JP3971943B2 - 光学的検査方法及び光学的検査システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的検査システムに関するものである。
具体的に本発明は、限定されるものではないが、回析光を用い、半導体ウェハの表面のように画一的にパターン化された製品表面の自動的な光学的検査のシステム及び方法である。
【０００２】
【従来の技術】
処理後の、あるいは処理工程における製品の光学的検査は、単純な目視検査からコンピュータを利用した精密な検査にまで及ぶ。自動化された検査は迅速で、信頼性があり、目視では認識が難しい製品の欠陥を確実に検出することができため、装置及び技術が向上されるにつれ、ますますその価値が高まっている。
【０００３】
これは半導体のウェハの工程間検査にもあてはまる。半導体ウェハは複数のステージにより製造され、各ステージでは新規なレイヤーの現像処理や、工程終了後にウエハに組み込まれる電子デバイスの機能部品のための表面構造を設ける処理を行うようになっている。各ステージで設けられた構造は、その表面の選択領域を、エッチングするか或いは入念な処理を行うことによって形成される。多くの場合、エッチングまたはその他の処理を行う領域は、いわゆるフォトレジストと呼ばれる保護剤で上記処理範囲外を覆うことにより形成される。
【０００４】
まずフォトレジストがウエハ全体の表面に均一に塗布された後、マスクを用いて選択的に表面を露光する。この処理により露光された領域は、例えば可溶性が向上したり低下したりするといった性質が変化する。
【０００５】
現像の間、使用されるフォトレジストのタイプに応じて露光領域は保持または洗浄されるが、表面残留物が変質するのでウェハ表面を保護するレジストパターンは残される。例えば、エッチング工程の間、非保護領域は一定の深さまで除去さ、その後充填または処理が行われる。次いで保護膜のフォトレジストを除去して、所望の表面構造だけを残すようにする。次のステージでは処理の準備がされており、所望の表面構造が完全に形成されるまでプロセスが繰り返される。
【０００６】
製造工程では、ウェハ表面を頻繁に検査することが好ましく、特にフォトレジスト構造が形成された箇所での検査は好ましい。欠陥の多くは修復可能であり、フォトレジストは比較的容易に除去及び再塗布ができるが、不正な処理を行ったウェハのエッチングを行うと修復がより困難になりコストがかかってしまうので、そのような修復をするよりもむしろその欠陥を予め検出することが最も効果が高い。
【０００７】
製造工程のウエハは、目視検査を行うこともあるが、一般的には、自動検査システムが用いられる。そのようなシステムでは、電磁エネルギーの一つとして、多くの場合は可視光を、該表面に照射して検査されている。表面からの光の反射によって作られるイメージはコンピュータ処理のため、取り込まれてからデジタル形式に変換される。
【０００８】
この表面イメージデータは分析され、例えば、ある種の欠陥と関連している異常パターンやこれを暗示するようなパターンが存在するかを決定する。画像分解（Image Decomposition）と呼ばれているような技術では、プリミティブと呼ばれる単位により、表面構造のトレース及び描写がされる。
【０００９】
このような技術は1998年5月6日に出願された「System and Method of Optically Inspecting Manufactured Devices」という発明の名称のアメリカ特許出願番号 09/074、301の出願と、2000年7月18日にアメリカ特許番号6、091、846として権利が発生した「Method and System for Anomaly Detection」 という発明の名称の一部継続出願であるアメリカ特許出願番号 08/867、156に詳細が記載されている。両方の内容は本願明細書において引用されている。さらに精密なシステムでは、各検査に関連するイメージは後の利用のため、分類され、格納され、そして見出しがつけられるようになっており、欠陥検出過程そのもののエラーを検出し、製造工程を分析するための比較がなされる。これにより、今後同様の欠陥をできる限り抑えるために、根本的な原因を特定するようになっている。
【００１０】
ウェハの表面から鏡面反射した光のイメージを取り込むことは、効率的かつ包括的に欠陥を検出するには不十分な場合がある。例えば、フォーカスオフセットのような欠陥や、または流在する粒子、ウェハ現像、エッチング若しくは剥離時のエラー又は現像液の不足による焦点ずれは製品表面から回析した光の検査により検出できるということがわかった。適切に製造された半導体ウェハのように、対象となるウェハの表面が、回折（若しくは反射）格子若しくはそれに近い規則的なパターンを形成するほど小さくて十分に均一であるときは、その回析光の分析もまた有用である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回析光の利用は、検査の過程を複雑にするという問題がある。例えば、回析格子のピッチ(すなわち通常のウェハ表面距離)が既知であるウェハ表面の特定領域へ単波長光を向ける場合には、一次乃至数次の回析角を予測することはできるが、回析角は回析格子のピッチの度合いによるので、カメラや他のイメージ捕捉装置を使用する場合は回析格子のピッチの時間に伴う変化に応じて、位置を変えなければならないという問題がある。
【００１２】
つまり、半導体ウェハに普遍的に見られる様々な表面のパターン(すなわち回析格子のピッチ)に適合させるにはカメラ若しくは光源どちらかを再配置しなくてはならない。これは各々の異なる回析格子のピッチは、入射角と関連して異なる回析角を発生することによるためであり、当然、ウェハの配向性は予想される回析角に従って調整できる。しかし、このように調整すると、扱いずらくなりエラーも生じやすいので、望ましくないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える半導体ウェハの光学的検査方法及び光学的検査システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る方法は、固定された第１の位置に配置された半導体ウェハの表面の構造の光学的な検査を行う方法であって、第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、ウェハ表面に光を照射する工程と、前記ウェハ表面構造により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する工程と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明では、ウェハ表面に、複数の波長の光源を照射する。次いで、ウェハ表面構造により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分け、１次回析に相当するウェハ表面の角度の構造で回析した光を捕捉する。これら異なる波長によりウェハ表面の複数の回析イメージが作成されるようになっている。その後、回析イメージが分析され、構造上の欠陥が検出される。特定波長におけるイメージが選択され、既知の格子ピッチを用いて表面構造を分析し、その波長を計算するようになっている。既知回析格子のピッチがウェハ表面の異なる領域での変化によって、異なる波長が計算され、そして、新たな波長での異なるイメージが選択され分析される。
【００１６】
本発明の一の形態として、前記ウェハ表面に光を照射する工程は、複数の波長からなる白色光で前記ウェハ表面を照射することを特徴とする。
【００１７】
本発明の一の形態として、前記捕捉する工程は、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを用いて一次回折角における光を捕捉する工程を更に具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一の形態として、前記カメラを用いて光を捕捉する工程は、可視光領域の赤、緑及び青の波長を有する光を捕捉する３つの電荷結合型デバイスを有するカメラにより光を捕捉することを特徴とする。
【００１９】
本発明の一の形態として、前記複数の回折イメージを作成する工程は、前記赤、緑及び青の波長を捕捉するカメラにより捕捉された光をデジタル化する工程と、前記赤、緑及び青の波長領域のそれぞれにおける前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成する工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記デジタル化した回折イメージを個々に分析して構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２１】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものである場合、前記回折光の波長を算出する工程と、前記算出された回折光に対応した前記デジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２２】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記格子ピッチを決定する工程と、前記回折光の波長を算出する工程と、前記算出した波長に対応するデジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の一の形態として、前記ウェハ表面の全スペクトルイメージを捕捉する工程と、前記表面構造のデジタルマップを作成する工程と、前記格子ピッチに相当する前記構造間の距離を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の一の形態として、前記表面構造のデジタルマップを作成する工程は、前記ウェハ表面を所定の数の領域に分割する工程と、前記表面の各領域における前記表面構造のデジタルマップを作成する工程とを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の一の形態として、前記プリズムによりその光を構成する波長に分ける工程の後、ライン検出器を用いて複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出する工程と、デジタル回折イメージを作成し、分析するために、波長を識別する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２６】
