JP4595881B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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Description
この従来技術は、表面段差を検出するため、電子線照射を繰り返す必要があり、検査に膨大な時間を要する。さらに、走査型電子顕微鏡の観察倍率が高いため、ウェハ全面を一度に検査することができず、ウェハ全面の検査に更に時間を要してしまう。そのため、特許文献1の技術は、半導体製造過程における良否判別のように、高スループットが要求される用途にはあまり適さない。
この特許文献2の技術によれば、ウェハ全面の表面欠陥を短時間に検出することができる。そのため、特許文献2の技術は、半導体製造過程における良否判別のように、高スループットが要求される用途に好適な技術である。
そこで、本発明は、表面欠陥の良否判別をより詳細に実施する表面検査装置を提供することを目的とする。
照明部は、被検基板に照明光を照射する。
受光部は、照明光の照射によって被検基板から正反射方向に発生する光を結像し、結像された像を光電変換して光強度信号を生成する。
第1偏光素子は、照明部と被検基板との光路中に設けられる。
設定部は、第1偏光素子を通過した照明光の振動面に対し、被検基板の表面形状の周期性パターンを斜め向きに設定する。
第2偏光素子は、被検基板と受光部との光路中に設けられ、第1偏光素子とは偏光方向が異なる。
制御部は、第1偏光素子および第2偏光素子を光路中に配置した偏光観察状態において周期性パターンが斜め向きに設定された被検基板の像から得られる光強度信号の第1信号レベルを検出する。さらに、制御部は、第1偏光素子および第2偏光素子の少なくとも一方を光路から外したオープン観察状態において光強度信号の第2信号レベルを検出する。
条件記憶部は、第1信号レベルによる良否の判定条件である第1条件と、第2信号レベルによる良否の判定条件である第2条件とを記憶する。
第1判定部は、第1条件に基づいて、第1信号レベルによる良否判定を行う。
第2判定部は、第2条件に基づいて、第2信号レベルによる良否判定を行う。
《2》 なお好ましくは、第1判定部および第2判定部のいずれかにおいて不良と判定された場合、被検基板を不良品と判定する良品判定部を備える。
《3》 また好ましくは、第1条件と第2条件を学習する動作モードの機能を備える。この動作モードでは、制御部は、予め良品・不良品の判明している被検基板について良品・不良品の情報入力を受け付ける。制御部は、この被検基板について検出した第1信号レベルと第2信号レベルを、入力された良品・不良品の情報に従って区分することによって、第1条件と第2条件を学習的に生成する。
《4》 なお好ましくは、フォトリソ工程を経て表面にレジストパターンが形成された被検基板の良否判定を行う。この場合、第1判定部は、第1信号レベルから、レジストパターンを露光する際のフォーカスの良否を判定する。また、第2判定部は、第2信号レベルから、レジストパターンを露光する際の露光量の良否を判定する。
《5》 本発明の別の表面検査装置は、照明部、撮像部、第1偏光素子、設定部、第2偏光素子、および制御部を備える。
照明部は、露光装置によってパターンが設けられた被検基板に照明光を照射する。
撮像部は、照明光による被検基板の正反射像を撮像する。
第1偏光素子は、照明部と被検基板との光路中に設けられる。
設定部は、第1偏光素子を通過した照明光の振動面に対し、パターンを斜め向きに設定する。
第2偏光素子は、被検基板と撮像部との光路中に設けられ、第1偏光素子とは偏光方向が異なる。
制御部は、第1偏光素子および第2偏光素子を光路中に配置した偏光観察状態において周期性パターンが斜め向きに設定された被検基板の像から得られる光強度信号の第1信号レベルを検出する。さらに、制御部は、第1偏光素子および第2偏光素子の少なくとも一方を光路から外したオープン観察状態において光強度信号の第2信号レベルを検出する。
この場合、第1信号レベルに基づく情報と第2信号レベルに基づく情報との少なくとも一方を露光装置にフィードバック可能である。
《6》 なお好ましくは、条件記憶部、第1判定部、および第2判定部を備える。
条件記憶部は、第1信号レベルによる良否の判定条件である第1条件と、第2信号レベルによる良否の判定条件である第2条件とを記憶する。
