JP2009156574A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
球面収差がある光学系では、焦点校正の試料がパターン形状の場合、検出信号が最大となるフォーカス位置がシフトし、正確な焦点校正ができない。
【解決手段】
検査装置として、被検査物を載置するウエハチャックと、載置した被検査物の検出画像信号を得る撮像系と、撮像系から得られる画像信号から欠陥を検出する画像処理部と、被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、焦点あわせを行う焦点制御部と、高さ検出部の焦点位置を決定するために、点像として検出される校正試料とを有することを特徴とする。前記校正試料は、標準粒子を具備してもよい。また、前記校正試料は、ウエハチャックの近傍に配置されることとしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関するものである。例えば半導体ウェーハの欠陥検査に関するものである。

従来の欠陥検査装置の分野では、焦点認識の校正試料としてウェーハチャック部に校正用サンプルを置くことが知られている。その校正用試料は、たとえば特許文献１記載のように、半導体チップ上に微細なパターンが形成されたものである。

特開２００４−１９８１９９号公報

上記従来技術では、微細な段差パターンが形成された校正試料を使用していた。このような、微細な段差パターンを使用した場合、光学系に球面収差などの収差があると、焦点検出に誤差がともなうという課題があった。

本発明の一つの目的は、球面収差などの収差のある光学系であっても、校正誤差を低減できる校正試料を有する検査装置及び検査方法を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、上記目的を達成するためには、校正用試料に微細なパターンを使用せず、点像を生ずる校正用試料を使用するものである。

本発明の一つの効果は、球面収差などの収差のある光学系であっても、校正に起因する検出誤差を低減できる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

本実施例の装置は、検出光学系とは別に焦点制御系（焦点検出光学系＋焦点駆動系）を有し、ウェーハスキャン時は焦点検出光学系で検出した焦点位置に焦点駆動系を制御して、検出光学系の焦点をウェーハ面の凹凸に追従させる機能を有する。

図１は、本発明の実施例に係わる異物検査装置の概略構成を示す図である。本実施例の異物検査装置は、異物検出系の照明装置１０，異物検出系の検出装置２０，Ｘスケール３０，Ｙスケール４０，表面高さ位置検出系の照明装置５０，表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ），処理装置１００，ステージＺの制御装置２００、及び、画像表示装置３００を含んで構成されている。

照明装置１０は、検査光として所定の波長のレーザー光を発生し、その光ビームを被検査物である半導体ウェーハ１の表面へ照射する。表面にチップ２が形成された半導体ウェーハ１は、図示しないウェーハテーブル（ステージＺ）上に搭載されており、ステージＺがＹ方向及びＸ方向へ移動することによって、レーザー装置等の照明装置１０から照射された光ビームが半導体ウェーハ１の表面を走査する。つまり、ステージＺを縦横の水平方向に移動させて半導体ウェーハ１の表面全体に検査光の走査を行うことができる。

検出装置２０は、例えばＴＤＩ（Time Delay and Integration）センサ，ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ，光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等から成り、半導体ウェーハ１の表面で発生した散乱光を受光して、その強度を電気信号に変換し、画像信号として処理装置１００へ出力する。

Ｘスケール３０及びＹスケール４０は、例えばレーザースケール等から成り、半導体ウェーハ１のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、その位置情報を処理装置１００へ出力する。

処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０，画像処理装置１２０，異物判定装置１３０，座標管理装置１４０、及び検査結果記憶装置１５０を含んで構成されている。

Ａ／Ｄ変換器１１０は、検出装置２０から入力したアナログ信号の画像信号を、ディジタル信号の画像信号に変換して出力する。

画像処理装置１２０は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号を入力して遅延することにより、検査光の走査で現在光ビームが照射されているチップの１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップの画像信号を出力する。

異物判定装置１３０は、判定回路１３１及び係数テーブル１３２，１３３を含んで構成されている。係数テーブル１３２，１３３には、しきい値を変更するための係数が座標情報と対応付けて格納されている。

係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０からの座標情報を入力して、その座標情報に対応付けて格納されている係数を、判定回路１３１へ出力する。

判定回路１３１には、画像処理装置１２０から隣接するチップ相互の画像信号の差分が入力され、係数テーブル１３２，１３３からしきい値を変更するための係数が入力される。判定回路１３１は、予め定められた値に係数テーブル１３２，１３３から入力した係数を掛け算して、しきい値を作成する。そして、画像信号の差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以上である場合に異物と判定して、検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。判定回路１３１はまた、判定に用いたしきい値の情報を検査結果記憶装置１５０へ出力する。

