WO2017043012A1 - ウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置 - Google Patents

ウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置 Download PDF

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wafer
optical system
pit
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defect
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達弥 長田
雅彦 江頭
智勝 内野
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株式会社Sumco
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8477—Investigating crystals, e.g. liquid crystals

Definitions

  • the present invention relates to a wafer inspection method and a wafer inspection apparatus for inspecting the presence or absence of defects that may occur on the wafer surface, and more particularly to a wafer inspection method capable of inspecting the presence or absence of pits on the wafer surface.
  • a defect inspection technique on the surface of a wafer serving as a substrate of a semiconductor device is becoming extremely important.
  • defects crystal defects, scratches, foreign matters, etc. on the wafer surface are collectively referred to as “defects”. Such defects include crystal defects such as pits and COPs, polishing unevenness due to processing, scratches, and the like, as well as particles that are foreign matters attached to the wafer surface. Also, in this specification, the description of “wafer surface” refers to both the main surface on the front side and the main surface on the back side of the wafer, and is distinguished from the case where only the surface on one side is indicated.
  • the surface of the wafer after finishing mirror polishing is scanned with laser light, and scattered light caused by particles, scratches, etc. present on the surface. Wafer inspection is performed to detect.
  • an appearance inspection that visually determines the wafer surface is also used. Since the appearance inspection is a sensory inspection, variations in the determination by the inspector are unavoidable, and it takes time for the inspector to learn. Therefore, establishment of an objective inspection method and an automatic inspection method is required.
  • a map processing step of continuously capturing part images on the back side of the wafer along the circumferential direction of the wafer, synthesizing the captured part images to create an entire image on the back side of the wafer, and differential processing the entire image A differential processing step of creating a differential processing image of the wafer back surface, and detecting and evaluating polishing unevenness, cloudiness, scratches, and particles based on the whole image or the differential processing image. Is the method.
  • FIG. 1B is an extract of the main part from FIG. 1A in order to illustrate the irradiation light L 1 and the reflected light (scattered light) L 2 irradiated by the ring fiber illumination 11.
  • the first optical system 10 includes a ring fiber illumination 11 and a first light receiving unit 12, and the first light receiving unit includes a telecentric lens 13 and a light receiving unit 14 including a CCD camera, for example.
  • the ring fiber illumination is an ultra high pressure mercury lamp.
  • the first light receiving unit 12 receives vertical scattered light from the scattered light L 2 and images it, and measures position information and luminance information of the first optical system 10.
  • FIG. 2A is an example of an entire image on one side of the wafer obtained by such a first optical system 10
  • FIG. 2B shows a commercially available LPD inspection apparatus (SP1; KLA) for the same wafer. It is an LPD map measured by Tencor Corporation). 2A and 2B, it can be confirmed that any device can detect scratches, particles, and the like.
  • a defect determined as a particle may include a pit. If it is a relatively large pit with a long diameter or long side exceeding 20 ⁇ m, it can be identified by visual appearance inspection whether it is a pit or not. Or, if the long side is a relatively small pit having a length of 20 ⁇ m or less, there is a limit to visual observation, and it is difficult to identify whether it is a pit or not by visual inspection. Particles can cause damage during wafer adsorption or transfer, but if the number of particles is below a certain standard, they are used as products, so in the conventional technology, the presence of relatively small pits is overlooked as products.
  • pit refers to a pit-like defect caused by processing or crystal defect, and is a microscopic made of COP (crystal originated particle) having a long diameter or a long side of 0.2 ⁇ m or less. Defects are excluded.
  • an object of the present invention is to provide a wafer inspection method and a wafer inspection apparatus capable of inspecting the presence or absence of pits on the wafer surface.
  • the present inventors have intensively studied, and by using an optical system equipped with a parallel light irradiation light source utilizing a so-called magic mirror principle, it is possible to identify irregularities on the wafer surface, and pits. We focused on being able to detect. However, if an attempt is made to detect pits on the wafer surface over the entire surface of the wafer by this optical system, an enormous amount of time is required for the inspection time, which is not realistic from the viewpoint of productivity. On the other hand, in the inspection using the first optical system 10 described above, although it is difficult to determine whether or not it is a pit, a defect that may be a pit, that is, a pit candidate, is determined from the defect size, defect pattern, and luminance information.
  • the number of defects selected as pit candidates is about several hundreds at most. Therefore, if the irregularities are identified using the optical system using the magic mirror principle with respect to the total number of pit candidates selected by the first optical system 10, it is possible to classify whether the pit candidates are pits, In addition, the inventors have found that the inspection time does not cause a problem in terms of productivity, and have completed the present invention. This invention is based on said knowledge and examination, The summary structure is as follows.
  • the wafer inspection method of the present invention irradiates a predetermined position on the wafer surface using a first optical system that is installed perpendicular to the wafer surface and includes ring fiber illumination and a first light receiving unit. Receiving the vertically scattered light caused by the defect and measuring the luminance information at the predetermined position, scanning the first optical system and selecting the defect of the wafer; Selecting pit candidates from the selected defects; The pit candidate is imaged by changing the focal position of the second optical system using a second optical system including a parallel light irradiation light source and a second light receiving unit, which is installed inclined with respect to the wafer surface. And categorizing the pit candidates into pits and defects other than pits based on brightness and darkness accompanying the change in the focal position of the picked pit candidates.
  • the classification step it is preferable that the classification is performed by determining the pit candidates that are imaged dark when the focus position is set to the reverse position and brightly imaged when the focus position is set to the forward position as pits.
  • the pit candidate includes particles.
  • a defect having a major axis or a long side of 20 ⁇ m or less is selected as the pit candidate.
  • the wafer is preferably a mirror-finished silicon wafer.
