JP7440312B2

JP7440312B2 - 検査装置及び検査方法

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Publication number: JP7440312B2
Application number: JP2020048835A
Authority: JP
Inventors: 翔太藤木; 誠治森下; 良浩西村
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-03-19
Also published as: JP2021148605A

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関するものであり、例えば、共焦点光学系を用いた検査装置及び検査方法に関する。

接合ウェハは、例えば、光デバイス、高周波デバイス、ＭＥＭＳデバイス等、広範囲のデバイスに用いられている。接合ウェハは、支持基板と、支持基板上に層状に形成された薄膜とを有する。接合ウェハは、例えば、支持基板に、薄膜のもとになる薄膜基板を接合することにより形成される。

接合ウェハは、支持基板と薄膜との間に層状に配置された絶縁膜を有してもよい。接合ウェハでは、薄膜及び絶縁膜等の各層に施されるプロセス条件のばらつきにより、これら薄膜及び絶縁膜に、膜厚ムラが発生する場合がある。このような膜厚ムラは、デバイス特性に悪影響を及ぼす。

また、膜厚ムラとは別に、デバイス動作領域である薄膜に発生する結晶欠陥、パーティクル、及び、ボイド等の欠陥もデバイス特性に悪影響を及ぼす。ここで、ボイドは、薄膜基板を支持基板に接合する際に形成される。このようなことから、接合ウェハの品質保証においては、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査しなければならない。

特開２０１８－０５４５２５号公報特開平０３－２２５９３９号公報特開平１０－２１３５５２号公報特開２００９－２０４３１３号公報特開２０１７－１９８４９１号公報

特許文献１には、画像処理による欠陥検査と、膜厚センサによる厚み測定とを重ね合わせる手法が提案されている。特許文献１の手法は、ロール状フィルムに対する限定的な手法であり、支持基板上に形成された薄膜の膜厚ムラ及び欠陥を検査するものではない。また、特許文献１の手法は、欠陥検査と膜厚測定とが全く別の手法で実施されるため、それらを重ね合わせたデータはあくまでも推定される結果となっている。

特許文献２及び３に示すように、支持基板上に形成された薄膜についての膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査する場合には、それぞれ専用の検査装置で検査しなければならない。

支持基板上に形成された薄膜の膜ムラの検査装置としては、例えば、薄膜を透過するような特定波長の光を含む照明光で、接合ウェハの上面の全面走査を行う。そして、反射光における膜厚ムラ起因の干渉縞を検出する。これにより、接合ウェハにおける薄膜の膜厚ムラを検査することができる。しかしながら、膜厚ムラの検査装置で、欠陥を検査することは困難である。反射光における膜厚ムラ起因の干渉縞により、反射光の背景輝度が不規則に変化することから、安定した感度で欠陥を検出することは困難である。

一方、欠陥の検査装置としては、例えば、白色（ブロード）波長の光を含む照明光で、接合ウェハの上面の全面走査を行う。この場合には、接合ウェハにおける薄膜の表面と、支持基板の界面との干渉があっても、白色光に含まれる連続波長の光の干渉が打ち消し合うので、反射光の背景輝度は一定となる。よって、干渉の影響を無視できる程度まで低減することができる。欠陥の検査装置において、結晶欠陥及びパーティクル等の欠陥は、暗点となる。このため、結晶欠陥及びパーティクル等の欠陥を検出することができる。また、界面のボイドは、局所的な干渉により、明点となる。このため、界面ボイド等の欠陥も検出することができる。このように、白色光を含む照明光を利用した検査装置は、接合ウェハの上面のイメージングにより、結晶欠陥、パーティクル、及び、界面ボイド等の欠陥の検出だけでなく、欠陥の分類も可能である。しかしながら、白色光を含む照明光は、干渉縞を打ち消してしまう。よって、欠陥の検査装置で、膜厚ムラを検査することは困難である。

なお、例えば、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）においては、ＤＵＶ（ＤｅｅｐＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）等の短波長を用いて欠陥を検査する手法が提案されている。３５０［ｎｍ］以下の波長では、シリコンへの侵入長が２０［ｎｍ］以下となり、薄膜と支持基板との界面など内部構造の影響を受けなくなる。よって、干渉縞の影響を低減することができる。但し、光源自体が高額となる。また、材料自体の侵入長に依存するため、シリコン以外の材料において、汎用性が期待できない。

このように、膜ムラ及び欠陥の双方を検査する場合には、それぞれ専用の検査装置で検査しなければならない。２台の装置を用意するコスト、試料となる接合ウェハのセッティングの手間等の負担がかかるので、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査する検査装置及び検査方法が望まれている。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査することができる検査装置及び検査方法を提供することである。

