JPH0743322B2 - 検査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、検査技術、特に、半導体装置の製造における
ウエハの外観検査に適用して有効な技術に関する。

［背景技術］ たとえば、半導体装置の製造において、ウエハに付着し
た微細な異物などを検出するため、次のような外観検査
を行うことが考えられる。

すなわち、所定の平面内において回転されるウエハ平面
の所定の検査部位に、Ｐ偏光およびＳ偏光を照射しつつ
走査する。

そして、ウエハに形成された規則的な形状のパターンか
ら前記Ｐ偏光およびＳ偏光が反射された場合には、Ｐ偏
光およびＳ偏光何れの場合においても反射光がＳ偏光と
なることを利用し、規則的なパターンに付着した乱雑な
形状の異物からの反射光にのみ含まれるＰ偏光を、回転
されるウエハの直上部に設けられた検出器に捕捉させて
検出することにより、ウエハの所定の部位における異物
の有無を判別するものである。

一方、規則的な形状のパターンにおいても、微視的に見
ればその表面にある程度の凹凸などが存在することは避
けられず、正常なパターンからの反射光の中に、前記の
凹凸などに起因して若干のＰ偏光成分が含まれるため、
Ｐ偏光の光量を検出する際に所定のしきい値を設定し、
たとえば実際には存在しない異物が存在したかのように
検知される虚報などの発生を防止することが考えられ
る。

しかしながら、前記のような検査方法においては、回転
されるウエハに形成されたパターンの方向に垂直にＰ偏
光またはＳ偏光が入射される瞬間に検出器に捕捉される
反射光の光量が最大となり、この時正常なパターンの凹
凸部などに起因して発生されるノイズとしてのＰ偏光の
光量も最大となる。

このため、前記のしきい値は、反射光の光量が最大の時
の値に応じて設定せねばならず、この時の比較的大なＰ
偏光の光量に相当するレベル以下の異物を判別すること
が不可能となる。

このことは、半導体装置の小型化高集積化に伴ってウエ
ハに形成されるパターンが微細化され、パターンに付着
される異物の検出をより高精度で行うことが要求されつ
つある事情を考慮する時、重大な問題となることを本発
明者は見いだした。

なお、ウエハの光学的な検査技術について説明されてい
る文献としては、株式会社工業調査会、昭和56年11月10
日発行、「電子材料」1981年別冊、P235〜P242がある。

［発明の目的］ 本発明の目的は、検査精度を向上させることが可能な検
査技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

［発明の概要］ 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、つぎの通りである。

すなわち、被検査物にＳ偏光およびＰ偏光をそれぞれ照
射し、被検査物において反射された光線のうちＰ偏光成
分のみを検出することによって所定の検査を行う検査
で、Ｘ方向とＹ方向に移動自在のXYテーブル上にパター
ンの方向がＸ方向またはＹ方向となるようにして被検査
物を載置し、前記Ｓ偏光およびＰ偏光をこれらの光軸が
Ｘ方向またはＹ方向に対して所定の傾斜角をなすように
照射し、この傾斜角を維持した状態でXY方向にXYテーブ
ルを移動させ、被検査物は該被検査物に形成されたパタ
ーンに対して常に所定の傾斜角を維持させて前記Ｓ偏光
およびＰ偏光により走査して検査を行うことにより、た
とえば、被検査物に入射されるＳ偏光およびＰ偏光の光
軸が被検査物に形成されたパターンの方向に垂直となる
ことに起因して被検査物の正常な部位からの反射光に含
まれるノイズとしてのＰ偏光成分の光量が大となって検
査感度が低下されることを防止し、検査精度を向上させ
たものである。

［実施例］ 第１図は、本発明の一実施例であるウエハ外観検査装置
の要部を示す模式図であり、第２図、第３図および第４
図は、その作用を説明する説明図である。

互いに直交するＸ方向およびＹ方向の２方向に移動自在
なXYテーブル１（載置台）の上には、ウエハ２（被検査
物）が着脱自在に水平に載置されている。

この場合、ウエハ２は、ウエハ２に形成された規則的な
パターン３の方向が前記XYテーブル１の移動方向である
ＸおよびＹ方向と平行または垂直となるようにセットさ
れている。

