JP3692685B2 - 欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の製造過程における、ウェハ表面の傷、レジストの塗布ムラ等の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ウェハ表面の傷、レジストの塗布ムラ等の欠陥検査としては人手による目視検査が行われている。また、近年は自動的に検査を行うものとして、例えば特公平６−８７８９号に開示された装置がある。この装置は、ウェハに照明した光の反射光によるウェハの像を画像処理装置に取り込み、ウェハ表面の欠陥を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、以下のような問題点があった。
即ち、人手による目視検査では個人差があり、非効率的である。
また、反射光を用いた自動検査装置においては、一回の検査でウェハ表面の傷が検出可能であり、レジストの塗布ムラを同時に検出することができなかった。更に、ウェハ表面の傷の検出の後、レジストの塗布ムラを検査するときは、異なる装置を使用するため、非常に大きいスペースが必要であった。
【０００４】
本発明は斯かる問題点に鑑みてなされるものであり、自動化による効率化を図ると共に、場所を取らない小型の欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、被検面を照明する第一照明光学系と、該第一照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの回折光のみを結像する第一受光光学系と、該第一受光光学系によって結像された像を撮影する第一撮像手段と、前記被検面を照明する第二照明光学系と、該第二照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの散乱光を結像する第二受光光学系と、該第二受光光学系によって結像された像を撮影する第二撮像手段と、前記第一撮像手段及び前記第二撮像手段からの出力信号を受信して、得られた前記被検面の画像に基づいて画像処理を行う同一の画像処理装置とを備え、前記被検面のパターンのピッチにより変化する回折角に対応するように、前記被検面又は前記第一受光光学系と前記第一照明光学系とは、所定の軸を中心に回転可能であることを特徴とする欠陥検査装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、例えば図２に示すように、第一照明光学系１１と第二照明光学系２１とを別々に設けている。これにより、好ましい光源をそれぞれ選択することができるので、高精度な欠陥検査装置とすることができる。また、第一照明光学系１１に対応し第一受光光学系１２及び第一撮像手段１３を設け、第二照明光学系２１に対応し第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３を設けているので、回折光と散乱光とを同一に検知できるようになり、迅速な検査が可能になる。
【０００７】
また、本発明では、被検面であるウェハ４面上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線と被検面上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、被検面上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線と被検面上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。これはつまり、回折光を検出するための光学系と散乱光を検出する光学系とが、重ならず、機械的干渉を起こさないようにすることを意味している。この構成により、回折光を検出するための光学系と散乱光を検出する光学系とがあるにも関わらず、装置全体の小型化を達成できる。
【０００８】
【実施例】
以下に、本発明よる各実施例を示す。
〔第一実施例〕
以下に、第一実施例を示す。図１及び図２は、本実施例における装置の構成図である。本実施例における装置は、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２、第一撮像手段１３、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２、第二撮像手段２３及び画像処理装置３より構成されている。
【０００９】
第一照明光学系１１から射出された光は、ウェハ４に照射される。ウェハ４に照射された光は、ウェハ４に形成された被検面である回路パターンによって回折される。回折された光のうち、一次回折光は、第一受光光学系１１を通り第一撮像手段１３上に、ウェハ４の一次回折光による干渉色のついた像を形成する。本実施例中では、第一照明光学系１１は、面状光源であり、単色光をウェハ４の全面に放射している。具体的には、蛍光灯を複数本配置し、ウェハ照射側に特定の波長行きの光のみを選択的に透過させるフィルターを設けている。そして、このフィルターを変換することにより、複数の波長を選択することが可能になっている。尚、本実施例中では、フィルターとして干渉フィルターを用いてる。
【００１０】
ここで、ステッパーで回路パターンを露光する際のフォーカスにムラがある場合、パターンの断面形状が変化するので、回折光の強度が変化し、明暗の差となって表れる。これにより、フォーカスムラを検出することができる。また、ウェハ４にレジストの塗りムラや現像不良のムラ或いはレジストの剥離忘れがある場合、ムラ等の部分は周囲と膜厚が異なるので、ウェハ４の一次回折光による干渉色に違いが生じ、明暗の差となって現われる。これにより、ウェハ４の表面のレジストの塗りムラや現像不良のムラ或いはレジストの剥離忘れを検出することができる。
【００１１】
これに対し、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３は、ウェハ４からの散乱光を検出するためのものである。ここで、第二照明光学系２１は電球及びファイバーから構成されている。電球から放射された光線はファイバーを通ることにより、拡散され、ウェハ４上を全面隈なく照明している。そして、第二受光光学系２２は、第二照明光学系２１の正反射光ならびに回折光が第二撮像手段２３上に結像されない領域に配置されている。この構成により、ウェハ４の表面に傷が無い場合は、第二撮像手段２３上には光が到達しない。しかし、ウェハ４の表面に傷がある場合は、散乱光が発生し、散乱した光が第二受光光学系２２を通り、第二撮像手段２３上に達するようになる。
【００１２】
画像処理装置３は、第二撮像手段２３によって電気信号化された検査中のウェハ４の像と、あらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラや傷などの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として画像処理装置３の外側に付設されたブラウン管に表示出力する。
本実施例の場合、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２及び第一撮像手段１３により、ウェハ４の表面のレジストの塗りムラや現像不良のムラを検出している。ここで、第一撮像素子１３からの出力信号を画像処理装置３へ取り入れることにより、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３による傷の検査とレジストの塗りムラや現像不良のムラの検査とが、同時に行える。当然のことながら、傷の検査とレジストの塗りムラや現像不良のムラの検査とをそれぞれ別個に行っても構わない。
【００１３】
また、ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とは、所定の軸を中心に回転可能にすることが好ましい。本実施例では、図１において紙面上下方向を回転軸として、ウェハ４が回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るようにウェハ４が適宜回転される。当然のことながら、第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを固定させてウェハ４が回転するか、ウェハ４を固定させて第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とが回転するかは相対的なものなので、第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とのどちらか、或いは両方を同時に回転させてもよい。
【００１４】
ところで、ウェハのパターンのピッチをｐ、入射光の波長をλ、入射角をθｉ、回折角をθｄ、回折次数をｍとすれば、以下の式が成り立つ。
ｐ（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ （１）
但し、入射角θｉは、ウェハ面の法線を基準として入射側に見込む角度方向をプラス、反対側に見込む角度方向をマイナスとし、回折角θｄは、ウェハ面の法線を基準として入射側に見込む角度方向をマイナス、反対側に見込む角度方向をプラスとしている。また、回折次数ｍは、ウェハへの入射光の正反射光を基準として、入射側に見込む角度方向をマイナス、反対側に見込む角度方向をプラスとしている。
