JP2008216105A - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検体（例えばウエハ）のエッジ部についても高い精度で検査できる表面検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】 光束を表面検査の対象である被検体（ウエハなど）の被検面に対して所定の入射角で入射させるとともに被検面に対して光束を走査させて、被検体の表面を測定する。被検面の走査部分から出射した散乱光を第１光強度検出部に導光するとともに、被検面の走査部分から出射した正反射光を第２光強度検出部に導光する。第１光強度検出部で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の主として異物を求め、第２光強度検出部で受光される正反射光の受光位置で被検面の高さを求める。被検面に対して光束が走査されているとき、前記第２光強度検出部で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際に被検体のエッジ部であると認識し、そのエッジ部における受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、表面検査方法及び装置に関し、例えば、半導体ウエハのような被検体の被検面における異物の高さと大きさを精密に測定し得る表面検査方法及び装置に関するものである。

従来、異なる被検体（例えば半導体ウエハ）ごとに、被検体の表面に光束を照射し、その表面からの正反射光（鏡面反射光）と散乱反射光とを受光して、被検体表面の異物等を検査する方法及び装置は知られている。

たとえば、特開昭５６−６７７３９号公報には、光束として互いに異なる方向から入射する複数のコヒーレント光ビームを用いた欠陥検査装置が示されている。

特開平１−５９５２２号公報には、検出点に対してその周囲の４方向の斜め上方より偏光レーザの光束を照射し、検出点からの反射光のうち特定偏向成分を抽出して回路パターンが形成されたウエハ上に存在する異物を検出するようにしたウエハ異物検出装置が開示されている。

従来の表面検出装置及び方法では、被検体の種類によって、とくに異物の高さの検出精度に違いが生じる。たとえば、被検面にうねりがある場合、異物の高さは正確に検出できない。なぜならば、うねりの上方部と下方部では、同じ高さの異物であっても、検出される高さが違ってくるからである。

このような場合でも、被検体ごとに適切な条件で異物の高さをより正確に検査をすることが望ましい。

特開２０００−３３７８４４号公報に開示されている発明は、前述のような従来技術で生じる不都合を解決して、異物の高さ検出での誤差を軽減できる表面検出装置及び方法である。

特開２０００−３３７８４４号公報に開示されている表面検査装置は、光源と、その光源からの光束で被検面を所定の傾斜角度で照明する照明光学系と、該被検面からの散乱反射光を受光する第１受光光学系と、第１受光光学系で受けとられた散乱反射光を受光する第１光強度検出部と、上記被検面からの鏡面反射光を受光する第２受光光学系と、第２受光光学系で受けとられた鏡面反射光を受光する第２光強度検出部と、上記第１光強度検出部からの第１信号に基づき上記被検面にある異物の大きさを求め、また上記第２光強度検出部からの第２信号に基づき上記被検面にある異物の高さを求める制御演算部とを有する。

上記制御演算部は、検出された異物の大きさが照明光束の径と略等しいかそれ以上である場合に、第２信号に基づき上記被検面にある異物の高さを求めるように構成されており、被検面での鏡面反射光（正反射光）の位置変化、すなわち、高さデータの変化から異物の高さを求める。たとえば、上記第１光強度検出部からの第１信号が所定のスライスレベル（スレッショルドレベルともいう）以上である場合に、異物の存在と判断し、そのように異物の存在と判断された領域での第２信号及び異物の存在と判断された領域の周辺での第２信号に基づき、異物の高さを求める。

上記異物の高さは、第２信号の異物の前端と後端との位置の平均値に応じて決定され、被検面のうねりに追随する。

上記制御演算部は、異物の存在と判断された領域での第２信号によるデータと、異物の存在と判断された領域の周辺の領域での第２信号によるデータとの平均値の差に基づき、異物の高さを求める。
特開昭５６−６７７３９号公報 特開平１−５９５２２号公報 特開２０００−３３７８４４号公報

前述の従来の表面検査装置は、ウエハのエッジ部を検査対象領域と想定していないため、仮にウエハのエッジ部を検査したとしても、精度の高い検査ができなかった。とくに座標精度が悪かった。

そこで、本発明の目的は、被検体（例えばウエハ）のエッジ部についても高い精度で検査できる表面検査方法及び装置を提供することである。

本発明の解決手段を例示すると、特許請求の範囲の各請求項に記載の表面検査方法及び装置である。

本発明によれば、被検体のエッジ部を高い精度で測定できる。

また、膜部分がどこまであるのかが、反射光量で判定可能である。

異物・残渣はゴミ検査装置と同じ高い位置精度をもって検査できる。内部の異物位置から座標を補正して、エッジ部異物位置を正確に特定できる。

発明を実施するための形態

本発明の好ましい実施形態においては、レーザ光などの光束を表面検査の対象である被検体（例えばウエハ）の被検面に対して所定の入射角で入射させるとともに前記被検面に対して光束を走査させて、被検体の表面を測定する。