  • the wafer inspection apparatus includes a first optical system including a ring fiber illumination and a first light receiving unit that is installed perpendicular to the wafer surface, and a parallel light that is installed inclined with respect to the wafer surface.
  • a second optical system comprising an irradiation light source and a second light receiving part, a first scanning part for scanning the first optical system in parallel with the wafer surface, and maintaining the inclination of the second optical system,
  • a second scanning unit that scans the second optical system in parallel with the wafer surface; and a control unit that controls the first optical system, the second optical system, the first scanning unit, and the second scanning unit.
  • the control unit controls the first optical system to irradiate a predetermined position on the wafer surface, cause the first light receiving unit to receive vertical scattered light caused by a defect of the wafer, and further, the first light receiving unit.
  • Controlling the scanning unit to measure the luminance information of the entire surface of the wafer while scanning the first optical system to measure the luminance information of the vertical scattered light, and to select the defect of the wafer Pit candidates are selected from the selected defects, the second optical system and the second scanning unit are controlled to change the focal position of the second optical system, and the pit candidates are imaged.
  • the pit candidates are classified into pits and defects other than pits based on brightness and darkness accompanying the change in the focal position of the second optical system.
  • the present invention it is possible to provide a wafer inspection method and a wafer inspection apparatus capable of inspecting the presence or absence of pits on the wafer surface.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a first optical system 10 used in an embodiment of the present invention
  • FIG. it is a schematic diagram showing an L 1 and the scattered light L 2.
  • (A) is an example of the whole image of the wafer defect obtained by the 1st optical system 10
  • (B) was obtained by the commercially available LPD inspection device.
  • 5 is a flowchart illustrating a wafer inspection method according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram explaining the 2nd optical system 20 used for one Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a wafer inspection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a wafer inspection method according to an embodiment of the present invention.
  • the first optical system 10 described in FIG. 1 and the second optical system 20 described later with reference to FIG. Determine presence or absence.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a wafer inspection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, and the wafer inspection apparatus 100 includes the first optical system 10 and the second optical system 20.
  • the wafer inspection method includes a ring fiber illumination 11 and a first light receiving unit 12 that are installed perpendicular to the surface of the wafer 1.
  • the first optical system 10 is used to irradiate a predetermined position on the surface of the wafer 1, receive vertical scattered light caused by defects on the wafer 1, and measure luminance information at the predetermined position, while 10 to select defects of the wafer 1 by scanning 10, S20 to select pit candidates from the selected defects, a parallel light irradiation light source 21 installed at an inclination with respect to the wafer 1 surface, and
  • the second optical system 20 including the second light receiving unit 22 is used to image the pit candidate by changing the focal position of the second optical system, and the brightness and darkness of the captured pit candidate accompanying the change in the focal position.
  • the Hazuki said pit candidate includes a step S30 of classifying the defect other than pits and the pit, the.
  • a defect of the wafer 1 is selected.
  • This step can be performed in the same manner as in the prior art.
  • the first optical system 10 described above in FIG. 1 is used to irradiate a predetermined position on the surface of the wafer 1, receive vertical scattered light due to defects in the wafer 1, and obtain luminance information (hereinafter referred to as “brightness information”) at the predetermined position. , “Defect information”).
  • the first optical system 10 is scanned over the entire surface of the wafer 1 to perform this measurement, and the entire defect information is acquired. If necessary, in order to clearly determine the defect, the defect information may be subjected to differential processing, filter processing, or the like.
  • the defect information existing on the surface of the wafer 1 is comprehensively selected from the defect information regardless of the type of the defect along with the position.
  • the entire image obtained when image processing is performed on one side of the obtained defect information is, for example, the above-described FIG. 2A, and the entire image of defect information is similarly obtained on the opposite side surface.
  • the first optical system 10 is provided with a plurality of pieces of defect information on both sides of the wafer surface (in the case of FIG. 7, three on each side). It can be acquired quickly.
  • pit candidates are selected from the defects selected in step S10.
  • the pit size and the luminance pattern calculated from the position information and the luminance information are the particle or wedge-shaped processing marks. It was confirmed that the same size and brightness pattern were exhibited. Accordingly, pits may be included in the defect information that is conventionally determined to be either a particle or a wedge-shaped processing trace. Therefore, the pit candidates can include particles and wedge-shaped processing marks in addition to the actual pits. That is, a pit candidate can consist of pits, particles, and wedge-shaped processing marks. Therefore, in this step, the defect information obtained by the first optical system 10 is conventionally determined as a particle or wedge-shaped processing mark as a pit candidate.
  • a pit candidate is a defect made up of luminance information having a dot-like size that exists randomly in the wafer surface.
  • the defect information having a size exceeding a predetermined threshold is, for example, scratches such as scratches or uneven polishing, and these types of defects having a specific size, shape, or luminance pattern are excluded from the pit candidates. it can. Therefore, it is possible to determine a pit candidate by providing a predetermined threshold value for the size and brightness of the defect based on the defect information subjected to differential processing or the like as necessary.
  • Every that can be determined as a pit candidate is selected as a pit candidate for classification as a pit or another defect in the subsequent step S30.
  • the present embodiment aims to classify whether the pit candidates are pits or other defects, and therefore the details are omitted.
  • scratches, polishing unevenness, and the like each have a specific size, shape, and luminance pattern. Therefore, it is of course possible to separately inspect defects other than pits by matching with the pattern.
  • the pit candidates can be selected from defects having a major axis or a long side of 20 ⁇ m or less.
  • the pit has a rounded shape such as a circle or an ellipse, the size of the pit is determined by the major axis.
  • the size of the pit is determined by the long side. As described above, minute defects such as COP are excluded from the pits or pit candidates. Therefore, the size of the pit candidate may be longer than 0.2 ⁇ m and not longer than 20 ⁇ m.