従って、本実施例では、この関係が保たれるようにウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを回転させる。
【００１５】
また、回折角θｄは、
ｓｉｎθｄ＝（ｍλ／ｐ）＋ｓｉｎθｉ （２）
となるので、ウェハ４のパターンのピッチが粗くなるに従って回折角θｄがプラス側へ大きくなり、波長が短くなるに従って回折角θｄがプラス側へ大きくなることがわかる。回折角θｄが大きいと第一受光光学系１２に正反射光や一次以外の回折光が混入するおそれががあるので、ピッチの粗いパターンに対しては第一照明光学系１１の波長は長いものを選択することが好ましい。
【００１６】
正反射光や一次以外の回折光の混入を防ぐには、あらかじめ照明光の入射角θｉをプラス側へ大きくして、回折角θｄをマイナス寄りにしておけばよい。しかし、入射角θｉをプラス側へ大きく取ると散乱光用の第二照明光学系２１と機械的に干渉するので、本実施例では、図２に斜視図として示すように、ウェハ４上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線とウェハ４上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、ウェハ４上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線とウェハ４上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。このように、第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とによって回折光用光学系を構成し、第二照明光学系２１と第二受光光学系２２とによって散乱光用光学系を構成することにより、それぞれの系は、機械的干渉を起こさず、比較的小さいチャンバーの中に収納することができるようになる。
【００１７】
また、図３に示すように、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２をテレセントリックな光学系にしてもよい。この場合にも前述の式（１）が成り立っているのは勿論である。
テレセントリックな光学系を用いた場合、ウェハ全面の画像を一括に取り込むのではなく、不図示であるが、照明領域を線状にしてウェハ４を照明領域の短辺方向に走査させたり、図４に示すように、複数の回折光用の第一照明光学系１１ａ〜１１ｄ（部分光学系）を用いてウェハ４上の照明領域を千鳥状４ａ〜４ｄにして画像を取り込めば、それぞれの第一受光光学系１２ａ〜１２ｄ（部分光学系）の小型化が可能となる。図４に示す場合は、ウェハ４上の照明領域を四分割して、回折光用の光学系を四対設けている。
【００１８】
また、第一受光光学系１２にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
〔第２実施例〕
以下では、図５を参照しながら、第２実施例を説明する。
上記第１実施例同様に、ウェハ４上の欠陥の検査には回折光を用いる。そして、回折光用光学系は、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２によって構成されている。
【００１９】
第一照明光学系１１は、光源１１１、リレーレンズ１１２、平面反射鏡１１３及び球面反射鏡１１４で構成されている。また、第一受光光学系１２は、受光レンズ１２４、球面反射鏡１２２及び平面反射鏡１２３によって構成されている。光源１１１から射出された照明光は、リレーレンズ１１２を通り、平面反射鏡１１３で反射され、球面反射鏡１１４に入射する。球面反射鏡１１４で反射された照明光は、ほぼ平行な光束となって、ウェハ４に向かう。ウェハ４では、パターンのピッチに応じた回折光が生じる。生じた回折光は、順に、球面反射鏡１２２、平面反射鏡１２３、受光レンズ１２４を通過し、第一撮像手段であるＣＣＤ（撮像素子）１３１に像を結ぶ。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は、画像処理装置３にて適宜処理される。画像処理装置３は、検査中のウェハ４の像とあらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラなどの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として出力する。
【００２０】
ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とは、図５において紙面上下方向を回転軸として回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、このように、回転させることにより、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るようなる。
また、本実施例では、前記（１）式の関係が保たれるように第一照明光学系１１、ウェハ４、及び第一受光光学系１２を配置している。取り込む回折光の次数はマイナス一次である。
【００２１】
更に、本実施例では、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２は、球面反射鏡を用いた反射型の光学系で、テレセントリック光学系としている。第一照明光学系１１では、光源１１１が球面反射鏡１１４の前側焦点位置、もしくはリレーレンズ１１２を介して球面反射鏡１１４の前側焦点位置と共役な位置に、ウェハ４面が球面反射鏡１１４の後側焦点面とほぼ一致するように配置されている。第一受光光学系１２では、球面反射鏡１２２の前側焦点面とウェハ４面とを、球面反射鏡１２２の後側焦点面と受光レンズ１２１の入射瞳面とを、それぞれほぼ一致させ、テレセントリック光学系にしている。テレセントリック光学系にするのは、ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像の見え方を、ウェハ４全面に渡って同じにするためである。
【００２２】
テレセントリックでない光学系では、ウェハ４上の位置により、（１）式の入射角θｉ、回折角θｄがそれぞれ異なる。従って、回折光の強度は入射光の入射角に依存して変化するため、同じ欠陥でもウェハ上の位置により見え方が異なる場合がある。しかし、本実施例ではテレセントリック光学系を採用しているので、ウェハ全面に渡って入射角θｉ、回折角θｄが一様となる。故に、ウェハ上の位置にかかわらず同じ欠陥であれば見え方が同じになり、欠陥の特定に、より有利となる。
【００２３】
本実施例では、球面反射鏡を用いた反射型の光学系にしているので、屈折系のテレセントリック光学系を用いるた場合より装置を小型化することが可能である。ただ、本実施例では、偏心光学系を採用したので、球面反射鏡に入射する光線の入射角は出来るだけ小さいことが望ましい。入射角があまり大きいと、非点収差が大きくなるので、好ましくない。本実施例では、入射角は１０度に設定している。
【００２４】
ところで、上記（２）式より、回折角θｄは、パターンのピッチが小さくなるほど、また波長が長くなるほどマイナス側へ大きくなるのがわかる。回折角θｄがマイナス側へ大きくなり過ぎると照明光学系１１と受光光学系１２が機械的干渉を起こしてしまう。機械的干渉を防ぐのと、年々進むパターンのピッチの微細化を考慮すれば波長は短いほうがよいが、あまりに短いと未現像のレジストを感光させてしまう。従って、本実施例では、照明光の波長は、５５０ｎｍ付近の波長のものを使用している。
【００２５】
レジストの塗布忘れ、剥離忘れ、塗布や剥離のムラを検出する際に、レジストの有無によるウェハ４の見え方の差が少ない場合がある。これは、レジストのない所の光の強度とある所の干渉後の強度とが、一致するためである。この様な場合は、強度に差を出させるために、ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを、入射面と垂直な軸を中心にわずかに回転するか、又は光源の波長を変更する。本実施例では、８８０ｎｍとしている。
【００２６】
なお、本実施例においては、球面反射鏡を用いているが、反射型のフレネルゾーンプレートを用いても同様の効果を得ることが出来るのは勿論である。
更に、ウェハ全面の画像を一括に取り込んでいるが、照明領域を線状にしてウェハを照明領域の短辺方向に走査させたり、複数の光学系を用いて画像を取り込めば、第一受光光学系１２及び第一照明光学系の小型化が可能となる。
【００２７】
また、第一受光光学系１２及び第一照明光学系にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
傷を検出するときには、第一実施例同様に、散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、波長選択フィルタ２１３、光ファイバー２１２及びシリンドリカルレンズ２１４から構成されている。第二受光光学系２２は、対物レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、ＣＣＤ２３１からなる。また、図５では分かりづらいが、散乱光用の光学系は回折光用の光学系と干渉しないように、異なる平面内に配置されている。
【００２８】
白色光源２１１から射出された光は、光ファイバー２１２を経由する。本実施例では、光ファイバー２１２の射出側の端面の形状をスリット状にしている。
