JP2009264746A - 欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成の受光光学系であって、光ＮＡ化が可能な受光光学系を有する欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】 ロッドレンズ５に入射した散乱光は、ロッドレンズ５の側面５ｃで全反射を繰り返しながら、第１の表面５ａと反対側にある第２の表面５ｂに導かれ、第２の表面５ｂからロッドレンズ５の外部に放出されて、受光素子６により受光される。ロッドレンズ５は、その両端面が第１の表面５ａ、第２の表面５ｂとなっている。第１の表面５ａ、第２の表面５ｂは通常、平面である。そして、第１の表面５ａの面積Ｓ１の方が、第２の表面５ｂの面積Ｓ２よりも大きくされている。よって、広い面積を有する第１の表面５ａで受光を行うので、大きなＮＡを持たせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検部の欠陥を検出する欠陥検出装置に関するものである。

半導体チップを製造するリソグラフィー工程では、レジスト塗布工程、露光工程、洗浄工程、エッチング工程、レジスト除去工程などがあり、通常、これら工程毎に欠陥検査を行う。この欠陥検査中には、半導体ウェハの周縁部位に生じる各種の欠陥、例えばレジスト残渣、ひび、欠け、パーティクルの付着などの検査がある。この周縁部位の欠陥検査は欠陥がその付近にあるチップ領域に及んで、半導体チップの歩留まりに大きく影響するので、重要である。

同様のことは、液晶ガラス基板においても発生する。これら、半導体ウェハ等の周縁部分に発生する欠陥を検出する方法の一例は、ＷＯ／２００３／０２８０８９号公報に記載されている。
ＷＯ／２００３／０２８０８９号公報

例えば、ウェハのエッジ部分を検査する欠陥検出装置について説明する。ウェハのエッジは上ベベル、アペックス、下ベベルの三つの部位からなる。三つの部位の欠陥を検査する方式としては、前記３つの部位へ所定の照明視野の光を照明光学系により照射し、散乱光もしくは正反射光を受光光学系により受光素子面で受光するものがある。

散乱光もしくは正反射光の受光量に対してある閾値を設定して、この閾値を上回る受光量、又は下回る受光量が得られたとき、欠陥があると判定するものである。

また、ウェハ面上の暗視野画像をとり、画像処理により検査を行うことも可能である。画像による方法は欠陥形状が分かるという利点があるが、スループットが悪い。このため、スループットを優先する場合、散乱光の受光量に対してある閾値を設定して、検出された散乱光の量がこの閾値を超えたとき欠陥があったと判定する検査をすることが望ましい。

しかし微小な欠陥に対しては、照明光に比べて散乱光は微量である。このため、十分な検査感度を得るためには受光光学系のＮＡを大きくする必要がある。しかしながら、一般に受光光学系の高ＮＡ化のためには受光光学系の大型化が必要であり、高コストとなってしまうという問題点がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成の受光光学系であって、高ＮＡ化が可能な受光光学系を有する欠陥検出装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、被検部を照明光により照明する照明光学系と、前記照明光の前記被検部からの反射光（反射光とは、正反射光と散乱光のいずれか一方、又は蛍光をいう）を第１の表面で受光し、内部に閉じ込めながら第２の表面まで導き、前記第２の表面から放出する光学素子と、前記第２の表面から放出された光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から欠陥の検出を行う欠陥判別部を備え、前記第１の表面の面積Ｓ１と前記第２の表面の面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が１より大きいことを特徴とする欠陥検出装置である。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光学素子はロッドレンズであることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記受光素子が、光を内部に閉じ込める方法が全反射によるものであることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記受光素子の前記第１の表面と前記第２表面以外の表面が、高反射率部材で覆われていることを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、前記光学素子と前記受光素子との組み合わせを複数個備え、前記反射光の空間的分布を測定する機能を有し、前記欠陥判別部は、検出された前記反射光の空間的分布に基づいて欠陥の種類の判別を行う機能を有することを特徴とするものである。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかであって、前記欠陥検出装置は、半導体ウェハ又は液晶ガラス基板の端部の欠陥を検出するものであることを特徴とするものである。

本発明によれば、簡単な構成の受光光学系であって、高ＮＡ化が可能な受光光学系を有する欠陥検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。レーザ光源１から放出された照明光は、照明光学系２を通って、試料３の被検部４を照明する。

