JP2007114087A - Surface inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は表面検査方法に関し、特に試料表面の状態を検査する表面検査方法に関する。 The present invention relates to a surface inspection method, and more particularly to a surface inspection method for inspecting the state of a sample surface.
従来から、試料表面の状態の検査は、試料の性質の計測や試料の製品としての良否の判定などに用いられている。試料表面の状態の検査は、特に、半導体デバイスの製造などに用いられる試料表面の凹凸の検査に多用されている。 Conventionally, the inspection of the state of the sample surface is used for measuring the properties of the sample and determining the quality of the sample as a product. The inspection of the state of the sample surface is frequently used especially for the inspection of the unevenness of the sample surface used for manufacturing semiconductor devices.
このような表面検査方法に用いる表面検査装置として、例えば、特許文献1には、平行光束とした照明光でウェーハ表面を照射する光照射手段と、ウェーハ表面の斜方からウェーハ表面を照明光で照射するようにウェーハ表面を傾斜させることができる角度設定手段と、ウェーハ表面への照明光の入射方向と光軸が合致しウェーハ表面の一点に対して所定の物側開口角を有しウェーハ表面での反射光を結像する物側テレセントリック光学系と、この結像された像を撮像して輝度データを収集する撮像部と、この輝度データを所定方向についてフーリエ変換して周波数分解し、これにより得られた周波数データから所定の周波数成分を抽出して逆フーリエ変換するデータ変換部と、輝度データの積分データなどを求めるとともに測定対象領域の表面性状を求める処理部とを備えた表面検査装置が開示されている。
As a surface inspection apparatus used for such a surface inspection method, for example,
特許文献1に記載の表面検査装置によれば、ウェーハ表面からの反射光が、光源からの光のウェーハ表面の各点における入射角度に応じた輝度で結像されることから、角度設定手段でウェーハ表面の傾斜を調整することにより、ウェーハ表面の輝度を変化させてウェーハ表面の凹凸の検出感度を調整することが可能となっている。
しかしながら、特許文献1に記載の表面検査装置では、ウェーハ表面の凹凸部の感度を調整するにあたり、角度設定手段によりウェーハ表面の傾きを変化させていたことから、感度の調整に時間を要し、また、ウェーハ表面の傾きの制御に高度な技術を要するという問題があった。
However, in the surface inspection apparatus described in
また、特許文献1の表面検査装置が備える角度設定手段では、ウェーハ表面の傾きはXY軸方向に変化するのみであることから、2軸方向の輝度データでは3次元形状のウェーハ表面の凹凸を正確に把握することができないという問題があった。
In addition, in the angle setting means provided in the surface inspection apparatus of
本発明の課題は、半導体デバイスの製造に用いられる試料表面検査において試料表面の凹凸を高速かつ高精度に検出することを可能とする表面検査方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a surface inspection method capable of detecting unevenness of a sample surface at high speed and with high accuracy in a sample surface inspection used for manufacturing a semiconductor device.
上記課題を解決するために請求項1記載の発明は、ウェーハの表面状態を検査する表面検査方法であって、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を使用し、前記空間光変調手段における所定位置から光を投射して所定の照射開口角により前記ウェーハの表面を照射する照射工程と、前記ウェーハの表面の法線方向に延びる光軸を有するテレセントリック光学系で前記ウェーハの表面の反射光を結像する結像工程と、この結像された像を撮像して前記ウェーハの表面における各点の輝度データを収集する輝度データ収集工程と、この輝度データに基づいて前記空間光変調手段における光の投射位置を切り替えることにより前記ウェーハの表面における各点への光の入射角度及び前記各点からの光の反射角度を変化させて、前記テレセントリック光学系の絞りに取り込まれる前記反射光を制御することにより撮影画像の感度を調整する調整工程と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
ここで、空間光変調手段とは、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する手段であればよく、例えばDMDや反射型液晶表示素子などを挙げることができる。このうち、空間光変調手段としてDMDを用いたのが請求項2である。 Here, the spatial light modulation means may be any means that modulates the output light of the light source according to the pattern information, and examples thereof include DMD and a reflective liquid crystal display element. Of these, the DMD is used as the spatial light modulation means.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の表面検査方法であって、前記空間光変調手段は角度可変なミラーが縦横に並設され該ミラーの各々の角度を独立制御可能なDMDであり、前記調整工程では前記輝度データに基づき前記DMDにおいて光を投射するミラーの位置を切り替えることを特徴とする。 A second aspect of the invention is the surface inspection method according to the first aspect, wherein the spatial light modulation means is a DMD in which angle-variable mirrors are arranged side by side and the angles of the mirrors can be independently controlled. The adjusting step switches the position of a mirror that projects light in the DMD based on the luminance data.
