JP2004245786A

JP2004245786A - ウェハ外観検査装置

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Publication number: JP2004245786A
Application number: JP2003038296A
Authority: JP
Inventors: Hideki Soeda; 英樹添田; Hitoshi Kubota; 仁志窪田
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-17
Also published as: JP4118160B2

Abstract

【課題】非致命欠陥を検出を低減し、目視確認に要する時間を短縮可能なウェハ外観検査装置を提供することにある。
【解決手段】ウェハ外観検査装置は、ウェハ１０４の表面に光を照射する光源１０６と、光源１０６によって照射されたウェハからの反射光を検出する検出器であるＣＣＤカメラ１０２と、ウェハを載置したＸＹステージ１０１と、ＸＹステージ１０１を移動して、ウェハ１０４上の検査チップ１０７と比較チップ１０８の同じポイントからＣＣＤカメラ１０２によって検出された濃度差が所定のしきい値以上の場合に、欠陥と判定する制御部を有する。波長選択範囲の異なる複数の波長選択フィルタ１０９の内、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタを用いない場合に比べて、最も小さくなるフィルタを選択して、光路中に挿入する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハ外観検査装置に係り、特に、非検査物の特性にはダメージを与えない欠陥（非致命欠陥）を検査するに好適な光学式のウェハ外観検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハプロセスにおいては、例えばシリコン単結晶などからなるウェハに多数の半導体素子を形成するため、光リソグラフィ技術によってウェハ上に転写されたパターンを所定数だけ重ね合わせて多層状に構成することが行われる。この場合、個々のパターンが所定の形状に形成されることは半導体素子の性能を実現する上で極めて重要であり、通常この個々のパターンを各層毎に光学的に検査することが行われる。
【０００３】
このような検査装置としては、例えば、特開２００２−００５８４９号公報に記載されているように、ウェハ上に格子状に規則的に配列形成されたチップの内、検査チップと比較チップの２つの濃淡画像データを、光学式顕微鏡とＣＣＤカメラ等の撮像素子で取得し、この２つのチップの同一ポイントからの濃淡差が、予め設定した欠陥判定しきい値よりも大きい場所をパターン欠陥として抽出するようにしている。
【０００４】
【特許文献】
特開２００２−００５８４９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００２−００５８４９号公報に記載されているような光学式ウェハ外観検査装置では、非検査物の表面に、その特性にはダメージを与えない欠陥（色むら，グレインなどと呼ばれるもの。以下、「非致命欠陥」と称する。）があった場合、この非致命欠陥をパターン形状の不良の欠陥として検出する場合があった。光学式ウェハ外観検査装置で検出された欠陥は、その欠陥の致命，非致命を判定する為、最終的には目視確認されることが多い。したがって、非致命欠陥を欠陥をして判断する量が多いと、目視確認に時間を要することとなる。
【０００６】
なお、特開２００２−００５８４９号公報では、波長選択フィルタを用いることについて開示しているが、この波長選択フィルタは、紫外光と可視光と切り換えて、照明光の波長範囲を狭くして良好な光学像を形成するために用いられている。
【０００７】
本発明の目的は、非致命欠陥を検出を低減し、目視確認に要する時間を短縮可能なウェハ外観検査装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ウェハの表面に光を照射する光源と、この光源によって照射された上記ウェハからの反射光を検出する検出器と、上記ウェハを載置したステージと、このステージを移動して、上記ウェハ上の検査チップと比較チップの同じポイントから上記検出器によって検出された濃度差が所定のしきい値以上の場合に、欠陥と判定する制御部を有するウェハ外観検査装置において、波長選択範囲の異なる複数の波長選択フィルタを備え、これらの複数の波長選択フィルタの内、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタを用いない場合に比べて、最も小さくなるフィルタを選択して、光路中に挿入するようにしたものである。