前記被検面の走査部分から出射した散乱光は、第１光強度検出部に導光する。同じ前記被検面の走査部分から出射した正反射光は、第２光強度検出部に導光する。

前記第１光強度検出部で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の異物等を求める。前記第２光強度検出部で受光される正反射光の受光位置に基づき被検面の高さを求める。

前記被検面に対して光束が走査されているとき、前記第２光強度検出部で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際に被検体のエッジ部であると認識する。例えば、前記第２光強度検出部で受光される受光光束の幅が広がるパターンで受光光量が変化したとき、被検体のエッジ部であると判定する。あるいは、前記第２光強度検出部で受光される受光光束のレベルが低くなるパターンで受光光量が変化したとき、被検体のエッジ部であると判定する。

いずれのパターンであっても、エッジ部における受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定する。

本発明の別の好ましい実施形態においては、表面検査装置が、所定の光束を出射する光源と、前記光源から出射した光束を表面検査の対象である被検体の被検面に対して所定の入射角で入射させる照射光学系と、前記光束が前記被検面を走査するように前記光束および前記被検体のうち少なくとも一方を被検体のエッジ部を通過するように相対的に変位させる走査手段と、前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した散乱光を、第１光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した正反射光を、第２光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、前記第１光強度検出部および前記第２光強度検出部の出力に基づき、被検体の測定を行う制御演算部とを備えている。

前記制御演算部は、前記第１光強度検出部で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の主として異物を求め、前記第２光強度検出部で受光される正反射光の受光位置で被検面の高さを求め、そして前記第２光強度検出部で受光される受光光量が前述のような所定のパターンで変化した際に被検体のエッジ部であると認識し、その受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定するように構成されている。

上記被検体は、好ましくは、その表面の全体にウエハのエッジ付近を除いて膜が形成されているウエハであり、ウエハのエッジ付近は、形成された膜が除去されているものである。

また、上記被検体の表面に形成された膜は、略鏡面の特性を有し、膜が除去された、ウエハのエッジ付近は、粗面の特性を有していることが好ましい。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

図１において、ウエハ２１は、主検査範囲２１ａと、その外周に位置するエッジ部２１ｂを有する。通常、エッジ部２１ｂはウエハ２１の外周端から６−３ｍｍ内側の領域である。

本発明においては、ウエハ２１の主検査範囲２１ａとエッジ部２１ｂの両方の正確な測定を可能とするために、主検査範囲２１ａとエッジ部２１ａの散乱光を検出するための第１光強度検出部７と、主検査範囲２１ａとエッジ部２１ｂの正反射光を検出するための第２光強度検出部１０とを設ける。

正反射光は、第２光強度検出部１０、例えばＺセンサとなるＰＳＤに照射する。

照射されるビーム径に比べ、検出される異物２２は非常に小さいため、仮に照射されるビーム内に異物２２が存在したとしても、異物２２による散乱が第２光強度検出部１０で検出される反射光量を大きく変動させることはない。

図１に示すように、ウエハ２１の主検査範囲２１ａから反射された散乱光と正反射光は、それぞれ第１光強度検出部７と第２光強度検出部１０で受光される。

図２に示すように、エッジ部２１ｂで反射された散乱光と正反射光は、それぞれ第１光強度検出部７と第２光強度検出部１０で受光される。ウエハ２１の主検査範囲２１ａと同様にエッジ部２１ｂでも異物２２の測定は可能である。

通例、第２光強度検出部１０（ＰＳＤ）に至る光学系によってウエハ２１のエッジ部２１ｂの測定範囲が決定される。特に螺旋走査方式の場合は、その走査方法の性格（つまり、内側から外側に向かって走査を行うこと）から、エッジ部２１ｂでの光の散乱が起きにくいため、エッジ部２１ｂの測定が容易である。

エッジ部２１ｂに存在する異物２２は正反射光にほとんど影響を与えないが、エッジ部２１ｂに大きな傷がある場合は、正反射光に対し大きな光損失を招く。なぜなら、大きな傷の表面において乱反射が生じて、正反射光の光量が減少するからである。そのため、第２光強度検出部１０（ＰＳＤ）の光量測定により、そのような傷の測定が可能になる。

