JP2010217129A

JP2010217129A - 検査方法および検査装置

Info

Publication number: JP2010217129A
Application number: JP2009067238A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Jingu; 孝広神宮; Kazuo Takahashi; 和夫高橋
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-30
Also published as: US8587777B2; US20110299088A1; WO2010106596A1

Abstract

【課題】被検査体の個々の領域に対しノイズの大きさに応じて領域毎に異なる閾値を設定することで表面状態の変化に対応でき検出感度向上を図ることにある。
【解決手段】領域毎に検査閾値を設定する機能を搭載し且つ、空間的に独立した複数の検出器毎に検査閾値を設定する機能を搭載する。被検査体からのノイズの大きさは同じ領域でも空間的な方向によって異なる。よって、検出器毎，被検査体の領域毎に被検査体からのノイズの大きさに応じて最適な信号演算処理による検出信号ＳＮ比の最大化と最適な閾値設定を行うことで、検出感度の最大化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式検査装置の検査技術に関するものである。例えば、半導体デバイスの製造工程で半導体ウェーハ表面の異物や欠陥などを検査する検査方法，異物や欠陥などを検査する検査装置、及び半導体デバイスの検査方法及び検査装置に関するものである。また、ウェーハ以外のＤＩＳＫやガラス基板の検査方法及び検査装置に関するものである。

従来の光学式検査装置では、被検査体からの散乱光の大きさに応じて検査閾値を設定するが、被検査体全面で同一の値を設定しているのが一般的である。また、複数の検出器において共通した閾値を使用している。これらに関連するものとして、例えば、特許文献１や特許文献２が挙げられる。

特開平９−３０４２８９号公報特開平７−１１３７５９号公報

しかしながら、実際の被検査体表面の状態は一様で無く、被検査体全面で一様の検査閾値では、ノイズの最も大きい領域の制約を受けノイズの小さい領域の検出感度を下げる結果となるという課題がある。

本発明の一つの目的は、被検査体の表面状態の変化に対応でき、検出感度向上を図れる検査方法又は検査装置を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、被検査体に照明光を照射する照明系と、前記被検査体からの散乱光を検出する検出部と、空間的に独立した複数の検出器と、前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理する信号処理部とを有する検査装置にある。

本発明の他の特徴は、被検査体に照明光を照射して検査する検査方法において、前記被検査体からの散乱光を、空間的に独立した複数の検出器にて検出し、前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理する検査方法にある。

本発明の上記特徴及びその他の特徴は、以下の記載で更に説明される。

本発明の一つの態様によれば、被検査体の表面状態の変化に対応でき、検出感度向上を図れる検査装置を提供することにある。

本発明の他の態様によれば、被検査体の表面状態の変化に対応でき、検出感度向上を図れる検査方法を提供することにある。

本発明の実施例における表面検査装置の装置構成の一例を示す説明図である。本発明の実施例における空間的に独立した検出器および信号処理の構成の一例を示す説明図である。本発明の実施例における加算器４の作用・構成の一例を示す説明図である。図３で示した加算信号のＳＮ比を最大化するゲイン値Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の算出処理手順の一例を示す説明図である。本発明の実施例におけるデジタルデータを用いた場合の処理の作用・構成の一例を示す説明図である。本発明の実施例における判定処理器の作用構成の一例を示す説明図である。本発明の実施例において、検出器が４個の場合の光学系構成と試料からの反射・散乱光の分布の一例を示す説明図である。本発明の実施例において、ウェーハ外周部の傾斜している領域の一例を示す説明図である。本発明の実施例におけるパターン付きウェーハの一例を示す説明図である。本発明の実施例における別のパターン付きウェーハの例を示す説明図である。本発明の実施例において、検出器が３個の場合の信号処理結果を任意の条件にて再処理する信号処理部の一例を示す説明図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。