波長選択フィルタ２１３は、光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は、広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４によってスリットの短手方向の面内で平行もしくはほぼ平行な光にする。これにより、光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光はウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光とが生じる。回折光の回折角は、ウェハ４上のパターンのピッチ及び光源の波長によって決定される。
【００２９】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像のみが得られる。
本実施例における装置では、シリンドリカルレンズ２１４を用いているが、シリンドリカルレンズ２１４のかわりにセルフォックレンズを用いてもよい。この場合は複数個のセルフォックレンズを束ねたものが使用され、光ファイバーの端面はセルフォックレンズの焦点位置に配置される。光ファイバーから射出された光はセルフォックレンズで平行光束となってウェハに向かう。この時使用される光源や、ＣＣＤの位置はシリンドリカルレンズを用いたときと同様である。また、セルフォックレンズの代わりにフライアイレンズを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００３０】
以上のように本実施例においては、回折光によるウェハの画像に基づいて画像処理を行うことで、効率的な自動欠陥検査が可能となる。特に反射鏡を付加することにより、容易にテレセントリックな光学系を構成することが出来る。また、散乱光の検出を行うので特に傷の検出に効果的である。
〔第３実施例〕
以下、本発明による第３実施例を、図６を用いて説明する。
【００３１】
図６において、第一照明光学系１１から射出された光はウェハ４に照射される。ウェハ４に照射された光はウェハ４に形成された回路のパターンによって回折される。回折された光は、表面反射鏡１２３、受光レンズ１２４とで構成されている第一受光光学系１２によって、ウェハ４の回折光による像をＣＣＤ１３１の撮像素子上に形成する。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は画像処理装置３にて適宜処理される。画像処理装置３は、検査中のウェハ４の像と、あらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラなどの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として出力する。ウェハ４又は第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とは、図６において紙面上下方向を回転軸として回転可能になっているのは、第１実施例や第２実施例に開示した装置と同様である。
【００３２】
本実施例では、図１１に示すように、ウェハ４上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線とウェハ４上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、ウェハ４上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線とウェハ４上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。その上、ＣＣＤ１３１に入射する第一受光光学系１２の光軸は、表面反射鏡１２３で紙面と垂直な面内に反射されることにより、ウェハ４を挟んだ第一照明光学系１１の光軸と第一受光光学系１２の光軸とがなす平面、図６では紙面と平行な面とは異なる面内にある。これは、場合によっては、ウェハ４からの回折光のうち０次回折光、即ち正反射光が直接ＣＣＤ１３１に入射し、画像処理に影響を与えるのを防ぐためである。
【００３３】
第一受光光学系１２及びウェハ４は、図６においては紙面上下方向を回転軸として回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るように１２ウェハ４または第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とが適宜回転される。
【００３４】
図６に示す装置は、式（１）の関係が保たれるように第一照明光学系１１、ウェハ４、及び第二受光光学系１２が配置される。取り込む回折光の次数はマイナス一次である。
ところで、回折角θｄは、式（２）に示した通りであるから、パターンのピッチが小さくなるほど、また波長が長くなるほどマイナス側へ大きくなるのがわかる。回折角θｄがマイナス側へ大きくなり過ぎると第一照明光学系１１と第一受光光学系１２が機械的干渉を起こしてしまう。機械的干渉を防ぐのと、年々進むパターンのピッチの微細化を考慮すれば波長は短いほうがよいが、あまりに短いと未現像のレジストを感光させてしまう。従って、本実施例では、照明光の波長として、５５０ｎｍ付近の波長を使用している。
【００３５】
レジストの塗布忘れ、剥離忘れ、塗布や剥離のムラを検出する際に、レジストの有無によるウェハ４の見え方の差が少ない場合がある。これは、レジストのない所の光の強度と、ある所の干渉後の強度とが一致するためである。このときは、強度に差が出るように、第一照明光学系１１やウェハ４、あるいは第一受光光学系１２を、ウェハ４への入射面と垂直なある軸を中心にわずかに回転するか、もしくは第一照明光学系１１の波長を変更する。波長を変更した場合、式（１）の関係を満足するようにウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを回転させるのは言うまでもない。本実施例においては、変更後の波長を８８０ｎｍとしている。
【００３６】
本実施例の第一照明光学系の光源は、図８に示すように、波長が８８０ｎｍ、５４６ｎｍの２種類のＬＥＤ１０２、１０３と、拡散板１０４とで構成している。２種類のＬＥＤ１０２、１０３は、それぞれ格子状に配列されていて、ＬＥＤ１０２もしくはＬＥＤ１０３のどちらかを電気的に切り替えて点灯する。全部を点灯させるだけでなく、一部だけでを点灯させることも可能である。
【００３７】
２種類のＬＥＤ１０２、１０３は、それぞれ発光強度が異なるので、ウェハ４面での光量が等しくなるよう、数量や間隔が決められている。また、ＬＥＤのみではウェハ面でムラが生じるので、拡散板１０４によってムラを取り除き一様にしている。拡散板が実質的な光源面となる。
傷を検出するには散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、光ファイバー２１２、波長選択フィルタ２１３及びシリンドリカルレンズ２１４からなる。第二受光光学系２２は、受光レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、撮像素子ＣＣＤ２３１からなる。散乱光用の第二照明光学系２１及び第二受光光学系２２は、回折光用の第一照明光学系１１、第一受光光学系１２と機械的干渉を起こさないように異なる平面内に配置されている。その概略的な様子を図１１に示す。
【００３８】
白色光源２１１から射出された光は光ファイバー２１２を経由する。光ファイバー２１２の射出側の端面の形状はスリット状である。
波長選択フィルタ２１３は光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４にてスリットの短手方向の面内で平行、もしくはほぼ平行な光にする。これにより光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光は、ウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光が生じる。回折光の回折角は、ウェハ上のパターンのピッチ、光源の波長によって決定される。
【００３９】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像が得られる。
〔第４実施例〕
図７は、本発明による第４実施例の装置を示した図である。以下、図７を参照しながら、説明を行う。
【００４０】
図７において光源１１１から射出された照明光は、リレーレンズ１１２を通り、表面反射鏡１１３で反射された後、球面反射鏡１１４に入射する。球面反射鏡１１４で反射された照明光は、ほぼ平行な光束となってウェハ４に向かう。ウェハ４では、パターンのピッチに応じた回折光が生じる。生じた回折光は、球面反射鏡１２２、表面反射鏡１２３及び受光レンズ１２４で構成されている第一受光光学系１２によって、ウェハ４の回折光による像をＣＣＤ１３１上に形成する。
【００４１】
