JP2005077201A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非周期性パターン付き基板の異物検査において、パターンからの反射光、回折光の影響を削減し異物からの光のＳ／Ｎを向上させ、異物検出下限を低くすることができる異物検査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 異物検査装置の受光系に、検査面に存在するパターンから発生する光をカットするために受光側の偏光フィルターを設ける。この偏光フィルターは複数領域からなり、各領域の偏光方向が入射されるパターンからの偏光をさえぎる方向であるものを用いる。さらに各領域の透過率をパターンからの偏光に反比例させたものを用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体基板の表面、特に、非周期性のパターンをもつ半導体表面に存在する異物を検査する異物検査装置に関するものである。

半導体ウェハ（シリコンウェハ）の表面には、トランジスタや配線等の微細なパターンが形成されている。これら基板の表面に異物が付着すると、製品である半導体の品質に影響するところが非常に大きい。そこで、異物検査装置により基板表面に存在する異物を検査することが必要となる。検出すべき異物のサイズはパターンサイズと同程度の大きさとされており、パターンの微細化とともに、微小になってきている。従って、例えば、０．１３μｍパターンサイズの半導体プロセスでは０．１０μｍ程度の欠陥の検出が求められている。

周期性のあるパターンの場合は、その周期性を利用して、差分などにより異物を高感度で検出できる。非周期性パターンの場合は、異物とパターンの偏光の変化を利用してパターンを光学的に除去する「偏光変化検出方法」がある。この「偏光変化検出方法」について説明する。この方法は、パターンの周期性を利用せず、検査面にＳ偏光した光を照射して、主に異物で発生するP偏光を受光することで、異物検査する方法である。その方法は、周期性を利用していないので、半導体メモリーの様な周期性パターンだけでなく、ＣＰＵ、システムＬＳＩ等の非周期性パターンにも用いることができる。次に、「偏光変化検出方法」の具体例（例えば、特許文献１参照）を図７と図８と図９とを用いて説明する。図７（ａ）には、レーザー光の入射系４１と、異物４４で回折、反射、散乱された光を受光する受光系４２がある。検査基板４３上には、検出される異物４４とパターン４５と入射系４１の焦点がある。入射系４１は、レーザー光源４１１からの光を平行化するコリメータレンズ４１２と、Ｓ偏光成分のみを通過させる入射側偏光フィルター４１３と、平行光をライン状に結像し検査基板４３の表面を焦点とするシリンドリカルレンズ４１４とからなる。照明角αは約１〜５゜となるよう設定されている。入射側偏光フィルター４１３の偏光方向を図７（ｂ）に示す。

受光系４２は、入射系４１に設けられたシリンドリカルレンズ４１４に対応して、設けられたシリンドリカルレンズ４２１と、Ｐ偏光成分のみを通過させる受光側偏光フィルター４２２、光を集光する集光レンズ４２３と、光電変換により光を電気信号に変換して、異物の量を明確にするラインセンサ４２４とからなる。受光角θは０〜６０°に設定されている。また、受光系４２と入射系４１とのなす角（図８（ｃ）で説明する）は、±３０°以内と設定されている。受光側偏光フィルター４２２の偏光方向を図７（ｃ）に示す。

次に、この発明で、重要な角度の定義を、図８（ａ）と（ｂ）と（ｃ）を用いて説明する。図７と同じ構成であるので、各構成の説明は省略する。図９（ａ）は、外観図である。図８（ｂ）は、水平方向から見た図である。θは受光系４２と検査物の表面である検査面とのなす角度、αは入射系４１が検査物の表面とのなす角度である。図８（ｃ）は、上部からの見た図である。Φは、受光系４２と入射系４１のなす角度、ηは、入射光の光ラインを検査基板４３へ投射した線とパターン４５とのなす角度をあらわす。