本実施形態の一態様に係る検査装置は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成する光源と、基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から前記照明光で照明する共焦点光学系と、前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、第２反射光と、に分離する反射光分離手段と、前記共焦点光学系を介して前記第１反射光を検出し、検出した前記第１反射光の強度を出力する第１検出器と、前記共焦点光学系を介して前記第２反射光を検出し、検出した前記第２反射光の強度を出力する第２検出器と、前記第１検出器によって検出された前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するとともに、前記第１反射光の強度と、前記第２検出器によって検出した前記第２反射光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得する処理部と、を備える。

上記の検査装置では、前記光源は、前記照明光として、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光を生成してもよい。

上記の検査装置では、前記反射光分離手段は、ダイクロイックミラーでもよい。

上記の検査装置では、前記処理部は、前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得してもよい。

本実施形態の一態様に係る検査方法は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成するステップと、基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から共焦点光学系を介して前記照明光で照明するステップと、前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、第２反射光と、に分離するステップと、前記共焦点光学系を介して前記第１反射光を検出するとともに、前記共焦点光学系を介して前記第２反射光を検出するステップと、前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するステップと、前記第１反射光の強度と、前記第２反射光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得するステップと、を備える。

上記の検査方法では、前記照明光を生成するステップにおいて、前記照明光として、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光を生成してもよい。

上記の検査方法では、前記第１反射光と、第２反射光とに分離するステップにおいて、前記反射光を、ダイクロイックミラーによって分離してもよい。

上記の検査方法では、前記試料の欠陥分布を取得するステップにおいて、前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得してもよい。

本発明によれば、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査することができる検査装置及び検査方法を提供することができる。

実施形態１に係る検査装置において、検査対象となる試料の構造を例示した断面図である。実施形態１に係る検査装置において、検査対象となる試料の構造を例示した断面図である。実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。実施形態１に係る検査装置において、処理部及び検出器を例示した構成図である。実施形態１に係る検査装置において、検出器から出力された反射光の強度の分布を例示した図である。実施形態１に係る検査装置において、検出器から出力された反射光の強度の分布を例示した図であり、任意の一視野を示す。実施形態１に係る検査装置において、試料の最表面の反射光と、薄膜及び支持基板の界面の反射光との光路差を例示した図である。実施形態１に係る検査装置において、合成強度の分布を例示した図である。実施形態１に係る検査装置において、合成強度の分布を例示した図であり、任意の一視野を示す。実施形態１に係る検査装置において、試料の欠陥を例示した図である。実施形態１に係る検査装置において、白色光を含む照明光及び中心波長５４６［ｎｍ］の単色光を含む照明光で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、薄膜の膜厚を示し、縦軸は、反射率を示す。実施形態１に係る検査装置において、界面ボイドを含む試料に対して、白色光を含む照明光で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、支持基板と薄膜との間に形成された界面ボイドの厚さを示し、縦軸は、反射率を示す。実施形態１に係る検査装置において、異物を含む試料に対して、白色光を含む照明光で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、薄膜上に位置する異物の高さを示し、縦軸は、反射率を示す。実施形態１に係る試料において、表面に結晶欠陥として形成されたピットを例示した断面図である。実施形態１に係る試料において、表面に平行な面に直交する反射光を直交反射成分とした場合に、ピットの内面で反射する反射光の直交反射成分を例示したグラフであり、横軸は、ピットの内面の位置を示し、縦軸は、直交反射成分を示す。実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

（実施形態１）
実施形態１に係る検査装置及び検査方法を説明する。まず、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査する対象となる＜試料＞を説明する。次に、＜検査装置の構成＞を説明する。そして、検査装置で検査可能な＜膜厚ムラ＞及び＜欠陥＞を説明する。欠陥は、＜界面ボイド＞、＜パーティクル＞及び＜結晶欠陥＞を含む。その後、検査装置を用いた＜検査方法＞を説明する。

＜試料＞
図１及び図２は、実施形態１に係る検査装置において、検査対象となる試料の構造を例示した断面図である。図１に示すように、試料１００は、例えば、接合ウェハであり、支持基板１１０と、支持基板１１０上に層状に形成された薄膜１２０とを含んでいる。接合ウェハは、例えば、支持基板１１０に薄膜１２０のもとになる薄膜基板を接合させて形成されてもよい。

図２に示すように、試料１００は、支持基板１１０と薄膜１２０との間に層状に配置された絶縁膜１３０を有してもよい。なお、試料１００は、支持基板１１０と、支持基板１１０上に形成された薄膜１２０と、を有していれば、接合ウェハに限らない。