ＣＣＤ１３１に入射する第一受光光学系１２の光軸は、ウェハ４を挟んだ第一照明光学系１１の光軸と第一受光光学系１２へ入射する光線とがなす平面とは異なる面内にあり、ＣＣＤ１３１に０次回折光が直接入らない構成となっている。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は画像処理装置３にて適宜処理されるが、これについては、第３実施例に開示した装置と同様である。また、第一照明光学系１１、第二受光光学系１２及びウェハ４は、図７においてはそれぞれ紙面上下方向を回転軸として回転可能なこと、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２及びウェハ４が、それぞれ式（１）の関係を満たすように配置されること、取り込む回折次数がマイナス一次であること、使用する波長が５５０ｎｍ、８８０ｎｍの２種類であることも、第３実施例に開示した装置と同様である。
【００４２】
第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２は、球面反射鏡を用いた反射型の光学系でテレセントリック光学系である。第一照明光学系１１では、光源１１１が球面反射鏡１１４の前側焦点位置もしくはリレーレンズ１１２を介して球面反射鏡１１４の前側焦点位置と共役な位置に、ウェハ４面が後側焦点面とほぼ一致するように配置され、第一受光光学系１２では、球面反射鏡１２２の前側焦点面とウェハ４面とが、また後側焦点面と受光レンズ１２４の入射瞳面をほぼ一致させ、テレセントリック光学系にしている。テレセントリック光学系にするのは、ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像の見え方を、ウェハ全面に渡って同じにするためである。
【００４３】
テレセントリックでない光学系では、ウェハ上の位置により、式（１）の入射角θｉ、回折角θｄがそれぞれ異なる。回折光の強度は入射光の入射角に依存して変化するため、同じ欠陥でもウェハ上の位置により見え方が異なる場合がある。しかし、本実施例ではテレセントリックなので、ウェハ全面に渡って入射角θｉ、回折角θｄが一様となる。故に、ウェハ上の位置にかかわらず同じ欠陥であれば見え方が同じになり、欠陥の特定に、より有利である。
【００４４】
また、本実施例では、球面反射鏡を用いた反射型の光学系にすることで、屈折系のテレセントリック光学系を用いる装置よりも更に装置を小型化している。ただ偏心光学系なので、球面反射鏡に対する反射光の入射角は出来るだけ小さいのが望ましい。あまり大きいと非点収差が大きくなるからである。本実施例に開示した装置では、１０度になっている。
【００４５】
図９として示した実施例は、図７として開示した実施例の装置において、表面反射鏡１２３で光軸を紙面と垂直な面内に曲げる代わりに、球面反射鏡１２２で光路を曲げたものである。図９ａでは、紙面の垂直方向に、つまり手前方向に回折光が反射されていることを示している。図９ｂは、図９ａの装置を右側から見た図で、ウェハ４で紙面と垂直な面内に回折された光が、球面反射鏡１２２で紙面と平行な面に内に反射されている。この様な構成でも第３実施例と同等の効果を得られるのは勿論であるし、図１０ａ及びｂに示すように、球面反射鏡１２２から直接、受光レンズ１２４、ＣＣＤ１３１に回折光を取り込む構成を取っても何ら問題はない。
【００４６】
なお、図６及び図１０として開示した装置では、ＣＣＤ撮像素子上に形成される像は上下、若しくは左右が反転した像となるが、画像処理の際に特に問題となるものではない。必要であれば球面反射鏡をもう１枚挿入するか、画像処理装置３で電気的な処理を施して正立像にすればよい。
また、図７、図９及び図１０として開示した装置においては、球面反射鏡を用いているが、反射型のフレネルゾーンプレートを用いても同様の効果を得ることが出来るのは勿論である。
【００４７】
更に、ウェハ全面の画像を一括に取り込んでいるが、照明領域を帯状にしてウェハ４を照明領域の短辺方向に走査させたり、複数の光学系を用いて画像を取り込めば、第一受光光学系１２及び第一照明光学系が小型化が可能であるし、第一受光光学系１２及び第一照明光学系にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
【００４８】
傷を検出するには散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、光ファイバー２１２、波長選択フィルタ２１３及びシリンドリカルレンズ２１４からなる。第二受光光学系２２は、受光レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、撮像素子ＣＣＤ２３１からなる。散乱光用の第二照明光学系２１及び第二受光光学系２２は、回折光用の第一照明光学系１１、第一受光光学系１２と機械的干渉を起こさないように異なる平面内に配置されている。その概略的な様子を図１１に示す。
【００４９】
白色光源２１１から射出された光は光ファイバー２１２を経由する。光ファイバー２１２の射出側の端面の形状はスリット状である。
波長選択フィルタ２１３は光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４にてスリットの短手方向の面内で平行、もしくはほぼ平行な光にする。これにより光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光は、ウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光が生じる。回折光の回折角は、ウェハ上のパターンのピッチ、光源の波長によって決定される。
【００５０】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像が得られる。
本実施例に開示した装置では、シリンドリカルレンズを用いているが、シリンドリカルレンズのかわりにセルフォックレンズを用いてもよい。この場合は複数個のセルフォックレンズを束ねたものが使用され、光ファイバーの端面はセルフォックレンズの焦点位置に配置される。光ファイバーから射出された光はセルフォックレンズで平行光束となってウェハ に向かう。この時使用される光源や、ＣＣＤの位置はシリンドリカルレンズを用いたときと同様である。また、セルフォックレンズの代わりにフライアイレンズを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００５１】
以上のように本実施例においては、回折光によるウェハの画像に基づいて画像処理を行なうことで、効率的な自動欠陥検査が可能となる。特に０次回折光の光軸とＣＣＤカメラに入射する光軸とを異なる面内に配置することで、０次回折光のＣＣＤカメラへの混入を防ぐことが出来る。
また、散乱光の検出を行なうので特に傷の検出に効果的である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、一つの装置で、第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とによって回折光用光学系を構成し、第二照明光学系２１と第二受光光学系２２とによって散乱光用光学系を構成し、且つ、それぞれの系は、機械的干渉を起こさないように配置しているので、小型な欠陥検査装置を提供することができる。また、回折光用光学系によって塗布ムラ等を、散乱光用光学系によって傷を、同時に検出できるので、効率的な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による第１実施例を示す側面図である。
【図２】 図２は、本発明による第１実施例を示す斜視図である。
【図３】 図３は、本発明による第１実施例の変形例示す図である。
【図４】 図４は、本発明による第１実施例の変形例示す図である。
【図５】 図５は、本発明による第２実施例を示す側面図である。
【図６】 図６は、本発明による第３実施例を示す側面図である。
【図７】 図７は、本発明による第４実施例を示す側面図である。
【図８】 図８は、第３実施例における第一照明光学系及び第一受光光学系を示す斜視図である。
【図９】 図９は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【符号の説明】
１１ 第一照明光学系
１２ 第一受光光学系
１３ 第一撮像手段
２１ 第二照明光学系
２２ 第二受光光学系
２３ 第二撮像手段
３ 画像処理装置
４ ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の製造過程における、ウェハ表面の傷、レジストの塗布ムラ等の欠陥を検出する欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ウェハ表面の傷、レジストの塗布ムラ等の欠陥検査としては人手による目視検査が行われている。また、近年は自動的に検査を行うものとして、例えば特公平６−８７８９号に開示された装置がある。この装置は、ウェハに照明した光の反射光によるウェハの像を画像処理装置に取り込み、ウェハ表面の欠陥を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の装置では、以下のような問題点があった。
即ち、人手による目視検査では個人差があり、非効率的である。
また、反射光を用いた自動検査装置においては、一回の検査でウェハ表面の傷が検出可能であり、レジストの塗布ムラを同時に検出することができなかった。更に、ウェハ表面の傷の検出の後、レジストの塗布ムラを検査するときは、異なる装置を使用するため、非常に大きいスペースが必要であった。
【０００４】
