JP2750794B2 - ウエハ表面の欠陥検出方法および品質評価装置 - Google Patents
ウエハ表面の欠陥検出方法および品質評価装置Info
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Description
されるシリコンウエハの表面に対する欠陥検出方法およ
び品質評価装置に関する。
パターンを形成して製作される。素材のウエハの表面に
凹凸や異物などが存在すると、これが欠陥となってIC
の品質が劣化するので、ウエハ表面検査装置により検査
されている。ICの配線パターンの微細化に伴って検出
すべき欠陥の大きさが漸次に微小となり、現在では最小
0.1μmまでの微小欠陥を検査できる検査装置が開発
されており、さらに0.08μmまたはそれ以下の微小
欠陥に対する装置の開発が進められている。
置の基本構成を示し、被検査のウエハ1を吸着して回転
するスピンドル22と、これを駆動する駆動部21よりなる
回転機構2、および回転機構2をウエハ1の半径Rの方
向に移動する移動機構(図示省略)とを具備する。これ
に対して、レーザ光源31と投光レンズ32を有する投光系
と、それぞれ複数の集光レンズ33と光電子増倍管34を有
する受光系よりなる検査光学系3と、信号処理部4、デ
ータ処理部5、および出力装置6を設けて構成されてい
る。検査においては、スピンドル22にウエハ1を装着し
て駆動部21によりθ回転する。レーザ光源31よりのレー
ザビームLT を、投光レンズ32により微小な直径のスポ
ットに集束してウエハ1の表面に投射し、移動機構によ
りウエハ1を半径Rの方向に移動してスパイラル状に走
査する。表面に欠陥が存在すると、その散乱光LR が各
集光レンズ33により集光され、これが各光電子増倍管34
に受光されて受光信号が出力される。受光信号は信号処
理部4に入力してノイズ除去などの処理がなされて欠陥
が検出され、欠陥信号はデータ処理部5のA/D変換器
51によりデジタル化され、欠陥が検出された位置に対応
するメモリ(MEM)52のアドレスに記憶される。記憶
された欠陥データはマイクロプロセッサ(MPU)53に
転送されて処理され、出力装置6にウエハ1の表面に対
応したマップ状に表示される。このマップ表示により欠
陥の大きさとともに、その存在位置が明瞭に観察され、
これにより欠陥が検査されている。
微小欠陥を検出するために、上記の検査装置の検査光学
系3の検出感度を向上すると、欠陥データには付着異物
のみでなく、他の微小なものが含まれていることが認め
られた。一方、付着した異物は洗浄によりウエハの表面
より除去できる筈であるとして、これを洗浄すると意外
にも、異物と他の微小なものはかえって増加することも
認められた。図4(a) はウエハ1の洗浄回数に対する異
物などの検出個数の変化の実測データで、小さいものほ
ど個数が多い。これを洗浄すると回数がある限度までは
ほぼ一定であるが、限度を越えて増えるに従って、大き
いものは僅かに増加し、中くらいのものはやや大きく増
加し、小さいものほど増加が甚だしい。以上に対して、
関係者らにより、顕微鏡などによりウエハの表面に対す
る分子レベルの観察や検討がなされた結果、洗浄により
まず表面の酸化膜が除かれ、さらに洗浄を重ねると表面
のシリコン分子の一部が削られて、いわば分子欠落が生
ずることが知見され、これが上記の他の微小なものであ
ることが判明した。このモデルを図4(b) に示す。図の
実線の●はシリコン(Si)の分子の配列を、また点線
の○は欠落した分子による空孔をそれぞれ示し、1個の
空孔の深さは1nm程度の微小なものである。しかし、
洗浄回数が増えるに従って空孔は集団化してサイズと深
さが漸次大きくなるもので、これにより(a) の洗浄回数
に対する検出個数の増加が理由付けされる。なお、この
ような分子の空孔は洗浄のみでなく、シリコンの結晶棒
よりウエハを切削するときにも発生することがあるう
る。
度のサイズまで集団化すると異物と同様に欠陥となるの
が、両者に対する評価と対策などのためには、これらを
区別して検出することが必要であるので、その検出方法
と、区別してマップ表示する評価装置とが要請されてい
る。このために、ここで異物と空孔集団に対する受光信
号の特徴について検討する。図5は、ウエハ1の表面に
存在する異物、空孔集団と、これらに対する受光信号の
一例を示す。まず、ウエハ1には切削などにより緩やか
な湾曲Kが生じており、その高低差は10nm程度の微
小なものである。つぎに異物をQ1,Q2 とし、その大き
さを0.05μm程度とする。また、空孔集団をP1,P
2,P3 とし、その大きさを数nm程度とする。各異物Q
と空孔集団Pの受光信号をq1,q2 、およびp1,p2,p
3 とすると、図示のように、各pはPの立ち下がりと立
ち上がりのエッジに対応してそれぞれ2個のパルスを有
し、これらのパルス幅はqのそれより遥かに狭いことが
了解される。なお、ウエハ1の湾曲Kにより受光信号の
