JP2002243653A - 微小異物検出方法及びその検出装置 - Google Patents
微小異物検出方法及びその検出装置Info
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Abstract
できるように構成されているため、試料表面全面の異物
を検出する場合、上記CCDカメラを用いた方法に、さ
らに試料全面を観察できるようにしたシステムを付加し
なけらばならないという問題点を有していた。 【解決手段】 試料2または顕微鏡8をx−y面内にお
いて連続的に移動させることにより、試料2表面全面を
観察できるようにする。
Description
光を照射し、微小異物によるビ−ム光の変化を観察する
ことにより試料表面の微小異物の位置を検出する微小異
物検出方法及びその検出装置に関するものである。
超高集積LSIの製造における歩留まりは、ウェハに付
着する異物に起因する不良が、ほとんどの要因をしめる
と言われている。これはパターン幅が微細化されるに従
い、前工程の製造プロセスにおいてウェハに付着する、
従来では問題とされなかった微小サイズの異物が汚染源
となるためである。一般的にこの問題となる微小異物の
大きさは、製造しようとする超高集積LSIの持つ最小
配線幅の数分の一と言われており、このことから16M
bit−DRAM(最小配線幅0.5μm)において
は、直径0.1μmレベルの微小異物が対象となってい
る。この様な微小異物は汚染物質となって回路パターン
の断線、ショートを引き起こす原因となり不良の発生や
品質、信頼性の低下に大きくつながっている。そのため
微小異物を検出し、その付着状態等の実態を定量的に精
度良く計測、把握・管理することが歩留まり向上のキー
ポイントとなっている。
ンウエハ等の平面状試料の表面に存在する微小異物の存
在位置を検出できる異物検査装置が用いられている。以
下、従来の異物検査装置に採用される異物検出方法につ
いて説明する。
しては光散乱方式が用いられている。ビーム光によりウ
エハ面内を走査して得られる散乱強度を時間変化で光電
子倍増管を用いてライン的に計測し、微粒子からの光散
乱を受けた散乱信号の発生時間と、その時にウエハ面内
を走査しているビーム光の位置を対応づけることにより
異物検出と位置特定を行う方法である。なお、従来の異
物検査装置としては、日立電子エンジニアリング製IS
−2000、LS−6000あるいはTencor社製
サーフスキャン6200、Estek社製WIS−90
00等がある。また、これらの異物検査装置に用いられ
る測定原理やそれを実現するための装置構成について
は、例えば、リアライズ社発行、半導体基盤技術研究会
編「高性能半導体プロセス用分析・評価技術」の111
〜129ページに詳細に記載されている。
微粒子計測は、微粒子からの散乱信号に対する測定系内
において発生するノイズによって制限され、シリコンウ
エハ上では表面荒さ等の影響により発生するノイズ(ヘ
イズと呼ばれる)の影響のため、ウエハ表面に存在する
0.10μm以下の微小異物の検出が極めて困難であ
る。これについては、例えば、サイエンスフォーラム社
発行「半導体計測評価辞典」の474〜479ページに
詳細に記載されている。そのため、今後、開発・量産化
が進められる64M、256M、1Gbit−DRAM
等(最小配線幅0.35、0.20、0.15μm)の
超高集積LSIの製造に対して管理が要求される0.0
7、0.04、0.03μmの微小異物の検出方法はい
まだ確立されていない。
散乱を用いた微粒子計測方法では、微小異物を検出する
ためのビーム光を走査しながら照射し、そのビーム光全
体がシリコンウエハ等の試料表面上において発生する散
乱光の光量の変化を、光電子倍増管等の検出器を用い
て、散乱光の変化をライン的に検出するものであるため
に、微小異物の位置を高精度に検出しようとしても、試
料表面上においてビーム光が当たる面積(ビーム光のス
ポット)に依存したピクセルの持つ面積に相当する分だ
けの誤差を持ってしまう。即ち、微小異物の位置を高精
度に検出するには、ビーム光を試料表面上において出来
る限りフォーカスすることにより、ビーム光のスポット