図１に、本発明の実施例である表面検査装置の装置構成の一例を示す。光源１から照射された光は、明るさを調整することができる光量調整機構２，光軸補正機構３、およびズーム機構５を通り、被検査体である試料８に照射される。ズーム機構５から照射された光は垂直斜方照射切り替えミラー６ａで垂直光路または斜方光路に切り替えられる。垂直に分岐された光は、集光レンズ７ａにて集光され試料８に照射される。試料８は、ＸＹＺθステージ９上に搭載される。ＸＹＺθステージは、試料表面に平行なＸ軸およびＹ軸、試料表面に垂直なＺ軸、試料を回転可能にするθ軸の各軸方向に移動可能に構成される。一般には、Ｚ軸方向の動きにより、照射された光を結像するための焦点調整に用いられ、θ軸方向とＸ軸又はＹ軸方向との移動により、表面検査走査中は、試料表面に照射された光のスポットが、ウェーハなどの被検査体中心から外周、または外周から中心に向かって螺旋状に移動する。また、θ軸方向とＸ軸又はＹ軸方向との移動により、表面検査走査中は、試料表面に照射された光のスポットが、ウェーハなどの被検査体中心から外周、または外周から中心に向かって同心円状に移動する。照射された光による試料８からの反射・散乱光は、検出レンズ１０により検出器１１に導かれる。その後、検出された光の信号は、Ａ／Ｄ変換器１２によりデジタル符号化される。その後、異物・欠陥判定機構１３による異物・欠陥判定処理にて、試料８からと異物・欠陥からの反射・散乱光による信号を区別・判定し、異物・欠陥を検出する。異物・欠陥判定機構１３には、キーボード又はマウスなどの入力部１３１や検査処理に関する表示を行うディスプレイ又はプリンタなどの出力部１３２が接続される。検出器１１が後述の図２記載のように複数ある場合、出力部１３２は、複数の検出器の信号および信号処理結果を任意に選択しディスプレイなどの同一画面内に表示できるように構成しても良い。

図２に、空間的に独立した複数の検出器および信号処理の構成の一例を示す。本例では、検出器の数を３個としている。試料８からの反射・散乱光は、検出レンズ２１，３１，４１により、それぞれ、検出器２２，３２，４２の光電変換面に導かれる。検出器２２，３２，４２の３個の出力は、加算器４の出力と併せて本例では４種の信号が生成される。これらの信号はＡ／Ｄ変換器２３，３３，４３，５３でデジタル符号化の後、判定処理器２４，３４，４４，５４にて各々異なる閾値Ｔｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３，Ｔｈ４により異物・欠陥からの反射・散乱光による信号を区別・判定し、結果Ｄｆ１，Ｄｆ２，Ｄｆ３，Ｄｆ４を出力する。

図３には、加算器４の作用・構成の一例を示す。本例では、検出器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の３個の検出器としている。検出器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力は、それぞれ、ゲインアンプ３１１，３１２，３１３を経由し、Ａ／Ｄ変換器３４１，３４２，３４３を介して、出力Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３となる。更に、ゲインアンプ３１１，３１２，３１３の出力は、ゲインアンプ３２１，３２２，３２３を経由し、加算アンプ３３１に入力され、Ａ／Ｄ変換器３５１を介して、出力ΣＬとなる。ゲインアンプ３２１，３２２，３２３については、検出器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３出力の加算信号のＳＮ比を最大化する様に各検出器の検出信号毎にゲイン値Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が設定される。

図４に、図３で示した加算信号のＳＮ比を最大化するゲイン値Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の算出処理手順の一例を示す。処理が開始されると（ステップ４０１、図中ではＳ４０１と表記する。以下同様。）、各検出器のノイズ信号値Ｌ１ｎ，Ｌ２ｎ，Ｌ３ｎを測定する（ステップ４０２）。この中から最小値のノイズ値を選択する（ステップ４０３）。本例ではＬ１ｎとする。設定すべきゲインは、最小値を基準＝１とし、残りの検出信号のノイズ値がＬ１ｎと同じになる値となる。本例ではＧ１＝１（基準），Ｇ２＝Ｌ１ｎ／Ｌ２ｎ，Ｇ３＝Ｌ１ｎ／Ｌ３ｎと算出される（ステップ４０４）。各検出器のゲインアンプに算出値を設定し（Ｓ４０５）、終了となる（ステップ４０６）。

