JP2007225432A - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、半導体ウェハなどのパターンが形成された試料の検査において、試料の状態が多様であっても、高い検出感度を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明は、パターンが形成された試料に二方向から照明光を照明する照射手段と、前記試料からの散乱光を前記照明光ごとに検出する光検出手段と、この光検出手段に検出された信号より欠陥の有無を判定する判定手段とを有する検査装置において、前記照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス製造におけるウェハなどの、パターンが形成された試料の欠陥検査に係り、特に暗視野式光学検査における光学系に関する。

半導体デバイスの主要な製造工程は、基板工程と配線工程とに大別される。基板工程では、アイソレーション形成、ウェル形成、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成、ソース／ドレイン形成、キャパシタ構造形成、層間絶縁膜形成、及び平坦化と進む。

配線工程では、多層配線のためにコンタクトプラグ形成、層間絶縁膜形成、平坦化、メタル電極配線形成を繰り返し、最後にパッシベーション膜形成を行う。上記の製造工程の要所には、検査工程が含まれており、処理途中のウェハを抜き取り、欠陥検査を行う。

ここで欠陥とは、表面の異物、スクラッチ、ボイド、パターン欠陥（短絡、断線）などである。欠陥検査の目的は、第一に製造工程の異常を早期に探知すること、第二に不良発生工程とその原因を特定することにあり、デバイスの微細化に伴い高い検出感度が要求されている。

さて、ウェハには同一のパターンを有する数百個のデバイス（チップとも呼ぶ）が作製される。また、デバイスのメモリ部などでは、繰り返しパターンを有する多数のセルが形成される。

そこで、欠陥検査では、隣接するチップ間または隣接するセル間で画像を比較する方式が用いられている。特に、ウェハに光を照明して暗視野画像を比較する方式は、スループットが高いので、インライン検査で広く使用されている。

暗視野画像を比較する欠陥検査に関しては、例えば、特許文献１（特開２００５−１５６５３７号公報）が知られている。

この従来技術では、試料を入射角の異なる複数の方向から暗視野照明し、試料からの散乱光を複数の方向ごとに検出し、複数の方向ごとの信号を処理することにより、パターンエッジからのスペックルノイズを低減し、欠陥の安定検出を図っている。また、上記従来技術では、照明光の波長が同一または異なる例が開示されている。

特開２００５−１５６５３７号公報

半導体デバイス製造では、シリコン酸化膜を絶縁膜とする多層配線工程が繰り返される。酸化膜は紫外領域から可視領域にわたって透明であるので、表面が酸化膜のウェハを照明すると、欠陥やパターンによる散乱に薄膜干渉効果が加わる。したがって、欠陥がある検査領域の散乱光も、欠陥が無い隣接領域の散乱光も、膜厚に応じて複雑に変化する。そのため、膜厚によって欠陥有無の判定がばらつき、結果として所望の検出感度が得られないという問題があった。

本発明の目的は、酸化膜厚の差異のように、試料の状態が多様であっても、高感度の欠陥検出を可能とする検査方法及び検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、パターンが形成された試料に複数の方向から光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法及び装置において、該照明光の偏光が互いに異なることを特徴とする。

また、本発明は、パターンが形成された試料に二方向から光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法及び装置において、該照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであることを特徴とする。

また、本発明は、パターンが形成された試料に二方向から光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法及び装置において、該照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであり、該ｓ偏光とｐ偏光の方向が試料の法線方向に対して対称であることを特徴とする。

本発明によれば、酸化膜厚が異なるウェハのように、多様な状態の試料について、高感度の欠陥検出が可能となる。

本発明の一実施形態として、半導体ウェハを対象とする暗視野画像比較式欠陥検査について説明する。

検査装置の概略構成を図１に示す。検査装置は、ウェハ１を搭載するステージ２、光源３、偏光器４、第１の光スイッチ５１、照明光学系６１、第１の検出光学系７１、第１の検出器８１、第１の画像処理部９１、第２の光スイッチ５２、第２の照明光学系６２、第２の検出光学系７２、第２の検出器８２、第２の画像処理部９２、及び全体制御部１０とから構成される。

光源３、偏光器４、第１の光スイッチ５１、照明光学系６１を含めて照射手段と云う。また、照射手段は、第２の光スイッチ５２、第２の照明光学系６２を含む。

第１の検出光学系７１、第１の検出器８１を含めて光検出手段と云う。また、光検出手段は、第２の検出光学系７２、第２の検出器８２を含む。

第２の画像処理部９２、及び全体制御部１０を含めて判定手段と云う。

光源３から発した光は、偏光器４により直交する二つの直線偏光に分割される。それぞれの光は照明光学系６１と６２を介して、ウェハ１にｓ偏光とｐ偏光で入射する。

ここで、光スイッチ５１と５２の開閉は排他的に制御されており、ウェハはｓ偏光とｐ偏光で交互に照明される。ウェハからは散乱光が発するが、検出光学系７１と７２は正反射光が入射しないように配置されており、暗視野像をそれぞれ検出器８１と８２に結像する。

ここで、検出器８１は光スイッチ５１が開のとき像を取得し、検出器８２は光スイッチ５２が開のとき像を取得する。それぞれの検査画像は、Ａ／Ｄ変換器（図示しない）によりデジタル信号に変換され、画像処理部９１と９２に記録される。

