JP5525336B2 - 欠陥検査方法および欠陥検査装置 - Google Patents
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Description
ここで図2により,検査対象であるパターン付基板の縦構造,および検出すべき欠陥種について,半導体ウエハを例にとって説明する。
たとえば各工程を経て形成された半導体ウェハを光学的に検査する装置として、
特許文献1には,レーザ光源による照明系と併せて,白色光源の照明系を併せて持つ半導体ウエハ欠陥検査装置に関する技術が開示されている。
また、光学的に検査する装置の空間フィルタとして使用可能な2次元マイクロシャッタアレイの例として、非特許文献3および非特許文献4には、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて,100μm〜数100μmの微小な光シャッタをx-y方向に並べて数千〜数万集積し,各シャッタを個別に開閉制御可能とした構成が開示されている。
一方で,暗視野光学方式の欠陥検査装置には以下の課題が存在する。ひとつは酸化膜(透明膜)が表面に形成されたウエハの検査における,膜内多重干渉による反射強度変化に起因した欠陥検出の感度変動(感度低下)であり,また金属膜が表面に形成されたウエハの検査における,金属膜の表面粗さ(ラフネス,グレインなど)による散乱光の干渉による背景光ノイズの増大に起因した欠陥検出の感度低下である。図2および3で説明したように,半導体ウエハの製造工程においては,表面に酸化膜が形成された状態,あるいは金属膜が表面に形成された状態,さらには酸化膜上に金属膜のパターンが形成された状態で検査される場合は多く,上記2つの課題の解決が強く求められている。
暗視野型光学式欠陥検査装置には上記に説明したような課題があり,これを解決する技術が求められている。その一手段としては,低干渉なブロードバンド照明(多波長照明,白色照明)により検査を行う技術が開示されている。これによれば,複数波長の同時照明によって照明光の可干渉性を低減することにより,上記図4,5に説明した光干渉に起因する検出光量の増減変化を低減することが可能となる。すなわち,酸化膜(透明膜)が表面に形成されたウエハに対しては膜内多重干渉による反射強度の変動の低減が可能となり,あわせて,金属膜が表面に形成されたウエハに対しても,金属膜の表面粗さ(ラフネス,グレインなど)による背景光ノイズを低減することが可能となり,これらウエハに対する欠陥検出感度の向上を図ることが出来る。
特許文献1には,レーザ光源による照明系と併せて,白色光源の照明系を併せて持つ半導体ウエハ欠陥検査装置に関する技術が開示されているが、
この特許文献1に記載されている方法では,白色光源(ブロードバンド光源)にランプを用いることを想定しており,この場合レーザ照明と比較して照明スポットが大きくなるため,高輝度の照明を行うことが難しい。これにより,必要な検出光量を得るためにはセンサの露光時間(サンプリング時間)を長くする必要が生じ,レーザ照明と比較して検査速度が低下するという課題が生じる。また,レーザ照明系と並べて,ブロードバンド光源のための照明系を別途に設ける必要があり,装置システムが複雑化するという課題も生じる。
照射手段により光が照射された前記検査対象からの反射散乱光のうち前記検査対象に形成
されたパターンからの反射散乱光を遮光して遮光されなかった反射散乱光を光軸方向に可動な複数のレンズを有する結像レンズ群で結像させた前記遮光されなかった反射散乱光の像を撮像する検出光学系手段と、該検出光学系手段で撮像して得た前記散乱光の画像を処理して前記検査対象の欠陥を抽出する画像処理手段とを備えて構成し、前記照射手段は、広帯域コヒーレント光を発射する広帯域コヒーレント光源と、光軸方向に可動な複数のレンズを有して、前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を集光する集光レンズ手段と、前記広帯域コヒーレント光源から発射されて前記集光レンズ手段で集光された広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択する波長選択部と、該波長選択部で選択した所望の波長のコヒーレント光を一方向に長い形状に成形する光形状成形部と、該光形状成形部で一方向に長い形状に成形された前記波長が選択されたコヒーレント光を表面にパターンが形成された検査対象に斜め方向から照射する照射手段とを有して構成した。
図1に示した半導体ウェハ検査装置は、照明光学系110、検出光学系120、画像処理部130、試料である半導体ウェハ(基板)100を載置するステージ部140、全体を制御する制御部150を備えて構成されている。
