JP5156413B2 - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査する欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。

半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。従来技術としては特開平9-304289号公報（特許文献1）、特開2000-162141号公報(特許文献2)が知られている。微小な欠陥を検出するために試料表面上に数十μmに集光したレーザビームを照射して、欠陥からの散乱光を集光・検出している。

特開平9-304289号公報 特開平2000-162141号公報

近年LSI配線の急激な微細化に伴い、検出すべき欠陥のサイズは光学式検査の検出限界に近づいている。半導体ロードマップによると2011年には36nmノードのLSIの量産が開始されようとしており、DRAM1/2ピッチの半分程度の大きさを有する欠陥を検出する能力が必要とされている。
欠陥に対してレーザで照明を行った時に発生する散乱光の大きさIは、欠陥の粒径をdとすると、I∝d^6の関係があることが知られている。つまり欠陥サイズが小さくなると、発生する散乱光は急速に減少する。発生する散乱光を大きくする方法として、照明波長の短波長化、レーザの高出力化、レーザ照明スポットの縮小などが存在するが、上記手法では被照射部の温度が上昇し試料にダメージを与える恐れがある。
そこで本発明では、試料表面に存在する微小な欠陥を、高感度でかつ試料へのダメージを抑えて検査できる欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することを目的とする。

被照射部の温度上昇を抑え、かつ検出される散乱光を大きくする方法として、概略同一領域を複数回照射し、検出された複数の散乱光を加算する方法が考えられる。しかし、この方法により実際に検出された概略同一領域からの複数の散乱光は、照明装置の位置ずれおよび角度のずれやセンサの傾き等に起因する検出タイミングの誤差を有する場合があり、その場合には、検出された複数の散乱光をそのまま加算したのでは各散乱光が互いに打ち消しあい、欠陥検出感度が低下すると考えられる。そこで本願では、複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差を補正する方法を提案する。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次のとおりである。
（１）試料表面の欠陥検査方法であって、前記試料表面の第一の領域にレーザビームを複数回照射する照射工程と、前記複数回照射による前記第一の領域からの複数の散乱光を検出する検出工程と、前記検出工程で検出された前記複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差を補正する補正工程と、前記補正工程で補正された前記複数の散乱光を加算または平均化する工程と、前記加算または平均化する工程による演算結果に基づいて前記試料表面の欠陥を判定する欠陥判定工程とを有することを特徴とする欠陥検査方法である。
（２）（１）記載の欠陥検査方法であって、前記補正工程では、位置が既知の欠陥である基準点を有する基準ウエハを用いて決定される検出タイミング誤差値を用いて補正することを特徴とする欠陥検査方法である。

本発明によれば、試料表面に存在する微小な欠陥を、高感度でかつ試料へのダメージを抑えて検査できる欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することができる。

本発明に係る欠陥検査装置の実施形態の一例について、図1を用いて説明する。図1で示す欠陥検査装置は、照明光学系101、検出光学系102、ウエハステージ103、回路110および信号処理部111とを有して構成される。
照明光学系101はレーザ光源2、ビームエキスパンダ3、ホモジナイザ4、ミラー5・6、集光レンズ7を用いて構成される。レーザ光源2から射出されたレーザビーム100はビームエキスパンダ3でビーム径を所望の大きさに調整され、ホモジナイザ4で均一照度分布へ変換され、集光レンズ7でウエハ1の被検査領域に線状照明を行う。
ここで、レーザ光源2は、紫外または真空紫外のレーザビームを発振するレーザ光源を用いればよい。
ビームエキスパンダ3はアナモフィック光学系であり、複数のプリズムを用いて構成される。光軸に互いに垂直な平面内における一方向のみに関してビーム径を変化させ、集光レンズを使って試料に線状照明を行う。集光レンズ7とエキスパンダの組合せでなくても、シリンドリカルレンズを用いて照射を行っても構わない。シリンドリカル単体を用いた場合は光学系のスリム化が図れる点で有効である。
また、ホモジナイザ4は、照明強度を均一にする目的で使用しているが、例えば回折光学素子やフライアイレンズを使用することで照度分布を均一にしても構わない。さらには、ホモジナイザ4を使用せずに照明を行っても構わない。ホモジナイザを省略することでレーザビーム強度の減衰を抑え、強い照度で照明を行うことができる。