座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力した半導体ウェーハ１の位置情報に基づき、半導体ウェーハ１上の現在光ビームが照射されている位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を出力する。

検査結果記憶装置１５０は、異物判定装置１３０から入力した検査結果と、座標管理装置１４０から入力した座標情報とを対応付けて記憶する。検査結果記憶装置１５０は、また、異物判定装置１３０から入力したしきい値の情報を、検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。

異物検出系の照明装置１０を、被検査物に検査光を照射する照射手段という。

異物検出系の検出装置２０を、被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段という。

表面高さ位置検出系の照明装置５０を、被検査物に表面高さ位置検出の検出光を照射する表面高さ位置検出照射手段という。

表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ）を、被検査物の表面高さ位置を検出する表面高さ位置検出手段という。表面高さ位置検出手段は、被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有する。

異物判定装置１３０を、光強度検出手段が検出した光強度データより被検査物の表面に存在する異物の有無を検査ないし判定する異物判定手段という。

ステージＺ制御装置２００は、ステージを上下動させて被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段を制御する。

異物検出系の焦点位置について説明する。半導体ウェーハ１の表面で発生した反射光又は散乱光を検出する機能を異物検出系とする。その検出系は、照明装置１０や反射光又は散乱光を集光するレンズなど検出装置２０を含む構成を有する。異物を検出する為の最適なウェーハの表面位置に焦点が合わされる。例えば、検出レンズの焦点位置にウェーハの表面位置が合される。この位置を異物検出系の焦点位置とする。

表面検出（表面高さ位置検出）系の合せ焦点位置について説明する。半導体ウェーハ１の表面に対して斜方から表面高さ位置検出系の照明装置５０のビーム照明を入射し、半導体ウェーハ１の表面で正反射したビームを２つの光電変換素子を有する表面高さ位置検出系の検出器６０ａ，６０ｂで検出し電気信号を得る。このビーム照明の角度やビーム径、及び２つの光電変換素子を有する表面高さ位置検出系の検出器６０ａ，６０ｂの位置を適切に配置することで半導体ウェーハ１の表面の位置を検出する事が可能である。

焦点の校正の一実施例について、以下説明する。

微細化する半導体ウェーハ上の欠陥を高感度に検出するために、検出光学系の高ＮＡ化、照明光の短波長化が有効であるが、これらはいずれも焦点深度を浅く（狭く）する。これは、焦点制御の高精度化を必要とすることであって、この要求に応えるものとして、検出感度が最高となる焦点位置を保つために定期的に行うのが、標準サンプルを用いた焦点補正である。

従来の焦点補正は人手に頼る作業であることと、補正に時間がかかることから、一日一回の頻度で行っていた。しかしこの頻度では、気温や気圧の変動で生ずる焦点変動の補正誤差が無視できないという課題がある。

焦点補正の直後は当然、検出感度が最高の位置に焦点があるが、時間の経過につれて気温や気圧が変動することで、焦点位置が変動し、検出感度が低下する。したがって、校正の間隔は気温や気圧といった気象の変動よりも短い間隔で行うことが望ましい。例えば、検査に影響が出る環境変化（例えば、気温や気圧といった気象の変動）があった場合、前記第１のステップ，前記第２のステップ、及び前記第３のステップのいずれかのステップを中止し、前記校正ステップを実行する検査方法。これにより、焦点ズレによる誤った検査結果が出ることを防止できる。

本発明の一態様によれば、チップ形状の校正用試料をウェーハチャックの近傍に置くことで、従来１日１回あたり１５分程度かかっていた合焦点の探索（焦点補正）動作が１分程度で実現でき、ウェーハ毎葉の焦点補正が可能になる。

そのためには、図２のようにウェーハチャック４００の端部に焦点校正用試料４０２を設置すれば、校正動作を短い間隔で行うことができる。すなわち、サンプルの出し入れが不要となり、校正時間が短縮できる。

図３は、校正用の試料の載置例である。焦点校正用試料４０２は吸着台４０１に真空吸着され、試料の交換を容易な構造としている。焦点校正用試料４０２は、たとえば標準粒子を散布したシリコンチップである。