光源111又は1112から出射した光が,集光レンズ群112を透過して形成された平
行な光束の照明光ビーム1110は,偏向制御素子(波長板など)113により照明光の
偏光が制御され,また調光フィルタ114により照明光の光量が制御されて波長選択素子
部116に入射する。この波長選択素子部116を透過した所定の波長の照明光はミラー
117で反射して光路を折り曲げられてシリンドリカルレンズ118に入射し、シリンド
リカルレンズ118により一方向には平行光の状態を保ったまま他の方向(前記一方向に
対して直角な方向)には集光して、図1Bに示すように基板100の一方向に長い領域1
01を照明する。
ここで,高輝度で広帯域コヒーレント光源1112には,非特許文献1にその技術が開示されているような,光ファイバ断面内に周期的に空孔を配置したフォトニック結晶ファイバ(Photonic Crystal Fiber:PCF)に,長短パルスレーザを入射して広帯域なスーパーコンティニュアム光(Supercontinuum Light:SC光)を発生させるスーパーコンティニュアム光源,あるいは非特許文献2にその技術が開示されているような,共振器内に設置した電気光学結晶に外部発信器によりマイクロ波の変調を掛け,そこに単一波長レーザを入射することで,入力した単一波長のレーザを中心にして,マイクロ波の変調周波数間隔で広帯域で多波長のスペクトルを持つ光を発生させる,光周波数コム発生器などを用いることができる。
図6は,空間フィルタ123に用いる,2次元マイクロシャッタアレイの説明図である。マイクロシャッタアレイは,非特許文献3および非特許文献4に開示されているように,MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて,100μm〜数100μmの微小な光シャッタをX-Y方向に並べて数千〜数万集積し,各シャッタを個別に開閉制御可能としたものである。
図6(a)の701は2次元マイクロシャッタアレイの全体を示す。グリッドの一つ一つが光シャッタとなる構成である。
図6(b)と(c)とは一つの光シャッタの開閉状態を説明する図であり,図6(b)がシャッタ閉状態,図6(c)がシャッタ開状態を示す図である。図中711はシャッタ本体,712はシャッタを支持するトーションバー,713はシャッタアレイの強度を保つための構造体である。通常はトーションバーのバネ力により図6(b)のようにシャッタは閉状態であり,構造体713に電磁力あるいは静電力を発生させて,シャッタ711を構造体713に引き寄せることで図6(c)のようにシャッタ開状態とする構成となっている。
学系の空間フィルタ位置(検出光学系の瞳位置)での上記の回折光の像と,これを2次元
マイクロシャッタアレイで遮光した状態を説明する図である。図7Bの(a)はレーザ照明
,あるいは広帯域コヒーレント光源から波長選択手段により特定の1波長(λ1)を選択して照明を行った場合であり,820は検出光学系120の瞳,821は回折像である。前述の式で示したピッチに対応してX-Y方向それぞれ等間隔に回折像が生じる。これに対応して図7Bの(b)に示すように、2次元マイクロシャッタアレイの遮光位置は831のようになる。この2次元マイクロシャッタアレイの遮光位置は、検出光学系120の瞳面を瞳面観察光学系127のカメラ129で撮像して瞳面における半導体ウェハ100からの反射散乱光による光パターン(図7Bの(a))を検出して決める。すなわち、この検出した光パターンに対応する位置の2次元マイクロシャッタアレイを全体制御部150で駆動することにより図7Bの(b)に示すような2次元マイクロシャッタアレイの遮光パターンを形成することができる。
図7Bの(c)は広帯域コヒーレント光源から波長選択手段により特定の2波長(λ1,λ2)を選択して照明を行った場合であり,各波長に対応してそれぞれピッチの異なる回折像821,822が生じる。これに対応して図7Bの(d)に示すように、2次元マイクロシャッタアレイの遮光位置は832のようになる。また図7Bの(e)は広帯域コヒーレント光源から波長選択手段により特定の波長帯域(λ1〜λ2)を選択して照明を行った場合であり,照明する波長帯域に対応した回折像823が生じる。これに対応して図7Bの(f)に示すように、2次元マイクロシャッタアレイの遮光位置は833のようになる。
これにより,2つのイメージセンサ125および1251では異なる光学条件(例えば、波長選択素子部126と波長選択素子1261とで異なる特性の波長選択素子を設定して異なる波長を選択する、または偏光フィルタ122と偏光フィルタ1221とで異なる偏光条件を設定する)による2つの検査画像を同時に得ることが可能となる。この2つの検査画像を画像処理部1310で処理することで,単一画像での画像処理よりも多い情報量を元に欠陥判定を行うことが可能となり,検出感度の向上を図ることが出来る。
