JP2008267817A - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検査対象物、例えば基板、とくにウェハの表面検査で異物及びウェハ基板から生じる散乱光を検出する場合に、より簡単な構成で広範囲の散乱光を取り込むことや、特定方向の散乱光を選択的に取り込むことを可能とし、微小な異物等の検出、ならびに異物等の分類、ウェハ基板の状態を検出できる表面検査方法及び装置を提供する。
【解決手段】 光源からの光を検査対象物（例えばウェハ）上に照射し、照射点を走査しながら、照射点からの散乱光を光電変換器で受光し、光電変換器からの信号を検出することによって、検査対象物上の異物や傷等を検査する表面検査方法及び表面検査装置において、照射点からの散乱光の特定の広がりを光電変換器に導く光学系と、検査対象物を介して光学系と略対称となる位置に配置した反射鏡とを有する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、各種検査対象物（物体）の表面検査方法及び装置に関し、例えば半導体ウェハの表面の異物や傷等を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関するものである。

一般に、ウェハの表面に異物やキズが存在すると、その部分に形成される回路パターンに欠陥が生じ、その集積回路は使用不能になる。その結果、１枚のウェハから取れる集積回路の数が減り、歩留まり低下を招く。

そこで、リソグラフィー工程に入る前に、半導体集積回路の材料となるウェハを検査して、異物が存在しない事を確認している。

この検査の方法としては、ウェハ表面にレーザ光を集光し、その集光点からの散乱光を受光して、その受光信号に基づいて異物等を検出する方法が一般的である。

図１は、従来のウェハ表面検査装置を示す。

図１において、光源１０にはレーザが用いられている。光源１０を出た光は、光学系１１によって入射角約２０度でウェハ１２の表面に集光される。集光点１３からの散乱光はレンズ１４によって光電変換器１５に受光される。ウェハ１２はモータ１６によって回転され、それと同時に並進機構（図示せず）によって移動され、結果的に集光点１３がウェハ１２の全面を走査するようになっている。

散乱光を受光する光電変換器１５は、集光点１３が異物等を横切る際に散乱光の強度に応じたパルス状の信号を出力する。それゆえ、このパルス状の信号を信号検出回路１７で検出し、その信号出力の大きさによって、散乱物体つまり異物の存在と大きさを判断するようになっている。

一方、集積回路の集積度の増加が回路パターンの微細化を進め、それによって検査すべき異物の大きさも微細化し、それとともに検査装置の感度を向上する必要が生じてきている。

このような背景の下で、検査によって検出しようとする異物等は、様々な特性（形状、材質等）を有しているため、異物等から生じる散乱光の配光も様々であり、より広い範囲で受光することが、より小さな異物や様々な特性の異物を検出するのに有効であるとされている。

図２は、図１に対して、より広い範囲を受光するために、レンズ１４’、光電変換器１５’、信号検出回路１７’を追加した例を示す。さらに多くの信号検出系を追加することで、より広範囲を受光することも行われている。しかしながら、このように多くの信号検出系を追加すると、追加する信号検出系に応じて、構造は複雑になるという欠点がある。

その他にも、図３に示すように、楕円反射鏡２５を介して光電変換器２０に集光することにより、広範囲の受光を行う構成も考えられている。特許文献１を参照。

一方、異物等を検出するためには、異物等から生じる散乱光を多く取り込むことに加えて、検査対象である基板そのものから生じる散乱光を低く押えることが、より微細な異物を検出するために重要なこととなっている。つまり、異物からの散乱光が検出するための信号とするなら、基板から生じる散乱光はノイズと表すことができ、Ｓ／Ｎを総合的に向上することが、結果的により小さな異物の検出を可能とする。

このためには、先に述べたように、単に広い範囲の散乱光を取り込むことだけではなく、異物や基板の特性によっては、信号が大きくてノイズが小さい、つまりＳ／Ｎが高くなる範囲に限定した特定の方向の散乱光を取り込むようにすることが、異物等の検出に有効となる。

こうした意味では、先に述べた図２の従来例においては、複数設置した信号検出回路の内、特定の方向のみ信号処理することが実施されている。

また、図３の従来例においては、光電変換器２０の前に絞り２１を追加し、特定の方向をさえぎることで、より小さな異物等の検出を実現している。２２はレーザ源、２３は光学系、２４はウェハ、２５は楕円反射鏡である。

図４は、絞り２１の形状を、図３のウェハ２４の法線方向から見たものを示す。法線に対象な６０°の範囲を通過した散乱光を光電変換器２０で受光するようにしている。
特表２００１−５１６８７４号公報

図２に示したシステムでは、受光可能な範囲を広げようとすると、複数の受光系（受光レンズ＋光電変換器）を設置する必要があるため、複雑な形状にすることが必要である。さらに、複数の光電変換器で検出した信号の処理においても、同様に複数の処理が必要となる。