請求項1記載の発明によれば、前記空間光変調手段において光の投射位置を切り替えることにより、ウェーハの表面における光の入射角度及び反射角度を変化させて、テレセントリック光学系の絞りに取り込まれる反射光を制御し、CCDなどの撮像手段の撮像面に到達する反射光を調整することができる。この場合のテレセントリック光学系の絞りに取り込まれる反射光の量はウェーハの凹凸状態を反映している。これにより、面光源における光源を切り替えるのみで、ウェーハの表面の傾きを変えることなく、撮影画像の感度を簡易に調整することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the reflected light taken into the aperture of the telecentric optical system is changed by changing the light incident position and the reflection angle on the surface of the wafer by switching the light projection position in the spatial light modulator. The reflected light reaching the imaging surface of the imaging means such as a CCD can be adjusted by controlling the light. In this case, the amount of reflected light taken into the aperture of the telecentric optical system reflects the uneven state of the wafer. Thereby, it is possible to easily adjust the sensitivity of the captured image without changing the tilt of the surface of the wafer only by switching the light source in the surface light source.
請求項2記載の発明によれば、空間光変調手段としてDMDを使用することにより、DMDにおいて光を投射するミラーを高速に切り替えることが可能となる。また、XY軸の2軸方向のみならず斜め方向に高速に切り替えることにより、ウェーハの表面の凹凸を高速かつ高精度に検査することが可能となる。 According to the second aspect of the present invention, by using the DMD as the spatial light modulation means, it is possible to switch the mirror that projects light in the DMD at high speed. Further, by switching at high speed not only in the biaxial directions of the XY axes but also in the oblique direction, it becomes possible to inspect the surface irregularities of the wafer at high speed and with high accuracy.
[実施の形態]
(全体構成)
本実施形態に係る表面検査方法に用いる表面検査装置1は、照明光学系2(図1)及び結像光学系3(図2)を備えている。
[Embodiment]
(overall structure)
A
(細部構成)
照明光学系2はウェーハWの表面を照射するものである。照明光学系2は、空間光変調手段としてのDMD4、ハーフミラー5及び対物レンズ6を含んで構成されており、DMD4からの投射光がハーフミラー5で反射され、対物レンズ6を透過して所定の照射開口角により前記ウェーハ上を照射するようになっている。この対物レンズ6は複数のレンズから構成されていてもよい。また、本実施形態では対象物はウェーハWであり、このウェーハWはテーブル(図示略)上に載置されている。
(Detailed configuration)
The illumination
ここで照明光学系2のDMD4について詳述すると、DMD4は半導体素子上に微細なミラーエレメントを格子状に敷き詰めて1枚のパネルとして形成したものであり、それぞれのミラーが独立して傾斜角度を変えることにより、図示しない光源の出力光の投射をON/OFFできるようになっている。このDMD4にはネットワークなどを介してコントローラ7(図4参照)が電気的に接続されており、DMDにおいて光を投射するミラーの位置を高速に切り替えることが可能となっている。
Here, the
また、DMD4によれば、図3に示すように、光を投射するミラーの位置をXY軸の2軸方向のみならず斜め方向に切り替えることが容易となることから、ウェーハWの表面における凹凸をより精度よく検査することが可能となる。 Moreover, according to DMD4, as shown in FIG. 3, it becomes easy to switch the position of the mirror that projects light not only in the biaxial direction of the XY axis but also in the oblique direction. It becomes possible to inspect with higher accuracy.