かかる構成により、非致命欠陥を検出を低減し、目視確認に要する時間を短縮し得るものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記制御部は、上記複数の波長選択フィルタを順次光路中に挿入し、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタを用いない場合に比べて、最も小さくなるフィルタを選択して、光路中に挿入するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態によるウェハ外観検査装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１１】
検査ウェハ１０４は、Ｘ−Ｙステージ１０１の上に載置される。検査ウェハ１０４の上には、格子状にチップが規則的に配列形成されている。制御部１０３は、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチの整数倍の距離を動かす。
【００１２】
光源１０６からの光が検査ウェハ１０４に照射される。検査ウェハ１０４から反射された光は、対物レンズ１０５を通し、ハーフミラー１１０により光路分割され、２次元ＣＣＤカメラ１０２により２次元画像として検出される。光源１０６としては、例えば、輝度の高いキセノンランプを用いている。
【００１３】
制御部１０３によって、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチの整数倍の距離を動かし、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの濃淡画像を得ることができる。制御部１０３は、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの濃淡差に基づいて、濃淡差が所定のしきい値より大きいときは、検査チップ１０７の検査したポイントに欠陥があると判断する。
【００１４】
このとき、欠陥と判断した部分の中には、半導体素子の性能に影響を与えない非致命欠陥の場合もある。非致命欠陥を欠陥を判断しないようにするために、本実施形態では、波長選択フィルタ１０９を用いている。波長選択フィルタ１０９は、円盤に固定された４種類のフィルタと、フィルタの取り付けられていない開口部分とから構成されている。円盤を回転することにより、４種類の内の任意の種類のフィルタを光路中に挿入したり、また、フィルタの取り付けられていない開口部のみを光路中に挿入したりすることができる。波長選択フィルタ１０９は、所定の波長範囲の光のみを選択的に透過するフィルタである。４種類のフィルタは、それぞれ、波長選択範囲が異なっている。
【００１５】
図１に示す例では、波長選択フィルタ１０９は、光源１０６と、検査ウェハ１０４の間に配置されている。従って、波長選択フィルタ１０９によって選択された波長範囲の光のみが検査ウェハ１０４に照射される。波長選択フィルタ１０９は、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタ１０９を用いない場合に比べて、できるだけ小さくなるようなフィルタが選択され、光路中に挿入するようにしている。波長選択フィルタ１０９の選び方については、図２，図３を用いて、後述する。波長選択フィルタ１０９を光路中に挿入する場所としては、例えば、ハーフミラー１１０とＣＣＤ１０２の間の光路中としてもよいものである。
【００１６】
次に、図２及び図３を用いて、本実施形態によるウェハ外観検査装置において用いる波長選択フィルタの選び方について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置によって検査される検査ウェハの濃淡画像の一例を示す例図である。図３は、本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置によって検査される検査ウェハの濃淡画像と波長選択フィルタの波長特性の一例を示す例図である。
【００１７】
図２に示すように、ウェハ外観検査装置によって検査される検査ウェハの濃淡画像では、パターン正常部２０２と、パターン背景部２０３がある。パターン正常部２０２は、ウェハプロセスにおけるメタル配線工程によって形成されたメタル配線パターンの部分である。パターン背景部２０３は、メタル配線が形成されていない部分である。一般に、パターン正常部２０２は、金属であるため反射率が高く、輝度も高くなっている。一方、パターン背景部２０３は、金属以外の絶縁物などであるため反射率も低く、輝度が低くなっている。非致命欠陥２０１は、パターン正常部２０２の中に生じる。すなわち、メタル配線に用いられるメタルの結晶粒径が大きくなると、その部分の反射率が異なるため、パターン正常部２０２の中に、周囲とは違う色を持つ部分が生じる。しかしながら、非致命欠陥２０１は、半導体素子の性能には影響を与えないものである。
