JP4409701B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9501—Semiconductor wafers
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハその他の被検査物の表面上の検査対象、たとえば異物やキ ズ、COP(結晶欠陥)等を検査する表面検査装置及び表面検査方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術では、被検査物の表面上に高入射もしくは低入射で光束を照射することにより表面の異物を測定していた。
【0003】
しかし、検査装置の高感度化及び工程の微細化に伴い、従来の表面検査装置及び表面検査方法では、たとえばBare-Siでは、表面のグローイン欠陥(微小な結 晶欠陥)や、表面研磨工程による残留物の極薄い異物と、従来からの異物とを正確に分離して測定する事はできなかった。
【0004】
従来からの高入射測定機器のデータと低入射測定機器のデータを重ね合わせ て、その比較から検査対象を異物と判別している例もあった。
【0005】
従来からの異物や微小な結晶欠陥と、表面研磨工程による残留物である極薄い異物等とを分離して検出することはできなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
検査の高感度化及び工程の微細化に伴い、とくにBare-Siにおいて、表面のグ ローイン欠陥(微小な結晶欠陥)や、表面研磨工程による残留物の極薄い異物 と、従来からの異物とを正確に分離して測定する事が求められてきている。
【0007】
また、微細化技術にかかすことができないCMP(ケミカルメカニカルプロセス)によるマイクロスクラッチやスラリー等を、異物と分離して、感度よく検出できる装置や方法が求められている。
【0008】
本発明は、異なる少くとも2つの光束を異なる角度で入射し、各角度で入射した2以上の光束の散乱光を、波長によって又は偏光によって分離して、各散乱光の散乱強度及び散乱光の範囲に基づき検査対象の判別を行う表面検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【0009】
本発明は、異なる2以上の光束を異なる角度で入射し、各角度で入射した光束の散乱光を、波長によって又は偏光によって分離して、各散乱光の散乱強度及び散乱光の範囲に基づくとともに、さらに被検査物の種類に応じて検査対象の判別を行う表面検査装置及び方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な解決手段は、請求項1〜8に記載の表面検査装置と、請求項9に記載の表面検査方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、ウエハその他の被検査物の表面上の検査対象、たとえば異物やキ ズ、COP(結晶欠陥)等を検査する表面検査装置及び表面検査方法を改良したものである。
【0012】
本発明の典型例においては、第1の特徴を有する第1光束と第2の特徴を有する第2光束を発する光源部と、第1光束を第1照射角度により被検査物の表面に照射する第1照射光学系と、第2光束を第1照射角度とは異なる第2照射角度により被検査物の表面に照射する第2照射光学系と、第1照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第1光束の散乱光と、第2照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第2光束の散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で受光した第1光束の散乱光を第1受光信号に変換する第1受光部と、受光光学系で受光した第2光束の散乱光を第2受光信号に変換する第2受光部と、被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、第1及び第2受光信号の散乱光の強度及び第1及び第2受光信号の散乱光の散乱範囲に基づき、被検査物上の検査対象の種類を判別する判別部とから構成されている。
【0013】
好ましくは、第1光束の第1の特徴と、光源部が発生する第2光束の第2の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。また、第1照射光学系の第1照射角度 は、第2照射光学系の第2照射角度よりも小さく設定する。
【0014】
好ましくは、判別部は、第1及び第2受光信号の散乱光の強度比を求める散乱光量比処理と、第1及び第2受光信号が所定レベル以上か否かにより散乱光の散乱範囲を求める散乱範囲検出処理を行う。さらに、判別部は、被検査物表面の位置ごとに、次のような判別処理を行う。
【0015】
(A)第1受光信号又は第2受光信号のいずれか一方のみに検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を第1検査対象と判別する第1判別処理を行う。
【0016】
(B)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であれば検査対象の種類を第2検査対象であると判別する第2判別処理を行う。
【0017】