なお、DMD4が備える光源としては、一般にDMDに使用される公知の光源を使用することが可能であり、例えば、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどを使用することができる。 In addition, as a light source with which DMD4 is equipped, the well-known light source generally used for DMD can be used, For example, a metal halide lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, etc. can be used.
また、本実施形態では空間光変調手段としてDMD4を用いているが、空間光変調手段として反射型液晶表示素子などを用いてもよい。
In this embodiment, the
一方、結像光学系3は、図2に示すように、ウェーハWの表面での反射光をCCD10に結像させるものである。結像光学系3は、レンズ8、マスターレンズ9及びCCD10を備えており、レンズ8は上述の対物レンズ6と兼用となっている。なお、CCD10にはデータ処理部11(図4参照)が電気的に接続されている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the imaging optical system 3 focuses the reflected light from the surface of the wafer W on the
マスターレンズ9は複数のレンズから構成されている。このうちレンズ8とマスターレンズ9の一部のレンズとにより、テレセントリックレンズが構成されている。そして、このテレセントリックレンズの後側焦平面に絞り12が設けられ、このテレセントリックレンズと絞り12とによってウェーハWの表面の法線方向に延びる光軸を有するテレセントリック光学系が構成されている。このテレセントリック光学系により、ウェーハWの表面における反射光は、ウェーハWの表面の各点における入射角度(平均入射角度)に応じた輝度で結像されるようになっている。
The
CCD10は、テレセントリック光学系からの光を受光して電気信号に変換する光電変換素子であり、レンズ8及びマスターレンズ9の光軸上に結像面が設けられている。このCCD10は、光電変換により得られた電気信号をデータ処理部11(図4参照)に出力するようになっている。
The
なお、表面検査装置1には互いに通信可能なネットワークなどを介してパーソナルコンピュータなどの制御装置13が接続されており、表面検査装置1の各構成部分に種々の指示信号を送信することが可能となっている。
The
(制御構成)
次に、図4に本実施形態に係る表面検査方法に用いる表面検査装置1の制御ブロック図を示す。
(Control configuration)
Next, FIG. 4 shows a control block diagram of the
図4に示すように、表面検査装置1は制御装置13を備えている。制御装置13が備える制御部14は、CPU(Central Processing Unit)、書き換え可能な半導体素子で構成されるRAM(Random Access Memory)及び不揮発性の半導体メモリで構成されるROM(Read Only Memory)から構成されており、ROMに記録された処理プログラムをRAMに展開して、CPUによりこの処理プログラムを実行するようになっている。
As shown in FIG. 4, the
図4に示すように、制御部14には、入力部15、記憶部16、表示部17、DMD4を制御するコントローラ7、CCD10が接続されている。また、CCD10にはデータ処理部11が接続されている。
As shown in FIG. 4, an
制御部14は、CCD10による撮影時にCCD10の感度を調整するため、ウェーハWの表面の性状に応じ、コントローラ7によりDMD4の制御を随時行うようになっている。すなわち、制御部14は、データ処理部11から送信された輝度データに基づき、撮影画像の輝度に応じて、コントローラ7の制御により、DMD4において光を投射するミラーの位置を随時切り替えるようになっている。
The
例えば、撮影画像のうち検査対象である凹凸部の輝度が所定の基準値より高く、凹凸部の撮影画像が白くなる場合は、図5及び図6に示すように、DMD4において光を投射するミラーの位置を所定方向に所定距離だけ移動させて、光源からの光の一部が絞り12に取り込まれないよう調整することにより、CCD10に到達する光の割合を減らして、撮影画像の輝度を低くすることができる。また、反対に撮影画像のうち検査対象である凹凸部の輝度が所定の基準値より低く、凹凸部の撮影画像が黒くなる場合は、DMD4において光を投射するミラーの位置を別の方向に所定距離だけ移動させて、光源からの光がすべて絞り12に取り込まれるよう調整することにより、CCD10に到達する光の割合を増やして、撮影画像の輝度を高くすることができる。
For example, when the brightness of the uneven portion to be inspected in the captured image is higher than a predetermined reference value and the captured image of the uneven portion becomes white, as shown in FIGS. 5 and 6, a mirror that projects light in the
入力部15は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによりウェーハWの表面検査に関する指示入力ができるようになっている。
