TWI467159B - Surface inspection device and surface inspection method - Google Patents

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Description

表面檢查裝置及表面檢查方法
本發明係關於檢查半導體晶圓或液晶基板等表面之表面檢查裝置及方法。
在半導體電路元件或液晶顯示元件之製程中，會進行半導體晶圓或液晶基板(之後總稱為「基板」)表面所形成之反覆圖案(配線等線與間隔的圖案)之異常檢查。自動化之顯示檢查裝置，係將基板裝載於可傾斜之載台上，對基板表面照射檢查用之照明光(非偏光)，並根據從基板上之反覆圖案產生的繞射光(例如1次繞射光)擷取基板影像，再根據此影像之明暗差(對比)特定出反覆圖案的異常部位(參照例如專利文獻1)。再者，上述表面檢查裝置，能藉由傾斜調整載台進行基板上之反覆間距不同之反覆圖案的異常檢查。
作為檢查形成於基板表面之反覆圖案的技術，有使用上述繞射光之檢查(之後，將此種檢查稱為繞射檢查)，或利用正反射光之檢查(之後，將此種檢查稱為正反射檢查)或利用圖案之構造性複折射而產生之偏光狀態之變化的檢查(之後，將此種檢查稱為PER檢查)等。藉由此等檢查狀方法，能高速且高精度檢測出因曝光裝置之離焦或劑量偏移之線寬不良、光阻塗布不良等。
此外，正反射檢查對膜厚之變化敏感，且對光阻塗布不良或劑量偏移之檢測感度高，然而此係藉由薄膜之干涉使亮度變化而達成。此變化在未形成圖案程度為止即使產失離焦或劑量偏移，亦能自薄膜干涉之影響取得亮度。又，繞射檢查中，相較於離焦及劑量偏移，在未形成圖案之部位繞射光之亮度為最低(零)，在形成圖案時即可得到亮度，然而繞射光之亮度相較於離焦及劑量偏移，並不會產生線性變化，又，PER檢查中，在焦點之最佳位置亮度成為最大，對圖案變形亮度即降低。又，關於劑量方面，圖案之邊緣部分為銳角時亮度即提高，與焦點之情形同樣地，對圖案變形亮度即降低。
[專利文獻1]日本特開平第10-232122號公報
然而，上述正反射檢查、繞射檢查、以及PER檢查中，雖能檢測出基板上之某些異常，但無法特定出異常之原因。
本發明係有鑒於此種問題而構成，其目的在於提供能特定出異常原因之表面檢查裝置及方法。
為達成此種目的，本發明之表面檢查裝置，其特徵在於，具備：檢查光照明部，將檢測光照射於具有既定反覆圖案之被檢測基板表面；繞射光檢測部，檢測來自該檢查光所照射之該被檢測基板表面之繞射光；偏光照明部，將第1直線偏光照射於該被檢測基板表面；偏光轉換部，將來自該第1直線偏光所照射之該被檢測基板表面之反射光，轉換成振動方向與該第1直線偏光不同之第2直線偏光；偏光檢測部，檢測該第2直線偏光；以及檢查部，根據以該繞射光檢測部檢測出之該繞射光、以及以該偏光檢測部檢測出之該第2直線偏光，檢查該反覆圖案中有無異常；該檢查部，係根據各該異常原因預先求出之該異常原因之大小與該繞射光亮度的關聯、以及該異常原因之大小與該第2直線偏光亮度的關聯，特定出該異常之原因。
此外，上述表面檢查裝置中，該反覆圖案最好係使用曝光裝置形成；且具備：資料庫部，係分別求出該曝光裝置之焦點偏移量與該繞射光亮度的關聯、該焦點偏移量與該第2直線偏光亮度的關聯，以及該曝光裝置之劑量偏差量與該繞射光亮度的關聯、該劑量偏差量與該第2直線偏光亮度的關聯，以作成資料庫；該檢查部，藉由將以該繞射光檢測部檢測出之該繞射光亮度與該資料庫上之該繞射光亮度對照，且將以該偏光檢測部檢測出之該第2直線偏光亮度與該資料庫上之該第2直線偏光亮度對照，以求出該焦點偏移量或該劑量偏差量。
又，上述表面檢查裝置中，最好係具備將裝置條件設定成會產生該繞射光之條件設定部；該異常原因之大小與該繞射光亮度的關聯，係根據能藉由該條件設定部變更設定而取得之複數個該裝置條件，就各該繞射光求出。
又，本發明之表面檢查方法，其特徵在於，具備：第1步驟，將檢測光照射於具有既定反覆圖案之被檢測基板表面；第2步驟，檢測來自該檢查光所照射之該被檢測基板表面之繞射光；第3步驟，將第1直線偏光照射於該被檢測基板表面；第4步驟，將來自該第1直線偏光所照射之該被檢測基板表面之反射光，轉換成振動方向與該第1直線偏光不同之第2直線偏光；第5步驟，檢測該第2直線偏光；以及第6步驟，根據以該第2步驟檢測出之該繞射光、以及以該第5步驟檢測出之該第2直線偏光，檢查該反覆圖案中有無異常；該第6步驟中，根據各該異常原因預先求出之該異常原因之大小與該繞射光亮度的關聯、以及該異常原因之大小與該第2直線偏光亮度的關聯，特定出該異常之原因。