を小さくする必要があるが、これを小さくするには限界
がある。また、ビーム光のスポットを小さくすると、試
料全面を測定するための走査線長さが長くなるため、計
測時間が長くなるという問題が発生する。なお、既存の
装置が持つピクセルは通常20×200μm□の領域で
ある。なお、従来の異物検査装置の持つレーザ光の集光
面積については、リアライズ社発行、半導体基盤技術研
究会編「高性能半導体プロセス用分析・評価技術」の1
11〜129ページに詳細に記載されている。
には、まず、微小異物の存在を誤検出することなく高い
S/N比を維持しながら高感度検出し、かつ高精度に位
置決めできるようにする必要がある。これを実現する方
法としては、特開平8−29354号公報、特開平7−
325041号公報に詳細に記載されている従来の方法
が有効と考えられる。その従来の方法は、ウエハ表面に
ビーム光を照射し、ビーム光のスポットに顕微鏡の焦点
を合わせ、散乱光を前記顕微鏡で拡大し、かつその視野
内にて、暗視野部に設けたイメージインテンシファイヤ
ー等を搭載した高感度CCDカメラ等を用いて、平面的
(2次元)に観察(検出)する方法である。この従来の
方法は、ウエハ表面で発生するノイズであるヘイズを平
面的に検出するため、従来の異物検査装置が用いていた
光電子倍増管を用いて検出しているヘイズに対して(平
面内の微小な表面荒れ等に依存した散乱光を積分して、
大きくなった信号をヘイズとして検出している)高いS
/N比を確保することができる。
報、特開平8−29354号公報にそれぞれ記載されて
いる従来の微小異物検出装置を示す構成図である。図に
おいて、1はX−Yステージ、2は試料(ここではシリ
コンウエハ)、3は試料2に照射するArレーザ、4は
微小異物を検出する検出用ビーム光、5は試料2によっ
て反射された反射ビーム光、8は試料2を観察するため
の顕微鏡、9は顕微鏡8で観察された像を撮影するイメ
ージインテンシファイヤーを搭載したCCDカメラ、1
0はCCDカメラの視野を出力するCRTである。な
お、検出用ビーム光4は偏光板11により偏光をかける
ことができる。また、図6及び図7は、図6において検
出用ビーム光4が試料2に照射される様子を示す図であ
り、図において、6は試料2上の異物、7は乱反射光、
12はビーム光4のスポット径である。
ステージ1上に試料であるシリコンウエハ2をセッティ
ングする。なお、試料であるシリコンウエハ2はウエハ
がもつオリエンタルフラットあるいはノッチ等の外形形
状をもとにした手法によりX−Yステージ1上において
高精度の仮想座標が与えられている。この仮想座標の設
定方法については、特願平7−25118号に詳細に記
載されている。次に、シリコンウエハ2上に検出用ビー
ム光4を照射し、図7におけるスポット部12を発生さ
せる。暗視野部に設けた顕微鏡8を用いてスポット部1
2をCCDカメラ9を介したCRT10を用いて観察す
る。なお、顕微鏡8の焦点はスポット部12の表面に合
わされている。顕微鏡8の視野内(スポット部12内)
に異物6があれば、X−Yステージの座標(x1,y
1)において乱反射光7が観測される(図7)。なお、
この時、スポット部12上に異物6がなければ、検出用
ビーム光4は正反射されるため、暗視野部から反射ビー
ム光5を観測することはできない。
す観測系は、暗視野部に設置した顕微鏡8の観察視野範
囲Aが、シリコンウエハ2上に照射される検出用ビーム
光4の持つシリコンウエハ2上のスポット径12を覆う
形で記してある。図7から、スポット径12の内部に在
る異物6の存在位置は、シリコンウエハ2上において乱
反射光7の発生があるため顕微鏡8による乱反射光8の
観察によって特定できる。なお、実験から乱反射光8の
発生がない部分とある部分のコントラスト比は、非常に
高く0.03μm以下の異物に対してもはっきりしてお
り、充分なS/N比は確保されることが確認されてい
る。一方、同じスポット径12の内部でも異物7が存在
しない場合は、検出用ビーム光4はほぼ完全に正反射す
るため、暗視野部に設置した顕微鏡8でほとんどなにも
観察できない。これらのことから、異物6よりはるかに
大きなスポット径12をもつ検出用ビーム光4を用いて