第1判定部は、第1条件に基づいて、第1信号レベルによる良否判定を行う。
第2判定部は、第2条件に基づいて、第2信号レベルによる良否判定を行う。
この場合、第1判定部の判定結果と前2判定部の判定結果との少なくとも一方を露光装置にフィードバック可能である。
図1は、表面検査装置10の構成を示す図である。
図1において、表面検査装置10には、被検基板である半導体ウェハ20などを支持するステージ11が設けられる。半導体製造の工程では、ウェハカセットや露光現像装置から、不図示の搬送系を介して半導体ウェハ20が搬送され、ステージ11に吸着される。
このステージ11は、ステージ駆動機構16によって回転角が制御される。このステージ11の上方には、アライメント系12が設けられる。このアライメント系12は、半導体ウェハ20のアライメントマークなどの位置を検出することにより、半導体ウェハ20の角度を求める。
また、ステージ11の上方には、凹面反射鏡その他の照明光学系35が配置される。この照明光学系35は、光源31の光をほぼ平行なコリメート光に整形し、半導体ウェハ20上の回路形成範囲のほぼ全域を一括照明する。この光源31には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、または水銀ランプなどと共に、波長選択フィルタ、光量調整用のNDフィルタ等が交換可能に内蔵される。そのため、所望の波長域の光を所望の光量設定で適宜に出射することができる。
上述した照明光は、半導体ウェハ20の表面で反射される。この正反射方向には、凹面反射鏡その他の受光光学系36が配置される。この受光光学系36で集光された反射光は、結像レンズ37を介して、撮像部39の撮像面に光像を形成する。撮像部39は、この光像を光電変換し(すなわち、各画素ごとに入射した光の強度に応じたレベルの電気信号に変換し)、画像データを生成する。
駆動モータ41は、この受光光路に対し偏光板38の挿抜を行う。この偏光板38の偏光方向は、偏光板34の偏光方向と異なる角度に設定される。
なお、表面検査装置10には、マイクロプロセッサ15が設けられる。このマイクロプロセッサ15は、上述した駆動モータ40、アライメント系12、光源31、ステージ駆動機構16、撮像部39、および駆動モータ41などを制御する。また、マイクロプロセッサ15には、条件学習部15aおよびメモリ15bが接続される。
図2は、表面検査装置10による半導体ウェハ20の良否判定を示す流れ図である。以下、この図2に示すステップ番号に沿って、この良否判定の処理を説明する。
この反射光を偏光板38に通すことにより、図3[D]に示すように、偏光板34とは異なる偏光方向の成分が抽出される。
なお、反射時における偏光状態の変化分のみを鋭敏に検出するためには、偏光板34,38をクロスニコルの状態(直交偏光方向)に設定することが好ましい。
なお、このように照明光の入射面に対してウェハの繰り返しパターンの繰り返し方向を傾けることによって、繰り返しパターンによる回折光が受光光路に入りにくくなるという効果もある。
一方、不良判定箇所が存在しない場合、マイクロプロセッサ15はステップS7に動作を移行する。
なお、偏光板34,38の一方のみを待避させた状態を、オープン観察状態としてもよい。
一方、不良判定箇所が存在しない場合、マイクロプロセッサ15はステップS12に動作を移行する。
図6は、表面検査装置10による判定条件Cp,Coを学習する動作モードの流れ図である。以下、この図6に示すステップ番号に沿って、この動作モードを説明する。
判定条件の学習時には、このテスト基板20aが、不図示の搬送系によって搬送され、ステージ11に吸着される。
これらの情報は、テスト基板20aの表面段差を電子顕微鏡などで観察することによって、予め良否別を決定した情報である。
上述した偏光観察状態では、被検基板の表面段差のライン直線性が良いほど、構造性複屈折の作用が強く表れ、信号レベルLpが大きくなる。そこで、所定の許容下限以上の信号レベルLpを良品とする判定条件Cpを定めれば、表面段差が許容可能なライン直線性を示す被検基板を迅速に良品として判別することが可能になる。