此外，上述表面檢查方法中，該反覆圖案最好係使用曝光裝置形成；且具有：前步驟，係分別求出該曝光裝置之焦點偏移量與該繞射光亮度的關聯、該焦點偏移量與該第2直線偏光亮度的關聯，以及該曝光裝置之劑量偏差量與該繞射光亮度的關聯、該劑量偏差量與該第2直線偏光亮度的關聯，以作成資料庫；該第6步驟中，藉由將以該第2步驟檢測出之該繞射光亮度與該資料庫上之該繞射光亮度對照，且將以該第5步驟檢測出之該第2直線偏光亮度與該資料庫上之該第2直線偏光亮度對照，以求出該焦點偏移量或該劑量偏差量。
又，上述表面檢查方法中，最好係具有將裝置條件設定成會產生該繞射光之次步驟；該異常原因之大小與該繞射光亮度的關聯，係根據能藉由該次步驟變更設定而取得之複數個該裝置條件，就各該繞射光求出。
根據本發明，能特定出異常之原因。
以下，參照圖式說明本發明之較佳實施形態。圖1表示本實施形態之表面檢查裝置之一例，以此裝置檢查被檢測基板之半導體晶圓10的表面缺陷(異常)。此表面檢查裝置1，具備載置並保持晶圓10之保持具5，將未圖示之搬送裝置搬送來之晶圓10載置於保持具5上，且以真空吸附來固定保持。保持具5，係以通過以此方式固定保持之晶圓10之中心(保持具5之中心)且與晶圓10表面垂直之軸AX為旋轉軸，將晶圓10保持為能旋轉(在晶圓10表面內之旋轉)。又，保持具5能以通過晶圓10表面之軸為中心使晶圓10傾斜(傾斜動作)，能調整檢查用照明光(後述之檢查光或直線偏光)之射入角。
表面檢查裝置1，進一步具備將檢查用照明光作為平行光照射於固定保持於保持具5之晶圓10表面的照明光學系統20、將來自晶圓10接受檢查用照明光照射時之反射光或繞射光等聚光的聚光光學系統30、及接受以聚光光學系統30聚光之光來檢測晶圓10表面之像的CCD攝影機40。照明光學系統20係以具有金屬鹵素燈或水銀燈等光源21、使具有特定波長之光選擇性地透射之波長選擇部22、導引透射過波長選擇部22之光的光纖23、以使光纖23射出之照明光反射之照明側凹面鏡25為主體來構成。
又，來自光源21之光係透射波長選擇部22，而具有特定波長之照明光係從光纖23往照明側凹面鏡25射出，由於光纖23之射出部配置於照明側凹面鏡25之焦點位置，因此從光纖23往照明側凹面鏡25射出之照明光，係藉由照明側凹面鏡25成為平行光束並照射於保持在保持具5之晶圓10表面。此外，照明光對晶圓10之射入角與射出角之關係，能以使保持具5傾斜(傾斜動作)來使晶圓10之載置角度變化，藉此來調整。
又，於光纖23與照明側凹面鏡25間，設置能插拔於光路上之照明側偏光過濾器24，如圖1所示，在將照明側偏光過濾器24自光路上拔除之狀態下進行繞射檢查，如圖2所示，在將照明側偏光過濾器24插入至光路上之狀態下進行PER檢查(關於照明側偏光過濾器24之詳細，留待後述)。
來自晶圓10表面之射出光(反射光或繞射光)以聚光光學系統30聚光。聚光光學系統30係以與保持具5對向配設之受光側凹面鏡31為主體來構成，受光側凹面鏡31所聚光之射出光(反射光或繞射光)係經由CCD攝影機40之攝影透鏡41到達攝影元件42上，使晶圓10之像成像。其結果，晶圓10表面之像形成於CCD攝影機40之攝影元件42上。
又，於受光側凹面鏡31與CCD攝影機40間，設置能插拔於光路上之受光側偏光過濾器32，如圖1所示，在將受光側偏光過濾器32自光路上拔除之狀態下進行繞射檢查，如圖2所示，將受光側偏光過濾器32插入至光路上之狀態下進行PER檢查(關於受光側偏光過濾器32之詳細，留待後述)。
CCD攝影機40係將形成於攝影元件42上之晶圓10表面之像進行光電轉換而產生影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。於影像處理檢查部45，電氣連接有資料庫部46與影像顯示裝置47。影像處理檢查部45，係根據自CCD攝影機40輸入之晶圓10之影像訊號，將晶圓10之影像轉換成既定位元(例如8位元)之數位影像。於資料庫部46預先儲存有良品晶圓(照射區域)之影像資料或產生離焦或劑量偏移時之晶圓(照射區域)之影像資料，影像處理檢查部45，產生晶圓10之影像(數位影像)後將晶圓10之影像資料與資料庫部46之影像資料進行比較，以檢查晶圓10表面有無異常(缺陷等)。接著，以影像顯示裝置47輸出顯示影像處理檢查部45之檢查結果及此時之晶圓10的影像。
