JP2008218799A - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】２波長方式で多層構造の被検体の内部を正確に測定できる表面検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】 短波長と長波長の波長を出射する光源部から光束を被検体の被検面に対して所定の入射角で同時又は択一的に入射させ、光源部からの光束の種類、及び第１光強度検出部からの出力に基づき、射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整し、短波長の光束を照射した際の第１光強度検出部の出力と、長波長の光束を照射した際の第１光強度検出部の出力とを比較し、長波長の光束を照射した際の第１光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別し、かつ、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハその他の被検体の表面検査方法及び装置に関する。
２波長のレーザ光を利用してウエハ内部の欠陥を検査する方法及び装置は公知である。特許文献１および２や、非特許文献２を参照。
例えば、２波長の波長差（短波長と長波長の差）によってウエハの内部測定と表層測定は可能になっている。
特開平１１−３５４５９８号公報 特開平１１−２３７２２６号公報 武田一男著「ニ波長光散乱によるウエハ全面における表層欠陥のサイズと深さの計測技術（OSDA）」表面科学Vol.２２、No.５、pp．３２３−３３１、２００１
従来の２波長方式の表面検査においては、ＳＯＩ校正をすることができない。しかも、ＳＯＩウエハの内部界面の情報を定量的に測定することができなかった。
次世代の薄膜ＳＯＩウエハの表面の異物測定は短波長（ＤＵＶ）を用いることで可能であるが、従来の２波長方式の表面検査では、ウエハ母材の影響を定量的に測定することができない。例えば、中層と下層の界面の正確な測定ができない。とくに、ウエハ内部の小さな空洞や異物が測定できない。そのため、デバイスの歩留まりについて悪い影響があった。
本発明の目的は、２波長方式で多層構造の被検体（例えばウエハ）の内部を正確に測定できる表面検査方法及び装置を提供することである。
本発明の別の目的は、薄膜ＳＯＩまたはそれに準じた特性を持つ多層構造の被検体の内部の欠陥や異物を高精度に測定することを可能とし、歩留まりに貢献し、材質の品質を向上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、次のとおりである。
（１）短波長と長波長の２種類の波長の光束を、その強度を変化可能として出射する光源部と、
前記光源部から出射した２種類の波長の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同時または択一的に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相対的に変位させる走査部と、
前記光束が入射した前記被検面の入射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入射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、
光源部から出射される光束の種類、及び第１光強度検出部からの出力に基づき、光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する制御演算部とを備え、
前記制御演算部は、短波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力と、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力とを比較し、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別し、かつ、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の対象物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。
（２）上記被検体は、表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造になっていて、主に各層の境界に被検対象物が存在しており、上記制御演算部は、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定するように構成されていることを特徴とする前述の表面検査装置。
（３）上記光源部は、短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出するように構成され、
上記被検体は、薄膜ＳＯＩウエハであり、薄膜ＳＯＩウエハの表面から順にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉの層が多層構造として形成されていることを特徴とする前述の表面検査装置。
（４）上記光源部は、短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出するように構成され、
上記被検体はウエハであり、そのウエハにおける被検対象物は、ウエハ表面の異物と、ウエハ内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物であることを特徴とする前述の表面検査装置。
（５）上記光源部は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に、かつ、その強度を変化可能として出射するように構成したことを特徴とする前述の表面検査装置。
（６）短波長と長波長の２種類の波長の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て異物を検出する表面検査方法において、長波長の光束の強度を調整して、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定することを特徴とする表面検査方法。
（７）短波長と長波長の２種類の波長の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て異物を検出する表面検査方法において、長波長の光束の強度を調整して、長波長の光束の強度を「強」にしたときに測定される対象物から、長波長の光束の強度を「弱」にしたときに測定される対象物を差し引いて、残った対象物を被検体の内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物と判定することを特徴とする表面検査方法。
