JP2009133778A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの表面状態、異物や欠陥から発生する反射光が、膜種や膜厚，表面粗さのヘイズ成分に畳重し、固定のしきい値では、正確なヘイズ成分の測定が困難であった。
【解決手段】被検査体表面上のヘイズ成分を検出する際、前記被検査物体からの光を検出して電気信号に変換し、前記電気信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングしてデジタルデータに変換し、前記デジタルデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離して、表面に付着する染み，かすみ状の曇り，表面粗さ分布などに対応するヘイズ周波数成分を選択する。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検査物表面を検査する方法、装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に記載されているように、半導体の材料であるシリコンウエハ面板には、種々の欠陥があり、これより製造されるＩＣの品質を低下するので、面板欠陥装置により検査されている。

最近においては、ＩＣの集積密度がますます高度化され、欠陥の検査が厳密となるに伴い、欠陥の種類を区別して検出することが必要とされている。

面板の欠陥には、多種な種類があるが、表面に付着した染み、ないしは、かすみ状の曇り、表面粗さ分布などのヘイズと呼ばれる欠陥があり、これを検出することが要請されている。

このヘイズの欠陥は比較的広い範囲に分布するものであるが、極めて薄い膜状である。これに対して、従来から行われている欠陥検出方法は、塵埃などの微粒子または微小な傷が極めて微細な範囲内で発生する散乱光に対するものであって、そのままではヘイズ欠陥に対処することが困難であった。そこで、これらに対して有効な検出方法が必要とされている。

特開昭６３−１４３８３０号公報

検出対象から発生する信号には、表面に付着した染み、ないしは、かすみ状の曇り、表面粗さ分布などのヘイズと呼ばれる欠陥とは別に、表面欠陥、異物の高周波変動成分が含まれる。

この高周波数成分は、照明光の大きさ，被検査物移動手段の速度，移動位置からなるパラメータで決定されるため、一定ではないものである。

従来は、この周波数成分をアナログフィルタにより、除去または抑制していたが、Ｃｕｔ−ｏｆｆ周波数設定は回路定数によって定まるため柔軟に変化させるのは困難であることから、前記各種条件に対応できなかった。

また、通過信号のひずみを考慮すると、通過信号帯域には余裕を持たせる必要があるため、減衰周波数帯域を十分広くとることは難しく、精度よく高周波数成分を除去または抑制できなかった。

このため、上記変動する周波数成分を除去できず、検出判定しきい値を、かさ上げさせる必要があり、検出感度がこの分、劣化していた。

本発明の一つの目的は、高周波数成分を削減することである。また、本発明の他の目的は、表面欠陥、異物の成分を削減でき、検出判定しきい値を、かさ上げさせる必要を無くし、検出判定を正確におこなうことである。

本発明の一つの特徴は、移動ステージに置かれる被検査物体の表面に検査光を照明する照明手段と、前記表面からの反射光を検出して電気信号に変換する光検出手段を有する検査装置において、前記電気信号のデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離処理し、表面に付着する染み、かすみ状の曇り、表面粗さ分布などに対応するヘイズ周波数成分を選択することにある。

本発明によれば、ヘイズ周波数成分を選択することができる。また、本発明によれば、被検査物体の表面欠陥、異物の成分を削減でき、染み、かすみ状の曇り、表面粗さ分布などのヘイズ周波数成分の検出判定を一定に保てる検査装置、および検査方法を提供することができる。

図１（ａ）に本発明の異物・欠陥検出方法を用いた異物・欠陥検査装置の実施例を示す。図１（ｂ）に半導体ウェーハ１００の平面を示す。

被検査物体である半導体ウェーハ１００はチャック１０１に真空吸着されており、このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２、Ｚステージ１０５上に搭載されている。回転ステージ１０３にて回転移動θを、並進ステージ１０４にて並進移動ｒを行う。

図２（ａ）に半導体ウェーハ１００の上方に配置されている照明・検出光学系を示す。
図２（ｂ）に半導体ウェーハ１００の平面を示す。

すなわち、照明光の光源２００にはレーザ光源を用いる。光源２００から出た照射ビーム２０１は照射レンズ２０２に入射し、予め定められた大きさの照明スポット２０３を形成する。照明光は例えばＰ偏光であり、被検査物体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射するように構成されている。このため照明スポット２０３は概略楕円形状をしており、照度が照明スポット中心部のｅの２乗分の１（ｅは自然対数の底）に低下する輪郭線の内部を、ここであらためて照明スポットと定義することにする。