【００１８】
図３において、曲線２０２Ａは、パターン正常部２０２における反射光の波長特性を示している。この波長特性は、ＣＣＤカメラ１０２によって検出された信号によるものであり、光源１０６の波長特性や、ＣＣＤカメラ１０２の波長特性を含むもので、光学系全体の波長特性を含むパターン正常部２０２の波長特性ともいうべきものである。パターン正常部２０２は、メタル部分であるので全反射近く、４００〜６００ｎｍの広い波長範囲でほぼ等しい反射強度を有している。曲線２０３Ａは、パターン背景部２０３における反射光の波長特性を示している。パターン背景部２０３は、パターン正常部２０２に比べて全体的に低い反射強度を有している。
【００１９】
曲線２０１Ａは、非致命欠陥２０１における反射光の波長特性を示している。ここで示す非致命欠陥２０１は、５５０ｎｍにピーク波長を有するとともに、５００〜６００ｎｍの波長範囲に光強度を有している。パターン正常部２０２はＣＣＤカメラ１０２によって検出された画像としては全体として白っぽい画像であるのに対して、非致命欠陥２０１は緑っぽく見える画像である。従って、肉眼で観察すれば、非致命欠陥であることは識別可能であるが、検査チップ１０７と比較チップ１０８の同一ポイントの濃淡差に基づいて、濃淡差が所定のしきい値より大きいときは、検査チップ１０７の検査したポイントに欠陥があると判断する方法では、非致命欠陥部は、欠陥として判断されてしまうものである。
【００２０】
ここで、濃淡の度合いは、便宜的に、図３に示す波長特性の面積で示すことができる。例えば、パターン正常部２０２の曲線２０２Ａの波長４００〜６００ｎｍの波長範囲における面積をＳ２とする。一方、非致命欠陥２０１の曲線２０１Ａの波長４００〜６００ｎｍの波長範囲における面積をＳ１とする。曲線２０１Ａは、波長５００〜６００ｎｍの範囲にしか輝度分布を有しないため、実質的に波長５００〜６００ｎｍにおける面積ということになる。ここで、図３の記載から明らかに理解されるように、Ｓ２≫Ｓ１となる。従って、従来のウェハ外観検査装置において、比較チップ１０８のパターン正常部２０２の輝度と、同一ポイントにおける非致命欠陥２０１の輝度の差（濃淡差）（Ｓ２−Ｓ１）は、所定のしきい値よりも大きくなるため、非致命欠陥２０１は欠陥であると判断してしまうことになる。
【００２１】
本実施形態において、図１の波長選択フィルタ１０９に用いる４種類のフィルタの波長選択特性を図３に示すように、Ｆ１（５００〜６００ｎｍ），Ｆ２（４６０〜６００ｎｍ），Ｆ３（４４０〜６００ｎｍ），Ｆ４（４２０〜６００ｎｍ）とし、フィルタが挿入されていないときは、４００〜６００ｎｍの波長範囲とする。例えば、フィルタＦ１（５００〜６００ｎｍ）を光路中に挿入した場合、５００〜６００ｎｍの波長範囲の光が比較ウェハ及び検査ウェハに照射される。このとき、パターン正常部２０２の曲線２０２Ａの波長５００〜６００ｎｍの波長範囲における面積をＳ２Ｆ１とする。一方、非致命欠陥２０１の曲線２０１Ａの波長５００〜６００ｎｍの波長範囲における面積は、上述したものと同様にＳ１となる。ここで、図３の記載から理解されるように、Ｓ２Ｆ１≒Ｓ１となる。従って、比較チップ１０８のパターン正常部２０２の輝度と、同一ポイントにおける非致命欠陥２０１の輝度の差（濃淡差）（Ｓ２Ｆ１−Ｓ１）は、所定のしきい値よりも小さくなるため、非致命欠陥２０１は欠陥ではないと判断できることになる。なお、Ｓ２Ｆ１≒Ｓ１とならなくても、比較チップ１０８のパターン正常部２０２の輝度と、同一ポイントにおける非致命欠陥２０１の輝度の差（濃淡差）（Ｓ２Ｆ１−Ｓ１）が、所定のしきい値よりも小さくなれば、非致命欠陥２０１は欠陥ではないと判断できるものである。
【００２２】
波長選択フィルタ１０９を用いて、円盤を回転することにより、４種類のフィルタを順次光路中に挿入し、正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタ１０９を用いない場合（単なる開口が光路中に挿入された場合）に比べて、できるだけ小さくなるようなフィルタを４種類の中から選択して用いることにより、非致命欠陥２０１は欠陥ではないと判断できることになる。
【００２３】
以上のようにして、本実施形態では、複数の波長特性を有するフィルタを順次光路中に挿入して、正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタ１０９を用いない場合に比べて、できるだけ小さくなるようなフィルタが選択して、光路中に挿入することにより、非致命欠陥２０１は欠陥ではないと判断できることになるものである。非致命欠陥を欠陥として判別しないようになることにより、その後の目視確認による欠陥か非致命欠陥かの識別時間を短縮することができる。