も、暗視野部に設置した顕微鏡8から異物6による乱反
射光7を観察する事ができる。その結果、スポット径1
2内にある異物6の位置特定は容易に高精度で行うこと
ができる。
以上のように、試料の一部分を観察できるように構成さ
れているため、試料表面全面の異物を検出する場合、上
記CCDカメラを用いた方法に、さらに試料全面を観察
できるようにしたシステムを付加しなけらばならないと
いう問題点を有していた。
めになされたもので、試料表面全面の広い範囲において
0.1μm以下の微小異物の検出が容易に且つ短時間に
できる微小異物検出方法及びその検出装置を得ることを
目的とする。なお、ここで言う微小異物とは、粒子径
0.1〜0.005μmのダストや、ダストだけではな
く結晶欠陥やスクラッチ等を含むものである。
検出方法は、試料表面にビーム光を照射し、前記試料表
面上に付着した微小異物による乱反射光を、前記ビーム
光のスポット部に焦点を合わせた顕微鏡の接眼部に設置
したCCDカメラで観察することにより、前記微小異物
のx−y面内の位置を検出する微小異物検出方法であっ
て、前記試料または前記顕微鏡をx−y面内において連
続的に移動させることにより、前記試料表面全面を観察
できるようにしたものである。
え、このX−Yステージをx軸方向またはy軸方向に移
動させることにより前記試料を移動させて、前記試料表
面全面を観察できるようにしたものである。
回転ステージを直線運動させる一軸スライダーとを備
え、前記試料の中心と前記回転ステージの中心とを一致
させると共に前記回転ステージの回転中心を前記一軸ス
ライダーの軌道上に設置し、さらに顕微鏡の視野の中心
を前記一軸スライダーの軌道上に設定して、前記一軸ス
ライダーの直線運動と前記回転ステージの回転運動との
組み合わせにより前記試料を移動させて、前記試料表面
全面を観察できるようにしたものである。
小異物を検出する検出装置である。
施の一形態を図について説明する。図1は、本発明の実
施の形態1による微小異物検出装置を示す構成図であ
る。図において、101は乱反射光の発生位置とX−Y
ステージ1上におけるCRT画面100の相対的位置関
係を算出するためのコンピュータであり、あとは図5に
示す従来例と同一の構成である。なお、ここでは、評価
しようとする観察範囲をCRT画面100として表現し
ているが、実際には観察しようとするCRT画面100
に限られるものではなく、評価しようとする範囲のCC
Dカメラ9の画像信号全体を意味するものである。ま
た、X−Yステージ1の駆動はコンピュータ101によ
り制御され、その駆動範囲はシリコンウエハ2表面を充
分に移動できる範囲である。また、試料であるシリコン
ウエハ2はウエハがもつオリエンタルフラットあるいは
ノッチ等の外形形状をもとにした手法によりX−Yステ
ージ1上において高精度の仮想座標が与えられている。
また、従来例と同様に、検出用ビーム光4のスポット部
12は顕微鏡8の視野より大きいものである。
を顕微鏡8の視野を介したCRT画面100の範囲以下
のピッチで、コンピュータ101の制御により、X、Y
方向に間欠的に動かして、そのつど異物6による乱反射
光7の有無とその存在位置を検出する。これによって、
シリコンウエハ表面全面において、0.03μm以下の
微小異物であっても容易且つ短時間に特定することがで
きる。なお、この時検出された異物6の存在位置はコン
ピュータ101に順次記録される。
ージ1をX、Y方向に間欠的に動かすので、X−Yステ
ージ1が静止する時間や駆動装置のオン/オフ時間が存
在して測定時間が長くなるが、X−Yステージ1を連続
的に動かせば、これらの時間は節約でき、X−Yステー
ジ1を間欠的に動かすのに比べてシリコンウエハ表面の
全面を短時間に検査することができる。
Yステージ1を連続的に動かした場合、X−Yステージ
1の移動速度とCCDカメラ9の走査速度との関係か
ら、シリコンウエハ2表面において、検査できない部分
が生じる。本実施の形態は、この課題を解決するために
なされたもので、X−Yステージ1の移動方向とCCD
カメラ9の主走査方向とが略直交すると共に、X−Yス
テージ1の移動方向とCCDカメラ9の副走査方向とが