試料１００は、例えば、ＳＡＷ（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅ）フィルター用の接合タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）用ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、貼り合わせＳｉＣ（ＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ）等の接合ウェハである。なお、試料１００の用途は、上記の用途に限らない。

支持基板１１０の厚さは、例えば、３５０［μｍ］であり、薄膜１２０の厚さは、例えば、０．３［μｍ］である。絶縁膜１３０の厚さは、例えば、０．０１［μｍ］である。なお、支持基板１１０、薄膜１２０、絶縁膜１３０の厚さは、上記のものに限らない。

＜検査装置の構成＞
次に、検査装置の構成を説明する。図３は、実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。図３に示すように、検査装置１は、光源１０、共焦点光学系２０、反射光分離手段３０、検出器４１及び４２、処理部５０を備えている。検査装置１は、ステージ６０のステージ面６１上に載置された試料１００を検査する。

光源１０は、照明光Ｌ１０を生成する。照明光Ｌ１０は、例えば、白色光である。光源１０は、照明光Ｌ１０として、例えば、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光を生成する。光源１０が生成する照明光Ｌ１０は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含めば、白色光にかぎらない。

共焦点光学系２０は、ハーフミラー２１の他、図示しない対物レンズ、リレーレンズ、ミラー等を含んでもよい。共焦点光学系２０は、試料１００に対して、薄膜１２０側から照明光Ｌ１０で照明する。例えば、光源１０で生成された照明光Ｌ１０は、ハーフミラー２１に入射する。ハーフミラー２１に入射した照明光Ｌ１０の一部（半分）は、ハーフミラー２１で反射する。ハーフミラー２１で反射した照明光Ｌ１０は、図示しない対物レンズを介して試料１００を照明する。

共焦点光学系２０は、試料１００の最表面に、照明光Ｌ１０の焦点を合わせる。薄膜１２０が薄い場合には、薄膜１２０は、焦点深度の範囲に位置している。照明光Ｌ１０は、図示しない対物レンズの焦点面（フォーカス面）において、例えば、点状またはライン状の照明領域を形成する。共焦点光学系２０を用いることにより、試料１００の裏面の反射光の影響を低減することができる。つまり、試料１００の最表面と、支持基板１１０及び薄膜１２０の界面との干渉による干渉縞から膜厚ムラを検査することができる。

ハーフミラー２１または図示しないミラー等は、走査手段を有してもよい。走査手段は、ミラー等の傾きを変化させ、ミラー等に入射する照明光Ｌ１０の入射角及び反射角を変化させる。例えば、ステージ面６１に直交する方向をＺ軸方向とし、ステージ面６１に平行な面をＸＹ平面とした場合に、走査手段は、対物レンズの視野において、試料１００の照明領域をＸＹ面に平行な面内で走査させる。

試料１００を照明した照明光Ｌ１０は、試料１００で反射する。照明光Ｌ１０が試料１００で反射した反射光Ｒ１０は、図示しない対物レンズを介して、ハーフミラー２１に入射する。ハーフミラー２１に入射した反射光Ｒ１０の一部（半分）は、ハーフミラー２１を透過する。ハーフミラー２１を透過した反射光Ｒ１０は、反射光分離手段３０に入射する。

反射光分離手段３０は、例えば、ダイクロイックミラーである。反射光分離手段３０は、反射光Ｒ１０を、第１波長の光を含む反射光Ｒ１１と、反射光Ｒ１２とに分離する。

図３の吹き出しＨ１に示すように、反射光分離手段３０は、例えば、白色光を含む照明光Ｌ１０のうち、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長とした狭帯域の光を除いた部分の光を反射させ、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長とした狭帯域の光を透過させるものでもよい。

その場合には、図３の吹き出しＨ２に示すように、反射光分離手段３０は、例えば、反射光Ｒ１０のうち、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長とした狭帯域の光を含む反射光Ｒ１１を透過させる。具体的には、反射光分離手段３０は、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長としたピークを有する反射光Ｒ１１を透過させる。

また、反射光分離手段３０は、図３の吹き出しＨ３に示すように、例えば、反射光Ｒ１０のうち、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長とした狭帯域の光を除いた部分の光、すなわち、反射光Ｒ１１以外の反射光Ｒ１０、つまり、反射光Ｒ１２を反射させる。よって、反射光分離手段３０は、中心波長λ＝５４６［ｎｍ］の光を含む反射光Ｒ１１と、反射光Ｒ１１以外の反射光Ｒ１２とに分離する。照明光Ｌ１０が白色光の場合には、反射光Ｒ１１は、単一波長を含む光であり、反射光Ｒ１２は、白色光マイナス反射光Ｒ１１である。