図３に示すように、第２光強度検出部１０（ＰＳＤ）に対する第２受光光学系９にレンズ２３を設け、そのレンズ２３の半径と距離でθを求める。このθは、ウエハ２１のエッジ部２１ｂの表面測定の曲率限界となる。

また、図４に示すように、プロセスで多用される膜２４付きウエハ２１の場合、エッジ部２１ｂでは反射率が異なってくる。なぜなら、ウエハ２１の表面に形成された膜２４は、略鏡面の特性を有し、膜２４が除去された、ウエハ２１のエッジ部２１ｂの付近は、粗面の特性を有しているからである。そのため、光束が膜２４の鏡面から膜なしウエハ２１の粗面に移行したとき、光量変動が検出され、その後はウエハ２１の粗面（エッジ部２１ｂ）の状況として膜２４とは違う形で測定することができる。

プロセスの複雑化でますますエッジ部２１ｂの測定の要求精度は高まっているが、例えば、正反射測定機能と散乱測定機能、さらに螺旋走査機能を有する暗視野表面検査装置を利用すれば、エッジ部２１ｂでも高い精度で測定が可能となる。

たとえば、図５の（Ａ）（Ｂ）に示すように、主検査範囲２１ａとエッジ部２１ｂを識別してウエハ全体の表面の異物測定をすれば、例えば、エッジ部２１ｂではエッジ部２１ｂの認識の下で独特の測定をすれば、極めて高い精度で異物測定が可能となる。さらに、反射光の強度変動により膜の状況を測定することも可能となる。結果として、歩留りの向上に役立てる事が可能になる。

また、エッジ部２１ｂのみに限れば、正反射測定法によるパターン付きウエハでのエッジ部２１ｂの状況を把握する事が可能になる。

図６を参照して、膜２４付きウエハ２１の表面検査方法をさらに具体的に説明する。

光束５１を表面検査の対象であるウエハ２１の被検面に対して所定の入射角で入射させる。それと同時に前記被検面に対して光束５１を走査させる。

図１〜２に示すように、被検面の走査部分から出射した散乱光は、第１光強度検出部７に導光され、それと同時に、被検面の走査部分から出射した正反射光５２は、第２光強度検出部１０に導光される。

第１光強度検出部７で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の主として異物２２が求められる。

また、第２光強度検出部１０で受光される正反射光の受光位置で被検面の高さが求められる。

被検面に対して光束５１が走査されていって、第２光強度検出部１０で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際に光束５１が被検体のエッジ部２１ｂに到来したと認識する。その後の測定は、ウエハ２１のエッジ部２１ｂ付近における測定であるとして処理する。

例えば、図６（Ａ）に示されているように、第２光強度検出部１０で受光される受光光束の幅が符号５３で示すように広がるパターンで受光光量が変化したとき、ウエハ２１のエッジ部２１ｂであると判定する。このパターン変化は、膜なしのウエハ２１のエッジ２１ｂ（例えば図２〜３の例）と同じパターン変化である。

また、第２光強度検出部１０で受光される受光光束の強度のレベルが、図６の（Ｂ）のように高（強）い状態から図６の（Ｃ）のように低（弱）い状態になるパターンで受光光量（強度）が変化したとき、ウエハ２１のエッジ部２１ｂ付近であると判定することもできる。

図５（Ｂ）は、このような強度レベルのパターン変化でエッジ部２１ｂと認識し、ここで異物２２を測定した例を示している。

図７は、本発明方法を実施する好適な１つの実施例による表面検査装置を示している。

図７において、光源１と、その光源１からの光束２でウエハなどの被検体３の被検面３ａを所定の傾斜角度で照明する照明光学系４と、被検面３ａからの散乱反射光５を受光する第１受光光学系６と、第１受光光学系６で受けとられた散乱反射光５を受光する第１光強度検出部７と、被検面３ａからの正反射光又は鏡面反射光８を受光する第２受光光学系９と、第２受光光学系９で受けとられた正反射光又は鏡面反射光８を受光する第２光強度検出部１０と、第１光強度検出部７からの第１信号１２に基づき被検面３ａにある異物２２の大きさを求めたり、第２光強度検出部１０からの第２信号１３に基づき被検面３ａにある異物２２の高さを求めたりするための制御演算部１４とを有する。