照明光学系110の構成及び作用は、実施例1で説明したものと同じである。
第2の実施例同様,第2の光学フィルタリング手段は,第1の検出光学系120の第1の光学フィルタリング手段(偏光フィルタ122,空間フィルタ123,波長選択素子126)とは独立に制御可能な構成とするものである。
これにより,2つのイメージセンサ125および1252では異なる光学条件による2つの検査画像を同時に得ることが可能となる。この2つの検査画像を画像処理部1320で処理することで,単一画像での画像処理よりも多い情報量を元に欠陥判定を行うことが可能となり,検出感度の向上を図ることが出来る。
広帯域コヒーレント光源1112とを備えて切替ミラー115で何れかの高原を選択する構成について説明したが、本発明ではこれに限らず、レーザ光源111と切替ミラー115とを用いずに、広帯域コヒーレント光源1112だけを備えた構成としても良い。
1112・・・広帯域コヒーレント光源 112・・・集光光学系 113・・・偏光制御素子 114・・・調光素子 116・・・波長選択素子部 120・・・検出光学系 121・・・対物レンズ 122・・・偏光フィルタ 123・・・空間フィルタ 124・・・結像レンズ 125・・・イメージセンサ 126・・・波長選択素子部 127・・・瞳観察光学系 130・・・画像処理部 140…ステージ 150・・・全体制御部。
Claims (15)
- 広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を複数のレンズで構成されて可動機構を備える集光レンズ群で集光して、該集光した広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択し、該選択した所望の波長のコヒーレント光を一方向に長い形状に成形し、該一方向に長い形状に成形された選択された波長のコヒーレント光を表面にパターンが形成された検査対象に斜め方向から照射し,該一方向に長い形状に成形された選択された波長のコヒーレント光が斜め方向から照射された検査対象からの反射散乱光の中から前記検査対象に形成されたパターンからの散乱光を遮光し、前記検査対象からの反射散乱光のうち前記遮光されなかった散乱光を複数のレンズで構成されて可動機構を備える結像レンズ群で結像させて前記遮光されなかった散乱光の像を撮像し、該撮像して得た信号から検査画像を生成し、該生成した検査画像を処理して欠陥を抽出することを特徴とする欠陥検査方法。
- 前記検査対象からの反射散乱光のうち前記遮光されなかった散乱光のうち波長選択フィ
ルタを透過した散乱光の像を撮像し、該撮像して得た信号から検査画像を生成し、該生成
した検査画像を処理して欠陥を抽出することを特徴とする請求項1記載の欠陥検査方法。 - 前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を偏光フィルタで所望の偏光状態に偏光させた後に前記所望の波長のコヒーレント光を選択することを特徴とする請求項1または2に記載の欠陥検査方法。
- 前記検査対象からの反射散乱光の中から前記検査対象に形成されたパターンからの散乱
光を、2次元に配置されたマイクロシャッタアレイで構成された空間フィルタで遮光する
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の欠陥検査方法。 - 前記2次元に配置されたマイクロシャッタアレイを配置した位置における前記検査対象からの反射散乱光の像をモニタし、該モニタした反射散乱光の像の情報を用いて前記2次元に配置されたマイクロシャッタアレイで前記反射散乱光を遮光する空間フィルタの遮光パターンを生成することを特徴とする請求項4に記載の欠陥検査方法。
- 前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択することを、複数の波長選択フィルタの中から選択して前記所望の波長に対応する波長選択フィルタで選択することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の欠陥検査方法。
- 広帯域コヒーレント光を発射する広帯域コヒーレント光源と、
光軸方向に可動な複数のレンズを有して、前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を集光する集光レンズ手段と、
該広帯域コヒーレント光源から発射されて前記集光レンズ手段で集光された広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択する波長選択手段と、
該波長選択手段で選択した所望の波長のコヒーレント光を一方向に長い形状に成形する光形状成形手段と、