さらに、XYテーブル１の周辺部には、互いに対向する方
向に設けられＰ偏光（Ｐ）のみを放射するレーザ光源４
（光源部）およびレーザ光源５（光源部）が、同様に互
いに対向する方向に設けられＳ偏光（Ｓ）のみを放射す
るレーザ光源６（光源部）およびレーザ光源７（光源
部）がそれぞれ等間隔で配設され、Ｐ偏光およびＳ偏光
の光線がウエハ２の所定の一点に向けてほぼ水平に照射
されるように構成されている。

この場合、互いに対向して配設された一対のレーザ光源
４および５、同様にレーザ光源６および７は、Ｘおよび
Ｙ方向に対して所定の傾斜角をなして設けられている。

すなわち、Ｘ方向に対してレーザ光源４は＋45度、レー
ザ光源５は−135度、レーザ光源６は−45度、レーザ光
源７は＋135度の傾斜角をなして配設されており、前記
各レーザ光源から放射される光線はXYテーブル１のＸお
よびＹ方向に平行または垂直になるようにセットされた
ウエハ２のパターン方向に対して所定の傾斜角で入射さ
れる構造とされている。

また、XYテーブル１の直上方には、ウエハ２の所定の検
査部位において反射される反射光を集束する対物レンズ
８が光軸をほぼ垂直にして設けられ、さらに上方には偏
光板９および受光器10（検出手段）が対物レンズ８の光
軸上に順に配設されている。

そして、偏光板９においては、ウエハ２からの反射光に
含まれるＳ偏光成分が遮断されＰ偏光成分のみが透過さ
れて受光器10に到達されるように構成されている。

受光器10においては到達された反射光線が光電変換によ
り、たとえば電圧などの電気的な信号に変換されて比較
部11に出力される。

比較部11には、しきい値設定部12が接続され、受光器10
から入力される電気信号からノイズ成分などが除去され
て異物の有無などの判定が行われ、ウエハ２の所定の測
定部位における異物の有無の情報が中央制御部13に伝達
されるように構成されている。

XYテーブル１はXYテーブル駆動部14を介して中央制御部
13に接続され、XYテーブル１に載置されるウエハ２の送
り動作などが制御される構造とされている。

また、中央制御部13には、記憶部15が接続され、ウエハ
２の所定の測定部位における異物の有無などの情報が異
物の座標情報などともに保持されるように構成されてい
る。

以下、本実施例の作用について説明する。

XYテーブル１に載置されたウエハ２の所定の一点には、
複数のレーザ光源4,5から放射されるＰ偏光、およびレ
ーザ光源6,7から放射されるＳ偏光が同時に照射される
とともに、XYテーブル駆動部14を介して制御部に駆動さ
れるXYテーブル１はXY方向にジクザクに平行移動され、
ウエハ２の所定の一点に照射された光線のスポットはウ
エハ２の表面を全面にわたって相対的に走査される。

この時、走査中のウエハ２の表面におけるスポットの位
置座標は制御部13によって把握されている。

一方、ウエハ２に形成された規則的な形状のパターン３
に照射されたＳ偏光およびＰ偏光の反射光は、第２図に
示されるように、ほぼＳ偏光成分のみとなるが、パター
ン３の一部にあらゆる方向を向く面を持つ不規則な形状
の異物16が付着している場合、第３図に示されるよう
に、異物16から反射される反射光にはＰ偏光成分が含ま
れるようになり、この反射光に含まれるＰ偏光成分はＳ
偏光成分のみを遮断する偏光板９を透過して受光器10に
到達される。

そして、受光器10においてＰ偏光成分の光量は電気的な
信号に変換され、比較部11においてしきい値設定部12の
しきい値と比較され、ウエハ２の所定の部位における異
物16の付着の有無が判別され、制御部13に伝達される。

ところで、ウエハ２に形成されたパターン３は形状が規
則的といえども微視的に見ればその表面には微細な凹凸
が存在し、このような微細凹凸などに起因して、前記反
射光の中にある程度のＰ偏光成分がノイズとして混在さ
れることは避けられず、またその強度は受光器10に入射
される反射光の光量に比例して増大されるものである。