図５に、デジタルデータを用いた場合の処理の作用・構成の一例を示す。検出器Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の出力は、それぞれ、ゲインアンプ５１１，５１２，５１３を経由し、Ａ／Ｄ変換器５２１，５２２，５２３を介して、出力Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３となる。さらに、出力Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、ノイズ検出回路３０で、ノイズ検出信号Ｌ１ｎ，Ｌ２ｎ，Ｌ３ｎとなり、最小値検出回路４０およびゲイン算出回路５０へ入力される。最小値選択回路４０で選択された最小値（図５の例ではＬ１ｎ＞Ｌ２ｎ＞Ｌ３ｎであるため最小値としてＬ１ｎが選択される。）に基づいて、ゲイン算出回路５０において、ゲイン算出処理がなされ、ゲイン信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が算出される。図５の例では、Ｇ１＝１，Ｇ２＝Ｌ１ｎ／Ｌ２ｎ，Ｇ３＝Ｌ１ｎ／Ｌ３ｎである。ゲイン演算回路６１，６２，６３では、出力Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３と、ゲイン信号Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３が入力され、それらに基づきゲイン演算処理がなされ、出力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が出力される。図５の例では、Ｓ１＝Ｌ１，Ｓ２＝Ｌ２＊（Ｌ１ｎ／Ｌ２ｎ），Ｓ３＝Ｌ３＊（Ｌ１ｎ／Ｌ３ｎ）である。加算回路７０において、これら出力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が加算処理されΣＳとして出力される。ΣＳ＝Ｓ１＝Ｌ１＋Ｓ２＋Ｓ３となる。各検出器の加算信号のＳＮ比を最大化する論理は図４で示したものと同じであるが、図３のアナログ信号での処理回路では予め各検出器のノイズ値を測定しゲイン値を算出し設定しておく必要があるのに対し、本図５の構成ではリアルタイムで各検出器の加算信号のＳＮ比を最大化するゲイン値が算出できるため、より詳細な領域毎にその設定が可能となり検出感度の向上が実現できる。

図６に、判定処理器の作用構成の一例を示す。Ａ／Ｄ変換器の出力ＡＤ１は、演算器６０３に入力され予め設定された演算論理またはＣＰＵ６０１の指示によりＢｕｓ６０２を介して設定された演算論理に従い閾値Ｔｈ１ｒが算出されメモリ６０４に格納できる。閾値Ｔｈ１ｒの書込みおよび閾値Ｔｈ１ｍの読出し時のメモリアドレス生成は検査ステージに実装されているエンコーダ信号を基に行われる。そのメモリアドレスに従い検査位置を認識し検査位置に対応する算出閾値のメモリ６０４への書込み及び検査時の検査閾値の読出しが行われる。また、メモリ６０４はＣＰＵ６０１の指示によりＢｕｓ６０２を介して読出し、書込みが可能である。レジスタ６０５はＣＰＵ６０１の指示によりＢｕｓ６０２を介して閾値Ｔｈ１ｆを設定可能である。比較器６０７への閾値入力はＣＰＵ６０１の指示により設定された選択コードＳＣ１に基づき選択回路６０６においてＴｈ１ｒ，Ｔｈ１ｍ，Ｔｈ１ｆのいずれかが選択可能である。選択された閾値Ｔｈ１はＡ／Ｄ変換器の出力ＡＤ１と比較器６０７で大小判定されＡＤ１＞Ｔｈ１の場合、判定結果Ｄｆ１は欠陥有りの符合と欠陥データ値ＡＤ１を出力する。ＳＣ１は指定サイズ以上を検出する場合はＴｈ１ｆ、被検査体の表面状態に応じた最適な閾値で検査する場合はＴｈ１ｒ、被検査体の領域別に検査感度を指定する場合はＴｈ１ｍを選択する様に検査目的により閾値選択の設定が可能である。

