JP2005338027A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置並びに欠陥検査システム - Google Patents
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Abstract
パターンの超微細化に対応した高感度欠陥検査方法及びその装置並びに高感度欠陥検査システムを提供する。
【解決手段】
本発明は、試料を薬液洗浄してリンスする洗浄槽330と、試料1と光学系の対物レンズ30の間を液体で満たす液浸手段を備えた欠陥検査装置20と、前記試料を乾燥させる乾燥槽305とを備え、前記洗浄槽330から前記欠陥検査装置の液浸手段を経由して前記乾燥槽に戻すまで試料を液体で浸した状態で搬送する液浸搬送手段156、342を設けた欠陥検査システムである。
【選択図】 図6
Description
また、本発明によれば、液浸によるリスクである試料へのダメージを防止することも可能である。
本発明に係る液浸技術の内全面液浸手法を半導体ウェハの光学式外観検査装置に適用した第1の実施の形態について図1を用いて説明する。検査対象となるウェハは、カセット80に格納されており、ウェハ搬送ロボット85で検査準備室90に搬送され、ウェハのノッチ(あるいはオリエンテーションフラット)検出部95に搭載される。このノッチ検出部95でウェハの方位をプリアライメントする。このウェハを検査ステーション3に搬入する。この検査ステーション3では、ウェハ1がチャック2で固定されており、ウェハ1は液槽7に満たされた液体5の中に全面液浸されている。この液槽7は、液体供給・排出機構10とパイプ15により配管されており、ウェハ1のローディング後に液体5の供給、アンローディング前に液体5の排出を実施する。このチャック2及び液槽7は、Z方向ステージ200、θ(回転)方向ステージ205、X方向ステージ210、Y方向ステージ215に搭載されている。これらのステージとウェハ1の像を形成する光学系20は、石定盤220に搭載されている。
光学系の解像度Rを求める一般式として、(1)式が知られている。
ここで、λは照明波長、NAは対物レンズの開口数を示す。
ここで、θはウェハ1上の1点で回折・散乱した光のうち、対物レンズ30で捕捉できる角度範囲を示す。
この臨界角θcは、入射角66°となる。この臨界角では、液体5側に透過する光がなくなる。実用的には、対物レンズ30の先端部の石英から液体5側に透過する光が90%以上(ランダム偏光の時)必要であり、この入射角(石英側から液体側への入射角)は56°程度となる。この56°はウェハ1上において、65°の入射角となる。このため、液体5でのNAは0.91に対応する(液体5中のNA)。このNA0.91は、乾燥系対物レンズの場合に換算するとNA1.23である。従って、実用的には、乾燥系に換算時のNA1.23が上限値となる(波長365nmの時)。この液浸対物レンズ30による高NA化効果により、乾燥系対物レンズでは解像しない微細な欠陥を、液浸系対物レンズ30では高コントラストな像として解像することが可能となり、欠陥検出感度を向上することが可能となる。
図2を用いて薄膜干渉抑制効果を示す。図2(a)に乾燥系対物レンズを用いた場合の比較例を示す。対物レンズ30を介してウェハ1を照明する。ウェハ1は、下地層Si(1a)の上に絶縁膜1b(例えば、SiO2)が膜付けされている。絶縁膜1bは、光学的には透明であり、照明光24は絶縁膜1bの表層で反射した光46aと絶縁膜1bを透過する光に振幅分割される。絶縁膜1bを透過した光は、さらに下地層1aで反射して空気と絶縁膜の界面を透過する光46bと界面を反射する光に分割される。空気と絶縁膜1aの界面を反射した光は、多重反射を繰返して空気中に抜けてくる光46c…が生じる。対物レンズにより形成される光学像は、空気中に抜けてきた光46a、46b、46c…の干渉強度で決定する。これが薄膜干渉である。この薄膜干渉強度は、絶縁膜1aの膜厚dの関数であるため、膜厚dが異なると光学像の明るさも異なってくる。この膜厚むらは、デバイスにとって致命性はないため、欠陥として検出するべきものではない。しかし、ダイ比較方式による欠陥検査を行う場合、隣接するダイ間で絶縁膜1aの膜厚むらがあると、画像の明るさが異なってしまうため、欠陥として誤検出してしまう可能性が大きくなる。この誤検出を防ぐためには、欠陥検査しきい値を大きくする必要があるが、しきい値を大きくすると検査感度が低下してしまうことが発生する。