なお、反射光Ｒ１１は、波長λ＝５４６［ｎｍ］を中心波長とした狭帯域の光に限らず、他の単一波長の光でもよい。その場合には、反射光Ｒ１２は、反射光Ｒ１１以外の残りの反射光Ｒ１０を含む。

また、反射光分離手段３０は、単体のダイクロイックミラーに限らず、複数のダイクロイックミラーを用いて構成されてもよい。単一波長の単色光を複数必要な場合には、ダイクロイックミラー及び検出器をさらに追加してもよい。例えば、複数のダイクロイックミラーによって複数の反射光に分離してもよい。例えば、ＲＧＢ等の複数の色を取り出してもよい。各反射光は、異なる単一波長の光を含む。各反射光を用いて、膜厚ムラを検出することができる。膜厚ムラを検出した後は、各反射光を加算することにより、欠陥の検出に用いてもよい。

共焦点光学系２０は、反射光Ｒ１１を検出器４１に受光させ、反射光Ｒ１２を検出器４２に受光させる。したがって、検出器４１は、共焦点光学系２０を介して反射光Ｒ１１を検出する。そして、検出器４１は、検出した反射光Ｒ１１の強度を処理部５０に出力する。検出器４２は、共焦点光学系２０を介して反射光Ｒ１２を検出する。そして、検出器４２は、検出した反射光Ｒ１２の強度を処理部５０に出力する。

具体的には、共焦点光学系２０は、反射光Ｒ１１を検出器４１の受光面に集光させ、反射光Ｒ１２を検出器４２の受光面に集光させる。検出器４１及び４２は、例えば、複数の画素を備えたイメージセンサである。例えば、検出器４１及び４２として、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅｄＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）またはＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサを用いることができる。

検出器４１及び４２は、それぞれ、反射光Ｒ１１及びＲ１２を検出して、検出結果の信号を処理部５０に出力する。すなわち、検出器４１及び４２は、各画素が受光した反射光Ｒ１１及びＲ１２の強度を示す検出信号を処理部５０に出力する。なお、反射光Ｒ１１及びＲ１２の強度と、輝度とを同様の挙動を示す相関のある値として扱う。反射光Ｒ１１及びＲ１２の強度と輝度とを同じ意味として扱ってもよい。

共焦点光学系２０において、検出器４１及び４２の受光面は、図示しない対物レンズの焦点面と互いに共役な位置に配置されている。対物レンズで集光された照明光Ｌ１０が、焦点面において、点状等の照明領域を形成する。検出器４１及び４２の受光面では、反射光Ｒ１１及びＲ１２が点状等に集光される。焦点面から光軸方向にずれた面で反射された反射光は、検出器４１及び４２の画素の外側に入射する。このようにすることで、共焦点光学系２０を構成することができる。

上記の例では、対物レンズの焦点面から共役な位置に検出器４１及び４２を配置していたが、ピンホールまたはスリットを用いて共焦点光学系２０を構成することも可能である。例えば、ピンホールまたはライン状の照明領域に沿ったスリットを、焦点面と共役な位置に配置する。検出器４１及び４２がピンホールまたはスリットを通過した反射光を検出するよう、ピンホールまたはスリットの後ろ側に検出器４１及び４２を配置する。このような構成とすることにより、焦点面で反射した反射光がピンホールまたはスリットを通過し、焦点面からずれた面で反射された反射光は、遮光される。よって、共焦点光学系２０を構成することができる。

ステージ６０は、ステージ面６１上に載置された試料１００を移動させることができる。例えば、ステージ６０は、ＸＹ面に平行な面内で試料１００を移動させることができる。これにより、ミラー等で照明光Ｌ１０を走査する代わりに、ステージ６０の移動により、照明光Ｌ１０を走査してもよい。検出器４１及び４２は、試料１００の上面を走査した照明光Ｌ１０による反射光Ｒ１０を検出し、試料１００の上面に渡って、イメージを取得することができる。

図４は、実施形態１に係る検査装置１において、処理部５０、検出器４１及び４２を例示した構成図である。図４に示すように、検出器４１は、信号線等で処理部５０に接続されている。検出器４１は、検出した反射光Ｒ１１の強度の検出信号を処理部５０に出力する。検出器４２は、信号線等で処理部５０に接続されている。検出器４２は、検出した反射光Ｒ１２の強度の検出信号を処理部５０に出力する。