一方、図３のシステムでは、より広い範囲の散乱光を受光できたり、異物や基板の特性から、絞りにより特定方向の散乱光を検出することでＳ／Ｎを有利にできるという利点はあるが、有用な情報である散乱光の配光は、光電変換器が限られていたり、絞りで遮断した部分の情報は失われてしまうという欠点がある。

そこで、本発明は、検査対象物、例えば基板、とくにウェハの表面検査で異物及びウェハ基板から生じる散乱光を検出する場合に、より簡単な構成で広範囲の散乱光を取り込むことや、特定方向の散乱光を選択的に取り込むことを可能とし、微小な異物等の検出、ならびに異物等の分類、ウェハ基板の状態の検出などを可能とする検査方法及び装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、特許請求の範囲に記載した事項を特徴とする。

本発明によれば、検査対象物、例えば基板、とくにウェハの表面検査で異物及び基板から生じる散乱光を検出する場合に、より簡単な構成で広範囲の散乱光を取り込むことができる。さらに、特定方向の散乱光を選択的に取り込むことが可能である。その結果、より微小な異物等が検出でき、異物等を分類したり、基板の状態を検出したりすることができる。

本発明は、光源からの光を検査対象物、例えばウェハの表面に照射し、照射点を走査しながら、照射点からの散乱光を光電変換器で受光し、光電変換器からの信号を検出することにより、ウェハ表面上の異物や傷を検査するウェハ表面検査方法を改良したものである。

とくに、本発明は、照射点からの散乱光の特定の広がりを光電変換器に導く光学系と、ウェハ基板を介して光学系と略対称となる位置に反射鏡とを有することで、光電変換器を増やすことなく、より広範囲の散乱光を検出し、微小な異物等の検出を可能とするものである。

本発明においては、好ましくは、ウェハからの散乱光の一部を検出器で検出するとともに、検出器からみて、ウェハ基板の照射点を中心とした略点対称な位置に配置した反射鏡により散乱光の一部を反射させ、ウェハ表面で再度反射させ、ウェハでの照射点をずらして再度反射させて同一の検出器で検出し、ウェハ上の広範囲の散乱光を検出し、微小な異物等を検出する。

以下、図５〜７を参照して、本発明の実施例を説明する。

図５〜６は、本発明の一つの実施例を示す。

図５〜６において、ウェハ３０のまわりに３つの光電変換器（ＰＭＴ）、すなわちフロント光電変換器３１、バック光電変換器３２、サイド光電変換器３３が等距離かつ等間隔に配置されている。各光電変換器（すなわちフロント光電変換器３１、バック光電変換器３２、サイド光電変換器３３）とウェハ３０との間に、それぞれレンズ３４、３５、３６が配置されている。さらに、反射鏡３７、３８、３９がウェハ３０のまわりに等距離かつ等間隔に配置されている。なお、フロント光電変換器３１、バック光電変換器３２、サイド光電変換器３３の間の距離、間隔、また、反射鏡３７、３８、３９の距離、間隔は、等距離かつ等間隔に限定されず、ウェハから散乱光の方向、ウェハからの反射光の方向などに応じて変えることができる。

なお、図５〜６の実施例では、レンズ及びミラーの図示は、レンズと反射鏡が円形となっているが、レンズのＮＡを大きくすると、対向する反射鏡は図１１に示すように構成される。

符号６０は、ポラライザーを示す。

ウェハ３０上の照射点に異物４０がある場合、発生した散乱光は、レンズ３４、３５、３６のＮＡ（すなわち、０．１〜０．９、好ましくは０．４程度）で取り込まれる範囲は、直接、光電変換器３１、３２、３３に導かれ、レンズ３４、３５、３６のＮＡと略点対称側に反射鏡３７、３８、３９を配置することで、反射鏡側に生じた散乱光を、一度ウェハ３０に反射することで、光電変換器３１、３２、３３に導くことができる。

反射鏡なしでは、集光可能な散乱光の範囲がレンズ３４、３５、３６のＮＡに限られるが、反射鏡３７、３８、３９が存在すると、反射鏡によりウェハ３０を介して戻すことで、光電変換器３１、３２、３３を増やすことなく、反対側に広がっていた散乱光を光電変換器３１、３２、３３に取り込むことが可能となる。

図７は、異物４０から直接取り込む散乱光４１と、反射鏡３７、３８、３９を介して取り込む散乱光４２を示している。わかりやすくするため、図７ではウェハ３０上で反射する部分を除いて示している。この例では、反射鏡３７、３８、３９の集光点をずらすことにより、効率よく取り込むようにしている。