これにより被検部４からは、正反射光、散乱光、蛍光等が発生するが、以下の例においては、散乱光を検出光とする場合について説明する。欠陥があると、照明光は欠陥により散乱され、ロッドレンズ５の第１の表面５ａに入射する。ロッドレンズ５は、被検部４からの正反射光が入射しないような位置に置かれている。

ロッドレンズ５に入射した散乱光は、図２に示すように（なお、以下の図においては、前出の図に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して、その説明を省略することがある。）、ロッドレンズ５の側面５ｃで全反射を繰り返しながら、第１の表面５ａと反対側にある第２の表面５ｂに導かれ、第２の表面５ｂからロッドレンズ５の外部に放出されて、受光素子６により受光される。受光素子６の大きさは、ロッドレンズ５から放出される光のほとんどを受光可能な大きさとする。なお、図示していないが、単にロッドレンズにより集光するだけでなく、さらに後に別途レンズなど光学部材（集光レンズ等）を追加配置して集光してもよい。受光素子６としては、ＡＰＤやＳＰＤ等の光検出素子が使用され、光電変換を行う。

受光素子６の出力は欠陥判別部７に入る。欠陥判別部７は、予め定められた閾値を有しており入力信号がこの閾値を超えた場合欠陥があったと判別する。

ロッドレンズ５は、内部に透明部材が詰まったものであるが、円筒径、楕円筒径、多角錐台径等の形状を有し、その両端面が第１の表面５ａ、第２の表面５ｂとなっている。第１の表面５ａ、第２の表面５ｂは通常、平面である。そして、第１の表面５ａの面積Ｓ１の方が、第２の表面５ｂの面積Ｓ２よりも大きくされている。よって、広い面積を有する第１の表面５ａで受光を行うので、大きなＮＡを持たせることができる。そして、光束は第２の表面５ｂに伝達され、受光素子６で受光される。狭い面積を有する第２の表面５から光を放出するので、受光素子６を小さくすることができる。又、ロッドレンズ５のような簡単な素子しか使用していないので、全体を小型化できる。従って、高価な光学系を使用することなく、高ＮＡの受光光学系とすることができる。

なお、この例では、光学素子としてロッドレンズ５を使用しているが、広い面積を有する表面から受光した光を閉じ込めながら狭い面積を有する第２の表面に伝達できるような光学素子であれば、ロッドレンズ５以外のものでもよく、又、この条件を満足すれば形状は任意である。また、ロッドレンズ５の硝材は受光光量最大化の観点から、使用する波長域で十分な高い透過率を持ち、かつ高い屈折率を持っていることが望ましい。

この構成によれば受光素子６とロッドレンズ５がほぼ密着して配置されているため、ウェハの反りやシフトが存在した場合でも、欠陥からの散乱光の光量変化はほぼ無視できる。又、部品点数が少なくコンパクトな構成が可能となる。

図３は、本発明の実施の形態の第２の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。この実施の形態は、図１に示したものとは、受光光学系が異なるだけであるので、同じ部分の説明を省略し、異なる部分のみの説明を行う。この実施の形態においては、ロッドレンズ５の側面、則ち第１の表面５ａと第２の表面５ｂを除く部分には、高反射率ミラー８が密着又は近接配置されている。よって、ロッドレンズ５から外に漏れだした光は、高反射率ミラー８で反射されて再びロッドレンズ５内に戻り、第１の表面５ａに入射したほとんどの光を第２の表面５ｂに伝達することができる。

なお、図１に示す実施の形態においては、ロッドレンズ５内の光の伝達に全反射を用いているが、この「全反射」は必ずしも１００％の光が反射する場合のみを意味しない（特許請求の範囲においても同じである）。製作誤差、その他によって極微量の光が外部に漏れる場合も、実質的に「全反射」と称している。

図３に示す例では、ロッドレンズ５においては、必ずしも全反射が起こる必要はないし、もし前述のように、「全反射」状態において極少量の光が漏れたとしても、高反射率ミラー８の反射により、ロッドレンズ５内に戻すことができる。

図４は、本発明の実施の形態の第３の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。

一般に欠陥の形状や大きさにより、欠陥からの散乱光の分布は異なる。このため、欠陥種類の判別をするためには、散乱光の分布の情報を得ることが重要になってくる。受光光学系を複数個配置することが散乱分布を知る1つの方法である。

