JP2012150024A - 表面欠陥検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハ等の表面欠陥検査装置において、前方散乱光を高感度で検出し、正反射光をも同時に高感度検出可能とすることで、欠陥捕捉率の高い高効率の欠陥検査を実現。
【解決手段】前方散乱光検出手段２０は、ベアウエーハ１の前方散乱光を受光する光学系であり、照明手段１０よりベアウエーハ１に照射された検査光３による欠陥２からの散乱光を受光する検出レンズ２１と全反射ミラー２２とで構成され、その中央部（検査光入射平面と直行した方向）で分割した特徴を持つ。この全反射ミラー２２で側方に分離された前方散乱光は光電変換素子２３で検出され、中央の分割領域を直通する正反射光７は正反射光検出手段３０で検出されるので、前方散乱光と正反射光とで互の影響を抑制しつつ同時に検出することできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被検査物の表面に存在する異物、傷、欠陥、汚れ等を検出する表面検査装置及び方法に関する。

半導体デバイスの製造工程では、半導体ベアウエーハ上に幾つものプロセス工程を経て回路パターンを形成する。この過程での歩留りを低下させる原因として、半導体ベアウエーハの結晶起因の欠陥や装置起因の異物等が考えられる。よって、半導体ベアウェーハの表面を検出する表面検欠陥査装置により、これらの欠陥・異物を高感度、かつ高スループットに管理する必要がある。

この種の表面欠陥検査装置は、レーザ光等の検査光をウェーハ表面に照射し、ウェーハの表面で発生した反射光又は散乱光を検出することにより、ウェーハの表面に存在する欠陥及び異物を検出する方式が一般的である。

また、検出する欠陥及び異物の大きさ、形状、及び材質とベアウエーハ上に成膜する膜種、及びその膜厚、検査光の波長により、検査光を照射したときに発生する欠陥及び異物の光散乱の強度分布も異なる。

上記欠陥及び異物を検査する技術として、特許文献１や特許文献２には、ウェーハ表面に偏光を調整可能な検査光を照射し、ウェーハの表面で発生した散乱光を受光角が調整できる検出器、または複数の検出器を配置する方式が開示されている。また、特許文献３や特許文献４では、受光角度を検査光の入射角度と等しい角度で非検査物からの正反射光を測定する方式が開示されている。

特開平７−１４６２４５号公報 特開２００６−４７３０８号公報 特開２００８−１７０３４３号公報 特開２００１−０１３０８０号公報

ところで、表面欠検査装置では、レーザ光等の検査光をウェーハ表面に照射し、非検査物上にある欠陥及び異物からの散乱光、すなわち、前方散乱、後方散乱、側方散乱の何れかの方向に散乱する光を効率良く受光できる受光器の構成及び配置が重要であり、検出能力に大きく影響を及ぼす。

特に、前方散乱光の測定では、受光角度を検査光の入射角度と等しい角度で正反射方向に配置した場合、正反射光が前方散乱光の受光器に入り込む。この正反射光強度に比べで、散乱強度が低い上記欠陥及び異物からの前方散乱光は、受光器上では区別は難しく、ノイズ成分となって欠陥検出感度を低下することになる。

また、特許文献３のように正反射光においても被検査物からの散乱光強度情報を含んでいるため、正反射光による被検査物の欠陥検出感度をも低下する要因となっている。

そこで、例えば従来の前方散乱光測定では、正反射光が入らないように検出器の配置を受光レンズの開口（ＮＡ）を考慮して上下左右方向にずらし配置する、等の工夫で対応している。また、前方散乱光とは別に正反射光の測定を行なう場合には、夫々測定時間を分けて順番に測定することで、互いに影響しないようにしている。

本発明は以上述べた従来技術に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、被検査物からの前方散乱光に対する測定高感の高い表面欠検査装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、上記前方散乱光の測定に加えて、正反射光をも高感度かつ同時に測定可能な表面欠検査装置を提供することにある。

更に本発明の他の目的は、被検査物からの前方散乱光及び正反射光を同時に測定することができ、その検査結果を同時に表示することが可能な表面欠検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の主な特徴は、被検査物へ検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの前方散乱光を検出する前方散乱光検出手段と、該検出手段で検出した結果を処理する処理装置と、前記被検査物を支持するステージとを備えた表面欠陥検査装置において、前記前方散乱光検出手段を構成する検出レンズと全反射ミラーとを分割し、該分割された全反射ミラーによって側方に分離された前方散乱光を検出する光電変換素子を備えることで、前方散乱光を正反射光と分離して測定可能にしたことにある。