本発明の一の形態として、前記回折イメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程は、前記回折イメージを統合して全スペクトルデジタルイメージを形成する工程と、前記全スペクトルデジタルイメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
【００２７】
本発明の一の形態として、検出された欠陥を、前記欠陥の分類を行う知識ベースに格納された欠陥タイプと比較する工程を更に具備することを特徴とする。
【００２８】
本発明の一の形態として、前記知識ベースに特定の欠陥となる原因データを格納する工程と、所定の欠陥タイプと前記知識ベースに格納された原因とを用いて検出された欠陥の原因を診断する工程とを更に具備することを特徴とする。
本発明の一の形態として、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが所望のものとどの程度同じであるかをラインセンサにより検出する工程を更に具備することを特徴とする。
【００２９】
本発明の別の観点に係るシステムは、固定された第１の位置に配置された半導体ウェハ表面の構造の光学的な検査を行うシステムであって、第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記ウェハ表面に照射する照射手段と、前記ウェハ表面構造により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする。
【００３０】
本発明の一の形態によれば、前記照射手段は複数の波長からなる白色光を発する光源であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の一の形態によれば、前記光捕捉手段は、一次回折角における前記光を捕捉する位置に載置され、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを具備することを特徴とする。
【００３２】
これにより、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える。
【００３３】
本発明の一の形態によれば、前記複数の電荷結合型デバイスは、それぞれ赤、緑及び青の可視光スペクトル波長領域の光を捕捉することを特徴とする。
【００３４】
本発明の一の形態によれば、前記分離手段は、プリズムを具備し、前記プリズムは、前記ウェハ表面構造により回折された光を分離し、前記複数の電荷結合型デバイスへ前記分離した光を向けることを特徴とする。
【００３５】
本発明の一の形態によれば、前記イメージ作成手段は、前記複数の電荷結合型デバイスから生じた信号を受け取り、前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成するデジタルフィルタを具備することを特徴とする。
【００３６】
本発明の一の形態によれば、前記複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出するライン検出器を更に具備することを特徴とする。
【００３７】
本発明の一の形態によれば、前記ウェハ表面構造の所定の格子ピッチを分析するために前記回折イメージのうち１つを選択するイメージ選択手段を更に具備することを特徴とする。
本発明の一の形態によれば、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサを更に具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係る方法は、固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行う方法であって、第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、前記対象物の表面に光を照射する工程と、前記対象物の表面により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成する工程と、前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係るシステムは、固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行うシステムであって、第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記対象物の表面に照射する照射手段と、前記対象物の表面により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係る光学的検査装置は、半導体ウェハを保持する支持部と、前記支持部により保持された前記半導体ウェハの表面に、複数の波長からなる光を照射する照射部と、前記ウェハ表面構造により回折された光を、その光を構成する波長に分けるプリズムと、前記プリズムにより分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉するＣＣＤカメラと、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する手段と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する手段と、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサとを具備することを特徴とする。
本発明の一の形態によれば、前記支持部が第１の位置に固定して設けられ、前記照射部が第２の位置に固定して設けられ、前記プリズムが第３の位置に固定して設けられていることを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明は対象物の表面の自動光学的検査を実行する際の電磁エネルギーの回析効果を利用するためのシステムと方法である。本発明が適切に構築されたときには、規則的なパターンやパターンの要素が反射する回析格子に近いパターンを形成する表面構造を有する表面の検査に適用できる。上述のとおり、このような表面の一つとしては製造工程中の半導体ウェハの表面を挙げることができる。また、本発明では以下ウェハ検査に適応できる例を説明するが、これに限定されるものではなく、様々な同様の表面検査に有効であることはいうまでもない。
【００３９】
図１は本発明の実施の形態における半導体ウェハ１１を検査するために構成された光学的検査システム１０の正面図である。システム１０はフォトレジストの異常を検出するために用いられるようになっている。このような異常検出システムである光学的検査システム１０は以下の光源１２、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３、回析イメージ捕捉装置１４、、制御コンピュータ１５、そして半導体ウェハ１１を保持する支持台１６を含む。該光源１２は例えば、レーザー光線、Ｘ線、イオンビーム、電子、赤外線、紫外線若しくは可視光線を利用して光やエネルギーをウェハの表面に照射する。
【００４０】
フォトレジストアイランドエッジ（Photoresist Island Edge）等のような構造上のエッジを検出する、本発明の効率及び能力の大部分は、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３によるめりはりがあって精細なコンポーネントエッジの生成に依存し、そして回析イメージ捕捉装置１４による回析角の正確な測定に依存している。そのため、光源１２は放射する光を最小限に抑える干渉性の光源であることが好ましい。オーバーヘッド捕捉装置１３は一本のライン走査型のカメラやエリアスキャン型のオーバーヘッドカメラであることが好ましい。回析イメージ捕捉装置１４は表面から伝わる光の異なる波長を別々に捕捉できるマルチＣＣＤカメラであることが好ましい。適切なイメージ捕捉装置はとしてはＸＣ００３ ３ＣＣＤエリアスキャンカラーカメラ（ソニー株式会社製）が好ましい。
【００４１】
図２は多数のチップ１８を表面に有する半導体ウェハ１１の平面図である。
この実施の形態において、検出されるウェハ１１は光学的検査システム１０の一部である支持台１６に配置される。支持台１６はウェハを確実に保持する支持体を提供するだけではなく、カメラ１３と光源１２も同様に保持する。支持台１６は、個別の検査に要求される光の焦点と方向を合わせるための、多くの光学レンズと鏡を保持できるようになっている。ここで、ウェハが取り込まれ得るように照射され、それから要求によりデジタル化、記憶化及び分析されることになる。
【００４２】
本発明における実施形態では、該光源は複数の波長からなる白色光をウェハ表面に上下軸に対する所定の角度で当てるようになっている。ここで回折イメージ捕捉装置１４はマルチＣＣＤカメラであり、該白色光を当てられたウェハ表面から反射する光の様々な波長を個別に捕捉するようになっている。より詳しくは、該カメラは、例えば可視光領域の赤、青及び緑のような複数の波長領域を有する光を個別に捕捉するようになっている。このとき、これらの波長領域はカメラに捕らえられたときには可視化されて分離されず、カメラ内部で行われるようになっている。また、回折イメージ捕捉装置１４は便宜的にカメラを例に説明されるが、本発明によれば（あらゆる電磁放射を含む）反射若しくは回折光を捕捉する装置であればいかなるものでも可能である。