さらに、受光器10に入射される反射光の光量は、第４図
において破線で示されるようにパターン３の方向に対し
て垂直に入射される時が最大となる。

このため、たとえばウエハ２が回転され、ウエハ２の所
定の方向に規則的に形成されたパターン３に所定の方向
から光線を入射させて検査が行われる場合には、パター
ンの方向に対して光線が垂直に入射される瞬間にパター
ン３の表面の微細な凹凸などに起因して発生されるノイ
ズとしてのＰ偏光成分の光量が最大となり、しきい値設
定部12には、前記のノイズとしてＰ偏光成分を識別する
べく比較的大きな値を設定しなければならず、ノイズと
してのＰ偏光成分よりも低いレベルの比較的微細な異物
３を検出できないという不具合を生じる。

ところが、本実施例においては、複数のレーザ光源4,5
およびレーザ光源6,7からウエハ２に照射されるＰ偏光
およびＳ偏光の光軸が、ウエハ２に形成された規則的な
パターン３の所定の方向に対して常に第４図に実線で示
されるように所定の傾斜角をもつように構成され、正常
なパターン３から反射された反射光の光量が最大となる
方向が、対物レンズ８の光軸からそれるようにされてい
る。

すなわち、本実施例では４つのレーザ光源4,5,6,7の軸
が互いに90度をなして配設されているため、各レーザ光
源の光軸がパターン３の方向に垂直をなす方向から均等
に回避され、４つのレーザ光源から放射されウエハ２の
表面で反射される反射光のうち受光器10に入射される光
量が最小となるように、レーザ光源４および６はパター
ン３の所定の方向に対してそれぞれ±45度、レーザ光源
７および５はそれぞれ±135度の傾斜をなすように配設
され、さらにウエハ２を平行移動させ、前記の傾斜角を
維持しつつウエハ２の全面にわたる走査が行われるよう
に構成されている。

このため、パターン３に対する異物の付着の有無にかか
わらず不可避的に反射光中に混在されるノイズ成分とし
てのＰ偏光成分の受光器10に到達される光量が検査のど
の時点においても最小となり、ノイズ除去などのために
しきい値設定部12に設定されるしきい値を必要以上に高
く設定することが回避できる。

さらに、パターン３に付着される異物16は、あらゆる方
向に向く面を有する不規則な形状であるため、異物16の
表面で反射され受光器10に到達されるＰ偏光成分の光量
は、複数のレーザ光源からの光線の照射方向に影響され
ずほぼ一定となる。

この結果、異物16の検出感度を向上させることができ、
ウエハ２に対するより微細な異物16の付着を検知するこ
とが可能となる。

そして、制御部13に伝達されたウエハ２の所定の部位に
おける異物16の有無の情報は、その時のXYテーブル１の
位置、すなわちウエハ２の平面内における座標値などと
共に記憶部15に保持され、後の種々のウエハ処理工程な
どにおいて参照される。

なお上記の説明では、主としてウエハ２に形成されたパ
ターンに付着される異物の検出について説明したが、パ
ターン３における比較的大きな寸法の不規則な突出や欠
損などの欠陥部も通常前記の異物と同様に不規則な表面
形状を呈するものであり、これらの欠陥の検出に本実施
例の検査装置が使用できることは言うまでもない。

［効果］ （１）.X方向とＹ方向とに移動するXYテーブルに被検査
物をこれに規則的に形成されたパターンの方向がＸ方向
またはＹ方向となるように載置し、Ｓ偏光およびＰ偏光
をその光軸がＸ方向またはＹ方向に対して所定の傾斜角
となるように被検査物の表面に照射し、この所定角を維
持させるようにしてXYテーブルを走査移動させることに
より、被検査物を該被検査物に形成されたパターンの方
向に常に所定の傾斜角を維持したＳ偏光およびＰ偏光に
対して走査させて検査が行われるため、被検査物に形成
されたパターンの正常な部位から反射されて検出される
反射光の光量を低減でき、たとえば、被検査物に入射さ
れるＳ偏光およびＰ偏光の光軸が被検査物に形成された
パターンの方向に垂直となることに起因して被検査物の
正常な部位からの反射光に含まれるノイズとしてのＰ偏
光成分の光量が大となることによって検査感度が低下さ
れることが防止でき、検査精度が向上される。