(a)解像度向上上の観点では屈折率が高い液体が好ましい
(b)薄膜干渉向上の観点では絶縁膜1aと同等の屈折率の液体が好ましい
(c)ウェハ1に浸すため、液がデバイスの特性に影響を与えない液体が好ましい(破壊検査の場合は、この限りではない)。
本発明に係る液浸技術の内局所液浸手法を半導体ウェハの光学式外観検査装置に適用した第2の実施の形態について図8を用いて説明する。第2の実施の形態は、液浸手法として、図1で示したウェハを全面液浸手法と異なり、対物レンズ30とウェハ1の間のみを液浸する局所液浸手法である。第2の実施の形態の基本構成は、図1に示す第1の実施の形態と同じである。異なる点は、検査ステーション3の内部のみである。例えば、イメージセンサ44がリニアイメージセンサタイプであった場合、ウェハ1を定速移動させながら画像を取得する。液体5は、液体供給排出機構10から特定の圧力で液体供給制御部181に送り込まれる。液体供給制御部181で流量や温度などを制御された液体は、ウェハ1が対物レンズ30を通過する手前の配管170をたどってウェハ1上に供給される。ウェハ1に供給された液体5は、ウェハ1の移動(ここでは、図面上、左から右に移動)方向に沿って対物レンズの下を流れ、対物レンズ30を通過した後、配管175aをたどって液体排出制御部179に導かれ排出される。液体排出制御部179に排出された液体は、液体供給排出機構10に流れ出る。これにより、ウェハ1が移動中であっても、ウェハ1と対物レンズ30の間は常に水5で満たすことが可能となる。また、ウェハ1の移動方向が反対(ここでは、図面上、右から左に移動)方向になった場合は、配管170aで液体5をウェハ1上に供給し、対物レンズの下を流れ、配管175で吸い取られる。従って、ウェハ1を移動させながら画像を取得する場合、対物レンズ30に対して手前で液体5を供給し、対物レンズ30を通過後に液体5を排出する機構とする。尚、液体の供給制御部181及び排出制御部179は、それぞれ特定の水圧で液体供給排出機構10に配管されている。
以上説明したように、液を満たす溝(間隙)32は、全周囲に壁188が形成されている。
次に、液浸法を用いた外観検査用光学系の構成例を図16を用いて、光学系の解像度向上手段を以下に説明する。
(1)対物レンズ30とウェハ1の間隔を液体5で浸して、解像度を向上する。
(2)落射照明・明視野検出方式において、ケーラー照明方式を適用している場合、光源22の像を開口絞り425に結像する。この開口絞り425の像を対物レンズ30の瞳に結像させる。この開口絞り425の開口部を輪帯状(リング状)にすることにより、ウェハ1の一点を照明する光は、垂直照明成分がない斜方照明となる。この照明により、空間周波数の高周波側MTF(Modulation Transfer Function)が向上する。
(3)更に、ビームスプリッタ40aを偏光ビームスプリッタタイプとすることにより、ビームスプリッタ40aを反射した光は、直線偏光となる。この直線偏光が波長板430を透過して楕円偏光となって、ウェハ1を落射照明する。照明した偏光光は、ウェハ1のパターンで反射・回折・散乱するときに偏光状態に変調を受ける。これらの光が再び波長板430を透過し、偏光ビームスプリッタ40aに入射する。この偏光ビームスプリッタ40aを透過したP偏光がウェハ1の光学像を形成し、イメージセンサ44で検出される。このように、偏光ビームスプリッタ40aは検光子の役目を果たすことになる。従って、ウェハ1のパターンで反射・回折・散乱するときの偏光状態に応じて照明光の偏光状態を調整しておき、偏光ビームスプリッタ40aを透過する正反射光・高次回折光・散乱光で形成される光学像が欠陥検出上有利な像となるように調整する。欠陥検出上有利な像とは、欠陥部のコントラストを向上できる像を指す。