レベルが変化し、0.08μm以下の微小な欠陥の検出
に支障するので除去することが必要であり、また湾曲K
自体もその大きさによっては欠陥となるので、その程度
を知ることも必要である。なお、湾曲Kの変化周期は上
記の各パルスの幅よりかなり大きいものである。上記の
ように、異物と空孔集団の受光信号q,pのパルス幅
と、湾曲Kによる受光信号のレベル変化の周期は互いに
相違するので、これらを周波数帯域の分割により区別す
ることができる筈である。ただし、異物Qにも空孔集団
Pと同程度の大きさのものがあるので、確実ではないが
帯域分割により概略の評価に役立つ程度に区別すること
ができる。この発明は以上に鑑みてなされたもので、ウ
エハの表面に付着した異物と、洗浄などにより、ある程
度のサイズになった空孔集団、およびウエハの湾曲を区
別して検出する方法と、それぞれを別個にマップ表示す
る評価装置を提供することを目的とする。
達成する、ウエハ表面の欠陥検出方法および品質評価装
置である。欠陥検出方法は、前記のウエハ表面検査装置
において、散乱光の受光信号より検出された欠陥検出信
号を、高周波数帯域、中間周波数帯域、および低周波数
帯域に帯域分割し、帯域分割された各周波数帯域をそれ
ぞれ処理して、ウエハの表面の分子欠落の空孔集団、表
面に付着した異物、および表面の湾曲の各欠陥を区別し
て検出する。次に品質評価装置は、前記のウエハ表面検
査装置に対して、信号処理部の出力する欠陥検出信号
を、高周波数帯域、中間周波数帯域、および低周波数帯
域に帯域分割する周波数帯域分割回路と、帯域分割され
た各欠陥検出信号をそれぞれデジタル化する複数のA/
D変換器、ならびにデジタル化された各欠陥検出信号
を、欠陥データとして各欠陥の検出位置に対応するアド
レスに記憶する複数のメモリとを設ける。記憶された欠
陥データをデータ処理部により処理して帯域別にマップ
表示し、マップ表示された高周波数帯域、中間周波数帯
域、および低周波数帯域の各欠陥データにより、ウエハ
の表面の分子欠落の空孔集団、表面に付着した異物、お
よび表面の湾曲の各欠陥をそれぞれを区別して評価す
る。
分割された欠陥検出信号の、高周波数帯域が空孔集団
に、中間周波数帯域が異物に、また低周波数帯域が湾曲
にそれぞれ対応するので、これらの欠陥が区別して検出
される。品質評価装置においては、周波数帯域分割回路
により帯域分割された各欠陥検出信号はそれぞれのA/
D変換器によりデジタル化された後、対応するメモリ
の、各欠陥の検出位置に対応するアドレスに欠陥データ
として記憶され、データ処理部により処理されて帯域別
にマップ表示される。マップ表示された高周波数帯域、
中間周波数帯域、および低周波数帯域の各欠陥データ
は、それぞれウエハの表面の空孔集団、表面に付着した
異物、および表面の湾曲を表すので、これらを区別して
評価することができるものである。
装置の構成図を示す。品質評価装置は、前記した図3の
ウエハ表面検査装置と同様に、回転機構2と、図示しな
い移動機構、検査光学系3、信号処理部4、データ処理
部5、および出力装置6を有する。これに対して、信号
処理部4の出力側に、アクティブフィルタなどにより構
成した周波数帯域分割回路7を設ける。周波数帯域分割
回路7の帯域分割は、図1の一点鎖線内に示すように、
周波数(0〜f1)を湾曲Kに対する低周波数帯域、(f
1 〜f2)を異物Qに対する中間周波数帯域、また(f2
〜)を空孔集団Pに対する高周波数帯域とし、境界周波
数f1,f2 を実験などにより定める。一方、データ処理
部5にそれぞれ複数個のA/D変換器51a,51b,51c,51d
、およびMEM52a,52b,52c,52d を設けて図示のよう
に接続する。なお出力装置6をプリンタ61とディスプレ
イ装置62により構成する。次に、図2(a) は異物Qと空
孔集団Pのマップ表示の一例を、また(b) は信号処理部
4の欠陥検出信号の波形をそれぞれ示す。
法を説明する。図1において、図3の場合と同様に、検
査光学系3の光電子増倍管34が出力する受光信号は、信
号処理部4においてノイズ処理がなされて欠陥が検出さ
れ、欠陥検出信号が出力される。欠陥検出信号は2分割
され、一方は周波数帯域分割回路7に入力して、上記の
高周波数帯域、中間周波数帯域、および低周波数帯域に
帯域分割される。各帯域成分は、それぞれA/D変換器
51a,51b,51c によりデジタル化され、対応するMEM52
a,52b,52c の、欠陥検出位置に対応したアドレスに欠陥
データとしてそれぞれ記憶される。各欠陥データは、順
次にMPU53により読出されてマップデータが作成さ
れ、帯域別にプリンタ61にプリントされて図2(a) に示
すようにマップ表示される。ただし図(a) には異物Qと
空孔集団Pを便宜上一緒に記載してある。このマップ表
示は、レーザビームLT のスパイラル走査に対応して、
横軸をウエハの回転角度θ、縦軸を波形RとするRθ座
標で、隣接したR座標で検出された異物Q1,Q2 と空孔
集団P1,P2,P3 がそれぞれ疑似的な立体形で表示され
