JP2017133830A - 検査装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、上記指向性欠陥によって散乱した光を効率よく捕捉する技術を提供することにある。【解決手段】検査装置は、試料に光を供給する照明光学系と、第1の仰角で配置される第1の検出光学系と、前記第1の仰角よりも高い第2の仰角で配置される第2の検出光学系とを備え、前記第2の検出光学系は、奇数個の検出光学ユニットを含む。【選択図】図1
Description
本発明は、試料の傷や異物といった欠陥を検出する検査装置に関する。
半導体の製造工程で発生する傷や異物といった欠陥は半導体の性能に影響を与える。よって、欠陥を検出し、製造工程へフィードバックすることが重要である。このような欠陥の検出のために使用されるのが、いわゆる検査装置である。検査装置の従来技術としては特許文献1が挙げられる。
試料に発生する欠陥としては散乱光が特定の方向に飛散する欠陥(以降、便宜的に指向性欠陥と称する)も存在する。指向性欠陥の一例としては、スタッキングフォルトが考えられる。従来技術では、このような指向性欠陥からの特定の方向に散乱した光を効率よく捕捉する点には配慮がなされていない。
本発明の目的は、上記指向性欠陥によって散乱した光を効率よく捕捉する技術を提供することにある。
上記課題を解決する為に、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、試料に光を供給する照明光学系と、第1の仰角で配置される第1の検出光学系と、前記第1の仰角よりも高い第2の仰角で配置される第2の検出光学系とを備え、前記第2の検出光学系は、奇数個の検出光学ユニットを含む、検査装置が提供される。
本発明によれば、特定の方向に散乱光を強く飛散させる欠陥を高感度に検出することができる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
[第1実施例]
図1は本実施例の検査装置を説明する図である。本実施例の検査装置は、試料の傷や異物といった欠陥を検出する検査装置である。検査装置は、主な構成要素として、第1の仰角で配置される第1の検出光学系108と、第1の仰角よりも高い第2の仰角で配置される第2の検出光学系109とを備える。
図1は本実施例の検査装置を説明する図である。本実施例の検査装置は、試料の傷や異物といった欠陥を検出する検査装置である。検査装置は、主な構成要素として、第1の仰角で配置される第1の検出光学系108と、第1の仰角よりも高い第2の仰角で配置される第2の検出光学系109とを備える。
ウエハ(試料)100は、ウエハチャック101に搭載される。ウエハチャック101は、回転用モータ102によって回転する。ウエハチャック101は、送りステージ103によってx方向に移動する。制御部105は、ウエハ100の回転及び送りステージ103の移動を制御する。具体的には、制御部105は、回転用モータ102を制御することによりウエハチャック101を回転させ、これにより、ウエハ100を回転させる。また、制御部105は、送りステージ用モータ104を制御することにより送りステージ103をx方向に移動させる。
照明光学系110は、ウエハ100上に光を収束し、照明領域を形成するものである。照明領域は実質的な楕円である場合もあるし、実質的な線である場合もある。照明光学系110もまた、制御部105によって制御されてもよい。照明光学系110による照明領域の形成によって発生した散乱光は、第1の検出光学系108、及び、第2の検出光学系109によって集光、及び検出される。第1の検出光学系108は、ウエハ100に対して第1の仰角θ1で配置されている。また、第2の検出光学系109は、ウエハ100に対して、第1の仰角θ1よりも高い第2の仰角θ2で配置されている。ここで、仰角とは、ウエハ100の表面から検出光学系108、109における受光面の任意の点への直線を仮定したときの、ウエハ100の表面に対する直線の角度で定義することができる(図1参照)。
第1の検出光学系108、及び第2の検出光学系109からの信号は、プリアンプ106によって増幅される。プリアンプ106を経由した信号は、処理部107に送信される。処理部107は、受信した信号の強度と所定のしきい値とを比較する。信号の強度がしきい値より高ければ、処理部107は、その信号を検出した位置に欠陥が存在すると判断する。
図2Aは、第2の検出光学系109を説明する図である。図2Aに示すように、第2の検出光学系109は、5つの検出光学ユニット201、202、203、204、及び205を含み得る。検出光学ユニット201は、後述するレンズユニット300、及びレンズユニット300を経由した光を光電変換するためのセンサを含み得る。検出光学ユニット201は、いわゆる集光系である場合もあれば、いわゆる結像系である場合もある。検出光学ユニット201は、任意の成分を斜光できる空間フィルタ、偏光フィルタを含み得る。この説明は、検出光学ユニット202、203、204、及び205の少なくとも1つ、後述する検出光学ユニット206、207、208、209、210、211についても適用できる。