検出光学系102は、結像系8と、フォトダイオードアレイ9とを有して構成される。検出光学系102について図2を用いて詳細に説明する。検出光学系102は集光レンズ21、イメージインテンシファイア22、結像レンズ23およびフォトダイオードアレイ9を用いて構成される。照野20から散乱される光を集光レンズ21で集光し、イメージインテンシファイア22で散乱光を増幅させ、結像レンズ23を介してフォトダイオードアレイ9に結像する。
ここで、イメージインテンシファイア22は、散乱光を増幅して微弱な散乱光を検出可能にする目的で使用しているが、イメージインテンシファイアを使わずとも例えばEM-CCDやマルチアノードPMTなどのセンサ自体が高い増幅率を有するものを使用しても構わない。これらを用いた場合、装置のスリム化が図れる点で有効である。
また、フォトダイオードアレイ9は、散乱光を受光し光電変換するために用いるものであり、TVカメラ、CCDリニアセンサ、TDI、マルチアノードPMT、二次元センサなどを使用しても構わない。例えば二次元センサを用いることで、広い領域を一度に検査することが可能になる。

このフォトダイオードアレイ9は受光光量に応じた電気信号を発生させる。フォトダイオードアレイ9により発生した電気信号はアナログ回路110で必要な増幅、ノイズ処理およびアナログ−デジタル変換を施され、信号処理部111で概略同一領域から散乱された複数の光信号の加算および欠陥判定が行われ、CPU112を介して、マップ出力部113で欠陥マップを表示する。
ウエハステージ103はウエハ1を保持するチャック（図示せず）、ウエハを回転させるための回転ステージ10およびウエハ1を半径方向（一軸方向）に移動させるための並進ステージ11を用いて構成される。ウエハステージ103は回転走査および並進走査を行うことによって、試料全面を螺旋状に照明する。また所望の領域を照明できるように、ステージ制御部114で回転速度、並進速度を制御する。
結像光学系12および、CCDカメラ13に関しては後述するが、ウエハの回転中心の特定および、照明位置・照明の長手方向とステージ並進方向との傾きをモニタリングするために使用する。

図1では照明光学系、検出光学系が各々一つずつ設けられた例で説明を行ったが、試料に対して低い仰角から照明を行う斜方照明光学系、試料に対し概略垂直方向から照明を行う垂直照明光学系、また試料に対し低い仰角で検出を行う低角度検出光学系、試料に対し前記低角度検出光学系より高い仰角で検出を行う高角度検出光学系などを適宜組み合わせて、照明光学系、検出光学系が複数角度に存在する構成としても構わない。
斜方照明光学系と垂直照明光学系の使い分けについては、斜方照明光学系を用いることで検出感度を向上させることが可能であり、垂直照明光学系を用いることで欠陥の分類性能を向上させることが可能であるため、用途に応じて適宜使用すればよい。
また、これらの照明光学系、検出光学系の組合せを利用することで欠陥分類の精度を向上させることが可能になる。例えば凸欠陥に対しては、斜方から照明を行った時に低角度検出光学系で大きな散乱光を検出することが可能であり、凹欠陥に対しては、垂直方向から照明を行った時に高角度検出光学系で大きな散乱光を検出可能である。
また、図3のように異なる方位角方向に複数の検出光学系が存在しても構わない。すなわち、図3は本発明に係る欠陥検査装置の実施形態の一例を上方からの視点で表した図であり、ウエハ1、照明光学系101、検出光学系102a〜102fが示されている。検出光学系102a〜102fはそれぞれ結像系8a〜8fおよびフォトダイオードアレイ9a〜9fで構成される。検出信号はアナログ回路で必要な増幅、ノイズ処理、アナログ−デジタル変換を施され、信号処理部で概略同一領域から散乱された複数の光信号の加算演算および欠陥判定が行われ、CPUを介してマップ出力部で欠陥マップを表示する（図示せず）。ここで、検出光学系の構成に関し、結像系8a〜8fはそれぞれ集光レンズ、イメージインテンシファイア、結像レンズで構成される(図示せず)。