次に、球面収差などの収差があってもフォーカス位置がシフトしない校正試料について説明する。

図５に、比較例として段差パターンを有するウェーハ又は基板を校正試料として用いる場合のフォーカスに対する検出信号の変化のシミュレーションを示す。比較例では、校正試料は不透明な固体で、パターン段差は０.０７μｍとした。収差は、一般的にありうる値としてコマ収差を０.１λとし、球面収差をゼロおよび±０.１λとし、フォーカスをゼロおよび±０.４μｍとした。

図５からわかるように、パターン段差の場合は、球面収差が＋の場合は検出信号最大になるフォーカス位置がプラス方向にシフトする。逆に、球面収差が−の場合は検出信号最大になるフォーカス位置がマイナス方向にシフトする。

図６に、本発明の一実施例の、点像の場合のフォーカスに対する検出信号の変化のシミュレーションを示す。点像を生じさせるためには、ウェーハ又は基板又はシリコンチップ上に、標準粒子を散布することにより校正試料を作成することが望ましい。また、ウェーハ又は基板又はシリコンチップ上に、突起形状を形成した校正試料を用いても良い。収差は、一般的にありうる値としてコマ収差を０.１λとし、球面収差をゼロおよび±０.１λとし、フォーカスをゼロおよび±０.４μｍとした。

図６からわかるように、点像の場合は、球面収差があっても、検出信号が最大となるフォーカス位置はシフトしない。すなわち、焦点校正の試料として、点像を生じる校正試料とすることで、球面収差がある光学系であっても、フォーカス位置のシフトを生ずることなく、正確な焦点校正ができる。したがって、球面収差のある光学系であっても、焦点検出誤差をほぼゼロにできる。

さらに本発明の他の一態様によれば、焦点校正用試料はウェーハ形状であってもよく、この場合は装置内に格納しておき、装置の待機時に校正を行うことで装置稼働率に影響を及ぼさない効果がある。

専用のチップの代わりに専用のウェーハを使用する方法では、人手を介さずに装置の空き時間で焦点補正を行えるというメリットはチップを用いる場合と同様であり、実質的にスループットの低下をもたらさない。

図４は、焦点校正用の専用のウェーハを使用する場合の検査装置の概略を示す図である。検査装置の装置本体５００の内部スペースにウェーハ置き台５０１を設置し、焦点校正用ウェーハ５０２を格納する。

ウェーハ置き台５０１および焦点校正用ウェーハ５０２は、ＨＥＰＡフィルタ５０３を透過した清浄な空気が流通する雰囲気の区画に設置されており、長期間にわたり安定な表面状態を維持できるという特徴を有する。

以上のように、球面収差がある光学系では、焦点校正の試料がパターン形状の場合、検出信号が最大となるフォーカス位置がシフトし、正確な焦点校正ができないという課題を、焦点校正の試料を点像を生じるものとすることで、球面収差がある光学系であっても、フォーカス位置のシフトを生ずることなく、正確な焦点校正ができる。また、焦点校正の試料は、たとえば標準粒子を散布したチップをウェーハチャックの近傍に置き、校正時間の短縮をはかる。また、焦点校正の試料はチップ形状ではなく、専用のウェーハを装置内に装着する方法でも良い。すなわち、点像を生ずる校正試料を用いることで、球面収差があっても焦点検出に誤差が伴わない欠陥検査装置が実現できる。校正試料の形状は、ウェーハ形状又は基板形状又はシリコンチップ形状を、検査装置内の空間の余裕に応じて選択してもよい。また、点像を生ずる校正試料であれば、効果が期待できるので、必ずしも上記形状に拘束されるものではない。

以上に述べたように、本明細書では、例えば、以下の内容が記載されるが、これに限定されるものでなく、本発明の技術思想の範囲内で、適宜変形可能である。

１．被検査物を載置するウェーハチャックと、載置した被検査物の検出画像信号を得る撮像系と、撮像系から得られる画像信号から欠陥を検出する画像処理部と、被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、焦点あわせを行う焦点制御部と、高さ検出部の焦点位置を決定するために、点像として検出される校正試料とを有する欠陥検査装置。

２．上記１．において、前記校正試料は、標準粒子を具備することを特徴とする欠陥検査装置。

３．上記１．において、前記校正試料は、ウェーハチャックの近傍に配置されることを特徴とする欠陥検査装置。

４．上記１．において、前記校正試料は、チップ形状またはウェーハ形状であることを特徴とする欠陥検査装置。

５．上記１．において、前記校正試料は、空気清浄フィルタを透過した清浄な空気が流通する雰囲気を有する欠陥装置内の区画に設置されることを特徴とする欠陥検査装置。

６．検査光をウェーハまたは基板に照射する第１のステップと、前記被検査物の表面で発生した反射光または散乱光の強度と位置とを検出する第２のステップと、前記検出結果を表示する第３のステップと、点像として検出される校正試料を用いて校正する校正ステップと、を有する検査方法。

