JP7060687B2 - ウエハ検査装置およびウエハ検査方法 - Google Patents
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Description
これらの検査装置に求められる性能としては、検査の高速化と、異物や欠陥の高い認識精度である。
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
<ウエハ検査装置の構成例>
図1は、第1の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図1において、電子源20で発生した入射電子線21を照射光学系16により径の太い平行ビームにしてウエハ9表面に入射する。ウエハ9を置くステージ2には入射電子線21を跳ね返すようにウエハ9を負電位印加電源17により負電位を印加して電子線をウエハ表面で反射させる。その反射した電子を撮像光学系5により反射電子線22として集光させて蛍光板6に入射する。蛍光板6では、電子線の密度に比例した光23に変換される。光は、反射電子線のエネルギーに応じて、赤外光、可視光、紫外光、真空紫外光、X線などの場合がある。その光23を光学レンズ14により光学的なピントを合わせてTDIカメラ1へ入射する。ステージ2は少なくとも紙面に対して水平方向と垂直方向に移動する2軸以上のステージを備え、検査中は水平方向にステージ進行方向19へ移動させる。
図2および図3は、カメラ制御系の原理を説明するための図である。図2及び図3は、図1を簡略化した模式図であり、ウエハ9は分かり易いように2段階の高さを持つも階段状のとして、それぞれの高さでウエハ9の表面を観測する条件について説明する。また、図2および図3では、図1での撮像光学系5を簡略的に一枚のレンズ15で表記している。
W=f1・d ・・・ (1)
ステージ移動距離は、レーザ干渉計4からのステージ位置データ32より移動距離を演算することで計算できる。
W=f2・d ・・・ (2)
図4は、上述のカメラ制御原理を用いて滑らかな曲面を撮像する方法を説明するための図である。図4と図2および図3との違いは、ウエハ9の断面形状のみである。
W=f・d ・・・ (3)
N・W=f・(N・d) ・・・ (4)
式(4)は、距離N・dが図6の視野51aのCCDラインセンサ13の並んでいる方向(紙面水平方向)の距離N・Wに見えることを示している。この視野51aが倍率f+δfと変化したことにより視野51bとなった場合には、式(5)のように表すことができる。
(N-2)・W=(f+δf)・(N・d) ・・・ (5)
ここで、式(5)から式(4)を引くと、式(6)を得ることができる。
δf/f=-2/N ・・・ (6)
|δf/f| < 2/N ・・・ (7)
よって、式(7)の条件を満たす光学倍率変化量δfであれば、TDIカメラの画像に影響を与えないことが分かる。
W=f・e ・・・ (8)
|δf/f| < 2/M ・・・ (9)
<ウエハ検査装置の構成例>
図7は、第2の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図7において、構成要素1から38は図1と同じものである。第2の実施形態によるウエハ検査装置は、第1の実施形態によるウエハ検査装置(図1)とは異なり、高さデータのバッファー110を備えている。バッファー110は、過去の高さデータを一時的に格納して保存する。
図8は、ウエハ上を検査する軌跡111を示す図である。ウエハ9の検査は、上下方向にステージ2を移動させながらTDIカメラ1で画像を撮像して行われる。ウエハ端まで画像を撮像するとステージ2は一旦停止し、紙面の水平方向にTDIカメラ1の視野程度移動して再び逆方向に移動して画像が撮像される。ここで、例えば、隣り合った軌跡111aと軌跡111bとは、視野1個分程度の距離(例えば、100μm)離れているだけなので、概略同じ高さであると見なすことができる。そこで、軌跡111aの撮像中に高さセンサ3で収集した高さデータ33をバッファー110に格納し、軌跡111bの撮像中にはバッファー110に格納された高さデータ(軌跡111aを撮像して得られた高さデータ)を用いて高さ補正を実施することができる。この方法では撮像前にライン切り替え信号35を発生するタイミングを予め用意することが可能となり、画像撮像中に高さを測定しながら演算する必要がない。ただし、一番初めの軌跡111cではバッファー110に高さデータは保管されていない(過去の高さデータがない)ため、111cのみ1度同じ軌跡で移動させてバッファー110に高さデータを保管させる処理が必要となる。なお、用いる過去の高さデータは、直前の軌跡を撮像して得られたデータでなくてもよい。例えば、10ライン分の軌跡撮像に1回程度の過去の高さデータを用いてもよい。