また、図示していないが、集光点をピント方向にずらして効率を上げるなどの方法も本発明に含まれている。

図７において、散乱光４１は、光電変換器３１、３２、３３（検出器）で直接受光する光束であり、散乱光４２は、反射鏡３７、３８、３９で反射され、光電変換器３１、３２、３３（検出器）で受光する光束である。

図８は、他の実施例を示す。

前述の図５〜６の実施例においては、光電変換器３１、３２、３３と反射鏡３７、３８、３９は交互に配置されていたが、図８の実施例においては、光電変換器３１、３２、３３と反射鏡３７、３８、３９が、それぞれ連続して（つまり、まとめて）配置されている。

また、図９に示すように、ウェハ３０の法線に対する角度方向に（ウェハ３０の平面と直交する平面上に）、光電変換器３１、３２、３３、レンズ３４、３５、３６、反射鏡３７、３８、３９を複数配置することも可能である。

また、図示していないが、多面体の面にすることも可能である。

図１０は、異物やウェハ基板の特性により、特定方向の散乱光においてＳ／Ｎが高いというような場合、必ずしも反射鏡による取り込みが有効に働くとは限らないため、反射鏡方向の散乱をさえぎる方法を示している。

図１０において、（Ａ）は、反射鏡３７、３８、３９の出し入れをする形態を示し、（Ｂ）は、遮光板５８（板や液晶など）の挿入をする形態を示し、（Ｃ）は、反射鏡３７、３８、３９の回転による反射防止をする形態を示す。

さらに、ピントをずらすこと、反射鏡向き変更による軸外しをすることなども考えられる。

こうした反射鏡方向に向かった散乱光を選択的に受光可能とすることは、異物やウェハ基板の特性によっては、より微小な異物等を検出することに役立つ。また、異物の特性を判定する検出条件設定の際に自由度を増大させることから、異物の種類を判別することにも役立つ。

さらには、以上説明した図５〜１０の実施例を組み合わせて実施することもできる。そして、得られた検出信号から異物等の特性を判断するための情報元とするのが好ましい。

従来の表面検査装置を示す。 他の従来の表面検査装置を示す さらに他の従来の表面検査装置を示す。 さらに他の従来の表面検査装置を示す。 本発明の第１実施例を示す平面図。 本発明の第１実施例を示す正面図。 本発明の第２実施例を示す。 本発明の第３実施例を示す。 本発明の第４実施例を示す。 本発明の更に他の実施例を示す。 （Ａ）は、図５に対応させて本発明の更に他の実施例を示し、（Ｂ）は、その図１１（Ａ）の矢印Ａの方向から見た概略図である。

符号の説明

１０ 光源
１１ 光学系
１２ ウェハ
１３ 集光点
１４ レンズ
１５ 光電変換器
１６ モータ
１７ 信号検出回路
２０ 光電変換器
２１ 絞り
２２ レーザ源
２３ 光学系
２４ ウェハ
２５ 反射鏡
３０ ウェハ
３１、３２、３３ 光電変換器
３４、３５、３６ レンズ
３７、３８、３９ 反射鏡
４０ 異物
４１、４２ 散乱光
５０ 遮光板

Claims (8)

1. 光源からの光を検査対象物上に照射し、照射点を走査しながら、照射点からの散乱光を光電変換器で受光し、光電変換器からの信号を検出することによって、検査対象物上の異物や傷等を検査する表面検査装置において、
   照射点からの散乱光の特定の広がりを光電変換器に導く光学系と、検査対象物を介して光学系と略対称となる位置に配置した反射鏡とを有することを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１に記載の表面検査装置において、
   光電変換器が複数配置され、複数配置された光学系と、検査対象物を介して光学系と略対称となる位置に複数の反射鏡を有することを特徴とする表面検出装置。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の表面検査装置において、
   反射鏡は、その集光点をずらして配置したことを特徴とする表面検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面検査装置において、
   反射鏡に向かう散乱光を遮断する光学系を有することを特徴する表面検査装置。
5. 光源からの光を検査対象物上で照射し、照射点を走査しながら、照射点からの散乱光を光電変換器で受光し、光電変換器からの信号を検出することによって、検査対象物上の異物や傷等を検査する表面検査方法において、
   照射点からの散乱光の特定の広がりを光学系により光電変換器に導き、検査対象物を介して光学系と略対称となる位置に反射鏡を配置して、検査対象物からの反射光をより広範囲に受光することを特徴とする表面検査方法。
6. 前記請求項５に記載の表面検査方法において、
   光電変換器が複数配置され、複数配置された光学系と、検査対象物を介して光学系と略対称となる位置に複数の反射鏡を有することを特徴とする表面検出方法。
7. 請求項５及び６のいずれか１項に記載の表面検査方法において、
   反射鏡は、その集光点をずらして配置したことを特徴とする表面検査方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の表面検査方法において、
   反射鏡に向かう散乱光を遮断する光学系を有することを特徴とする表面検査方法。