然而，於晶圓10表面，如圖3所示，於XY方向排列複數個晶片區域11，並於各晶片區域中形成有既定反覆圖案12。反覆圖案12，如圖4所示，係沿其短邊方向(X方向)以一定間距P排列複數個線部2A之光阻圖案(例如，配線圖案)。相鄰之線部2A彼此間係空間部2B。此外，將線部2A之排列方向(X方向)稱為「反覆圖案12之反覆方向」。又，將反覆圖案12之線部2A之線寬DA 的設計值設為間距P之1/2。
以下，參照圖10及圖11所示之流程圖說明使用本實施形態之表面檢查裝置1之表面檢查方法。此外，預先在晶圓10之表面檢查之前，使曝光裝置之焦點量與劑量變化而作成形成有反覆圖案的晶圓。此時，係就各曝光照射區域使焦點量與劑量成矩陣狀地變化進行曝光顯影。以下將此種晶圓稱為FEM晶圓。
最初說明製程作成步驟，如圖10所示，首先將FEM晶圓搬送至晶圓5上(步驟S101)，並實施對準(步驟S102)。
在進行對準後，拍攝在FEM晶圓產生之繞射光之影像(步驟S103)。拍攝繞射光之影像時，係使保持具5旋轉成晶圓表面上之照明方向與反覆圖案2之反覆方向一致，且將圖案之間距設為P，將照射於晶圓表面之檢查光的波長設為λ，將檢查光之射入角設為θi，將n次繞射光之射出角設為θr時，以滿足次(1)式之方式進行設定。
P×{sin(θr)-sin(θi)}=±n×λ　…(1)
亦即，將射入角θi及射出角θr(亦即，保持具5之傾斜角)設定成會產生與反覆圖案2之間距P對應之n次繞射光。如此，可在產生繞射光之傾斜角使照明光量最佳化，並拍攝繞射光之影像。此外，此時係以最佳焦點且最佳劑量之照射區域為基準照射區域，將照明光量設定成所拍攝之影像亮度成為最佳亮度。又，此時係確認在其他傾斜角是否亦不產生繞射光，當有產生繞射光之其他條件時即進行相同設定。再者，一邊使照明波長λ變化一邊同樣地求出產生繞射光的條件，並進行攝影。
此外，為了拍攝繞射光之影像，首先係在將照明側偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32從光路上拔去的狀態(參照圖1)下，對FEM晶圓(10)表面照射檢查光，並以CCD攝影機40檢測從FEM晶圓(10)表面射出之繞射光(例如1次繞射光)。此時，來自光源21之光係透射過波長選擇部22而從光纖23往照明側凹面鏡25射出，藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持的FEM晶圓(10)表面。接著，從FEM晶圓(10)表面射出之繞射光藉由受光側凹面鏡31被聚集並成像於CCD攝影機40之攝影元件42上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42上之FEM晶圓(10)之繞射像進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。
當如上述以複數個繞射條件拍攝繞射光之影像時，影像處理檢查部45，係針對以複數個繞射條件拍攝之影像，分別將所拍攝之影像以照射區域單位擷取出來，並求出在各照射區域之平均亮度、標準偏差等(步驟S104)。接著，從以複數個繞射條件拍攝之影像中，根據與焦點量變化對應之亮度變化及與劑量變化對應之亮度變化，選擇出亮度變化為最大之影像亦即繞射條件(不過，係去除從基底膜厚之狀態判斷為不均的繞射條件)。此處，將在FEM晶圓產生之繞射光之影像一例顯示於圖12。從圖12可知，在FEM晶圓10f就各照射區域檢測出之平均亮度，會隨焦點量及劑量之變化而變化。此外，圖12中央之粗框係基準照射區域，就各照射區域檢測出之平均亮度的大小係以斜線之濃淡來表示。
此外，當有反覆圖案12之反覆方向與其他不同的部分時，係盡可能地改變方向並同樣地進行拍攝，自加入上述條件之所有影像選擇亮度變化為最大的影像。又，繞射光亦可係0次之繞射光(亦即正反射光)。
當選擇亮度變化為最大之繞射條件後，影像處理檢查部45即以此時之繞射條件(傾斜角或照明波長λ等)作為製法登錄於資料庫部46，且將該繞射條件中相對於焦點量及劑量之各照射區域的平均亮度(及標準偏差等)登錄於資料庫部46(步驟S105)。
其次，拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像(步驟S106)。
然而，如上述，將反覆圖案12之線部2A之線寬DA 的設計值設為間距P之1/2。反覆圖案12如設計值形成時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 相等，線部2A與空間部2B之體積比大致為1：1。對此，形成反覆圖案12時之曝光焦點自適當值偏離時，雖然間距P不變，但線部2A之線寬DA 與設計值會不同，且空間部2B之線寬DB 亦會不同，線部2A與空間部2B之體積比自大致1：1偏離。