図2Aに示すように、検出光学ユニット201、202、203、204、及び205において、隣接する検出光学ユニットの接点を線によって結んだ形状は5角形となる。検出光学ユニットの数は5個に限定されず、奇数個(3個以上の奇数)でさえあればよい。検出光学ユニット201、202、203、204、及び205を照明光の光軸とウエハ100の法線によって定義できる入射面212を基準に議論するなら、検出光学ユニット201と検出光学ユニット205との間に入射面212は形成される。検出光学ユニット201、202、203、204、及び205は、入射面212に対しては実質的に対称となるが、入射面212と交差(より具体的には直交)する面213に対しては実質的に非対称となるよう配置される場合もある。
図2Bは、第1の検出光学系108を説明する図である。図2Bに示すように、第1の検出光学系108は、6つの検出光学ユニット206、207、208、209、210、211を含む。検出光学ユニット206、207、208、209、210、211は、入射面212に対しては実質的に対称であり、入射面212と交差(より具体的には直交)する面213に対しても実質的に対称である。
図2Cは、第1の検出光学系108、及び第2の検出光学系109をウエハ100の上方から見た図である。図2Cに示すように、ウエハ100の上方から見た場合に、検出光学ユニット201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211は、それぞれ異なる方位角をもって配置される。ここで、方位角θとは、XY平面上における任意の基準線l1に対して、各検出光学ユニットの軸のなす角度で定義することができる(図2C参照)。
図3A及び図3Bは、検出光学ユニット201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、及び211の少なくとも1つに採用されるレンズユニット300を説明する図である。
レンズユニット300は、構成要素として、レンズ301と、レンズ301を支持するためのフレーム302とを備える。レンズユニット300のレンズ301の形状は円から少なくともその一部を除去した形状であることを特徴とする。また、フレーム302の外形も、少なくともその一部を除去した形状であることを特徴とする。
レンズ301の受光面は、検出光学ユニットを充填して配置できるよう扇の形(扇型)である。その他の表現としては、レンズ301の受光面は、第1の弦303、及び第1の弦303よりも短い第2の弦304を含むと表現することもできる。フレーム302の外形も検出光学ユニットを充填して配置できるよう扇型となっている。その他の表現としては、フレーム302は、第3の弦305、及び第3の弦305よりも短い第4の弦306を含むと表現することもできる。すなわち、レンズ301及びフレーム302は、受光面を正面から見たときに(図3A参照)、片側(第1の側)が他の側(第2の側)に比べて細い形状となっていると表現することもできる。なお、上記の「検出光学ユニットを充填して配置する」という表現は、各検出光学ユニットをウエハ100に対してより近い位置に配置しながら、複数の検出光学ユニットの間で形成される空間をより小さくすることを意味する。
このようなレンズユニット300を採用した効果は図4A及び図4Bを用いて説明することができる。図4Aは、従来のレンズユニットを備える4個の検出光学ユニットを配置した例であり、検出光学ユニットの配置をウエハの上方から見た図である。従来のレンズユニットでは、レンズの外形が円形であり、レンズを保持するフレームも同様の形状を有する。したがって、図4Aに示すように、検出光学ユニットを配置したときに、検出光学ユニットの間で形成される空間(図4Aの網掛け部分)が大きくなる。また、隣り合う検出光学ユニットが干渉し合うため、各検出光学ユニットをウエハに対して近い位置に配置できない。したがって、従来のレンズユニットでは、大きく開いた空間を散乱光が抜けたり、微弱な散乱光を検出しにくいことから、散乱光を効率的に捕捉することができなかった。また、装置自体の取付スペースも大きくなる。
一方、図4Bは、本実施例のレンズユニット300を備える奇数個の検出光学ユニットを配置した例である。上述したように、本発明のレンズユニット300のレンズ301及びフレーム302は、受光面を正面から見たときに(図3A参照)、片側の外形を除去して他の側に比べて細い形状となっている。したがって、図4Bに示すように、検出光学ユニット201〜205の数を増やし、かつ、各検出光学ユニット201〜205をウエハ100に対してより近い位置に配置しながら、複数の検出光学ユニット201〜205の間で形成される空間(図4Bの網掛け部分)をより小さくすることができる。この構成によれば、散乱光が空間を抜けにくくなり、かつ、微弱な散乱光も検出し易くなるため、ウエハ100からの散乱光の検出率が向上する。また、装置自体をコンパクトに構成することも可能となる。
