JP2007033433A - 欠陥検査装置およびその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板試料を載置してX-Y-Z-θの各方向へ任意に移動可能なステージ部と、回路パターンを斜方から照射する照明系と、照明された検査領域を上方および斜方から検出器上に結像する結像光学系とを有し、該照明系の照射により前記回路パターン上に発生する散乱光および回折光を集光する。更に、回路パターンの直線部分からの回折光を遮光するためにフーリエ変換面上に設けた空間フィルタを有する。更に、上記検出器で受光された上記照射された試料上からの散乱反射光を電気信号に変換し、該変換された電気信号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の異物として検査する。
【選択図】 図1
Description
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の1つとして、特開昭62−89336号公報(特許文献1)に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物及び欠陥検査を可能にするものがある。また、特開昭63−135848号公報(特許文献2)に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは2次X線分析(XMR)などの分析技術で分析するものがある。
図14、図15は照明方位角θ=0度以外の照明を説明するための斜視図および側面図である(図はθ=45度)。図15に示すように、円筒レンズを傾斜させることによって、被検査対象基板W上に形成されるスリット状ビーム形状LSの形状を保ったまま、任意の方位角θの照明光を入射することが可能である。
図11および図12はθ=0、90、180、270度以外の方位から検出する場合の斜方検出系2001(3)を示す図である。図11は検出の方向を説明する図である。図12に示すように、検出器6bを長手方向とそれに垂直な方向に2次元的に傾斜させることで、任意の方向から検出を行うことが可能である。
なお、αを30°以下にすれば、対物レンズ3aの開口数(NA)を約0.6以下にすればよい。
図13に示すように、0度方向からの検出(検出の方位角0度)に対し、方位角θ<90度方向の照明光(照明A)を入射することにより前方散乱光を、方位角θ=90度付近の方向の照明光(照明C)を入射することにより側方散乱光を、方位角θ>90度方向の照明光(照明C)を入射することで後方散乱光をそれぞれ検出することができる。このように、照明方向を切り替えることで異物あるいは欠陥のサイズに対する感度特性を変更可能である。さらに、方位角θ<90度方向、θ>90度方向の照明を同時に入射することで、波長より十分小さい欠陥と波長と同程度以上の大きさの欠陥をバランスよく検出することが可能となる。図13は一例としてθ=45度付近(照明A)、90度付近(照明C)および135度付近(照明C)の照明方向と、θ=0度の検出方向との関係を示している。
まず、照明光の仰角αと偏光の選択について述べる。図22(a)に空気からシリコン酸化膜(SiO2)へ光を入射した場合の、入射角に対する膜中への透過率を、S偏光とP偏光それぞれについて示す。S偏光、P偏光ともに入射角が大きいほど膜中に透過する割合が小さくなり、またS偏光の方がP偏光より膜中に透過する割合が小さい。従って、照明光の仰角αを小さくすることで、膜で反射する光強度に対し、膜中へ進入する光強度を小さくすることができる。さらに、S偏光を用いることで、膜中へ進入する光強度をより小さくすることができる。膜中への透過率は、例えば、α=5度の場合、S偏光では28%、P偏光では50%、α=3度の場合、S偏光では18%、P偏光では34%となる。これにより、膜中に形成されたパターンに対して、膜上の欠陥を相対的に強く光らせることで、膜上の欠陥信号を、膜中パターンからの散乱回折光信号に隠れることなく高感度に検出することができる。照明の偏光方向の選択は、照明光学系200に波長板あるいは偏光板を設置し、これらを制御することで実施する。
上記の低仰角照明によって、膜中パターンからの信号強度を低減することができるが、検出したい欠陥の大きさに比べてパターンが大きい場合などはなお、透明膜中のパターンからの回折・散乱光が、欠陥と比較して大きな信号強度で検出される。
図22(b)に示すように、透明膜中から出射する光についても同様に、低角で出射する光強度が小さくなる。従って、斜方検出系2001の検出仰角βを小さくすることで、透明膜中のパターンからの散乱強度をさらに小さくすることができる。さらに、S偏光成分を選択的に検出する、あるいは照明の偏光状態をS偏光とすることで、透明膜中のパターンからの散乱強度をより小さくすることができる。例えば、検出する偏光をS偏光とする場合、検出仰角βを15度とすれば、被検査対象基板Wの法線方向から検出を行う場合と比較して、膜中パターンからの信号強度を60%に低減することができる。検出する偏光の選択は、検出光光学フィルタ302bとして特定の偏光状態を選択的に透過させる検光子を設置することで実施可能である。
上記、低仰角照明、低仰角検出によって、膜中パターンからの信号強度を大きく低減することができ、透明膜上の欠陥のみを選択的に検出することが可能となる。