図７に、検出器が４個の場合の光学系構成と試料からの反射・散乱光の分布の一例を示す。照明レンズ７ｂにより、試料８に照射された光による試料８からの反射・散乱光は、空間的に独立した位置に配置された検出レンズ２１，３１，４１，７１を介して、検出器２２，３２，４２，７２にて、各々電気信号に変換される。各検出器２２，３２，４２，７２から出力される信号強度は、試料の表面状態，結晶構造などにより信号強度分布マップＤ１ｓ，Ｄ２ｓ，Ｄ３ｓ，Ｄ４ｓ毎に強度分布が異なる。図７下半分に示される、信号強度分布マップＤ１ｓ，Ｄ２ｓ，Ｄ３ｓ，Ｄ４ｓ毎に、領域（１），領域（２），領域（３），領域（４）で信号強度が高い状態を表している。信号強度の大きさに応じて、前記図６の判定処理器機能により、閾値が生成されることにより、試料全面を試料の状態によらず最適条件で検査可能である。各検出器２２，３２，４２，７２は試料全面の信号を取り込み信号強度に対応した最適な閾値で検査可能である。

図１１に検出器が３個の場合の再処理構成を示す。異物・欠陥判定機構１３からは３つの検出器毎及び３つの検出器の加算信号での検査結果が４つのファイルＤｆ１〜Ｄｆ４として出力され検査結果格納再処理機構１５に格納される。格納されたファイルは入力部１３１より設定された条件にて演算され新しいファイルとして格納される。演算条件は例えば検出器（１）のみで検出、検出器（１）と検出器（３）で検出などの論理積や検出器（１）と検出器（２）のどちらかで検出などの論理和，指定欠陥サイズより大きい，小さい、または指定欠陥サイズ範囲での処理などがある。また、上記の論理積和と欠陥サイズの両条件を同時に適用可能である。検出器（１），検出器（２），検出器（３）は空間的に独立しているため、異物・欠陥の形状，サイズの違いが散乱光の方位角，仰角，散乱強度の違いとして検出され各検出器での検出有無、欠陥サイズを適正な条件で再処理を行うことで異物・欠陥の分類が可能となる。

〔応用例１〕
図８を用いて、ウェーハ外周部の検査への応用例を説明する。ウェーハ外周部の領域ＥＧ（例えば、ベベル領域）の検査では、平坦部ＦＴと同一の閾値ではウェーハからのノイズが大きく検査できない。ウェーハ外周部の領域ＥＧのノイズが大きい要因は、主にウェーハが傾斜していることと、表面状態が平坦部ＦＴに比べて粗いことによる。上記領域ＥＧでは、ウェーハからのノイズが大きい検出器は図６を用いて説明した機能により、最適な閾値が計算され、ウェーハ表面からの強度（ノイズ成分）を排除し誤検出なく検査可能となる。また、ウェーハ表面からの入射光は小さい検出器では、図６で示された機能により、適正な閾値が計算され、高感度で欠陥・異物の判定が可能となる。

〔応用例２〕
図９を用いて、パターン付きウェーハの検査への応用例を説明する。パターン付きウェーハについては、検査照明の走査軌跡が螺旋状または同心円となる回転ステージを用いたシステム構成を有する場合は、パターンからの散乱光ノイズはウェーハ回転角度により変化し、散乱光を一つの検出器で電気信号に変換すると、ウェーハの多くの領域でノイズが大きく、ウェーハ上の欠陥・異物の判定ができない、または著しく検出感度が低下する。

しかし、空間的に異なる位置に複数の検出器を配置し且つウェーハからのノイズに対応し最適な閾値を領域毎に算出し検査することで、チップが形成されているチップ形成領域Ｐにおいて、パターンからの散乱光が小さい検出器が存在し、図６で示された機能により適正な閾値は計算され欠陥・異物の判定が可能となる。また、チップが形成されていない領域ＮＰにはチップが存在しないため、ウェーハからの散乱光ノイズは低くなり、自動的に検査閾値も小さく、連続的に検査可能となる。ウェーハからの散乱光強度に応じて閾値は自動生成されるため領域Ｐ，領域ＮＰの配置パターンや、領域割合によらず、同一の走査シーケンスで検査可能となり、ウェーハの処理枚数の増加が可能となる。