ており、これを観察してウエハ表面の品質が評価され
る。なお、表面の湾曲Kについては図示を省略したが、
同様にマップ表示される。つぎに、信号処理部4の他方
の欠陥検出信号は、A/D変換器51d によりデジタル化
されてMEM52d に記憶され、任意の半径Rに対する欠
陥データを随時にMPU53に読出して、その波形が、図
2(b) に示すようにディスプレイ装置62に表示され、品
質評価の参考に供されるものである。
エハ表面の欠陥検出方法および品質評価装置は、ウエハ
表面の空孔集団と、付着した異物、およびウエハの湾曲
に対する受光信号のパルス幅または周期が互いに相違す
ることに着目したもので、帯域分割された欠陥検出信号
は、高周波数帯域が空孔集団に、中間周波数帯域が異物
に、また低周波数帯域が湾曲にそれぞれ対応するので、
これらが区別して検出される。また、品質評価装置はこ
の欠陥検出方法を従来のウエハ表面検査装置に適用して
具体化したもので、帯域分割され、マップ表示された各
欠陥データにより、空孔集団、異物、および湾曲の各欠
陥を、それぞれを区別して評価することができ、ウエハ
表面の各欠陥の区別検出と、その品質評価に寄与すると
ころには大きいものがある。
構成図を示す。
は異物Qと空孔集団Pのマップ表示例、(b) は欠陥検出
信号の表示例をそれぞれ示す。
の欠落と、これが集団化した空孔集団の説明図である。
と、これらに対する受光信号波形の一例を示す。
部、22…スピンドル、3…検査光学系、31…レーザ光
源、32…投光レンズ、33…集光レンズ、34…光電子増倍
管、4…信号処理部、5…データ処理部、51,51a,51b,5
1c,51d…A/D変換器、52,52a,52b,52c,52d…メモリ
(MEM)、53…マイクロプロセッサ(MPU)6…出
力装置、61…プリンタ、62…ディスプレイ装置、7…周
波数帯域分割回路、 R…ウエハの半径、Q…付着異物,異物、P…空孔集
団、K…ウエハの湾曲。
Claims (2)
- 【請求項1】 ウエハの表面に対してレーザビームを投
射して走査し、該表面よりの散乱光を受光し、該受光信
号より検出された欠陥検出信号により、該表面に存在す
る欠陥を検査するウエハ表面検査装置において、前記欠
陥検出信号を、高周波数帯域、中間周波数帯域、および
低周波数帯域に帯域分割し、該帯域分割された各周波数
帯域をそれぞれ処理して、前記ウエハの表面の分子欠落
の空孔集団、前記表面に付着した異物、および前記表面
の湾曲の各欠陥を区別して検出することを特徴とする、
ウエハ表面の欠陥検出方法。 - 【請求項2】 スピンドルに装着されて回転するウエハ
の表面に対して、レーザビームを投射して走査し、該表
面よりの散乱光を受光して受光信号を出力する検査光学
系と、該受光信号により該表面に存在する欠陥を検出し
て欠陥検出信号を出力する信号処理部、および該欠陥検
出信号を処理してマップ表示するデータ処理部とを具備
するウエハ表面検査装置において、前記欠陥検出信号
を、高周波数帯域、中間周波数帯域、および低周波数帯
域に帯域分割する周波数帯域分割回路と、該帯域分割さ
れた各欠陥検出信号をそれぞれデジタル化する複数のA
/D変換器、ならびに、該デジタル化された各欠陥検出
信号を、欠陥データとして検出された欠陥の位置に対応
するアドレスに記憶する複数のメモリとを設け、該各欠
陥データを前記データ処理部により処理して周波数帯域
別にマップ表示し、該マップ表示された前記高周波数帯
域、中間周波数帯域、および低周波数帯域の各欠陥デー
タにより、前記ウエハの表面の分子欠落の空孔集団、前
記表面に付着した異物、および前記表面の湾曲の各欠陥
をそれぞれ区別して評価することを特徴とする、ウエハ
表面の品質評価装置。
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---|---|---|---|
JP22327692A JP2750794B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | ウエハ表面の欠陥検出方法および品質評価装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2008051617A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Advanced Mask Inspection Technology Kk | 画像検査装置、その方法、及びその記録媒体 |
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1992
- 1992-07-30 JP JP22327692A patent/JP2750794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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