JPS6358369B2 - - Google Patents

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JPS6358369B2
JPS6358369B2 JP58099424A JP9942483A JPS6358369B2 JP S6358369 B2 JPS6358369 B2 JP S6358369B2 JP 58099424 A JP58099424 A JP 58099424A JP 9942483 A JP9942483 A JP 9942483A JP S6358369 B2 JPS6358369 B2 JP S6358369B2
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JP
Japan
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light
optical fiber
light source
integrated circuit
defect inspection
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JP58099424A
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JPS59934A (ja
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Tadashi Suda
Shinobu Hase
Katsumi Takami
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS59934A publication Critical patent/JPS59934A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はパターニングされた半導体集積回路チ
ツプに発生する欠陥を光学的に検出する欠陥検査
装置に関する。
〔発明の背景〕
パターニングされた半導体集積回路チツプ上の
諸欠陥を光学的に検出する欠陥検査装置はまだ出
現していず、半導体集積回路マスクの欠陥検査装
置をこの目的に転用しているのが現状である。目
的が異る装置を転用しているのであるから、半導
体集積回路チツプ上の欠陥検査の目的は十分には
果されていない。それは、半導体集積回路マスク
の場合には透過型の光学系を構成できるのに反し
て、半導体集積回路チツプの場合には必然的に反
射型の光学系を構成しなければならないからであ
る。すなわち、これまでに開発された透過型の光
学系で構成された半導体集積回路マスクの欠陥検
査装置を、不透明な半導体集積回路チツプ上の欠
陥検査用に変換しても、照明方法、欠陥検出方法
などの点で装置構成上問題が生じる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、したがつて、パターニングさ
れた半導体集積回路チツプ上の諸欠陥を光学的に
検出可能とするための、反射型の欠陥検査装置を
提供することである。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するために、本発明による、半
導体集積回路のチツプに発生する欠陥を検出する
ための欠陥検査装置は、正常な集積回路パターン
によつて生じる反射回折光パターンが本来到達し
ない複数の空間領域にのみ、反射回折光パターン
検出手段を設けることを要旨とする。
本発明の有利な1実施の態様においては、上記
光ビームで試料を走査するための手段がガルバミ
ラーである。
本発明の有利な他の一つの実施の態様において
は、光源が複数個の発光ダイオードまたは半導体
レーザであり、各光源には少くとも1本の光フア
イバが接続され、それらの光フアイバの他端は1
本の直線上に、または1本の直線に沿つてその両
側に、一方の側にある光フアイバの中心から上記
直線に下ろした垂線の足が他方の側にある隣接す
る2本の光フアイバの中心から上記直線に下ろし
た垂線の足の間にあるように配置され、上記光源
が上記光フアイバの先端から上記直線の一方の端
から順次光が放射されるような順序に通電される
ことによつて試料面を走査する。
本発明は、反射回折光をレンズで光検出器上に
集光する光学系にも、反射回折光を光フアイバを
用いて光検出器に導く光学系にも同様によく適用
することができる。後者の実施の態様において
は、試料と反射回折光を検出するための光検出器
の間に複数本の光フアイバが設けられ、上記光フ
