JP4040777B2 - 異物検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウエハー上のごみ、欠陥位置を調べる異物検査装置に関し、特にベアウエハー上の異物検査を目的とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としては、例えば光学顕微鏡明視野異物検査装置は、特公平7-81956号、及び特開平5-47885 号、レーザー散乱型異物検査装置は、例えば特開平 5-18889 号などに、構造が開示されている。また暗視野レーザー散乱系は、特開平8-152430号に示されているが、ウエハー上の凸部（パーティクル）と凹部（結晶欠陥）との分離は、完全ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光学顕微鏡明視野異物検査装置では、0.3 μm 程度のパーティクルは、検出可能であったが、光学顕微鏡の回折限界以下の0.25μm 以下のパーティクルを検出する場合は、信号は微弱になり検出できなくなってきた。またレーザー散乱型異物検査装置は、0.15μm 程度のパーティクルは検出可能であったが、照射ビームエリアが20μm 角程度と大きく、パーティクルの正確な位置は得られなかった。一方ビーム径を小さくすると、パーティクル位置精度は向上するが、測定が時間が遅くなる。つぎにパーティクル（凸部）とウエハーの結晶欠陥のピット（凹部）よりの散乱光の分離が十分でなく、パーティクルの誤検出の原因になっている。
【０００４】
そこでこの発明の目的は、従来のこのような問題を解決することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、ウエハーの斜め上方向から、照射するレーザーと、ウエハー表面からの散乱光を集光する対物レンズと、集光した散乱光を結像するイメージインテンシファイアー付きＣＣＤ等の２次元光検出器を有し、また、同一の検出系として、同一の対物レンズを用い明視野像、暗視野像観察用のＣＣＤと照明を有する構成とした。
【０００６】
また対物レンズにピエゾ板を取り付け外部からの電圧で、対物レンズを上下に振動する構成とした。さらに前記２次元光検出器の前に光軸方向に移動可能な開孔を設けある角度の散乱光のみ、２次元光検出器に入射できる構成とした。
【０００７】
【作用】
前記のように構成された異物検査装置においては、ウエハー表面のパーティクルとウエハーの結晶欠陥よりの散乱光は、対物レンズで集光された後、２次元光検出器の所定の位置に結像される。またウエハー表面の粗さ成分より散乱される光は、２次元光検出器全体にひろがるバックグランド光となる。したがってパーティクルとウエハーの結晶欠陥よりの散乱光（異物よりの散乱光）とウエハー表面の粗さ成分より散乱される光との分離が、装置のS ／N の向上に寄与する。
【０００８】
次に、異物よりの散乱光のうちパーティクル（凸部）とウエハーの結晶欠陥のピット（凹部）よりそれぞれ得られた散乱光は、対物レンズを上下することと、前記２次元光検出器の前の散乱光の焦点位置に開孔を挿入することにより、分離可能である。詳細は、次項の実施形態例中で説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図１に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（１）第一実施形態例
＜構成＞
図１は、本発明の第一の実施形態例の斜視図であり、図２は模式図である。
【００１０】
図1 、図２において、レーザー1 より照射された強度Ｉ（I=5 〜100mW)で波長λ（λ=400〜550nm ）の光は、1/4 λ板2 と偏光子3 により偏光面を制御され、ミラー系4 により、ウエハーのオリフラに対して、＋／−45度方向より、ウエハー面の垂線に対して入射角度（0 〜 95度）程度でウエハー5 に入射する。このとき入射ビーム径は垂直入射と仮定とすると、直径500 〜1000μm 程度とする。ウエハー面からの反射光は、直接対物レンズ6 に入射しない暗視野光学系とする。
【００１１】