  • the second optical system 20 including the parallel light irradiation light source 21 and the second light receiving unit 22 using the so-called magic mirror principle is used.
  • the second optical system 20 is installed inclined with respect to the surface of the wafer 1.
  • the parallel light irradiation light source 21 is not particularly limited as long as the parallel light can be irradiated.
  • a blue LED laser can be used.
  • the second light receiving unit 22 includes a magic mirror optical system 23 capable of adjusting the focal position and a light receiving unit 24 including a CCD camera.
  • FIG. 4 is a schematic diagram when the parallel light L 3 is irradiated to the pits Pi on the surface of the wafer 1.
  • the angle ⁇ formed by the parallel light L 3 with respect to the surface of the wafer 1 is not particularly limited as long as the magic mirror principle can be applied.
  • the angle ⁇ is preferably 65 ° or more and less than 90 °, and preferably 70 ° or more. Is more preferable, and is most preferably set to 85 ° or more.
  • the second optical system 20 is used to change the focal position of the second optical system 20 and image the pit candidates.
  • the pit candidates are classified into pits Pi and defects other than pits based on the brightness of the captured pit candidates accompanying the change in the focal position. This is because the imaging pattern based on light and darkness peculiar to the pit Pi and the imaging pattern other than the pit Pi (for example, the particle Pa) can be clearly distinguished as described below.
  • the intensity distribution of the reflected light is assumed to be the intensity distribution when the intensity of the reflected light with respect to the wafer 1 in the portion having no defect is the reference intensity.
  • the strength of the rising portion (edge portion) of the concave portion of the pit Pi far from the source is higher than the reference strength.
  • the strength of the rising portion (edge portion) of the concave portion of the pit Pi on the side closer to the irradiation source is weaker than the reference strength.
  • the second optical system 20 that detects the pit Pi when used, the appearance direction of light and dark changes due to the unevenness of the measurement target, and thus the unevenness detection is performed using this principle.
  • the pit size is such that it can be detected by visual inspection, a reflection intensity distribution as shown in FIG. 5A can be clearly obtained, so that a predetermined threshold value exceeds the reference intensity.
  • an intensity distribution including a strong peak and a weak peak that exceeds the predetermined threshold value than the reference intensity it may be determined that the intensity distribution is due to the pit Pi.
  • pits having a size that cannot be detected by appearance inspection are detected. In such a case, the intensity distribution alone may be buried in noise and cannot be clearly determined.
  • a pit is determined using the principle of a mirror.
  • the signal due to the particle Pa has an S / N ratio that is several hundred times higher than the reference intensity, depending on the gain of the measuring instrument.
  • the intensity distribution of the reflected light is clearly different between the pit Pi and the particle Pa.
  • FIG. 5C is an example when image processing is performed on a spherical concave portion and a spherical convex portion that are imaged by the second optical system 20.
  • the pit Pi corresponds to the concave portion in FIG. 5C
  • the particle Pa corresponds to the convex portion in FIG.
  • both the recessed part and convex part in this example are 6 nm in depth (height).
  • the concave shape is brightly imaged (the convex shape is darkly imaged).
  • the above-described determination of the concave shape caused by the pit Pi is realized by adjusting the focal position and imaging the pit candidate to extract the concave shape of the defect.
  • the light beam by the second optical system 20 is parallel light (parallel light L 3 ), and when the light is irradiated on the measurement object from an oblique direction, brightness and darkness is caused by the edge portion. The lightness and darkness is created, and the unevenness is detected by utilizing the fact that the appearance direction changes due to the unevenness of the measurement object.
  • the concave shape of the defect on the surface of the wafer 1 is extracted using the principle of the magic mirror.
  • the wafer 1 is preferably a mirror-finished silicon wafer. As described above, in the case of a mirror-finished silicon wafer, the number of defects selected as pit candidates is about several hundreds at most. Even if the second optical system 20 performs a total measurement, the inspection time can be extended. It is limited and does not cause a problem in terms of productivity.
  • pits having a long side length of 7 ⁇ m existing on the mirror-finished silicon wafer surface will be described with reference to FIG. Note that unevenness determination by visual appearance inspection is limited to about 20 ⁇ m, and a 7 ⁇ m pit that is a smaller concave portion cannot be determined by visual inspection.
  • This pit is at the position shown in FIG. 6A in the wafer, and this pit imaged by the first optical system 10 (the first optical system cannot be classified as pits or particles.
  • the image of (is a pit candidate) is as shown in FIG.
  • the intensity distribution of the reflected light showed a pattern peculiar to the pits, so that the pits could be determined.
  • this pit was observed with a microscope, it was as shown in FIG. As described above, even a relatively small pit conventionally regarded as a particle can be correctly determined as to whether it is a pit by the wafer inspection method according to the present embodiment.
  • a wafer inspection apparatus 100 includes a first optical element including a ring fiber illumination 11 and a first light receiving unit 12 that are installed perpendicular to the surface of the wafer 1.
  • the system 10 the second optical system 20 including the parallel light irradiation light source 21 and the second light receiving unit 22, which are installed to be inclined with respect to the wafer 1 surface, and the first optical system 10 parallel to the wafer 1 surface.
  • a first scanning unit 15 that scans
  • a second scanning unit 25 that scans the second optical system 20 parallel to the surface of the wafer 1 while maintaining the inclination of the second optical system 20, the first optical system 10, and the first optical system 10.
  • control unit 50 that controls the second optical system 20, the first scanning unit 15, and the second scanning unit 25. Then, the control unit 50 controls the first optical system 10 to irradiate a predetermined position on the wafer surface, and causes the first light receiving unit to receive the vertical scattered light resulting from the defect of the wafer. Further, the control unit 50 controls the first scanning unit 15 to measure the luminance information over the entire surface of the wafer 1 while scanning the first optical system 10 to measure the luminance information of the vertical scattered light. The control unit 50 also selects defects on the wafer 1, selects pit candidates from the selected defects, and controls the second optical system 20 and the second scanning unit 25 to determine the focal position of the second optical system 20.