このように、複数方位角に存在する検出光学系を用いると、欠陥の大きさや形状・試料の膜種や表面粗さによって発生する散乱光の角度特性が変化する場合に、ノイズが小さく、欠陥からの散乱光を多く検出できる検出光学系を選択して検査することができるため、検出感度を向上させることが可能となる。
検出光学系の配置について、図3では異なる方位角方向に6個の検出光学系を配置している例を挙げたが、検出光学系の個数は6個である必要はなく、配置する方位角方向に制限もない。また、概略同じ仰角に複数の検出光学系が配置されている必要もなく、異なる仰角に配置しても構わない。さらに概略同じ方位角に検出器が配置されている必要もない。
図3では照明の長手方向と平行な方向からレーザ照明を行っているが、照明の長手方向とレーザを照射する方向は概略同じである必要はなく、異なる方向から照明を行っても構わない。異なる方向から照明することで、COPやマイクロスクラッチなどの欠陥から発生する散乱光分布を変化させることが可能であり、複数の方位角に存在する検出器の検出信号の組合せによって分類性能を向上させることが可能である。

次に、試料表面の概略同一領域を複数回照射することにより、高感度でかつ試料へのダメージを抑えて検査する方法について説明する。試料を支持するステージは回転しながら半径方向(R方向)に概略一定速度で並進しており、概略一回転した時点で半径方向に進む距離を送りピッチと呼ぶ。回転・並進を行うことで試料全面を螺旋状に走査する。本発明では照野長を送りピッチ長より長くすることで概略同一領域に対して複数回照明を行うことを特徴としており、その検査方法に関し、以下に詳細な説明を行う。
まず、図4を用いて試料の概略同一領域を複数回照明する方法について説明を行う。図4は、照野20の長さが送りピッチ26の4倍の長さであり、欠陥25に対し4回照明を行った場合の説明図である。時刻t1に欠陥25に対し一回目の照明を行うと、時刻t2ではウエハが概略一回転し、照野は概略送りピッチ26の距離だけ半径方向に進み、欠陥25を再度照明する。以後時刻t3、時刻t4において各々ウエハが概略一回転し、欠陥25に対し照明を行う。つまり図4の場合では欠陥25を4回照明することができ、検出された光はアナログ回路または信号処理部で加算処理が行われる。このように試料の概略同一領域を複数回照明することで、被照射部の温度上昇による試料へのダメージを与えることなく、試料表面に存在する微小な欠陥を高感度で検査することができる。
なお、照明回数は4回である必要はなく、複数回照明であれば何回でも構わない。
また、照明光学系に関しては、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズを用いて線状照明を生成するだけでなく、ウォラストンプリズムを用いてレーザビームを分割し、分割されたレーザビームを半径方向に並べて照明することで長い照野を生成し、試料表面に照明を行っても構わない。
また、概略同一領域からの複数の散乱光を加算し欠陥検出を行うが、このとき加算ではなく複数の散乱光を平均化等して欠陥検出を行ってもよい。
また、分割された二つの照野間の距離は自由に調節することが可能であり、ビームを重ねて照明を行っても、離して照明を行っても構わない。それによって、概略同一領域を照明する回数を調節することが可能になる。
さらに、分割されたレーザビームを概略同一方向から並べて照明するだけでなく、例えば斜方照明光学系、垂直照明光学系で同時に照明を行い、二つの照野を並べて照明を行っても構わない。これによって一回の検査で同一欠陥が概略垂直・斜方から照明されることになり、検出仰角・検出方位角方向の違いを利用することで欠陥分類性能の向上を図ることができる。
また、照射光は線状照明である必要はなく、スポット照明やエリア照明等の照明を用いることもでき、照野長が送りピッチ長より長ければ、概略同一領域を複数回照射することができる。楕円型の照明のようなスポット照明を変形したものも同様に、照野長が送りピッチ長より長ければ概略同一領域を複数回照射することができる。

次に、上記欠陥検査装置を用いて試料表面上の欠陥を検出する方法について図5の欠陥検出処理フローを用いて説明する。
まず、レシピ設定で照明方向・センサ感度などの検査条件を設定する（ステップ120）。その中に照野の長さ、送りピッチや、検出散乱光に対して行う処理方法を設定することも含まれる。その後、ウエハ走査を開始し（ステップ121）、検出散乱光に対しレシピ設定で設定した複数散乱光の信号処理を行う（ステップ122）。次に、処理を施された信号に基づいて欠陥判定を行い（ステップ123）、欠陥マップを出力する（ステップ124）。