処理部５０は、例えば、プロセッサ及びメモリなどを備えたコンピュータであり、試料１００を検査するための処理を実行する。処理部５０は、例えば、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）である。処理部５０は、検査結果を表示するためのモニタや、ユーザからの入力を受け付けるためのキーボード、マウス、タッチパネルなどの入力機器を備えている。処理部５０は、ミラー等またはステージ６０の走査手段を制御してもよい。

処理部５０は、検出器４１によって検出された反射光Ｒ１１の強度の分布から膜厚分布を取得する。また、処理部５０は、検出器４１によって検出された反射光Ｒ１１の強度と、検出器４２によって検出した反射光Ｒ１２の強度と、を合成する。処理部５０は、反射光Ｒ１１の強度と反射光Ｒ１２の強度とを合成した合成強度の分布から、試料１００の欠陥分布を取得する。

以下で、検査装置１が検査する膜厚ムラ及び欠陥の検査原理を説明する。まず、＜膜厚ムラ＞の検査原理を説明する。その後、＜欠陥＞の検査原理、並びに、＜界面ボイド＞、＜パーティクル＞及び＜結晶欠陥＞の検査原理を説明する。

＜膜厚ムラ＞
図５は、実施形態１に係る検査装置１において、検出器４１から出力された反射光Ｒ１１の強度の分布を例示した図である。図６は、実施形態１に係る検査装置１において、検出器４１から出力された反射光Ｒ１１の強度の分布を例示した図であり、任意の一視野を示している。図７は、実施形態１に係る検査装置１において、試料１００の最表面の反射光Ｒ１１と、薄膜１２０及び支持基板１１０の界面の反射光Ｒ１１との光路差を例示した図である。

図５及び図６に示すように、処理部５０は、検出器４１によって検出された反射光Ｒ１１の強度の分布から膜厚分布を取得する。例えば、検出器４１は、受光した単一波長の反射光Ｒ１１から、薄膜１２０等の膜厚ムラを由来とした干渉縞を検出する。具体的には、図７に示すように、薄膜１２０の膜厚のムラにより、試料１００の最表面の反射光Ｒ１１と、薄膜１２０及び支持基板１１０の界面の反射光Ｒ１１とは、光路差によって干渉を起こす。これにより、試料１００の上面で照明光Ｌ１０を走査した場合に、図５及び図６に示すような膜厚ムラを由来とした干渉縞を検出することができる。干渉縞は、コントラストとして検出される。コントラストのパターンを、反射光Ｒ１１の単一波長を用いて解析することにより、薄膜１２０の膜厚分布を算出することができる。

＜欠陥＞
図８は、実施形態１に係る検査装置１において、合成強度の分布を例示した図である。図９は、実施形態１に係る検査装置１において、合成強度の分布を例示した図であり、任意の一視野を示す。図１０は、実施形態１に係る検査装置１において、試料１００の欠陥を例示した図である。合成強度は、反射光Ｒ１１の強度と反射光Ｒ１２の強度とを合成したものである。

図８及び図９に示すように、処理部５０は、検出器４１によって検出した反射光Ｒ１１の強度と、検出器４２によって検出した反射光Ｒ１２の強度と、を合成した合成強度を取得する。このように、処理部５０は、各検出器４１及び４２で受光した検出信号を合成することで、白色光等を含む反射光Ｒ１０を再現する。そして、白色光等に含まれた波長の信号を積分し、例えば、反射光Ｒ１０の強度をグレースケールで表現する。これにより、膜干渉の影響を低減させたイメージを取得することができる。よって、図１０に示すように、界面ボイドＶＤ、結晶欠陥ＫＫ及びパーティクルＰＴ等の欠陥の検査を可能とする。

図１１は、実施形態１に係る検査装置１において、白色光を含む照明光及び中心波長５４６［ｎｍ］の単一波長光を含む照明光で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、薄膜１２０の膜厚を示し、縦軸は、反射率を示す。図１１には、試料１００の光学モデルとして、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む支持基板１１０上に形成されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）を含む薄膜１２０の構造も示している。

図１１に示すように、試料１００の上面におけるある限定された領域（例えば、１．５［ｍｍ］四方等）において、薄膜１２０の膜厚は、５００［ｎｍ］から５５０［ｎｍ］の範囲で分布している。光学モデルとした試料１００において、このような膜厚ムラが存在する場合には、図１１の点線で示すように、中心波長５４６［ｎｍ］の単一波長光を含む反射光Ｒ１１は、領域内で２倍以上の背景輝度差が発生する。よって、背景輝度差によって、一定の欠陥の検出感度を得ることができない。例えば、欠陥を２値化によって検出する場合には、背景輝度が均一であることが求められる。しかしながら、単一波長光で検出する場合には、背景に欠陥が埋もれ、欠陥を検出することは困難である。