PER檢查，係利用如上述之反覆圖案12之線部2A與空間部2B之體積比的變化，進行反覆圖案12之異常檢查。此外，為使說明簡單，將理想之體積比(設計值)設為1：1。體積比之變化，係因曝光焦點自適當值偏離而出現在晶圓10之各照射區域。此外，體積比亦可稱為截面形狀之面積比。
在PER檢查中，照明側偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32插入至光路上(參照圖2)，關於此種PER檢查之原理，以後，與進行PER檢查時之裝置的構成一起依序說明。
如上述，保持具5係以軸AX為旋轉軸並將晶圓10保持成可旋轉，能使晶圓10之反覆圖案12之反覆方向(圖3及圖4之X方向)在晶圓10之表面內旋轉。進行PER檢查時，保持具5將晶圓10保持為水平狀態且在既定旋轉位置停止，將晶圓10之反覆圖案12之反覆方向保持為相對於後述之照明光的射入面(照明光之行進方向)成45度傾斜。
照明側偏光過濾器24係配設於光纖23與照明側凹面鏡25之間，且其透射軸設定於既定方位，根據透射軸將來自光源21之光轉換成直線偏光。此時，由於光纖23之射出部配置於照明側凹面鏡25之焦點位置，因此照明側凹面鏡25係使透射過照明側偏光過濾器24之光成為平行光束，照明被檢測基板之晶圓10。如此，自光纖23射出之光透過照明側偏光過濾器24及照明側凹面鏡25成為第1直線偏光L1(參照圖6(a))，照射於晶圓10之表面整體。
第1直線偏光L1之行進方向(到達晶圓10表面上任意點之直線偏光L1的主光線方向)係與來自光纖23之光軸O1大致平行。光軸O1係相對於通過保持具5之中心的法線(軸AX)傾斜既定角度。
又，第1直線偏光L1係以p偏光射入晶圓10。亦即，如圖6(a)所示，含有直線偏光L1之行進方向與電氣向量之振動方向的平面(直線偏光L1之振動面)包含於直線偏光L1之射入面A2內。直線偏光L1之振動面係以照明側偏光過濾器24之透射軸來限制。此外，於晶圓10各點之直線偏光L1的射入角由於為平行光因此彼此相同，且相當於光軸O1與法線(軸AX)所成之角度。
又，由於射入晶圓10之直線偏光L1為p偏光，因此如圖5所示，反覆圖案12之反覆方向(X方向)設定為相對於直線偏光L1之射入面A2(於晶圓10表面之直線偏光L1的行進方向)成45度之角度時，於晶圓10表面之直線偏光L1之振動面方向與反覆圖案12之反覆方向(X方向)所成之角度亦設定為45度。
換言之，第1直線偏光L1，係於晶圓10表面之直線偏光L1之振動面方向(圖7之V方向)相對於反覆圖案12之反覆方向(X方向)傾斜45度的狀態下，以斜向橫切過反覆圖案12的方式射入反覆圖案12。
此種第1直線偏光L1與反覆圖案12之角度狀態係於晶圓10表面整體為均一。此外，即使將45度稱為135度、225度、315度中任一個，第1直線偏光L1與反覆圖案12之角度狀態亦相同。又，將圖7之振動面方向(V方向)與反覆方向(X方向)所成之角度設定為45度係為了使反覆圖案12之異常檢查的感度為最高。
接著，當使用第1直線偏光L1照明反覆圖案12時，自反覆圖案12於正反射方向產生橢圓偏光L2(參照圖6(b))。此時，橢圓偏光L2之行進方向與正反射方向一致。正反射方向係指包含於直線偏光L1之射入面A2內，且傾斜與直線偏光L1之射入角相等角度的方向。
此處，簡單說明第1直線偏光L1因在反覆圖案12之反射而橢圓化，而自反覆圖案12產生橢圓偏光L2的理由。第1直線偏光L1射入反覆圖案12時，振動面方向(圖7之V方向)分成圖8所示之2個偏光成分VX ,VY 。其中一個偏光成分VX 係與反覆方向(X方向)平行之成分。另一個偏光成分VY 係與反覆方向(X方向)垂直之成分。此外，2個偏光成分VX ,VY 分別獨立接受不同振幅變化與相位變化。振幅變化與相位變化不同係因反覆圖案12之異向性而複數反射率(亦即複數個振幅反射率)不同，稱為構造性複折射(form birefringence)。其結果，2個偏光成分VX ,VY 之反射光係振幅與相位相互不同，該等之合成之反射光成為橢圓偏光L2(參照圖6(b))。此處，為了使構造性複折射產生，需使所照射之光之波長較圖案長很多，又，由於所照射之光之波長較圖案長時即難以觀察繞射光，因此進行PER檢查時所使用之光係與進行繞射檢查時所使用之光不同而使用較長波長的光。