以上のように構成された従来例の異物検査装置（図７（ａ））について、その原理を説明する。光源４１１からの光を、入射側偏光フィルター４１３により、Ｐ偏光を削除し、Ｓ偏光となる光のみ（図７（ｂ）で示す偏光方向１９の光）を検査面に照射し、発生する反射光及び散乱光を受光側偏光フィルター４２２で受光することで、Ｐ偏光（図７（ｃ）で示す偏光方向１９の光）となる光のみを測定することで異物４４を検出する方法である。Ｐ偏光の光は、パターン４５から発生するより、異物４４から発生する割合が圧倒的に多いため、Ｐ偏光を検出することで異物検出を行うことができる。

次に、実際の異物４４とパターン４５からのＰ偏光の光強度を図９に示す。図９は、入射角αが２°、受光角方位角φが０°で、受光角θをパラメータとしての測定値を表したものである。この結果より、異物４４を検出するためには、異物４４からのＰ偏光の光量が強く、パターン４５からのＰ偏光の光量が小さくなる受光角θとして、６０°未満、実際は、受光角θは、４０°以下で使用される。θが小さい鋭角ほど、望ましいことが判る。ただし、小さくなるとノイズ成分の影響のため、信号が不明瞭となる。受光角方位角φは、少なくとも３０°以内であることが必要である。
特許第３１４０６６４号公報（第５頁、［００３６］〜［０１４８］）

しかしながら、さらなるパターン４５の微細化に伴い、微細な異物４４まで検出する必要性が高まっている。上記の従来の偏光変化検出方法では、パターン４５からの反射光、回折光、散乱光のＰ偏光成分が混入するために、ＳＮが悪く、検出しきい値を下げることができないため、１μｍレベルの異物の検出ができなかった。

本発明は上記問題点に鑑み、非周期パターン付きの基板の異物検査において、パターン４５からの反射光、回折光、散乱光の影響を減らし、異物４４とパターン４５からの光強度のＳ／Ｎを向上させ、その結果、非周期パターン用の異物検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、検査面に対して１°〜５°の角度でＳ偏光を照射する入射系と、前記検査面に対して６０°以下の角度でＰ偏光を受光する受光系とからなる異物検査装置において、前記入射系の前記検査面への投影線と前記受光系の前記検査面への投影線のなす角度が３０°以内となるように、前記入射系と前記受光系を位置させ、かつ、前記受光系内に、異なった偏光方向をもつ偏光フィルターを設けた異物検査装置を用いる。

さらに、受光系に設けた偏光フィルターの複数領域の各偏光方向が、前記各領域で受光するパターンからのＰ偏光の偏光方向に対して、垂直方向である前記異物検査装置を用いる。

検査面に対して１°〜５°の角度でＳ偏光を照射する入射系と、前記検査面に対して６０°以下の角度でＰ偏光を受光する受光系とからなる異物検査装置において、前記入射系の前記検査面への投影線と前記受光系の前記検査面への投影線のなす角度が３０°以内となるように、前記入射系と前記受光系を位置させ、かつ、前記受光系内に異なった透過率をもつ偏光フィルターを設けた異物検査装置を用いる。

さらに、受光系に設けた偏光フィルターの複数領域の各透過率が、前記各領域で受光するパターンからのＰ偏光の光強度と反比例している前記異物検査装置を用いる。

以上のように、本発明の検査方法によれば、非周期性パターンをもつ基板の異物検査において、フィルターを用いるだけで、パターンからの反射光、回折光、散乱光を低減し、検出下限を下げ、０．１０μｍレベルの大きさの異物を検出することができる。この装置を用いれば、新規の装置の購入や、装置の大掛かりな改造をせずに、微細な異物を検出することできる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態で用いる装置は、図１に示す装置である。従来の装置構成図７と同じ部分は説明を省略する。本実施形態の図１の装置は、従来の装置の図７と違い、図２に示す偏光フィルター１０が受光系４２に挿入されている。このフィルター１０は、パターンからのＰ偏光をカットし、異物からのＰ偏光を主に通過させることで、異物の検出の下限を低くするものである。