一方、図１１の実線で示すように、反射光Ｒ１１及び反射光Ｒ１２を合成した白色光の場合には、５％以内の背景輝度差しか起きない。よって、背景輝度を均一にすることができる。これにより、欠陥の検査への影響を低減することができる。このため、欠陥の検出精度を向上させることができる。

すなわち、反射光Ｒ１１及び反射光Ｒ１２を合成し、白色光を含むブロードな波長の光を用いることで、試料１００の表面と界面との干渉があっても、常に一定の背景輝度として、反射光の強度を安定的に得ることができる。このため、膜干渉の影響を低減することができる。よって、照明光Ｒ１０を試料１００の上面において走査させた場合のイメージングにより、試料１００の欠陥を取得することができる。

このように、本実施形態の検査装置１は、反射光Ｒ１１及び反射光Ｒ１２の合成強度の分布から、試料１００の欠陥分布を取得することができる。処理部５０は、欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドＶＤの分布を取得することができる。また、処理部５０は、欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥ＫＫ及びパーティクルＰＴの少なくともいずれかの分布を取得することができる。以下で、界面ボイドＶＤが明点箇所となること、結晶欠陥ＫＫ及びパーティクルＰＴが暗点箇所となることを説明する。

＜欠陥：界面ボイド＞
図１２は、実施形態１に係る検査装置において、界面ボイドＶＤを含む試料１００に対して、白色光を含む照明光Ｌ１０で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、支持基板１１０と薄膜１２０との間に形成された界面ボイドＶＤ（空気層）の厚さを示し、縦軸は、反射率を示す。図１２には、界面ボイドＶＤを含む試料１００の光学モデルも示している。

図１２に示すように、界面ボイドＶＤの厚さが０［ｎｍ］、すなわち、界面ボイドＶＤがない箇所からの反射率は、略１６［％］である。界面ボイドＶＤの厚さが１００［ｎｍ］の箇所からの反射率は、略３７［％］である。よって、０～１００［ｎｍ］の厚さの界面ボイドＶＤが存在する場合には、局所的に干渉を起こす。そして、界面ボイドＶＤは、２倍以上明るくなる。このため、界面ボイドＶＤが存在する場合には、局所的な干渉により、明点として検出することができる。

＜欠陥：パーティクル＞
図１３は、実施形態１に係る検査装置１において、パーティクルＰＴ等の異物を含む試料１００に対して、白色光を含む照明光Ｌ１０で照明した場合の反射率を例示したグラフであり、横軸は、薄膜１２０上に位置するパーティクルＰＴ等の異物の高さを示し、縦軸は、反射率を示す。図１３には、パーティクルＰＴ等の異物を含む試料１００の光学モデルも示している。異物としては、例えば、試料１００の表面に研磨剤砥粒であるシリカ残差を想定する。

図１３に示すように、異物（パーティクル）の高さが０［ｎｍ］、すなわち、異物がない場合の反射率は、１６［％］程度である。一方、異物がある場合には、シリカ層による干渉によって、どの厚さ、すなわち、どの高さでも、異物がない場合に比べて反射率が小さくなる。よって、パーティクル等の異物がある個所は、暗点箇所として検出することができる。

＜欠陥：結晶欠陥＞
図１４は、実施形態１に係る試料１００において、表面に結晶欠陥ＫＫとして形成されたピットを例示した断面図である。図１５は、実施形態に係る試料１００において、試料１００の表面に平行な面に直交する反射光を直交反射成分とした場合に、ピットの内面で反射する反射光の直交反射成分を例示したグラフであり、横軸は、ピットの内面の位置を示し、縦軸は、直交反射成分を示す。

図１４に示すように、試料１００の表面に欠陥が形成されているとする。欠陥は、例えば、結晶欠陥ＫＫとして、半球状のピットであると仮定する。検査装置１は、共焦点光学系２０を有し、試料１００に対して照明した照明光Ｌ１０の正反射光を検出する。よって、検査装置１は、照明光Ｌ１０の焦点を合わせた試料１００の表面と平行な面に直交する反射光Ｒ１０を検出する。

ここで、ピットの直径に相当するピットの幅をピット幅ｄとする。ピットの内面の位置Δｄを、ピットの幅方向における０～ｄの範囲とする。欠陥がない試料１００の表面において反射した反射光の強度をＡ_０とする。ピットの内面で反射する反射光の強度Ａのうち、試料１００の表面に平行な面に直交する反射光を直交反射成分Ａ_１し、試料１００の表面に平行な成分を平行反射成分Ａ_２とする。