本発明の他の特徴は、前記前方散乱光検出手段の検出レンズ及び全反射ミラーをその中央部で分割し、当該中央部の分割領域を透過する正反射光を検出する正反射光検出手段を備えることで、正反射光をも高感度に測定可能な表面欠陥検査装置としたことにある。

更に本発明の他の特徴は、被検査物へ検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの前方散乱光を検出する前方散乱光検出手段と、前記被検査物からの正反射光を検出する正反射光検出手段と、前記両検出手段で検出した結果を処理する処理装置と、前記被検査物を支持するステージと、を備え、前記前方散乱光検出手段を分割された検出レンズと分割された全反射ミラーとから構成し、当該全反射ミラーによって側方に分離された前方散乱光を測定すると同時に、前記分割された検出レンズと分割された全反射ミラーの分割領域を通過した正反射光を測定することで、前方散乱光及び正反射光を同時測定し、この同時測定された前方散乱光と正反射光の検査結果を同時に表示することにある。

本発明によれば、被検査物からの前方散乱光の検出感度を向上することができ、加えて正反射光をも高感度かつ同時測定が可能な表面欠陥検査装置を実現することができ、更にはこれらの前方散乱光及び正反射光を同時に測定し、その検査結果を同時に表示することができるので、欠陥捕捉率の高い高効率の表面欠検査が可能となる。

本発明の一実施例に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。 本発明の一実施例に係る検査光の走査方法を説明する図である。 欠陥からの前方散乱光の強度分布の一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る表面欠陥検査装置の受光部の構成を示す図である。 被検査物における欠陥の有無の判定手法を説明する図である。 正反射光の信号強度を説明する図である。 本発明の一実施例に係る表面欠陥検査装置の検査条件フローチャートである。 本発明の一実施例に係る表面欠陥検査装置の操作画面（ＧＵＩ）を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る表面欠陥検査装置の概略構成図である。図１において、表面欠陥検査装置は、照明手段１０と、前方散乱光検出手段２０と、正反射光検出手段３０と、ＸＺΘステージ４０と、処理装置５０とを備えている。

ここで、図３と図４を用いて、前方散乱光検出手段２０と、正反射光検出手段３０と、照明手段１０の構成について説明する。

図３は欠陥からの前方散乱光の強度分布の一例を示し、図（ａ）は側面図、図（ｂ）は平面図である。検査対象物であるウエーハ１に照射された検査光３による欠陥２からの散乱光が、例えば検査光３の入射方向と同じ方向に散乱強度分布４をもつ、いわゆる前方散乱の模式図を示している。上記前方散乱光を効率良く受光するには、検査光３の正反射方向に検出レンズを配置する必要がある。しかしながら、ウエーハ１からの正反射光７も検査光３の入射角度５と同じ受光角度６方向に反射する。

図４は上記前方散乱光と正反射光７を同時に測定する光学系の構成を示している。検出手段２０は前方散乱光を受光する光学系であり、照明手段１０から検査対象物であるウエーハ１に照射された検査光３による欠陥２からの散乱光を受光する検出レンズ２１と、全反射ミラー２２とで構成され、受光した散乱光を光電変換する光電変換素子２３（この例ではホトマルチプライヤーを使用、以下ホトマルと略す）を備えている。

ここで、検出レンズ２１と全反射ミラー２２とは、中央部（検査光入射平面と直行した方向）で分割し、この中央部の分割した領域を正反射光７が通過する構造となっている点に特徴がある。また、前方散乱光検出手段２０は、正反射光７の影響を受ける事なく、受光角度６を可変できる構造を具備している。

正反射光検出手段３０は、正反射光７を受光する光学系であり、照明手段１０より、検査対象物であるウエーハ１に照射された検査光３からの正反射光を受光する検出レンズ３１と、受光する光量を調整可能とする透過率調整手段３２で構成され、受光した散乱光を光電変換する光電変換素子３３（この例ではホトマルチプライヤーを使用、以下ホトマルと略す）を備えている。さらに正反射光検出手段３０は、検査光３の入射角度５と同じ受光角度６に自動的に調整する構造を具備している。

また、照明手段１０は、照射レンズ１１と、例えば、所定波長のレーザ光等の検査光を発生するレーザ装置１２で構成され、検査光３を被検査物であるウェーハ１の表面へ照射する。また、例えば、波長板を照射光中に挿入可能にし、検査光３の偏光を変える機構を具備してもよい。

図２は本発明の一実施例である表面欠陥検査装置における検査光の走査を説明する図である。図２において、ＸＺΘステージ４０上で吸着され支持されたウェーハ１をΘ方向に回転させながら、図２に示したＸ方向（半径方向）へ直進移動することで、ウェーハ１の表面全体をスパイラル状９に走査が行われる。