さらに、検出光学ユニットを奇数個配置する効果は図5A及び図5Bを用いて説明することができる。図5Aは、従来のレンズユニットを備える4個の検出光学ユニットを配置した例において、指向性散乱光が生じた場合を説明する図である。図5Aでは、隣り合う検出光学ユニットの接点間を結ぶ線は直線501となる。したがって、図5Aに示すように指向性欠陥から飛散した特定の方向に飛散した光A(以下、指向性散乱光Aという)が生じた場合、より具体的には、直線501に沿うように指向性散乱光Aが生じた場合、指向性散乱光Aが検出光学ユニットの間を抜けてしまい、検出光学ユニットでうまく捕捉することができない。
一方、図5Bは、本実施例のレンズユニット300を備える奇数個の検出光学ユニットを配置した例である。図5Bでは、隣り合う検出光学ユニットの接点間を結ぶ線は曲線502となる。したがって、図5Bに示すように指向性散乱光Aが生じた場合でも、指向性散乱光Aが検出光学ユニットの間を抜けることなく、少なくとも1つの検出光学ユニットで指向性散乱光Aを検出することが可能になる。したがって、指向性散乱光を高感度に検出することができる。
次に、本実施例における欠陥の判別処理について説明する。欠陥の判別処理は、第1の検出光学系108、及び第2の検出光学系109の少なくとも1つを用いて行われる。以下では、ウエハ100上の凹んだ欠陥から散乱する光が高い仰角で散乱し、指向性散乱光となり得る傾向にある点を考慮して、第2の検出光学系109での検出結果を用いた欠陥の判別処理の例を説明する。一例として、スタッキングフォルトとそれ以外の欠陥との分類処理について説明する。
図6Aは、本実施例における欠陥判別処理の第1の例を示すフローチャートである。まず、照明光学系110によってウエハ100上に光を供給し、照明領域を形成する(601)。照明領域の形成によって発生した散乱光が、第2の検出光学系109によって検出される(602)。第2の検出光学系109からの信号は、プリアンプ106によって増幅される(603)。プリアンプ106を経由した信号は、処理部107に送信される。
次に、処理部107によって、第2の検出光学系109において特定の検出光学ユニットで強い信号が得られたかが判定される(604)。例えば、「強い信号」は、図5Bの検出光学ユニット201で検出された信号I1が、所定のしきい値(Ith1)よりも大きいか(I1>Ith1)どうかで判定することができる。特定の検出光学ユニットで強い信号が得られた場合、処理部107が、スタッキングフォルトであると判定する(605)。そうでない場合、処理部107は、スタッキングフォルト以外の欠陥であると判定する(606)。なお、ここでの欠陥の判別結果は、処理部107に接続された図示しない操作系の出力装置(ディスプレイ、プリンタなど)に表示/出力されてもよい。以上の判別処理により、指向性欠陥と、それ以外の欠陥との分類が可能となる。
図6Bは、本実施例における欠陥判別処理の第2の例を示すフローチャートである。図6Aと同じ処理については、同じ符号を付して説明を省略する。この例では、第2の検出光学系109の中の複数の検出光学ユニットで信号が得られた場合において、特定の検出光学ユニットで得られた信号が、他の検出光学ユニットで得られた信号よりも大きいかが判定される。
図5Bの例では、指向性散乱光Aは、検出光学ユニット201で検出されるとともに、検出光学ユニット203、204でも検出され得ることが分かる。ここで、検出光学ユニット201で検出される信号をI1とし、検出光学ユニット203で検出される信号をI2とし、検出光学ユニット204で検出される信号をI3とする。このとき、検出光学ユニット201で検出される信号をI1は、検出光学ユニット203、204で検出される信号をI2、I3よりも大きくなると考えられる。したがって、処理部107によって、第2の検出光学系109において、信号I1、信号I2(I1>I2)、信号I3(I1>I3)が得られたかが判定される(607)。信号I1、信号I2(I1>I2)、信号I3(I1>I3)が得られた場合、処理部107が、スタッキングフォルトであると判定する(605)。そうでない場合、処理部107は、スタッキングフォルト以外の欠陥であると判定する(606)。
なお、ステップ607における条件は、この例に限定されず、他の条件に変更したり、他の条件をさらに加えてもよい。例えば、ステップ607の条件に対して、信号I2の値と信号I3の値が同じ程度である、すなわち、信号I2と信号I3の差が所定の範囲内に入るという条件を加えてもよい。
また、さらに別の条件として、信号I1と信号I2との差が所定のしきい値(Ith2)よりも大きく、かつ、信号I1と信号I3との差が所定のしきい値(Ith2)よりも大きい場合に、スタッキングフォルトの欠陥であると判定してもよい。
本実施例は、第1の仰角θ1で配置される第1の検出光学系108と、第1の仰角θ1よりも高い第2の仰角θ2で配置される第2の検出光学系109とを有し、第2の検出光学系109は奇数個の検出光学ユニット201〜205を含むことを特徴とする。この構成によれば、特定の方向に散乱光を強く飛散させる欠陥を高感度に検出することができる。