又，因反覆圖案12之異向性而橢圓化的程度，可視為在圖6(b)所示之橢圓偏光L2中與在圖6(a)所示之直線偏光L1之振動面垂直之偏光成分L3(參照圖6(c))。此外，該偏光成分L3之大小係取決於反覆圖案12之材質及形狀、和圖7之振動面方向(V方向)與反覆方向(X方向)所成之角度。因此，V方向與X方向所成角度保持為一定值(在本實施形態為45度)時，即使反覆圖案12之材質為一定，若反覆圖案12之形狀產生變化，橢圓化的程度(偏光成分L3之大小)也會變化。
說明反覆圖案12之形狀與偏光成分L3之大小的關係。如圖4所示，反覆圖案12具有沿X方向將線部2A與空間部2B交互排列之凹凸形狀，若以適當之曝光焦點依設計值形成時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 相等，且線部2A與空間部2B之體積比成為大致1：1。此種理想形狀之情形，偏光成分L3之大小為最大。對此，曝光焦點自適當值偏離時，線部2A與空間部2B之體積比自大致1：1偏離。此時，偏光成分L3之大小與理想情形相比係較小。若將偏光成分L3之大小變化予以圖示，係如圖9所示。圖9之橫軸係線部2A之線寬DA 。
如此，使用第1直線偏光L1，在圖7之振動面方向(V方向)相對於反覆圖案12之反覆方向(X方向)傾斜45度的狀態下照明反覆圖案12時，於正反射方向反射所產生之橢圓偏光L2，其橢圓化程度(圖6(c)之偏光成分L3的大小)對應反覆圖案12之形狀(線部2A與空間部2B之體積比)。橢圓偏光L2之行進方向係包含於直線偏光L1之射入面A2內，與直線偏光L1之行進方向相對於通過保持具5之中心的法線(軸AX)對稱地傾斜。
此外，聚光光學系統30之光軸O2係設定為相對於通過保持具5之中心的法線(軸AX)傾斜成正反射方向。是以，來自反覆圖案12之反射光之橢圓偏光L2沿該光軸O2前進。
受光側偏光過濾器32係配設於聚光光學系統30之受光側凹面鏡31與CCD攝影機40間，使來自晶圓10表面之正反射光透射過並轉換成第2直線偏光L4(參照圖6(c))。受光側偏光過濾器32之透射軸的方位，係設定為相對上述照明側偏光過濾器32之透射軸成垂直。亦即，與第2直線偏光L4之行進方向垂直之面內之第2直線偏光L4的振動方向設定為，垂直於與第1直線偏光L1之行進方向垂直之面內之第1直線偏光L1的振動方向。
是以，橢圓偏光L2透射過受光側偏光過濾器32後，僅相當於橢圓偏光L2之於圖6(c)之偏光成分L3的直線偏光L4被抽出，並導引至CCD攝影機40。其結果，於CCD攝影機40之攝影元件42上，分別形成第2直線偏光L4之晶圓10的反射像。此外，晶圓10之反射像的明暗係與直線偏光L4之光強度大致成正比，並依反覆圖案12之形狀而變化。又，晶圓10之反射像為最明亮之理由在於，反覆圖案12為理想形狀之故。
為了拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像，首先係在將照明側偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32插入光路上的狀態(參照圖2)下，對FEM晶圓(10)表面照射第1直線偏光L1，並透過受光側偏光過濾器32以CCD攝影機40檢測在FEM晶圓(10)表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)。此時，來自光源21之光係透射過波長選擇部22而從光纖23射出，藉由照明側偏光過濾器24轉換成第1直線偏光L1，且藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持的FEM晶圓(10)表面。接著，在FEM晶圓(10)表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)藉由受光側凹面鏡31被聚集並在受光側偏光過濾器32轉換成第2直線偏光L4後成像於CCD攝影機40之攝影元件42上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42上之第2直線偏光L4之FEM晶圓(10)之反射像進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。
