JPS6289336A

JPS6289336A - 半導体用基板上の異物検出装置

Info

Publication number: JPS6289336A
Application number: JP22863785A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Oshima; 良正大島; Mitsuyoshi Koizumi; 小泉　光義; Yoshihiko Yamauchi; 良彦山内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-16
Filing date: 1985-10-16
Publication date: 1987-04-23
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0781956B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は、半導体ＬＳＩウェハ、特にＬＳＩ製造中ｌｕ
１工程でのパターン付ウェハ上の欠陥（微小異物やパタ
ーン欠陥）を高感度、高信頼ｔｇで検出するのに好適な
半導体ウェハ検査装置に関する。

〔発明の背景〕

従来のウェハ上の異物検査装置では、（１ル−ザイ二の
一次元高速走査と試料の並進低速移動の組合せや、ｔｉ
＋）試料の高速回転と並進低速移動との組合せによるら
縁状走査を用い−Ｃ１試料全面の走査・検出を行なって
いる。又、特開昭５７−８０５４６号公報記載の従来技
術では、自己走査型−次元光電変換素子アレイの電気的
走査と試料低速移動を組合せて上記（１）と同等の走査
を実現している。更に、最新半導体工場自動化システム
総合技術集成、第７節評化システムに記載の従来技術で
は、試料ウェハの半径位置に自己走査型−次元光電変換
素子アレイを配置し、これと試料の回転移動とを組合せ
て上記（１１）と同等の走査を実現している。

１７かし、上記従来技術の方法は、試料上にレーザ光を
照射し、その散乱光を検出しているため、パターンが生
成されたウェハでは、異物と同時にパターンも検出され
てしまい、パターン付ウェハには適用できないという不
都合がある。

ＬＳＩｄ造の中間工程でのパターン付ウェハ上の異物検
査作業は、製品歩留り向上、信頼性向上の為に不可欠で
ある。この作業の自動化け、特開昭５５−１４９８２９
　　号の他、特開昭５４−１０１３９０号、５５−９４
１４５号、５６−３０６５０号等の一連の公開特杵公報
に示されている様に、偏光を利用１゜た検出方法により
実現されている。この原理を第８図〜第１４図を用いて
説明する。

第８図に示す如く、照明光４をウェハ１表面に対して傾
斜角度φで照射したのみでは、パターン２と異物３から
同時に散乱光５と散乱光６が発生するので、パターン２
と異物３とを弁別して検出することはできない。そこで
照明光４として、偏光レーザ光を使用し７、異物３のみ
を検出する工夫を行なっている。

第９図に示す如く、ウェハ１上に存在するパターン２に
Ｓ偏光レーザ光４を照射する。（ここでレーザ光４の電
気ベクトルｌＯがウェハ表面に平行な場合をＳ偏光レー
ザ照明と呼ぶ。）一般に、パターン２の表面凹凸は微視
的に見ると照明光の波長に比べ十分小さく、光学的に滑
らかであるので、その反射光５もＳ偏光成分１１が保た
れる。従って、Ｓ偏光遮光の検光子１３を反射光５の光
路中に挿入すれば、反射光５は遮光され、光電変換素子
７には到達しない。一方、第１０図に示す如く、異物３
からの散乱光６にはＳ偏光成分に加えて、Ｐ偏光成分１
２も含まれる。

これは、異物５表面は粗く、偏光が解消される結果、Ｐ
偏光成分１２が発生するからである。従って、検光子１
３を通過するＰ偏光成分１４を光電変換素子７により検
出すれば異物３の検出が可能と々る。

ここでパターン反射光は、第８図に示す様に、レーザ光
４に対してパターン２の長手方向となす角度が直角の場
合ＶＣは、反射光５は検光子１３により完全に遮光され
るが、この角度が直角と異なる場合は完全には遮光され
ない。この考察は計測自動制御学会論文集Ｖｏｌ、１７
．　Ｎ［Ｌ２　、Ｐ２５２〜Ｐ２４２，１９８１に述べ
られている。これによれば、この角度がｉｕ角より±３
０°以内の範囲のパターンからの反射光のみが、ウェハ
ーＬ方に設置した対物レンズに入射するので、この範囲
のパターン反射光５は検光子１３により完全には遮光さ
れないが、その強度は２〜３μｍの異物からの散乱光と
弁別できる程度に小さいので実用上問題とならない。