まず、図１を用いて原理について説明する。光源４１１からの光を、入射側偏光フィルター４１３により、Ｐ偏光成分を削除し、光を検査面に照射し、発生する反射光及び散乱光を受光側の偏光フィルター４２２を通す。このフィルターによりＳ偏光を削除する。さらに、その後方に位置する偏光フィルター１０で、パターンからのＰ偏光を削除することで、異物からのＰ偏光となる光を主に検出することでできる。その結果、異物４４を検出するという方法である。従来と異なり、ノイズ成分であったパターンからのＰ偏光を削除しているので、異物の検出下限が下がり、微小な異物まで検出できる。

以下、偏光フィルター１０について、説明する。まず、従来の装置の図７において、異物４４が検査基板にある場合の集光レンズ４２３における光の偏光方向と強度（線の幅で表示）を図３に示す。図３では、θが４０°の時に、入射光の法線とパターン４５とのなす角度η（図中角度）を変化させた時の強度を示している。偏光方向と強度は、一様であることがわかる。

次に、従来の装置の図７において、パターン４５が検査基板にある場合の集光レンズ４２３における光の偏光方向とその光強度（線の幅で表示）を図４に示す。パターン４５からの光の方向が入射されている。図４では、入射光の法線とパターン４５とのなす角度ηを変化させた時の偏光方向を示している。図４は、θが４０°の時のものである。偏光方向は、端部へいくほど、水平方向へずれ、および強度が大きくなっている。これは、パターン４５で反射する場合、角度ηが大きくなるほど、Ｓ偏光（水平方向）成分が混じるためである。

この現象を利用して、パターン４５からのＰ偏光の強度を特に減少（取り除く）させるには、従来の図７の受光側偏光フィルター４２２のあとに、フィルター内の各位置でのパターン４５からのＰ偏光をさえぎるように、別の偏向フィルターを設置し、その光をカットすればよい。このように偏光方向を各位置で変えたものが、図２に示す偏光フィルター１０である。この偏光フィルター１０は、図１に示したように従来の検査機の受光系偏光フィルター４２２の後に追加して用いることができる。

図１の装置において用いられる偏光フィルター１０として、本実施形態では、図２に示す偏光フィルターを用いる。図２の偏光フィルターは、図２の各領域１１において、偏光方向１９の光を通過させないフィルターを接着剤にて、つなぎ合わせてして製作できる。偏光方向１９は、パターン４５で発生し偏光フィルター１０に入射するＰ偏光の方向を示す。偏光フィルター１０では、各々の領域で、この光をさえぎる方向（偏光方向１９に垂直な方向に偏光）で作製されている。このような構成にすることで、パターン４５からのＰ偏光を効率的に削除し、異物４４からの光を受光する割合を相対的に増加させる。この結果、信号のＳＮ比がよくなり、微小な異物４４も検出できる。

図５は、図１に示す本実施形態の偏光フィルター１０を用いた装置での異物４４とパターン４５から光強度を表す図である。入射角α＝２°、受光角方位角φ＝０°で受光角θ（図７と同一条件）をパラメータとしての測定値を表したものである。この結果と図９に示される従来の方式による光強度とを比較すると、本発明のパターン４５からの光強度は、相対的に、低下していることが判る。この結果、異物４４の検出限界が下がり、従来よりも微細、微小な異物４４が検出できることがわかる。この結果、０．１μｍレベルの微小な異物４４も検査が可能となる。

なお、この実施形態では、照明に固定のライン状の照明、受光系にラインセンサを用いたが、照明系にレーザースキャニング照明、受光系にフォトマル等の点受光系を用いても良い。

次に、この実施形態の受光側偏光フィルターの作製方法を述べる。本実施形態の偏光フィルター１０は図６に示すように、偏光方向１９の異なる複数の偏光フィルターである図６（ａ）から（ｄ）を重ね合わせて作製できる。それぞれの偏光フィルター１０は、一部分のみに偏光フィルターが形成されている。