この照明スポット２０３の長軸方向の幅２０４をｄ１，短軸方向の幅２０５をｄ２とする。照明スポット２０３は、図２のようにθ走査２０８をさせる。

図３に示すように被検査物体移動ステージ１０２は、回転移動θと並進移動ｒを時間と共に組み合わせて変化させることで、相対的に照明スポット２０３を半導体ウェーハ１００の概略全表面上で螺旋状に走査させる。前記回転ステージが１回転する間に、走査はΔｒだけ移動する。Δｒ＞ｄ１であると、半導体ウェーハ１００上で螺旋状走査において照明光が照射されず、検査されない隙間領域ができてしまうので、通常Δｒ＜ｄ１に設定する。本実施例では、照明スポット２０３の走査は半導体ウェーハ１００の内周から外周に向かって行うが、逆であっても差し支えない。

また、本実施例では、半導体ウェーハ１００の内周から外周までの概略全領域で、前記回転ステージ１０３を概略角速度一定で、かつ前記並進ステージ１０４を概略線速度一定で駆動させる。

図４（ｃ）は、前記結果、半導体ウェーハ１００の表面に対する照明スポット２０３の相対移動線速度が、内周に比べて外周で大きくなることを示す。図４（ａ）は内周、図４（ｂ）は外周の信号強度を示している。

被検査物体移動ステージ１０２には、検査中の主走査座標位置θと副走査座標位置ｒを検出するために、検査座標検出機構１０６が取り付けてある。本実施例では、主走査座標位置θの検出に光学読み取り式のロータリーエンコーダ、副走査座標位置ｒに光学読み取り式のリニアエンコーダを用いているが、共に、高精度で角度または直線上の位置が検出できるセンサであれば、他の検出原理を用いたものでも良い。

集光レンズ２０５は、レーリー散乱に従うような微小な異物に対して効率良くその散乱光を捕捉できるよう、低い仰角で散乱光を集光できる構成にしてある。この構成において、異物２０６は照明スポット２０３を通過し、光検出器２０７からは光散乱光信号が得られる。本実施例では光検出器２０７として光電子増倍管を用いているが、異物からの散乱光を高感度に検出できる光検出器であれば他の検出原理の光検出器であっても良い。

前述のように本実施例では、半導体ウェーハ１００の内周から外周までの概略全領域で、前記回転ステージ１０３を概略角速度一定で駆動させており、半導体ウェーハ１００の表面に対する照明スポット２０３の相対移動線速度は、内周に比べて外周で大きくなる。

そのため、前記半導体ウェーハ１００上にある異物が前記照明スポット２０３の短軸２０５、ｄ２の距離を横切る時間は、前記異物が前記半導体ウェーハ１００の外周部にあるときは、内周部にあるときに比べて短く、そのため前記光検出器２０７から増幅器１１１を経て得られる散乱光信号の時間変化波形は、一般的に図４（ｂ）に示すように、外周部すなわち前記異物が走査方向の半径位置が大きい場所にあるほど、信号ピークの半値幅が小さくなる。

次に、本実施例における信号処理を説明する。

図１に示すように前記光検出器２０７からの散乱光信号は増幅器１１１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１１２で予め定められたサンプリング間隔ΔＴ毎にサンプリングされ、デジタルデータに変換される。前記サンプリング間隔ΔＴは図４に示す信号波形を十分な時間分解能でサンプリングできるように決める。

例えば、図４における最小信号波形幅である最外周部での半値幅をΔＳｏｕｔとすると、ΔＴ＝ΔＳｏｕｔ÷１０とする。このサンプリングにより、図４に示す信号波形に対応する時系列デジタルデータ群が得られる。

また、このサンプリング間隔は、サンプリング精度向上とデータ処理量のトレードオフを考慮して可変とする。

ところで、この時系列デジタルデータ群は、本来必要とする、図５に示すようなヘイズ成分である低周波数の信号成分５００とは別に、異物・欠陥信号の高周波数成分が重畳したヘイズ周波数成分５０１をしている。

なお、ヘイズ周波数成分は、被検査物体の表面に付着した染み、ないしは、かすみ状の曇り、表面粗さ分布などに対応している。異物・欠陥信号の高周波数成分は、表面の微粒子ないし微小傷などに対応している。

一般に異物・欠陥の大きさに対応する異物・欠陥信号が含まれるヘイズ周波数成分５０１は、被検査物体移動ステージの主走査回転速度、前記座標検出手段から得られる走査方向の座標位置、照明スポットの大きさ、更に被検査物体表面上の、作成された膜種や膜厚、表面粗さ、結晶方位、反り量、によって変化するため一定値とはならない。そこで、ヘイズ周波数成分を正しく算出するためには、この異物・欠陥の成分を除去する必要がある。