また、被検査物W上で透明膜の厚さにばらつきがある場合、薄膜干渉によって、検出されるパターンからの回折・散乱光の強度が変動する。欠陥判定時の比較処理の際に誤って欠陥とみなされることで虚報となり、検査感度低下の要因となる。そこで、検出の仰角βを透明膜の屈折率で決まるブリュースター角の近傍とし、P偏光成分を選択検出することにより、透明膜の膜厚差によって透明膜中のパターンに生じる明るさむらを低減することができる。この方法で、膜中パターンの欠陥を高感度に検出することができる。この方法の原理を、図19から図21を用いて説明する。
また、φ0がブリュースター角近傍のとき、P偏光の振幅反射率は0に近くなる。よって、ブリュースター角に近い方向に出射する回折・散乱光のP偏光成分の膜厚変動による明るさむらは非常に小さくなる。例えば、図20(b)の条件下では、φ0=90度での明るさむらの大きさを1とした場合、ブリュースター角近傍の角度幅5度、10度、15度の範囲に出射する光の明るさむらの大きさはそれぞれ、5%、9%、14%となる。
また、半導体プロセスに用いられることの多いシリコン酸化膜(SiO2)やシリコン窒化膜(Si3N4)等の透明膜は、DUV、UV、可視光を含む波長領域(200nm以上700nm以下)で屈折率が大きく変わらないため、上記の色むら低減方法はDUV、UV、可視光を含む多波長照明や広帯域照明や白色照明を用いた際にも有効である。
この第2の変形例においても、図29で説明したような斜方照明系1000’とレンズ系200’とで構成されて方位角が異なる2方向から被検査対象基板Wを照明する照明光学系を適用することができる。またこの場合、照明の方位角と検出の仰角との組み合わせを選択して検出することもできる。これにより、検出したい欠陥に応じた照明の方位角と検出の仰角を選ぶことができ、検出の効率や精度を向上させることができる。
t[s]=L[m]/c[m/s] (数5)
の時間差が生じ,図31(b)に示すように,パルス光を時分割でき,尖頭値を1/2に低減させることができる。
一方、1/4波長板221cから出射した円偏光を図32(a)に示した偏光ビームスプリッタ224に相当する偏光ビームスプリッタ(図示せず)に入射させP偏光成分とS偏光成分とに分離することにより、P偏光成分だけでウェハ1を照射することができる。(この場合、上記図示しない偏光ビームスプリッタで分割されたP偏光成分のパルスビームの尖頭値は、光源100から出射したパルスレーザビームの1/8になる)
上述実施例における制約事項は下記の2点である。1点目は,(数7)のように1段目の光路差(L)が使用するレーザ光の可干渉距離(Λ)より長いことである。
L>Λ=λ2/Δλ (数7)
ここで,λは波長,Δλは波長帯域幅である。2点目は,(数8)に示すように,分割したパルス光列が,レーザの発振間隔内に収まることである。
ここでLは1段目の光路差,nは段数,cは光速,fはレーザの発振周波数である。
Claims (15)
- 繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して第1の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第1の検出信号を得、
前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して前記第1の仰角方向よりも低い第2の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して第2の検出信号を得、
前記第1の検出信号と前記第2の検出信号とを処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。 - 繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した光を斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、
該検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する方法であって、
前記試料に応じて前記一方向に長い形状に成形した光を前記試料に照射する方位角を変えることを特徴とする欠陥検査方法。 - 繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料上に一方向に長い形状に成形した第1の光を第1の方位角で斜め方向から照射し、
前記試料上の前記第1の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第2の光を第2の方位角で斜め方向から照射し、
該一方向に長い形状に成形された第1の光と第2の光とが照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出して検出信号を得、
該検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出することを特徴とする欠陥検査方法。 - 前記試料の表面は光学的に透明な膜で覆われており、前記検出信号を処理することにより、前記光学的に透明な膜の上に存在する欠陥と該透明な膜の下の欠陥をと識別することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の欠陥検査方法。
- 前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの後方散乱光を検出することにより、前記照射した光の波長よりも小さい異物を含む欠陥を検出することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の欠陥検査方法。
- 繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料に光源から発射されたパルスレーザを斜め方向から照射し、