  • the pit candidates are imaged by changing the pit candidates, and the pit candidates are classified into pits and defects other than pits based on brightness and darkness accompanying the change in the focal position of the second optical system.
  • FIG. 7 only one second optical system 20 is illustrated, but it may be provided on the opposite side of the wafer 1 or a plurality of second optical systems 20 may be provided.
  • the control unit 50 is realized by a suitable processor such as a CPU (Central Processing Unit) or MPU, and can have a recording unit such as a memory and a hard disk. Information and commands between the components of the wafer inspection apparatus 100 can be provided. And the operation of each part are controlled by executing a program for operating the above-described wafer inspection method stored in the controller 50 in advance.
  • the first scanning unit 15 and the second scanning unit 25 are arms connected to the respective cameras (light receiving units) of the first optical system 10 and the second optical system 20, and drive stepping motors and servos for driving the arms. It can be composed of a motor or the like.
  • the present invention it is possible to provide a wafer inspection method and a wafer inspection apparatus capable of inspecting the presence or absence of pits on the wafer surface.

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Abstract

ウェーハ表面におけるピットの有無を検査することのできるウェーハ検査方法を提供する。本発明のウェーハ検査方法は、第１光学系１０を用いてウェーハ１の欠陥を選出する工程と、前記選出した欠陥からピット候補を選定する工程と、第２光学系２０を用いて、前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する工程と、を含むことを特徴とする。

Description

ウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置
　本発明は、ウェーハ表面に生じ得る欠陥の有無を検査するためのウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置に関し、特に、ウェーハ表面におけるピットの有無を検査することのできるウェーハ検査方法に関する。
　半導体デバイスの製造工程において歩留まりや信頼性を向上させるために、半導体デバイスの基板となるウェーハ表面の欠陥検査技術が極めて重要になりつつある。ここで、ウェーハ表面の欠陥は全く存在しないことが理想的ではあるものの、デバイス特性、デバイス製造の歩留まり等の点で、存在しても問題のない欠陥も中には存在する。そのため、所定の判定基準に基づいてウェーハ表面の検査を行い、良品または不良品の判定が行われている。
　なお、本明細書において、ウェーハ表面上の結晶欠陥、傷、異物などを総称して「欠陥」と称する。この欠陥には、ピット、ＣＯＰ等の結晶欠陥、加工起因の研磨ムラ、スクラッチなどの他、ウェーハ表面に付着した異物であるパーティクルも含まれる。また、本明細書において、「ウェーハ表面」の記載は、ウェーハの表側の主面および裏側の主面を共に指し、片側の面のみを指す場合とは区別して記載する。
　従来、ＬＰＤ（Light Point Defect；輝点欠陥）検査装置を用いて、仕上げの鏡面研磨を施した後のウェーハ表面をレーザー光で走査し、その表面に存在するパーティクル、スクラッチ等に起因する散乱光を検出するウェーハ検査が行われている。また、ＬＰＤ検査装置では判別しにくい欠陥の有無を判定するため、ウェーハ表面を目視によって判定する外観検査も併用されている。外観検査は官能検査であるため、検査員による判定のバラツキは不可避であり、かつ、検査員の習熟にも時間を要するため、客観的な検査方法および自動検査方法の確立が求められている。
　そこで、ウェーハ検査方法の一つとして、外観検査に頼らずにウェーハを適切に評価する方法を、ウェーハ表面のうち特に裏面側の欠陥に関して本出願人らは特許文献１において先に提案している。すなわち、ウェーハ裏面のパーツ画像をウェーハの円周方向に沿って連続的に撮影し、撮影した前記パーツ画像を合成してウェーハ裏面の全体画像を作成するマップ処理工程と、前記全体画像を微分処理してウェーハ裏面の微分処理画像を作成する微分処理工程とを具え、前記全体画像又は前記微分処理画像をもとに、研磨ムラ、くもり、スクラッチ及びパーティクルを検出して評価する、ウェーハ裏面の評価方法である。
特開２０１０－１０３２７５号公報