(C)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であって、さらに、第1受光信号 の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第1関数と、第2受光信号の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第2関数とを求め、それらの関数の比が所定値以上であるときに、検査対象の種類を第3検査対象であると判別する判別処理を行う。
【0018】
(D)第1受光信号又は第2受光信号にこの処理に該当しない検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を通常異物と判別す る。
【0019】
好ましくは、被検査物の種類に応じて、判別部が判別する検査対象の種類を決定するように構成する。
【0020】
たとえば、被検査物がベアの半導体ウエハ(Bare-Si)である場合に、判別部 は、第1判別処理により第1検査対象としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第2判別処理により第2検査対象としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第3判別処理により第3検査対象として極薄い異物を判別する。
【0021】
また、被検査物が膜付きウエハのCMP(ケミカルメカニカルプロセス)処理後の半導体ウエハである場合に、判別部は、第1判別処理により第1異物としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第2判別処理により第2異物としてマイクロスクラッチを判別し、第3判別処理により第3異物としてマイクロスクラッチを判別するように構成することが好ましい。
【0022】
【実施例】
図1は、本発明の好適な1つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図である。
【0023】
表面検査装置1は、少なくとも第1波長λ1の光束11と、これと異なる第2波長λ2の光束12を発するレーザチューブ等の光源部10と、光源部10からの第1波長λ1の光束11を第1照射角度θ1によって、被検査物である半導体ウエハ2に照射する第1照射光学系20と、光源部10からの第2波長λ2の光束12を第2照射角度θ2によって、第1照射光学系10と同様に半導体ウエハ2の表面の検査点P上に照射する第2照射光学系30と、第1照射光学系20と第2照射光学系30によって照射された光束11、12による半導体ウエハ2の表面の検査点Pからの散乱光を第1受光方向から受光する第1受光光学系40 と、第1照射光学系10又は第2照射光学系30によって照射された光束11、12による半導体ウエハ2の表面の検査点Pからの散乱光を第1受光方向とは異なる第2受光方向から受光する第2受光光学系50と、被検査物たる半導体ウエハ2を上記第1照射光学系20の照射光束11に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部60とを有する。第1受光光学系40の仰角は、30°であり、第2受光光学系50の仰角は、30°である。
【0024】
光源部10を説明すると、少なくとも第1波長の光束11と、これとは異なる第2波長の光束12を発する光源部10としては、複数の波長の光束を発する各種のものが利用できる。例えばマルチラインのレーザのように一つの光源で複数の波長の光束を発するものや、異なる波長の光束を発する複数の光源の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成するものが採用できる。
【0025】
マルチラインのレーザを採用する際に、不必要な波長の光束が発生する場合 は、第1波長と第2波長を通過させるバンドパスフィルターを通過させることにより、必要な波長の光束のみを取り出すことができる。
【0026】
異なる波長の光束を発する複数の光源を使用する場合は、複数の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成する。その一例を図12に示す。2個の光源10からビーム(光束)210を発し、ミラー211で反射してから、途中でハーフミラー201で合成して合成ビーム212を作る。合成ビーム212は、レンズユニット213と一連のミラー214〜216を介し、2種類の波長の光束217、218が異なる入射角度で被検査物2上に照射される。たとえ ば、ヘリウムカドミウムレーザを使用し、441.6nmの波長と325nmの波長を選択する。
【0027】
図1の例で光源部10としてアルゴンイオンレーザを用いれば、488nmの波長と514.5nmの波長が選択できる。光源部10から射出された光束は、第1波長λ1の光束11を通過させ、第2波長λ2の光束12を反射させるダイクロイックミラー3によって、第1波長の光束11と第2波長の光束12が分離される。第1波長の光束11は、第1ミラー21によって向きが変えられ、第1照射レンズ群22、第2ミラー23を介して第1照射角度θ1で被検査物2の表面の照射点Pに照射される。第2波長の光束12は、ダイクロイックミラー3によって反射され、第2照射レンズ群31、第3ミラー32及び第4ミラー33を介して第2照射角度θ2で被検査物2の表面の照射点Pに照射される。
【0028】