なお、この実施形態では、図１のように受光側偏光フィルターを７分割した実施形態を示したが、当然、さらに、光は連続的に変化しているので、さらに細かく分割すれば、検出下限がさらに下がり、０．１０μｍ以下の異物４４も検出できるようになると推測される。連続的に偏光方向を変化させることのできる受光側偏光フィルターがあればさらによい。

この実施形態の変形した例として、次のものが考えられる。図２における各領域の透過率を変化させたフィルターである。つまり、パターン４５からのＰ偏光強度が強い領域１１の透過率をさげる。図４に示すように、パターン４５からのＰ偏光が、強度が端部の領域ほど高くなっているので、逆に、透過率をさげることで、パターン４５からのＰ偏光の光強度を下げることで、異物４４からのＰ偏光の光強度を相対的にあげることができる。当然、実施形態１で示したように、領域ごとに偏光方向を変えてもよい。この場合、絶対強度が低くなるので、入射光強度を上げるか、検出器を高感度にするとさらによい。

なお、この実施形態では、上記実施形態に限定されるものでなくその要旨を変更しない範囲で変形しても良い。パターン４５や材料が変わると、受光側偏光フィルターの構成も変更することが必要である。

さらに、今回、偏光フィルターにより、パターン４５からのＰ偏光強度を削除し、相対的に異物４４からのＰ偏光強度を向上させたが、同様に、場所による強度の差を利用するように、各レンズの工夫や、スリットによる工夫を行ってもよい。

以上のように、本発明にかかる検査機用画像処理装置は、半導体基板などの表面、特に、非周期性のパターンをもつ半導体等の表面に存在する異物を検査することに利用可能である。

本実施形態の装置図 本実施形態の偏光フィルターを説明する図 受光系で検出されるパターンからのＰ偏光方向と強度を表す図 受光系で検出される異物からのＰ偏光方向と強度を表す図 本実施形態の装置での異物とパターンの光強度を表す図 本実施形態の偏光フィルターの作製方法を説明する図 従来装置を示す図 従来装置での角度の定義を説明する図 従来装置での異物とパターンの光強度を表す図

符号の説明

１１〜１７ 領域
１８ 通過させる光の方向
１９ パターンからの光の方向
４１ 入射系
４２ 受光系
４３ 検査基板
４４ 異物
４５ パターン
４１１ レーザー光源
４１２ コリメータレンズ
４１３ 入射側偏光フィルター
４１４ シリンドリカルレンズ
４２１ シリンドリカルレンズ
４２２ 受光側偏光フィルター
４２３ 集光レンズ
４２４ ラインセンサ
α 入射系の入射角
θ 受光系の受光角
η パターンのずれ角
φ 入射系と受光系のなす角

Claims (4)

1. 検査面に対して１°〜５°の角度でＳ偏光を照射する入射系と、前記検査面に対して６０°以下の角度でＰ偏光を受光する受光系とからなる異物検査装置において、前記入射系の前記検査面への投影線と前記受光系の前記検査面への投影線のなす角度が３０°以内となるように、前記入射系と前記受光系を位置させ、かつ、前記受光系内に、異なった偏光方向をもつ偏光フィルターを設けたことを特徴とする異物検査装置。
2. 受光系に設けた偏光フィルターの複数領域の各偏光方向が、前記各領域で受光するパターンからのＰ偏光の偏光方向に対して、垂直方向であることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
3. 検査面に対して１°〜５°の角度でＳ偏光を照射する入射系と、前記検査面に対して６０°以下の角度でＰ偏光を受光する受光系とからなる異物検査装置において、前記入射系の前記検査面への投影線と前記受光系の前記検査面への投影線のなす角度が３０°以内となるように、前記入射系と前記受光系を位置させ、かつ、前記受光系内に異なった透過率をもつ偏光フィルターを設けたことを特徴とする異物検査装置。
4. 受光系に設けた偏光フィルターの複数領域の各透過率が、前記各領域で受光するパターンからのＰ偏光の光強度と反比例していることを特徴とする請求項３記載の異物検査装置。

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