詳細な画像が取得され、観察される。さらに、ADC(Auto Defect Classification:欠陥自動分類)の技術を用いれば、SEMで取得した欠陥の詳細な画像を解析して(S1180)、欠陥画像の特徴から、欠陥を分類し、欠陥の種類を特定することができる。
なお、欠陥の検索は基本的にはレーザ光による暗視野照明にて実施されるが、前記図示していない検査装置の検出方式に応じて検出することもできる。例えば、予め検査して全体制御部130に記憶しておいた欠陥の位置座標情報が、図示していない明視野照明を用いた欠陥検査装置で検出されたものであった場合には、被検査対象基板100を明視野光源23で照明して検出光学系350で被検査対象基板100の表面を撮像し、前述の探索方法にて欠陥を検出し、この検出した欠陥が視野の中心に位置するようにXYステージを微調整し、微調整したXYステージの位置情報に基いて、全体制御部130に記憶しておいた欠陥の位置情報を修正する。
また、例えば、予め検査して全体制御部130に記憶しておいた欠陥の位置座標情報が、図示していない暗視野照明を用いた欠陥検査装置で検出されたものであった場合には、暗視野照明系300を用い、波長板35の回転角を調整して、レーザ光源30から発射されてレーザをミラー38又はミラー39で反射させて被検査対象基板100を照明し、被検査対象基板100の欠陥を検出する。このとき、被検査対象基板100上に形成されたパターンからの暗視野照明による散乱光は、検出光学系350の空間フィルタ10で遮光され、光検出器15へは欠陥からの散乱光だけが到達することになる。
前述の通り、SEMは基本的に被検査対象基板100の透明膜中に存在する欠陥を観察することが苦手である。このため、暗視野照明系300を用いて検出された欠陥の散乱光の信号を信号処理部400で処理して、透明膜804表面の欠陥803か膜中又は膜下の欠陥802かを識別し、欠陥の位置情報とともに全体制御部130に記憶してSEM観察の際にフィードバックすることにより、図示していない予め欠陥を検出するための検査装置の誤検出と判定されることを防止できる。
また、図14(b)に示すように、欠陥探索時に、例えば欠陥の輝点56を光検出器15で撮像した欠陥検査装置140の暗視野画像260を全体制御部130に記憶しておき、SEM観察の際に、SEM観察画面250内に該暗視野画像260と共に表示し、更にSEM観察画面250内に観察位置を示す指標253を、該暗視野画像260内に指標262を表示して、XYステージの移動量に同期させて指標を移動させることにより、該暗視野画像とSEM観察像との整合性を実時間にて得ることができる。
また、被検査対象基板100に形成した透明膜804表面の欠陥か膜中の欠陥かを判別する他の実施例として、欠陥検出装置140を図12(a)に示す構成にしても良い。即ち、前述の検出光学系350と同様の機能を有する検出光学系350aを被検査対象基板100の上方設置に加え、被検査対象基板100の表面に対して照明角γ方向からの照明が可能な光源300と、水平角φでもって検出角θ方向に検出系350bを設けて、被検査対象基板100からの迷光を低減し微小欠陥のみを検出するものであり、また、図12(b)または(c)に示したように、照明と検出の方向を変えても良い。
以上、本発明によれば別の検査装置で検査した欠陥座標に基づいて欠陥をSEMにて観察する際に、被検査対象基板表面に形成された透明膜表面の欠陥と膜中又は膜下の欠陥を識別して検出し、SEM観察の際にフィードバックすることにより、SEMで観察することが難しい透明膜中又は膜下の欠陥を別の光学式検査装置で検査した欠陥座標に基づいて探し回るということを回避できる。その結果、SEMで観察すべき膜表面の欠陥を確実に、且つ、容易にSEMの視野内に入れることができるため、膜表面の欠陥の詳細な観察を容易に行うことができる。
更に、ADCの技術を用いれば、SEMで取得した欠陥の詳細な画像の特徴から、欠陥の種類を特定することができる。また、SEM画像と暗視野画像の並列表示と指標によるナビゲーション採用により、SEM観察の際の目視による欠陥探索時間を短縮することができるという効果も有る。
本発明に係る物体表面の欠陥検査装置の概略構成を示す正面図である。 図1に示す照明光学系の構成を説明するための概略構成図である。 照明光学系の構成を説明するための配置図である。 図1に示す検出光学系の構成を説明するための概略構成図である。 図4に示す検出光学系の空間フィルタについて説明するための図である。 検出画像から欠陥座標を求める処理について説明するための図である。 図6に示す欠陥画像の断面プロファイルについて説明する図である。 図1に示す信号処理部の内容を説明するためのブロック図である。 照明光学系の他の実施例を示すための図である。 透明膜上の欠陥を検出する際の照明方法について説明するための図である。 図1に示す照明光学系の他の実施例を示す構成図である。 図1に示す欠陥検出装置の他の実施例を示す構成図である。 図1に示す欠陥検出装置で検出の欠陥をSEM観察するフロー図である。 本発明の全体構成を示すブロック図である。
符号の説明
10・・・空間フィルタ 11・・・第1レンズ群 12・・・第2レンズ群 13・・・対物レンズ 14・・・出射窓 15・・・光検出器 19・・・光学フィルタ 20・・・ビームスプリッタ 23・・・明視野光源 30・・・レーザ光源 33・・・ビーム径可変手段 35・・・波長板 37・・・光減衰器
55・・・欠陥 56・・・欠陥像 61・・・Zステージ 71・・・記憶部
72・・・表示部 73・・・入出力部 80,410・・・駆動回路
90・・・焦点検出系 110・・・電子顕微鏡(SEM) 120・・・XYステージ 122・・・載置台 140・・・欠陥検出装置 150・・・真空チャンバ
160・・・ロードロック室 300・・・暗視野照明系 350・・・検出光学系
400・・・信号処理系 410・・・駆動回路

