JPS58151544A - 暗視野像による欠陥検査装置 - Google Patents

暗視野像による欠陥検査装置

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JPS58151544A
JPS58151544A JP57033775A JP3377582A JPS58151544A JP S58151544 A JPS58151544 A JP S58151544A JP 57033775 A JP57033775 A JP 57033775A JP 3377582 A JP3377582 A JP 3377582A JP S58151544 A JPS58151544 A JP S58151544A
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JP
Japan
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defect
light
light beam
wafer
optical
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Pending
Application number
JP57033775A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasushi Uchiyama
内山 康
Daikichi Awamura
粟村 大吉
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NIPPON JIDO SEIGYO KK
NIPPON JIDOSEIGYO Ltd
Original Assignee
NIPPON JIDO SEIGYO KK
NIPPON JIDOSEIGYO Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956Inspecting patterns on the surface of objects

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は欠陥検査装置、特に半導体集積回路のm造に使
用するウェファ上の穂々のパターンの欠陥検査装置に関
するものである。
半導体集積回路は半導体単結晶の中での電子現象を利用
する装置であるので、表面層まで完全な結晶であること
が場想であり、また、表面すらgθμはどのll!さの
範囲にほとんどすべての回路や素子が形成されるので、
先ずウェア7表面に欠陥がないことが必要である◎この
ために各種領域くらないような加工法を採用しなければ
ならない。
ウェファの切断や機械研摩に付随する表面変質層を取り
除いた後に、不純物を添加したり、新しい結晶層をつぎ
足したり、また食刻をしたりして所属の集積回路を製造
しているが、この方法としては、気相成長(とくにエビ
タヤシャル成ff1)、 7オトエツチング、選択拡散
、イオン注入などの半導体技術特有の結晶加工法が行な
われている。一般に、上述したような方法により領域を
形成する際にはフオトレジス)を使用してウェファ上に
マスクを形成しているが、このフォトレジストマスクに
欠陥があるとこれにより形成される領域にも欠陥が生ず
ることになる。したがって7オトレジストマスクの欠陥
も検査する必要がある。
従来、ウェファ上の欠陥等を検査するには作業着が−a
lillにより目視で検査を行なっていた。しかしなが
ら作業者の目視の検査は高度な熟練が必要であり、また
集積回路の完成までには数十〜数百回観察しなければな
らないため膨大な時間と労力が必−であり、検査ミスも
生じ易かった。また、曖近のIC、L8I等の高密度化
した集積回路用のウェファでは更に高精度な検査が必要
となってきており、製造工程中における欠陥検査の精膚
が妻止りに大きく影響するようになってきている。
このような要求を満たすべく各纏ウェファの外観自動検
査装置が提案されているが、すべて明視舒像を検出対象
としているものである。しかしながら明視野検査の場合
パターンの濃淡を比較するタメ、ウニフッ作製プロセス
の影響や材料の′#性で場所によってパターンの濃淡が
変化するような対1物、特にコントラストが出にくいフ
ォトレジストパターンなどは検査が非常に困−であり、