そこで本実施例では、Ａ／Ｄ変換器１１２からのデジタルデータに対して、可変ローパスフィルタ１１３により処理を行い、前記異物・欠陥の高周波数成分を除去して、ヘイズ周波数成分に対応する散乱光の強度のみの情報となる。

ここで前記可変ローパスフィルタ１１３のＣｕｔ−ｏｆｆ周波数は、被検査物体移動ステージの回転数、前記座標検出手段から得られる走査方向の座標位置、照明スポットの大きさ、更に被検査物体表面上の、作成された膜種や膜厚、表面粗さ、結晶方位、反り量、の情報を基に、演算器１１４にて制御される。この演算器１１４の算出パラメータは検査座標検出機構１０６と上位ＣＰＵ１０７からの情報に基づくものである。

Ｃｕｔ−ｏｆｆ周波数＝１÷（照明スポット短径÷回転数÷（２×円周率×半径座標位置））÷Ａ
（Ａ＝膜種、膜厚、表面粗さ、結晶方位、反り量から規定）
膜種、膜厚、表面粗さ、結晶方位、反り量はユーザーにて設定し、装置内にて演算する。

前記データ処理の結果として得られた散乱光強度値はヘイズ判定機構１０８で、予め定められた検出しきい値と比較され、前記散乱光強度値が前記しきい値以上であれば、ヘイズ判定機構１０８はヘイズ判定情報を発生する。ヘイズ判定情報が発生すると、ヘイズ座標検出機構１０９は前記検査座標検出機構１０６からの情報に基づいて、検出されたヘイズの座標位置を算出する。

このように本実施例では、前記増幅器１１１から得られた信号に対して、可変ローパスフィルタ処理１１３を行って異物・欠陥の高周波数成分の影響を取り除いた後にヘイズ判定を行う。

その結果、図５に示すように、異物・欠陥信号の高周波数成分が重畳したヘイズ周波数成分５０１になっていても、異物・欠陥信号の高周波数分が除去されるので、図５上、点線表記のヘイズ周波数成分５０２となり、従来しきい値５０３のように異物・欠陥信号の高周波数成分の分をオフセットさせる必要がなくなり、本実施例後しきい値５０４のようになり、ヘイズ周波数成分を適切に検出可能となる。

ヘイズの判定は、ウエハの光学特性、物理特性により算出された値に対して測定値と比較判定を行うが、理論値と現実値との間の誤検出回避余裕度のため、判定値が緩いものとならざるをえなかった。

また、ウエハ製作工程の想定外条件の付加により、算出の元となる入力パラメータが欠けてしまった場合、比較算出値が誤ったものとなり、誤検出及び未検出を起していた。

これに対応し、ヘイズ成分を詳細に判別する場合には、予め正常と規定したヘイズ値データを参照メモリ１１５に登録しておき、測定データとの検査時同一座標点データとの比較方法を用いるように構成する。

この参照は、ウエハ１周スキャン毎，指定面積毎の可変性をもつ。

この方式により、理論値と現実値との間の誤検出回避余裕度を削減し、比較算出値誤設定を回避でき、正確にヘイズ成分が検出可能となる。

ヘイズ成分は、その組成要因により、反射光の特定方向に特徴が現れる場合があり、反射光全方位を捉える受光機構では、方向性特徴がうすれ、検出が困難であった。

この対応として、光検出器２１０を光検出器２０７とは異なる仰角度に実装する。また、光検出器２１１，２１２，２１３，２１４を、レーザ入射２１５に対し、あるオフセット角度毎に実装する。前記仰角度及び前記レーザ入射角度に対するオフセット角度は、反射方向毎にヘイズ成分が特徴付くように配置する。なお、反射光とは、照明光が、被検査物に照射されておこる散乱光、干渉光、回析光を含めて云う。

また、前記増幅器１１１からヘイズ判定機構１０８までを検出データ処理部１２０とし、前記光検出器毎に検出データ処理部１２１，１２２，１２３，１２４，１２５を用意し並列処理する。これにより、特定方向に特徴のあるヘイズ成分を、明確に検出可能となる。

次に上述した検査に関して検査フローを示すフロー図（図６）に沿って説明する。

まず、照明・検出光学系１１０（照明手段）による照明が被検査物体に対し手行われる（ステップ６０１）。光検出器２０７，光検出器２１０，光検出器２１１，光検出器２１２，光検出器２１３，光検出器２１４を含む光検出手段は、異物欠陥等の周波数成分、表面に付着する染み，かすみ状の曇り，表面粗さ分布などのヘイズ成分を含む散乱光を検出し、電気信号を得る（ステップ６０２）。