本発明は斯かる問題点に鑑みてなされるものであり、自動化による効率化を図ると共に、場所を取らない小型の欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、被検面を照明する第一照明光学系と、該第一照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの回折光のみを結像する第一受光光学系と、該第一受光光学系によって結像された像を撮影する第一撮像手段と、前記被検面を照明する第二照明光学系と、該第二照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの散乱光を結像する第二受光光学系と、該第二受光光学系によって結像された像を撮影する第二撮像手段と、前記第一撮像手段及び前記第二撮像手段からの出力信号を受信して、得られた前記被検面の画像に基づいて画像処理を行う同一の画像処理装置とを備え、前記被検面のパターンのピッチにより変化する回折角に対応するように、前記被検面又は前記第一受光光学系と前記第一照明光学系とは、所定の軸を中心に回転可能であることを特徴とする欠陥検査装置である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明では、例えば図２に示すように、第一照明光学系１１と第二照明光学系２１とを別々に設けている。これにより、好ましい光源をそれぞれ選択することができるので、高精度な欠陥検査装置とすることができる。また、第一照明光学系１１に対応し第一受光光学系１２及び第一撮像手段１３を設け、第二照明光学系２１に対応し第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３を設けているので、回折光と散乱光とを同一に検知できるようになり、迅速な検査が可能になる。
【０００７】
また、本発明では、被検面であるウェハ４面上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線と被検面上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、被検面上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線と被検面上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。これはつまり、回折光を検出するための光学系と散乱光を検出する光学系とが、重ならず、機械的干渉を起こさないようにすることを意味している。この構成により、回折光を検出するための光学系と散乱光を検出する光学系とがあるにも関わらず、装置全体の小型化を達成できる。
【０００８】
【実施例】
以下に、本発明よる各実施例を示す。
〔第一実施例〕
以下に、第一実施例を示す。図１及び図２は、本実施例における装置の構成図である。本実施例における装置は、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２、第一撮像手段１３、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２、第二撮像手段２３及び画像処理装置３より構成されている。
【０００９】
第一照明光学系１１から射出された光は、ウェハ４に照射される。ウェハ４に照射された光は、ウェハ４に形成された被検面である回路パターンによって回折される。回折された光のうち、一次回折光は、第一受光光学系１１を通り第一撮像手段１３上に、ウェハ４の一次回折光による干渉色のついた像を形成する。本実施例中では、第一照明光学系１１は、面状光源であり、単色光をウェハ４の全面に放射している。具体的には、蛍光灯を複数本配置し、ウェハ照射側に特定の波長行きの光のみを選択的に透過させるフィルターを設けている。そして、このフィルターを変換することにより、複数の波長を選択することが可能になっている。尚、本実施例中では、フィルターとして干渉フィルターを用いてる。
【００１０】
ここで、ステッパーで回路パターンを露光する際のフォーカスにムラがある場合、パターンの断面形状が変化するので、回折光の強度が変化し、明暗の差となって表れる。これにより、フォーカスムラを検出することができる。また、ウェハ４にレジストの塗りムラや現像不良のムラ或いはレジストの剥離忘れがある場合、ムラ等の部分は周囲と膜厚が異なるので、ウェハ４の一次回折光による干渉色に違いが生じ、明暗の差となって現われる。これにより、ウェハ４の表面のレジストの塗りムラや現像不良のムラ或いはレジストの剥離忘れを検出することができる。
【００１１】
これに対し、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３は、ウェハ４からの散乱光を検出するためのものである。ここで、第二照明光学系２１は電球及びファイバーから構成されている。電球から放射された光線はファイバーを通ることにより、拡散され、ウェハ４上を全面隈なく照明している。そして、第二受光光学系２２は、第二照明光学系２１の正反射光ならびに回折光が第二撮像手段２３上に結像されない領域に配置されている。この構成により、ウェハ４の表面に傷が無い場合は、第二撮像手段２３上には光が到達しない。しかし、ウェハ４の表面に傷がある場合は、散乱光が発生し、散乱した光が第二受光光学系２２を通り、第二撮像手段２３上に達するようになる。
【００１２】
画像処理装置３は、第二撮像手段２３によって電気信号化された検査中のウェハ４の像と、あらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラや傷などの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として画像処理装置３の外側に付設されたブラウン管に表示出力する。
本実施例の場合、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２及び第一撮像手段１３により、ウェハ４の表面のレジストの塗りムラや現像不良のムラを検出している。ここで、第一撮像素子１３からの出力信号を画像処理装置３へ取り入れることにより、第二照明光学系２１、第二受光光学系２２及び第二撮像手段２３による傷の検査とレジストの塗りムラや現像不良のムラの検査とが、同時に行える。当然のことながら、傷の検査とレジストの塗りムラや現像不良のムラの検査とをそれぞれ別個に行っても構わない。
【００１３】
また、ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とは、所定の軸を中心に回転可能にすることが好ましい。本実施例では、図１において紙面上下方向を回転軸として、ウェハ４が回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るようにウェハ４が適宜回転される。当然のことながら、第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを固定させてウェハ４が回転するか、ウェハ４を固定させて第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とが回転するかは相対的なものなので、第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とのどちらか、或いは両方を同時に回転させてもよい。
【００１４】
ところで、ウェハのパターンのピッチをｐ、入射光の波長をλ、入射角をθｉ、回折角をθｄ、回折次数をｍとすれば、以下の式が成り立つ。
ｐ（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ （１）
但し、入射角θｉは、ウェハ面の法線を基準として入射側に見込む角度方向をプラス、反対側に見込む角度方向をマイナスとし、回折角θｄは、ウェハ面の法線を基準として入射側に見込む角度方向をマイナス、反対側に見込む角度方向をプラスとしている。また、回折次数ｍは、ウェハへの入射光の正反射光を基準として、入射側に見込む角度方向をマイナス、反対側に見込む角度方向をプラスとしている。
従って、本実施例では、この関係が保たれるようにウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを回転させる。
【００１５】
また、回折角θｄは、
ｓｉｎθｄ＝（ｍλ／ｐ）＋ｓｉｎθｉ （２）
となるので、ウェハ４のパターンのピッチが粗くなるに従って回折角θｄがプラス側へ大きくなり、波長が短くなるに従って回折角θｄがプラス側へ大きくなることがわかる。回折角θｄが大きいと第一受光光学系１２に正反射光や一次以外の回折光が混入するおそれががあるので、ピッチの粗いパターンに対しては第一照明光学系１１の波長は長いものを選択することが好ましい。
【００１６】
正反射光や一次以外の回折光の混入を防ぐには、あらかじめ照明光の入射角θｉをプラス側へ大きくして、回折角θｄをマイナス寄りにしておけばよい。しかし、入射角θｉをプラス側へ大きく取ると散乱光用の第二照明光学系２１と機械的に干渉するので、本実施例では、図２に斜視図として示すように、ウェハ４上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線とウェハ４上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、ウェハ４上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線とウェハ４上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。このように、第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とによって回折光用光学系を構成し、第二照明光学系２１と第二受光光学系２２とによって散乱光用光学系を構成することにより、それぞれの系は、機械的干渉を起こさず、比較的小さいチャンバーの中に収納することができるようになる。
