JP4643785B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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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(異物やスクラッチ 等)を検査する表面検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の表面検査装置では、光束を高入射もしくは低入射の形で入射することにより被検査物表面の異物や傷を測定していた。しかし、表面検査装置の高感度化及び工程の微細化に伴い、ベアウエハ(Bare−Si)では、その問題となる異物検出の感度レンジと傷検出の感度レンジの重なる部分が小さくなってきた。
【0003】
そのため、光束を低入射させる高感度検出では被検査物の表面情報は逆に少なくなり、スクラッチ(傷)が検出されない場合が生じてきた。
【0004】
他方、表面情報に敏感な感度での検出では、スクラッチの検出はできるが、異物の検出感度が劣ることになった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
検査装置の高感度化及び工程の微細化に伴い、とくにベアウエハでは、表面情報であるスクラッチの検出と、被検査物表面上のより小さな異物の検出を同時に行うことができるようにすることが求められてきた。
【0006】
従来の表面検査装置では、高感度に異物を検出するとともに、表面情報であるスクラッチを感度良く検出して、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することができなかった。
【0007】
【本発明の目的】
本発明は、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することを可能にすることを目的とする。
【0008】
【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1〜5に記載の表面検査装置である。
【0009】
【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(異物やスクラッチ 等)を検査する表面検査装置に関する。
【0010】
本発明の典型例においては、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、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、第1受光信号と第2受光信号に基づいて検査対象分布データを形成する検査対象分布データ形成部と、検査対象分布データをスクラッチ処理するスクラッチ処理部とから構成されている。
【0011】
好ましくは、光源部が発する第1光束の第1の特徴と、光源部が発する第2光束の第2の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。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。
【0012】
好ましくは、スクラッチ処理部は、検査対象分布データにおける検査対象の疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理することにより、検査対象分布データをスクラッチ処理し、スクラッチ分布データを形成する。スクラッチ処理部は、第1受光信号又は第2受光信号から得られた検査対象のデータから擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータを除くことにより異物分布データを形成する。
【0013】
【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。
【0014】
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20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、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。図1の第1受光光学系40の仰角は、30°である。
【0015】
光源部10を説明する。光源部10は、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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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る場合、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、光源部10から射出された光束は、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3 1、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。
【0019】
照射点Pに検査対象(すなわちスクラッチや異物等)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。
【0020】
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。
【0021】
次は、第1受光光学系40を説明する。
【0022】
前述の散乱光を受光するために第1受光光学系40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。
【0023】
第1受光方向の第1受光水平角θH1(たとえば90°)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。第1受光方向の受光仰角は例えば30°に設定される。
【0024】
図2に示すように、第1受光光学系40で受光された受光光束は、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。第1受光部41及び第2受光部42は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【0025】
また、変位部60を説明する。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1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20、30の照射光によりくまなく螺旋走査を行う。
【0026】
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構わない。
【0027】
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る。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2 0、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。