　ここで、上述のウェーハ表面の全体画像を作成するための光学系を、図１（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１（Ｂ）は、リングファイバー照明１１により照射される照射光Ｌ1と、反射光（散乱光）Ｌ2を図示するために、図１（Ａ）から要部を抽出したものである。第１光学系１０は、リングファイバー照明１１および第１受光部１２を備え、第１受光部は例えばテレセントリックレンズ１３およびＣＣＤカメラよりなる受光部１４から構成される。また、リングファイバー照明は、超高圧水銀灯からなる。リングファイバー照明１１によって照射される照射光Ｌ1は、ウェーハ面に対して例えば２０°の角をなしてウェーハ１に入射し、ウェーハ１表面に存在する欠陥Ｄと衝突すると、散乱光Ｌ2となる。第１受光部１２は、散乱光Ｌ2のうち、垂直散乱光を受光して撮像し、第１光学系１０の位置情報および輝度情報を測定する。
　第１光学系１０をウェーハ表面の全域に渡って走査し、画像処理を行うことで、ウェーハ表面の全体画像を得ることができる。なお、走査時間を短縮するために、複数の第１光学系１０をウェーハの表裏面に配置することが通常である。図２（Ａ）は、このような第１光学系１０によって得られたウェーハの片面側の全体画像の一例であり、図２（Ｂ）は、同じウェーハを市販のＬＰＤ検査装置（ＳＰ１；ＫＬＡテンコール社製）により測定したＬＰＤマップである。図２（Ａ）、（Ｂ）から、いずれの装置によってもスクラッチおよびパーティクル等を検出可能なことが確認できる。
　従来技術のウェーハ検査装置を用いたウェーハ検査方法では、ピット特有のパターン識別が難しいため、パーティクルと判定された欠陥の中には、ピットが含まれうる場合があった。長径または長辺が２０μｍを越えるような比較的大きなピットであれば、目視による外観検査によってピットか否かの識別を行うことができ、ピットがないウェーハであることを担保しているが、長径または長辺が２０μｍ以下の比較的小さなピットとなると、目視の限界もあり、外観検査によってもピットか否かを識別し難くなってしまう。パーティクルはウェーハ吸着時や転写の際にダメージを及ぼしうるが、一定の基準以下のパーティクル数であれば製品として使用されるため、従来技術では、比較的小さなピットの存在が看過されたまま製品として使用される場合があり得たのである。なお、本明細書で言う「ピット」とは、加工起因または結晶欠陥起因の窪み状の欠陥を指すものであり、長径または長辺が０．２μｍ以下のＣＯＰ（crystal originated particle）等からなる微小欠陥は除外される。
　上記比較的小さなピットであっても、半導体デバイスの微細化が進むにつれて問題が生じかねなくなってきた。すなわち、デバイス作製後にウェーハをダイシングする際、当該ピットがウェーハのき裂破損の起点となり、ウェーハの割れが発生し得る。ダイシング工程でウェーハ割れが発生すると、ウェーハ上に完成された全てのデバイスが不良となるため、当該ピットはデバイス製造工程において致命的な欠陥となりかねない。そのため、ウェーハ表面におけるピットの有無を確実に検査することのできる方法の確立の必要性を本発明者らは認識した。
　そこで本発明は、上記課題に鑑み、ウェーハ表面におけるピットの有無を検査することのできるウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するべく、本発明者らは鋭意検討したところ、いわゆる魔鏡の原理を利用した、平行光の照射光源を備える光学系を用いることにより、ウェーハ表面の凹凸を識別でき、ピットを検出できることに着目した。しかしながら、この光学系によって、ウェーハ表面の全域に渡ってウェーハ表面のピットを検出しようとすると、検査時間に膨大な時間を要することとなり、生産性の観点で現実的ではない。一方、前述の第１光学系１０を用いた検査では、ピットか否かの判定までは難しいものの、欠陥の大きさ、欠陥パターンおよび輝度情報から、ピットである可能性のある欠陥、すなわちピット候補を選出することは可能である。そして、仕上げの鏡面加工後のウェーハであれば、ピット候補として選出される欠陥の数はせいぜい数百個程度である。そこで、第１光学系１０により選出されるピット候補の全数に対して、魔鏡の原理を利用した光学系を用いてその凹凸を識別すれば、上記ピット候補がピットか否かを分類でき、かつ、検査時間も生産性の点で問題が生じないことを本発明者らは知見し、本発明を完成するに至った。本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
　本発明のウェーハ検査方法は、ウェーハ表面に対して垂直に設置された、リングファイバー照明および第１受光部を備える第１光学系を用いて前記ウェーハ表面の所定の位置を照射し、前記ウェーハの欠陥に起因する垂直散乱光を受光して、前記所定の位置における輝度情報を測定しつつ、前記第１光学系を走査して前記ウェーハの欠陥を選出する工程と、
　前記選出した欠陥からピット候補を選定する工程と、
　前記ウェーハ表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源および第２受光部を備える第２光学系を用いて、該第２光学系の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する工程と、を含むことを特徴とする。
　前記分類する工程において、前記焦点位置をリバース位置にした場合に暗く撮像され、かつ、フォワード位置にした場合に明るく撮像される前記ピット候補をピットと判定して前記分類を行うことが好ましい。
　また、前記ピット候補がパーティクルを含むことが好ましい。
　さらに、前記選定する工程において、前記欠陥の内、長径または長辺が２０μｍ以下の欠陥を前記ピット候補とすることも好ましい。
　また、前記ウェーハは、鏡面加工されたシリコンウェーハであることが好ましい。
　本発明のウェーハ検査装置は、ウェーハ表面に対して垂直に設置される、リングファイバー照明および第１受光部を備える第１光学系と、前記ウェーハ表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源および第２受光部を備える第２光学系と、前記第１光学系をウェーハ表面に平行に走査する第１走査部と、前記第２光学系の前記傾斜を維持しつつ、該前記第２光学系をウェーハ表面に平行に走査する第２走査部と、前記第１光学系、前記第２光学系、前記第１走査部および前記第２走査部を制御する制御部と、を有し、