検査不能となるものも多かった。また、明視野検査にお
いては、パターンのエッヂ部またはゴミ以外の場所でも
反射率の変化により出力信号レベルが変動し、したがっ
てその後の信号処理が峻しく、複線な回路を必要とする
欠点があった@従来、このようにコントラストの出にく
い対象物を検査するものとしては暗!野像を観察するも
のが知られている。しかし、通常の暗視***鏡でkl
孔あ1B鏡やリングスリットを用いて元軸周辺から照明
光を入射させ、光軸方向に散乱される光を受光するよう
な構成であるため、光ビームを被検体に対して移動させ
て走査を行なう装置には適用することができなかった。
本発明の目的は上述した不具合を解決し、暗視野像によ
る欠陥検査を光ビームを走査することにより行なうこと
ができ、したがって出力映像信号の処理を簡単な構成で
正確に行なうことができ、特にウェファ上の7オトレジ
ストパターンの欠陥を高精度で検査できる装置を提供し
ようとするものである。
本発明は被検体の欠陥、特に半導体集積回路のmaに用
いるウェファ上のパターンの欠陥を自動的に検知する欠
陥検査装置において、光源から波射される光ビームをレ
ンズを介して被検体上に投影すると共にこの光ビームを
被検体に対して移動させて被検体を走査する走査部と、
この走査中値検体で乱反射され#紀しンズの側方へ放射
される光を暗視野で検知する受光部と、この受光部から
の出力信号を処理して被検体の欠陥を検査する欠陥信号
形成部とを具えることを4I敵とするものである。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
fH1図は本発明の暗視野像によるウニ7アパターン欠
陥検査装置に用いる走査部の光学系の一実施例を示すも
のである。第1図において、6800 nmの波長を有
するHe−Mf3レーザー1を出射した光ビームは直角
プリズム2.8によりその方向を変えてエクスパンダ−
4に入射する。エクスパンダ−4において、光ビームは
対物レンズの口径一杯に入射させるようにその光束を広
けられた後、第1の光偏向素子6に入射する。第1光偏
向素子5においては、図中矢印で示す方向に81.5 
kHzの周液数を持つ超音波をかけて光ビームを高速で
振動させることによって、第2図に示すようにウェファ
上で最小単位の矩形のX方向(主走査方向)の走査を行
なっている。次に光ビームはX、Y方向の曲1が異なる
シリンダーレンズ6に入射して、光偏向素子5を通過す
ることによって生じた元ビームの歪を補正する。その後
、駆動モータ7と、これによって75Hzの周波数で振
動する振動ミラー8とを具える第2の光偏光装蓋に入射
した光ビームはY方向に偏向され、#!2図に示す最小
単位の矩形におけるY方向(副走査方向)の走査を続的
に移動している間に光偏向素子6によってX方向の走査
が行なわれるので、X方向の走査の開始位置と終了位置
はY方向に若干ずれることになるがこれは各走査スピー
ドの差が大暑いので無視しても差支えない。その後、光
ビームはミラー9により光軸を変えてプリズム型ビーム
スプリッタ−10へ入射する。後述する比較判定のため
にビームスプリッタ−1Oで2分割された光ビームの一
方は、中間レンズ12を介して対物レンズ14へ入射し
、他方は直角プリズム11.中間レンズ18を介して対
物レンズ15へ入射する。両党ビームとも対物レンズに
よりウェファ17上に焦点が結ばれるように自動焦点機
構を設ける。本例では目視観察も行な見るように、目視
観察用ハーフミラ−16を第1図に示すように光路上に
挿脱自在に挿入し、目視ms用光諒18がら出射した光
を直角プリズム19.ビームスプリツタ10.中間レン
ズ18および対物レンズ14を経てウェファ17上に投
射し、ウェファ17からの反射光を八−y i ラー1
6 テM射させ、!fflレンズ2oを介してウエアァ
像を観察することができるようにしている。八−7之ラ
ー16は挿脱自在に設置してあり、欠陥検査時にはjl
lv:iの矢印に示す方向へ移動して光路外に後退させ
る。両レーザー光ビームの相対的な位置の補正は、プリ
ズム11.中間レンズ1δ、対物レンズ15を一体とし
て支持する図示しない支持手段を、対物レンズ14゜1
5の光軸を結ぶ方向に微動させることによって行なうこ
とができる。
本発明においては、92図に示すようにウェファ17の
最小単位の走査は上述した第1および第2の偏向装置に
よって行ない、この走査中はウェファ17は移動させな