被検査物2の表面上の照射点Pに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。第1照射角度θ1及び第2照射角度θ2は、被検査物2の法線方向を基準に設定する。図1の実施例において、第1照射角度θ1は、入射角度として0度から40度の範囲から所定角度が選択される。第2照射角度θ2は50度から85度の範囲から所定角度が選択される。水平方向は、一致していても異なっていても差し支えない。
【0029】
図1の実施例においては、第1照射角度θ1<第2照射角度θ2の関係が成立している。第1波長λ1と第2波長λ2の大きさは、任意に選択可能である。但し、入射角度が大きいほど検出感度が良くなり、また使用波長λが短いほど検出感度が良くなる傾向があるので、第1波長λ1よりも第2波長λ2が短い関係 (第1波長λ1>第2波長λ2)とすれば、それにより、第1照射角度θ1による検出感度と第2照射角度θ2による検出感度とが等しくなる方向に設定することができる。
【0030】
次は、第1受光光学系40(側方散乱光)と第2受光光学系50(前方散乱)を説明する。
【0031】
前述の散乱光を受光するために第1受光光学系40と第2受光光学系50が設けられている。第1受光光学系40は、第1照射光学系20と第2照射光学系30によって照射された光束11、12による、半導体ウエハ2の表面の検査点Pからの散乱光を第1受光方向から受光する。第2受光光学系50は、第1照射光学系20又は第2照射光学系30によって照射された光束11、12による、半導体ウエハ2の表面の検査点Pからの散乱光を第1受光方向とは異なる第2受光方向から受光する。
【0032】
第1受光方向の第1受光水平角θH1(たとえば90°)及び第2受光方向の第2受光水平角θH2(たとえば50°)は、第1照射光学系20又は第2照射光学系30による照射光束11、12が被検査物2で鏡面反射されたときの反射方向を基準に測る。図1の実施例においては、第1受光水平角θH1>第2受光水平角θH2の関係にある。
【0033】
第1及び第2受光方向の受光仰角は例えば30°に設定される。
【0034】
図2に示すように、第1受光光学系40で受光された光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向(図2の上下方向)に移動可能に配置されているNDフィルタ200を経たあと、第1波長λ1の光束と第2波長λ2の光束に第2ダイクロイックミラー45で分離される。そして、第1受光部41は、第1受光光学系40で受光した第1波長λ1の散乱光を受光し、第1受光信号に変換する。第2受光部42は、第1受光光学系40で受光した第2波長λ2の散乱光を受光し、第2受光信号に変換する。
【0035】
第2受光光学系50も、図2に示すものと同様の光学系により、矢印方向(図2の上下方向)に移動可能に配置されているNDフィルタを経たあと、第1波長λ1の光束と第2波長λ2の光束にダイクロイックミラー45で分離する。第3受光部43が、第2受光光学系50で受光した第1波長λ1の散乱光を受光し、第3受光信号に変換する。第4受光部44が、第2受光光学系50で受光した第2波長λ2の散乱光を受光し、第4受光信号に変換する。
【0036】
前述の第1受光部乃至第4受光部41〜44は、フォトマルチプライヤーなどの高感度の受光素子で構成するのが望ましい。
【0037】
また、変位部60を説明すると、変位部60は、被検査物2を回転変位させる回転変位部61と、被検査物2を直線変位させる直線変位部62とから構成されている。回転変位部61の一回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、被検査物2を第1及び第2照射光学系2 0、30の照射光により、被検査物2をくまなく螺旋走査を行う。
【0038】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではなく、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしてもよい。
【0039】
図1の実施例では、回転変位部61が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部62がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系20、30の照射光束11、12の照射位置が被検査物2の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【0040】
図3は、本発明による表面検査装置のブロック図である。
【0041】
第1乃至第4受光部41、42、43、44の第1乃至第4受光信号は、それぞれ第1乃至第4A/D変換器111、112、113、114により、デジタル信号に変換された後、信号処理部の働きを行う制御演算部120に送られ所定の信号処理がなされる。制御演算部120は、後述する受光信号の選択と所定の信号処理を行い、検査結果を必要に応じて表示部130で表示させたり、記憶部140に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【0042】
また、制御演算部120は、判別部160を制御する。判別部160は、後述する被検査物上の検査対象の種類の判別を行う。
【0043】