（８）表層、中層および下層がそれぞれ第１層、第２層および第３層であり、一方で、短波長の光を照射して第１測定結果を得、他方で、内部の第３層にあるＣＯＰ又は欠陥を含む異物まで検出できる強い強度の長波長で照射して検出画像を得、第１測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとし、これより所定レベル上げた第１測定レベルにより測定することにより第２測定結果を得、さらに基準レベルより所定レベル下げて測定することにより第３測定結果を得て、第１測定結果にのみ現れる対象物を被検体の表面に存在するものと判定し、第１乃至第３測定結果に現れる異物を第２層より深い対象物と判定し、第１及び第２測定結果にのみ現れる対象物を第１層に存在するものと判定することを特徴とする前述の表面検査方法。
（９）上記被検体は、表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造となっていて、主に各層の境界に被検対象物が存在しており、
内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定することを特徴とする前述の表面検査方法。
（１０）短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出し、
上記被検体は、薄膜ＳＯＩウエハであり、薄膜ＳＯＩウエハの表面から順にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉの層が多層構造として形成されていることを特徴とする前述の表面検査方法。
（１１）短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出し、
上記被検体はウエハであり、そのウエハにおける被検対象物は、ウエハ表面の異物と、ウエハ内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物であることを特徴とする前述の表面検査方法。
（１２）短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に出射することを特徴とする前述の表面検査方法。
発明を実施する最良の形態
本発明は、短波長と長波長の２種類の波長の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て被検対象物例えば異物を検出する表面検査方法及び装置を改良したものである。
一方で、短波長の光束を被検体の被検面に入射させて被検体の表面における異物を測定し、他方で（あるいは、短波長による測定のあとで）、長波長の光束の強度を調整して、被検体の内部における異物（本願において異物とは狭義の異物、欠陥、空洞、ＣＯＰ等を含む）を測定する。
例えば、本発明の１つの実施形態においては、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定する。
本発明の別の実施形態においては、長波長の光束の強度を「強」にしたときに測定される異物から、長波長の光束の強度を「弱」にしたときに測定される異物を差し引いて、残った異物を被検体内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物と判定する。
本発明で検査する被検体は、例えば、表面から順に表層、中層及び下層（それぞれ第１層、第２層、第３層に相当するのが普通）を有する多層構造となっていて、好ましくは、主に各層の境界に被検対象物（異物）が数多く存在している。
本発明の別の実施形態においては、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定する。
好ましくは、短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出する。この場合、被検体の好ましい例は、薄膜ＳＯＩウエハであり、薄膜ＳＯＩウエハの表面から順にＳｉ、ＳｉＯ、Ｓｉの層が多層構造として形成されている。
また、短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出することもできる。この場合、被検体はウエハとし、そのウエハにおける被検対象物は、ウエハ表面の異物と、ウエハ内部（とくに中層と下層の境界）のＣＯＰ又は欠陥を含む異物であることが好ましい。
また、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に出射することが好ましい。
また、本発明の別の好ましい実施形態においては、表面検査装置は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、その強度を変化可能として出射する光源部と、前記光源部から出射した２種類の波長の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同時または択一的に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相対的に変位させる走査部と、前記光束が入射した前記被検面の入射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入射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、光源部から出射される光束の種類、及び第１光強度検出部からの出力に基づき、光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する制御演算部とを備えている。
前記表面検査装置の制御演算部は、短波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力と、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力とを比較し、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別し、かつ、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定するように構成されている。
好ましくは、上記制御演算部は、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定するように構成されている。
上記光源部は、短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出するように構成されていることが好ましい。
上記光源部は、短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出するように構成することもできる。