　前記制御部は前記第１光学系を制御して、前記ウェーハ表面の所定の位置を照射し、前記ウェーハの欠陥に起因する垂直散乱光を前記第１受光部で受光させ、さらに、前記第１走査部を制御して、前記第１光学系を走査して前記垂直散乱光の輝度情報を測定しつつ前記ウェーハの面内全域で前記輝度情報を測定して前記ウェーハの欠陥を選出し、該選出した欠陥からピット候補を選定し、前記第２光学系および前記第２走査部を制御して該第２光学系の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記第２光学系の前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類することを特徴とする。
　本発明によれば、ウェーハ表面におけるピットの有無を検査することのできるウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に用いる第１光学系１０を説明する模式図であり、（Ａ）は第１光学系１０全体を示す模式図であり、（Ｂ）は第１光学系１０による入射光Ｌ1および散乱光Ｌ2を示す模式図である。 従来例により検出されるウェーハ欠陥の全体画像であり、（Ａ）は第１光学系１０によって得られたウェーハ欠陥の全体画像の一例であり、（Ｂ）は市販のＬＰＤ検査装置により得られたウェーハ欠陥の全体画像の一例である。 本発明の一実施形態に従うウェーハ検査方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に用いる第２光学系２０を説明する模式図である。 第２光学系２０を説明する模式図であり、（Ａ）はピットＰｉに平行光Ｌ3を照射した場合の概念図であり、（Ｂ）はパーティクルＰａに平行光Ｌ3を照射した場合の概念図であり、（Ｃ）は反射光を画像処理したときの一例である。 本発明の一実施形態によるウェーハ検査方法において判定可能なピットの一例であり、（Ａ）はウェーハ中のピット位置を示し、（Ｂ）は第１光学系により撮像されるピットの画像を示し、（Ｃ）はピットの顕微鏡写真である。 本発明の一実施形態に従うウェーハ検査装置１００の模式図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。図３は本発明の一実施形態に従うウェーハ検査方法のフローチャートであり、図１に既述の第１光学系１０と、図４を用いて後述する第２光学系２０とを併用してピットの有無を判定する。なお、図７は、本発明の一実施形態に従うウェーハ検査装置１００の模式図であり、ウェーハ検査装置１００は上記第１光学系１０および第２光学系２０を有する。
（ウェーハ検査方法）
　図３および図１，４，７に示すように、本発明の一実施形態に従うウェーハ検査方法は、ウェーハ１表面に対して垂直に設置された、リングファイバー照明１１および第１受光部１２を備える第１光学系１０を用いてウェーハ１表面の所定の位置を照射し、ウェーハ１の欠陥に起因する垂直散乱光を受光して、前記所定の位置における輝度情報を測定しつつ、第１光学系１０を走査してウェーハ１の欠陥を選出する工程Ｓ１０と、前記選出した欠陥からピット候補を選定する工程Ｓ２０と、ウェーハ１表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源２１および第２受光部２２を備える第２光学系２０を用いて、該第２光学系の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する工程Ｓ３０と、を含む。以下、各工程の詳細を順に説明する。
　まず、工程Ｓ１０ではウェーハ１の欠陥を選出する。この工程は従来技術と同様にして行うことができる。図１に既述の第１光学系１０を用いて、ウェーハ１表面の所定の位置を照射し、ウェーハ１の欠陥に起因する垂直散乱光を受光して、前記所定の位置における輝度情報（以下、「欠陥情報」と言う。）を測定する。第１光学系１０をウェーハ１の面内全域で走査してこの測定を行い、欠陥情報の全体情報を取得する。必要に応じて、欠陥を明確に判定するために、欠陥情報に微分処理やフィルタ処理等を施してもよい。こうして、欠陥情報の中から、ウェーハ１表面に存在する欠陥情報を、その位置とともに、欠陥の種別を問わず網羅的に選出する。得られる欠陥情報の片面側を画像処理したときの全体画像は、例えば既述の図２（Ａ）であり、反対側の面についても同様に欠陥情報の全体画像が得られる。既述のとおり、また、図７を用いて後述するように、第１光学系１０は、ウェーハ表面の両面に複数本（図７の場合は両面に各３本）設置することで欠陥情報を素早く取得することができる。
　続く工程Ｓ２０では、工程Ｓ１０により選出した欠陥からピット候補を選定する。本発明者らの検討によると、上記第１光学系１０により得られる欠陥情報において、位置情報および輝度情報（すなわち欠陥情報）から算出されるピットの大きさと輝度パターンは、パーティクルまたは楔状の加工痕と同程度の大きさと輝度パターンを示すことが確認された。したがって、従来パーティクルおよび楔状の加工痕のいずれかと判断していた欠陥情報の中には、ピットも含まれ得る。そこで、ピット候補は実際のピット以外に、パーティクルを含み、さらに楔状の加工痕を含むことができる。つまり、ピット候補はピット、パーティクルおよび楔状の加工痕からなることができる。したがって、本工程では、上記第１光学系１０により得られる欠陥情報において、従来はパーティクルまたは楔状の加工痕と判定していたものをピット候補とする。
　なお、ピット候補の選定（例えば特許文献１の従来技術ではパーティクルと判定）にあたっては、以下のようにして選定することができる。ピット候補となるものはウェーハ面内にランダムに存在する点状の大きさの輝度情報からなる欠陥である。換言すれば、所定の閾値を超えた大きさの欠陥情報は例えばスクラッチ等の傷や研磨ムラなどであり、これらの特有の大きさ、形状または輝度パターンを示す種類の欠陥は、ピット候補から除外できる。そこで、必要に応じて微分処理等を施した欠陥情報をもとに、欠陥の大きさおよび輝度に所定の閾値を設けることで、ピット候補として判定することができる。ピット候補として判定できたもの全てを、続く工程Ｓ３０でピットかそれ以外の欠陥かに分類するためのピット候補として選定する。なお、本実施形態はピット候補がピットか、それ以外の欠陥かの分類を目的とするため、詳細を割愛するが、スクラッチ、研磨ムラ等にはそれぞれ特有の大きさ、形状および輝度パターンがあるため、そのパターンにマッチングさせてピット以外の欠陥の検査を別途行うことは勿論可能である。また、ピット候補は、欠陥の内、長径または長辺が２０μｍ以下の欠陥から選択することができる。ここで、ピットが円形または楕円形など、角部に丸みを帯びた形状である場合には、長径によりピットの大きさを定める。また、ピットが略多角形の場合には、長辺によりピットの大きさを定める。前述のとおり、ＣＯＰ等の微小欠陥は上記ピットまたはピット候補から除外される。したがって、ピット候補の大きさを長径または長辺が０．２μｍ超２０μｍ以下としてもよい。