【００２４】
次に、図４を用いて、本発明の他の実施形態によるウェハ外観検査装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態によるウェハ外観検査装置の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図４は、本発明の他の実施形態によるウェハ外観検査装置による制御動作を示すフローチャートである。
【００２５】
本実施形態では、制御部１０３が、フィルタの選択設定を自動的に行うようにしている。
【００２６】
ステップｓ１０において、制御部１０３は、波長選択フィルタ１０９に指令を出し、ｎ番目のフィルタを光路中に挿入し、そのときの濃淡画像をＣＣＤカメラ１０２によって検出する。なお、図１に示した例では、フィルタは４種類有るため、１〜４番目のフィルタの内に任意のｎ番目のものを光路中に挿入する。例えば、１番目のフィルタを光路中に挿入する。なお、ステップｓ１０〜ｓ３０は、４種類のフィルタについてそれぞれ実行される。
【００２７】
次に、ステップｓ２０において、制御部１０３は、Ｘ−Ｙステージ１０１をチップピッチの整数倍の距離を動かし、検査チップ１０７の非致命欠陥の濃度Ｄｅｆ−ｎと、比較チップ１０８のパターン正常部の濃度Ｐａｔ−ｎを求める。
【００２８】
次に、ステップｓ３０において、制御部１０３は、非致命欠陥の濃度Ｄｅｆ−ｎと、パターン正常部の濃度Ｐａｔ−ｎとの差Ｄｉｆｆ−ｎを求める。そして、以上のステップｓ１０〜ｓ３０は、４種類のフィルタ、それぞれについて実行される。実行された結果の差の値は、それぞれ、Ｄｉｆｆ−１，Ｄｉｆｆ−２，Ｄｉｆｆ−３，Ｄｉｆｆ−４となる、
次に、ステップｓ４０において、差Ｄｉｆｆ−１，Ｄｉｆｆ−２，Ｄｉｆｆ−３，Ｄｉｆｆ−４の値が最も小さいものを選択する。
【００２９】
最後に、ステップｓ５０において、差Ｄｉｆｆ−ｎが最も小さかった波長選択フィルタｎを光路中に挿入するよう設定する。
【００３０】
以上のようにして、本実施形態では、複数の波長特性を有するフィルタを順次光路中に挿入して、正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、一番小さくなるようなフィルタが選択して、光路中に挿入することにより、非致命欠陥２０１は欠陥ではないと判断できることになるものである。非致命欠陥を欠陥として判別しないようになることにより、その後の目視確認による欠陥か非致命欠陥かの識別時間を短縮することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、非致命欠陥を検出を低減し、目視確認に要する時間が短縮できる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置によって検査される検査ウェハの濃淡画像の一例を示す例図である。
【図３】本発明の一実施形態によるウェハ外観検査装置によって検査される検査ウェハの濃淡画像と波長選択フィルタの波長特性の一例を示す例図である。
【図４】本発明の他の実施形態によるウェハ外観検査装置による制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１…Ｘ−Ｙステージ
１０２…２次元ＣＣＤカメラ
１０３…制御部
１０４…検査ウェハ
１０５…対物レンズ
１０６…光源
１０７…検査チップ
１０８…比較チップ
１０９…波長選択フィルタ
１１０…ハーフミラー
２０１…非致命欠陥
２０２…パターン正常部
２０３…パターン背景部

Claims

ウェハの表面に光を照射する光源と、この光源によって照射された上記ウェハからの反射光を検出する検出器と、上記ウェハを載置したステージと、このステージを移動して、上記ウェハ上の検査チップと比較チップの同じポイントから上記検出器によって検出された濃度差が所定のしきい値以上の場合に、欠陥と判定する制御部を有するウェハ外観検査装置において、
波長選択範囲の異なる複数の波長選択フィルタを備え、
これらの複数の波長選択フィルタの内、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタを用いない場合に比べて、最も小さくなるフィルタを選択して、光路中に挿入することを特徴とするウェハ外観検査装置。
請求項１記載のウェハ外観検査装置において、
上記制御部は、上記複数の波長選択フィルタを順次光路中に挿入し、パターン正常部分からの検出される輝度と、非致命欠陥から検出される輝度の差が、フィルタを用いない場合に比べて、最も小さくなるフィルタを選択して、光路中に挿入することを特徴とするウェハ外観検査装置。