（２）．被検査物の周辺部に等間隔に配設され被検査物
にＳ偏光およびＰ偏光をそれぞれ照射する４つの光源部
の光軸と被検査物に形成されたパターンの方向との傾斜
角が、それぞれ±45度および±135度であることによ
り、被検査物によって反射され、検出部に入射される反
射光の光量を最小にでき、検査感度を最良にできる。

（３）．前記（１），（２）の結果、ウエハの表面に付
着したより微細な異物を確実に検出でき、ウエハ検査に
おける信頼性が向上される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
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。

たとえば、Ｐ偏光成分を検出する構造としては、Ｓ偏光
成分のみを遮断する偏光板を使用することに限らず、Ｐ
偏光成分のみに感応する受光器を使用してもよい。

［利用分野］ 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるウエハの外観検査技
術に適用した場合について説明したが、それに限定され
るものではなく、たとえば、フォトマスク、回折格子な
ど、規則性のあるパターンの検査などに広く適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるウエハ外観検査装置
の要部を示す模式図、 第２図、第３図および第４図は、その作用を説明する説
明図である。 １……XYテーブル（載置台）、２……ウエハ（被検査
物）、３……パターン、4,5,6,7……レーザ光源（光源
部）、８……対物レンズ、９……偏光板、10……受光器
（検知手段）、11……比較部、12……しきい値保持部、
13……制御部、14……XYテーブル駆動部、15……記憶
部、16……異物。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ方向とＹ方向とに移動自在のXYテーブル
   上に載置された被検査物にＳ偏光およびＰ偏光をそれぞ
   れ照射し、被検査物において反射された光線のうちＰ偏
   光成分のみを検出することによって被検査物の検査を行
   う検査方法であって、 前記被検査物に規則的に形成されたパターンの方向がほ
   ぼＸ方向またはＹ方向となるようにして前記XYテーブル
   に前記被検査物を載置し、 前記Ｓ偏光およびＰ偏光を、それぞれの光軸が前記被検
   査物の表面に対してほぼ水平となりかつ前記Ｘ方向また
   はＹ方向とに対して所定の傾斜角となるように前記被検
   査物に照射し、 前記被検査物を前記XYテーブルによってXY方向に移動さ
   せることにより前記Ｓ偏光およびＰ偏光を、前記パター
   ンに対して所定の傾斜角を保持した状態で前記被検査物
   に走査させるようにしたことを特徴とする検査方法。
2. 【請求項２】前記傾斜角が、±45度および±135度であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の検査方
   法。
3. 【請求項３】前記被検査物がウエハであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の検査方法。
4. 【請求項４】XYテーブル上に載置された被検査物にＳ偏
   光およびＰ偏光をそれぞれ照射し、被検査物において反
   射された光線のうちＰ偏光成分のみを検出することによ
   って被検査物の検査を行う検査装置であって、 Ｘ方向とＹ方向とに移動自在となり、規則的なパターン
   が形成された前記被検査物を前記パターンをＸ方向また
   はＹ方向に位置させて支持するXYテーブルと、 前記被検査物にＳ偏光およびＰ偏光を、それぞれの光軸
   が前記被検査物の表面に対してほぼ水平となりかつ前記
   Ｘ方向またはＹ方向に対して所定の傾斜角となるように
   前記被検査物に照射する複数の光源部と、 前記XYテーブルをXY方向に駆動し、前記Ｓ偏光およびＰ
   偏光を前記パターンに対して所定の傾斜角が維持された
   状態で前記被検査物に対して走査させるテーブル駆動手
   段と、 前記被検査物において反射された光線のうちＰ偏光成分
   のみを検出する検出手段とを有することを特徴とする検
   査装置。
5. 【請求項５】前記傾斜角が±45度および±135度である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の検査装
   置。
6. 【請求項６】前記被検査物がウエハであることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載の検査装置。