<ウエハ検査装置の構成例>
図9は、第3の実施形態による、ミラー電子顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図9において、構成要素1から38は、第1の実施形態によるウエハ検査装置(図1)と同じものである。ただし、第3の実施形態によるウエハ検査装置は、第1の実施形態のウエハ検査装置(図1)とは異なり、高さセンサが2台設置されており、観測位置のステージ進行方向の少なくとも2点の高さを測定することが可能となっている。なお、本実施形態では、2つの高さセンサを設けた例を示したが、3つ以上の高さセンサを設け、それぞれの測定結果に基づいて観測面300を近似してもよい。
図10は、2点の高さを測定することで、観測面演算処理を説明するための図である。図10において、高さセンサ3aと高さセンサ3bは観測位置よりも前の距離Xだけ離れた2点をそれぞれ測定して、その2点を直線で近似した観測面300を撮像光学系制御装置10において演算する。ウエハ9がステージ進行方向19に移動させ、演算した観測面300のデータを前もって用意する。このようにすることにより、画像撮像中に高さを測定しながら演算する回数を減少させることができる。
Y ≒ a・(X/T) ・・・ (10)
式(10)より、誤差Yよりも小さい誤差とするための距離Xの条件は、式(11)のようになる。
X < Y・T/a ・・・ (11)
図11は、第4の実施形態による、光学顕微鏡を用いたウエハ検査装置の断面構成例を示す図である。図11において、構成要素1から38は第1の実施形態によるウエハ検査装置(図1)と同じものである。第4の実施形態によるウエハ検査装置は、第1の実施形態によるウエハ検査装置が電子線を当てて観測するのとは異なり、光源53により光54をウエハ9上に照射して、その反射光52を集光レンズ50によりTDIカメラ1のウィンドウ60を経由してCCDラインセンサ13上に集光させることでウエハ9を観測する。
(i)本実施形態では、撮像光学系制御装置10が、少なくとも1つの高さセンサ3によって測定されたウエハ9の表面の高さに基づいて、光学的観察部(5および16、あるいは50および53)の光学倍率を変化させてウエハの表面に焦点を合わせ、カメラ制御装置(TDIカメラ制御装置11)が、光学倍率とステージ2の位置に基づいて、画像検出素子(TDIカメラ1のCCDラインセンサ13)の切り替えタイミングを補正する。このようにすることにより、ウエハの反りや段差等による高さ変動がある観察対象に対しても画質の劣化を抑制し、高画質な観察画像を取得することができるようになる。
2 ステージ
3 高さセンサ
4 レーザ干渉計
5 撮像光学系
6 蛍光板
7 ステージ駆動装置
8 ステージ制御装置
9 ウエハ
10 撮像光学系制御装置
11 TDIカメラ制御装置
12 全体制御装置
13 CCDラインセンサ
14 光学レンズ
15 レンズ
16 照射光学系
17 負電位印加電源
19 ステージ進行方向
20 電子源
21 入射電子線
22 反射電子線
30 ステージ位置指令
31 位置制御信号
32 ステージ位置データ
33 高さデータ
34 光学倍率データ
35 ライン切り替え信号
36 画像ON-OFF信号
37 画像データ
38 撮像光学系制御信号
39 CCD画素
40 電荷移動
50 集光レンズ
51 視野
52 反射光
53 光源
54 光
60 ウィンドウ
101 転写距離
102 移動距離
110 バッファー
111 軌跡
300 観測面
Claims (10)
- ウエハを載置し、移動させるステージと、
前記ウエハの表面を光学的に観察する光学的観察部と、
移動する前記ステージに載置された前記ウエハの表面を観測して得られる光信号を電気信号に変換する時間延滞積分型の画像検出素子を有するTDIカメラと、
前記ステージの位置を検出するステージ位置検出器と、
前記ウエハの表面の高さを測定する、少なくとも1つの高さセンサと、
前記光学的観察部を制御する撮像光学系制御装置と、
前記TDIカメラを制御するカメラ制御装置と、を備え、
前記撮像光学系制御装置は、前記少なくとも1つの高さセンサによって測定された前記ウエハの表面の高さに基づいて、前記光学的観察部の光学倍率を変化させて前記ウエハの表面に焦点を合わせ、