The
記憶部16は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部15から入力された情報などを記録する記録領域を有している。記憶部16は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー(登録商標)ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。
The
表示部17は、ディスプレイなどによって構成され、表面検査装置1による検査結果などを表示することができるようになっている。すなわち、検査結果であるウェーハWの表面の撮影画像を表示することにより、表示部17に表示されたウェーハWの表面の撮影画像を観察してウェーハWの表面における凹凸部の有無や凹凸部の位置を測定することが可能となっている。
The
コントローラ7は、DMD4が備える図示しない光源をONにすると共に、制御部14の指示信号に基づきDMD4が備えるミラーの傾斜角度を制御するようになっている。これにより、コントローラ7はDMD4において光を投射するミラーの位置を随時切り替えるようになっている。
The
CCD10は、制御部14の制御により所定のタイミングでウェーハWの表面の反射光を受光して電気信号に変換し、その電気信号を画像データとして制御部14に送信するようになっている。
The
データ処理部11は、CCD10から送信される画像データに基づき、ウェーハWの表面性状を求めるようになっている。また、本実施形態のデータ処理部11は、画像データに基づき撮影画像の輝度データを取得して制御部14に送信するようになっている。
The
(原理)
続いて、本発明の原理について説明する。
(principle)
Next, the principle of the present invention will be described.
本発明は、表面検査装置1のDMD4において光を投射するミラーの位置を移動させると、ウェーハ表面を傾けたのと同様の効果が得られることを利用して、DMD4において光を投射するミラーの位置を切り替えてウェーハWの表面における凹凸部の感度を調整しながらウェーハWの表面の検査を行うものである。
The present invention utilizes the fact that when the position of the mirror that projects light in the
すなわち、まず、本実施形態の表面検査装置1でウェーハWを傾けない状態では、図7に示すように、光源からの光はすべて絞り12に取り込まれ、DMD4からCCD10に到達する光は100%である。
That is, first, in the state where the wafer W is not tilted by the
次に、ウェーハWの傾きをU/2度傾けたとすると、図8に示すように、光源からの光の一部は絞り12に取り込まれず、DMD4からCCD10に到達する光は39.1%となる。ここで「U度」とはウェーハWの表面の1点における反射光の物側開口角である。
Next, assuming that the tilt of the wafer W is tilted by U / 2 degrees, as shown in FIG. 8, a part of the light from the light source is not taken into the
更に、ウェーハWの傾きをU度傾けたとすると、図9に示すように、光源からの光は絞り12に取り込まれず、DMD4からCCD10に到達する光は0%となる。
Furthermore, if the tilt of the wafer W is tilted by U degrees, the light from the light source is not taken into the
次に、本実施形態の表面検査装置1でDMD4の中心に位置するミラーから光を投射した場合は、図1及び図2に示すように、DMD4からの投射光はすべて絞り12に取り込まれ、CCD10に到達する光は100%となる。
Next, when light is projected from the mirror located at the center of the
また、DMD4において光を投射するミラーの位置をDMD4の中心からX軸方向にD/2移動させた位置に切り替えた場合は、図5の照明光学系に示す入射角度でウェーハWの表面上の1点に光が照射され、図6の結像光学系に示す反射角度でウェーハWの表面上の1点から光が反射されて、反射光がCCD10に結像される。ここで「D」とは、DMD4が備えるミラーの径である。このとき、DMD4からの投射光の一部は絞り12に取り込まれず、CCD10に到達する光は39.1%となる。すなわち、DMD4において光を投射するミラーの位置をX軸方向にD/2移動させると、ウェーハの傾きをU/2度傾けたのと同様の効果が得られる。
Further, when the position of the mirror for projecting light in the
このように、DMD4において光を投射するミラーの位置を移動させてウェーハWの表面における光の入射角度及び反射角度を変化させると、ウェーハ表面を傾けたのと同様の効果を得ることができる。
As described above, when the position of the mirror that projects light in the
以上のような原理を以って本発明では、ウェーハWの表面検査を行う。 In the present invention, the surface inspection of the wafer W is performed based on the principle as described above.