【００４３】
本来、異なる波長が回折イメージを作り出しているため、別々に捕捉されたイメージはお互いに異なる。複数ある分離されたイメージの中の一つは欠陥があるかどうかの決定に用いる場合に好適である。欠陥によっては、他のものがまだ検出可能である一方、検出されないものもある。しかし、どのイメージが決定のために最も有効であるかを前もって予測することは困難であるので、各回折イメージをそれぞれのウェハに対して分析することが好ましい。
【００４４】
好ましい実施形態においては、本発明は電磁エネルギーの回析現象という利点を有する。ウェハ表面上で現像されたフォトレジスト構造によって形成された規則パターンは反射格子を作り出し、結果として正反射と同様に回析が起きる。この回析した光の検査を通じて、より簡単に検出可能となる欠陥もある。
【００４５】
回析光の現象は次の関係式によって説明される。
mλ=d(sinθi+sinθm) (1)
ここで、λは、回析格子(すなわちウェハの表面構造)に照射される光の波長、dは回析格子のピッチ、θiは照射される光の入射角し、θmは回析角、mは回析の次数を表す。現在のシステムで行われているような、波長がわかっている単波長の光が使用されることにより、回析角は計算され、カメラが適切に配置され、必要とされる回折イメージを取り込む。
【００４６】
このようなシステムの欠点としては、回析格子のピッチ(表面構造の分離)が種々存在するとき、一般的にはウェハの検査を行う場合にマルチカメラは結果として様々な１次回析角に適応して利用しなければならず、カメラは一つの位置から他の位置へ移動しなければならない。カメラが対応可能な回析角に調整するため、(光源または対象のウェハを移動させて)単波長光の波長若しくは入射角を変化させなければならない。
【００４７】
これらの調整はいかなるものであっても、欠陥検出処理を不正確にしてしまうという好ましくない問題を生じる。これに対して、本発明のシステムと方法は固定された構造を用いることができる。しかし、ここで用いられているように、固定とは調整できないことを意味するのではなく、通常の操作において、光源の位置及びイメージ捕捉装置が、様々なウェハ構造に適応させるための調整を必要としないという意味である。結果として正確性と効率が向上する。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態においては、ウェハは可視光の全ての波長を含む白色光による照射がされる。それ以外には、異なる照射スペクトルが用いられ、非連続または一以上の異なる光源により発生されたものや、または光学的に個々に分離された光源がある。(これが、本発明の実施に直接には関連しないが、好ましいという理由である。)
【００４９】
回析効果カメラは、回析格子のピッチの範囲により形成される１次回析格子を捕捉できるように、配置されることが好ましい。これは、回析効果カメラに入る光はそれぞれの波長のイメージに分離されるためである。各回折イメージは、後述するように分析された波長λの範囲を明示するものである。
【００５０】
その他の実施形態においては、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３は分析用に光を照射されたウェハから得られる全波長の回折イメージを捕捉するという標準的な用い方も可能である。しかし、オーバーヘッドカメラのイメージは、本発明と協働して分析された回析効果カメラから抽出されたデータの範囲を除き、本発明には不要である。他の実施形態においては、マルチＣＣＤカメラのイメージは、全波長イメージを形成するデジタイザによって再結合され得る。全波長イメージは他の検出形式に用いられるか、または後述の回析効果分析との関連に用いられる。
【００５１】
図３は異常検出及び修正システム（Ａｎｏｍａｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下「ＡＤＣＳ」という。）２０とのサブシステムの相関関係を示すブロック図である。ＡＤＣＳは、本発明の実施形態によるイメージデータを分析する際に使用される、典型の一つである。ＡＤＣＳS中には異常検出・位置選定システム２１、検出分類システム２２、検出診断システム２３、検出修復システム２４及び知識ベース２５がある。異常検出・位置選定システム２１は欠陥の位置を正確に示す。一度欠陥の位置が選定されれば、検出分類システム２２が欠陥イメージの記憶された特徴の識別及び利用を行い、検出された欠陥のタイプを決定することになる。一度欠陥タイプが決定されれば、検出診断システム２３が、知識ベース２５に蓄積された欠陥タイプと既知既知の欠陥原因のデータベースとを適合させ、欠陥の原因を判断することになる。欠陥の原因が予測された後には、検出修復システム２４か知識ベース２５に蓄積された情報を利用し、欠陥が訂正できるものかを決定し、そうであれば、修復操作を指示する。
【００５２】
図４は本発明の好ましい実施形態のイメージを捕捉し、照射するシステムの概略図である。光源１２は複数の波長の光を発し、検査される表面、ここでは半導体ウェハ１１の照射に利用する。当該光は、５０／５０ビームスプリッタに参照されるような半反射鏡を使用するウェハの表面に対して、再度照射される。当該光は、上下軸に対する入射角θiでウェハの表面に照らされる。図４は、ウェハ表面上の２ヶ所ａ、ｂに対応する、入射とm次回析の角度を示すものである。
【００５３】
表面からの光は同じ角度、θmで鏡面反射する(明確にするため、この角度は2つの反射箇所だけで示される)。ウェハ表面構造により生じた回析効果により、m次回析ビームもまた角度θmでこれらの箇所から広がる。
【００５４】
マルチＣＣＤカメラ１４が回析した光(全部である必要はない)を捕捉する。カメラはプリズム３２を有しており、それは入射する光をその構成する波長に分けるものである。３つのＣＣＤカメラ３３は３つに分かれたスペクトル(図４では赤、緑、青を示す)からの光を捕捉し、３つに分離した回折イメージを作り出す。
【００５５】
３つの捕捉されたイメージ(本発明によれば、２つでも３つ以上でもよい)はデジタルフィルター３４によりデジタル化され、デジタルイメージを形成し、コンピュータ１５に記憶及び解析のために伝送される。それ以外としては、イメージが統合され、全スペクトルデジタルイメージ３５を形成し、コンピュータ１５に記憶及び解析のために伝送される。任意ではあるが、プリズム３２が入射する光をその構成する波長に区別した後に、ラインセンサ３６は、例えば数百という多くの様々な波長の回折イメージを分析する機能を用いてプリズムから発する光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するために用いても良い。
【００５６】
図５は本発明の方法の一実施形態の工程のフローチャートである。ステップ４１では、３台のＣＣＤカメラ１４は１次回析角の位置に配置される。ステップ４２では、ウェハ表面に好ましくは複数の波長からなる白色光が照射される。ステップ４３では、表面の１次回析イメージは３台のＣＣＤカメラによって捕捉され、そしてステップ４４ではプリズム３２は捕捉された光を構成する波長に区別する。ステップ４５では、スペクトル線検出器３６は、任意に、プリズムから発する光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを数百という多くの様々な異なる波長のイメージを分析する機能により検出するために用いられる。ステップ４６では、3つのカメラＣＣＤ３３が赤、緑、青の波長領域からの光を捕捉し、ステップ４７においてデジタル化される、3つの別々のイメージを作成する。回析効果の利点を得るために、関連する範囲の表面構造で作られた回析格子ピッチｄが式において使用される。その際には、既知の波長λを計算するために入射及び回析の角度(光源とカメラが固定された下)が用いられる。回析格子ピッチは規則的に繰り返す表面構造間の距離である。従って、ステップ４８において、回析格子ピッチが既知であるかどうかが決定される。もし既知であれば、波長λはステップ４９において計算される。ステップ５０において、計算された波長に関連するイメージは、その波長が捕捉されたイメージの一つの範囲に入るとの仮定の下、計算される。適切な波長は一般的に捕捉された範囲に入るが、全ての考えられる表面構造が有用な回析イメージを作成することは、本発明が要求することではない。仮に全く発見されなければ、その場合は第二の検査方法が使用されることになる。ステップ５１において、欠陥分類システム２２、欠陥診断システム２３、そして知識ベース２５は、分析イメージで検出及び位置選定がされた欠陥の分類及び診断に使用される。
【００５７】
もし回析格子ピッチがステップ４８で既知のものでない場合には、要求があれば、その処理はステップ５５に移り、そこで回析格子ピッチが決定される。回析格子ピッチが要求されない他の実施形態では、その波長の計算が実行される必要はない。回析光はある欠陥を検出するために使用されることは既知であるように(例えば、焦点ずれの欠陥)、様々なエネルギー波長(スペクトル)によって作られる多重に分離した捕捉イメージは、ステップ５６において容易に検査や分析が個別になされ、その中のいずれかが欠陥の存在を示しているかを決定することになる。この実施形態においては、当然、回析格子ピッチは既知である必要はない。その回析光の波長や角度が計算される必要がないからである。検出に用いられる波長に関係なく、イメージの一つに表される欠陥は適切に取り込まれる。もちろん、この実施形態は計算の実行との関連では相互排除ではない。これらの方法の組み合わせもまた利用可能である。
【００５８】