制御演算部１４は、被検面に対して光束５１が走査されているとき、第２光強度検出部１０で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際にウエハ２１のエッジ部２１ｂ又はエッジ部付近であると認識し、そのエッジ部２１ｂにおける受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定する。例えば、図６（Ａ）に符号５３で示すように、第２光強度検出部１０で受光される受光光束の幅が広がるパターンで受光光量が変化したとき、ウエハのエッジ部２１ｂであると判定する。また、図５（Ｂ）や図６（Ｃ）に示すように、第２光強度検出部１０で受光される受光光束のレベルが低くなるパターンで受光光量が変化したとき、ウエハ２１のエッジ部２１ｂ又はエッジ部２１ｂ付近であると判定する。

また、制御演算部１４は、求められた異物の大きさが被検面３ａに照明された光束２の径と略等しいかそれ以上である場合に、第２信号１３に基づき被検面３ａにある異物２２の高さを求める。

制御演算部１４は、高さデータの変化から異物２２の高さを求める高さデータＨＲ方式（高密度で精密に測定を行う、いわゆるハイリゾリューション方式）の実施形態においては、第１光強度検出部７からの第１信号１２が所定のスライスレベル以上である場合に、異物２２の存在を判断し、異物２２が存在していると判断された領域での第２信号１３及び異物２２が存在していると判断された領域の周辺での第２信号１３に基づき、異物の高さを求めるように構成されている。異物２２の高さは、第２信号１３の所定範囲での平均値に応じて決定され、被検面のうねり（ソリその他の高さ変化を含む）に追随する。

また、制御演算部１４は、異物２２が存在すると判断された領域での第２信号１３によるデータと、異物２２の存在と判断された領域の周辺の領域での第２信号１３によるデータとの平均値の差に基づき、異物２２の高さを求めるように構成される。

また、前述の表面検査装置は、ピクセル法を採用する実施形態においても使用できる。その場合は、制御演算部１４が、測定対象３を所定の多数の単位面積のピクセルに区分けし、その各ピクセル内での第１信号１２及び／又は第２信号１３の最大値をそのピクセルでの各信号の値として扱うように構成される。

この場合、制御演算部１４は、異物２２が存在すると判断された領域でピクセル処理された第２信号１３によるデータと、異物２２の存在と判断された領域の周辺の領域でピクセル処理された第２信号１３によるデータとの平均値の差に基づき、異物２２の高さを求めるように構成される。

そして、制御演算部１４は、ピクセル処理された第１信号１２に基づいて異物２２の存在を判断し、異物２２の存在と判断された箇所でピクセル内の各アナログ第１信号１２及びアナログ第２信号１３に基づき、異物の高さを求めるように構成される。

制御演算部１４は、信号処理部を含んでおり、そこでの信号処理結果（異物の位置、個数、高さ、散乱反射光レベルなど）が表示部１５に表示される。

また、制御演算部１４は、駆動部１６に制御信号を送り、ウエハ３をのせるテーブル１８のＸ方向、Ｙ方向及びＺ（高さ）方向の移動や回転を制御する。

さらに、制御演算部１４は、光源１、照明光学系４、第１受光光学系６、第１光強度検出部７、第２受光光学系９、第２光強度検出部１０、ウエハ３を操作するためのロボットアーム駆動部（図示せず）にも処理信号を供給して制御する。

Ｚデータ（つまり高さデータ）のＨＲ方式及びピクセル方式の表面検査装置及び方法は、特開２０００−３３７８４４号の出願書類に説明されているものを採用できる。

制御演算部２３は、駆動部１６に制御信号を出力し、モータ２９や光源１の所定の制御を行う一方、駆動部１６による回転情報を含む信号（例えば、被検物であるウエハを回転させるモータ２９の所定回転ごとにパルス信号）をエンコーダー部から受け取る。制御演算部２３は、必要に応じて、メモリ部との間でデータのやりとりを行い、所望の処理を実行する。

前述の図６（Ａ）に示すパターンと図６（Ｂ）（Ｃ）に示すパターンを組み合わせることもできる。その場合、膜なしのウエハについても、膜付きのウエハについても、高い精度でウエハのエッジ部を測定できる。膜付きウエハの場合、膜の部分とそうでない部分を識別して、エッジ部に存在する異物からの散乱反射光と正反射光（鏡面反射光）をそれぞれの光強度検出部（受光素子）で受光し、それらの信号からエッジ部上の異物の大きさと高さをエッジ部の認識下で正確に測定することができる。