そうすると、図１５に示すように、斜面形状と見なせるピットの内面からの反射光の強度Ａは、直交反射成分Ａ_１の減少により、暗点として検出される。ピットの底面が共焦点光学系２０の分解能よりも十分小さい場合には、強度Ａ_０となる点は検出されない。よって、ピットは、一様に暗点として検出される。

＜検査方法＞
次に、本実施形態に係る検査方法を説明する。図１６は、実施形態１に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

図１６のステップＳ１１に示すように、まず、照明光Ｌ１０を生成する。具体的には、光源１０は、例えば、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成する。照明光Ｌ１０は、例えば、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光でもよい。

次に、ステップＳ１２に示すように、試料１００に対して、共焦点光学系２０を介して、照明光Ｌ１０で照明する。試料１００は、支持基板１１０と、支持基板１１０上に形成された薄膜１２０と、を有するものである。試料１００の薄膜１２０側から照明光Ｌ１０で照明する。

次に、ステップＳ１３に示すように、照明光Ｌ１０が試料１００で反射した反射光Ｒ１０を、反射光Ｒ１１と、反射光Ｒ１２とに分離する。例えば、反射光Ｒ１０を、ダイクロイックミラーによって分離する。反射光Ｒ１１は、例えば、中心波長λ＝５４６［ｎｍ］のピークを含む光である。反射光Ｒ１２は、反射光Ｒ１０から反射光Ｒ１１を差し引いた光である。

次に、ステップＳ１４に示すように、反射光Ｒ１１を検出するとともに、反射光Ｒ１２を検出する。具体的には、検出器４１は、共焦点光学系２０を介して反射光Ｒ１１を検出し、検出器４２は、共焦点光学系２０を介して反射光Ｒ１２を検出する。

次に、ステップＳ１５に示すように、反射光Ｒ１１の強度の分布から膜厚分布を取得する。例えば、受光した単一波長の反射光Ｒ１１から、薄膜１２０等の膜厚ムラを由来とした干渉縞を検出する。検出した干渉縞から膜厚ムラを検査することができる。

次に、ステップＳ１６に示すように、反射光Ｒ１１の強度と、反射光Ｒ１２の強度と、を合成した合成強度の分布から、試料１００の欠陥分布を取得する。例えば、欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得する。また、欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得する。このようにして、膜厚ムラ及び欠陥を検査することができる。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の検査装置１は、試料１００で反射した反射光Ｒ１０を、単一波長の光を含む反射光Ｒ１１と、それ以外の反射光Ｒ１２と、に分離する反射光分離手段３０を備えている。そして、処理部５０は、反射光Ｒ１１の強度の分布から膜厚分布を取得するとともに、反射光Ｒ１１の強度と、反射光Ｒ１２の強度と、を合成した合成強度の分布から、試料１００の欠陥分布を取得する。よって、膜厚ムラ及び欠陥の双方を検査することができる。

膜厚ムラを検査する場合には、受光した単一波長の反射光Ｒ１１から、薄膜１２０等の膜厚ムラを由来とした干渉縞を検出する。干渉縞は、反射光Ｒ１１の光路差により生じる。したがって、光路差程度の微小な膜厚ムラを高精度で検出することができる。

欠陥を検査する場合には、反射光Ｒ１１の強度と、反射光Ｒ１２の強度と、を合成した合成強度の分布から、試料１００の欠陥分布を取得する。合成強度は、反射光分離手段３０によって分離される前の反射光Ｒ１０を含む。よって、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を用いているので、膜干渉の影響を低減させた像を取得することができる。よって、背景輝度差が抑制され、高精度で欠陥を検査することができる。

欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得することができる。一方、欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得することができる。このように、本実施形態の検査装置１は、イメージングにより、欠陥の分類をすることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２を説明する。本実施形態では、薄膜１２０の膜厚の絶対値を測定する。試料１００の各層の材料の光学定数が既知の場合には、干渉強度の変化から膜厚変化の絶対値が同定可能である。

また、例えば、特許文献４及び特許文献５の膜厚測定方法により、薄膜１２０における所定の箇所の膜厚を測定してもよい。特許文献４及び特許文献５では、共焦点光学系２０を用いて、複数の波長の光を切り替えることで、膜厚を測定することができる。具体的には、第１波長及び第２波長に対する反射率の測定データをそれぞれ求め、波長と反射率との関係が膜厚毎にそれぞれ示されている計算データを参照して、測定データから膜厚を近似して算出する。複数波長の画像から、各画素に対してカーブフィット法を適用することで膜厚を計算し、膜厚分布を求めることができる。