図１に戻り、ＸＺΘステージ４０は、例えば、Ｘ方向の座標位置検出にはレーザースケール、Θ方向の座標位置検出にはロータリーエンコーダを用い、その座標位置情報を出力する。座標管理装置４１は、ＸＺΘステージ４０から入力した入力した位置情報（ウェーハ１の位置情報）に基づき、その座標情報を欠陥判定装置５３に出力する。

処理装置５０は、増幅器５１ａ及び５１ｂと、Ａ／Ｄ変換器５２ａ及び５２ｂと、欠陥判定装置５３と、検査結果記憶装置５４と、検査結果表示装置５５と、入力装置５７と、しきい値設定回路５８とを備えている。

Ａ／Ｄ変換器５２ａ及び５２ｂは、検出手段２０及び３０から入力したアナログ信号を増幅器５１ａ及び５１ｂで増幅し、ディジタル信号に変換して出力する。また、例えばＡ／Ｄ変換器５２ａ及び５２ｂにノイズ除去を目的としたデジタルフィルタリング機能を備えていてもよい。

欠陥判定装置５３は、判定回路５３ａ及び５３ｂを備えており、前方散乱光検出手段２０と、正反射光検出手段３０で検出した信号を、しきい値設定回路５８から入力されたしきい値とを比較し、欠陥の有無を判定する。

検査結果記憶装置５４は、欠陥判定装置５３から入力した検査結果（欠陥の有無と検出信号強度）と、座標管理装置４１から出力されたウェーハ１上の座標情報と対応付けられ、検査結果記憶装置５４に記憶される。

ここで、図５及び図６を用いて欠陥の検出原理について説明する。図５は欠陥の有無の判定手法を説明する図であり、前方散乱光検出手段２０から出力される欠陥の信号強度としきい値との関係を示している。

図５（ａ）は、例えば欠陥からの散乱光と正反射光７が同時に受光した時の検出信号を示しており、欠陥の信号がノイズ信号に埋もれてしまい検出が不可能な状態を示している。一方、本実施例の前方散乱光と正反射光７とを分離して検出する方式では、図５（ｂ）のように、ノイズ信号が低減され、欠陥の信号が顕在化し、しきい値を設定することで欠陥の高精度検出が可能になる。

図６は正反射光の信号強度を説明する図であり、正反射光検出手段３０から出力される正反射光７のステージΘの１回転分の信号強度を示している。正反射光７から光強度は非常に強い為、例えば透過率調整手段３２でホトマルで受光する光量を調整する必要がある。ホトマル電圧を低くし感度を落としてもよい。調整が適切でない場合、図に示すように、信号は飽和状態になり正確な情報を得られない。調整が適切の場合、図に示すような波形信号が得られる。

図１の入力装置５７は、例えば検査条件に関わるしきい値及びウエーハ周辺部からの非検査エリア範囲（エッジカット）等を入力する入力部である。後述する図８における検査条件設定部８１の入力等も行なう。

図１の検査結果表示装置５５は、検査結果記憶装置５４から入力した検査結果情報を表示する。例えば、後述する図８の検査結果表示部８２に示す検査マップ８３ａ，８４ａ、及び信号強度ヒストグラム８３ｂ，８４ｂ等を表示する。

図７は、本発明の一実施例における上記構成の検査装置による検査条件フローチャートである。

まず、ウエーハを検査装置上にロードする。図７のステップ７１では、ウエーハ検査光照明角度、レーザパワー、及び前方散乱光検出手段２０と、正反射光検出手段３０に関わる検出角度、ホトマル電圧、しきい値、ＮＤフィルタの設定等の検査情報を検査ファイルに記憶する。この時、前方散乱光検出手段２０と、正反射光検出手段３０のどちらを使用するか選択できてもよい。尚、例えばシミュレーションを活用し、被検査物の材質、膜厚、欠陥の大きさ等による散乱強度分布から、最適な検査光３の入射角度５と受光角度６の組合せを求める方法もある。

次に、ステップ７２で検査を開始し、ステップ７３で検査結果表示を行い、ステップ７４で検査マップに異常がないか判定を行う。ステップ７４で異常がある場合は、ステップ７１に進み、閾値、レーザパワー、ホトマル電圧等を変更し、ステップ７２に戻る。そして、マップの異常が無くなるまでステップ７１〜７４を繰り返す。マップの異常が無くなったところで、ウェーハをアンロードし、処理は終了する。