以上、試料表面の概略同一領域を複数回照射するための装置および方法に関する説明を行ったが、概略同一領域における複数の散乱光は、照明装置やセンサの傾き等に起因する検出タイミングの誤差を有する場合がある。次に、この検出タイミングの誤差について図6(a)を用いて説明を行う。
照野20で欠陥25を3回照明する場合を考える。1回転目で欠陥25から検出信号30aが得られ、2回転目で検出信号30b、3回転目で検出信号30cがそれぞれ得られる。検出信号30a、30b、30cの欠陥の散乱光がタイミング31で検出されている場合には検出信号32のように精度よく加算することが可能であり、検出感度を向上させることが可能である。しかし、照明装置やセンサが傾きを有することによる照野の長手方向とステージの並進方向とのなす角度33（以後角度ずれと表記）が大きい場合には、ステージ制御部により制御されている試料の回転角度である検出角度に対応する試料表面の検出位置38a、38bと、レーザビームによる試料の照射位置39a、39bとに誤差が生じることになり、その結果図6(b)(c)の検出信号34a、34b、34cのように、同一欠陥による複数の散乱光の検出タイミングに誤差が生じる。そのため、同一欠陥からの散乱光がタイミング31内で検出されないため、精度よく加算することができず、検出信号35のように検出感度向上は困難になる。つまり複数の散乱光を精度よく加算するためには、概略同一タイミングで同一欠陥の散乱光を検出し、概略同一タイミングで加算する必要がある。そのためには照明位置、角度ずれ、センサ傾きをモニタリングおよび調節する機構、および複数の検出信号加算開始のタイミング36、37を調節する必要がある。以下、本発明では概略同一領域からの複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差を補正するための上記パラメータのキャリブレーション方法および装置に関して説明を行う。

図7においてキャリブレーションのフローを示す。
PSLなどの欠陥が作りこまれ、位置が既知の欠陥である基準点を有する基準ウエハをステージにセットする（ステップ130）。図1における結像光学系12、CCDカメラ13で観察しながらウエハを回転させ、欠陥位置（基準点）の移動量を基にステージの回転中心を特定する（ステップ131）。回転中心を通り、ステージの並進方向と概略平行な方向に照明を行う（ステップ132）。結像光学系12、CCDカメラ13で観察しながら照明位置調節、角度ずれの調節、またセンサ角度を変えることで、照野と検出範囲の関係の調節を行う（ステップ133）。ステップ130で用いた基準ウエハを用いて同一欠陥を測定し、検出タイミングをモニタリングする（ステップ134）。ステップ133とステップ134を繰り返し、同一欠陥を複数回検出するタイミングを合わせこむ（ステップ135）。物理的な調整機構で補正しきれない検出タイミングの誤差を信号処理部で調節する（ステップ136）。

以下、ステップ130〜ステップ136に関して詳細な説明を行う。
ステップ130および131について図８を用いて説明する。図８は、ステージ回転中心の特定方法に関する説明である。ウエハ中心近傍にPSLが塗布された基準ウエハをステージにセットし、CCDカメラで概略ウエハの中心部が視野にはいるようにステージを移動させる。欠陥はPSLでなくてもFIBなどで加工した欠陥でも構わない。基準ウエハは表面荒れの大きいウエハであることが望ましい。理由は後述するが、表面荒れからの散乱光を検出することで、照明位置をモニタリングするためである。
視野内に欠陥がはいれば、ステージを回転させながら画像を取得する。欠陥の位置が変化し、3つの画像で欠陥を検出した場合を考える。CCDの検出範囲40内において欠陥が25a、25b、25cで検出されている。ステージは回転しているので、25a、25b、25cは円弧41を描く。CCD上の任意の画素43を原点にとれば、25a、25b、25cの座標は決まり、最低限3点あればステージの回転中心座標44を計算することが可能である。円弧41の曲率が大きい場合は、視野を回転中心に寄せて、回転中心により近いPSLで上記手順を再度行う。また今回は欠陥を3点検出した場合で説明を行ったが、より多くの欠陥位置から計算を行っても構わない。それによって回転中心の座標精度が向上する効果がある。