他の実施形態において、ステップ５５において回析格子ピッチが要求される場合には、その処理はステップ５７に移り、検査システムはウェハ全体の標準フルスペクトラムイメージを、現存する方法に従って、捕捉する。捕捉されたイメージはデジタル化され、知識ベースに蓄積されることが好ましい。ステップ５８において、イメージ分解のような技術を使用し、表面上の構造はトレースされる。そして表面構造のデジタルマップが現像され、それがまた当該知識ベースに蓄積される。この技術は、前述の特許出願番号08/867、156と特許番号6、091、846において、より詳しく説明されている。しかしながら、この開示での「イメージ」という用語は特定のデータ構造を意味するものではない。その代わり、本発明による分析に適用される形式である限り、形式には関係なく、要求される波長やスペクトルに関連するデータの設定に言及するものである。
【００５９】
ステップ５９において、捕捉された表面は所定の数の領域に分けられる。そして、各々の構造マップは分析され、その範囲が回析分析に反応する規則的な構造パターンを含んでいるかを決定する。含んでいる場合には、ステップ６０において、パターン構成間の距離が計算される。その後ステップ４９に戻り、式（１）の回析格子ピッチｄが使用される。そして、既知の入射角(固定された光源からの)と回析角(回析効果カメラの方位と関連する)が加わることにより、波長λはこのピッチを用いて計算される。再度、１次回析が計算に用いられることが好ましいが、２次、３次等の回析も同様に使用される。個別に捕捉された特定の分離イメージは、計算された波長の範囲内であり、再度、計算された波長が、利用に供する回析効果カメラの範囲に一致すると仮定して上述した処理に従い、問題となる領域の欠陥に対応して検査される。
【００６０】
一つ以上のカメラ若しくは光源が利用可能である場合は、ウェハ表面の所定の領域にどれを用いて上記処理を行うか決定する工程を含めても良い。あるいは、一つ以上の光源／カメラを組み合わせて使用することも可能である。ここで、どれを用いるかによっては、本発明に係る検査は一連の回折誘導型の照射を行っても良いが、例えば全スペクトルの捕捉イメージから決定される適正な波長により１度の照射工程としても良い。
【００６１】
上述した実施形態では、構造上の格子ピッチの決定のために用いられる表面若しくは表面領域は、例えば所望の表面構造を元に予め決定されているが、例えばそれ以外にも捕捉された表面イメージの構造地図を分析することも可能であり、異なるピッチの領域部分もこの分析により決定することが可能である。予め決められている許容量はこの場合、該表面が不必要に分割されないことを保証するために機能する。各領域の分析では、上述したように１次（又は複数次）回折イメージを得るための適切な波長が計算され、ついで欠陥が決定されるようになっている。従来は装置若しくは検査試料を物理的に調整する必要があるが、本発明ではそのような必要がないので、１つの複数の波長の光の照射がいくつかの領域の回折分析を行うときに有用である場合には本発明の効果は甚大である。
【００６２】
以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態による半導体ウェハの検査するために構成された光学的検査システムの正面図である。
【図２】表面上に複数のチップを有する半導体ウェハの正面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるＡＤＣＳのサブシステムの相互関係を図示している構成図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態による照明及びイメージ捕捉の簡略図である。
【図５】本発明の方法の一実施の形態を示す工程のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 光学的検査システム
１１ 半導体ウェハ
１２ 光源
１３ オーバーヘッドイメージ捕捉装置
１４ 回析イメージ捕捉装置
１５ 制御コンピュータ
１６ 支持台
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的検査システムに関するものである。
具体的に本発明は、限定されるものではないが、回析光を用い、半導体ウェハの表面のように画一的にパターン化された製品表面の自動的な光学的検査のシステム及び方法である。
【０００２】
【従来の技術】
処理後の、あるいは処理工程における製品の光学的検査は、単純な目視検査からコンピュータを利用した精密な検査にまで及ぶ。自動化された検査は迅速で、信頼性があり、目視では認識が難しい製品の欠陥を確実に検出することができため、装置及び技術が向上されるにつれ、ますますその価値が高まっている。
【０００３】
これは半導体のウェハの工程間検査にもあてはまる。半導体ウェハは複数のステージにより製造され、各ステージでは新規なレイヤーの現像処理や、工程終了後にウエハに組み込まれる電子デバイスの機能部品のための表面構造を設ける処理を行うようになっている。各ステージで設けられた構造は、その表面の選択領域を、エッチングするか或いは入念な処理を行うことによって形成される。多くの場合、エッチングまたはその他の処理を行う領域は、いわゆるフォトレジストと呼ばれる保護剤で上記処理範囲外を覆うことにより形成される。
【０００４】
まずフォトレジストがウエハ全体の表面に均一に塗布された後、マスクを用いて選択的に表面を露光する。この処理により露光された領域は、例えば可溶性が向上したり低下したりするといった性質が変化する。
【０００５】
現像の間、使用されるフォトレジストのタイプに応じて露光領域は保持または洗浄されるが、表面残留物が変質するのでウェハ表面を保護するレジストパターンは残される。例えば、エッチング工程の間、非保護領域は一定の深さまで除去さ、その後充填または処理が行われる。次いで保護膜のフォトレジストを除去して、所望の表面構造だけを残すようにする。次のステージでは処理の準備がされており、所望の表面構造が完全に形成されるまでプロセスが繰り返される。
【０００６】
製造工程では、ウェハ表面を頻繁に検査することが好ましく、特にフォトレジスト構造が形成された箇所での検査は好ましい。欠陥の多くは修復可能であり、フォトレジストは比較的容易に除去及び再塗布ができるが、不正な処理を行ったウェハのエッチングを行うと修復がより困難になりコストがかかってしまうので、そのような修復をするよりもむしろその欠陥を予め検出することが最も効果が高い。
【０００７】
製造工程のウエハは、目視検査を行うこともあるが、一般的には、自動検査システムが用いられる。そのようなシステムでは、電磁エネルギーの一つとして、多くの場合は可視光を、該表面に照射して検査されている。表面からの光の反射によって作られるイメージはコンピュータ処理のため、取り込まれてからデジタル形式に変換される。
【０００８】
この表面イメージデータは分析され、例えば、ある種の欠陥と関連している異常パターンやこれを暗示するようなパターンが存在するかを決定する。画像分解（Image Decomposition）と呼ばれているような技術では、プリミティブと呼ばれる単位により、表面構造のトレース及び描写がされる。
【０００９】
このような技術は1998年5月6日に出願された「System and Method of Optically Inspecting Manufactured Devices」という発明の名称のアメリカ特許出願番号 09/074、301の出願と、2000年7月18日にアメリカ特許番号6、091、846として権利が発生した「Method and System for Anomaly Detection」 という発明の名称の一部継続出願であるアメリカ特許出願番号 08/867、156に詳細が記載されている。両方の内容は本願明細書において引用されている。さらに精密なシステムでは、各検査に関連するイメージは後の利用のため、分類され、格納され、そして見出しがつけられるようになっており、欠陥検出過程そのもののエラーを検出し、製造工程を分析するための比較がなされる。これにより、今後同様の欠陥をできる限り抑えるために、根本的な原因を特定するようになっている。
【００１０】
ウェハの表面から鏡面反射した光のイメージを取り込むことは、効率的かつ包括的に欠陥を検出するには不十分な場合がある。例えば、フォーカスオフセットのような欠陥や、または流在する粒子、ウェハ現像、エッチング若しくは剥離時のエラー又は現像液の不足による焦点ずれは製品表面から回析した光の検査により検出できるということがわかった。適切に製造された半導体ウェハのように、対象となるウェハの表面が、回折（若しくは反射）格子若しくはそれに近い規則的なパターンを形成するほど小さくて十分に均一であるときは、その回析光の分析もまた有用である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回析光の利用は、検査の過程を複雑にするという問題がある。例えば、回析格子のピッチ(すなわち通常のウェハ表面距離)が既知であるウェハ表面の特定領域へ単波長光を向ける場合には、一次乃至数次の回析角を予測することはできるが、回析角は回析格子のピッチの度合いによるので、カメラや他のイメージ捕捉装置を使用する場合は回析格子のピッチの時間に伴う変化に応じて、位置を変えなければならないという問題がある。
【００１２】