また、本実施例では、検出光学ユニット内のレンズ301の形状は、円から少なくともその一部を除去した形状である。また、フレーム302の外形は、少なくともその一部を除去した形状である。これにより、レンズ301及びフレーム302は、片側が他の側に比べて細い形状となっている。この構成によれば、各検出光学ユニットをウエハ100に対してより近い位置に配置しながら、複数の検出光学ユニットの間で形成される空間をより小さくすることができる。したがって、散乱光の検出率を向上させることができる。
[第2実施例]
次に第2実施例について説明する。図7A及び図7Bは、第2実施例の検査装置を説明する図である。本実施例では、第3の検出光学系111が追加されている。第3の検出光学系111は、ウエハ100に対して、第2の仰角θ2よりも高い第3の仰角θ3で配置されている。第3の検出光学系111を配置することで、散乱光の検出率をさらに向上させることができる。
次に第2実施例について説明する。図7A及び図7Bは、第2実施例の検査装置を説明する図である。本実施例では、第3の検出光学系111が追加されている。第3の検出光学系111は、ウエハ100に対して、第2の仰角θ2よりも高い第3の仰角θ3で配置されている。第3の検出光学系111を配置することで、散乱光の検出率をさらに向上させることができる。
本実施例では、第1の検出光学系108の検出光学ユニットの数は例えば11個であり、第2の検出光学系109の検出光学ユニットの数は7個であり、第3の検出光学系111の検出光学ユニットの数は5個である。
第1の検出光学系108の検出光学ユニットは、入射面212に対しては実質的に対称となるが、入射面212と交差(より具体的には直交)する面213に対しては実質的に非対称となるよう配置される。また、第2の検出光学系109の検出光学ユニットは、入射面212に対しては実質的に対称となるが、入射面212と交差(より具体的には直交)する面213に対しては実質的に非対称となるよう配置される。さらに、第3の検出光学系111の検出光学ユニットは、入射面212に対しては実質的に対称となるが、入射面212と交差(より具体的には直交)する面213に対しては実質的に非対称となるよう配置される。
第1の検出光学系108、第2の検出光学系109、及び第3の検出光学系111の検出光学ユニットの受光面に関して、第2の検出光学系109の各検出光学ユニットの受光面の任意の点を結ぶ曲線712は、第1の検出光学系108の各検出光学ユニットの受光面の任意の点を結ぶ曲線711よりも内側に配置される。また、第3の検出光学系111の各検出光学ユニットの受光面の任意の点を結ぶ曲線713は、第2の検出光学系109の各検出光学ユニットの受光面の任意の点を結ぶ曲線712よりも内側に配置される。
第1の検出光学系108、第2の検出光学系109、及び第3の検出光学系111の検出光学ユニットに関して、検出光学ユニットの方位角はそれぞれ異なってもよいし、その一部の検出光学ユニットの方位角が、他の検出光学ユニットの方位角と同じになっていてもよい。
また、第1の検出光学系108、第2の検出光学系109、及び第3の検出光学系111の検出光学ユニットの間で、各検出光学ユニットをより充填して配置するために、レンズユニット300の大きさ、第1及び第2の弦303、304の長さ、第3及び第4の弦305、306の長さは、それぞれ異なってもよい。
本実施例において、欠陥の判別処理は、第1の検出光学系108、第2の検出光学系109、及び第3の検出光学系111の少なくとも1つを用いて行われる。本実施例における欠陥の判別処理は、図6A及び図6Bで説明した処理と同じでもよいし、異なるようにしてもよい。例えば、第3の検出光学系111での検出結果を用いた更なる条件を設定し、処理部107が、この条件を用いて欠陥の判別処理を行ってもよい。
また、第2の検出光学系109及び第3の検出光学系111の両方の検出光学ユニットで検出された結果を考慮して、処理部107が、欠陥の判別処理を行ってもよい。第2の検出光学系109及び第3の検出光学系111の両方での検出結果を判定条件として設定することで、欠陥からの散乱光の空間的な分布を考慮して、欠陥の分類処理を細分化することができる。また、分類精度をさらに向上させることもできる。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
上記の処理部107の処理手段などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリやハードディスク、何らかの記憶媒体に置くことができる。また、上記で説明した処理部107の処理手段などは、それらの一部あるいは全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
また、図面における制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
100 :ウエハ
101 :ウエハチャック
102 :回転用モータ
103 :送りステージ
104 :送りステージ用モータ
105 :制御部
106 :プリアンプ
107 :処理部
108 :第1の検出光学系
109 :第2の検出光学系
110 :照明光学系
111 :第3の検出光学系
201〜211 :検出光学ユニット
212 :入射面
213 :入射面と交差する面
300 :レンズユニット
301 :レンズ
302 :フレーム