白色光を用いた分光膜厚測定、または、特許文献４及び特許文献５の膜厚測定により、任意の定点における膜厚の絶対値を事前に取得しておくことで、定点からの膜厚変化量から、試料１００全体の膜厚の絶対値を測定することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。また、実施形態１及び２の各構成を組み合わせたものも、実施形態の技術的思想の範囲に含まれる。

１検査装置
１０光源
２０共焦点光学系
３０反射光分離手段
４１、４２検出器
５０処理部
６０ステージ
６１ステージ面
１００試料
１１０支持基板
１２０薄膜
１３０絶縁膜
ＫＫ結晶欠陥
Ｌ１０照明光
ＰＴパーティクル
Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２反射光
ＶＤ界面ボイド

Claims

所定の波長の第１範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成する所定光源と、
基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から前記照明光で照明する共焦点光学系と、
前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、所定の波長の少なくとも第２範囲に渡って連続した波長の光を含む第２反射光と、に分離する反射光分離手段と、
前記共焦点光学系を介して前記所定光源による前記第１反射光を検出し、検出した前記第１反射光の強度を出力する第１検出器と、
前記共焦点光学系を介して前記所定光源による前記第２反射光であって、前記第２範囲に渡って連続した波長の光を含む光を検出し、検出した当該第２範囲に渡って連続した波長の光の強度を出力する第２検出器と、
前記第１検出器によって検出された前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するとともに、前記第１反射光の強度と、前記第２検出器によって検出した前記第２範囲に渡って連続した波長の光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得する処理部と、
を備え、
前記第１範囲は、前記第２範囲を含む、
検査装置。
前記処理部は、前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得する、
請求項１に記載の検査装置。
所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成する光源と、
基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から前記照明光で照明する共焦点光学系と、
前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、第２反射光と、に分離する反射光分離手段と、
前記共焦点光学系を介して前記第１反射光を検出し、検出した前記第１反射光の強度を出力する第１検出器と、
前記共焦点光学系を介して前記第２反射光を検出し、検出した前記第２反射光の強度を出力する第２検出器と、
前記第１検出器によって検出された前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するとともに、前記第１反射光の強度と、前記第２検出器によって検出した前記第２反射光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得する検査装置。
前記光源は、前記照明光として、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光を生成する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の検査装置。
前記反射光分離手段は、ダイクロイックミラーである、
請求項１～４のいずれか１項に記載の検査装置。
所定の波長の第１範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を所定光源で生成するステップと、
基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から共焦点光学系を介して前記照明光で照明するステップと、
前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、所定の波長の少なくとも第２範囲に渡って連続した波長の光を含む第２反射光と、に分離するステップと、
前記共焦点光学系を介して前記所定光源による前記第１反射光を検出するとともに、前記共焦点光学系を介して前記所定光源による前記第２反射光であって、前記第２範囲に渡って連続した波長の光を含む光を検出するステップと、
前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するステップと
前記第１反射光の強度と、前記第２範囲に渡って連続した波長の光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得するステップと、
を備え、
前記第１範囲は、前記第２範囲を含む、
検査方法。
前記試料の欠陥分布を取得するステップにおいて、
前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得する、
請求項６に記載の検査方法。
所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む照明光を生成するステップと、
基板と、基板上に形成された薄膜と、を有する試料に対して、薄膜側から共焦点光学系を介して前記照明光で照明するステップと、
前記照明光が前記試料で反射した反射光を、第１波長の光を含む第１反射光と、第２反射光と、に分離するステップと、
前記共焦点光学系を介して前記第１反射光を検出するとともに、前記共焦点光学系を介して前記第２反射光を検出するステップと、
前記第１反射光の強度の分布から膜厚分布を取得するステップと
前記第１反射光の強度と、前記第２反射光の強度と、を合成した合成強度の分布から、前記試料の欠陥分布を取得するステップと、
を備え、
前記試料の欠陥分布を取得するステップにおいて、
前記欠陥分布における明点箇所より、界面ボイドの分布を取得し、前記欠陥分布における暗点箇所より、結晶欠陥及びパーティクルの少なくともいずれかの分布を取得する、
検査方法。
前記照明光を生成するステップにおいて、
前記照明光として、可視領域の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光を生成する、
請求項６～８のいずれか１項に記載の検査方法。
前記第１反射光と、第２反射光とに分離するステップにおいて、
前記反射光を、ダイクロイックミラーによって分離する、
請求項６～９のいずれか１項に記載の検査方法。