さらに、制御演算部120は、回転変位部61の回転モータや直線変位部62のスライド移動部を制御したり、被検査物2の種類に応じて、第1乃至第4受光部41、42、43,44の感度切換部150を制御する。
【0044】
感度切換部150は、NDフィルター200を図2の矢印方向に移動して、第1乃至第4受光部41、42、43、44の受光窓ににNDフィルター200を挿入して感度を下げたり、受光窓からNDフィルター200を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【0045】
第1乃至第4受光部41、42、43、44をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧を調整することにより、感度を切り換えることもできる。
【0046】
さらに、受光部の感度切換について説明する。
【0047】
検査が開始されると、まず被検査物2の種類を判別する。たとえば、表面散乱の少ないもの(例えばベアウエハ、SiO2 膜付きのもの)か、表面散乱の多いもの(例えば、金属膜付きのウエハ)かを判別する。被検査物2が、表面散乱の少ない被検査物のときには、第1乃至第4受光部41〜44の感度を表面散乱の少ない被検査物に適した設定とする。すなわち表面散乱の少ない被検査物のときには、第1受光部41及び第3受光部43の感度を高感度に切換え、第2受光部42及び第4受光部44の感度を低感度に切換えて検査が行われる。
【0048】
被検査物2の種類が、表面散乱の多いもの(例えば、金属膜付きのウエハ)と判断されたときには、第1乃至第4受光部41〜44の感度を表面散乱の多い被検査物に適した設定とする。すなわち表面散乱の多い被検査物のときには、第1受光部41及び第3受光部43の感度を低感度に切換え、第2受光部42及び第4受光部44の感度を高感度に切換えて検査が行われる。
【0049】
次に、制御演算部120による受光信号の選択について説明する。
【0050】
被検査物2が、表面散乱の少ないもの(例えばベアウエハ、SiO2 膜付きのもの)である場合、第1乃至第4受光部41〜44の感度を表面散乱の少ない被検査物に適した設定とされる。すなわち表面散乱の少ない被検査物のときには、第1受光部41及び第3受光部43の感度を高感度に切換え、第2受光部42及び第4受光部44の感度を低感度に切換える。この状態で検査が行われる。
【0051】
このときに、高角度で照射される光束による第1波長λ1の散乱光は、高感度に設定された第1受光部41と、低感度に設定された第2受光部42で受光さ れ、それぞれ第1受光信号と、第2受光信号が形成される。
【0052】
低角度で照射される光束による第2波長λ2の散乱光は、高感度に設定された第3受光部43と、低感度に設定された第4受光部44で受光され、第3受光信号と、第4受光信号が形成される。
【0053】
検査対象を抽出する信号処理が行われる受光信号は、検査対象からの散乱光の強度によって決定される。第1受光信号又は第2受光信号が第1波長λ1の散乱光の信号として信号処理の対象に選択される。これにより高角度照射の場合の散乱特性が得られる。
【0054】
一方、低角度照射の場合の散乱特性に関しては、第3受光信号又は第4受光信号が第2波長λ2の散乱光の信号として信号処理の対象に選択される。
【0055】
選択された受光信号は、制御演算部120により所定の信号処理が施される。制御演算部120は、この信号処理により、検査対象を抽出して検査対象データを求める。
【0056】
検査対象データは、スタート座標、ピーク座標、エンド座標及びピークレベル値の4つの要素からなる。
【0057】
図4は、受光信号における検査対象データの構造を示した図である。図5は、検査対象データの模式図である。
【0058】
検出光を所定方向に走査させていくとき、検査対象の散乱信号がスレッショルド信号(図4に水平に実線で示されている)を越えたら、そこをスタート座標 (Start)として記憶し、その後、検査対象散乱信号がスレッショルド信号を下回ったら、そこをエンド座標(End)として記憶し、スタート座標とエンド座標との間で検査対象散乱信号が最も大きかったところをピークレベル値(Peak)として記憶する。スタート座標(Start)、ピークレベル値(Peak)およびエンド座標(End)からなる検査対象データに基いて被検査物の表面上の検査対象を特定する。
【0059】
図4においては、検査対象は、Da,Db,Dcが特定されるので、検査対象の個数は3になる。この場合、区間A、Bのデータは検査対象の個数に無関係になり、検査対象の個数は3個とカウントされるのである。
【0060】
図6は、後述する座標のアライメント処理を示す図である。
【0061】
前述の記憶された検査対象データの数点を用いて判別部160が座標アライメントを行い、高入射側と低入射側の座標を合わせる。
【0062】
図7は、ベアウエハでの検査処理を示す図である。
【0063】
座標アライメントを行った後、判別部160が後述する所定の判別処理を行い検査対象の種類を判別する。その結果、たとえば図7に示すような検出結果を得る。
【0064】
図8は、CMP(ケミカルメカニカルプロセス)処理後の膜付きウエハでの検査処理を示す図である。
【0065】
座標アライメントを行った後、判別部160が後述する所定の判別処理を行い検査対象の種類を判別する。その結果、たとえば図8に示すような検出結果を得る。
【0066】
次に、検査の手順について説明する。