【００１７】
また、図３に示すように、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２をテレセントリックな光学系にしてもよい。この場合にも前述の式（１）が成り立っているのは勿論である。
テレセントリックな光学系を用いた場合、ウェハ全面の画像を一括に取り込むのではなく、不図示であるが、照明領域を線状にしてウェハ４を照明領域の短辺方向に走査させたり、図４に示すように、複数の回折光用の第一照明光学系１１ａ〜１１ｄ（部分光学系）を用いてウェハ４上の照明領域を千鳥状４ａ〜４ｄにして画像を取り込めば、それぞれの第一受光光学系１２ａ〜１２ｄ（部分光学系）の小型化が可能となる。図４に示す場合は、ウェハ４上の照明領域を四分割して、回折光用の光学系を四対設けている。
【００１８】
また、第一受光光学系１２にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
〔第２実施例〕
以下では、図５を参照しながら、第２実施例を説明する。
上記第１実施例同様に、ウェハ４上の欠陥の検査には回折光を用いる。そして、回折光用光学系は、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２によって構成されている。
【００１９】
第一照明光学系１１は、光源１１１、リレーレンズ１１２、平面反射鏡１１３及び球面反射鏡１１４で構成されている。また、第一受光光学系１２は、受光レンズ１２４、球面反射鏡１２２及び平面反射鏡１２３によって構成されている。光源１１１から射出された照明光は、リレーレンズ１１２を通り、平面反射鏡１１３で反射され、球面反射鏡１１４に入射する。球面反射鏡１１４で反射された照明光は、ほぼ平行な光束となって、ウェハ４に向かう。ウェハ４では、パターンのピッチに応じた回折光が生じる。生じた回折光は、順に、球面反射鏡１２２、平面反射鏡１２３、受光レンズ１２４を通過し、第一撮像手段であるＣＣＤ（撮像素子）１３１に像を結ぶ。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は、画像処理装置３にて適宜処理される。画像処理装置３は、検査中のウェハ４の像とあらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラなどの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として出力する。
【００２０】
ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とは、図５において紙面上下方向を回転軸として回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、このように、回転させることにより、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るようなる。
また、本実施例では、前記（１）式の関係が保たれるように第一照明光学系１１、ウェハ４、及び第一受光光学系１２を配置している。取り込む回折光の次数はマイナス一次である。
【００２１】
更に、本実施例では、第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２は、球面反射鏡を用いた反射型の光学系で、テレセントリック光学系としている。第一照明光学系１１では、光源１１１が球面反射鏡１１４の前側焦点位置、もしくはリレーレンズ１１２を介して球面反射鏡１１４の前側焦点位置と共役な位置に、ウェハ４面が球面反射鏡１１４の後側焦点面とほぼ一致するように配置されている。第一受光光学系１２では、球面反射鏡１２２の前側焦点面とウェハ４面とを、球面反射鏡１２２の後側焦点面と受光レンズ１２１の入射瞳面とを、それぞれほぼ一致させ、テレセントリック光学系にしている。テレセントリック光学系にするのは、ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像の見え方を、ウェハ４全面に渡って同じにするためである。
【００２２】
テレセントリックでない光学系では、ウェハ４上の位置により、（１）式の入射角θｉ、回折角θｄがそれぞれ異なる。従って、回折光の強度は入射光の入射角に依存して変化するため、同じ欠陥でもウェハ上の位置により見え方が異なる場合がある。しかし、本実施例ではテレセントリック光学系を採用しているので、ウェハ全面に渡って入射角θｉ、回折角θｄが一様となる。故に、ウェハ上の位置にかかわらず同じ欠陥であれば見え方が同じになり、欠陥の特定に、より有利となる。
【００２３】
本実施例では、球面反射鏡を用いた反射型の光学系にしているので、屈折系のテレセントリック光学系を用いるた場合より装置を小型化することが可能である。ただ、本実施例では、偏心光学系を採用したので、球面反射鏡に入射する光線の入射角は出来るだけ小さいことが望ましい。入射角があまり大きいと、非点収差が大きくなるので、好ましくない。本実施例では、入射角は１０度に設定している。
【００２４】
ところで、上記（２）式より、回折角θｄは、パターンのピッチが小さくなるほど、また波長が長くなるほどマイナス側へ大きくなるのがわかる。回折角θｄがマイナス側へ大きくなり過ぎると照明光学系１１と受光光学系１２が機械的干渉を起こしてしまう。機械的干渉を防ぐのと、年々進むパターンのピッチの微細化を考慮すれば波長は短いほうがよいが、あまりに短いと未現像のレジストを感光させてしまう。従って、本実施例では、照明光の波長は、５５０ｎｍ付近の波長のものを使用している。
【００２５】
レジストの塗布忘れ、剥離忘れ、塗布や剥離のムラを検出する際に、レジストの有無によるウェハ４の見え方の差が少ない場合がある。これは、レジストのない所の光の強度とある所の干渉後の強度とが、一致するためである。この様な場合は、強度に差を出させるために、ウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを、入射面と垂直な軸を中心にわずかに回転するか、又は光源の波長を変更する。本実施例では、８８０ｎｍとしている。
【００２６】
なお、本実施例においては、球面反射鏡を用いているが、反射型のフレネルゾーンプレートを用いても同様の効果を得ることが出来るのは勿論である。
更に、ウェハ全面の画像を一括に取り込んでいるが、照明領域を線状にしてウェハを照明領域の短辺方向に走査させたり、複数の光学系を用いて画像を取り込めば、第一受光光学系１２及び第一照明光学系の小型化が可能となる。
【００２７】
また、第一受光光学系１２及び第一照明光学系にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
傷を検出するときには、第一実施例同様に、散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、波長選択フィルタ２１３、光ファイバー２１２及びシリンドリカルレンズ２１４から構成されている。第二受光光学系２２は、対物レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、ＣＣＤ２３１からなる。また、図５では分かりづらいが、散乱光用の光学系は回折光用の光学系と干渉しないように、異なる平面内に配置されている。
【００２８】
白色光源２１１から射出された光は、光ファイバー２１２を経由する。本実施例では、光ファイバー２１２の射出側の端面の形状をスリット状にしている。
波長選択フィルタ２１３は、光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は、広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４によってスリットの短手方向の面内で平行もしくはほぼ平行な光にする。これにより、光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光はウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光とが生じる。回折光の回折角は、ウェハ４上のパターンのピッチ及び光源の波長によって決定される。
【００２９】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像のみが得られる。
本実施例における装置では、シリンドリカルレンズ２１４を用いているが、シリンドリカルレンズ２１４のかわりにセルフォックレンズを用いてもよい。この場合は複数個のセルフォックレンズを束ねたものが使用され、光ファイバーの端面はセルフォックレンズの焦点位置に配置される。光ファイバーから射出された光はセルフォックレンズで平行光束となってウェハに向かう。この時使用される光源や、ＣＣＤの位置はシリンドリカルレンズを用いたときと同様である。また、セルフォックレンズの代わりにフライアイレンズを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００３０】