アイバの1端は光学的に上記光検出器に接続さ
れ、他端は正常回路パターンによつて生じる反射
回折光が到達しない領域に、上記試料の面に対向
するように設けられている。
一般に、ウエハにパターニングされた形状(こ
こで扱うパターン形状には次の3つがある。すな
わち、(1)A、B領域が同一物質(つまり光の屈折
率が同じ)から構成されていても両領域間に外見
上の段差が形成されている場合、(2)段差がなくて
もA、B領域が互いに異物質(つまり光の屈折率
が異なる)から構成されている場合、(3)A,B領
域が互いに異物質から構成されており、かつ両領
域間に外見上の段差が形成されている場合であ
る)の特徴は第1図のように4方向に分類され
る。このような形状のものに光ビームが照射され
たときに生じる光の反射回折パターンを1枚の紙
に重ね合わせて書くと、第2図に示すように、米
印形となる。これに対して、欠陥(ここで扱うパ
ターン欠陥の代表例には(1)パターンの欠け、突
起、ギザギザなど、(2)付着異物があげられる)に
よる光の回折パターンは第2図の方向以外にも発
生(すなわち第2図の方向にも発生するが必らず
それ以外の方向にも発生する)する。例えば、円
形の欠陥であれば同心円状の明暗が繰り返された
ものとなる。
以上のことから、光の反射回折パターンのう
ち、正常な回路パターンからの回折光が到達しな
い領域だけに到来する回折光のみを集光し、これ
を電気信号に変換すれば欠陥に基因する回折光の
みを検出することにより、その結果としてパター
ニング・ウエハ上の欠陥を検出することができ
る。
〔発明の実施例〕
以下に、付図を参照しながら、実施例を用いて
本発明を一層詳しく説明するけれども、それらは
例示に過ぎず、本発明の枠を越えることなく、い
ろいろな改良や変形があり得ることは勿論であ
る。
実施例 1 第3図は本発明による欠陥検査装置の1例の構
成を図式的に示す。光は図には示されていないレ
ーザによつて発生させられ、レーザ・ビーム径を
変換するために、図には示されていないビーム・
エキスパンダを通り、ガルバミラー1に入射す
る。ガルバミラー1は矢印10で示すように軸を
中心に振動し、反射光を振らせる。反射光は走査
レンズ2、プリズム3、1/4波長板4を通過し、
試料5に到達する。以上の系は、半導体集積回路
チツプなどのパターニングされた試料5にレー
ザ・ビームを絞つて照射すること、および試料面
をこのビームで走査することの二つの目的を持つ
ている。欠陥を試料上全面に亘つて調べるために
は、二次元走査が必要となる。レーザ・ビームの
偏向によつて行なわれる走査をX方向とすれば、
Y方向の走査は試料台6のX方向に対して垂直な
方向(Y方向)の移動によつて行なわれる。
光源としてレーザを使用するときは、それから
出る光は偏光しており、1/4波長板を往復する間
に半波長の位相差を生じ、たとえばP偏光がS偏
光となり、プリズム3としてP偏光に対して透過
率大、S偏光に対して反射率大となるような特殊
な偏光プリズムを使用すれば、試料から反射され
て来る光を効率よく光検出器9の方向に反射させ
ることができる。
使用する光は必ずしも偏光している必要はな
い。そのときには、プリズムは偏光プリズムであ
る必要がなく、そのとき1/4波光板は不要となる
が、プリズムの反射効率および光源のパワー利用
率が低下することは避けられない。
欠陥の検出分解能を上げるためには、試料上に
照射されるレーザ・ビームのスポツト・サイズを
小さくする必要がある。そのためには、走査レン
ズ2に入射するビームを太くすることが必要で、
ビーム・エキスパンダはこのためのものである。
走査レンズ2に対し、ガルバミラーと試料面は互
に共役の焦点に配置される。
以上記載した配置で光が試料面に入射すると、
試料の正常な回路パターンおよび欠陥によつて反
射回折現象が起る。この回折光はレーザ・ビーム
の照射方向を逆行し、プリズム3で反射され、集
光レンズ7の方向に進行する。この集光レンズ7
の第1焦点を試料5の面上に合わせる。また、そ
の第2焦点には光検出器9が設けられている。こ
の集光レンズ7の配置によつて、このレンズの前
後における回折光の回折パターンの形状が保存さ
れる。前に述べたように、規則性のある集積回路
チツプの回路パターンによる回折光は第2図に示
すようなパターンを形成する。したがつて、上記
パターン以外の空間領域に反射回折光パタン検出
手段を設けることによつて、欠陥による回折光の
回折パターンは光検出器に到達して電気信号に変
換される。
光検出器には、光電子増倍管群、2次元に配列
された半導体検出器などを使用することができ
る。
