JP2007225480A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、検出感度が高く、感度のばらつきを少なくし、座標精度を向上させ、膜種、厚さ、結晶方位、反り量の異なる多種多様なウェハに対応できるウェハ表面検査装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、被検査物に光を照射する光照射手段と、該被検査物から散乱される光を検出する光学系の第１光検出手段と、前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の位置が変るように該被検査物を縦横に移動させる被検査物移動手段と、前記被検査物を保持する被検査物保持手段と、前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の反射光を検出し、前記被検査物表面の高さ情報を取得し、前記情報を用いて前記光学系の光検出手段の焦点位置を補正する焦点位置補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程で半導体ウェハ表面の異物や欠陥等を検査する半導体の表面検査方法ないし表面検査装置に関するものである。

半導体デバイスの製造工程では、ベアウェハにパターンを転写し、エッチングで削ることによって回路を形成してゆく。回路を形成していく様々な半導体デバイスの製造工程において、ウェハ表面に付着した異物や欠陥などは歩留まりを低下させる大きな要因となっている。ウェハ表面に付着した異物や欠陥は各製造工程において管理されており、ベアウェハ表面に付着している異物やウェハ表面に存在する欠陥などを高感度、及び、高スループットで検出するのが、ウェハ表面検査装置である。

ウェハ上の異物、欠陥を検査する方法としては電子ビーム等の荷電粒子線を用いる方法と、光を用いる方法に大別され、光を用いる方法はカメラを用いてウェハ表面の画像を撮影し、画像情報を解析するものと、ウェハ表面で散乱された光を光電子増倍管のような受光素子で検出し光の散乱の程度を解析するものがある。

以下ではレーザ光をウェハ上に照射する方式の表面検査装置を例に取り説明する。

この方式の表面検査装置は、レーザ光をウェハ表面に照射し、照射によって異物から発生する散乱光を検出器で検出し、ＡＤ変換を行い、座標データとして出力する方式となっている。

検査の高スループット化のため、ワーク（ウェハ）を搭載した検査テーブルを高速で回転させ、一軸方向に水平に検査テーブルを搭載したステージを走査させる方式となっている。

この表面検査装置は、例えば、特開２００５−１５６５３７号公報（特許文献１）に記載されている。

特開２００５−１５６５３７号公報

ウェハ裏面非接触で表面検査を行うためには、ウェハの端部のみを保持し検査を行う必要がある。本方式では、従来のような検査ステージにおいてウェハを真空で吸着し、検査ステージの表面精度に強制的に合わせることでウェハの平坦性を向上させる方式を採用できない。

また、ウェハ裏面を保持する部分がないためにウェハに撓みが生じる。ウェハの平坦性が悪い、あるいは、ウェハに撓みが生じる場合、ウェハ表面の高さが光学系の焦点距離から外れ、感度低下、感度のばらつき、検出物の座標精度の悪化などを引き起こす。

従来はウェハの平坦性を改善し、撓みを補正するために、ウェハ裏面に清浄度の高い気体を吹き付け、気体の圧力によって撓みを補正し、平坦性を改善する方法を用いてきた。

この方法により、ウェハ表面の高さのばらつきが光学系の焦点範囲内となり、高感度で感度ばらつきのない、座標精度の良い測定を実現している。

しかし、ウェハ表面検査装置の高感度化に伴い、さらなるウェハ平坦性の向上が求められている。一般的に、高感度化に伴い光学系の焦点深度は浅くなる。

そのため、従来の平坦度で高感度化に伴い焦点深度が浅くなった場合、ウェハ面内に局所的な焦点位置のずれが発生し、ウェハ面内の感度のばらつきや感度低下、検出異物の座標精度の悪化を引き起こす。

従来のウェハ裏面に気体を吹き付け、その圧力によりウェハのたわみを補正する方式には実現できる平坦度に限界がある。また、膜種、厚さ、結晶方位、反り量の異なる多種多様なウェハに対応するためには、複雑な気体吹き付けの制御が必要となる。

この課題に対しては、従来の方法以外にウェハ表面が光学系の焦点位置となるように補正する方式が必要となる。

本発明の目的は、ウェハ裏面非接触式のウェハ表面検査装置において、ウェハ表面の焦点位置のずれを常に補正するシステムを搭載することにより、従来の気体吹き付けの方式のみでは実現できない、検出感度が高く、感度のばらつきを少なくし、座標精度を向上させ、膜種、厚さ、結晶方位、反り量の異なる多種多様なウェハに対応できるウェハの表面検査装置を提供することにある。