ステップ132について図9で説明する。図９は、ステージ回転中心を通りステージの並進方向(R方向)と概略平行な方向に照明を行う方法の説明である。回転中心44近傍に欠陥25dが存在している場合を考える。ステージを並進させると欠陥位置（基準点）は25dから25eに移動するので、その座標からステージの並進方向45を計算することが可能である。回転中心44を通り、並進方向45と平行な方向46上に照明を行う。

次に、ステップ133について説明する。
図10は、照明位置のモニタリングを行う方法の説明である。基準ウエハ47はステップ130、131の説明にて述べたが表面荒れが大きいウエハであるため、表面の凹凸から散乱光が大きく発生する。つまり照明が行われている領域から散乱光が発生しており、CCD13で散乱光をモニタリングすることで、照明位置を特定することが可能である。
図11(a)(b)を用いて角度ずれの補正方法に関して説明する。図11(a)は照明光学系のレーザビーム100、ビームエキスパンダ3、集光レンズ7部分を抜き出したものである。エキスパンダに入射する直前ではレーザビームは進行方向からみるとほぼ新円形状50をしている。エキスパンダを通過した後に方向56bに倍率が変更された場合では51bのようなビーム形状になり、集光レンズ7で方向56bと同じ方向にレーザビームは縮小されウエハ上に52bの形状で照明が行われる。
エキスパンダ3はレーザ進行方向に垂直な面内55で回転させることが可能であり、それによってウエハ上に照射されるビーム形状を調節可能である。エキスパンダの角度を変化させることでエキスパンダを通過した後の倍率が変化する方向を56a、56cのように変更することができ、51a、51cのようなビーム形状を得るため、ウエハ上での照明形状を52a、52cのように調節可能である。これによって、レーザの進行方向は変化しないため、照射位置は変化せず、光軸に垂直な面内で角度ずれを補正することが可能である。照射位置の補正方法は図1におけるミラー5、6のあおり角度を変化させることによって調節可能である(図示せず)。

図12、13を用いて照明位置に対するセンサ面の傾きずれの補正に関して説明する。図12のように照明範囲の短手方向60aに対し、センサ受光部高さ60bが大きいセンサ9mを使用する場合では欠陥散乱光の検出タイミングは照明位置に依存するため、上記手法で角度ずれを補正すれば欠陥散乱光の検出タイミングは補正することが可能になる。図13のように照明範囲の短手方向60aに対し、センサ受光部高さ60cが小さいセンサ9nを使用する場合では欠陥散乱光の検出タイミングはセンサ受光部の位置に依存するため、微動回転ステージなどで角度62を調節して、検出タイミングを調節する。

ステップ134 および135について図14で説明する。図14は、欠陥位置既知の基準点を有する基準ウエハを用いて、実際に検査を行う方法の説明である。

図14において、横軸はθ角度、縦軸は検出光量を示しており、同一欠陥に対し複数回検出した場合の検出光量とθ角度の関係を示す。1回転でエンコーダパルスがｎパルスカウントするのであれば、エンコーダパルス1からnまでが1回転目、(n+1)から2nまでが2回転目、(2n+1)から3nまでが3回転目となり、1パルス、(ｎ+1)パルス、(2ｎ+1)をθ角度0度として示している。同一欠陥を検査し、1回転目では65のような検出信号が得られ、2回転目では検出信号66、3回転目では検出信号67が得られた場合を考える。同一欠陥の1回転目での検出タイミングと2回転目の検出タイミングでは68のパルスずれ、2回転目での検出タイミングと3回転目の検出タイミングでは69のパルスずれが存在する。角度ずれや、センサの傾きの大きさに応じてタイミングずれは生じ、欠陥検出タイミングのずれ68、69の大きさはほぼ同程度である。エンコーダ1パルスはおよそ数秒程度の角度に相当するため、検出タイミングずれが十数パルス程度になるまでステップ133とステップ134を繰り返す。