それぞれの画像処理部には、検査領域と隣接し、同一パターンを有する領域で得られた隣接画像も記録されている。検査画像と隣接画像に対して、位置合わせ等の処理を行った後、両者の差分信号を出力する。この差分信号を予め設定した閾値と比較し、欠陥を判定する。

それぞれの画像処理部による欠陥の判定結果は、全体制御部１０に送信される。全体制御部は、いずれかの判定結果が欠陥有の場合、欠陥有と判定する。ステージ２を移動しながら、上記処理を行うことにより、所望の領域で欠陥検査が可能である。

図２は、照明光学系の配置の実施例を示す。照明光（ｐ偏光と、ｓ偏光）の方向はウェハ面の法線方向に対して対称であり、照明光の偏光の差異を強調する構成としている。

次に、本発明を多層配線工程の欠陥検査に適用した一例を説明する。図３は、ウェハの表面近傍の断面を模式的に示したものである。銅のビアホールは酸化膜で被覆されており、酸化膜表面に付着している異物が欠陥である。

図４は、膜厚と信号雑音比との関係を示す。ここで、信号とは欠陥がある位置における差分信号、雑音とは欠陥が無い位置における差分信号である。実用レベルで欠陥を検出するには、信号雑音比は３以上が望ましい。

ｓ偏光照明の信号雑音比は、膜厚２５０ｎｍでは３未満であるが、膜厚が２００ｎｍと３００ｎｍでは３以上である。一方、ｐ偏光照明の信号雑音比は、膜厚２００ｎｍでは３未満であるが、膜厚が２５０ｎｍと３００ｎｍでは３以上である。

このように、ｓ偏光照明とｐ偏光照明の信号雑音比の大きい方は全て３以上であり、どの膜厚においても欠陥を検出することができる。

なお、上記の実施形態では、半導体ウェハの暗視野画像を比較する欠陥検査について説明したが、本発明は暗視野光強度を比較する欠陥検査にも適用できる。

また、本発明は、半導体リソグラフィ工程のマスクや液晶デバイスなどの、パターンが形成された試料の検査にも適用できる。

また、上記実施例では偏光については、ｐ偏光と、ｓ偏光を挙げたが、円偏光、ランダム偏光も適用できる。

本発明の実施例に係るもので、欠陥検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係るもので、照明光学系の配置を示す図である。 本発明の実施例に係るもので、試料の断面構造を示す図である。 本発明の実施例に係るもので、欠陥検査特性を示す図である。

符号の説明

１…ウェハ、２…ステージ、３…光源、４…偏光器、５１、５２…光スイッチ、６１、６２…照明光学系、７１、７２…検出光学系、８１、８２…検出器、９１、９２…画像処理部、１０…全体制御部。

Claims (12)

1. パターンが形成された試料に複数の方向から照明光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法において、該照明光の偏光が互いに異なることを特徴とする検査方法。
2. パターンが形成された試料に二方向から照明光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査方法において、該照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであることを特徴とする検査方法。
3. 請求項２記載の検査方法において、該照明光の方向が該試料の法線方向に関して対称であることを特徴とする検査方法。
4. 請求項１から請求項３記載のいずれかの検査方法において、検査領域の暗視野画像と、該検査領域と隣接する領域の暗視野画像とを比較して、欠陥の有無を判定することを特徴とする検査方法。
5. パターンが形成された試料に複数の方向から照明光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査装置において、該照明光の偏光が互いに異なることを特徴とする検査装置。
6. パターンが形成された試料に二方向から照明光を照明し、該試料からの散乱光を該照明光ごとに検出し、欠陥の有無を判定する検査装置において、該照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであることを特徴とする検査装置。
7. 請求項６記載の検査装置において、該照明光の方向が該試料の法線方向に関して対称であることを特徴とする検査装置。
8. 請求項５から請求項７記載のいずれかの検査装置において、検査領域の暗視野画像と、該検査領域と隣接する領域の暗視野画像とを比較して、欠陥の有無を判定することを特徴とする検査装置。
9. パターンが形成された試料に複数の方向から照明光を照明する照射手段と、前記試料からの散乱光を前記照明光ごとに検出する光検出手段と、この光検出手段に検出された信号より欠陥の有無を判定する光判定手段とを有する検査装置において、
   前記照明光の偏光が互いに異なることを特徴とする検査装置。
10. パターンが形成された試料に二方向から照明光を照明する照射手段と、前記試料からの散乱光を前記照明光ごとに検出する光検出手段と、この光検出手段に検出された信号より欠陥の有無を判定する判定手段とを有する検査装置において、
    前記照明光がｓ偏光とｐ偏光の組合せであることを特徴とする検査装置。
11. 請求項１０記載の検査装置において、
    前記ｓ偏光と前記ｐ偏光の方向が前記試料の法線方向に対して対称であることを特徴とする検査装置。
12. 請求項９から請求項１１記載のいずれかの検査装置において、
    検査領域の暗視野画像と、前記検査領域と隣接する領域の暗視野画像とを比較して、欠陥の有無を判定することを特徴とする検査装置。

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