また、検出処理論理にチップデータの比較を用いていないため、検査条件としてチップサイズ，配列などの情報を入力する必要がないことと、図６に示す機能により検査閾値の最適値が自動計算されるため、検査条件出しの作業時間の大幅な短縮が可能である。上記の処理は、図７に示したように複数の検出器で検出信号に応じて同時に行われ、各検出器の結果を足し合せ各検出器の検査結果と同様に出力される。

〔応用例３〕
図１０を用いて、別のパターン付きウェーハの検査への応用例を説明する。応用例２で説明したとおり、検査条件としてチップサイズ，配列などの情報を入力する必要がないため、チップの配列がマトリクス状（千鳥格子）でない場合、または異種のチップが混在する場合、またはその両方の検査試料であっても、図６の機能により、空間的に異なる位置に配置された検出器毎、且つ検査領域（領域Ｐや領域ＮＰ）毎に適正な閾値が計算され、試料表面の状態に関わらず欠陥・異物の判定が可能となる。

以上述べたように、本明細書では、例えば、被検査体の個々の領域に対しノイズの大きさに応じて領域毎に異なる閾値を設定することで表面状態の変化に対応でき検出感度向上を図ることが開示される。更に、検出感度の向上はノイズレベルの低減によってなされているため、ノイズ変動に起因して検出再現率が低くなっていた微小な欠陥は、感度の向上により、その検出信号の再現率が向上するため、サイジングのばらつきも改善が可能となる。

また、例えば、光学式検査装置において、領域毎に検査閾値を設定する機能を搭載し且つ、空間的に独立した複数の検出器毎に検査閾値を設定する機能を搭載することが開示される。

また、例えば、被検査体からのノイズの大きさは同じ領域でも空間的な方向によって異なる点に注目し、検出器毎、被検査体の領域毎に被検査体からのノイズの大きさに応じて最適な信号演算処理による検出信号ＳＮ比の最大化と最適な閾値設定を行うことで、検出感度の最大化を図ることが開示される。

また、被検査体の表面状態，結晶構造により被検査体からのノイズは領域毎に変化するがそれに影響されずに最適な信号演算処理による検出信号ＳＮ比の最大化と最適な閾値設定が可能となり検出感度の向上を実現できることが開示される。

さらに、例えば、以下の特徴が開示される。
１．被検査体に照明光を照射する照明系と、前記被検査体からの散乱光を検出する検出部と、空間的に独立した複数の検出器と、前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理する信号処理部とを有する検査装置。
２．上記１．において、前記独立した処理条件で処理する信号処理部は、前記複数の検出器の検出器毎に、独立して閾値を設定し判定処理する判定処理部を有する検査装置。
３．上記１．において、前記独立した処理条件で処理する信号処理部は、前記複数の検出器の検出器毎に、かつ、被検査体の個別領域毎に、ノイズと欠陥を判別する閾値を変化させて判定処理する判定処理部を有する検査装置。
４．上記１．において、前記複数の検出器の各出力信号および前記信号処理結果を任意に選択し同一画面内に表示する表示部を有する検査装置。
５．上記１．において、複数の検出器の信号処理結果を任意の条件にて再処理する信号処理部を有する検査装置。
６．上記１．において、前記信号処理部において、前記複数の検出器からの出力信号の加算結果信号のＳＮ比が最大となるゲイン設定値を算出し、複数の検出器にその値を設定する検査装置。
７．被検査体に照明光を照射して検査する検査方法において、前記被検査体からの散乱光を、空間的に独立した複数の検出器にて検出し、前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理する検査方法。
８．上記７．において、前記独立した処理条件で処理するとは、前記複数の検出器の検出器毎に、独立して閾値を設定し判定処理する検査方法。
９．上記７．において、前記独立した処理条件で処理するとは、前記複数の検出器の検出器毎に、かつ、被検査体の個別領域毎に、ノイズと欠陥を判別する閾値を変化させて判定処理する検査方法。
１０．上記７．において、前記複数の検出器の各出力信号および前記信号処理結果を任意に選択し同一画面内に表示する検査方法。
１１．上記７．において、複数の検出器の信号処理結果を任意の条件にて再処理する検査方法。
１２．上記７．において、前記複数の検出器からの出力信号の加算結果信号のＳＮ比が最大となるゲイン設定値を算出し、複数の検出器にその値を設定する検査方法。