【0067】
図9は、検査の概略手順を示すフローチャートである。
【0068】
まず、ステップS1において、初期設定が行われる。初期設定においては被検査物2の種類が判別され、第1乃至第4受光部41〜44の感度が判別された被検査物に適した設定にされる。
【0069】
ステップS2では、第1照射光学系20及び第2照射光学系30から第1波長λ1の光束11と第2波長λ2の光束12がともに照射された状態で変位部60が回転変位と直線変位を行い、ウエハを回転及び直線移動させてヘリカルスキャンを実行する。次に、ステップS3に進む。
【0070】
ステップS3では、制御演算部120が前述のように受光信号を選択し、記憶部140に、受光信号を測定データとして記憶する。次にステップS4進む。
【0071】
ステップS4では、判別部160が検査対象データの抽出を行う。判別部160が、記憶部140に記憶された測定データの高入射データと低入射データ中で所定のスライスレベルを越えた部分(検査対象データ)を抽出する。ここで、高入射データとは、高い位置から入射した光束により得られる測定データである。低入射データとは、低い位置から入射した光束により得られる測定データであ る。
【0072】
さらに、判別部160が高入射データにおける検査対象から、所定の条件(たとえば、座標として重なる部分がある等)を用いて高入射側の散乱光の散乱範囲や散乱光の強度等を求める。さらに、判別部160が低入射データにおける検査対象から、所定の条件(たとえば、座標として重なる部分がある等)を用いて低入射側の散乱光の散乱範囲や散乱光の強度等を求める。そして、判別部160 は、座標アライメントを行い、検査対象データを高入射側と低入射側とで対応させる。次に、ステップS5に進む。
【0073】
ステップS5では、判別部160が測定対象ごとに測定処理の種類を選択す る。測定対象がベアウエハであれば、ステップS6に進み、ベアウエハの表面上の検査対象の種類が判別される。判別結果は、制御演算部120で合成され、ステップS8へ進む。
【0074】
ステップS8では、検査対象の種類の判別結果を表示部130で表示し、ステップS9に進む。
【0075】
ステップS9では、測定終了かどうかが判断される。測定終了でなければ、新たな測定が行われる。測定終了であれば、そのまま終了する。
【0076】
ステップS5において、測定対象がCMP処理後の膜付ウエハである場合は、ステップS7に進み、CMP処理後の膜付ウエハの表面上の検査対象の種類が判別される。判別結果は、制御演算部120で合成され、ステップS8に進む。
【0077】
ステップS8では、検査対象の種類の判別結果を表示部130で表示し、ステップS9に進む。
【0078】
ステップS9では、測定終了かどうかが判断される。測定終了でなければ、新たな測定が行われる。測定終了であれば、そのまま終了する。
【0079】
以下に、図9のステップS6におけるベアウエハ測定処理について詳細に説明する。
【0080】
図10は、ベアウエハの測定処理の詳細フローチャートの一例を示す。
【0081】
判別部160は、図9のフローチャートのステップS4で行った検査対象データの抽出処理の結果に基づいて、被検査物表面における座標ごとに検査対象の種類の判別を行う。検査対象の種類の判別処理の方法は、図10のフローチャートに示すようになる。
【0082】
まず、ステップS61では、高入射データで検査対象が抽出されたか否かが判断される。高入射データで検査対象が抽出されたら、ステップS62に進む。
【0083】
ステップS62では、低入射データで検査対象が抽出されたか否かが判断される。低入射データで検査対象が抽出されたらステップS63に進む。
【0084】
ステップS63では、次の式(1)が満たされるか否かが判断される。
【0085】
高入射散乱レベル/低入射散乱レベル>1.5 ・・・(1)
ここで、散乱レベルは散乱光の強度を表す数値である。式(1)は、高入射側と低入射側の散乱光の強度の比が所定レベル以上か否かを判断するための式である。
【0086】
式(1)を満たす場合は、ステップS64に進む。
【0087】
ステップS64では、次の式(2)が満たされるか否かが判断される。
【0088】
F(高入射スキャン時間、高入射散乱光量)/F(低入射スキャン時間、低入射散乱光量)>2 ・・・(2)
ここで、Fはスキャン時間と散乱光量を変数とする関数である。また、スキャン時間は、散乱光の散乱範囲を表す変数である。散乱光量は散乱光の強度を表す変数である。式(2)は、高入射側と低入射側の散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による関数の比が所定値以上であるか否かを判断するための式である。
【0089】
式(2)を満たす場合は、ステップS65に進む。
【0090】
ステップS65では、検査対象の種類は極薄い異物であると判別され、ステップS66に進む。
【0091】
ステップS66では、検査対象の種類の判別結果がベアウエハ表面上の他の検査対象の種類の判別結果と合成され、ステップS8(図9)へ進み、検査対象の種類の判別結果が表示部130で表示される。
【0092】
ステップS64で式(2)を満たさない場合は、ステップS67に進む。ステップS67では、検査対象の種類はCOP(結晶欠陥)であると判別され、ステップS66に進み、判別結果の合成が行われる。
【0093】
ステップS63で式(1)を満たさない場合は、ステップS69に進む。