ここで、偏光レーザ光４の傾斜角度φけ１〜３°程度に
設定している。これは以下に示す理由による。第１１図
に示す実験では、Ｓ偏光レーザ４に対する２μｍ異物散
乱光の検光子１３通通過外１４の強度Ｖｓ（第１３図）
と、パターン反射光５の検光子通過成分強度ＶｐＣ第１
４図）を対物レンズ９（倍率４ｏ×、Ｎ・Ａ＝　０．５
５　）を用いて測定した。

実験結果を第１２図に示す。これはレーザ傾斜角度φを
横軸にとり、異物・パターンの弁別比ｒ／ＶＰをプロッ
トしたものである。同図より傾斜角度φが５°以下の場
合にＶ５はＶＰと容易に弁別できるので、安定な異物検
出が可能となる。又、設、４　。

射的な事柄を考慮すると、φ＝１°〜３°が最適である
。

ここで、レーザ光源１５を左右から２個用いているのは
、異物性を有する散乱光を発生する異物に対して安定な
検出を可能とする目的からである。

次に、この検出原理を用いた異物検査方法を第１６図〜
第１８図で説明する。

第１５図に示す様に、検出範回を制限する為にスリット
８を試料結像面に設ける。これによりスリット８の開口
部の試料上への投影面積８ａの範囲内の散乱光のみが一
度に検出されるので、この面積内でのパターン反射光Ｐ
成分の積算強度１４　Ｐに比べて異物散乱光Ｐ成分１４
　ｄが十分大きければ、異物３が安定に検出できる。故
に、この面積８ａを、検出すべき異物の大きさく２〜６
μＦＩＫ）と同程度の大きさにすれば、検出感度が最適
となる。しかし、第１６図に示す様に、面積が小さいと
それだけ走査回数が多くなり、長時間の検査時間を要す
る。逆に開口面積８ａを大きくすると、短時間に検査で
きるが、検出感度が劣化する結果となる。この様子を第
１７図。

第１８図を用いて説明する。

第１７図ではウェハ表面の平面図（α１と断面図ｆｂｌ
を示す。パターン２にはパターンの僅かな凹みや、レー
ザ光４の照射方向に対して直角以外の角度を有する個所
があり、この個所の各々から僅かな散乱光Ｐ成分１４　
ｐが発生する。一方０５〜２μｍ程度の大きさの小異物
６αと２μｍ以上の大異物３ｂからは、上記パターン個
所の各々しで比べて大きな強度のＰ成分１４　ｄが発生
する。

第１８図に開口８αが試料上を走査した場合の光電変換
素子７の信号出力を示す。同図＋ａ１ではＰ成分１４　
ｐ及び１４　ｄの試料上の分布を示す。この分布上を開
口８ａが走査すると、同図ｉｂ１に示す出力を得る。こ
の例では小異物３ａとパターン２のエツジからの出力が
同一であるので、破線で示す閾値はこの出力より高い位
置に設定せざるをイロない。この結果、欠陥信号は大異
物のみの検出に限定される。

第１９図に示す様に、ウェハ上にはテストパターン１６
αやアライメントパターン１６　Ａが存在している。テ
ストパターン１６　（Ｌは回路パターンのでき具合をチ
ェックするためのものであり、アライメントパターン１
６　ｂはマスクアライメント用のパターンである。これ
らは通常の回路パターン１７に比べて細くなっていたり
、著しく高いパターン段差を有している。異物と紛られ
しい形状をしているものがあり、上記異物検出限界はこ
れらのテストパターンやアライメントパターンにより決
定される。これらは回路パターン１７外にあり、その機
能はＬＳＩ本米０機能とけ異なる為厳密な異物検査を行
なう必要はないが、これらが存在するために異物検出性
能を劣化させた状態で検査せざるを得ない。感度を高く
するト、テストパターンやアライメントパターンが虚報
となってしまう。

パターン欠陥検査の場合にも上記の事情は同様である。

テストパターン１６ａＨ回路パターン１７に比べ異なる
。条件で作られているため、存、　７　。

在する場所によりその形状が微妙に異なっている。従っ
て検査する必要のないテストパターン１６により欠陥検
出感度が制限されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、テストパターンやアライメントパター
ン等の虚報を除去し、微小な異物やパターン欠陥を高感
度で検査する半導体ウェハ検査装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