い0ある最小単位の走査が終了したらウェファ1フを図
示しないウェアア躯動装置によって移動させ、ウェファ
全体の検査を行なうことができるようになっている。
本発明においては1188図に拡大して示すように、対
物レンズ14を保持するレンズホルダ!1の先遣外周に
取付金具g2を固着し、この取付金具に11&の光ファ
イバg8の入射端を対物レンズ14の光軸を囲むように
取付けて受光部teFiLする。
ウェファ17やウェファ表面のレジスト1s24等ノ平
面部に集束するレーザービームは、tsstmに示すよ
うに平面部で又射してその反射光はそのまま1物レンズ
14に戻り光ファイバz8へは入射しない。それに対し
て、図示のようにウェファ17とレジスト$24のエッ
チ部に集束するレーザービームは、その境界部で!、[
射して光ファイバ2δへ入射する。これらの光ファイバ
28へ入射した散乱光は、第1図に示すように光電変換
素子25へ入射させ、エッヂ信号を発生させる。他方の
対物レンズ15についても全く同様にllI成し、取付
金具26から延在する光ファイバ27を光電変換素子2
8まで導びく。また、本実施例では複′□゛数の光7ア
イパ28,2)をまとめてそれぞれ1つの光電変換素子
g5.18に接続しているが、光ファイバを方向に基づ
いてグループに分けて各別の光電変換素子へ接続して方
向性をも加味した判定も可能である。また、本実施例で
は第1図に示すように暗視費用の受光部は2組設けられ
ていて、それらから出力されるエッヂ信号を比較して欠
陥の判定を行なっている。以下欠陥の判定方法の一例に
ついて詳述する。
第4図は上述した2つの光電変換素子g5゜28の出力
信号を処理してパターンの欠陥を検査する本発明の欠陥
検査装置の欠陥信号形成部の一例の基本的構成を示すブ
ロック図である。また、第す図はその動作を説明する信
号tIl形図である。
今第5図(〜に示すように一方のパターンにはウェファ
17上に欠陥17 aがあり、他方のパターンにはレン
ズ)l[i!4上に欠陥g4aがある−のとする。この
ようなウェファを本発明の暗視野を利用した欠陥検査装
置で走査すると、第5図(1)) 、 (0)に示す波
形の信号が光電変換素子25.28から−得られる。図
中ム、Bはそれぞれウェファ上の欠陥17aとレジスト
膜上の欠陥1141Lに対応する信号である。1114
図において、一方の光電変換素子15の出力信号を増幅
941で増幅した信号(第6図(CD )と、他方の光
電変換素子s8の出力信号を増幅I48で増幅し、位相
反転@44て位相反転した信号(第5vA(8))とを
共に欠陥判定回路45に供給する。欠陥判定回路4bで
は基本的に両人力信号を加算し、その出力は115図(
5)に示すようなものとなる。すなわち、両パターンの
一致した部分では信号レベルはOであり、欠陥の部分だ
けにパルスム′およびD′が現われることになる。しか
も、これらの欠陥は極性が反対のパルスとして現われる
ので、どちらのパターンに欠陥があるかも判定可能であ
る0その後、この信号をスライサ46に通した後欠陥検
出処理回路47に供給して処理を行なっている。
本実施例のように同一の被検体ウェファ1フ中の2つの
パターンを比較するのは、ウェファ上には同一模様の多
数のパターンがあり、これらノ々ターンの同じ位置に全
く同じ欠陥が存在する確率はきわめて少ないため、この
ような構成としても十分正確に欠陥を検出することがで
きるという事実に基づくものである。
上述した実施例では暗視時用の光受光手段として光ファ
イバを利用したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく例えば第6図に示すような凹面鏡を利用した例でも
可能である。#!6図において、中心部が円形に穴のあ
いた平面jI162の穴の部分を通って暗視費用光ビー
ムを対物レンズ50に入射させ、ウェファ17上に焦点
を結ばせる。
ウェファ上のパターンに欠陥があると乱反射が生じ、そ
の乱反射光を対物レンズのまわりに中空円形状に配置し
た凹面鏡51によりとらえて、鏡52、レンズ68を介
して受光素子Is4に入射させている。その後の判定方
法は上述した実施例と同様な構成をとっている。しかし
本実施例で番ま凹面′a51の構成が大型となるので、
寸法的制約のある場合は不適当である。
また、上述した実施例では欠陥判定を2つのパターンを
比較することによって行なっていたが、本発明はこれに