つまり、半導体ウェハに普遍的に見られる様々な表面のパターン(すなわち回析格子のピッチ)に適合させるにはカメラ若しくは光源どちらかを再配置しなくてはならない。これは各々の異なる回析格子のピッチは、入射角と関連して異なる回析角を発生することによるためであり、当然、ウェハの配向性は予想される回析角に従って調整できる。しかし、このように調整すると、扱いずらくなりエラーも生じやすいので、望ましくないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える半導体ウェハの光学的検査方法及び光学的検査システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る方法は、固定された第１の位置に配置された半導体ウェハの表面の構造の光学的な検査を行う方法であって、第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、ウェハ表面に光を照射する工程と、前記ウェハ表面構造により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する工程と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明では、ウェハ表面に、複数の波長の光源を照射する。次いで、ウェハ表面構造により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分け、１次回析に相当するウェハ表面の角度の構造で回析した光を捕捉する。これら異なる波長によりウェハ表面の複数の回析イメージが作成されるようになっている。その後、回析イメージが分析され、構造上の欠陥が検出される。特定波長におけるイメージが選択され、既知の格子ピッチを用いて表面構造を分析し、その波長を計算するようになっている。既知回析格子のピッチがウェハ表面の異なる領域での変化によって、異なる波長が計算され、そして、新たな波長での異なるイメージが選択され分析される。
【００１６】
本発明の一の形態として、前記ウェハ表面に光を照射する工程は、複数の波長からなる白色光で前記ウェハ表面を照射することを特徴とする。
【００１７】
本発明の一の形態として、前記捕捉する工程は、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを用いて一次回折角における光を捕捉する工程を更に具備することを特徴とする。
【００１８】
本発明の一の形態として、前記カメラを用いて光を捕捉する工程は、可視光領域の赤、緑及び青の波長を有する光を捕捉する３つの電荷結合型デバイスを有するカメラにより光を捕捉することを特徴とする。
【００１９】
本発明の一の形態として、前記複数の回折イメージを作成する工程は、前記赤、緑及び青の波長を捕捉するカメラにより捕捉された光をデジタル化する工程と、前記赤、緑及び青の波長領域のそれぞれにおける前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成する工程とを具備することを特徴とする。
【００２０】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記デジタル化した回折イメージを個々に分析して構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２１】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものである場合、前記回折光の波長を算出する工程と、前記算出された回折光に対応した前記デジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２２】
本発明の一の形態として、前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記格子ピッチを決定する工程と、前記回折光の波長を算出する工程と、前記算出した波長に対応するデジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の一の形態として、前記ウェハ表面の全スペクトルイメージを捕捉する工程と、前記表面構造のデジタルマップを作成する工程と、前記格子ピッチに相当する前記構造間の距離を算出する工程とを具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の一の形態として、前記表面構造のデジタルマップを作成する工程は、前記ウェハ表面を所定の数の領域に分割する工程と、前記表面の各領域における前記表面構造のデジタルマップを作成する工程とを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の一の形態として、前記プリズムによりその光を構成する波長に分ける工程の後、ライン検出器を用いて複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出する工程と、デジタル回折イメージを作成し、分析するために、波長を識別する工程とを更に具備することを特徴とする。
【００２６】
本発明の一の形態として、前記回折イメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程は、前記回折イメージを統合して全スペクトルデジタルイメージを形成する工程と、前記全スペクトルデジタルイメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
【００２７】
本発明の一の形態として、検出された欠陥を、前記欠陥の分類を行う知識ベースに格納された欠陥タイプと比較する工程を更に具備することを特徴とする。
【００２８】
本発明の一の形態として、前記知識ベースに特定の欠陥となる原因データを格納する工程と、所定の欠陥タイプと前記知識ベースに格納された原因とを用いて検出された欠陥の原因を診断する工程とを更に具備することを特徴とする。
本発明の一の形態として、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが所望のものとどの程度同じであるかをラインセンサにより検出する工程を更に具備することを特徴とする。
【００２９】
本発明の別の観点に係るシステムは、固定された第１の位置に配置された半導体ウェハ表面の構造の光学的な検査を行うシステムであって、第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記ウェハ表面に照射する照射手段と、前記ウェハ表面構造により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする。
【００３０】
本発明の一の形態によれば、前記照射手段は複数の波長からなる白色光を発する光源であることを特徴とする。
【００３１】
本発明の一の形態によれば、前記光捕捉手段は、一次回折角における前記光を捕捉する位置に載置され、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを具備することを特徴とする。
【００３２】
これにより、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える。
【００３３】
本発明の一の形態によれば、前記複数の電荷結合型デバイスは、それぞれ赤、緑及び青の可視光スペクトル波長領域の光を捕捉することを特徴とする。
【００３４】
本発明の一の形態によれば、前記分離手段は、プリズムを具備し、前記プリズムは、前記ウェハ表面構造により回折された光を分離し、前記複数の電荷結合型デバイスへ前記分離した光を向けることを特徴とする。
【００３５】
本発明の一の形態によれば、前記イメージ作成手段は、前記複数の電荷結合型デバイスから生じた信号を受け取り、前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成するデジタルフィルタを具備することを特徴とする。
【００３６】
本発明の一の形態によれば、前記複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出するライン検出器を更に具備することを特徴とする。
【００３７】
本発明の一の形態によれば、前記ウェハ表面構造の所定の格子ピッチを分析するために前記回折イメージのうち１つを選択するイメージ選択手段を更に具備することを特徴とする。
本発明の一の形態によれば、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサを更に具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係る方法は、固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行う方法であって、第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、前記対象物の表面に光を照射する工程と、前記対象物の表面により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成する工程と、前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する工程とを具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係るシステムは、固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行うシステムであって、第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記対象物の表面に照射する照射手段と、前記対象物の表面により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する欠陥検出手段とを具備することを特徴とする。
本発明の別の観点に係る光学的検査装置は、半導体ウェハを保持する支持部と、前記支持部により保持された前記半導体ウェハの表面に、複数の波長からなる光を照射する照射部と、前記ウェハ表面構造により回折された光を、その光を構成する波長に分けるプリズムと、前記プリズムにより分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉するＣＣＤカメラと、前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する手段と、前記回折イメージを分析して欠陥を検出する手段と、前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサとを具備することを特徴とする。
本発明の一の形態によれば、前記支持部が第１の位置に固定して設けられ、前記照射部が第２の位置に固定して設けられ、前記プリズムが第３の位置に固定して設けられていることを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