テストパターンやアライメントパターンは、ウェハ（レ
クチル、フォトマスクを含む）の品種ごとに同一個所に
配置されている。回路パターンを誤検出しないレベルで
異物あるいはパターン欠陥を検出し、直前に検査した同
一品種ウェハの検査結果と比較すると、テストパターン
やアライメントパターンによる虚報はウェハが同一品種
の場合には必ず同じ個所で検出される。

一方、異物あるいはパターン欠陥は確率的に同一個所で
検出されることは少ないので、同一個所で検出されたも
のをテストパターンやアライメントパターンによる虚報
であるとして検査結果から排除することにより、高感度
かつ高信頼度な異物あるいはパターン欠陥の検査が可能
となる。

この為、異物検出の前にウェハの位置を検出し、位置の
補正を行う必要がある。そこで、本発明の半導体ウェハ
検査装置は、試料ウェハ上の少なくとも２箇所のパター
ン位置を検出する測定手段と、測定結果に基づいてＸ、
Ｙ、θ方向のウェハの位置補正量を演算する演算回路と
、Ｘ、Ｙ、θ位置補正機構より成るウェハ位置補正装置
とを備える。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図乃至第７図を参照して
説明する。尚、異物を検査する場合について述べるが、
パターン欠陥を検査することも同様にできる。

第１図は異物検査装置の構成図である。ウェハ１をＳ偏
光レーザ光４により照射し、反射光を対物レンズ９で集
光し、光電変換素子７で検出する。また検出光路中には
、反射光のＳ偏光成分を遮光する検光子１３と、検出範
囲を制限するスリット８を挿入しである。

ウェハ１は、その全面を検査するために、Ｘステージ１
８及びＸステージ２１により夫々Ｘ、Ｙ方向に走査する
。Ｘステージ１８はモータ１９により、Ｘステージ２１
はモータ２２により駆動される。

ここで、ウェハの走査を、第１６図に示した如くする為
に、Ｘ方向には連続送り、Ｙ方向には間欠送りとする。

Ｘステージ１８は連続送りでかつ高速移動が要求される
為、モータ１９には通常直流モータを使用する。またＸ
方向のステージ座標を知るためにリニアスケール等のボ
ジシ、ンセンサ２０が必要となる。Ｘステージ２１け間
欠送りで高速移動が要求されない為、モータ２２は通常
ステップモータを使用し、Ｙ方向ステージ座標はステッ
プモータ送り駿から知ることができる。２５はステージ
制御回路であり、そ−夕１９とモータ２２を制御して第
１６図に示したようなウェハ走査を行なう。このときＸ
方向走査とウェハパターン方向とが平行になるようにモ
ータ２３を駆動し、ウェハ回転方向を詞整する。この場
合、予めアライメントパターン１６　ｂの位置を検出し
、回転方向の位置ずれを後述のように測定する。

２６　ｘ　、　２６　ｙけ座標カウンタであり、各々ボ
ジシ日ンセンサ２０の出力と、Ｙ方向間欠送り量をカウ
ントする。

３３は２値化回路であり、光電変換素子７の検出信号３
５を２値化して、異物信号３７を発生する。

２値化は第２図に示すように、検出何月３５を閾値３６
と比較することにより行なうが、このとき閾値３６０レ
ベルは、回路パターン検出信号３５　ｂを２値化せず、
テストパターンあるいはアライメントパターン検出信号
ａＳ　Ｃと微小異物検出信号３５αを２値化するレベル
に設定する。

第１図の異物何月処理回路３４は、検出した異物が虚報
であるか否かを判断し、虚報の場合には実異物信号５０
を出力しないようにする。虚報の除去は次のように行な
う。異物信号３７が来たときの座標カウンタ２６　ａｔ
　、　２６　Ｙの内容が、前に検査したウェハでも存在
した場合には、検出した異物は虚報であるとして実異物
信号５０をインヒビット（除外）する。この機能を遂行
するには、ウェハが入れ替ってもテストパターンやアラ
イメントパターンが毎回同じ座標になる必要があり、こ
のため検査開始前にウェハのＸＹθ方向の位置合せを行
なう。