空間フイルタの形状も、第2図に示すものは例
示に過ぎず、状況に応じて形状が異ることがあり
得ることは勿論である。
実施例 2 第4図は試料面を光ビームで走査するための手
段として光フアイバを用いる実施の態様を示す。
この実施の態様においては、光源には発光ダイオ
ードまたは半導体レーザが使用される。
第4図はこの実施の態様における本発明による
欠陥検査装置の光ビームの一次元走査装置の図式
的な説明図で、図中11は光源の電源、12はN
個から成るスイツチ群、13はN個から成る光
源、14は光フアイバの束で、各光源に1本の光
フアイバが接続され、それらの光フアイバの他端
は1本の直線上に配置してもよいが、第5図aに
示すように、1本の直線に沿つてその両側に、一
方の側にある光フアイバの中心から上記直線に下
ろした垂線の足が他方の側にある隣接する光フア
イバの中心から上記直線に下ろした垂線の足の間
にあるように、千鳥型に配列されるのが好まし
い。これは単純1列に配列すると光が当らない場
所が生じるから、これを避けるためである。さら
に、第5図aに示す光フアイバを側面から見れ
ば、上記直線の両側にある光フアイバの群は試料
面の法線に対してその両側にある角度だけ傾斜し
て設けられており、両群の光フアイバを出た光が
ウエハ上の同一直線上に当るようにするのが有利
である。
第5図aに示すように、上記光フアイバに上記
直線の一方の端から順次F1,F2,F3,F4,…
F2o,F2o+1…のように番号付けを行なえば、N個
の光源、およびそれらの光源に対応するN個のス
イツチにもSW1,SW2,SW3…のように番号付け
を行なう。このようにして、添字1のスイツチ
SW1から添字NのスイツチSWNまで、添字の順
に順次スイツチ・オンすれば、N個の光フアイバ
F1,F2,F3,F4…,F2o,F2o+1,…から添字の順
にしたがつて光が放射され、試料5が面上の1本
の直線に沿つて走査されたことになるのは明らか
である。
以上の例においてはスイツチも光源も光フアイ
バもすべてN個あるとしたけれども、例えばスイ
ツチおよび光源をN個、光フアイバを2N個とし、
光フアイバF1とF2をスイツチSW1に対応させて
も同様な結果が得られることは自明である。
必要な光フアイバの数は、1列配列の場合には
必要な1次元の走査幅を光フアイバ出力ビームの
試料面上でのビーム径で割つて得られる商に等し
く、第5図aに示す千鳥形配列の場合にはその2
倍である。
スイツチとしては電子式スイツチを用いるのが
有利である。
本実施例に示す実施の態様によれば、(1)個々の
光源の出力が高いので、照射光強度を上げること
ができる、(2)実施例1に示すガルバミラーを用い
る方式に較べ、スイツチおよび光源の応答速度が
速いので、走査速度を上げることができる、(3)実
施例1の場合と異なり、光源を任意の場所に置く
ことができる、等の利点が得られる。
以上、本実施例ではX方向の走査についてのみ
述べたけれども、Y方向の走査、その他パターン
ニングされたチツプ中の欠陥の検出は実施例1と
全く同様にして行なうことができる。
実施例 3 パターニングされたチツプ中の欠陥に起因する
回折パターンの検出にも光フアイバを使用するこ
とができる。
第6図は光フアイバの配列を側面から見た図
で、aは光フアイバの先端を半球面上に、bは平
面上に配列した実施の態様を表わす。図におい
て、5は試料で、15は欠陥からの回折光を集光
するための光フアイバ群、16は実施例1に示し
たレーザ・ビームまたは実施例2に示した光フア
イバの束を意味する。
第7図は第6図に示す光フアイバの配列の試料
面上への投影図で、aは直角座標的配列、bは同
心円的配列を模式的に示す図である。第7図から
明らかなように、第2図に示す米印形の領域内に
光フアイバをはじめから配置しないようにするこ
とによつて、欠陥に基づく回折光のみを検出する
ことができる。第7図において、17は走査幅を
意味し、試料の1チツプ幅に合致させるものとす
る。光ビームによる走査は、模式的に単に1本の
線で表わしたけれども、実施例1におけるように
ガルバミラーによつて行なつても、実施例2にお
けるように実質上1列に配列された光フアイバに
順次光を通すことによつて行なつてもよい。
この実施例に示す実施の態様によれば、(1)パタ
ーニングの形状が複雑な部分、あるいは円形に近
い部分で起る光の回折パターンは第2図に示す米
印形からずれるので、そのような場合に、試料の
パターニングの形態に応じてS/N比が最大にな
るように光フアイバの空間的な配列を選ぶことが
できる、(2)光フアイバを複数個の束に分割し、各