ステップ136について図15で説明する。図15(a)において、メモリ部での散乱光の加算方法に関して述べる。センサ70にて、同一欠陥を3回検出した場合を考える。R1〜R7はセンサ受光部を表している。1回転目ではセンサ70の受光部R1の検出信号を1周分メモリ71に蓄積し、2回転目は受光部R2の検出信号をメモリ71に蓄積し、3回転目は受光部R3の検出信号をメモリ71に蓄積する。欠陥の検出タイミングにずれがあると図15(b)のように1回転目で検出信号75、2回転目で検出信号76、3回転目で検出信号77が得られ、精度よく加算することは困難である。上記ステップ134および135で補正を行っても、機械精度ではエンコーダ1パルスの誤差もなく合致させることは現実的に困難であり、検出信号75〜77のパルスずれ78、79は存在する。パルスずれ78、79は同程度のパルス数であり、kパルスのずれであった場合を考える。1回転目の検出信号をエンコーダパルス1から(n+k)までとし、その検出信号をメモリ71に蓄積し、2回転目の蓄積開始パルスを(n+1+k)、3回転目の蓄積開始パルスを(2n+1+2k)とすれば図15(c)のように1回転目の検出信号80、2回転目の検出信号81、3回転目の検出信号82のように概略同一タイミングで欠陥散乱光を検出できるように補正することが可能になり、同一欠陥の散乱光信号を概略同一タイミングで加算することが可能になる。実際にはパルスずれ78、79が異なるパルス数である可能性もあるが、その場合はパルスずれ78、79と平均値をとり、その値をk値とし上記補正を行えばよい。
また、複数のパルスずれのメジアンをk値とし、上記補正を行ってもよい。メジアンを用いた場合は、複数のパルスずれの中に外れ値を有する場合に、外れ値の影響を大きく受けないk値を得ることができる。
また、2つのパルスずれの差分をk値とし、上記補正を行ってもよい。複数のパルスずれが同程度の値であった場合、平均化により求めたk値と同程度の値を得ることができる。
また、概略同一領域からの複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差の補正は、基準ウエハを用いて予め設定したｋ値を用いて行ってもよい。この場合は、欠陥検査を行う試料ごとにk値を求める必要がないためスループットの低減を防止できる。
さらに、試料表面に位置が既知の欠陥である基準点を有する試料を基準ウエハの代わりに用いて逐次k値を算出し補正してもよい。この場合は、試料ごとにk値を求めた上で検出タイミングの補正を行うことができるため、より精度の高い加算結果を得ることができる。

次に検出信号を蓄積するメモリの切替方法に関して説明する。上記図15における説明では受光部一つ毎に検出信号を蓄積するメモリを切り替えていたが、図16のように2つの受光部毎に蓄積メモリを切り替えても構わない。1回転目で受光部R1の検出信号をメモリ72に蓄積し、2回転目は受光部R3の検出信号をメモリ72に蓄積し、3回転目は受光部R5の検出信号をメモリ72に蓄積する。また1回転目で受光部R2の検出信号をメモリ73に蓄積し、2回転目は受光部R4の検出信号をメモリ73に蓄積し、3回転目は受光部R6の検出信号をメモリ73に蓄積する。上記のようにすることによって、1回転で検査可能な領域が2倍になるため、送りピッチを倍にすることが可能になり、スループットを向上させることができる。二つの受光部毎に蓄積メモリを切り替える例で説明を行ったが、2回である必要はなく、送りピッチをさらに大きくすることは可能である。

次にウエハ周辺部における検査方法に関して説明する。従来技術では螺旋状に走査を行い、最外周部まで照野が到達すると検査が終了する。本発明では照野が最外周部に到達すると、半径方向へのステージ移動をストップさせ同心円状に回転走査し、検出信号の蓄積メモリを切り替えることなく、同一メモリに次の1周分の検出信号を蓄積しても構わない。図17で2回転目が終わった時点で照野端が最外周部に到達し、3回転目には同心円状に回転走査を行っている場合の蓄積メモリの切り替え方法を説明する。1回転目で受光部R1の検出信号をメモリ74に蓄積し、2回転目は受光部R2の検出信号をメモリ74に蓄積し、3回転目は受光部R2の検出信号をメモリ74に蓄積する。これによって最外周部において加算回数を増加させることが可能になる。
ここで、加算回数は、外周部においては同心円走査を行うため加算回数を自由に設定することが可能である。内周部においては照野長と送りピッチの長さの関係で概略同一領域を照明できる回数は決定されるが、外周部における照明回数を内周部における照明回数と同じにする必要はなく、内周部における照明回数より多くしても構わない。