ウエハの主検査範囲とエッジ部とを区別し、ウエハの主検査範囲における正反射光（鏡面反射光）と乱反射光を受光する状況を示す。 ウエハの主検査範囲とエッジ部とを区別し、ウエハのエッジ部における正反射光（鏡面反射光）と乱反射光を受光する状況を示す。 図２のエッジ部の測定について、とくに受光光学系を示す説明図。 膜付きウエハの主検査範囲とエッジ部における正反射光（鏡面反射光）と乱反射光を受光する状況を示す。 （Ａ）は、膜付きウエハの主検査範囲とエッジ部の概略を示し、（Ｂ）は、正反射光（鏡面反射光）と乱反射光を受光して、強度レベルが変化するパターンを示すグラフ。 （Ａ）は、膜付きウエハの主検査範囲とエッジ部における正反射光（鏡面反射光）のパターン変化を示し、（Ｂ）はウエハの主検査範囲（膜面）における正反射光の強度（Ｉ）を示すグラフで、（Ｃ）はウエハのエッジ部における正反射光の強度（Ｉ）を示すグラフである。 本発明による表面検査装置の一例を示す概略説明図。

符号の説明

１ 光源
２ 光束
３ 被検体（ウエハ）
３ａ 被検面
４ 照明光学系
５ 散乱反射光
６ 第１受光光学系
７ 第１光強度検出部
８ 正反射光（鏡面反射光）
９ 第２受光光学系
１０ 第２光強度検出部
１２ 第１信号
１３ 第２信号
１４ 制御演算部
１５ 表示部
１６ 駆動部
１８ テーブル
２１ ウエハ
２１ａ 主検査範囲
２１ｂ エッジ部
２２ 異物
２３ レンズ
５１ 光束
５２ 反射光
５３ 反射光

Claims (8)

1. 光束を表面検査の対象である被検体の被検面に対して所定の入射角で入射させるとともに前記被検面に対して光束を走査させて、被検体の表面を検査する表面検査方法において、
   前記被検面の走査部分から出射した散乱光を第１光強度検出部に導光するとともに、前記被検面の走査部分から出射した正反射光を第２光強度検出部に導光し、
   前記第１光強度検出部で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の主として異物を求め、前記第２光強度検出部で受光される正反射光の受光位置で被検面の高さを求め、
   前記被検面に対して光束が走査されていって、前記第２光強度検出部で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際に光束が被検体のエッジ部に到来したと認識し、そのエッジ部における受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定することを特徴とする表面検査方法。
2. 前記第２光強度検出部で受光される受光光束の幅が広がるパターンで受光光量が変化したとき、被検体のエッジ部であると判定することを特徴とする請求項１記載の表面検査方法。
3. 前記第２光強度検出部で受光される受光光束のレベルが低くなるパターンで受光光量が変化したとき、被検体のエッジ部であると判定することを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
4. 所定の光束を出射する光源と、
   前記光源から出射した光束を表面検査の対象である被検体の被検面に対して所定の入射角で入射させる照射光学系と、
   前記光束が前記被検面を走査するように、前記光束および前記被検体のうち少なくとも一方を、被検体のエッジ部を通過するように相対的に変位させる走査手段と、
   前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した散乱光を、第１光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、
   前記光束が入射した前記被検面の部分から出射した正反射光を、第２光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、
   前記第１光強度検出部および前記第２光強度検出部の出力に基づき、被検体の測定を行う制御演算部とを備え、
   前記制御演算部は、前記第１光強度検出部で受光された散乱光による第１信号に基づき、被検面上の主として異物を求め、前記第２光強度検出部で受光される正反射光の受光位置で被検面の高さを求め、そして前記第２光強度検出部で受光される受光光量が所定のパターンで変化した際に被検体のエッジ部であると認識し、その受光光量変化に基づき被検体のエッジ部の状況を測定するように構成されていることを特徴とする表面検査装置。
5. 上記被検体は、その表面の全体にウエハのエッジ付近を除いて膜が形成されているウエハであり、ウエハのエッジ付近は、形成された膜が除去されていることを特徴とする請求項４記載の表面検査装置。
6. 上記被検体の表面に形成された膜は、略鏡面の特性を有し、膜が除去された、ウエハのエッジ付近は、粗面の特性を有していることを特徴とする請求項５記載の表面検査装置。
7. 上記制御演算部は、前記第２光強度検出部で受光される受光光束の幅が広がることにより被検体のエッジ部と判定を行うように構成されている請求項４乃至６のいずれか１項記載の表面検査装置。
8. 上記制御演算部は、前記第２光強度検出部で受光される受光光束のレベルが低くなった箇所を被検体のエッジ部と判定を行うように構成されている請求項４乃至６のいずれか１項記載の表面検査装置。

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