【0094】
ステップS69では、検査対象の種類は通常の異物と判別され、ステップS66に進み、判別結果の合成が行われる。
【0095】
ステップS62で、低入射データで検査対象が抽出されない場合は、ステップS67に進む。ステップS67では、検査対象の種類はCOP(結晶欠陥)であると判別され、ステップS66に進み、判別結果の合成が行われる。
【0096】
ステップS61で、高入射データに検査対象が抽出されない場合、ステップS68に進む。
【0097】
ステップS68では、低入射データで検査対象が抽出されたか否かが判断される。低入射データで検査対象が抽出されたら、ステップS69に進み、検査対象の種類は通常異物と判断される。次にステップS66に進み、判別結果の合成が行われる。
【0098】
ステップS68で、低入射データで検査対象が抽出されない場合、ステップS610に進む。
【0099】
ステップS610では、検査対象は存在しない(異物やCOPは存在しない)と判別され、ステップS66に進む。ステップS66で、判別結果の合成が行われる。
【0100】
表1に、図10のフローチャートによるベアウエハの検査対象の種類の判別表の一例を示す。
【0101】
【表1】
表1の式(2)において、Fは、スキャン時間と散乱光量を変数とする関数である。
【0102】
以上の測定処理により、たとえば図7に示すような検出結果が得られる。
【0103】
図7において、検査対象A、E、Fは、異物(Particle)と検出される。検査対象Bは、COP(結晶欠陥)として検出される。検査対象Dは、COP(結晶欠陥)として検出される。検査対象Cは、極薄い異物(Thin Particle)として 検出される。
【0104】
以下に、図9のステップS7におけるCMP処理後の膜付ウエハ測定処理について詳細に説明する。
【0105】
図11は、CMP処理後の膜付ウエハ測定処理の詳細フローチャートの一例を示す。
【0106】
判別部160は、図9のフローチャートのステップS4で行った検査対象データの抽出処理に基づいて、被査物表面における座標ごとに検査対象の種類の判別を行う。検査対象の種類の判別処理の方法は、図11のフローチャートのようになる。
【0107】
まず、ステップS71では、高入射データで検査対象が抽出されたか否かが判断される。高入射データで検査対象が抽出されたら、ステップS72に進む。
【0108】
ステップS72では、低入射データで検査対象が抽出されたか否かが判断される。低入射データで検査対象が抽出されたら、ステップS73に進む。
【0109】
ステップS73では、次の式(3)が満たされるか否かが判断される。
【0110】
高入射散乱レベル/低入射散乱レベル>1.5 ・・・(3)
ここで、散乱レベルは、散乱光の強度を表す数値である。式(3)は、高入射側と低入射側の散乱光の強度の比が所定レベル以上か否かを判断するための式である。定数1.5はCMP装置によって異なる場合がある。
【0111】
式(3)を満たす場合は、ステップS74に進む。
【0112】
ステップS74では、検査対象の種類はマイクロスクラッチであると判別さ れ、ステップS75に進む。
【0113】
ステップS75では、検査対象の種類の判別結果がベアウエハ表面上の他の検査対象の種類の判別結果と合成され、ステップS8(図9)へ進み、検査対象の種類の判別結果が表示部130で表示される。
【0114】
ステップS73で式(3)を満たさない場合、ステップS76に進む。
【0115】
ステップS76では、次の式(4)及び式(5)が満たされるか否かが判断される。
【0116】
高入射散乱レベル/低入射散乱レベル>1.0 ・・・(4)
G(高入射スキャン面積、高入射散乱光量)/G(低入射スキャン面積、低入射散乱光量)>2 ・・・(5)
ここで、散乱レベルは、散乱光の強度を表す数値である。式(4)は、高入射側と低入射側の散乱光の強度の比が所定レベル以上か否かを判断するための式である。式(4)の右辺の定数1.0はCMP装置によって異なる場合がある。
【0117】
Gは、スキャン面積と散乱光量を変数とする関数である。また、スキャン面積は、散乱光の散乱範囲を表す変数である。スキャン面積は、図13(検査対象の分布を示した模式図)に示すように、たとえば検査対象の幅を利用して求める。散乱光量は、散乱光の強度を表す変数である。式(5)は高入射側と低入射側の散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による関数の比が、所定値以上であるか否かを判断するための式である。式(5)の右辺の定数2はCMP装置によって異なる場合がある。
【0118】
式(4)と式(5)を満たす場合は、ステップS77に進む。
【0119】
ステップS77では、検査対象の種類がマイクロスクラッチと判別され、ステップS75に進む。ステップS75では、前述したように判別結果の合成が行われる。
【0120】
ステップS76において、式(4)又は式(5)が満たされない場合は、ステップS710に進む。ステップS710では、検査対象の種類が通常の異物と判別され、ステップS75に進む。ステップS75では、前述したように判別結果の合成が行われる。
【0121】
ステップS72において、低入射データで検査対象が抽出されない場合は、ステップS78に進む。ステップS78では、検査対象の種類がCOP(結晶欠 陥)と判別され、ステップS75に進む。ステップS75では、前述したように判別結果の合成が行われる。