ウェハ位置合せの一例を第５図に示す。同図に示すよう
に照明ランプ２９、ハーフミラ−２７゜２８およびＴＶ
カメラ等のイメージセンサ３ｏを異物検出光学系内に挿
入する。尚、まったく別な光学系としても良いが、異物
検出光学系の対物レンズ９を共用した方が、光学系がコ
ンパクトになる。照明ランプ２９によりウェハ１表面を
照明し、対物レンズ９によるウェハパターン拡大像をイ
メージセンサ３０で検出する。検出するウェハパターン
はアライメントパターン１６　Ａ又は任意の特定パター
ンであるが、第４図に示すように、Ａ、Ｂ２個所で検出
する。−例として、イメージセンサ３０がＴＶカメラ、
検出パターンが特定パターンの例としてガードラインコ
ーナである場合を第５図、第６図で説明する。まず点Ａ
でガードラインコーナ３１を検出し、ＴＶカメラ内基準
線５１とのずれＡｘＡ、ムＹＡを求める。

次にＸテーブル１８を移動させ、点ＢにおけるずれＡＸ
、　　ΔＹＨを求める。移動量はチップザイズの整数倍
である。２個所でのずれ量を求めたら、移動ｔｘ、と各
ずれ量により、ウェハパターンとＸテーブル走査方向の
角度θ＝（ΔＹＪ１Ｙａ）／ｘ。

を求め、これが零となるようにモータ２３を駆動する。

次にＡＸ、、ΔＹＡ（又は」１．ムＹＢ）が零となるよ
うにモータ１９　、モータ２２を駆動する。

これ等の位置補正の演算は、演算回路７０で行なう。そ
の後座標カウンタ２６　Ｊ及び２６　ｙをゼロクリアし
てやれば、ウェハが入れ替っても、テストパターンやア
ライメントパターンを常に同じ座標として検出すること
ができる。

テストパターンやアライメントパターンを虚報として除
去する方法を第７図によ如説明する。

異物メモリ３８は、前に検査したウェハにおける検出異
物（虚報も含む）の座標の値を記憶ｉ−でおく。異物信
号３７が発生したとき、座標カラ７　夕２６　ｘ　、　
２６　ｙの値をラッチ４１　、４２にストアする。同時
に、異物メモリ３８の内容を順次読み出し、ランチ３９
　、４０に一時スドアする。ラッチ３９とランチ４】の
差の絶対値を、演貴回路４３で算出し、Ｘ方向座標のず
れを求める。このずれ址と許容値６ｘとを比較回路４５
で比較し、ずれ量が許容値へ以下のときに一致信号を出
力する。同様に演算回路４４で、ラッチ４０とラッチ４
２の差の絶対値を求め、Ｘ方向座標のずれを求める。比
較回路４６でＹ方向のずれ電と許容値６Ｙと比較し、ず
れ量が許容値り以下のときに一致信号を出力する。そ［
７て、ＡＮＤゲート４７で比較回路４５と比較回路４６
の出力の論理積をとり、インバータ４８でＡ　Ｎ　Ｉ）
ゲート４７の出力を反転させる。異物メモリ３８の中に
検出した異物と同じ座標の値が記憶されていれば、イン
バータ４８の出力は′０″となる。ＡＮＤゲート４９で
インバータ４８出力と異物信号３７の論理積をとると、
前に検査１〜たウェハにも同座標の異物（あるいけ虚報
）があったときには、それは虚報であるとして実異物信
号５０け出力されなくなる。

ここで、異物メモリ３８は異物座標を記憶しておくもの
である。記憶しておく座標が１枚目Ｉ（最初）に検査し
たウェハの本のであるならば、第７図に示す構成で良い
が、直前に検査したウェハのものを使用するのであれば
、異物メモリをもう１組用意する必要がある。つまり検
査中のウェハの異物座標（２６ｘ　、　２６３＋出力）
をもう１組の異物メモリに記憶しながら、異物メモリ３
８の内容と比較する。次のウェハを検査する場合には異
物メモリを入れ替え、異物座標を異物メモリ３８に記憶
しながらもう１組の異物メモリの内容と比較する。

上述の方法は、検査中に異物を検出する毎に判定を行な
っているが、検査終了後に一括して判定することもでき
る。例えば前回検査した異物座標を異物メモリ３８に記
憶し、今回検査した異物座標をもう１組の異物メモリに
記憶する。