束に対応して光検出器を設け、電気的にS/N比
を向上させることができる、(3)検出器を任意の場
所に配置することができる、等の利点が得られ
る。また、第6図aに示した検出器の球面上配列
は同図bの平面上配列に比べて次の利点がある。
すなわち、(1)光軸から離れても受光立体角が小さ
くならないので光検出器の出力にバラツキが生じ
なく、その結果、誤検出を防止できる、(2)高次の
回折光も検出することができるのでより小さな欠
陥まで検出できる、等である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、パターニ
ングウエハが不透明な試料であるため、透過型の
光学系を構成することができない半導体集積回路
チツプなどのパターン中に現れる欠陥を検出でき
る欠陥検査装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は四つのパターニングの種類を示す平面
図、第2図は第1図の4種類のパターニングによ
つて生じる反射回折光パターンを示す平面図、第
3図は本発明による欠陥検査装置の1例を図式的
に示す構成図、第4図は本発明の他の実施の態様
による光走査装置を図式的に示す構成図、第5図
は第4図に示す光走査装置における光フアイバの
配置を示し、aは平面図、bは側面図、第6図お
よび第7図は本発明のさらに他の一つの実施の態
様における、欠陥からの回折光を集光するための
光フアイバ群のそれぞれ側面図および平面図であ
る。 1……ガルバミラー、2……走査レンズ、3…
…プリズム、4……1/4波長板、5……試料、6
……試料台、7……集光レンズ、8……空間フイ
ルタ、9……光検出器、10……ガルバミラーの
回転方向を示す矢印、11……電源、12……ス
イツチ群、13……光源、14……光フアイバの
束、15……欠陥からの回折光を集光するための
光フアイバ群、16……レーザ・ビームまたは光
フアイバの束、SW1,…SWN……スイツチ、F1
F2,F3,F4,…F2o,F2o+1……光フアイバ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光源と、上記光源からの光ビームを集積回路
    チツプ上で走査する手段と、上記光ビームが上記
    チツプに入射することによつて生じる反射回折光
    パターンを検出する手段とを備え、上記検出手段
    は上記集積回路チツプを取り囲む球面上であつ
    て、正常な集積回路パターンによつて生じる反射
    回折光パターンが本来到達しない複数の領域にの
    みに空間配置されていることを特徴とする欠陥検
    査装置。 2 上記反射回折光パターン検出手段が上記複数
    の空間領域のそれぞれに設けられ、かつ、一端は
    光検出器に接続され、他端は上記集積回路チツプ
    に対向して配置されている光フアイバからなるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の欠陥
    検査装置。 3 上記走査手段がガルバミラーからなることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項の
    いずれか1項に記載の欠陥検査装置。 4 上記光源が発光ダイオードまたは半導体レー
    ザからなり、かつ、上記走査手段が上記各光源に
    少なくとも1本の光フアイバが接続され、上記光
    フアイバの他端は1本の直線上に、または1本の
    直線に沿つてその両端に、一方の側にある光フア
    イバの中心から上記直線に下ろした垂線の足が他
    方の側にある隣接する2本の光フアイバの中心か
    ら上記直線に下ろした垂線の足の間にあるように
    配置され、上記光源が上記光フアイバの端から上
    記直線の一方の端から順次光が放射されるような
    順序に通電されることによつて上記チツプ面を走
    査するものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項または第2項のいずれか1項に記載の欠
    陥検査装置。
JP9942483A 1983-06-06 1983-06-06 欠陥検査装置 Granted JPS59934A (ja)

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JPS59934A JPS59934A (ja) 1984-01-06
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