本発明は対象物の表面の自動光学的検査を実行する際の電磁エネルギーの回析効果を利用するためのシステムと方法である。本発明が適切に構築されたときには、規則的なパターンやパターンの要素が反射する回析格子に近いパターンを形成する表面構造を有する表面の検査に適用できる。上述のとおり、このような表面の一つとしては製造工程中の半導体ウェハの表面を挙げることができる。また、本発明では以下ウェハ検査に適応できる例を説明するが、これに限定されるものではなく、様々な同様の表面検査に有効であることはいうまでもない。
【００３９】
図１は本発明の実施の形態における半導体ウェハ１１を検査するために構成された光学的検査システム１０の正面図である。システム１０はフォトレジストの異常を検出するために用いられるようになっている。このような異常検出システムである光学的検査システム１０は以下の光源１２、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３、回析イメージ捕捉装置１４、、制御コンピュータ１５、そして半導体ウェハ１１を保持する支持台１６を含む。該光源１２は例えば、レーザー光線、Ｘ線、イオンビーム、電子、赤外線、紫外線若しくは可視光線を利用して光やエネルギーをウェハの表面に照射する。
【００４０】
フォトレジストアイランドエッジ（Photoresist Island Edge）等のような構造上のエッジを検出する、本発明の効率及び能力の大部分は、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３によるめりはりがあって精細なコンポーネントエッジの生成に依存し、そして回析イメージ捕捉装置１４による回析角の正確な測定に依存している。そのため、光源１２は放射する光を最小限に抑える干渉性の光源であることが好ましい。オーバーヘッド捕捉装置１３は一本のライン走査型のカメラやエリアスキャン型のオーバーヘッドカメラであることが好ましい。回析イメージ捕捉装置１４は表面から伝わる光の異なる波長を別々に捕捉できるマルチＣＣＤカメラであることが好ましい。適切なイメージ捕捉装置はとしてはＸＣ００３ ３ＣＣＤエリアスキャンカラーカメラ（ソニー株式会社製）が好ましい。
【００４１】
図２は多数のチップ１８を表面に有する半導体ウェハ１１の平面図である。
この実施の形態において、検出されるウェハ１１は光学的検査システム１０の一部である支持台１６に配置される。支持台１６はウェハを確実に保持する支持体を提供するだけではなく、カメラ１３と光源１２も同様に保持する。支持台１６は、個別の検査に要求される光の焦点と方向を合わせるための、多くの光学レンズと鏡を保持できるようになっている。ここで、ウェハが取り込まれ得るように照射され、それから要求によりデジタル化、記憶化及び分析されることになる。
【００４２】
本発明における実施形態では、該光源は複数の波長からなる白色光をウェハ表面に上下軸に対する所定の角度で当てるようになっている。ここで回折イメージ捕捉装置１４はマルチＣＣＤカメラであり、該白色光を当てられたウェハ表面から反射する光の様々な波長を個別に捕捉するようになっている。より詳しくは、該カメラは、例えば可視光領域の赤、青及び緑のような複数の波長領域を有する光を個別に捕捉するようになっている。このとき、これらの波長領域はカメラに捕らえられたときには可視化されて分離されず、カメラ内部で行われるようになっている。また、回折イメージ捕捉装置１４は便宜的にカメラを例に説明されるが、本発明によれば（あらゆる電磁放射を含む）反射若しくは回折光を捕捉する装置であればいかなるものでも可能である。
【００４３】
本来、異なる波長が回折イメージを作り出しているため、別々に捕捉されたイメージはお互いに異なる。複数ある分離されたイメージの中の一つは欠陥があるかどうかの決定に用いる場合に好適である。欠陥によっては、他のものがまだ検出可能である一方、検出されないものもある。しかし、どのイメージが決定のために最も有効であるかを前もって予測することは困難であるので、各回折イメージをそれぞれのウェハに対して分析することが好ましい。
【００４４】
好ましい実施形態においては、本発明は電磁エネルギーの回析現象という利点を有する。ウェハ表面上で現像されたフォトレジスト構造によって形成された規則パターンは反射格子を作り出し、結果として正反射と同様に回析が起きる。この回析した光の検査を通じて、より簡単に検出可能となる欠陥もある。
【００４５】
回析光の現象は次の関係式によって説明される。
mλ=d(sinθi+sinθm) (1)
ここで、λは、回析格子(すなわちウェハの表面構造)に照射される光の波長、dは回析格子のピッチ、θiは照射される光の入射角し、θmは回析角、mは回析の次数を表す。現在のシステムで行われているような、波長がわかっている単波長の光が使用されることにより、回析角は計算され、カメラが適切に配置され、必要とされる回折イメージを取り込む。
【００４６】
このようなシステムの欠点としては、回析格子のピッチ(表面構造の分離)が種々存在するとき、一般的にはウェハの検査を行う場合にマルチカメラは結果として様々な１次回析角に適応して利用しなければならず、カメラは一つの位置から他の位置へ移動しなければならない。カメラが対応可能な回析角に調整するため、(光源または対象のウェハを移動させて)単波長光の波長若しくは入射角を変化させなければならない。
【００４７】
これらの調整はいかなるものであっても、欠陥検出処理を不正確にしてしまうという好ましくない問題を生じる。これに対して、本発明のシステムと方法は固定された構造を用いることができる。しかし、ここで用いられているように、固定とは調整できないことを意味するのではなく、通常の操作において、光源の位置及びイメージ捕捉装置が、様々なウェハ構造に適応させるための調整を必要としないという意味である。結果として正確性と効率が向上する。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態においては、ウェハは可視光の全ての波長を含む白色光による照射がされる。それ以外には、異なる照射スペクトルが用いられ、非連続または一以上の異なる光源により発生されたものや、または光学的に個々に分離された光源がある。(これが、本発明の実施に直接には関連しないが、好ましいという理由である。)
【００４９】
回析効果カメラは、回析格子のピッチの範囲により形成される１次回析格子を捕捉できるように、配置されることが好ましい。これは、回析効果カメラに入る光はそれぞれの波長のイメージに分離されるためである。各回折イメージは、後述するように分析された波長λの範囲を明示するものである。
【００５０】
その他の実施形態においては、オーバーヘッドイメージ捕捉装置１３は分析用に光を照射されたウェハから得られる全波長の回折イメージを捕捉するという標準的な用い方も可能である。しかし、オーバーヘッドカメラのイメージは、本発明と協働して分析された回析効果カメラから抽出されたデータの範囲を除き、本発明には不要である。他の実施形態においては、マルチＣＣＤカメラのイメージは、全波長イメージを形成するデジタイザによって再結合され得る。全波長イメージは他の検出形式に用いられるか、または後述の回析効果分析との関連に用いられる。
【００５１】
図３は異常検出及び修正システム（Ａｎｏｍａｌｙ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ、以下「ＡＤＣＳ」という。）２０とのサブシステムの相関関係を示すブロック図である。ＡＤＣＳは、本発明の実施形態によるイメージデータを分析する際に使用される、典型の一つである。ＡＤＣＳS中には異常検出・位置選定システム２１、検出分類システム２２、検出診断システム２３、検出修復システム２４及び知識ベース２５がある。異常検出・位置選定システム２１は欠陥の位置を正確に示す。一度欠陥の位置が選定されれば、検出分類システム２２が欠陥イメージの記憶された特徴の識別及び利用を行い、検出された欠陥のタイプを決定することになる。一度欠陥タイプが決定されれば、検出診断システム２３が、知識ベース２５に蓄積された欠陥タイプと既知既知の欠陥原因のデータベースとを適合させ、欠陥の原因を判断することになる。欠陥の原因が予測された後には、検出修復システム２４か知識ベース２５に蓄積された情報を利用し、欠陥が訂正できるものかを決定し、そうであれば、修復操作を指示する。
【００５２】
図４は本発明の好ましい実施形態のイメージを捕捉し、照射するシステムの概略図である。光源１２は複数の波長の光を発し、検査される表面、ここでは半導体ウェハ１１の照射に利用する。当該光は、５０／５０ビームスプリッタに参照されるような半反射鏡を使用するウェハの表面に対して、再度照射される。当該光は、上下軸に対する入射角θiでウェハの表面に照らされる。図４は、ウェハ表面上の２ヶ所ａ、ｂに対応する、入射とm次回析の角度を示すものである。
【００５３】
表面からの光は同じ角度、θmで鏡面反射する(明確にするため、この角度は2つの反射箇所だけで示される)。ウェハ表面構造により生じた回析効果により、m次回析ビームもまた角度θmでこれらの箇所から広がる。
【００５４】
マルチＣＣＤカメラ１４が回析した光(全部である必要はない)を捕捉する。カメラはプリズム３２を有しており、それは入射する光をその構成する波長に分けるものである。３つのＣＣＤカメラ３３は３つに分かれたスペクトル(図４では赤、緑、青を示す)からの光を捕捉し、３つに分離した回折イメージを作り出す。
【００５５】
３つの捕捉されたイメージ(本発明によれば、２つでも３つ以上でもよい)はデジタルフィルター３４によりデジタル化され、デジタルイメージを形成し、コンピュータ１５に記憶及び解析のために伝送される。それ以外としては、イメージが統合され、全スペクトルデジタルイメージ３５を形成し、コンピュータ１５に記憶及び解析のために伝送される。任意ではあるが、プリズム３２が入射する光をその構成する波長に区別した後に、ラインセンサ３６は、例えば数百という多くの様々な波長の回折イメージを分析する機能を用いてプリズムから発する光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するために用いても良い。