【0122】
ステップS71において、高入射データで検査対象が抽出されない場合は、ステップS79に進む。
【0123】
ステップS79では、低入射データで検査対象が抽出されるか否かが判断される。検査対象が抽出されたならば、ステップS710に進む。
【0124】
ステップS710では、検査対象の種類が通常の異物であると判別され、ステップS75に進む。
【0125】
ステップS75では、前述したように判別結果の合成が行われる。
【0126】
ステップS79で、低入射データで検査対象が抽出されない場合、ステップS711に進む。ステップS711では、検査対象は存在しない(異物やマイクロスクラッチは存在しない)と判別され、ステップS75に進む。ステップS75では、前述したように判別結果の合成が行われる。
【0127】
表2は、図11のフローチャートによるCMP処理後の膜付ウエハの検査対象の種類の判別表を示す。
【0128】
【表2】
表2において、Gは、スキャン面積と散乱光量を変数とする関数である。
【0129】
以上の測定処理により、たとえば図8に示すような検出結果が得られる。
【0130】
図8において、検査対象A、E、Fは、異物(Particle)と検出される。検査対象Bは、COP(結晶欠陥)として検出される。検査対象Cは、マイクロスクラッチ(Micro-scratch)として検出される。検査対象Dは、マイクロスクラッ チ(Micro-scratch)として検出される。
【0131】
【発明の効果】
本発明によれば、第1光束と第2光束の散乱光の強度の違いや、第1光束と第2光束の散乱光の散乱範囲に基いて、COP(結晶欠陥)と異物との分離測定をより正確に行うことが可能となった。
【0132】
本発明によれば、COP(結晶欠陥)や、マイクロスクラッチ、主に表面研磨工程で生じる極薄い異物等の、従来では分離測定が困難であった検査対象を分離して測定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図。
【図2】本発明の1つの実施例による表面検査装置における受光光学系の詳細図。
【図3】本発明の1つの実施例による表面検査装置のブロック図。
【図4】本発明の1つの実施例による表面検査装置における受光信号における検査対象データの構造を示す図。
【図5】本発明の1つの実施例による表面検査装置における検査対象データの模式図。
【図6】本発明の1つの実施例による表面検査装置における座標のアライメント処理を示す図。
【図7】本発明の1つの実施例による表面検査装置におけるベアウエハでの検査処理を示す図。
【図8】本発明の好適な実施例による表面検査装置におけるCMP(ケミカルメカニカルプロセス)処理後の膜付ウエハでの検査処理を示す図。
【図9】本発明の好適な実施例による表面検査装置における検査の概略手順を示すフローチャートを示す図。
【図10】本発明の好適な実施例による表面検査装置におけるベアウエハの測定処理の詳細フローチャートの一例を示す図。
【図11】本発明の好適な実施例による表面検査装置におけるCMP処理後の膜付ウエハ測定処理の詳細フローチャートの一例を示す図。
【図12】本発明の好適な実施例による表面検査装置における異なる波長を有する2つの光束が異なる入射角度で入射する様子を示すシステムブロック図。
【図13】本発明の好適な実施例による表面検査装置における検査対象の分布を示した模式図。
【符号の説明】
1 表面検査装置
2 被検査物
3 ダイクロイックミラー
10 光源部
20 第1照射光学系
30 第2照射光学系
40 第1受光光学系
41 第2ダイクロイックミラー
50 第2受光光学系
60 変位部
61 回転変位部
62 直線変位部
41〜44 第1乃至第4受光部
111〜114 第1乃至第4A/D変換器
120 制御演算部
130 表示部
140 記憶部
150 感度切換部
160 判別部
Claims (8)
- 第1光束と第2光束を発する光源部と、
第1光束を第1照射角度により被検査物の表面に照射する第1照射光学系と、
第2光束を第1照射角度とは異なる第2照射角度により被検査物の表面に照射する第2照射光学系と、
第1照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第1光束の散乱光と、第2照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第2光束の散乱光を受光する受光光学系と、
受光光学系で受光した第1光束の散乱光を第1受光信号に変換する第1受光部と、
受光光学系で受光した第2光束の散乱光を第2受光信号に変換する第2受光部と、
被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、
第1及び第2受光信号の散乱光の強度と、第1及び第2受光信号の散乱光の散乱範囲に基づき、被検査物上の検査対象の種類を判別する判別部とを有し、
判別部が、被検査物表面の位置ごとに、
(A)第1受光信号及び第2受光信号のいずれか一方のみに検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を第1検査対象と判別する第1判別処理を行い、
(B)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であれば検査対象の種類を第2検査対象であると判別する第2判別処理を行い、