θ :方位角
θ1 :第1の仰角
θ2 :第2の仰角
θ3 :第3の仰角
101 :ウエハチャック
102 :回転用モータ
103 :送りステージ
104 :送りステージ用モータ
105 :制御部
106 :プリアンプ
107 :処理部
108 :第1の検出光学系
109 :第2の検出光学系
110 :照明光学系
111 :第3の検出光学系
201〜211 :検出光学ユニット
212 :入射面
213 :入射面と交差する面
300 :レンズユニット
301 :レンズ
302 :フレーム
θ :方位角
θ1 :第1の仰角
θ2 :第2の仰角
θ3 :第3の仰角
Claims (16)
- 試料に光を供給する照明光学系と、
第1の仰角で配置される第1の検出光学系と、
前記第1の仰角よりも高い第2の仰角で配置される第2の検出光学系とを備え、
前記第2の検出光学系は、奇数個の検出光学ユニットを含む、検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、
前記奇数個の検出光学ユニットは、前記光の入射面に対して実質的に対称に配置されている、検査装置。 - 請求項2に記載の検査装置において、
前記奇数個の検出光学ユニットは、前記入射面と交差する面に対して実質的に非対称に配置されている、検査装置。 - 請求項3に記載の検査装置において、
前記奇数個の検出光学ユニットは、レンズと、前記レンズを支持するためのフレームとを備え、前記レンズの受光面は、第1の弦と、前記第1の弦よりも短い第2の弦を含む、検査装置。 - 請求項4に記載の検査装置において、
前記フレームは、第3の弦と、前記第3の弦よりも短い第4の弦を含む、検査装置。 - 請求項5に記載の検査装置において、
処理部をさらに備え、
前記処理部は、前記奇数個の検出光学ユニットで検出された信号の中で所定の値よりも大きい第1の信号が得られた場合、異方性欠陥があると判定する、検査装置。 - 請求項6に記載の検査装置において、
前記処理部は、前記奇数個の検出光学ユニットで検出された信号の中で、第1の信号と、前記第1の信号より小さい第2及び第3の信号とが得られた場合、異方性欠陥があると判定する、検査装置。 - 請求項7に記載の検査装置において、
前記第2の仰角よりも高い第3の仰角で配置される第3の検出光学系をさらに備える検査装置。 - 請求項8に記載の検査装置において、
前記第2の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線は、前記第1の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線よりも内側に配置され、前記第3の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線は、前記第2の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線よりも内側に配置されている、検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、
前記奇数個の検出光学ユニットは、前記光の入射面と交差する面に対して実質的に非対称に配置されている、検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、
前記奇数個の検出光学ユニットは、レンズと、前記レンズを支持するためのフレームとを備え、前記レンズの受光面は、第1の弦と、前記第1の弦よりも短い第2の弦を含む、検査装置。 - 請求項11に記載の検査装置において、
前記フレームは、第3の弦と、前記第3の弦よりも短い第4の弦を含む、検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、
処理部をさらに備え、
前記処理部は、前記奇数個の検出光学ユニットで検出された信号の中で所定の値よりも大きい第1の信号が得られた場合、異方性欠陥があると判定する、検査装置。 - 請求項13に記載の検査装置において、
前記処理部は、前記奇数個の検出光学ユニットで検出された信号の中で、第1の信号と、前記第1の信号より小さい第2及び第3の信号とが得られた場合、異方性欠陥があると判定する、検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、
前記第2の仰角よりも高い第3の仰角で配置される第3の検出光学系をさらに備える検査装置。 - 請求項15に記載の検査装置において、
前記第2の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線は、前記第1の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線よりも内側に配置され、前記第3の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線は、前記第2の検出光学系の受光面の任意の点を結ぶ曲線よりも内側に配置されている、検査装置。
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