この例においては、ロッドレンズ５と受光素子６とからなる受光光学系が３組あり、それぞれ異なった方向に向かう散乱光を受光できるようになっている。則ち、受光光学系が小型であるので、複数の受光光学系を配置することができる。よって、欠陥があった場合、その欠陥によって発生する散乱光の分布を測定することができる。（なお、ロッドレンズ５と受光素子６とからなる受光光学系が３組に限られないことはもちろんであり、多ければ多いほど、散乱光の強度分布を精密に測定することができる。）
予め、工程毎にサンプル欠陥による散乱光の分布のテーブルを作成し、散乱光の分布の測定結果およびテーブルの散乱分布を比較して欠陥の種類を判断することができる。例えば、一つの受光光学系の出力とそれに対応するテーブルに格納されたある種の欠陥に対応する値の差の２乗を全ての受光光学系について加算し、その値がある閾値より小さければ、その欠陥であると判定することができる。欠陥の発生要因の特定に対して、欠陥の位置や種類の情報が役立つ。また、画像撮像による方法による判別に比べて高スループットな検査が可能となる。

図５はウェハの形状を表したものである。ウェハの周辺部は上ベベル部、アペックス部、下ベベル部からなっている。図６は、本発明の第４の実施の形態である欠陥検出装置の光学系の概要を示す図である。

上ベベル部、アペックス部、下ベベル部の検査を行うために、それぞれ図１に示すような欠陥検査装置が設けられている。ウェハ９は、回転テーブル１０の上に載置されて回転している。上ベベル用欠陥検出装置は、レーザ光源１Ａ、照明光学系２Ａ、ロッドレンズ５Ａ、受光素子６Ａを有している。下ベベル用欠陥検出装置は、レーザ光源１Ｂ、照明光学系２Ｂ、ロッドレンズ５Ｂ、受光素子６Ｂを有している。アペックス部用欠陥検出装置は、レーザ光源１Ｃ、照明光学系２Ｃ、ロッドレンズ５Ｃ、受光素子６Ｃを有している。これらの各々の構成は、図１に示したものと同じであるので、その作用効果の説明を省略する。

照明光学系２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、上記部位に幅ｄのスリット光をテレセントリックで照明することができる。入射角はおおよそ６０°くらいである。上ベベル、アペックス、下ベベルを照明する照明光学系と受光光学系の位置関係は正反射の関係ではない。これは、欠陥からの散乱光を観察することを目的としており、暗視野照明となるように照明している。受光光学系は反射角３０°くらいの位置に配置されている。

なお、照明する光の波長は受光素子の感度の観点から、最も感度のよい帯域の波長が望ましい。本実施の形態では波長が６３０nm近辺の帯域の波長を用いている。

なお、以上の説明は、検出される光が散乱光であるとして行ってきたが、本発明は散乱光のみならず、正反射光や蛍光についても適応が可能なものである（これらをまとめて反射光と称している）。蛍光に適用する場合は、フィルタ等により正反射光、散乱光との分離を行わなければならないのはいうまでもない。

本発明の実施の形態の第１の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。 ロッドレンズに入射した光の光路を示す図である。 本発明の実施の形態の第２の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。 本発明の実施の形態の第３の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。 ウェハの形状を示す図である。 本発明の実施の形態の第４の例である欠陥検出装置の光学系の概要図を示す図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…レーザ光源、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…照明光学系、３…試料、４…被検部、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…ロッドレンズ、５ａ…第１の表面、５ｂ…第２の表面、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…受光素子、７…欠陥判別部、８…高反射率ミラー、９…ウェハ、１０…回転テーブル

Claims (6)

1. 被検部を照明光により照明する照明光学系と、前記照明光の前記被検部からの反射光を第１の表面で受光し、内部に閉じ込めながら第２の表面まで導き、前記第２の表面から放出する光学素子と、前記第２の表面から放出された光を受光する受光素子と、前記受光素子の出力から欠陥の検出を行う欠陥判別部を備え、前記第１の表面の面積Ｓ１と前記第２の表面の面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が１より大きいことを特徴とする欠陥検出装置。
2. 前記光学素子はロッドレンズであることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
3. 前記受光素子が、光を内部に閉じ込める方法が全反射によるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の欠陥検出装置。
4. 前記受光素子の前記第１の表面と前記第２表面以外の表面が、高反射率部材で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
5. 前記光学素子と前記受光素子との組み合わせを複数個備え、前記反射光の空間的分布を測定する機能を有し、前記欠陥判別部は、検出された前記反射光の空間的分布に基づいて欠陥の種類の判別を行う機能を有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
6. 前記欠陥検出装置は、半導体ウェハ又は液晶カラス基板の端部の欠陥を検出するものであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の欠陥検出装置。

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