また、上記光源部は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に、かつ、その強度を変化可能として出射するように構成することが好ましい。
さらに、好ましい光源部について具体的に説明する。
遠紫外線の波長としては、例えば２１３ｎｍ、２２６ｎｍ、３５５ｎｍを用いることが好ましい。これらの波長は、ＹＡＧの固体レーザ（基本波１０６４ｎｍ）をＣＢＯ結晶（セシウムトリボレート結晶）やＣＬＢＯ結晶（セシウム・リチウム・ボレート結晶）などの非線形光学結晶によって、それぞれ５倍波、４倍波、３倍波を取り出すことにより形成することができる。
可視光線の好ましい構成の一例を述べると、４０８ｎｍとして青色半導体レーザを利用し、４８８ｎｍとしてＡｒレーザ固体レーザを利用することができる。
本発明によれば、ＳＯＩウエハもしくは他の多層膜構造のウエハが、２波長により内部と表層を測定可能である。例えば、ウエハ内部まで異物の検査をする。とくに界面での散乱量を測定する。それにより界面状況を把握し、ＳＯＩウエハの内部異物・欠陥測定及び界面の測定が可能となる。その結果、品質の向上がはかれる。さらに、ウエハ内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物を用いてＳＯＩ校正を行うことができる。
本発明の好適な実施例を説明する。
本発明の好適な実施例における測定方法の原理について述べる。
波長毎のＳｉにおいて入射光強度が１／ｅ２（約１３％）となる深さと波長の関係は、図１のグラフに示すとおりである。
図１からも明らかなように、紫外域（特に遠紫外域）の波長と、可視域の波長の間の領域において、Ｓｉにおける透過する距離が１０倍以上相違するように著しく変化する。したがって、紫外域の波長の光を照射して検出した場合には、略表面の異物やＣＯＰの検出のみに留まる一方、可視域の波長の光を用いれば、ウエハの内部深くまで照射される。そのため、ウエハの内部にある膜構成（多重構造）、例えば中層と下層の境界におけるＣＯＰ（最も数が多く、特徴的であるＣＯＰである）の検出が可能となる。
図２において、ウエハは、Ｓｉからなる表層Ａ（第１層）、ＳｉＯ２からなる中層Ｂ（第２層）、Ｓｉからなる下層Ｃ（第３層）を有し、表層Ａの厚みが２０〜１００ｎｍ、中層Ｂの厚みが１００〜１５０ｎｍ、下層Ｃの厚みが約５００ｎｍである。
図２の例における下層Ｃは母材とも呼ばれる。
本発明の好ましい実施形態においては、測定の際、まず、紫外線の波長（短波長）の光λ１を照射して第１測定結果を得る。次に、内部（例えば下層つまり第３層ＣにあるＣＯＰ）まで検出できる強い強度の可視光の波長（長波長）の光λ２で照射して検出画像を得る。第１測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて、その消失時点のレベルを基準レベルとする。この基準レベルより所定レベルだけ上方に上げて第１測定レベルとする。その第１測定レベルで測定することにより第２測定結果を得る。さらに、基準レベルだけ下方に下げた第２測定レベルにより測定することにより第３測定結果を得る。
このように得た測定結果に基づいて対象物（異物）を測定する。例えば、第１測定結果にのみ現れる対象物をウエハ表面に存在するものと判定し、第１乃至第３測定結果に現れる異物をウエハの中層（第２層）より深い対象物と判定し、第１及び第２測定結果にのみ現れる対象物を表層（第１層）に存在するものと判定する。
このような測定を実行することにより、多層構造（膜条件）が異なるウエハであったとしても、基準レベルから上方及び下方の所定レベル（又は基準レベルより高いレベルと、それより低いレベル）の照射光で測定を行うため、散乱光の大きさにより、ウエハ内部の各層又は各境界に存在する対象物の大きさが信頼性を持って測定可能となる。
なお、ＣＯＰは、Crystal Originated Particleの略語であり、ウエハ上の微粒子やウエハ内部の結晶空洞をいう。
また、ＳＯＩウエハとは、Silicon on Insulatorウエハをいう。
図３〜６を参照して、前述のような測定原理に基づく表面検査方法の実施例を説明する。
まず、ウエハ３１の表層である第１層３１ａと、内部の中層と下層である第２層３１ｂと第３層３１ｃを測定するために、２種類の波長の光、つまりＤＵＶ（遠紫外線）と呼ばれる波長の短いレーザー光３２（例えば３５５ｎｍ、２２６ｎｍなどの光）と、可視光で長波長（例えば４０８，４８８ｎｍ）のレーザー光３３を利用する。
図３に示すように、第１層３１ａがＳｉからなり、第２層３１ｂがＳｉО２からなり、第３層１ｃがＳｉからなる場合、通常、波長の短い光３２（ＤＵＶ）は、Ｓｉからなる第１層３１ａを透過しないため、波長の短い光３２によって第１層１ａ（表層）のみを測定する事が可能である。波長の長い光３３は、内部（第２層３１ｂと第３層３１ｃ）まで測定できるが、レーザー光（光束）の強度によって測定可能な深さが変化する。
まず、短波長の光３２を照射して第１測定結果を得、次に、内部の第２層３１ｂにあるＣＯＰまで検出できる強い強度の長波長の光３３を照射して検出画像を得る。第１測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとする。基準レベルより所定レベル上方に上げた第１測定レベル（上方測定レベル）により測定することにより第２測定結果を得る。さらに基準レベルより下方に所定レベル下げた第２測定レベル（下方測定レベル）により測定することにより第３測定結果を得る。そして、第１測定結果にのみ現れる対象物をウエハ表面に存在するものとし、第１乃至第３測定結果に現れる異物を第２層より深い位置の対象物と判断し、第１及び第２測定結果にのみ現れる対象物を第１層に存在するものと判断する。
前述のような２種類の波長の光による測定結果に基づいてウエハ３１の内部と表層の異物を識別して測定できる。とくに、ウエハ内部の各層（つまり第２層と第３層）の異物と表層の異物とを識別して測定できる。
好ましくは、図４に示すように、特徴のあるＣＯＰ３４が母材つまり第３層３１ｃ（下層）に多いウエハ３１を使用する事で、長波長側の校正を可能とすることができる。例えば、長波長側の光量の強度を調整して、例えば強度をまず「強」として、ウエハ３１の全層を測定し、つぎに「強」から「弱」に調整していくと、下層３１ｃのＣＯＰ３４が消失して検出できなくなる。一般にＣＯＰはウエハ３１の下層３１ｃ（母材）の表面、換言すれば中層３１ｂと下層３１ｃとの境界に多く集中しているため、前述のような「強」から「弱」への強度調整によって、ウエハ３１の下層３１ｃの表面に多く集中している特徴あるＣＯＰ３４が、ある強度レベルで大量に消える。この現象を利用すれば、ウエハ３１の母材つまり第３層３１ｃ（下層）に存在するＣＯＰ３４を測定するための最適光量が分かり、校正が容易かつ正確にできる。