上記電気信号は増幅器１１１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１２にてサンプリングされ、時系列デジタルデータ群が得られる（ステップ６０３）。その時系列デジタルデータ群は可変ローパスフィルタ１１３による可変ローパスフィルタ処理により、異物欠陥等の周波数成分が分離除去され、表面に付着する染み，かすみ状の曇り，表面粗さ分布などのヘイズ周波数成分が選択され、ヘイズ周波数成分の散乱光の強度のみの情報となる（ステップ６０４）。

上記ヘイズ成分の散乱光の強度のみの情報は、予め定められた検出しきい値と比較される（ステップ６０５）。ステップ６０６で、検出しきい値より大きいと判断されたとき（ＹＥＳ）は、ヘイズ判定機構１０８によりヘイズ判定情報の発生（ステップ６１１）する。そして、ヘイズ座標検出機構１０９により、検出されたヘイズの座標位置の算出が行われる（ステップ６１１）。

また、ステップ６０４を経てステップ６０７で、予め正常と規定したヘイズ値データを参照メモリに登録する。そして、ステップ６０８では、上記参照メモリのヘイズ値データと、（ステップ６０４）で得たヘイズ成分の散乱光の強度のみの情報とが比較される。ここでの比較は、測定データと検査時同一座標点データとの比較が行われる。

ステップ６０８の比較で許容範囲より大きい（ステップ６０９）とき（ＹＥＳ）は、ヘイズ判定機構１０８によりヘイズ判定情報の発生（ステップ６１１）する。そして、ヘイズ座標検出機構１０９により、検出されたヘイズの座標位置の算出が行われる（ステップ６１１）。

上記ステップ６０９で許容範囲より大きくないと判断されたとき（ＮＯ）は、「Ｎｏ
Ｅｒｒｏｒ」（エラーなし）とされる（ステップ６１０）。又は、ステップ６０６で、検出しきい値より大きくないと判断されたとき（ＮＯ）も「Ｎｏ Ｅｒｒｏｒ」（エラーなし）とされる（ステップ６１０）。

更に、上記ステップ６０９で許容範囲より大きくないとする判断（ＮＯ）と、上記ステップ６０６で検出しきい値より大きくないとする判断（ＮＯ）のＡＮＤ条件で「Ｎｏ Ｅｒｒｏｒ」（エラーなし）とすることもできる。

本発明の実施例に係る検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係る照明スポットを示す図である。 本発明の実施例に係る走査を示す図である。 本発明の実施例に係る異物・欠陥信号の走査位置違いによる差（信号幅差）を示す図である。 本発明の実施例に係る異物・欠陥信号としきい値を示す図である。 本発明の実施例に係る検査フローを示す図である。

符号の説明

１００…半導体ウェーハ、
１０１…チャック
１０２…被検査物体移動ステージ
１０３…回転ステージ
１０４…並進ステージ
１０５…Ｚステージ
１０６…検査座標検出機構
１０７…上位ＣＰＵ
１０８…ヘイズ判定機構
１０９…ヘイズ座標検出機構
１１０…照明・検出光学系
１１１…増幅器
１１２…Ａ／Ｄ変換器
１１３…可変ローパスフィルタ
１１４…演算器
１１５…ヘイズ値データを参照メモリ
１２０…検出データ処理部
１２１…検出データ処理部
１２２…検出データ処理部
１２３…検出データ処理部
１２４…検出データ処理部
１２５…検出データ処理部
２００…照明光の光源
２０１…照射ビーム
２０２…照射レンズ
２０３…照明スポット
２０６…異物・欠陥
２０５…集光レンズ
２０７…光検出器
２１０…光検出器
２１１…光検出器
２１２…光検出器
２１３…光検出器
２１４…光検出器
２１５…レーザ入射
５００…散乱光強度の信号成分
５０１…欠陥信号の高周波数分が畳重したヘイズ周波数成分
５０２…異物・欠陥の高周波数分を除去したヘイズ周波数成分
５０３…従来しきい値
５０４…本実施例後しきい値

Claims (15)