次に本発明の検査方法の一例を説明する。従来技術では試料内周部では線速度が遅く、試料外周部では線速度が速くなるため、外周部ではレーザビームの照射時間が短くなり、検出感度が低下する。本発明では、一度の検査中においても加算回数を自由に変更することが可能である。例えば、回転中心から50mm以内の領域では加算回数は1回、100mm以内の領域では加算回数は2回、101mm以上の領域では加算回数3回といったように、送りピッチ、蓄積メモリを切り替えることで加算回数を任意に設定可能である。これによって、試料外周部における感度低下を防ぎ、試料全面において検出感度を一定に保つことが可能になる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
なお、概略同一領域からの複数の散乱光を加算し欠陥検出を行うが、このとき加算ではなく複数の散乱光を平均化等して欠陥検出を行ってもよい。
また、被検査対象物の特性等に応じて、照明の照野長やステージの並進速度等を調節することで、概略同一領域の照射回数を自由に設定することができる機構を備えてもよい。
以上のとおり、本発明の実施の形態によれば、一度の検査で同一欠陥を複数回照明し、それにより発生する複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差を補正した上で加算することで、検出感度を向上させることができる。また複数画素を有するフォトダイオードアレイを使用することで、スループットを落とさずに検査できる。
また、本発明の実施の形態によれば、複数散乱光の加算タイミングのキャリブレーションが可能であり、精度のよい加算結果を得ることが可能になる。また加算タイミング補正機能を利用することで、検査領域、検査モードに応じて、加算回数を自由に設定することが可能になる。

本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例 本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例における検出光学系 本発明に係る欠陥検査装置の第一の実施例の上方図 試料の概略同一領域を複数回照明する方法に関する説明図 本発明に係る欠陥検査方法を示す欠陥検出処理フロー図 複数散乱光の加算等演算および検出タイミングの誤差に関する説明図 キャリブレーション方法に関するフロー図 ステージ回転中心の特定方法に関する説明図 照射位置および方向の決定方法に関する説明図 照明位置のモニタリング方法に関する説明図 ウエハ上での照明の傾きの補正方法に関する説明図 センサ受光部が高いセンサと照明位置および傾きに関する説明図 センサ受光部が低いセンサと照明位置および傾きに関する説明図 複数散乱光の検出タイミングの誤差に関する説明図 検出タイミングの誤差の補正方法の説明図 蓄積メモリの切替方法の説明図 ウエハ最外周部における蓄積メモリの切替方法の説明図

符号の説明

1 ウエハ、2 レーザ光源、3 ビームエキスパンダ、4 ホモジナイザ、5・6 ミラー、
7 集光レンズ、8・8a〜8f 結像系、9・9 a〜9f フォトダイオードアレイ、
9m・9n センサ受光部、10 回転ステージ、11 並進ステージ、12 結像光学系、
13 CCDカメラ、20 照野、21 集光レンズ、22 イメージインテンシファイア、
23 結像レンズ、25・25a〜25e 欠陥、26 送りピッチ、
30a〜30c・34a〜34c 検出信号、31 加算タイミング、32・35 加算信号、
33 照明長手方向とステージ並進方向がなす角度、36・37 加算開始のタイミング、
38a・38b 検出角度に対応する試料表面の検出位置、
39a・39b レーザビームによる試料の照射位置、
40 CCD視野、41 回転方向、44 ステージ回転中心、45 ステージ並進方向、
46 ステージ回転中心を通りステージ並進方向と平行な方向、47基準ウエハ、
50 ビーム形状、51a〜51c エキスパンダを通過後のビーム形状、
52a〜52c ウエハ上でのビーム形状、55 エキスパンダの回転方向、
56a〜56c エキスパンダのビーム拡大方向、60a ビーム短手方向、
60b・60c センサ受光部高さ、62 照明方向とセンサ傾きのなす角度、
65・66・67・75・76・77 概略同一領域からの検出信号、
68・69・78・79 検出タイミングの誤差、
70 センサ受光部、72・73・74 メモリ、80・81・82 補正後の検出信号、
100 レーザビーム、101 照明光学系、 102・102a〜102f 検出光学系、
103 ウエハステージ、110 アナログ回路、111 信号処理部、112 CPU、
113 マップ出力部、114 ステージ制御部、120〜124 処理フロー、
130〜136 キャリブレーションフロー