前記カメラ制御装置は、前記光学倍率が許容値を超えて変化した場合又は前記ウエハの表面の高さが許容値を超えて変化した場合に、前記光学倍率と前記ステージの位置に基づいて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。 - 請求項1において、
前記光学的観察部は、電子源と、前記電子源から面状の入射電子線をウエハ上に照射する照射光学系と、前記ウエハの表面上に負電位を印加する負電位印加電源と、前記ウエハの表面上に形成された負電位によって反射した反射電子線を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光して光を電気信号に変換する蛍光板と、を備えるミラー電子顕微鏡である、ウエハ検査装置。 - 請求項1において、
前記光学的観察部は、光源と、前記光源から放射された光をウエハ上に照射する照射部と、前記ウエハの表面で反射された反射光を集光する集光レンズと、を備え、前記集光した光を観測する光学顕微鏡である、ウエハ検査装置。 - 請求項1において、
前記カメラ制御装置は、前記光学的観察部の光学倍率の変化が1%以下となるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。 - 請求項1において、
さらに、前記ウエハの表面の高さデータを蓄えるバッファーを備え、
前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の観測位置をずらしながら前記ウエハの上を往復して検査する軌跡として、前記バッファーに蓄えられた、過去の高さデータを用いて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。 - 請求項1において、
少なくとも2つの高さセンサを備え、
前記少なくとも2つの高さセンサは、前記ウエハの表面の高さを少なくとも2点観測し、
前記撮像光学系制御装置は、少なくとも2点観測された高さのデータに基づいて、前記ウエハの表面を傾いた近似平面で推測し、
前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の高さが前記推測した近似平面高さとなるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査装置。 - 光学的観察部が、ステージの上に載置したウエハの表面を光学的に観察することと、
時間延滞積分型の画像検出素子が、前記ウエハの表面を観測して得られる光信号を電気信号に変換することと、
ステージ位置検出器が、前記ステージの位置を検出することと、
少なくとも1つの高さセンサが、前記ウエハの表面の高さを測定することと、
前記光学的観察部を制御する撮像光学系制御装置が、前記少なくとも1つの高さセンサによって測定された前記ウエハの表面の高さに基づいて、前記光学的観察部の光学倍率を変化させて前記ウエハの表面に焦点を合わせることと、
前記光学倍率が許容値を超えて変化した場合又は前記ウエハの表面の高さが許容値を超えて変化した場合に、前記画像検出素子を有するTDIカメラを制御するカメラ制御装置が、前記光学倍率と前記ステージの位置に基づいて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正することと、
を含む、ウエハ検査方法。 - 請求項7において、
前記カメラ制御装置は、前記光学的観察部の光学倍率の変化が1%以下となるように、
前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。 - 請求項7において、
さらに、バッファーに前記ウエハの表面の高さデータを格納することを含み、
前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の観測位置をずらしながら前記ウエハの上を往復して検査する軌跡として、前記バッファーに蓄えられた、過去の高さデータを用いて、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。 - 請求項7において、さらに、
少なくとも2つの高さセンサが、前記ウエハの表面の高さを少なくとも2点観測することと、
前記撮像光学系制御装置が、前記少なくとも2点の高さのデータを用いて、前記ウエハの表面を傾いた近似平面で推測することと、を含み、
前記カメラ制御装置は、前記ウエハの表面の高さが前記推測した近似平面高さとなるように、前記画像検出素子の切り替えタイミングを補正する、ウエハ検査方法。
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