限定されるものでなく例えば第7図に波形図で示す方法
でも可能である。第7図において(a3はウェファ上の
パターンを示していて、このようなウェファ17とレン
ズ)*14のエッヂ部では第7図Φ)に示すようにほと
んど同じ輻W、をもった信号が得られる。そのため、回
路内で正常なエッヂ部の幅の許される上限と下限をあら
かじめ定めておき、信号を検知したときにその範囲内に
あるかどうかを判定することによって欠陥やゴミを検査
できる。例えば、第7図(0)に示すような幅W、 、
 W、の信号は欠陥と判定できる。上述した構成をとる
と、今までの実施例ではS組必要であった測光系を1組
にすることがで自る。畜らに、本発明の欠陥検査装置に
よれば檀々の領域を形成する以前のウェファ上の欠陥や
ゴミをも検出することができるし、またフォトレジスト
膜以外のパターン、例えば絶縁膜のパターンや導電膜の
パターンなどエッヂ部を有するものであればどのような
パターンでも高精度で検査することがでる。
以上−細に説明したように、本発明の暗視舒像による欠
陥検査装置によれば、従来きわめて困罐であったウェフ
ァ上のレジスト膜パターン等の検査を容易かつ正確に行
なうことができ、その後の映像信号の処理も簡単にする
ことができ、半導体装置1lIaの妻止りの改善に大き
く貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
の−例の構成を示す線図的斜視図、 第2図は同じくその走査方法を示す図、@a図は同じく
その受光部を拡大して示す断面図、 j14Fi!:Jは本発明の欠陥検査@置の信号処理部
の一例の基本構成を示すブロック図、 第6図は第4ritiに示した回路の動作を説明するた
めの断面図および信号波形図、 第6図は本発明の欠陥検査装置の光学系の他の・実施例
の構成を示す縞図、 第7図は本発明の欠陥検査装置における欠陥判定方法の
他の実施例を説明するための断面図および信号波形図で
ある。 l・・・レーザー光源 2 、8 、11 、19・・・直角プリズム番・・・
エクスパンダ   6・・・第1光偏向素子6・・・シ
リンダーレン:X 7・・・駆動モータ8・・・振動ミ
ラー    9・・・ミラー10・・・ビームスプリッ
タ− 1211δ・・・中間レンズ 14 、 IIS・・・
対物レンズ1フ・・・ウェファ     17a・・・
ウェファ上の欠陥2! 、 25・・・取付金具  2
8 、27・・・光ファイバハ・・・レジストg   
  g4a・・・レンズ−1そ腐の欠陥25 、28・
・・光電変換素子 4g、4δ・・・増幅器   i・・・位相反転−45
・・・欠陥判定回路   46・・・スライサ47・・
・欠陥検出始[1iJ路 60・・・コンデンサレンズ 51・・・穴あき四面鏡   52・・・穴あ自平面鏡
54・・・変光素子。 特許出願人 日本自動1IlI#I1株式会社第1図 5 第2図 第3図 第5図 第6図 2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 L 被検体の欠陥、特に半導体集積回路の**に用いる
    ウェファ上のパターンの欠陥を自動的に検知する欠陥検
    査装置において、光源から放射される光ビームをレンズ
    を介して被検体上に投影すると共にこの光ビームを被検
    体に対して移動させて被検体を走査する走査部と、この
    走査中被検体で乱反射され前記レンズの側方へ放射され
    る光を暗視舒で検知する受光部と、この受光部からの出
    力信号を4611して被検体の欠陥を検査する欠陥信号
    形成部とを具えることを特徴とする暗視野像による欠陥
    検査装置。 息 前記走査部には、超音波により光ビームをX方向に
    高速で振る第1偏向装置と、ミラーの振動によりX方向
    と直交するY方向に低速で振る第2偏向装置とを設け、
    二次元的に走査し得るよう構成したことを特徴とする特
    許−′□−求のm1ll!第1項紀載の欠陥検査v7&
    置。 & 前記受光部を、入射端を前記レンズの光軸を囲むよ
    うに配置したII教本の光ファイバと、これら光ファイ
    バの出射端に、対向して配置した光電変換素子とにより
    構成したことを特徴とする特許−求の範囲第1項記載の
    欠陥検査装置0
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