また、図５に示すように、ウエハ下層３１ｃのＣＯＰ３４が消失する前後で検出される異物の差から、下層３１ｃの異物を判定できる。つまり、ＣＯＰ３４の消失前の異物を検出して記録しておき、ＣＯＰ３４の消失前の異物から、ＣＯＰ３４の消失後の異物を差し引いて残った異物を、下層３１ｃの異物であると判定することができる。
このような現象を活用すると、下層のＣＯＰを利用して校正が可能となる。例えば、異なる条件で最低２回測定することで、ウエハの表面、表層、内部（中層、下層）に属する異物を識別して正確に測定することができる。
また、波長によって表面散乱は各界面での散乱を含んでいると考えられる。そのため、上記校正を行い、さらにＨＡＺＥ測定（すなわち、表面散乱測定）をし、ウエハ内部（中層、下層）の状態をＨＡＺＥ−Ａとし、内部のＣＯＰ消失時の状態をＨＡＺＥ−Ｃとすると、ＨＡＺＥ−ＡからＨＡＺＥ−Ｃを差し引いたものが、ウエハ３１の下層３１Ｃの表面でのＨＡＺＥ情報と判定できる。
例えば、図６は、ウエハ３１の上層３１ａ、中層３１ｂ、下層３１ｃの各界面からＨＡＺＥを示す。ＣＯＰの観察できる状態にはＨＡＺＥ−１、２、３が含まれており、ＣＯＰが測定できなくなったときには、ＨＡＺＥ−２、３の情報となる。短波長がＨＡＺＥ−３とすれば、波長による係数が必要であるが、演算により各界面でのＨＡＺＥ情報を抽出可能である。
図７は、本発明方法を実施するための、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、光源部１と、その光源部１からのレーザー光の光束２でウエハ３（被検体）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。
光源部１は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、その強度を変化可能として出射する。
光源部１から出射した２種類の波長の光束は、被検体の被検面に対して所定の入射角で同時または択一的に入射させる。
光源部１から出射される光束の種類、及び第１光強度検出部７からの出力に基づき、光源部１から射出される少なくとも長波長の光束の強度を制御演算部１４で調整する。
制御演算部１４は、短波長の光束を照射した際の第１光強度検出部７の出力と、長波長の光束を照射した際の第１光強度検出部７の出力とを比較し、長波長の光束を照射した際の第１光強度検出部７の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別し、かつ、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部７の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定する。
被検体３が、表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造になっていて、主に各層の境界に被検対象物が存在している場合、制御演算部１４は、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部７の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部７の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定する。
また、光源部１は、短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出する。好ましくは、光源部１は、短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出する。また、光源部１は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に、かつ、その強度を変化可能として出射する。
制御演算部１４は、表層、中層および下層（第１層、第２層および第３層）の多層構造のウエハを検査するとき、一方で、短波長の光を照射して第１測定結果を得、他方で、内部の第２層にあるＣＯＰまで検出できる強い強度の長波長で照射して検出画像を得、第１測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとし、これより所定レベル上げた第１測定レベルにより測定することにより第２測定結果を得、さらに基準レベルより所定レベル下げた第２測定レベルにより測定することにより第３測定結果を得て、第１測定結果にのみ現れる対象物を被検体の表面に存在するものと判定し、第１乃至第３測定結果に現れる異物を第２層より深い対象物と判定し、第１及び第２測定結果にのみ現れる対象物を第１層に存在するものと判定する。
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の高さを求めることもできる。
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。
光束２が被検面３ａを走査するように、光束２および被検体３のうち少なくとも一方を相対的に変位させる走査部２０は、駆動部１６、モータ２９、テーブル１８その他で構成されている。
本発明によれば、次世代ウエハと呼ばれる薄膜ＳＯＩの内部（中層、下層）やそれらの界面の管理が可能となる。従来は、ウエハの電気的特性や表面の異物によって管理されていたが、従来に比べて、本発明によれば、界面管理が可能となる。そのため、歩留まりへの影響を小さくできる。歩留まり向上と材質の品質向上に大きく寄与できるのである。
波長とＳｉ進入長（深さ）との関係を示すグラフ。 本発明によるウエハの表面検査方法におけるウエハの表層と内部の測定原理を説明するための図。 本発明によるウエハの表面検査方法におけるウエハの表層と内部の測定を具体的に示す説明図。 長波長側の校正を説明するための図。 長波長の強度の調整により内部ＣＯＰの消失の前後の状態を示す説明図。 各界面からのＨＡＺＥを示す。 本発明方法を実施するための表面検査装置の一例を示す概略図。
符号の説明
１ ウエハ
１ 光源部
１ａ 第１層（表層）
１ｂ 第２層（中層）
１ｃ 第３層（下層）
２ 光束
３ 被検体
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 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
２０ 走査部

Claims (12)

  1. 短波長と長波長の２種類の波長の光束を、その強度を変化可能として出射する光源部と、
    前記光源部から出射した２種類の波長の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同時または択一的に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相対的に変位させる走査部と、