1. 移動ステージに置かれる被検査物体の表面に検査光を照明する照明手段と、前記表面からの光を検出して電気信号に変換する光検出手段を有する検査装置において、
   前記電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記デジタルデータから第１の周波数成分を分離除去してヘイズ周波数成分を選択する処理部を有することを特徴とする検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、
   前記光は反射光及び／または散乱光を含み、
   前記表面の微粒子ないし微小傷などの異物欠陥等に対応する第１の周波数成分は、前記表面に付着する染み，かすみ状の曇り，表面粗さ分布などに対応する前記ヘイズ周波数成分よりも周波数が高いことを特徴とする検査装置。
3. 請求項１の検査装置において、
   前記処理部はデジタルフィルタ処理機能を有することを特徴とする検査装置。
4. 請求項３記載の検査装置において、
   前記デジタルフィルタ処理機能は、前記第１の周波数成分を除去する周波数帯域制限フィルタ処理機能を含むことを特徴とする検査装置。
5. 請求項４記載の検査装置において、
   前記処理部は、（１）前記移動ステージの主走査回転速度，（２）前記移動ステージの座標検出手段から得られる座標位置，（３）前記照明手段が照らす照明スポットの大きさのいずれか一つまたは複数の組み合わせのデータ情報に基づいて前記ヘイズ周波数成分を選択し、前記データ情報の変化に応じて随時組み合わせの設定変更ができる機能を有することを特徴とする検査装置。
6. 請求項４記載の検査装置において、
   前記処理部は、前記ヘイズ周波数成分に選択制限する際に、更に前記被検査物体の表面に存在する（１）形成された膜種や膜厚，（２）表面粗さ，（３）結晶方位，（４）反り量のいずれか一つまたは複数のデータ情報の組み合わせを用いる機能を有することを特徴とする検査装置。
7. 請求項１または３記載の検査装置において、
   前記ヘイズ周波数成分の正常性の判断は、予め記録しておいた正常物での検査時同一座標点データと比較することを特徴とする検査装置。
8. 移動ステージに置かれる被検査物体の表面に検査光を照明する照明手段と、前記表面からの光を検出して電気信号に変換する光検出手段を有する検査装置において、
   前記検出手段は、反射方位別に複数欠陥検出を行う処理部を備えたことを特徴とする検査装置。
9. 移動ステージに置かれる被検査物体に検査光を照明して被検査物体の表面上または表面近傍内部を検査する検査方法において、
   前記被検査物体からの光を検出して電気信号に変換し、
   前記電気信号を所定のサンプリング時間間隔でサンプリングしてデジタルデータに変換し、
   前記デジタルデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離して、表面に付着する染み，かすみ状の曇り，表面粗さ分布などに対応するヘイズ周波数成分を選択することを特徴とする検査方法。
10. 請求項９記載の検査方法において、
    前記デジタルデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離して前記ヘイズ周波数成分を選択する処理は、前記検査光で照らされた照明スポット内を前記被検査物体が通過する時間内に行なわれることを特徴とする検査方法。
11. 請求項９記載の検査方法において、
    前記デジタルデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離して前記ヘイズ周波数成分を選択するデジタルフィルタ処理は、異物欠陥等に対応する周波数成分を除去する周波数帯域制限フィルタ処理であることを特徴とする検査方法。
12. 請求項９記載の検査方法において、
    前記デジタルデータから異物欠陥等に対応する周波数成分を分離して前記ヘイズ周波数成分を選択する処理は、（１）前記移動ステージの主走査回転速度，（２）前記移動ステージの座標検出手段から得られる座標位置，（３）前記照明手段が照らす照明スポットの大きさのいずれか一つまたは複数の組み合わせのデータ情報に基づいて前記ヘイズ周波数成分に選択制限し、前記データ情報の変化に応じて随時組み合わせの設定変更ができることを特徴とする検査方法。
13. 請求項１１記載の検査方法において、
    前記欠陥検出処理が前記周波数帯域制限フィルタ処理の制限方法を決定する際に、更に前記被検査物体の表面に存在する（１）形成された膜種や膜厚，（２）表面粗さ，（３）結晶方位，（４）反り量のいずれか一つまたは複数のデータ情報の組み合わせを用いることを特徴とする検査方法。
14. 請求項９記載の検査装置において、
    前記ヘイズ周波数成分の正常性の判断は、予め記録しておいた正常物での検査時同一座標点データと比較することを特徴とする検査方法。
15. 移動ステージと、前記移動ステージに置かれる被検査物体に検査光を照明する照明手段と、前記被検査物体からの光を検出して電気信号に変換する光検出手段を用いて前記被検査物体の表面上または表面近傍内部を検査する検査方法において、
    前記光を反射方位別に複数欠陥検出の処理を行うことを特徴とする検査方法。

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