逆になるようにCCDカメラ9を設置することで、検査
できない部分を極力少なくするものである。
異物検出方法を説明する説明図である。図において、1
10は光を検出するためのCCDカメラの走査線であ
る。X−Yステージ1を連続的に動かす場合、図2
(a)に示すように、走査線110の主走査方向とX−
Yステージ1の移動方向とが同一になるようにCCDカ
メラ9を設置すると、走査線110はCRT画面100
を左右に走査(主走査)しながら順次上から下へシフト
(副走査)するため、CRT画面100の左上端と左下
端と画像に大きな時間差が生じ、その時間差の分だけX
−Yステージ1も移動し、観察している部分も先に進ん
でしまう。そのためにCCDカメラ9が1フレームの観
測時間に検出するウエハ表面の範囲は菱形となり、その
結果、検査できない部分が生じる。
に示すように、X−Yステージ1の移動方向と走査線1
10の主走査方向とが略直交すると共に、X−Yステー
ジ1の移動方向とCCDカメラ9の副走査方向とが逆に
なるようにCCDカメラ9を設置するので、X−Yステ
ージ1の移動に対してCCDカメラ9の走査が遅れる時
間が短くなり、CCDカメラ9が1フレームの観測時間
に検出するシリコンウエハ2表面の範囲はほぼ長方形と
なる。よって、検査できない部分は僅かとなるが、この
検査出来ない微小部分は、のりしろ的に次フレームの検
査領域に含ませれば問題無い。シリコンウエハ2表面全
面を完全に検査でき、微小異物の存在位置を特定するこ
とができる。
CDカメラ9に発生するショットノイズを、異物として
誤って検出してしまう場合がある。本実施の形態は、こ
れを解決するためになされたものである。
異物検出方法を説明するための説明図である。図におい
て、107はショットノイズである。なお、ここでいう
CRT画面の範囲とは、X−Yステージが静止した時に
CRT画面が捕らえる範囲である。図に示すように、X
−Yステージ1を、CRT画面100の範囲以下のピッ
チによりX、Y方向に連続して動かすための移動速度v
x、vyは、CRT画面100が写し出す画面の横幅
(Wx)または縦幅(Wy)をCCDカメラ9が1フレ
ームの観察に必要な時間Tで割った値、つまり、vx=
Wx/T(X方向にX−Yステージ1を移動するとき)
またはvy=Wy/T(Y方向にX−Yステージ1を移
動するとき)であり、CCDカメラ9の走査線の速度と
一致する。例えば図3(a)の状態(フレームn)で異
物検出を始めたとする。X−Yステージ1は速度vxで
紙面右方へ移動しているので、異物6も速度vxで紙面
右方で移動する。一方、走査線110はCRT画面10
0右端から紙面左方へ速度vxで走査する。図3(b)
は、(a)からT(CCDカメラ9が1フレームの観察
に必要な時間)経過した後の状態を示しており、異物6
がCRT画面100(CCDカメラ9のフレーム)内に
入った瞬間である。走査線110はショットノイズ10
7を検出した後、CRT画面100の左端に到達、異物
6により発生した乱反射光7を検出して、フレームnの
検査が終了する。次に、走査線110は、再びCRT画
面100の右端へ戻り、フレームn+1の検査を開始す
る。図3(c)は、この状態からさらにT/2経過後の
状態を示している。異物6と走査線110は互いに速度
vxで接近するため、両者が接触する(走査線110が
再び異物6による乱反射光7を検出する)場所は、CR
T画面端部からWx/2の所となる。そして、走査線1
10がCRT画面100の左端に到達してフレームn+
1の検査は終了し、図3(d)の状態からフレームn+
2の検査が開始する。つまり、1個の異物6に対して、
フレームnとフレームn+1で計2回乱反射光7を検出
することとなり、二つの乱反射光7検出の間隔時間はT
/2となる。よって、検出信号の間隔時間がT/2であ
れば、その乱反射光7は異物6により発生したものであ
るとコンピュータ101に認識させれば、容易に異物6
による乱反射光7とショットノイズ107とを区別する
ことが可能である。なお、異物6に対して、それぞれの
フレーム画面上に現れる異物6による検出信号の位置を
結ぶ直線の方向は、X−Yステージ1の移動方向と一致