此外，在拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像時，係使保持具5旋轉成晶圓表面上之照明方向(直線偏光L1之振動面方向)與反覆圖案12之反覆方向所成之角度成為45度，且使保持具5傾斜成直線偏光L1之射入角與橢圓偏光L2之射出角相等(於正反射方向)。接著，藉由波長選擇部22使照明波長變化之複數個PER條件進行拍攝。又，此時，係以最佳焦點且最佳劑量之照射區域為基準照射區域，將照明光量設定成所拍攝之影像亮度成為最佳亮度。此外，亦可不改變照明光量，但改變CCD攝影機40之曝光時間來設定。
當如上述以複數個PER條件進行拍攝時，影像處理檢查部45，係針對以複數個PER條件拍攝之影像，分別將所拍攝之影像以照射區域單位擷取出來，並求出在各照射區域之平均亮度、標準偏差等(步驟S107)。接著，從以複數個PER條件拍攝之影像中，根據與焦點量變化對應之亮度變化及與劑量變化對應之亮度變化，選擇出亮度變化為最大之影像亦即PER條件(不過，係去除從基底膜厚之狀態判斷為不均的PER條件)。此處，將PER檢查之FEM晶圓之影像一例顯示於圖13。從圖13可知，在FEM晶圓10中就各照射區域檢測出之平均亮度，會隨焦點量及劑量之變化而變化。此外，圖13中央之粗框係基準照射區域，就各照射區域檢測出之平均亮度的大小係以斜線之濃淡來表示。
此外，關於晶圓表面上之照明方向(直線偏光L1之振動面方向)與反覆圖案12之反覆方向所成之角度為45度以外，係67.5度或22.5度、進而135度、112.5度或157.5度時亦同樣地拍攝影像，並與45度之情形配合而選擇亮度變化為最大之影像(亦即PER條件)。
當選擇亮度變化為最大之PER條件後，影像處理檢查部45即以此時之PER條件(照明波長或傾斜角等)作為製法登錄於資料庫部46，且將該PER條件中相對於焦點量及劑量之各照射區域的平均亮度(及標準偏差等)登錄於資料庫部46(步驟S108)。
雖如上述進行製法作成步驟，但相對焦點量及劑量之變化之各照射區域的平均亮度，於繞射檢查及PER檢查分別各存在兩種類，分別求出繞射檢查中之焦點及劑量之變化量與平均亮度之關聯、以及PER檢查中之焦點及劑量之變化量與平均亮度之關聯，並以資料庫部46作成此等之資料庫。例如圖14所示，藉由使用FEM晶圓10f，在繞射檢查中，求出最佳焦點且最佳劑量之基準照射區域時的平均亮度c0，進而，將焦點相對最佳焦點之偏移量(變化量)設為±a1,±a2,±a3，將劑量相對最佳劑量之偏差量(變化量)設為±b1,±b2,±b3時，從圖12所示之亮度分布求出上述各情形下之平均亮度c1～c11。又，在PER檢查中，求出最佳焦點且最佳劑量之基準照射區域時的平均亮度d0，進而，從圖13所示之亮度分布求出焦點之偏移量為±a1,±a2,±a3、劑量之偏差量為±b1,±b2,±b3時之平均亮度d1～d5。此外，為使說明容易化，在圖12～圖14中雖以較粗精度顯示各照射區域之亮度分布，但實際上為更多樣化之亮度分布。
圖15，係顯示焦點之偏移量為一定之情況下、繞射檢查及PER檢查之焦點偏移量與以最佳焦點照射區域為基準之照射區域平均降低亮度之關聯一例。從圖15可知，即使僅使用繞射檢查或僅使用PER檢查之關聯，雖能從平均亮度預測一定程度之焦點之偏移量，然而如圖15之圓圈所示，有即使照射區域平均降低亮度相同但偏移之極性不同的情形，僅以PER檢查(或繞射檢查)並無法得知偏移之極性，而無法特定出包含極性在內之焦點的偏移量。
相對於此，根據本實施形態之表面檢查裝置1，由於係組合繞射檢查中焦點及劑量之偏差量(變化量)與平均亮度之關聯、以及PER檢查中焦點及劑量之偏差量(變化量)與平均亮度之關聯來特定出焦點及劑量之偏差量，因此能分別以良好精度特定出包含極性在內之焦點及劑量的偏差量。且藉此，由於能較快特定出曝光時之不良處，因此能在短時間內調整曝光裝置等，而能期待可改善晶圓之良率，進而期待產能之提升。再者，藉由掌握焦點及劑量之偏差量，而能管理曝光裝置之狀態或塗布器之狀態。
如上述，在作成在作成製法之後，根據所作成之製法進行檢查步驟。此檢查步驟中，如圖11所示，首先將被檢測基板之晶圓10搬送至保持具5上(步驟S201)，並實施對準(步驟S202)。
在進行對準後，以先前步驟S105所登錄之製法(繞射條件)拍攝晶圓10之影像(步驟S203)。此時，係在將照明側偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32從光路上拔去的狀態(參照圖1)下，使來自光源21之光透射過波長選擇部22從光纖23往照明側凹面鏡25射出，藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持的晶圓10表面。接著，從晶圓10表面射出之繞射光藉由受光側凹面鏡31被聚集並成像於CCD攝影機40之攝影元件42上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42上之晶圓10之繞射像進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。