本発明は、被検査物に光を照射する光照射手段と、該被検査物から散乱される光を検出する光学系の第１光検出手段と、前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の位置が変るように該被検査物を縦横に移動させる被検査物移動手段と、前記被検査物を保持する被検査物保持手段と、前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の反射光を検出し、前記被検査物表面の高さ情報を取得し、前記情報を用いて前記光学系の光検出手段の焦点位置を補正する焦点位置補正手段とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記焦点位置補正手段が前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の反射光を検出する第２光検出手段と、第２光検出手段に検出されてフィードバックされた前記被検査物表面の高さ情報を基づいて前記焦点位置と被検査物表面の高さが同一となるように制御する制御系を有することを特徴とする。

さらに、本発明は、前記被検査物からの反射光の量を光学素子等によって最適化する光量最適化手段を有することを特徴とする。

さらにまた、本発明は、前記被検査物の裏面が非接触の状態で測定するように前記被検査物の外周縁部を前記検査物保持手段で保持することを特徴とする。

また、本発明は、前記検査物保持手段の上下動作と、前記被検査物の裏面にかける気圧制御とを併用して前記焦点位置の補正をすることを特徴とする。

本発明によれば、光学系の光検出手段の焦点位置を補正しながら表面検査が精度の良好な検査ができる。

本発明の実施例について図面を引用して説明する。

図１は、本発明の実施例に係わるウェハ表面高さの補正方法を組み込んだウェハ表面検査装置の概略構成を示す図である。

検査テーブル１（被検査物保持手段）上にたわみのないウェハ２（被検査物）が搭載されており、ウェハの表面に異物Ａ４がある。検査テーブル１（被検査物保持手段）は、被検査物の外周縁部を保持するチャック１００を有する。

チャック１００は、図３に示すように、検査テーブル１の中心に向けて前後に摺動する保持爪１０１を有する。この保持爪１０１で、ウェハ２の外周縁部を係止してウェハ２を保持する。保持爪１０１を外側方向に後退させることにより、ウェハ２の保持が解かれる。

検査テーブル１には、図示されていないが、ウェハ２（被検査物）の裏面に吹き付ける気体の圧力を制御してウェハ２の撓みを調整する撓み調整手段が設けられる。この撓み調整手段は、ウェハを裏面側から負圧や静電気等を利用して吸引する仕方も含む。

光照射部６（光照射手段）より照射光７がウェハＡ２の表面に照射されると、照射光の照射によりウェハＡ２上の異物Ａ４から散乱光８が発生し、この散乱光８を散乱光の検出器９（光学系の第１光検出手段）で検出する。

ウェハＡ２の表面の高さが光学系の焦点位置である場合、たわみのあるウェハＢ３ではウェハ上の異物Ｂ５は焦点位置から外れた状態であり、この時に検出感度が低下し、検出座標精度も低下する。

ウェハＡ２とウェハＢ３では表面の高さ位置が異なるために、ウェハＡ２からの反射光Ａ１０とウェハＢ３からの反射光Ｂ１１の経路が異なる。反射光Ａ１０と反射光Ｂ１１を反射光の検出器１２（第２光検出手段）で検出する。

検出器１２（第２光検出手段）は、被検査物上に照射される光の反射光を検出し、被検査物表面の高さ情報が取得される。

たわみのあるウェハＢ３の場合、水平駆動ステージ１３の移動により光照射位置におけるウェハ表面の高さが変化する。反射光の検出器１２で検出したウェハ表面の高さ方向の情報を基にウェハ表面の高さの変化に追従して垂直駆動ステージ１４を駆動させてウェハ表面の高さが常に焦点位置となるように高さ方向の補正を行うことにより、ウェハ表面が常時焦点位置となるようにする。

水平駆動ステージ１３、垂直駆動ステージ１４を含めて被検査物移動手段と云う。水平駆動ステージ１３は、被検査物移動手段を水平方向に縦横に運ぶ。垂直駆動ステージ１４は、被検査物移動手段を垂直方向に上下させる。

被検査物移動手段の水平駆動ステージ１３は、被検査物を回しながら一方向に移動させる。これにより、被検査物を水平方向に縦横に移動させることができる。被検査物移動手段の垂直駆動ステージ１４により、被検査物移動手段を上下に移動させて焦点位置の補正をする。