　続く工程Ｓ３０において、前述のピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する。ここで、本工程においては、いわゆる魔鏡の原理を利用した、平行光の照射光源２１および第２受光部２２を備える第２光学系２０を用いる。図４に示すように、第２光学系２０はウェーハ１表面に対して傾斜して設置される。平行光の照射光源２１は、平行光が照射できる限りは特に制限されないが、例えば青色ＬＥＤレーザー等を用いることができる。第２受光部２２は、焦点位置を調整可能な魔鏡光学系２３およびＣＣＤカメラよりなる受光部２４を備える。
　第２光学系２０は傾斜設置されているので、照射光源２１はウェーハ１表面に対して、所定の角度θ（図示せず）をなす平行光Ｌ3を照射することができる。なお、図４はウェーハ１表面のピットＰｉに対して、平行光Ｌ3を照射する場合の模式図である。平行光Ｌ3がウェーハ１表面に対してなす角度θについては、魔鏡の原理が適用できる限りはとくに制限されないが、例えば６５°以上９０°未満とすることが好ましく、７０°以上とすることがより好ましく、８５°以上とすることが最も好ましい。斜めに入射しすぎると、散乱光が集約しににくくなりまた、Ｓ／Ｎ比が取りにくくなるためである。但し、θを９０°とすると、ウェーハ表面に対して垂直に平行光Ｌ3を照射することとなるため、ピットの検出ができなくなる。
　この第２光学系２０を用いて、該第２光学系２０の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像する。該撮像したピット候補の、前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットＰｉおよびピット以外の欠陥に分類する。ピットＰｉ特有の明暗による撮像パターンと、ピットＰｉ以外（例えば、パーティクルＰａ）からの撮像パターンとは以下に説明するように明確に区別できるためである。
　ここで、この第２光学系２０によるウェーハ１表面の凹凸の検出原理を、図５（Ａ）～（Ｃ）を用いてより詳細に説明する。図５（Ａ）に示す模式図では、ピットＰｉに平行光Ｌ3を照射した場合、欠陥がない部分のウェーハ１に対する反射光の強度を基準強度とすると、反射光の強度分布としては、照射源から遠い側のピットＰｉの凹部の立ち上がり部分（エッジ部）の強度が、基準強度よりも強くなっている。反対に、照射源から近い側のピットＰｉの凹部の立ち上がり部分（エッジ部）の強度が、基準強度よりも弱くなっている。このように、ピットＰｉを検出する第２光学系２０を用いると、測定対象物の凹凸により明暗の出現方向が変化するので、この原理を利用して凹凸検出を行う。なお、ピットの大きさが外観検査でも検知できる程度の大きさの場合には、図５（Ａ）に示すような反射強度分布が明確に得られるため、基準強度よりも所定の閾値を超えて強いピークおよび該基準強度よりも前記所定の閾値を超えて弱いピークからなる強度分布が得られた場合に、ピットＰｉに起因する強度分布と判定してもよい。本実施形態では外観検査では検出できない大きさのピットを含めて検出し、このような場合には上記強度分布だけではノイズに埋もれてしまって明確に判定できない場合もあるので、以下に説明する魔鏡の原理を用いてピットと判定する。
　なお、ピット候補がパーティクルＰａであった場合（図５（Ｂ））、測定器のゲインにも依存するが、パーティクルＰａ起因の信号は基準強度に比較して数百倍程度のＳ／Ｎ比で検出され、ピットＰｉと、パーティクルＰａとでは、反射光の強度分布が明確に異なる。
　図５（Ｃ）は、第２光学系２０によって撮像される球面状凹部および球面状凸部を画像処理した場合の一例である。ピットＰｉの場合、図５（Ｃ）における凹部に相当し、パーティクルＰａの場合、図５（Ｃ）における凸部に相当する。なお、この一例における凹部および凸部は、共に深さ（高さ）６ｎｍである。第２光学系（魔鏡光学系）２０の焦点位置を変化させて、デフォーカス状態とし、REVモード（リバース位置デフォーカス）とすると、凸形状は明るく撮像される（凹形状は暗く撮像される）のとは反対に、FOWモード（フォワード位置デフォーカス）では凹形状が明るく撮像される（凸形状は暗く撮像される）ことが観察できる。このように焦点位置を調整し、ピット候補を撮像処理して欠陥の凹形状を抽出することにより、前述のピットＰｉ起因の凹形状の判定が実現される。既述のとおり、第２光学系２０（魔鏡照明光学系）による光束は平行光（平行光Ｌ3）であり、その光を測定対象物に斜め方向より照射した場合、エッジ部により明暗が作成され、その明暗は測定対象物の凹凸により出現方向が変化することを利用して凹凸検出を行うのである。こうして、魔鏡の原理を利用してウェーハ１表面の欠陥の凹形状を抽出する。なお、焦点位置をジャスト位置に調整した場合には、凹形状と凸形状の区別は付かなくなってしまう。
　また、ウェーハ１は、鏡面加工されたシリコンウェーハであることが好ましい。前述のとおり、鏡面加工されたシリコンウェーハであれば、ピット候補として選出される欠陥の数はせいぜい数百個程度であり、第２光学系２０による全数測定を行っても、検査時間の延長は限定的であり、生産性の点で問題を生じることがない。
　以上の本実施形態に従うウェーハ検査方法により観察可能なピットの一例として、鏡面加工されたシリコンウェーハ表面に存在する、長辺の長さ７μｍのピットを、図６を用いて説明する。なお、目視による外観検査での凹凸判定は２０μｍ程度が限界であり、それより小さな凹部である７μｍのピットは、外観検査では判別できない。このピットは、ウェーハ中、図６（Ａ）に示す位置のものであり、第１光学系１０により撮像されるこのピット（第１光学系では、ピットかパーティクルか分類することはできないので、正確にはピット候補である。）の画像は、図６（Ｂ）に示すとおりである。第２光学系２０でこのピットに平行光Ｌ3を照射したところ、反射光の強度分布はピット特有のパターンを示したため、ピットと判定することができた。なお、このピットを、顕微鏡で観察すると、図６（Ｃ）に示すとおりであった。以上のように、従来はパーティクルとみなしていた比較的小さなピットであっても、本実施形態に従うウェーハ検査方法により、ピットか否かを正しく判定することができる。