【0028】
図3は、図1に示す表面検査装置のブロック図である。
【0029】
制御演算部120は、後述する所定の信号処理を行い、検査結果や処理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。また、制御演算部120は、検査対象分布データ形成部で、後述する検査対象分布データを形成する。さらに、制御演算部120は、スクラッチ処理部170で、前述の検査対象分布データに対して後述するスクラッチ処理を施す。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、第1受光部41及び第2受光部42の感度切換部150を制御する。
【0030】
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受光部41及び第2受光部42の受光窓に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。
【0031】
第1受光部41及び第2受光部42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調整により感度を切り換えることができる。
【0032】
次に、第1受光信号と第2受光信号からの検査対象データの抽出処理について説明する。
【0033】
図4は、検査対象データ抽出処理のシステムブロック図である。
【0034】
図4において、受光光学系40で受光された第1光束11(図1)の散乱光 は、第1受光部41により第1受光信号に変換される。受光光学系40で受光された第2光束12(図1)の散乱光は、第2受光部42により第2受光信号に変換される。第1受光信号は、増幅器141を介し、高入射データ処理部241に送られる。第1受光信号は、高入射データ処理部241で所定のデータ処理を施される。所定のデータ処理を施された第1受光信号は、記憶部140に記憶される。第2受光信号は、増幅器142を介し、低入射データ処理部242に送られる。第2受光信号は、低入射データ処理部242で所定のデータ処理を施され る。所定のデータ処理を施された第2受光信号は、記憶部140に記憶される。所定のデータ処理を施され記憶部140に記憶された第1受光信号は、制御演算部120により検査対象データ抽出処理を施される。抽出された検査対象データは記憶部140に記憶される。所定のデータ処理を施され記憶部140に記憶された第2受光信号は、制御演算部120により検査対象データ抽出処理を施される。抽出された検査対象データは記憶部140に記憶される。
【0035】
図5は、受光信号における検査対象データの構造の一例を示す図である。図6は、検査対象データの一例を示す模式図である。
【0036】
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5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、検査対象の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の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。
【0037】
図5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。
【0038】
図7は、座標アライメントの説明図である。このような座標アライメントは、次のようにして行われる。
【0039】
まず、第1受光信号から得られた検査対象データにより、高入射側で検出された検査対象の座標を求める。さらに、第2受光信号から得られた検査対象データにより、低入射側で検出された検査対象の座標を求める。そして、高入射側で検出された検査対象と、低入射側で検出された検査対象の座標の数点を用いて座標アライメント(座標調整)を行う。座標アライメント(座標調整)を行って、高入射側と低入射側の座標を合わせる。
【0040】
次に、検査対象分布データの形成について説明する。
【0041】
たとえば、図8(a)に示すように、高入射側での検出によって被検査物2上に検査対象A、B、C、Eが検出される。たとえば、図8(b)に示すように、低入射側での検出によって被検査物2上に検査対象A′、D、F、Gが検出される。尚、高入射側は、スクラッチの検出に対しては高感度であるが、異物の検出に対しては低感度である。低入射側は、異物の検出に対しては高感度であるが、スクラッチの検出に対しては低感度である。
【0042】
検査対象分布データ形成部160により、検査対象A、B、C、Eと検査対象A′、D、F、Gの座標が求められ、上述のように座標アライメントが行われ る。
【0043】
図8(c)は、検査対象分布データのイメージ図である。座標アライメント終了後、検査対象分布データ形成部160により、検査対象A、B、C、E、A ′、D、F、Gの座標に基づいて、図8(c)に示すように、被検査物2上の検査対象の位置等の情報を有する検査対象分布データ(合成面)が形成される。
【0044】
次に、検査対象分布データのスクラッチ処理について説明する。
【0045】
図8(d)は、検査対象分布データのスクラッチ処理のイメージ図である。図9(a)は、スクラッチ処理の対象となる、図8(a)に示す高入射側の検査対象データの模式図である。図9(b)は、スクラッチ処理の対象となる、図8 (b)に示す低入射側の検査対象データの模式図である。図9(c)は、検査対象分布データにおけるスクラッチ処理の対象となる検査対象データの模式図である。
【0046】
検査対象分布データに含まれる検査対象データは、高入射側で検出された検査対象のデータであるか、低入射側で検出された検査対象のデータであるかが区別されず、同一平面上のデータとして扱われる。そして、高入射側で検出された検査対象の検査対象データと、低入射側で検出された検査対象の検査対象データから検査対象分布データが形成される。さらに、検査対象分布データに含まれる検査対象が、高入射側で検出された検査対象であるか、低入射側で検出された検査対象であるかは、区別されずに、一平面上のデータとして、スクラッチ処理部170により、検査対象分布データがスクラッチ処理される。
【0047】
スクラッチ処理部は、検査対象分布データに含まれる検査対象データや検査対象からの散乱光量、検査対象分布データにおける検査対象の連続性等に基づいてスクラッチ処理を行う。所定の高さ以下の凸状の検査対象(疑似スクラッチ)と凹状の検査対象(真性スクラッチ)が検査対象分布データにおいて連続して検出されている場合、スクラッチ処理部170は、それらの検査対象を全体的に擬制スクラッチとして処理する。凹状の検査対象のみが検査対象分布データにおいて連続して検出されている場合、スクラッチ処理部は、それらの検査対象を真性スクラッチとして処理する。
【0048】
疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータに基づいて、スクラッチ処理部170は、図8(f)に示すように、スクラッチ分布データを形成する。スクラッチ分布データは、記憶部140に記憶される。
【0049】
疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータは、スクラッチ処理部170により、低入射側(異物の検出に対して感度が高い側)で得られた検査対象のデータから削除される。低入射側で得られた検査対象のデータは、疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータが削除されて、図8(e)に示すように、異物分布データを形成する。異物分布データは記憶部140に記憶される。
【0050】
記憶部140に記憶されたスクラッチ分布データと異物分布データは、擬制スクラッチ(真性スクラッチ、疑似スクラッチ)の数や位置と、異物の数や位置 を、それぞれ区別されて表示部130で表示される。
【0051】
上述のようにして、異物や擬制スクラッチ(真性スクラッチ、疑似スクラッ チ)を精度よく分離して検出することができる。
【0052】
本発明は、以上の実施例に限定されない。
【0053】
図1に示される光源部10としては、図10に示すように、異なる波長の光束を発する被数の光源110、210を使用してもよい。
【0054】
この場合、光源110、210は、それぞれON/OFF制御をすることができる。光源110から発せられる光束111は、ハーフミラー103を通過す る。光源210から発せられる光束112は、ミラー121で反射される。ミラー121で反射された光束112は、ハーフミラー103で反射される。光束111と光束112は、レンズユニット50を通過する。レンズユニットは、ビーム整形機能や偏光選択機能を有する。
【0055】
レンズユニット50を通過した光束111は、波長弁別機能を有するダイクロイックミラー203を通過して、ミラー122で反射されて被検査物2上に照射される。レンズユニット50を通過した光束112は、ダイクロイックミラー203を通過して、ミラー123で反射されて被検査物2上に照射される。被検査物2上に光束111、112が照射されて生じた散乱光は、図11に示すようにレンズ52と波長弁別素子54と受光素子41、42からなる検出系で検出される。
【0056】
このようにして、前述と同様に、異物か擬制スクラッチ(真性スクラッチ、疑似スクラッチ)を精度よく分離して測定することができる。
【0057】
【発明の効果】
この発明により次の事が可能になった。
【0058】
互いに異なる波長の光束を、互いに異なる入射角度で被検査物上に入射する投光系と、波長毎に互いに異なる受光部を有する検出系を備えた表面検査装置を使用し、擬制スクラッチと異物をより明確に分離測定することができる。
【0059】
異物の検出に対して感度が高い検出と、擬制スクラッチの検出に対して感度が高い検出を行い、それらの検出結果を合成して処理することにより、擬制スクラッチと異物を精度よく分離測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】本発明の好適な1つの実施例による表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図3】図1に示す表面検査装置のブロック図。
【図4】本発明の好適な1つの実施例による表面検査装置の検査対象データ抽出処理のシステムブロック図。
【図5】本発明の好適な1つの実施例による表面検査装置の受光信号における検査対象データの構造を示す図。
【図6】本発明の好適な1つの実施例による表面検査装置の検査対象データの模式図。
【図7】本発明の好適な実施例における表面検査装置の座標アライメントの説明図。
【図8】(a)は、高入射側で検出される検査対象の一例を示すイメージ図。
(b)は、低入射側で検出される検査対象の一例を示すイメージ図。
(c)は、検査対象分布データのイメージ図。
(d)は、検査対象分布データのスクラッチ処理のイメージ図。
(e)は、異物分布データのイメージ図。
(f)は、スクラッチ分布データのイメージ図。
【図9】(a)は、スクラッチ処理の対象となる図8(a)に示す高入射側検査対象データの模式図。
(b)は、スクラッチ処理の対象となる図8(b)に示す低入射側検査対象データの模式図。
(c)は、検査対象分布データにおけるスクラッチ処理の対象となる検査対象データの模式図。
【図10】異なる波長の光束を発する複数の光源を有するシステムのブロック図。
【図11】図10に示すシステムに用いる検出システムのブロック図。
【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1受光部
42 第2受光部
45 第2ダイクロイックミラー
60 変位部
61 回転変位部
62 直線変位部
120 制御演算部
130 表示部
140 記憶部
150 感度切換部
160 検査対象分布データ形成部
170 スクラッチ処理部
241 高入射データ処理部
242 低入射データ処理部
Claims (3)
- 被検査物の表面に照射するために、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、
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、
第1光束の散乱光と第2光束の散乱光を受光した被測定物の表面の座標を求める座標演算部と、
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、
第1受光信号と第2受光信号を合成して検査対象分布データを形成する検査対象分布データ形成部と、
検査対象分布データをスクラッチ処理するスクラッチ処理部とを有し、
前記座標演算部は、第1光束の散乱光及び第2光束の散乱光における検査対象のスタート座標及びエンド座標をそれぞれ求め、
スクラッチ処理部は、検査対象分布データの検査対象について、第1受光信号における検査対象のスタート座標とエンド座標及び第2受光信号における検査対象のスタート座標とエンド座標による検査対象の連続性に基づいて検査対象を擬制スクラッチとして処理し、検査対象の散乱信号がスタート座標からエンド座標までのスレッショルド値を超えた信号からなる場合、第1受光信号と第2受光信号を合成した際にこのスタート座標からエンド座標までの間が連続しているか否かによって判断し、
スクラッチ処理部は、検査対象分布データに含まれる検査対象からの散乱光量及び連続性に基づいて検査対象の疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理することにより検査対象分布データをスクラッチ処理してスクラッチ分布データを形成し、
スクラッチ処理部は、第1受光信号又は第2受光信号から得られた検査対象のデータから擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータを除くことにより異物分布データを形成して、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することを特徴とする表面検査装置。 - 光源部が発する第1光束の第1の特徴と、光源部が発する第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に記載の表面検査装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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