図８は本発明の一実施例に係る欠陥検査装置の操作画面（ＧＵＩ）を示す。操作画面（ＧＵＩ）８０は、検査条件設定部８１と検査結果表示部８２からなっている。検査条件設定部８１は、図示するように、前述の検査ファイルの各項目を設定する。

検査結果表示部８２は、上段には前方散乱光検出手段２０で検出した検査マップ８３ａと検出信号強度ヒストグラム８３ｂと、下段には正反射光検出手段３０で検出した検査マップ８４ａと検出信号強度ヒストグラム８４ｂが表示される。また、拡大ボタン８４を押すとマップが表示され、結果一覧ボタン８５を押すとウエーハ上の検出座標（Ｘ，Ｙ）と信号強度情報が表示される。

以上のように、本発明の一実施例によれば、被検査物からの前方散乱光を検出する検出系と正反射光を検出する検出系を備えており、前方散乱光検出系の検出レンズ及び全反射ミラーの中央部に形成した分割領域を利用して、前方散乱光及び正反射光を同時に測定し、検査結果を同時に表示することができる。

また、前方散乱検出系は、上記分割領域を利用して正反射光を通過させるので、前方散乱光のみを効率良く受光できる、即ち検出感度の向上を図ることができる。よって、従来は検出が困難若しくは見逃していた欠陥をも検出し、捕捉率を高めて、半導体製造プロセスでの歩留り向上に貢献することができる。

１・・・ウエーハ、１０・・・照明手段、２０・・・前方散乱光検出手段、３０・・・正反射光検出手段、４０・・・ＸＹΘステージ、４１・・・座標管理装置、５０・・・処理装置、５１ａ、５１ｂ・・・増幅器、５２ａ、５２ｂ・・・Ａ／Ｄ変換器、５３・・・欠陥判定装置、５４・・・検査結果記憶装置、５５・・・検査結果表示装置、５７・・・入力装置、５８・・・しきい値設定回路、８０・・・操作画面（ＧＵＩ）、８１・・・検査条件設定部、８２・・・検査結果表示部、８３ａ、８４ａ・・・検査マップ、８３ｂ、８４ｂ・・・検出信号強度ヒストグラム

Claims (8)

1. 被検査物へ検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの前方散乱光を検出する前方散乱光検出手段と、該検出手段で検出した結果を処理する処理装置と、前記被検査物を支持するステージとを備えた表面欠陥検査装置において、前記前方散乱光検出手段を構成する検出レンズと全反射ミラーとを分割し、該分割された全反射ミラーによって側方に分離された前方散乱光を検出する光電変換素子を備えることを特徴とする表面欠陥検査装置。
2. 請求項１記載の表面欠陥検査装置において、前記検出レンズと全反射ミラーとをその中央部で分割し、当該中央部の分割領域を透過する正反射光を検出する正反射光検出手段を備えることを特徴とする表面欠陥検査装置。
3. 請求項１又は２記載の表面欠陥検査装置において、前記ステージは、検査光を被検査物へ照射するとき、支持した被検査物を回転しつつ当該被検査物の半径方向に直進移動するＸＺΘステージを備えること特徴とする表面欠陥検査装置。
4. 請求項２記載の表面欠陥検査装置において、前記処理装置は、前記前方散乱光検出手段及び前記正反射光検出手段による前方散乱光及び正反射光を同時又は選択的に処理することを特徴とする表面欠陥検査装置。
5. 請求項１記載の表面欠陥検査装置において、前記前方散乱光検出手段は、前方散乱光を受光する受光角度を可変可能とすることを特徴とする表面欠陥検査装置。
6. 請求項２記載の表面欠陥検査装置において、前記照明手段の照射角度と前記正反射光検出手段の受光角度とを等しく可動可能とすることを特徴とする表面欠陥検査装置。
7. 被検査物へ検査光を照射する照明手段と、前記被検査物からの前方散乱光を検出する前方散乱光検出手段と、前記被検査物からの正反射光を検出する正反射光検出手段と、前記両検出手段で検出した結果を処理する処理装置と、前記被検査物を支持するステージと、を備え、前記前方散乱光検出手段を分割された検出レンズと分割された全反射ミラーとから構成し、当該全反射ミラーによって側方に分離された前方散乱光を検出すると同時に、前記分割された検出レンズと分割された全反射ミラーの分割領域を通過した正反射光を検出することを特徴とする表面欠陥検査方法。
8. 請求項７記載の表面欠陥検査方法において、前記処理装置は検査結果表示部を備え、同時に検出された前記前方散乱光と前記正反射光の検査結果を前記表示部に同時に表示することを特徴とする表面欠陥検査方法。

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