７．上記６．において、前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップの順番で実行されることを特徴とする検査方法。

８．上記６．において、前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップ，前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップの順番で実行されることを特徴とする検査方法。

９．前記第１のステップ，前記第２のステップ、及び前記第３のステップを複数回繰り返した後、前記校正ステップを実行することを特徴とする検査方法。

１０．上記６．において、検査に影響が出る環境変化があった場合、前記第１のステップ，前記第２のステップ、及び前記第３のステップのいずれかのステップを中止し、前記校正ステップを実行する検査方法。これにより、焦点ズレによる誤った検査結果が出ることを防止できる。

１１．ウェーハまたは基板の表面または表面近傍の検出結果を表示する前又は後又は同時に、校正試料の結像状態を表示する表示方法。これにより、点像以外の像を生じる校正試料が、誤ってセットされた場合でも、容易に発見できる。

本発明の実施例に係わる異物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ウェーハチャックの平面図である。チャックの端部に、焦点校正試料として標準粒子を散布したシリコンチップを載置する。 焦点校正用シリコンチップを載置する箇所の図である。 焦点校正用ウェーハを載置する概略図である。 比較例を説明した図である。焦点校正試料を段差のある微細パターンで作成した場合である。 本発明の実施例を説明した図である。焦点校正試料を点像で作成した場合である。

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
２ チップ
１０ 照明装置
２０ 検出装置
３０ Ｘスケール
４０ Ｙスケール
５０ 表面高さ位置検出系の照明装置
６０（２個１組：６０ａ，６０ｂ） 表面高さ位置検出系の検出器
１００ 処理装置
１１０ Ａ／Ｄ変換器
１２０ 画像処理装置
１２１ 画像比較回路
１２２ しきい値演算回路
１２３ しきい値格納回路
１３０ 異物判定装置
１３１ 判定回路
１３２，１３３ 係数テーブル
１４０ 座標管理装置
１５０ 検査結果記憶装置
２００ ステージＺ制御装置
３００ 画像表示装置
４００ ウェーハチャック
４０１ 吸着台
４０２ 焦点校正用試料
５００ 装置本体
５０１ ウェーハ置き台
５０２ 焦点校正用ウェーハ
５０３ ＨＥＰＡフィルタ

Claims (11)

1. 被検査物を載置するウエハチャックと、載置した被検査物の検出画像信号を得る撮像系と、撮像系から得られる画像信号から欠陥を検出する画像処理部と、被検査物の表面位置を検出する高さ検出部と、焦点あわせを行う焦点制御部と、高さ検出部の焦点位置を決定するために、点像として検出される校正試料とを有する検査装置。
2. 請求項１において、前記校正試料は、標準粒子を具備することを特徴とする検査装置。
3. 請求項１において、前記校正試料は、ウエハチャックの近傍に配置されることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１において、前記校正試料は、チップ形状またはウェーハ形状であることを特徴とする検査装置。
5. 請求項１において、前記校正試料は、空気清浄フィルタを透過した清浄な空気が流通する雰囲気を有する欠陥装置内の区画に設置されることを特徴とする検査装置。
6. 検査光をウェーハまたは基板に照射する第１のステップと、
   前記被検査物の表面で発生した反射光または散乱光の強度と位置とを検出する第２のステップと、
   前記検出結果を表示する第３のステップと、
   点像として検出される校正試料を用いて校正する校正ステップと、を有する検査方法。
7. 請求項６において、
   前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップの順番で実行されることを特徴とする検査方法。
8. 請求項６において、
   前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップ，前記第１のステップ，前記第２のステップ，前記第３のステップ，前記校正ステップの順番で実行されることを特徴とする検査方法。
9. 前記第１のステップ，前記第２のステップ、及び前記第３のステップを複数回繰り返した後、前記校正ステップを実行することを特徴とする検査方法。
10. 請求項６において、検査に影響が出る環境変化があった場合、前記第１のステップ，前記第２のステップ、及び前記第３のステップのいずれかのステップを中止し、前記校正ステップを実行する検査方法。
11. ウェーハまたは基板の表面または表面近傍の検出結果を表示する前又は後又は同時に、校正試料の結像状態を表示する表示方法。

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