其次，以先前步驟S108所登錄之製法(PER條件)拍攝晶圓10之影像(步驟S204)。此時，係在將照明側偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32插入光路上的狀態(參照圖2)下，使來自光源21之光透射過波長選擇部22而從光纖23射出，藉由照明側偏光過濾器24轉換成第1直線偏光L1，且藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持的晶圓10表面。接著，在晶圓10表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)藉由受光側凹面鏡31被聚集並在受光側偏光過濾器32轉換成第2直線偏光L4後成像於CCD攝影機40之攝影元件42上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42上之第2直線偏光L4之晶圓10之反射像進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。
其次，影像處理檢查部45，係針對在步驟S203及S204所拍攝之影像，將所拍攝之影像以照射區域單位擷取出來，並求出在各照射區域之平均亮度、標準偏差等(步驟S205)。藉此，求出繞射檢查中各照射區域之平均亮度及PER檢查中各照射區域之平均亮度。
接著，就各照射區域，將繞射檢查中之平均亮度與(已登錄於資料庫部46之)資料庫上之(繞射檢查中之)平均亮度對照，且將PER檢查中之平均亮度與資料庫上之(PER檢查中之)平均亮度對照，藉此求出焦點之偏移量或劑量之偏差量，檢查反覆圖案12有無異常。例如圖14所示之情形下，繞射檢查中之平均亮度為c6且PER檢查中之平均亮度為d5時，焦點之偏移量為a2，劑量之偏差量b3。此外，除了平均亮度以外，亦可對照標準偏差等。藉此，由於能與資料庫上之亮度資料作對照，因此能以短時間進行檢查。
此外，上述實施形態中，當僅以繞射檢查中之平均亮度與PER檢查中之平均亮度無法完全判別焦點之偏移量或劑量之偏差量時，亦可將登錄於資料庫部46之(亦即進行繞射檢查之)繞射條件數目增加複數個。例如圖14所示之情形，亦可將焦點之偏移量為±a1,±a2,±a3、劑量之偏差量為±b1,±b2,±b3時之平均亮度，分別依據複數個繞射條件(除了c0～c11之條件以外之其他條件)予以登錄。如此，由於在資料庫上供對照之平均亮度的條件數目增加，因此能以更良好之精度特定出焦點及劑量之偏差量。另一方面，亦可將登錄於資料庫部46之(亦即進行PER檢查之)繞射條件數目增加複數個，如此能得到與增加繞射條件之情形相同的效果。
又，於上述實施形態，雖以直線偏光L1為p偏光之例進行說明，但並不限定於此。例如，亦可不使用p偏光而使用s偏光。s偏光係指振動面垂直於射入面之直線偏光。因此，如圖5所示，於晶圓10之反覆圖案12之反覆方向(X方向)，設定為對s偏光之直線偏光L1之射入面A2成45度角度時，於晶圓10表面之s偏光之振動面方向與反覆圖案12之反覆方向(X方向)所成之角度亦設定為45度。此外，p偏光有助於求取反覆圖案12之線部2A之邊緣形狀的異常資訊。又，s偏光有效率地掌握晶圓10表面之異常資訊，有助於使SN比提昇。
進一步，不限定於p偏光或s偏光，亦可為振動面對射入面具有任意傾斜度之直線偏光。此時，較佳為：將反覆圖案12之反覆方向(X方向)設定為相對於直線偏光L1之射入面成45度以外的角度，並將於晶圓10表面之直線偏光L1之振動面方向與反覆圖案12之反覆方向(X方向)所成之角度設定為45度。
又，在上述實施形態，雖利用來自光源21之照明光與照明側偏光過濾器24製作出直線偏光L1，但並不限定於此，若以雷射作為光源使用，則不需要照明側偏光過濾器24。又，亦可替代CCD攝影機40，而使用CMOS等之放大型固態攝影元件。
又，上述實施形態中，針對CCD攝影機40所拍攝之影像雖就各照射區域求出平均亮度，但此在如記憶體電路般各照射區域中存在均一之反覆圖案時較為有效，當例如邏輯電路等，有在各照射區域不存在反覆圖案之區域時，亦可將各照射區域之存在圖案的區域部分地擷取出來並求出平均亮度。