【００５６】
図５は本発明の方法の一実施形態の工程のフローチャートである。ステップ４１では、３台のＣＣＤカメラ１４は１次回析角の位置に配置される。ステップ４２では、ウェハ表面に好ましくは複数の波長からなる白色光が照射される。ステップ４３では、表面の１次回析イメージは３台のＣＣＤカメラによって捕捉され、そしてステップ４４ではプリズム３２は捕捉された光を構成する波長に区別する。ステップ４５では、スペクトル線検出器３６は、任意に、プリズムから発する光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを数百という多くの様々な異なる波長のイメージを分析する機能により検出するために用いられる。ステップ４６では、3つのカメラＣＣＤ３３が赤、緑、青の波長領域からの光を捕捉し、ステップ４７においてデジタル化される、3つの別々のイメージを作成する。回析効果の利点を得るために、関連する範囲の表面構造で作られた回析格子ピッチｄが式において使用される。その際には、既知の波長λを計算するために入射及び回析の角度(光源とカメラが固定された下)が用いられる。回析格子ピッチは規則的に繰り返す表面構造間の距離である。従って、ステップ４８において、回析格子ピッチが既知であるかどうかが決定される。もし既知であれば、波長λはステップ４９において計算される。ステップ５０において、計算された波長に関連するイメージは、その波長が捕捉されたイメージの一つの範囲に入るとの仮定の下、計算される。適切な波長は一般的に捕捉された範囲に入るが、全ての考えられる表面構造が有用な回析イメージを作成することは、本発明が要求することではない。仮に全く発見されなければ、その場合は第二の検査方法が使用されることになる。ステップ５１において、欠陥分類システム２２、欠陥診断システム２３、そして知識ベース２５は、分析イメージで検出及び位置選定がされた欠陥の分類及び診断に使用される。
【００５７】
もし回析格子ピッチがステップ４８で既知のものでない場合には、要求があれば、その処理はステップ５５に移り、そこで回析格子ピッチが決定される。回析格子ピッチが要求されない他の実施形態では、その波長の計算が実行される必要はない。回析光はある欠陥を検出するために使用されることは既知であるように(例えば、焦点ずれの欠陥)、様々なエネルギー波長(スペクトル)によって作られる多重に分離した捕捉イメージは、ステップ５６において容易に検査や分析が個別になされ、その中のいずれかが欠陥の存在を示しているかを決定することになる。この実施形態においては、当然、回析格子ピッチは既知である必要はない。その回析光の波長や角度が計算される必要がないからである。検出に用いられる波長に関係なく、イメージの一つに表される欠陥は適切に取り込まれる。もちろん、この実施形態は計算の実行との関連では相互排除ではない。これらの方法の組み合わせもまた利用可能である。
【００５８】
他の実施形態において、ステップ５５において回析格子ピッチが要求される場合には、その処理はステップ５７に移り、検査システムはウェハ全体の標準フルスペクトラムイメージを、現存する方法に従って、捕捉する。捕捉されたイメージはデジタル化され、知識ベースに蓄積されることが好ましい。ステップ５８において、イメージ分解のような技術を使用し、表面上の構造はトレースされる。そして表面構造のデジタルマップが現像され、それがまた当該知識ベースに蓄積される。この技術は、前述の特許出願番号08/867、156と特許番号6、091、846において、より詳しく説明されている。しかしながら、この開示での「イメージ」という用語は特定のデータ構造を意味するものではない。その代わり、本発明による分析に適用される形式である限り、形式には関係なく、要求される波長やスペクトルに関連するデータの設定に言及するものである。
【００５９】
ステップ５９において、捕捉された表面は所定の数の領域に分けられる。そして、各々の構造マップは分析され、その範囲が回析分析に反応する規則的な構造パターンを含んでいるかを決定する。含んでいる場合には、ステップ６０において、パターン構成間の距離が計算される。その後ステップ４９に戻り、式（１）の回析格子ピッチｄが使用される。そして、既知の入射角(固定された光源からの)と回析角(回析効果カメラの方位と関連する)が加わることにより、波長λはこのピッチを用いて計算される。再度、１次回析が計算に用いられることが好ましいが、２次、３次等の回析も同様に使用される。個別に捕捉された特定の分離イメージは、計算された波長の範囲内であり、再度、計算された波長が、利用に供する回析効果カメラの範囲に一致すると仮定して上述した処理に従い、問題となる領域の欠陥に対応して検査される。
【００６０】
一つ以上のカメラ若しくは光源が利用可能である場合は、ウェハ表面の所定の領域にどれを用いて上記処理を行うか決定する工程を含めても良い。あるいは、一つ以上の光源／カメラを組み合わせて使用することも可能である。ここで、どれを用いるかによっては、本発明に係る検査は一連の回折誘導型の照射を行っても良いが、例えば全スペクトルの捕捉イメージから決定される適正な波長により１度の照射工程としても良い。
【００６１】
上述した実施形態では、構造上の格子ピッチの決定のために用いられる表面若しくは表面領域は、例えば所望の表面構造を元に予め決定されているが、例えばそれ以外にも捕捉された表面イメージの構造地図を分析することも可能であり、異なるピッチの領域部分もこの分析により決定することが可能である。予め決められている許容量はこの場合、該表面が不必要に分割されないことを保証するために機能する。各領域の分析では、上述したように１次（又は複数次）回折イメージを得るための適切な波長が計算され、ついで欠陥が決定されるようになっている。従来は装置若しくは検査試料を物理的に調整する必要があるが、本発明ではそのような必要がないので、１つの複数の波長の光の照射がいくつかの領域の回折分析を行うときに有用である場合には本発明の効果は甚大である。
【００６２】
以上説明した実施形態は、あくまでも本発明の技術的内容を明らかにする意図のものにおいて、本発明はそうした具体例にのみ限定して狭義に解釈されるものではなく、本発明の精神とクレームに述べる範囲で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、検査時の度重なる調整を回避しつつ回折効果を用いて精度の良くウェハ表面の検査を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態による半導体ウェハの検査するために構成された光学的検査システムの正面図である。
【図２】表面上に複数のチップを有する半導体ウェハの正面図である。
【図３】本発明の実施の形態によるＡＤＣＳのサブシステムの相互関係を図示している構成図である。
【図４】本発明の好ましい実施の形態による照明及びイメージ捕捉の簡略図である。
【図５】本発明の方法の一実施の形態を示す工程のフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 光学的検査システム
１１ 半導体ウェハ
１２ 光源
１３ オーバーヘッドイメージ捕捉装置
１４ 回析イメージ捕捉装置
１５ 制御コンピュータ
１６ 支持台
Claims (28)
- 固定された第１の位置に配置された半導体ウェハの表面の構造の光学的な検査を行う方法であって、
第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、ウェハ表面に光を照射する工程と、
前記ウェハ表面構造により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、
前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、
前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する工程と、
前記回折イメージを分析して欠陥を検出する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１の光学的な検査を行う方法であって、
前記ウェハ表面に光を照射する工程は、複数の波長からなる白色光で前記ウェハ表面を照射することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項２の光学的な検査を行う方法であって、
前記捕捉する工程は、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを用いて一次回折角における光を捕捉する工程を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項３の光学的な検査を行う方法であって、
前記カメラを用いて光を捕捉する工程は、可視光領域の赤、緑及び青の波長を有する光を捕捉する３つの電荷結合型デバイスを有するカメラにより光を捕捉することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項４の光学的な検査を行う方法であって、
前記複数の回折イメージを作成する工程は、
前記赤、緑及び青の波長を捕捉するカメラにより捕捉された光をデジタル化する工程と、
前記赤、緑及び青の波長領域のそれぞれにおける前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項５の光学的な検査を行う方法であって、
前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、
前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、