ウエハー面より散乱した光I は、信号成分Isとして、パーティクル01または、ウエハーの結晶欠陥のピット部02より散乱したものであり、ノイズ成分Inは、平坦なウエハー表面の粗さ（微小な凹凸）から散乱したものである。これらの散乱光は、NAが（0.2 〜0.95程度）の対物レンズにより集光され、集光された散乱光は、結像レンズ8-1 により、イメージインテンシファイアー8-2 等の高感度の２次元光検出器の所定の位置に結像される構成とした。また対物レンズの後方に取り外し可能な検光子7 を回転させ、パーティクルと平坦なウエハー表面の粗さ（微小な凹凸）から、散乱光の偏光面の違いによる強度差がつかないか調べ、ウエハー表面の粗さからの散乱光のノイズの圧縮を行なってもよい。ただしこのノイズの圧縮方法は、パーティクルと結晶欠陥（ピット）よりの散乱光のS/N 向上には、寄与しない。
【００１２】
図3 に示す画像取り込み系は、イメージインテンシファイアー付きＣＣＤ等の２次元光検出器の画像データ採取用に、ビデオコンバーター20の後に、A/D 変換器21と、フレームメモリ22があり、画像処理用のコンピュータ23に接続している。
つぎにこの装置の動作を示す。散乱光の信号成分は、Isとして、パーティクル01または、ウエハーの結晶欠陥のピット02より散乱したものであり、対物レンズ6 、結像レンズ8-1 により、２次元光検出器8-2 に結像されたものである。ノイズ成分Inは、ウエハーの表面粗さよりの散乱光となり、検出器全体にかぶるバックグランド光となる。ここで入射光角度θを変えると、バックグランド光の透過帯域が変わり、Is／ In の比を改善できる。
【００１３】
次にパーティクル01とウエハーの結晶欠陥のピット部02よりの散乱光の分離法を示す。図3 に示すように計測しようとする異物の真上に対物レンズ6 を合わせ、対物レンズを対物レンズに取り付けられたリング状のピエゾ6-1 でピエゾドライバー6-６、交流電源6-９により微少に振動させる。この振動の特定の位置で、２次元光検出器上8-2 に結像された光散乱像をビデオコントローラー20に取り込み、逐次A/D 変換を行ないフレームメモリ22に取り込む。取り込まれた散乱光像のうちでスポット径が、最小半径になる対物レンズとパーティクルの距離（焦点距離）を求める。光散乱像であるから、最小のスポット径は、R=1.22λf ／D （R ; 最小スポット径、D ；レンズ開口径、f ；焦点距離、λ；波長）で示された回折限界約0.25〜0.3 μm に等しくなり、上記より小さい散乱スポットは観察されない。従って、図4 に示すように、同じ高さにあり、距離d が0.2 μm 以下に離れた2 つの0.1 μm クラスのパーティクル01は、焦点位置では分離できない。しかし図4 に示すように、オフ焦点位置での、散乱光束のひろがりを焦点位置より連続的に求めれば、2 点からの散乱光と1 点からの散乱光を認別できる。
【００１４】
また図5 に示すように、結晶欠陥（ウエハー面より低い）02とパーティクル（ウエハー面より高い）01は、同様にオフ焦点位置での散乱光束ひろがりと、散乱像のスポット径が最小半径になる高さ（焦点距離）の差（d1）より分離することができる。以上のように、上記構成により、パーティクルのウエハー表面からの高さと概略の形状の推定が行なえる。
【００１５】
またパーティクル01とウエハーの結晶欠陥部（ピット）02よりの散乱光を高速に分離する別形態として図6 に示すように、２次元光検出器の前にレンズ14を入れレンズの焦点位置付近を光軸に平行に移動できるステージ13上に開孔12を設け、対物レンズの焦点位置から発するある角度の散乱光のみ、２次元光検出器に入射できる構成とした。
【００１６】
図6 に示す構成装置の動作手順を以下に示す。
1. 最初ウエハーの傾き補正を行なう。
第一の方法は、視野内でウエハー最表面が２次元光検出器に対して焦点を結ぶ位置に対物レンズを調整する。これはウエハー上の（できれば視野内）3 点以上で顕微鏡の焦点深度を用い計測を行いウエハーの傾き成分をもとめておく。
【００１７】
第二の方法はリアルタイムでウエハーの傾きや反りにあわせて対物レンズの焦点距離を補正する方法で、図7 に示す。図7 では、ウエハーの表面での反射光を前記リング状のピエゾ6-1 と同一感度のリング状のピエゾ6-3 のが付いた2 分割の光検出器6-2 で受け反射光の位置を検出し、つぎに2 分割検出器に取りついたリング状のピエゾ6-3 に電圧を印加し、いつも2 分割の光検出器6-2 の同じ位置に反射光が来るように、2 分割検出器用プレアンプ6-4 、サーボ系6-5 、ピエゾドライバー6-6 を用い制御する。この時、同一の電圧を電圧デバイダー6-7 に入力し、入力電圧に比例した電圧を前記リング状のピエゾ6-1 に印加し、対物レンズとウエハー表面の距離を一定に保つ。また対物レンズ振動用の交流電圧は、加算器6-8 を通じて印加する。