該パルスレーザが照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出し、
該検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する方法であって、
前記光源から発射されたパルスレーザの1パルスを複数のパルスに分割することにより前記光源から発射されたパルスレーザの尖頭値を低減して前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査方法。 - 前記光源から発射されたパルスレーザの1パルスを複数のパルスに分割することを、前記光源から発射されたパルスレーザを光路長の異なる複数の光路に導入することにより行うことを特徴とする請求項6記載の欠陥検査方法。
- 照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して第1の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第1の検出手段と、
前記照射手段により前記一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記試料に対して前記第1の仰角方向よりも低い第2の仰角方向に反射散乱した光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する第2の検出手段と、
前記第1の検出手段で前記反射散乱光を検出して得た第1の検出信号と前記第2の検出手段で前記反射散乱光を検出して得た第2の検出信号とを処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により一方向に長い形状に成形された光が照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えた装置であって、
前記照射手段は前記光源から発射された照明光の光路を複数に分岐する光路分岐部と、該光路分岐部で分岐されてそれぞれの光路に入った光をそれぞれ一方向に長い形状に成形して前記試料に対して異なる方位角方向から照射する複数の照射部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。 - 照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された被検査対象基板を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を一方向に長い形状に成形して前記テーブル手段に載置された前記試料上に第1の方位角で斜め方向から照射する第1の照射手段と、
前記試料上の前記第1の光を照射した領域に一方向に長い形状に成形した第2の光を第2の方位角で斜め方向から照射する第2の照射手段と、
前記第1の照射手段と前記第2の照射手段とによりそれぞれ一方向に長い形状に成形された第1の光と第2の光とが照射された前記試料からの反射散乱光を前記繰返しパターンからの散乱光を遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出した信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記光源はパルスレーザを発射し、前記照射手段は前記光源から発射されたパルスレーザの1パルスを複数のパルスに分割するパルス分割部を有し、該パルス分割部で複数のパルスに分割されたレーザを前記試料に照射することを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の欠陥検査装置。
- 前記検出手段は、前記一方向に長い形状に成形された光が照射された試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を遮光する空間フィルタ部を備えたことを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の欠陥検査装置。
- 前記検出手段は、アンチブルーミング処理を施されたTDIセンサであることを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の欠陥検査装置。
- 照明光を発射する光源と、
繰返しパターンを含む回路パターンが形成された試料を載置するテーブル手段と、
該光源から発射された照明光を前記テーブル手段に載置された前記試料上に斜め方向から照射する照射手段と、
該照射手段により照明光が照射された前記試料からの反射散乱光のうち前記繰返しパターンからの散乱光を空間フィルタで遮光して検出する検出手段と、
該検出手段で検出して得た検出信号を処理して前記試料上の異物を含む欠陥を検出する信号処理手段とを備えた装置であって、
前記光源はパルスレーザを発射し、前記照射手段は前記光源から発射されたパルスレーザの1パルスを複数のパルスに分割するパルス分割部を有し、該パルス分割部で複数のパルスに分割されたレーザを前記試料に照射することを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記パルス分割部は、前記光源から発射されたパルスレーザを光路長の異なる複数の光路に導入することにより前記光源から発射された1パルスのレーザを複数のパルスに分割することを特徴とする請求項11または14に記載の欠陥検査装置。
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