1．．．表面檢查裝置
10．．．晶圓(被檢測基板)
12．．．反覆圖案
20．．．照明光學系統(各照明部)
30．．．聚光光學系統
32．．．受光側偏光過濾器(偏光抽出部)
40．．．CCD攝影機(各檢測部)
45．．．影像處理檢查部(檢查部及條件設定部)
46．．．資料庫部
L1．．．直線偏光(第1直線偏光)
L2．．．橢圓偏光
L3．．．偏光成分
L4．．．直線偏光(第2直線偏光)
圖1係表示本發明之表面檢查裝置的整體構成圖。
圖2係顯示於表面檢查裝置之光路上插入了偏光過濾器之狀態的圖。
圖3係半導體晶圓表面之外觀圖。
圖4係用以說明反覆圖案之凹凸構造的立體圖。
圖5係用以說明直線偏光之射入面與反覆圖案之反覆方向之傾斜狀態的圖。
圖6係用以說明直線偏光與橢圓偏光之振動方向的圖。
圖7係用以說明直線偏光之振動面與反覆圖案之反覆方向之傾斜狀態的圖。
圖8係用以說明直線偏光之振動面方向分成與反覆方向平行之偏光成分及與反覆方向垂直之偏光成分的狀態的圖。
圖9係用以說明偏光成分之大小與反覆圖案之線部之線寬之關係的圖。
圖10係顯示本發明之表面檢查方法的第1流程圖。
圖11係顯示本發明之表面檢查方法的第2流程圖。
圖12係顯示繞射檢查之FEM晶圓之影像的示意圖。
圖13係顯示PER檢查之FEM晶圓之影像的示意圖。
圖14係顯示相對焦點及劑量之偏差量之平均亮度的示意圖。
圖15係顯示繞射檢查及PER檢查之焦點偏移量與平均亮度之關聯例的圖表。
1．．．表面檢查裝置
5．．．保持具
10．．．晶圓(被檢測基板)
20．．．照明光學系統(各照明部)
21．．．光源
22．．．波長選擇部
23．．．光纖
24．．．照明側偏光過濾器
25．．．照明側凹面鏡
30．．．聚光光學系統
31．．．受光側凹面鏡
32．．．受光側偏光過濾器(偏光抽出部)
40．．．CCD攝影機(各檢測部)
41．．．攝影透鏡
42．．．攝影元件
45．．．影像處理檢查部(檢查部及條件設定部)
46．．．資料庫部
47．．．影像顯示裝置
AX．．．軸

Claims (8)

  1. 一種表面檢查裝置，其特微在於，具有：照明部，照明藉由加工而設之構造體；檢測部，檢測在前述構造體反射之照明光；儲存部，以分別以不同之加工條件而設之構造體為對象，將以複數個照明條件或反射條件檢測之檢測值依各前述加工條件予以儲存；以及處理部，求出以前述複數個照明條件或反射條件所包含之至少2條件從作為被檢測物之構造體檢測之檢測值與儲存於前述儲存部之檢測值在前述至少2條件中均顯示出高關聯性之一個加工條件，作為加工前述作為被檢測物之構造體的條件。
  2. 如申請專利範圍第1項之表面檢查裝置，其具有：支承部，支承於表面具有前述構造體之基板；以及角度可變部，可改變前述照明之方向與前述檢測之方向之至少一方與前述基板之相對角度。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其中，前述至少2條件包含複數個繞射條件。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其具有可改變前述照明之波長之波長可變部。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之表面檢查裝置，其中，前述加工為對應構造體之圖案之曝光，前述加工條件為曝光量與曝光時之對焦條件。
  6. 一種表面檢查方法，其特徵在於： 照明藉由加工而設之構造體；檢測在前述構造體反射之照明光；以分別以不同之加工條件而設之構造體為對象，將以複數個照明條件或反射條件檢測之檢測值依各該加工條件予以儲存；求出以前述複數個照明條件或反射條件所包含之至少2條件從作為被檢測物之構造體檢測之檢測值與前述儲存之檢測值在前述至少2條件中均顯示出高關聯性之一個加工條件，作為加工前述作為被檢測物之構造體的條件。
  7. 如申請專利範圍第6項之表面檢查方法，其中，前述加工為對應構造體之圖案之曝光，前述加工條件為曝光量與曝光時之對焦條件。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之表面檢查方法，其中，前述構造體具有反覆構造，前述檢測係檢測在前述構造體產生之複數次數之繞射光。
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