すなわち、本実施形態の表面検査装置1では、ウェーハWの表面における反射光が、テレセントリック光学系により、ウェーハWの表面の各点における入射角度(平均入射角度)に応じた輝度で結像される。そこで、検査結果であるウェーハWの表面の撮影画像が輝度の低い暗い画像となる場合は、DMD4において光を投射するミラーの位置を移動させることにより、ウェーハWの表面の1点における入射角度及び反射角度を変化させて、ウェーハWの表面の輝度が高くなるように調整するようになっている。このように、ウェーハWの表面の性状に応じてDMD4において光を投射するミラーの位置を移動させることにより、輝度100%の明るい像を得ることが可能となる。
That is, in the
(検査方法)
次に、表面検査装置1を使用した本発明の表面検査方法について説明する。
(Inspection method)
Next, the surface inspection method of the present invention using the
コントローラ7がDMD4の光源をONとしてDMD4から光が投射されると、図1に示すように、出力光はハーフミラー5で反射され、対物レンズ6を透過して所定の照射開口角により前記ウェーハ上を照射する。
When the
次に、ウェーハWの表面で反射された光は、図2に示すように、レンズ8及びマスターレンズ9の一部のレンズで構成されたテレセントリックレンズと、絞り12とによって構成されたテレセントリック光学系を透過して、CCD10に結像される。このとき、ウェーハWの表面における反射光は、テレセントリック光学系によりウェーハWの表面の各点における入射角度に応じた輝度で結像する。
Next, the light reflected by the surface of the wafer W is, as shown in FIG. 2, a telecentric optical system constituted by a telecentric lens constituted by a
続いて、CCD10がウェーハWの表面の反射光を光電変換して画像データを制御部14に送信すると、制御部14の制御により、表示部17は検査結果であるウェーハWの表面の撮影画像を表示する。これにより、表示部17に表示されたウェーハWの表面の撮影画像を観察してウェーハWの表面における凹凸部の有無や凹凸部の位置を測定することができる。
Subsequently, when the
一方、データ処理部11は画像データに基づきウェーハWの表面性状を求める。また、本実施形態のデータ処理部11は、画像データに基づき撮影画像の輝度データを取得して制御部14に送信する。
On the other hand, the
続いて、制御部14は、データ処理部11から送信された輝度データに基づき、撮影画像の輝度に応じてコントローラ7の制御によりDMD4において光を投射するミラーの位置を切り替える。例えば、撮影画像のうち検査対象である凹凸部の輝度が所定の基準値より高く、凹凸部の撮影画像が白くなる場合は、図5及び図6に示すように、DMD4において光を投射するミラーの位置を所定方向に所定距離だけ移動させて、光源からの光の一部が絞り12に取り込まれないよう調整することにより、CCD10に到達する光の割合を減らして、撮影画像の輝度を低くすることができる。また、反対に撮影画像のうち検査対象である凹凸部の輝度が所定の基準値より低く、凹凸部の撮影画像が黒くなる場合は、DMD4において光を投射するミラーの位置を別の方向に所定距離だけ移動させて、光源からの光がすべて絞り12に取り込まれるよう調整することにより、CCD10に到達する光の割合を増やして、撮影画像の輝度を高くすることができる。
Subsequently, based on the luminance data transmitted from the
このように制御部14は、ウェーハWの表面の性状に応じてDMD4の制御を随時行うことにより、ウェーハWの表面を最適な輝度としてCCD10の感度を調整する。また、表示部17は、制御部14の制御により、CCD10の感度を調整した後の撮影画像を表示する。
As described above, the
以上のように本実施形態の表面検査方法によれば、DMD4において光の投射位置を切り替えることにより、ウェーハWの表面における光の入射角度及び反射角度を変化させて、テレセントリック光学系の絞り12に取り込まれる反射光を制御し、CCD10の撮像面に到達する反射光を調整することができる。これにより、DMD4における光源を切り替えるのみで、ウェーハの表面の傾きを変えることなく、撮影画像の感度を簡易に調整することが可能となる。
As described above, according to the surface inspection method of the present embodiment, the
また、DMD4における光の投射位置をXY軸の2軸方向のみならず斜め方向に高速に切り替えることにより、ウェーハWの表面の凹凸を高速かつ高精度に検査することが可能となる。
Further, by switching the projection position of light on the
なお、本実施形態では結像光学系3を両側テレセントリック光学系により構成しているが、片側テレセントリック光学系により構成することも可能である。また、本実施形態の照明光学系2は、結像光学系3においてマスターレンズ9と共にテレセントリック光学系を構成するレンズ8を介して光を照射する構成となっているが、DMD4の投射光をレンズ8よりウェーハに近い位置からハーフミラーなどを介して投射することにより、レンズ8を介することなく光を照射する構成とすることも可能である。