（ウェーハ検査装置）
　図７に模式的に示すように、本発明の一実施形態に従うウェーハ検査装置１００は、ウェーハ１表面に対して垂直に設置される、リングファイバー照明１１および第１受光部１２を備える第１光学系１０と、ウェーハ１表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源２１および第２受光部２２を備える第２光学系２０と、第１光学系１０をウェーハ１表面に平行に走査する第１走査部１５と、第２光学系２０の前記傾斜を維持しつつ、第２光学系２０をウェーハ１表面に平行に走査する第２走査部２５と、第１光学系１０、第２光学系２０、第１走査部１５および第２走査部２５を制御する制御部５０と、を有する。そして、制御部５０は第１光学系１０を制御して、前記ウェーハ表面の所定の位置を照射し、前記ウェーハの欠陥に起因する垂直散乱光を前記第１受光部で受光させる。さらに、制御部５０は第１走査部１５を制御して、第１光学系１０を走査して前記垂直散乱光の輝度情報を測定しつつウェーハ１の面内全域で前記輝度情報を測定する。制御部５０はまた、ウェーハ１の欠陥を選出し、該選出した欠陥からピット候補を選定し、第２光学系２０および第２走査部２５を制御して該第２光学系２０の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記第２光学系の前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する。また、図７では、第２光学系２０を一つのみ図示しているが、ウェーハ１の反対側にも設けてもよいし、複数設けてもよい。
　なお、制御部５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やＭＰＵなどの好適なプロセッサにより実現され、メモリ、ハードディスク等の記録部を有することができ、ウェーハ検査装置１００の各構成間の情報および指令の伝達ならびに各部位の動作を、あらかじめ制御部５０に記憶された前述のウェーハ検査方法を動作させるためのプログラムを実行することにより制御する。第１走査部１５および第２走査部２５は、第１光学系１０および第２光学系２０のそれぞれのカメラ（受光部）に接続するアームおよび、アームを駆動させるための駆動ステッピングモーター、サーボーモーター等から構成することができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらは代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
　本発明によれば、ウェーハ表面におけるピットの有無を検査することのできるウェーハ検査方法およびウェーハ検査装置を提供することができる。
　１　　　ウェーハ
　１０　　第１光学系
　１１　　リングファイバー照明
　１２　　第１受光部
　１５　　第１走査部
　２０　　第２光学系
　２１　　平行光の照射光源
　２２　　第２受光部
　２５　　第２走査部
　５０　　制御部
　Ｄ　　　欠陥
　Ｐａ　　パーティクル
　Ｐｉ　　ピット

Claims (6)

  1. 　ウェーハ表面に対して垂直に設置された、リングファイバー照明および第１受光部を備える第１光学系を用いて前記ウェーハ表面の所定の位置を照射し、前記ウェーハの欠陥に起因する垂直散乱光を受光して、前記所定の位置における輝度情報を測定しつつ、前記第１光学系を走査して前記ウェーハの欠陥を選出する工程と、
    　前記選出した欠陥からピット候補を選定する工程と、
    　前記ウェーハ表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源および第２受光部を備える第２光学系を用いて、該第２光学系の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類する工程と、を含むことを特徴とするウェーハ検査方法。
  2. 　前記分類する工程において、前記焦点位置をリバース位置にした場合に暗く撮像され、かつ、フォワード位置にした場合に明るく撮像される前記ピット候補をピットと判定して、前記分類を行う、請求項１に記載のウェーハ検査方法。
  3. 　前記ピット候補がパーティクルを含む、請求項１または２に記載のウェーハ検査方法。
  4. 　前記選定する工程において、前記欠陥の内、長径または長辺が２０μｍ以下の欠陥を前記ピット候補とする、請求項１～３のいずれか１項に記載のウェーハ検査方法。
  5. 　前記ウェーハは、鏡面加工されたシリコンウェーハである、請求項１～４に記載にウェーハ検査方法。
  6. 　ウェーハ表面に対して垂直に設置される、リングファイバー照明および第１受光部を備える第１光学系と、
    　前記ウェーハ表面に対して傾斜して設置される、平行光の照射光源および第２受光部を備える第２光学系と、
    　前記第１光学系をウェーハ表面に平行に走査する第１走査部と、
    　前記第２光学系の前記傾斜を維持しつつ、該前記第２光学系をウェーハ表面に平行に走査する第２走査部と、
    　前記第１光学系、前記第２光学系、前記第１走査部および前記第２走査部を制御する制御部と、を有し、
    　前記制御部は前記第１光学系を制御して、前記ウェーハ表面の所定の位置を照射し、前記ウェーハの欠陥に起因する垂直散乱光を前記第１受光部で受光させ、さらに、前記第１走査部を制御して、前記第１光学系を走査して前記垂直散乱光の輝度情報を測定しつつ前記ウェーハの面内全域で前記輝度情報を測定して前記ウェーハの欠陥を選出し、該選出した欠陥からピット候補を選定し、前記第２光学系および前記第２走査部を制御して該第２光学系の焦点位置を変化させて前記ピット候補を撮像し、該撮像したピット候補の、前記第２光学系の前記焦点位置の変化に伴う明暗に基づき前記ピット候補をピットおよびピット以外の欠陥に分類することを特徴とするウェーハ検査装置。
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