(C)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であって、さらに、第1受光信号の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第1関数と、第2受光信号の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第2関数とを求め、それらの関数の比が所定値以上であるときに、検査対象の種類を第3検査対象であると判別する第3判別処理を行い、
(D)第1受光信号又は第2受光信号にこの処理に該当しない検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を通常異物と判別する判別処理を行う構成になっていることを特徴とする表面検査装置。 - 光源部が発生する第1光束の第1の特徴と、光源部が発生する第2光束の第2の特徴は、光束の波長又は偏光成分であることを特徴とする請求項1記載の表面検査装置。
- 第1照射光学系の第1照射角度は、第2照射光学系の第2照射角度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項1又は2記載の表面検査装置。
- 判別部は、第1及び第2受光信号の散乱光の強度比を求める散乱光量比処理と、第1及び第2受光信号が所定レベル以上であるか否かにより散乱光の散乱範囲を求める散乱範囲検出処理を行うように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表面検査装置。
- 被検査物がどのような種類であるかに応じて、判別部が判別する検査対象の種類を決定するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の表面検査装置。
- 被検査物がベアウエハである場合に、判別部は、第1判別処理により第1検査対象としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第1判別処理によりCOP(結晶欠陥)として判定されなかった検査対象について第2判別処理により第2検査対象としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第3判別処理により第3検査対象として極薄い異物を判別する構成になっていることを特徴とする請求項5記載の表面検査装置。
- 被検査物が膜付きウエハのCMP(ケミカルメカニカルプロセス)処理後の半導体ウエハである場合に、判別部は、第1判別処理により第1異物としてCOP(結晶欠陥)を判別し、第2判別処理により第2異物としてマイクロスクラッチを判別し、第2判別処理によりマイクロスクラッチとして判定されなかった検査対象について第3判別処理により第3異物としてマイクロスクラッチを判別する構成になっていることを特徴とする請求項5記載の表面検査装置。
- 変位部によって、被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる状態で、異物を判別する方法において、
第1光束を第1照射角度により被検査物の表面に照射するとともに、第2光束を第1照射角度とは異なる第2照射角度により被検査物の表面に照射光学系を介して照射する第1ステップと、
照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第1光束と第2光束の散乱光を第1受光部及び第2受光部で受光する第2ステップと、
第1受光部で受光した第1光束の散乱光を第1受光信号に変換し、また、第2受光部で受光した第2光束の散乱光を第2受光信号に変換する第3ステップと、
第1及び第2受光信号の散乱光の強度及び第1及び第2受光信号の散乱光の散乱範囲に基づき、被検査物上の検査対象の種類を判別する第4ステップとを含み、
第4ステップが、被検査物表面の位置ごとに、
(A)第1受光信号及び第2受光信号のいずれか一方のみに検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を第1検査対象と判別する第1判別処理を行い、
(B)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であれば検査対象の種類を第2検査対象であると判別する第2判別処理を行い、
(C)第1受光信号及び第2受光信号の双方に検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、第1受光信号の散乱光の強度と第2受光信号の散乱光の強度の比を求め、この比が所定レベル以上であって、さらに、第1受光信号の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第1関数と、第2受光信号の、散乱光の強度と散乱光の散乱範囲による第2関数とを求め、それらの関数の比が所定値以上であるときに、検査対象の種類を第3検査対象であると判別する第3判別処理を行い、
(D)第1受光信号又は第2受光信号にこの処理に該当しない検査対象から生じる散乱光が存在すると判断したときに、検査対象の種類を通常異物と判別する判別処理を行うことを特徴とする表面検査方法。
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