In the present embodiment, the imaging optical system 3 is constituted by a double-sided telecentric optical system, but it can also be constituted by a one-sided telecentric optical system. In addition, the illumination
また、本実施形態では空間光変調手段により光の投射位置を切り替える構成としたが、LEDアレイなどを用いて光源(LED)自体のON/OFFを制御することにより、光の投射位置を切り替える構成としてもよい。 In the present embodiment, the light projection position is switched by the spatial light modulation means. However, the light projection position is switched by controlling ON / OFF of the light source (LED) itself using an LED array or the like. It is good.
以上詳細に説明したように、本発明の表面検査方法によれば、半導体デバイスの製造に用いられる試料表面検査において、試料表面の凹凸を簡易かつ高精度に検出することが可能となる。 As described above in detail, according to the surface inspection method of the present invention, it is possible to easily and accurately detect the unevenness of the sample surface in the sample surface inspection used for manufacturing a semiconductor device.
1 表面検査装置
2 照明光学系
3 結像光学系
4 DMD
5 ハーフミラー
6 対物レンズ
7 コントローラ
8 レンズ
9 マスターレンズ
10 CCD
11 データ処理部
12 絞り
13 制御装置
14 制御部
15 入力部
16 記憶部
17 表示部
W ウェーハ
DESCRIPTION OF
5
11
Claims (2)
光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を使用し、前記空間光変調手段における所定位置から光を投射して所定の照射開口角により前記ウェーハの表面を照射する照射工程と、前記ウェーハの表面の法線方向に延びる光軸を有するテレセントリック光学系で前記ウェーハの表面の反射光を結像する結像工程と、この結像された像を撮像して前記ウェーハの表面における各点の輝度データを収集する輝度データ収集工程と、この輝度データに基づいて前記空間光変調手段における光の投射位置を切り替えることにより前記ウェーハの表面における各点への光の入射角度及び前記各点からの光の反射角度を変化させて、前記テレセントリック光学系の絞りに取り込まれる前記反射光を制御することにより撮影画像の感度を調整する調整工程と、
を備えることを特徴とする表面検査方法。 A surface inspection method for inspecting the surface state of a wafer,
An irradiation step of using a spatial light modulation unit that modulates output light of the light source according to pattern information, projecting light from a predetermined position in the spatial light modulation unit, and irradiating the surface of the wafer with a predetermined irradiation aperture angle; An imaging step of forming an image of reflected light on the surface of the wafer with a telecentric optical system having an optical axis extending in the normal direction of the surface of the wafer; and imaging the formed image on the surface of the wafer Luminance data collection step for collecting the luminance data of each point, and the incident angle of light on each point on the surface of the wafer by switching the light projection position in the spatial light modulator based on this luminance data The sensitivity of the photographed image is adjusted by changing the reflection angle of the light from the point and controlling the reflected light taken into the aperture of the telecentric optical system. And an adjustment step of,
A surface inspection method comprising:
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