    前記光束が入射した前記被検面の入射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入射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、
    光源部から出射される光束の種類、及び第１光強度検出部からの出力に基づき、光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する制御演算部とを備え、
    前記制御演算部は、短波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力と、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力とを比較し、長波長の光束を照射した際の前記第１光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別し、かつ、長波長の光束の強度を調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の対象物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。
  2. 上記被検体は、表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造になっていて、主に各層の境界に被検対象物が存在しており、上記制御演算部は、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
  3. 上記光源部は、短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出するように構成され、
    上記被検体は、薄膜ＳＯＩウエハであり、薄膜ＳＯＩウエハの表面から順にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉの層が多層構造として形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の表面検査装置。
  4. 上記光源部は、短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出するように構成され、
    上記被検体はウエハであり、そのウエハにおける被検対象物は、ウエハ表面の異物と、ウエハ内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物であることを特徴とする請求項１又は２記載の表面検査装置。
  5. 上記光源部は、短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に、かつ、その強度を変化可能として出射するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の表面検査装置。
  6. 短波長と長波長の２種類の波長の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て異物を検出する表面検査方法において、長波長の光束の強度を調整して、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定することを特徴とする表面検査方法。
  7. 短波長と長波長の２種類の波長の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て異物を検出する表面検査方法において、長波長の光束の強度を調整して、長波長の光束の強度を「強」にしたときに測定される対象物から、長波長の光束の強度を「弱」にしたときに測定される対象物を差し引いて、残った対象物を被検体の内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物と判定することを特徴とする表面検査方法。
  8. 表層、中層および下層がそれぞれ第１層、第２層および第３層であり、一方で、短波長の光を照射して第１測定結果を得、他方で、内部の第３層にあるＣＯＰ又は欠陥を含む異物まで検出できる強い強度の長波長で照射して検出画像を得、第１測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとし、これより所定レベル上げた第１測定レベルにより測定することにより第２測定結果を得、さらに基準レベルより所定レベル下げて測定することにより第３測定結果を得て、第１測定結果にのみ現れる対象物を被検体の表面に存在するものと判定し、第１乃至第３測定結果に現れる異物を第２層より深い対象物と判定し、第１及び第２測定結果にのみ現れる対象物を第１層に存在するものと判定することを特徴とする請求項６又は７記載の表面検査方法。
  9. 上記被検体は、表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造となっていて、主に各層の境界に被検対象物が存在しており、
    内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第１強度を設定し、第１強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、消失レベルよりも低いレベルに、長波長の光束の第２強度を設定し、第２強度の長波長の光束により得られる第１光強度の出力に基づき、被検体内部の中層に属する被検対象物を測定することを特徴とする請求項６又は７記載の表面検査方法。
  10. 短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出し、
    上記被検体は、薄膜ＳＯＩウエハであり、薄膜ＳＯＩウエハの表面から順にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉの層が多層構造として形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の表面検査方法。
  11. 短波長として遠紫外域（ＤＵＶ：Deep Ultraviolet）の光束を射出し、
    上記被検体はウエハであり、そのウエハにおける被検対象物は、ウエハ表面の異物と、ウエハ内部のＣＯＰ又は欠陥を含む異物であることを特徴とする請求項６又は７記載の表面検査方法。
  12. 短波長と長波長の２種類の波長の光束を、同軸に出射することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項記載の表面検査方法。
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