Claims (11)

1. 試料表面の欠陥検査方法であって、
   前記試料表面の第一の領域にレーザビームを複数回照射する照射工程と、
   前記複数回照射による前記第一の領域からの複数の散乱光を検出する検出工程と、
   前記検出工程で検出された前記複数の散乱光の有する検出タイミングの誤差を補正する補正工程と、
   前記補正工程で補正された前記複数の散乱光を加算または平均化する工程と、
   前記加算または平均化する工程による演算結果に基づいて前記試料表面の欠陥を判定する欠陥判定工程とを有し、
   前記補正工程では、位置が既知の欠陥である基準点を有する基準ウエハを用いて決定される検出タイミング誤差値を用いて補正することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 請求項１記載の欠陥検査方法であって、
   前記補正工程では、予め求められた前記検出タイミング誤差値を用いて前記検出タイミングの誤差を補正することを特徴とする欠陥検査方法。
3. 試料を回転させると共に一軸方向に並進させながら走査して前記試料表面の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
   前記試料表面の第一の領域にレーザビームを複数回照射する照射工程と、
   前記複数回照射による前記第一の領域からの複数の散乱光を検出する検出工程と、
   ステージ制御部により制御される前記試料の回転角度である検出角度に対応する検出位置と、前記レーザビームによる前記試料の照射位置との誤差に基づく前記検出タイミングの誤差を補正する補正工程と、
   前記補正工程で補正された前記複数の散乱光を加算または平均化する工程と、
   前記加算または平均化する工程による演算結果に基づいて前記試料表面の欠陥を判定する欠陥判定工程とを有し、
   前記補正工程では、位置が既知の欠陥である基準点を有する基準ウエハを用いて決定される検出タイミング誤差値を用いて補正することを特徴とする欠陥検査方法。
4. 請求項３に記載の欠陥検査方法であって、
   前記補正工程では、予め求められた前記検出タイミング誤差値を用いて前記検出タイミングの誤差を補正することを特徴とする欠陥検査方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
   前記照射工程では、前記試料表面で線状となるように前記レーザビームを照射することを特徴とする欠陥検査方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の欠陥検査方法であって、
   前記照射工程では、複数に分割された前記レーザビームを並べて照射することを特徴とする欠陥検査方法。
7. 請求項１または２に記載の欠陥検査方法であって、
   前記補正工程では、前記基準ウエハ表面の第二の領域への第一の照射による前記欠陥に起因する散乱光のピーク値と、第二の照射による前記欠陥に起因する散乱光のピーク値との検出タイミングの差分または平均またはメジアンにより求められる前記検出タイミング誤差値を用いて補正することを特徴とする欠陥検査方法。
8. 試料表面の欠陥検査装置であって、
   前記試料表面の第一の領域にレーザビームを複数回照射する照射光学系と、
   前記複数回照射による前記第一の領域からの複数の散乱光を検出する検出光学系と、
   位置が既知の欠陥である基準点を有する基準ウエハを用いて決定された検出タイミング誤差値に基づいて、検出タイミングの誤差が補正された複数の散乱光を加算または平均化して、その演算結果により前記試料表面の欠陥を判定する信号処理部とを有することを特徴とする欠陥検査装置。
9. 請求項８に記載の欠陥検査装置であって、
   前記信号処理部では、予め求められた前記検出タイミング誤差値を用いて前記検出タイミングの誤差を補正することを特徴とする欠陥検査装置。
10. 請求項８または９に記載の欠陥検査装置であって、
    前記照射光学系では、前記試料表面で線状となるように前記レーザビームを照射することを特徴とする欠陥検査装置。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の欠陥検査装置であって、
    前記照射光学系では、複数に分割された前記レーザビームを並べて照射することを特徴とする欠陥検査装置。

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