前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記デジタル化した回折イメージを個々に分析して構造の欠陥を検出する工程と
を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項５の光学的な検査を行う方法であって、
前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、
前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、
前記格子ピッチが既知のものである場合、前記回折光の波長を算出する工程と、
前記算出された回折光に対応した前記デジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程と
を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項５の光学的な検査を行う方法であって、
前記表面構造は、所定の格子ピッチを有する格子パターンが形成さているものであり、
前記格子ピッチが既知のものであるかを決定する工程と、
前記格子ピッチが既知のものでない場合、前記格子ピッチを決定する工程と、
前記回折光の波長を算出する工程と、
前記算出した波長に対応するデジタル化した回折イメージを分析し、前記構造の欠陥を検出する工程と
を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項８の光学的な検査を行う方法であって、
前記ウェハ表面の全スペクトルイメージを捕捉する工程と、
前記表面構造のデジタルマップを作成する工程と、
前記格子ピッチに相当する前記構造間の距離を算出する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項９の光学的な検査を行う方法であって、
前記表面構造のデジタルマップを作成する工程は、
前記ウェハ表面を所定の数の領域に分割する工程と、
前記表面の各領域における前記表面構造のデジタルマップを作成する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１の光学的な検査を行う方法であって、
前記プリズムによりその光を構成する波長に分ける工程の後、
ライン検出器を用いて複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出する工程と、
デジタル回折イメージを作成し、分析するために、波長を識別する工程と
を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１の光学的な検査を行う方法であって、
前記回折イメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程は、
前記回折イメージを統合して全スペクトルデジタルイメージを形成する工程と、
前記全スペクトルデジタルイメージを分析して前記構造の欠陥を検出する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１の光学的な検査を行う方法であって、
検出された欠陥を、前記欠陥の分類を行う知識ベースに格納された欠陥タイプと比較する工程を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１３の光学的な検査を行う方法であって、
前記知識ベースに特定の欠陥となる原因データを格納する工程と、
所定の欠陥タイプと前記知識ベースに格納された原因とを用いて検出された欠陥の原因を診断する工程と
を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載の光学的な検査を行う方法であって、
前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが所望のものとどの程度同じであるかをラインセンサにより検出する工程を更に具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 固定された第１の位置に配置された半導体ウェハ表面の構造の光学的な検査を行うシステムであって、
第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記ウェハ表面に照射する照射手段と、
前記ウェハ表面構造により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、
前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、
前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、
前記回折イメージを分析して欠陥を検出する欠陥検出手段と
を具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１６の光学的検査システムであって、
前記照射手段は複数の波長からなる白色光を発する光源であることを特徴とする請求項１５に記載の光学的検査システム。 - 請求項１７の光学的検査システムであって、
前記光捕捉手段は、一次回折角における前記光を捕捉する位置に載置され、複数の波長領域の光を捕捉する複数の電荷結合型デバイスを有するカメラを具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１８の光学的検査システムであって、
前記複数の電荷結合型デバイスは、それぞれ赤、緑及び青の可視光スペクトル波長領域の光を捕捉することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１９の光学的検査システムであって、
前記分離手段は、プリズムを具備し、
前記プリズムは、前記ウェハ表面構造により回折された光を分離し、前記複数の電荷結合型デバイスへ前記分離した光を向けることを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項２０の光学的検査システムであって、
前記イメージ作成手段は、前記複数の電荷結合型デバイスから生じた信号を受け取り、前記ウェハ表面のデジタル回折イメージを作成するデジタルフィルタを具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１６の光学的検査システムであって、
前記複数の波長の光スペクトルにわたる波長を検出するライン検出器を更に具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１６の光学的検査システムであって、
前記ウェハ表面構造の所定の格子ピッチを分析するために前記回折イメージのうち１つを選択するイメージ選択手段を更に具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 請求項１６から請求項２３のうちいずれか一項に記載の光学的検査システムであって、
前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサを更に具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行う方法であって、
第２の位置に固定して設けられた複数の波長の光を発する光源から、前記対象物の表面に光を照射する工程と、
前記対象物の表面により回折された光を、第３の位置に固定して設けられたプリズムによりその光を構成する波長に分ける工程と、
前記分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する工程と、
前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成する工程と、
前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する工程と
を具備することを特徴とする光学的検査方法。 - 固定された第１の位置に配置された対象物の表面の光学的な検査を行うシステムであって、
第２の位置に固定して設けられ、複数の波長からなる光を前記対象物の表面に照射する照射手段と、
前記対象物の表面により回折された光をその光を構成する波長に分けるために、第３の位置に固定して設けられた分離手段と、
前記分離手段により分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉する捕捉手段と、
前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記対象物の表面の回折イメージを作成するイメージ作成手段と、
前記回折イメージを分析して前記対象物の欠陥を検出する欠陥検出手段と
を具備することを特徴とする光学的検査システム。 - 半導体ウェハを保持する支持部と、
前記支持部により保持された前記半導体ウェハの表面に、複数の波長からなる光を照射する照射部と、
前記ウェハ表面構造により回折された光を、その光を構成する波長に分けるプリズムと 、
前記プリズムにより分けられた光を、複数の異なる波長ごとのスペクトルとして捕捉するＣＣＤカメラと、
前記補足されたスペクトルに基づいて、複数の前記ウェハ表面の回折イメージを作成する手段と、
前記回折イメージを分析して欠陥を検出する手段と、
前記プリズムにより分けられた光のスペクトルが、所望のものとどの程度同じであるかを検出するためのラインセンサと
を具備することを特徴とする光学的検査装置。 - 請求項２７の光学的検査装置であって、
前記支持部が第１の位置に固定して設けられ、
前記照射部が第２の位置に固定して設けられ、
前記プリズムが第３の位置に固定して設けられている
ことを特徴とする光学的検査装置。
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