以上のように本実施例においては、回折光によるウェハの画像に基づいて画像処理を行うことで、効率的な自動欠陥検査が可能となる。特に反射鏡を付加することにより、容易にテレセントリックな光学系を構成することが出来る。また、散乱光の検出を行うので特に傷の検出に効果的である。
〔第３実施例〕
以下、本発明による第３実施例を、図６を用いて説明する。
【００３１】
図６において、第一照明光学系１１から射出された光はウェハ４に照射される。ウェハ４に照射された光はウェハ４に形成された回路のパターンによって回折される。回折された光は、表面反射鏡１２３、受光レンズ１２４とで構成されている第一受光光学系１２によって、ウェハ４の回折光による像をＣＣＤ１３１の撮像素子上に形成する。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は画像処理装置３にて適宜処理される。画像処理装置３は、検査中のウェハ４の像と、あらかじめ記憶させておいた欠陥のないウェハの像とを比較する。ムラなどの欠陥がある場合はその部分の明暗の差から、その部分を欠陥として出力する。ウェハ４又は第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とは、図６において紙面上下方向を回転軸として回転可能になっているのは、第１実施例や第２実施例に開示した装置と同様である。
【００３２】
本実施例では、図１１に示すように、ウェハ４上に入射する第一照明光学系１１からの照明光線とウェハ４上で回折され第一受光光学系１２へ到達する回折光線とを含む平面は、ウェハ４上に入射する第二照明光学系２１からの照明光線とウェハ４上で散乱され第二受光光学系２２へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わるようにしている。その上、ＣＣＤ１３１に入射する第一受光光学系１２の光軸は、表面反射鏡１２３で紙面と垂直な面内に反射されることにより、ウェハ４を挟んだ第一照明光学系１１の光軸と第一受光光学系１２の光軸とがなす平面、図６では紙面と平行な面とは異なる面内にある。これは、場合によっては、ウェハ４からの回折光のうち０次回折光、即ち正反射光が直接ＣＣＤ１３１に入射し、画像処理に影響を与えるのを防ぐためである。
【００３３】
第一受光光学系１２及びウェハ４は、図６においては紙面上下方向を回転軸として回転可能になっている。これは、ウェハ４のパターンのピッチにより回折光の回折角が異なるためで、回折角が変化しても回折光が第一受光光学系１２に入るように１２ウェハ４または第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とが適宜回転される。
【００３４】
図６に示す装置は、式（１）の関係が保たれるように第一照明光学系１１、ウェハ４、及び第二受光光学系１２が配置される。取り込む回折光の次数はマイナス一次である。
ところで、回折角θｄは、式（２）に示した通りであるから、パターンのピッチが小さくなるほど、また波長が長くなるほどマイナス側へ大きくなるのがわかる。回折角θｄがマイナス側へ大きくなり過ぎると第一照明光学系１１と第一受光光学系１２が機械的干渉を起こしてしまう。機械的干渉を防ぐのと、年々進むパターンのピッチの微細化を考慮すれば波長は短いほうがよいが、あまりに短いと未現像のレジストを感光させてしまう。従って、本実施例では、照明光の波長として、５５０ｎｍ付近の波長を使用している。
【００３５】
レジストの塗布忘れ、剥離忘れ、塗布や剥離のムラを検出する際に、レジストの有無によるウェハ４の見え方の差が少ない場合がある。これは、レジストのない所の光の強度と、ある所の干渉後の強度とが一致するためである。このときは、強度に差が出るように、第一照明光学系１１やウェハ４、あるいは第一受光光学系１２を、ウェハ４への入射面と垂直なある軸を中心にわずかに回転するか、もしくは第一照明光学系１１の波長を変更する。波長を変更した場合、式（１）の関係を満足するようにウェハ４又は第一受光光学系１２と第一照明光学系１１とを回転させるのは言うまでもない。本実施例においては、変更後の波長を８８０ｎｍとしている。
【００３６】
本実施例の第一照明光学系の光源は、図８に示すように、波長が８８０ｎｍ、５４６ｎｍの２種類のＬＥＤ１０２、１０３と、拡散板１０４とで構成している。２種類のＬＥＤ１０２、１０３は、それぞれ格子状に配列されていて、ＬＥＤ１０２もしくはＬＥＤ１０３のどちらかを電気的に切り替えて点灯する。全部を点灯させるだけでなく、一部だけでを点灯させることも可能である。
【００３７】
２種類のＬＥＤ１０２、１０３は、それぞれ発光強度が異なるので、ウェハ４面での光量が等しくなるよう、数量や間隔が決められている。また、ＬＥＤのみではウェハ面でムラが生じるので、拡散板１０４によってムラを取り除き一様にしている。拡散板が実質的な光源面となる。
傷を検出するには散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、光ファイバー２１２、波長選択フィルタ２１３及びシリンドリカルレンズ２１４からなる。第二受光光学系２２は、受光レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、撮像素子ＣＣＤ２３１からなる。散乱光用の第二照明光学系２１及び第二受光光学系２２は、回折光用の第一照明光学系１１、第一受光光学系１２と機械的干渉を起こさないように異なる平面内に配置されている。その概略的な様子を図１１に示す。
【００３８】
白色光源２１１から射出された光は光ファイバー２１２を経由する。光ファイバー２１２の射出側の端面の形状はスリット状である。
波長選択フィルタ２１３は光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４にてスリットの短手方向の面内で平行、もしくはほぼ平行な光にする。これにより光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光は、ウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光が生じる。回折光の回折角は、ウェハ上のパターンのピッチ、光源の波長によって決定される。
【００３９】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像が得られる。
〔第４実施例〕
図７は、本発明による第４実施例の装置を示した図である。以下、図７を参照しながら、説明を行う。
【００４０】
図７において光源１１１から射出された照明光は、リレーレンズ１１２を通り、表面反射鏡１１３で反射された後、球面反射鏡１１４に入射する。球面反射鏡１１４で反射された照明光は、ほぼ平行な光束となってウェハ４に向かう。ウェハ４では、パターンのピッチに応じた回折光が生じる。生じた回折光は、球面反射鏡１２２、表面反射鏡１２３及び受光レンズ１２４で構成されている第一受光光学系１２によって、ウェハ４の回折光による像をＣＣＤ１３１上に形成する。
【００４１】
ＣＣＤ１３１に入射する第一受光光学系１２の光軸は、ウェハ４を挟んだ第一照明光学系１１の光軸と第一受光光学系１２へ入射する光線とがなす平面とは異なる面内にあり、ＣＣＤ１３１に０次回折光が直接入らない構成となっている。ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像は画像処理装置３にて適宜処理されるが、これについては、第３実施例に開示した装置と同様である。また、第一照明光学系１１、第二受光光学系１２及びウェハ４は、図７においてはそれぞれ紙面上下方向を回転軸として回転可能なこと、第一照明光学系１１、第一受光光学系１２及びウェハ４が、それぞれ式（１）の関係を満たすように配置されること、取り込む回折次数がマイナス一次であること、使用する波長が５５０ｎｍ、８８０ｎｍの２種類であることも、第３実施例に開示した装置と同様である。
【００４２】
第一照明光学系１１及び第一受光光学系１２は、球面反射鏡を用いた反射型の光学系でテレセントリック光学系である。第一照明光学系１１では、光源１１１が球面反射鏡１１４の前側焦点位置もしくはリレーレンズ１１２を介して球面反射鏡１１４の前側焦点位置と共役な位置に、ウェハ４面が後側焦点面とほぼ一致するように配置され、第一受光光学系１２では、球面反射鏡１２２の前側焦点面とウェハ４面とが、また後側焦点面と受光レンズ１２４の入射瞳面をほぼ一致させ、テレセントリック光学系にしている。テレセントリック光学系にするのは、ＣＣＤ１３１で取り込んだ画像の見え方を、ウェハ全面に渡って同じにするためである。
【００４３】
テレセントリックでない光学系では、ウェハ上の位置により、式（１）の入射角θｉ、回折角θｄがそれぞれ異なる。回折光の強度は入射光の入射角に依存して変化するため、同じ欠陥でもウェハ上の位置により見え方が異なる場合がある。しかし、本実施例ではテレセントリックなので、ウェハ全面に渡って入射角θｉ、回折角θｄが一様となる。故に、ウェハ上の位置にかかわらず同じ欠陥であれば見え方が同じになり、欠陥の特定に、より有利である。