するので、このことからも異物6による検出信号とショ
ットノイズ107とを区別することができる。以上のよ
うに、本実施の形態によれば、ショットノイズと異物に
よる検出信号とを容易に分離することができ、高いS/
N比を実現することができる。なお、上記実施の形態3
では、X−Yステージ1の移動速度を、vxまたはvy
としたが、vxまたはvy以下の速度にして、1つの異
物に対して乱反射光を複数のフレーム上に発生させ、隣
り合うフレームの信号の間隔時間を測定すれば、上記実
施の形態3と同様の効果が得られる。
は、試料台としてX−Yステージ1を用いたが、本実施
の形態では、X−Yステージ1の代わりに回転ステージ
を用いるものである。
異物検出装置を示す構成図である。図において、21は
回転ステージ、22はスピンドル、23は一軸スライダ
ーである。シリコンウエハ2の中心位置と回転ステージ
21の中心位置とは一致させると共に、回転ステージ2
1の回転中心を一軸スライダー23の軌道上に設置す
る。また、顕微鏡8の視野は、一軸スライダー23の移
動する軌道上に設定されている。
テージ21上に設置されたシリコンウエハ2の中心位置
に顕微鏡8の視野を合わせる。次にコンピュータ101
により制御されたスピンドル22を間欠的に回転させる
と共に、同じくコンピュータ101により制御された一
軸スライダー23を間欠的に移動させることによって検
査を行う。また、スピンドル22及び一軸スライダー2
3を、シリコンウエハ2の内周から外周に向かって連続
的に動かせば、図4(b)に示すように、渦巻き状に効
率良くシリコンウエハ2全面を検査することができ、微
小異物の存在位置を容易に且つ短時間に特定することが
できる。なお、このとき、CCDカメラ9は、図4
(b)に示すように、回転ステージ21の回転方向とC
CDカメラ9の主走査方向とが略直交すると共に、回転
ステージ21の回転方向とCCDカメラ9の副走査方向
とが逆になるように設置すれば、上記実施の形態2と同
様の効果が得られる。また、一軸スライダー23の移動
速度は、内周から外周へ向かうに従い速度を徐々に落と
して動かせば良く、また、回転ステージ21も、スピン
ドル12の回転速度を落とすことにより、顕微鏡8の視
野部分での周速を、上記実施の形態3におけるvxまた
はvyとすれば、上記実施の形態3と同様の効果が得ら
れる。
Yステージ1を移動させることにより試料2を移動させ
ていたが、顕微鏡8をX−Yステージ1に載せて移動さ
せ、試料2を固定しても同様の効果を得ることができ
る。
反射光の検出をCRT画面100上で行っているように
記しているが、実際には、CCDカメラ9から得られる
画像信号(走査線信号)をコンピュータ101に入力し
た後、演算処理することにより判断している。
料または顕微鏡をx−y面内において連続的に移動させ
ることにより、前記試料表面全面を観察できるようにし
たので、ウエハ表面全面を容易に且つ短時間で検査して
微小異物を検出する効果が得られる。
管はCCDカメラであるので、高精度に微小異物を検出
する効果が得られる。
Dカメラはイメージインテンシファイアを搭載している
ので、高感度に微小異物を検出する効果が得られる。
を搭載するX−Yステージを備え、このX−Yステージ
をx軸方向またはy軸方向に移動させることにより前記
試料表面全面を観察できるようにしたので、ウエハ表面
全面を容易に且つ短時間で検査して微小異物を検出する
効果が得られる。
X−Yステージの移動方向と前記撮像管で順番にフレー
ム撮像される前記試料表面の画像の撮像範囲の移動方向
とが逆になるように前記撮像管を設置したので、ウエハ
表面全面を容易に且つ短時間で検査して微小異物を検出
する効果が得られる。
スライダーの直線運動と前記回転ステージの回転運動と
の組み合わせにより、前記試料表面全面を観察できるよ
うにしたので、ウエハ表面全面を容易に且つ短時間で検
査して微小異物を検出する効果が得られる。
回転ステージの移動方向と前記撮像管で順番にフレーム
撮像される前記試料表面の画像の撮像範囲の移動方向と
が逆になるように前記撮像管を設置したので、ウエハ表
面全面を容易に且つ短時間で検査して微小異物を検出す
る効果が得られる。