焦点位置の補正をする焦点位置補正手段は、垂直駆動ステージ１４、反射光の検出器１２（第２光検出手段）、光照射部６（光照射手段）、撓み調整手段を含む。

焦点位置の補正について、図２を引用して更に詳しく説明する。

第２光検出手段の検出器１２が検出した被検査物表面の高さ情報の信号は、増幅器２００で増幅されて制御系２０１にフィードバックされる。この制御系２０１で、算定された補正値に基づいて垂直駆動ステージ１４を駆動するモータ２０３が駆動制御器２０４により制御される。これにより、被検査物のウェハ表面は、光学系の第１光検出手段の焦点位置に合うように高さ位置が調整される。

このように光学系の光検出手段の焦点位置が常時補正されるので、ウェハ（被検査物）の撓みの有無に拘わらず付着する異物や欠陥の検査が精度良く行われる。

なお、モータ２０３、駆動制御器２９４、制御系２０１、増幅器２００は、焦点位置補正手段に含まれる。

また、検出器９（光学系の第１光検出手段）、検出器１２（第２光検出手段）の光源は、一つの光照射部６（光照射手段）である。光源を別個（二つ）に設けないので、装置の構成を簡素化することができる。

さらに、焦点位置の補正は、検査テーブル１（被検査物保持手段）の上下移動と、前述した撓み調整手段により調整を併用することも可能である。

更にまた、焦点位置を常時補正しながらウェハの裏面が検査テーブル１に接触させずに異物や欠陥の検査を行う。これにより、高感度で感度のばらつきがなく、良好な座標精度で検査を行える。

第２光検出手段に関する反射光量の最適化について、図４を引用して説明する。

ウェハ（被検査物）の表面で反射する反射光は、図４（ａ）に示すように、NDフィルタ４００を透過して検出器１２（第２光検出手段）に受光される。NDフィルタ４００は、図４（ｂ）に示すように、種々の光学素子４０１を備えている。

ウェハの膜種、膜圧によって反射光量が異なり、検出器１２（第２光検出手段）の検出が不安定となる。そこで、ＮＤフィルタ４００を回して適正な光学素子４０１を選択し、検出器１２（第２光検出手段）の検出が最適（最適化）になるようにする。

このように、ＮＤフィルタ４００を用いることにより、様々な膜種や膜厚のウェハに対して膜なしのウェハと同等の性能で検査を行うことができる。

また、ＮＤフィルタ４００を用い、焦点位置の補正をすることにより、厚さ、結晶方位、反り量などの異なるウェハ（被検査物）に対しても、標準のウェハと同等の性能で検査できる。

本発明の実施例に係わるもので、ウェハの表面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わるもので、被検査物表面の高さ情報を制御系にフィードバックして被検査物表面の高さを制御するところの回路図である。 本発明の実施例に係わるもので、被検査物保持手段のチャックを示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ＮＤフイルタを示す図である。

符号の説明

１…検査ステージ（被検査物保持手段）、２…撓みのないウェハ（被検査物）、３…撓みのあるウェハ（被検査物）、４…異物Ａ、５…異物Ｂ、６…光照射部（光照射手段）、７…照射光、８…散乱光、９…散乱光の検出器（第１光検出手段）、１０…反射光Ｂ、１１…反射光Ａ、１２…反射光の検出器（第２光検出手段）、１３…水平駆動ステージ、１４…垂直駆動ステージ（焦点位置補正手段）。

Claims (6)

1. 被検査物に光を照射する光照射手段と、
   該被検査物から散乱される光を検出する光学系の第１光検出手段と、
   前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の位置が変るように該被検査物を縦横に移動させる被検査物移動手段と、
   前記被検査物を保持する被検査物保持手段と、
   前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の反射光を検出し、前記被検査物表面の高さ情報を取得し、前記情報を用いて前記光学系の光検出手段の焦点位置を補正する焦点位置補正手段と、
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１記載の表面検査装置において、
   前記焦点位置補正手段は、前記光照射手段から前記被検査物上に照射される光の反射光を検出する第２光検出手段と、第２光検出手段に検出されてフィードバックされた前記被検査物表面の高さ情報を基づいて前記焦点位置と被検査物表面の高さが同一となるように制御する制御系を有することを特徴とする表面検査装置。
3. 請求項１記載の表面検査装置において、
   前記被検査物からの反射光の量を光学素子等によって最適化する光量最適化手段を有することを特徴とする表面検査装置。
4. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記被検査物の裏面が非接触の状態で測定するように前記被検査物の外周縁部を前記検査物保持手段で保持することを特徴とする表面検査装置。
5. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記検査物保持手段の上下動作と、前記被検査物を裏面側から吸引する吸引制御とを併用して前記焦点位置の補正をすることを特徴とする表面検査装置。
6. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記被検査物を回しながら一方向に移動させて被検査物を縦横に移動させることを特徴とする表面検査装置。

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