、　１５゜検査終了後に異物メモリ３８と本う１組の異物メモリと
に記憶されている異物座標を各々の異物について比較す
ることにより、−上述方法と同様な機能にすることがで
きる。

尚、第６図〜第６図で説明した光学的位置合せは、必ず
し本必要でないが、組合せとしてのウェハ外形基準位置
合せは最低限必要である。

検査前にウェハ外形基準の位置合せを行ない、第７図に
示した許容値ａｘ、りを大きくすれば、光学的位置合せ
と同様の機能を有することができる。

ウェハパターン欠陥検査の場合にも、照明系、検出器及
び検出信号処理回路が変更するのみで、上述効果が得ら
れることは明白である。

以上のように、前に検査１．たウェハと同一座標に存在
１７たものＦま、テストパターンやアライメントパタ・
−ンであるとして異物信号として出力しないようにする
ことにより、異物検出精度を向上させることができる。

〔発明の効果〕

、１６　。

本発明によれば、テストパターンやアライメントパター
ンのように、欠陥（異物あるいはパターン欠陥）に類似
した形状のものが存在しても、それらを欠陥と誤検出す
ることなしに、回路パターン内の微小な欠陥のみの検出
を尚感度かつ安定に行なうことのできる。このため、装
置の自動化が容易になる。

尚、本発明はウェハに限定されず、ホトマスクやレチク
ル等の他の製品の検査にも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る異物検査装置の構成図
、第２図は検出信号処理説明図、第３図はウェハ位置決
め装置の一例を示す構成図、第４図はウェハの平面図、
第５図及び第６図は第４図に示すウェハの部分拡大図、
第７図は異物信号処理回路の詳細構成図、第８図は反射
光と散乱光の説明図、第９図はパターンからの反射光の
説明図、第１Ｏ図は異物からの散乱光の説明図、第１）
図はレーザ光照射方法説明図、第１２図はパターン・異
物弁別性能の実験結果を示すグラフ、第１３図及び第１
４図は夫々第１２図に示すＶ５及びＶ、の説明図、第１
５図は検査装置の要部概観図、第１６図は走査説明図、
第１７図＋ａｒ及びｆＡｌは夫々ウェハの部分拡大平面
図及び所面図、第１８図（α）はウェハ上のパターン・
異物の一方向の分布図、第１８図ｉｂｌは検出信号及び
欠陥信号の波形図、第１９図はウェハの峰細平面図であ
る。１・・・ウェハ　　　　　　２・・・パターン６・・・
異物　　　　　　　４・・・照明光５・・・反射光　　
　　　　６・・・散乱光７・・・光電変換素子　　　８
・・・スリット９・・・対物レンズ　　　　１３・・・
検光子１６・・・テストパターン　　１７・・・回路パ
ターン１８・・・Ｘステージ　　　　１９１・Ｘ用モー
タ２０・・・ボジシ曹ンセンサ　２１・・・Ｙステージ
２２・・・Ｙ用モータ　　　　２３・・・θ用モータ２
９・・・照明ランプ　　　　３０・・・イメージセンサ
３３・・・２値化回路　　　　３４・・異物信号処理回
路３８・・・座標メモリ　　　　　３９．４２・・・ラ
ッチ、１９゜４３．４４・・・演算回路　　　　４５．４６・・比較
回路代理人弁理士　小　川　勝　１厘）、２０　。第１図雫３図絶４記瞥第Ｓ図手６図第７図、９４６” 第８図第ｑ閏　　　　　　　　第ｔｏ　ｒｚ第１！図／′ 第１？図第１ｓ図 ■ 第１７図第１５図イ　　　ｌ、ｚ

Claims

【特許請求の範囲】１、ウェハ上の少なくとも２箇所のパターン位置を検出
する測定手段と、測定結果に基づいて前記ウェハのＸ、
Ｙ、Θ方向の位置補正量を演算する演算回路と、Ｘ、Ｙ
、Θ位置補正機構より成るウェハ位置補正手段を備える
半導体ウェハ検査装置。２、前記測定手段は光学的測定手段でなり、該光学的測
定手段の対物レンズと光電変換器とパターン照明器とを
半導体ウェハ検査装置の本体と共用していることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体ウェハ検査装
置。