項1から7のいずれか一項に記載の微小異物検出方法を
採用して微小異物を検出する検出装置なので、シリコン
ウエハ表面全面を容易に且つ短時間で検査して微小異物
を検出する効果が得られる。
装置を示す構成図である。
方法を説明するための図である。
方法を説明するための図である。
装置を示す構成図である。
る。
図である。
図である。
Arレーザ、4 検出用ビーム光、5 反射ビーム
光、6 微小異物、7 乱反射光、8 顕微鏡、9CC
Dカメラ、10 CRT、11 偏光板、21 回転ス
テージ、22 スピンドル、23 一軸スライダー、1
01 コンピュータ
Claims (8)
- 【請求項1】 試料表面にビーム光を照射し、前記試料
表面上の微小異物による乱反射光を、前記ビーム光のス
ポット部に焦点を合わせた顕微鏡の暗視野部から検出
し、この乱反射光を前記顕微鏡の視野内で観察、または
前記顕微鏡の接眼部に設置した撮像管で撮像してこの撮
像された画像をCRTで観察、または撮像された画像を
コンピュータで解析することにより、前記微小異物のx
−y面内の位置を検出する微小異物検出方法であって、
前記試料または前記顕微鏡をx−y面内において連続的
に移動させることにより、前記試料表面全面を観察する
ことを特徴とする微小異物検出方法。 - 【請求項2】 撮像管はCCDカメラであることを特徴
とする請求項1記載の微小異物検出方法。 - 【請求項3】 CCDカメラはイメージインテンシファ
イアを搭載していることを特徴とする請求項2記載の微
小異物検出方法。 - 【請求項4】 試料を搭載するX−Yステージを備え、
このX−Yステージをx軸方向またはy軸方向に移動さ
せることにより前記試料を移動させて、前記試料表面全
面を観察することを特徴とする請求項1から3のいずれ
か一項に記載の微小異物検出方法。 - 【請求項5】 前記X−Yステージの移動方向と前記撮
像管で順番にフレーム撮像される前記試料表面の画像の
撮像範囲の移動方向とが逆になるように前記撮像管を設
置したことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項
に記載の微小異物検出方法。 - 【請求項6】 試料を搭載する回転ステージとこの回転
ステージを直線運動させる一軸スライダーとを備え、前
記試料の中心と前記回転ステージの中心とを一致させる
と共に前記回転ステージの回転中心を前記一軸スライダ
ーの軌道上に設置し、さらに顕微鏡の視野の中心を前記
一軸スライダーの軌道上に設定して、前記一軸スライダ
ーの直線運動と前記回転ステージの回転運動との組み合
わせにより前記試料を移動させて、前記試料表面全面を
観察することを特徴とする請求項1から3のいずれか一
項に記載の微小異物検出方法。 - 【請求項7】 前記回転ステージの移動方向と前記撮像
管で順番にフレーム撮像される前記試料表面の画像の撮
像範囲の移動方向とが逆になるように前記撮像管を設置
したことを特徴とする請求項6記載の微小異物検出方
法。 - 【請求項8】 請求項1から7のいずれか一項に記載の
微小異物検出方法を採用して微小異物を検出する微小異
物検出装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|---|---|
JP2001377246A JP3446754B2 (ja) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | 微小異物検出方法及びその検出装置 |
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JP21002396A Division JP3287227B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 微小異物検出方法及びその検出装置 |
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JP3446754B2 JP3446754B2 (ja) | 2003-09-16 |
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