2. 図7 に示すように対物レンズ上のリング状のピエゾ6-1 に正弦波状の電圧を交流電源6-9 より印加し、振幅1-5 μm 程度振動させる。このとき図８(b) 中のh 点（ウエハー表面よりの距離0.1 μm 以上）で焦点を2 次元光検出器上に結ぶ光を透過させるようにピエゾステージ13を調整し、開孔12位置をきめる。視野内でこの状態で観察される散乱光は、パーティクルである。
3. 図７に示すように対物レンズ上のリング状のピエゾ6-1 に正弦波状の電圧を交流電源6-9 より印加し、振幅1-5 μm 程度振動させる。このとき図８(b) 中のl 点（ウエハー表面よりの距離-0.1μm 以上）で焦点を２次元光検出器上に結ぶ光を透過させるようにピエゾステージ13を調整し、開孔12位置をきめる。視野内でこの状態で観察される散乱光は、結晶欠陥（ピット）である。
4. 視野を移動し、1.項より繰り返す。
【００１８】
以上で図6 に示す散乱光検出系の動作の説明を終了する。
次に別形態として開孔のピエゾステージ13と対物レンズ上のリング状のピエゾ6-1 を同期振動させて、光散乱像を検出する系を説明する。
図9(a)示すように、ピエゾステージ13にも対物レンズ上のリング状のピエゾ6-1 と同様の正弦波の電圧を印加し、開孔12を対物レンズと同期して移動させ、それぞれ図９に示すように同期検出器20-1でサンプリングを行ない、上の半周期での輝点を凸異物（パーティクル）、下の周期での輝点を凹異物（結晶欠陥）とする。また２次元光検出器８-2上で最小のスッポト径になる対物レンズの振動位相で異物の概略サイズが判る。
【００１９】
次に別形態として開孔を入れた2 光路検出を有する光散乱検出系を説明する。パ- ティクルと結晶欠陥を同時に検出する方法として、図10に示すように、光路をハーフミラー等9-1 で二つに分離し6 図の検出系を2 つ用いる方法がある。このとき一方の開孔12を凸異物が検出されるように、もう一方の開孔12a を凹異物が検出されるようにあらかじめ位置設定しておく。
【００２０】
最後にウエハーステージの走査方法を説明する。
図１１(a) に示すようにウエハー用ステージ15は、XYステージ15-X、15-Yより構成される。移動量は、対物レンズと２次元光検出器系で構成される検出系の視野に相当する距離だけ、ＸＹウェハステージドライバー16-X、16-Yからなるウェハステージドライバーと、ＸＹウェハステージコントローラー17-X、17-Yからなるウェハステージコントローラーにより、図１１(b) に示すようにステップ状に移動する。今対物レンズと２次元光検出器（画素数m 個／1 辺；m:約500 ）の視野は、一辺L が100 〜500 μm であり、ウエハーステージは、視野の一辺づつ順番にステップ状に走査すれば良い。またステージ精度は、一辺L の1/100 程度あれば良い。
【００２１】
次に、異物の検出位置の再現性について述べる。２次元光検出器は結像光学系であるから、視野内の位置精度は、L/m でおよそ0.2 〜1 μm 程度である。今ある視野での原点座標を（Xi0,Yi0)、視野内で観測されたパーティクルの座標を（xj,yj)とすると、パーティクル座標は、ウエハー上でXp=Xi0+xj,Yp=Yi0+yj で表わされる。ここで視野の原点座標精度は、ウエハーステージ精度の1 〜5 μm 程度であり、視野内のパーティクルの座標精度は、0.2 〜1 μm 程度である。従って、パーティクルの座標精度は、両精度の加算である。しかし、ウエハーをたとえば洗浄後に再度測定する場合、1 〜5 μm の視野の範囲に類似のパーティクルがないときは、容易に同一のパーティクルと認識でき、原点座標のずれを修正でき、この場合異物の位置の再現性は、視野内のパーティクルの座標精度0.2 〜1 μm 程度となる。したがって、ステージの座標精度を上げなくても同一の異物を再発見できる。また測定は、ステージの停止中に行なうため、ステージの移動時の精度、直線性は、異物の位置精度に関係ない。
【００２２】