なお、上述した実施形態では、被検基板を単に良品・不良品として区別する動作について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではない。表面検査装置10では、表面段差のライン直線性(フォーカスなど)と、表面段差の凹凸パターンの定量的な状態(露光量など)とに分けて、被検基板の良否判定を行うことができる。その結果、被検基板の良品・不良品をその不良原因別に区別することも可能になる。
Claims (6)
- 被検基板に照明光を照射する照明部と、
前記照明光の照射により前記被検基板から正反射方向に発生する光を結像し、結像された像を光電変換して、光強度信号を生成する受光部と、
前記照明部と前記被検基板との光路中に設けられる第1偏光素子と、
前記第1偏光素子を通過した前記照明光の振動面に対し、前記被検基板の表面形状の周期性パターンを斜め向きに設定する設定部と、
前記被検基板と前記受光部との光路中に設けられ、前記第1偏光素子とは偏光方向が異なる第2偏光素子と、
前記第1偏光素子および前記第2偏光素子を光路中に配置した偏光観察状態において周期性パターンが斜め向きに設定された前記被検基板の像から得られる前記光強度信号の第1信号レベルを検出し、前記第1偏光素子および前記第2偏光素子の少なくとも一方を光路から外したオープン観察状態において前記光強度信号の第2信号レベルを検出する制御部と、
前記第1信号レベルによる良否の判定条件である第1条件と、前記第2信号レベルによる良否の判定条件である第2条件とを記憶する条件記憶部と、
前記第1条件に基づいて、前記第1信号レベルによる良否判定を行う第1判定部と、
前記第2条件に基づいて、前記第2信号レベルによる良否判定を行う第2判定部と
を備えたことを特徴とする表面検査装置。 - 請求項1に記載の表面検査装置において、
前記第1判定部および前記第2判定部のいずれかにおいて不良と判定された場合、前記被検基板を不良品と判定する良品判定部を備えた
ことを特徴とする表面検査装置。 - 請求項1または請求項2に記載の表面検査装置において、
前記制御部は、
予め良品・不良品の判明している前記被検基板について良品・不良品の情報入力を受け付け、前記被検基板について検出した前記第1信号レベルと前記第2信号レベルを、入力された前記良品・不良品の情報に従って区分することにより、前記第1条件と前記第2条件を学習的に生成する動作モードを備えた
ことを特徴とする表面検査装置。 - 請求項1ないし請求項3に記載の表面検査装置において、
前記被検基板は、フォトリソ工程を経て表面にレジストパターンが形成され、
前記第1判定部は、前記第1信号レベルから、前記レジストパターンを露光する際のフォーカスの良否を判定し、
前記第2判定部は、前記第2信号レベルから、前記レジストパターンを露光する際の露光量の良否を判定する
ことを特徴とする表面検査装置。 - 露光装置によってパターンが設けられた被検基板に照明光を照射する照明部と、
前記照明光による前記被検基板の正反射像を撮像する撮像部と、
前記照明部と前記被検基板との光路中に設けられる第1偏光素子と、
前記第1偏光素子を通過した前記照明光の振動面に対し、前記パターンを斜め向きに設定する設定部と、
前記被検基板と前記撮像部との光路中に設けられ、前記第1偏光素子とは偏光方向が異なる第2偏光素子と、
前記第1偏光素子および前記第2偏光素子を光路中に配置した偏光観察状態において周期性パターンが斜め向きに設定された前記被検基板の像から得られる光強度信号の第1信号レベルを検出し、前記第1偏光素子および前記第2偏光素子の少なくとも一方を光路から外したオープン観察状態において前記光強度信号の第2信号レベルを検出する制御部とを備え、
前記第1信号レベルに基づく情報と前記第2信号レベルに基づく情報との少なくとも一方を前記露光装置にフィードバック可能なことを特徴とする表面検査装置。 - 請求項5に記載の表面検査装置において、
前記第1信号レベルによる良否の判定条件である第1条件と、前記第2信号レベルによる良否の判定条件である第2条件とを記憶する条件記憶部と、
前記第1条件に基づいて、前記第1信号レベルによる良否判定を行う第1判定部と、
前記第2条件に基づいて、前記第2信号レベルによる良否判定を行う第2判定部と
をさらに備え、
前記第1判定部の判定結果と前記第2判定部の判定結果との少なくとも一方を前記露光装置にフィードバック可能なことを特徴とする表面検査装置。
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