該光形状成形手段で一方向に長い形状に成形された前記波長が選択されたコヒーレン
ト光を表面にパターンが形成された検査対象に斜め方向から照射する照
射手段と、
該照射手段により一方向に長い形状に成形された選択された波長のコヒーレント光が斜め方向から照射された検査対象からの反射散乱光を集光する光軸方向に可動な複数のレンズを有する結像レンズ群を備えた集光手段と、
該集光手段で集光された前記反射散乱光の中から前記検査対象に形成されたパターンか
らの散乱光を遮光する空間フィルタ手段と、
前記検査対象からの反射散乱光のうち前記空間フィルタ手段で遮光されなかった散乱光
の像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段で撮像して得た信号から検査画像を生成する検査画像生成手段と、
該検査画像生成手段で生成した検査画像を処理して欠陥を抽出する画像処理手段と、
全体を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を所望の偏光状態に偏光させる偏光フィルタ部を更に備え、該偏光フィルタ部で所望の偏光状態に偏光させられた前記広帯域コヒーレント光から前記波長選択手段で所望の波長のコヒーレント光を選択することを特徴とする請求項7記載の欠陥検査装置。
- 前記空間フィルタ手段は、2次元に配置されたマイクロシャッタアレイを備え、検査対
象からの反射散乱光のうち前記検査対象に形成されたパターンからの散乱光を前記2次元
に配置されたマイクロシャッタアレイで遮光することを特徴とする請求項7または8に記
載の欠陥検査装置。 - 前記検査対象からの反射散乱光の像をモニタするモニタ手段を更に備え、前記制御手段
は前記モニタ手段で前記2次元に配置されたマイクロシャッタアレイを配置した位置にお
ける前記検査対象からの反射散乱光の像を撮像して得た該反射散乱光の像の情報を用いて
前記2次元に配置されたマイクロシャッタアレイを制御して前記反射散乱光を遮光する空
間フィルタの遮光パターンを生成することを特徴とする請求項9に記載の欠陥検査装置。 - 前記波長選択手段は複数の波長選択フィルタを備え、該複数の波長選択フィルタの中か
ら選択した前記所望の波長に対応する波長選択フィルタで前記広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択することを特徴とする請求項7または8に記載の欠陥検査装置。 - レーザ光源と光路切替手段とを更に備え、該光路切替手段で前記レーザ光源を選択した
ときに、前記レーザ光源から発射したレーザを前記光形状成形手段と前記照射手段とを介
して前記検査対象に照射することを特徴とする請求項7記載の欠陥検査装置。 - 検査対象に光を斜方から照射する照射手段と、
該照射手段により光が照射された前記検査対象からの反射散乱光のうち前記検査対象に
形成されたパターンからの反射散乱光を遮光して遮光されなかった反射散乱光を光軸方向に可動な複数のレンズを有する結像レンズ群で結像させた前記遮光されなかった反射散乱光の像を撮像する検出光学系手段と、
該検出光学系手段で撮像して得た前記散乱光の画像を処理して前記検査対象の欠陥を抽
出する画像処理手段とを備え、
前記照射手段は、
広帯域コヒーレント光を発射する広帯域コヒーレント光源と、
光軸方向に可動な複数のレンズを有して、前記広帯域コヒーレント光源から発射された広帯域コヒーレント光を集光する集光レンズ手段と、
前記広帯域コヒーレント光源から発射されて前記集光レンズ手段で集光された広帯域コヒーレント光から所望の波長のコヒーレント光を選択する波長選択部と、
該波長選択部で選択した所望の波長のコヒーレント光を一方向に長い形状に成形する光形状成形部と、
該光形状成形部で一方向に長い形状に成形された前記波長が選択されたコヒーレント光を表面にパターンが形成された検査対象に斜め方向から照射する照射手段と
を有することを特徴とする欠陥検査装置。 - 前記広帯域コヒーレント光源から発射されて前記集光レンズ手段で集光された広帯域コヒーレント光を所望の偏光状態に偏光させる偏光フィルタ部を更に備え、該偏光フィルタ部で所望の偏光状態に偏光させられた前記広帯域コヒーレント光から前記波長選択部で所望の波長のコヒーレント光を選択することを特徴とする請求項13記載の欠陥検査装置。
- 前記検出光学系手段は、2次元に配置されたマイクロシャッタアレイを備えた空間フィ
ルタを有し、前記検査対象に形成されたパターンからの反射散乱光を前記2次元に配置さ
れたマイクロシャッタアレイで遮光することを特徴とする請求項13または14に記載の
欠陥検査装置。
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