Claims (10)

  1. 予め他の光学検査装置を用いて検出された繰返しパターンが形成されて表面を光学的に透明な膜で覆われた試料の欠陥の位置情報に基いて該欠陥を検出し、該検出した欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された前記試料上の欠陥の位置情報を修正し、該修正した欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された試料上の欠陥を電子顕微鏡で観察する方法であって、前記欠陥の位置情報に基いて該欠陥を検出する工程において、前記試料を入射角度の異なる複数の方向から暗視野照明して該暗視野照明による前記試料からの散乱光を前記複数の方向ごとに検出し、該複数の方向ごとに検出して得た信号を処理することにより前記試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と該透明な膜の中又は下に存在する欠陥とを識別し、前記電子顕微鏡で欠陥を観察する工程において、前記試料の光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と識別された欠陥を観察することを特徴とする欠陥観察方法。
  2. 前記光学的に透明な膜の表面に存在すると識別された欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された前記試料上の欠陥の位置情報を修正することを特徴とする請求項1記載の欠陥観察方法。
  3. 前記欠陥を検出する工程において、前記試料を入射角度の異なる複数の方向から暗視野照明して該暗視野照明による前記試料からの散乱光のうち、前記試料に形成されたパターンのエッジからの散乱光を遮光して検出することを特徴とする請求項1記載の欠陥観察方法。
  4. 予め他の光学検査装置を用いて検出された繰返しパターンが形成されて表面を光学的に透明な膜で覆われた試料の欠陥の位置情報に基いて該欠陥を光学的に検出し、該検出した欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された前記試料上の欠陥の位置情報を修正し、該修正した欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された試料上の欠陥を電子顕微鏡で観察する方法であって、前記欠陥を光学的に検出する工程において、光学的に検出した欠陥について前記試料の表面を覆う光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と該透明な膜の中又は下に存在する欠陥とを識別し、前記光学的に透明な膜の表面に存在すると識別した欠陥を電子顕微鏡で観察することを特徴とする欠陥観察方法。
  5. 前記欠陥を光学的に検出する工程において、前記試料を高い角度方向から照明して得た暗視野画像と前記試料を低い角度方向から照明して得た暗視野画像とを用いて前記試料の表面を覆う光学的に透明な膜の表面に存在する欠陥と該透明な膜の中又は下に存在する欠陥とを識別することを特徴とする請求項4記載の欠陥観察方法。
  6. 前記欠陥を検出する工程において、前記試料を高い角度方向から照明して暗視野画像を得るときと前記試料を低い角度方向から照明して暗視野画像を得るときに、前記それぞれの照明による試料からの散乱光のうち、前記試料に形成されたパターンのエッジからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出することを特徴とする請求項4記載の欠陥観察方法。
  7. 予め他の検査装置を用いて検出された繰返しパターンが形成されて表面を光学的に透明な膜で覆われた試料の欠陥の位置情報に基いて前記欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出された欠陥の位置情報に基づいて前記予め他の検査装置を用いて検出された試料上の欠陥の位置情報を修正する位置情報修正手段と、該位置情報修正手段で修正された位置情報に基づいて前記予め他の検査装置を用いて検出された試料上の欠陥を観察する電子顕微鏡手段と、前記欠陥検出手段で検出された試料を前記電子顕微鏡手段に移動させるテーブル手段と、内部に該テーブル手段を格納して前記欠陥検出手段と前記電子顕微鏡手段とが設置されて前記内部が真空に排気される真空チャンバ手段とを備えた欠陥観察装置であって、前記欠陥検出手段は、前記試料を明視野照明して撮像する明視野画像取得部と、前記試料を互いに入射角度が異なる複数の方向から順次暗視野照明して撮像する暗視野画像取得部と、前記明視野画像取得部で取得した画像又は前記暗視野画像取得部で取得した画像を処理して前記試料上の欠陥を検出する画像処理部とを有し、前記画像処理部は前記暗視野欠陥検出部で前記試料を前記順次暗視野照明して得た画像を処理することにより前記試料上の欠陥を検出し、該欠陥を前記光学的に透明な膜の上に有る欠陥と該透明な膜の中又は下にある欠陥とに識別することを特徴とする欠陥観察装置。
  8. 前記位置情報修正手段は、前記欠陥検出手段で検出された前記光学的に透明な膜の表面に存在すると識別された欠陥の位置情報を用いて前記予め他の光学検査装置を用いて検出された前記試料上の欠陥の位置情報を修正することを特徴とする請求項7記載の欠陥観察装置。
  9. 前記欠陥検出手段は、前記暗視野照明による前記試料からの散乱光のうち、前記試料に形成されたパターンのエッジからの散乱光を遮光する空間フィルタ部を備えていることを特徴とする請求項7記載の欠陥観察装置。
  10. 前記真空チャンバ手段は、ロードロック室を有し、大気中から前記基板を該ロードロック室を介して前記真空チャンバ内に搬入することを特徴とする請求項7記載の欠陥観察装置。
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