【００４４】
また、本実施例では、球面反射鏡を用いた反射型の光学系にすることで、屈折系のテレセントリック光学系を用いる装置よりも更に装置を小型化している。ただ偏心光学系なので、球面反射鏡に対する反射光の入射角は出来るだけ小さいのが望ましい。あまり大きいと非点収差が大きくなるからである。本実施例に開示した装置では、１０度になっている。
【００４５】
図９として示した実施例は、図７として開示した実施例の装置において、表面反射鏡１２３で光軸を紙面と垂直な面内に曲げる代わりに、球面反射鏡１２２で光路を曲げたものである。図９ａでは、紙面の垂直方向に、つまり手前方向に回折光が反射されていることを示している。図９ｂは、図９ａの装置を右側から見た図で、ウェハ４で紙面と垂直な面内に回折された光が、球面反射鏡１２２で紙面と平行な面に内に反射されている。この様な構成でも第３実施例と同等の効果を得られるのは勿論であるし、図１０ａ及びｂに示すように、球面反射鏡１２２から直接、受光レンズ１２４、ＣＣＤ１３１に回折光を取り込む構成を取っても何ら問題はない。
【００４６】
なお、図６及び図１０として開示した装置では、ＣＣＤ撮像素子上に形成される像は上下、若しくは左右が反転した像となるが、画像処理の際に特に問題となるものではない。必要であれば球面反射鏡をもう１枚挿入するか、画像処理装置３で電気的な処理を施して正立像にすればよい。
また、図７、図９及び図１０として開示した装置においては、球面反射鏡を用いているが、反射型のフレネルゾーンプレートを用いても同様の効果を得ることが出来るのは勿論である。
【００４７】
更に、ウェハ全面の画像を一括に取り込んでいるが、照明領域を帯状にしてウェハ４を照明領域の短辺方向に走査させたり、複数の光学系を用いて画像を取り込めば、第一受光光学系１２及び第一照明光学系が小型化が可能であるし、第一受光光学系１２及び第一照明光学系にセルフォックレンズを用いることでも、小型化が可能である。
【００４８】
傷を検出するには散乱光を用いる。第二照明光学系２１は、光源２１１、光ファイバー２１２、波長選択フィルタ２１３及びシリンドリカルレンズ２１４からなる。第二受光光学系２２は、受光レンズ２２１からなり、第二撮像手段は、撮像素子ＣＣＤ２３１からなる。散乱光用の第二照明光学系２１及び第二受光光学系２２は、回折光用の第一照明光学系１１、第一受光光学系１２と機械的干渉を起こさないように異なる平面内に配置されている。その概略的な様子を図１１に示す。
【００４９】
白色光源２１１から射出された光は光ファイバー２１２を経由する。光ファイバー２１２の射出側の端面の形状はスリット状である。
波長選択フィルタ２１３は光源２１１から射出された光のうち、短波長の光を選択的に吸収し、未現像のレジストの感光を防いでいる。
光ファイバー２１２の端面から射出された光は広がりを持つため、シリンドリカルレンズ２１４にてスリットの短手方向の面内で平行、もしくはほぼ平行な光にする。これにより光ファイバー２１２から射出された光を効率良くウェハ４に照射させることが出来る。その後、光は、ウェハ４で反射されるが、その際にパターンによる回折光と、傷がある場合には傷による散乱光が生じる。回折光の回折角は、ウェハ上のパターンのピッチ、光源の波長によって決定される。
【００５０】
第二受光光学系２２は、照明光のうち、ウェハ４からの正反射光ならびに回折光が通らない領域に配置されている。これにより、ウェハ上の傷によって生じた散乱光のみがＣＣＤ２３１に取り込まれる。結果、散乱光による傷の像が得られる。
本実施例に開示した装置では、シリンドリカルレンズを用いているが、シリンドリカルレンズのかわりにセルフォックレンズを用いてもよい。この場合は複数個のセルフォックレンズを束ねたものが使用され、光ファイバーの端面はセルフォックレンズの焦点位置に配置される。光ファイバーから射出された光はセルフォックレンズで平行光束となってウェハ に向かう。この時使用される光源や、ＣＣＤの位置はシリンドリカルレンズを用いたときと同様である。また、セルフォックレンズの代わりにフライアイレンズを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００５１】
以上のように本実施例においては、回折光によるウェハの画像に基づいて画像処理を行なうことで、効率的な自動欠陥検査が可能となる。特に０次回折光の光軸とＣＣＤカメラに入射する光軸とを異なる面内に配置することで、０次回折光のＣＣＤカメラへの混入を防ぐことが出来る。
また、散乱光の検出を行なうので特に傷の検出に効果的である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、一つの装置で、第一照明光学系１１と第一受光光学系１２とによって回折光用光学系を構成し、第二照明光学系２１と第二受光光学系２２とによって散乱光用光学系を構成し、且つ、それぞれの系は、機械的干渉を起こさないように配置しているので、小型な欠陥検査装置を提供することができる。また、回折光用光学系によって塗布ムラ等を、散乱光用光学系によって傷を、同時に検出できるので、効率的な検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による第１実施例を示す側面図である。
【図２】 図２は、本発明による第１実施例を示す斜視図である。
【図３】 図３は、本発明による第１実施例の変形例示す図である。
【図４】 図４は、本発明による第１実施例の変形例示す図である。
【図５】 図５は、本発明による第２実施例を示す側面図である。
【図６】 図６は、本発明による第３実施例を示す側面図である。
【図７】 図７は、本発明による第４実施例を示す側面図である。
【図８】 図８は、第３実施例における第一照明光学系及び第一受光光学系を示す斜視図である。
【図９】 図９は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【図１０】 図１０は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【図１１】 図１１は、本発明による第４実施例の変形例示す図である。
【符号の説明】
１１ 第一照明光学系
１２ 第一受光光学系
１３ 第一撮像手段
２１ 第二照明光学系
２２ 第二受光光学系
２３ 第二撮像手段
３ 画像処理装置
４ ウェハ
Claims (8)
- 被検面を照明する第一照明光学系と、
該第一照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの回折光のみを結像する第一受光光学系と、
該第一受光光学系によって結像された像を撮影する第一撮像手段と、
前記被検面を照明する第二照明光学系と、
該第二照明光学系からの照明光のうち前記被検面からの散乱光を結像する第二受光光学系と、
該第二受光光学系によって結像された像を撮影する第二撮像手段と、
前記第一撮像手段及び前記第二撮像手段からの出力信号を受信して、得られた前記被検面の画像に基づいて画像処理を行う同一の画像処理装置とを備え、
前記被検面のパターンのピッチにより変化する回折角に対応するように、前記被検面又は前記第一受光光学系と前記第一照明光学系とは、所定の軸を中心に回転可能であり、
ことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記第一照明光学系は反射鏡を用いた反射型のテレセントリック光学系であり、また、前記第一受光光学系は反射鏡を用いた反射型のテレセントリック光学系であり、且つ
前記被検面上に入射する前記第一照明光学系からの照明光線と前記被検面上で回折され前記第一受光光学系へ到達する回折光線とを含む平面は、前記被検面上に入射する前記第二照明光学系からの照明光線と前記被検面上で散乱され前記第二受光光学系へ到達する散乱光線とを含む平面と、角度をもって交わることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。 - 前記所定の軸は、前記被検面上に入射する前記第一照明光学系からの照明光線と前記被検面上で回折され前記第一受光光学系へ到達する回折光線とを含む平面の垂直方向に伸びた回転軸であり、前記被検面が回転可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
- 前記第一照明光学系と前記第二照明光学系とのうち少なくとも一方の照明光学系は、複数の波長を選択可能であることを特徴とする請求項１乃至３記載の欠陥検査装置。
- 前記第一照明光学系と前記第二照明光学系とのうち少なくとも一方の照明光学系は、ＬＥＤからなることを特徴とする請求項４記載の欠陥検査装置。
- 前記被検面と前記第一受光光学系と前記第二受光光学系とのうちの少なくとも一つは、所定の軸を中心に回転可能なことを特徴とする請求項１乃至５記載の欠陥検査装置。
- 前記第一照明光学系と前記第一受光光学系とのうち少なくとも一方は、複数の部分光学系からなることを特徴とする請求項１乃至６に記載の欠陥検査装置。
- 前記第一照明光学系及び前記第一受光光学系を構成する少なくとも一つの部材を傾けて配置することにより、前記被検面上で正反射した前記第一照明光学系からの光線を避けるように、前記第一受光光学系または前記第一撮像手段を配置したことを特徴とする請求項１乃至７記載の欠陥検査装置。
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