ステージの移動速度を説明する。この異物検査装置は、前記２次元光検出器の視野内（約200 μmx200 μm ）は走査する必要はなく、一つの視野測定後は次の視野に移動できる。また検出系は結像光学系であり、瞬時にパーティクルの位置を検出できる。２次元光検出器上の散乱像は、逐次A/D 変換器を行ない、フレームメモリに取り込み、取り込み後およそ1 〜100ms で画像処理ができる。従って、ステージは、画像処理中に200 μm/１〜100ms の速度で、次の視野の開始点に移動し、停止すればよい。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように暗視野のレーザー散乱系を、ウェハー表面の斜め方向から照射するレーザと、対物レンズとイメージインテンシファイアー付きＣＣＤ等の２次元光検出器を有する構成としたので、光学顕微鏡方式では検出が難しい、0.15μm 以下のパーティクル欠陥を発見できるという効果がある。又、対物レンズをピエゾ素子で振動できる機構を有するので、パーティクルと結晶欠陥を分離できるという効果もある。さらにステージの移動の刻みは、２次元光検出器の視野で決まり、従来の異物検査装置のように細かい移動刻みを行なわなくとも、欠陥位置情報を十分な精度で得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異物検査装置の第一実施形態例の斜視図である。
【図２】本発明の異物検査装置の一実施形態例の模式図である。
【図３】本発明の異物検査装置の検出系の断面図である。
【図４】近接したパーティクル分離の模式図である。
【図５】異物凸部と異物凹部の分離の模式断面図である。
【図６】本発明の異物検査装置の検出系の第二実施形態例の断面図である。
【図７】本発明の異物検査装置の検出系の第三実施形態例の断面図である。
【図８】 (a) は対物レンズの振動の模式図、(b) は対物レンズの振動位相の模式図である。
【図９】 (a) は本発明の異物検査装置の検出系の第四実施形態例の断面図、(b) は対物レンズの振動用の交流電源の位相模式図である。
【図１０】本発明の異物検査装置の検出系の第五実施形態例の断面図である。
【図１１】 (a) はウエハーステージの模式図、(b) はウエハーステージの移動距離- 時間図である。
【符号の説明】
１ レーザー光源
２ 1 ／４λ板
３ 偏光子
４ ミラー系
５ シリコンウエハー
６ 対物レンズ
７ 検光子
８ ２次元光検出器システム

Claims (6)

1. 被検査ウエハーの表面に斜め方向からレーザーを照射し、ウエハー表面からの散乱光を対物レンズで集光し、散乱光をイメージインテンシファイアー付きＣＣＤ等の２次元光検出器に結像する異物検査装置において、前記対物レンズをウエハーに対して垂直に振動させて光散乱像を２次元光検出器上に結像させ、前記２次元光検出器上の光散乱像の径の最小位置より異物のＺ方向位置を、前記２次元光検出器上の光散乱像の形状より異物の形状を、それぞれ測定することを特徴とする異物検査装置。
2. 前記２次元光検出器の前に光軸に平行に移動できるステージあるいはピエゾ素子に開孔を取り付け、光散乱像の集光位置付近に前記開孔を配置したことを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
3. 前記開孔を前記対物レンズに同期して振動させ、該振動の周期の半周期でウエハー上のパーティクル等の凸部を、該振動の周期のもう一方の半周期でウエハー内の結晶欠陥等の凹部を、それぞれ前記２次元光検出器上に結像することを特徴とする請求項２記載の異物検査装置。
4. 前記開孔を、対物レンズに取り付けたステージあるいはピエゾ素子に同期して振動させることによって前記対物レンズに同期して振動させることを特徴とする請求項３記載の異物検査装置。
5. 前記対物レンズをウエハーの傾き、そり等に従って移動させ、常にウエハー最表面を前記２次元光検出器上に結像させることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
6. 前記２次元光検出器の視野内は、走査する必要はなく 1 視野測定後は次の視野に移動できることで、次の視野の開始点に、ステージをステップして移動することを特徴とする請求項 1 記載の異物検査装置。

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