また、本発明の態様は、上記実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内において種々変形可能である。例えば、本発明は、エピタキシャルウェーハの様に一定方向に結晶の壁界面がある場合も適用される。この場合は、各独立した検出器から検出された信号のうち最も小さい信号を出力している検出器の情報を選択して検査処理を行うという構成にすればよい。これは、結晶の壁界面に起因した散乱光は方位的に特性を有するはずであるため、全方位を網羅するように配置された複数の検出器のうちのいずれかでは、この結晶の壁界面に起因した散乱光を検出しないことを期待できるためである。

１光源
２光量調整機構
３光軸補正機構
５ズーム機構
６ａ垂直斜方照射切り替えミラー
７ａ集光レンズ
８試料
９ＸＹＺθステージ
１０検出レンズ
１１検出器
１２Ａ／Ｄ変換器
１３異物・欠陥判定機構
１３１入力部
１３２出力部

Claims

被検査体に照明光を照射する照明系と、
前記被検査体からの散乱光を検出する検出部と、
空間的に独立した複数の検出器と、
前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理する信号処理部とを有することを特徴とする検査装置。
請求項１において、
前記独立した処理条件で処理する信号処理部は、前記複数の検出器の検出器毎に、独立して閾値を設定し判定処理する判定処理部を有することを特徴とする検査装置。
請求項１において、
前記独立した処理条件で処理する信号処理部は、前記複数の検出器の検出器毎に、かつ、被検査体の個別領域毎に、ノイズと欠陥を判別する閾値を変化させて判定処理する判定処理部を有することを特徴とする検査装置。
請求項１において、
前記複数の検出器の各出力信号および前記信号処理結果を任意に選択し同一画面内に表示する表示部を有することを特徴とする検査装置。
請求項１において、
複数の検出器の信号処理結果を任意の条件にて再処理する、再処理しないの選択および複数の検出器の信号処理結果を任意の条件にて再処理する信号処理部を有する検査装置。
請求項１において、
前記信号処理部において、前記複数の検出器からの出力信号の加算結果信号のＳＮ比が最大となるゲイン設定値を算出し、複数の演算器にその値を設定することを特徴とする検査装置。
被検査体に照明光を照射して検査する検査方法において、
前記被検査体からの散乱光を、空間的に独立した複数の検出器にて検出し、
前記複数の検出器の各出力信号を独立した処理条件で信号処理することを特徴とする検査方法。
請求項７において、
前記独立した処理条件で処理するとは、前記複数の検出器の検出器毎に、独立して閾値を設定し判定処理することを特徴とする検査方法。
請求項７において、
前記独立した処理条件で処理するとは、前記複数の検出器の検出器毎に、かつ、被検査体の個別領域毎に、ノイズと欠陥を判別する閾値を変化させて判定処理することを特徴とする検査方法。
請求項７において、
前記複数の検出器の各出力信号および前記信号処理結果を任意に選択し同一画面内に表示することを特徴とする検査方法。
請求項７において、
複数の検出器の信号処理結果を任意の条件にて再処理することを特徴とする検査方法。
請求項７において、
前記複数の検出器からの出力信号の加算結果信号のＳＮ比が最大となるゲイン設定値を算出し、複数の検出器にその値を設定することを特徴とする検査方法。