(4)上記(2)で説明した輪帯状の開口絞り425を用いてウェハ1を照明した場合、対物レンズ30の瞳位置では、0次光(正反射光)と高次回折光が分離している。このため、この瞳位置に0次光と高次回折光(1次以上)のそれぞれについて透過率や相対的な位相差を調整する空間フィルタ420を配置することにより、ウェハ1のパターンを強調して検出することが可能である。これは、位相差顕微鏡の原理による。尚、対物レンズ30の瞳位置は、対物レンズ30の内部に形成されることが多く、空間フィルタを配置するスペースがない。このため、対物レンズ30の瞳と共役な位置を設け、この共役位置に空間フィルタ420を配置する。これにより、光学像の高解像度化や欠陥検出に有利な像を形成することが可能となる。
Claims (11)
- 試料の光学像をイメージセンサで検出して試料の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記試料と前記光学像を形成する光学系の間を液浸することを特徴とする欠陥検査方法。 - 試料を照明して前記試料の像を結像する光学系と前記試料の像を検出するイメージセンサと前記イメージセンサで検出した画像を用いて欠陥を検出する画像処理部とを備え、少なくとも前記試料の像を検出する際、前記試料と前記光学系の対物レンズの間を液体で満たす液浸手段を設けたことを特徴とする欠陥検査装置。
- 試料を薬液洗浄してリンスする洗浄槽と、
試料を照明して前記試料の像を結像する光学系と前記試料の像を検出するイメージセンサと前記イメージセンサで検出した画像を用いて欠陥を検出する画像処理部と少なくとも前記試料の像を検出する際、前記試料と前記光学系の対物レンズの間を液体で満たす液浸手段とを備えた欠陥検査装置と、
前記試料を乾燥させる乾燥槽とを備え、
前記洗浄槽から前記欠陥検査装置の液浸手段を経由して前記乾燥槽に戻すまで前記試料を液体で浸した状態で搬送する液浸搬送手段を設けたことを特徴とする欠陥検査システム。 - 前記液浸搬送手段としては、液体を満たしたコンベアで構成したことを特徴とする請求項3記載の欠陥検査システム。
- 前記液浸搬送手段としては、液体を満たしたカートリッジ内に前記試料を収納し、該カートリッジを搬送するように構成したことを特徴とする請求項3記載の欠陥検査システム。
- 試料を照明して前記試料の像を結像する光学系と、
前記試料の像を検出するイメージセンサと、
前記イメージセンサで検出した画像を用いて欠陥を検出する画像処理部と、
少なくとも前記試料の像を検出する際、液体を局所的に供給して排出して前記試料と前記光学系の対物レンズとの間を局所的に液浸させる局所的液浸手段と、
該局所的液浸手段で局所的に液浸させた試料を乾燥させる乾燥手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記局所的液浸手段において、前記試料の走査方向に応じて液体の供給側と液体の排出側を切り替えて構成することを特徴とする請求項6記載の欠陥検査装置。
- 前記局所的液浸手段として、前記対物レンズの先端レンズの外周部分に、前記液体としてアルコール系液体を供給する供給窓とアルコール系液体を排出する排出窓とを設けて構成することを特徴とする請求項6記載の欠陥検査装置。
- 前記乾燥手段として、温風窓から温風を噴射するように構成したことを特徴とする請求項6または7または8記載の欠陥検査装置。
- 前記局所的液浸手段として、前記対物レンズの先端レンズの外周部分のフランジ内に、前記液体として純水を供給する純水供給窓と純水を排出する純水排出窓とを設けて前記フランジ内を純水で局所的に液浸させるように構成し、
前記乾燥手段として、前記フランジの外周に試料に残された純水を蒸発させるアルコール系液体供給窓と、その外側に乾燥させる温風を噴射する温風窓とを設けて構成したことを特徴とする請求項6または7記載の欠陥検査装置。 - 前記試料を保持するチャックの外周部に前記試料の外周から漏れた液体を排出する排出手段を設けたことを特徴とする請求項6記載の欠陥検査装置。
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