JP4036712B2 - 非破壊検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非破壊検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造では、半導体ウェーハ上に複数のダイ（チップ）を形成した後、ウェーハ検査が行われる。ウェーハ検査には、非破壊検査装置が用いられる。非破壊検査装置の一例として、走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡が知られている。ＳＱＵＩＤ顕微鏡は、試料の表面にレーザスポット光を照射し、それによって誘起された磁場の強度をＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉磁束計）で検出する。磁場強度の分布は、ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号を用いて画像化される。この画像を観察することにより、ウェーハを検査できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡を半導体ウェーハのスクリーニングに使用した場合、検査の分解能を高めるほど、スループットが低下する。場合によっては、一枚のウェーハを観察するのに、数日を要することすらある。また、ウェーハを載せたステージを走査してスポット光の照射位置を変える場合、ステージ走査の速度が検査速度を決定することがある。この場合、分解能を下げてもスループットを思うように高めることができない。また、レーザ光の光源を変調させてロックイン検出をする場合には、ＳＱＵＩＤ磁束計の応答速度との兼ね合いで、ステージ走査の速度が更に制限される。これは、スループットの向上を妨げる。
【０００４】
そこで、この発明は、検査のスループットを高めることの可能な非破壊検査装置の提供を課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る非破壊検査装置は、所定の構造を有する試料にレーザ光を照射する照射手段と、試料上におけるレーザ光の照射位置を移動させて試料を走査する走査手段と、試料の走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、を備えている。この装置は、磁場分布データに基づいて前記構造の欠陥を検出する。この構造は、半導体デバイスパターンであってもよい。この発明の非破壊検査装置は、減算手段、比較手段、および判定手段をさらに備えている。減算手段は、磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する。標準分布データは、欠陥のない正常試料についてあらかじめ取得した磁場分布データであってもよい。比較手段は、差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する。判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第１しきい値以上のとき、その照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第２しきい値以下のとき、その照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。試料に照射されるレーザ光は、長辺および短辺を有するスリット状の光、または、実質的に同一の大きさを有する複数のスポット光が一列に配列されてなるスポット列である。
【０００６】
スリット光またはスポット列は、単独のスポット光よりも大きな照射面積を有する。したがって、検査のスループットが高まる。スリット光の長辺の長さ、またはスポット列の長手方向の長さを変えれば、スループットと分解能が変化する。このため、走査手段によるスリット光またはスポット列の照射位置の移動速度にかかわらず、スループットと分解能を調整できる。
【０００８】
この発明に係る非破壊検査装置は、上述した、照射手段、走査手段及び磁場検出手段を備え、上記磁場分布データに基づいて、試料において同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出するものであって、減算手段、比較手段、および判定手段を備えるものとすることもできる。減算手段は、第１の領域の磁場分布データから第２の領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成する。また、減算手段は、第２の領域の磁場分布データから第３の領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する。比較手段は、第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する。また、比較手段は、第２差分データをその第１および第２しきい値と比較する。判定手段は、この比較の結果に応じて、第２領域における欠陥の有無を判定する。判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第２しきい値以下かつ第２差分データが前記第１しきい値以上のとき、第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第１しきい値以上かつ第２差分データが第２しきい値以下のとき、第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【００１０】
（実施形態１）
図１は、この実施形態に係る非破壊検査装置１の構成を示す概略図である。装置１は、走査型レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡である。装置１は、試料として、半導体ウェーハ５を検査する。
【００１１】
図２は、半導体ウェーハ５の表面を示す平面図である。ウェーハ５は、複数のダイ５２を有している。これらのダイ５２は、ウェーハ５の表面上で２次元的に配列されている。各ダイ５２には、所定の構造が形成されている。この構造は、半導体デバイスパターンである。これらのダイ５２は、すべて同じデバイスパターンを有することを予定されている。非破壊検査装置１は、各ダイ５２のデバイスパターンにおける欠陥の有無を検査する。
【００１２】
再び、図１を参照する。非破壊検査装置１は、ＩＲレーザ光源１０、照射光学系１２、ＸＹθステージ１４、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、および制御・画像処理装置１８を有している。ＩＲレーザ光源１０は、照射光学系１２に光学的に結合されている。ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４およびＳＱＵＩＤ磁束計１６は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。装置１は、フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７、ＳＱＵＩＤコントローラ１９、および表示装置２０をさらに有している。フォトダイオード１１は、照射光学系１２に光学的に結合されている。フォトダイオード１１、ステージコントローラ１７、ＳＱＵＩＤコントローラ１９および表示装置２０は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。
【００１３】
装置１によるウェーハ５の検査の際、ウェーハ５は、ＸＹθステージ１４上に載置される。ＸＹθステージ１４の上面には、チャック１５が設置されている。チャック１５は、ウェーハ５の裏面のエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。この実施形態では、チャック１５は透明であり、ＩＲレーザ光源１０から発する赤外レーザ光を透過させる。
【００１４】
なお、透明チャックの代わりに、環状のチャックを使用してもよい。環状チャックも、透明チャックと同様に、ウェーハ５の裏面５ｂのエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。ＩＲレーザ光源１０からのレーザ光は、環状チャックの中央開口部を通過してウェーハ５に照射される。このため、環状チャックは、透明でなくてもよい。
【００１５】
ＩＲレーザ光源１０は、赤外レーザ光を発する発光素子である。ＩＲレーザ光源１０には、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。光ファイバ４０の他端は、照射光学系１２に光学的に接続されている。ＩＲレーザ光源１０から発したレーザ光は、光ファイバ４０に入射し、光ファイバ４０によって伝搬され、照射光学系１２に入射する。
【００１６】
フォトダイオード１１は、ウェーハ５で反射され、照射光学系１２から出射する赤外レーザ光を受光する。フォトダイオード１１は、受光した赤外レーザ光の強度に応じた出力信号を生成する。この出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。フォトダイオード１１には、光ファイバ４１の一端が光学的に接続されている。光ファイバ４１の他端は、照射光学系１２に光学的に接続されている。照射光学系１２から光ファイバ４１に入射するレーザ光は、光ファイバ４１によって伝搬され、フォトダイオード１１に入射する。
【００１７】
照射光学系１２は、ＩＲレーザ光源１０から赤外レーザ光を受け取り、その赤外レーザ光からスリット状の光を形成して、ウェーハ５へ照射する。照射光学系１２は、ＸＹθステージ１４の下方に配置されている。照射光学系１２から出射するレーザ光は、ＸＹθステージ１４の開口部を通ってチャック１５に入射する。レーザ光は、チャック１５を透過して、ウェーハ５に到達する。こうして、ウェーハ５の裏面側からレーザ光が照射される。
【００１８】
ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５の表面と実質的に平行な平面内で、ウェーハ５およびチャック１５を平行移動および回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５およびチャック１５をＸ方向に沿って平行移動させることができる。また、ＸＹθステージ１４は、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿ってウェーハ５およびチャック１５を平行移動させることもできる。さらに、ＸＹθステージ１４は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸の周りにウェーハ５およびチャック１５を回転させることができる。ＸＹθステージ１４は、照射光学系１２から出射するレーザ光に対して相対的にウェーハ５を移動させることができる。したがって、ＸＹθステージ１４の駆動により、ウェーハ５におけるレーザ光の照射位置を変えることができる。
【００１９】
ＸＹθステージ１４は、ステージコントローラ１７を介して制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ステージコントローラ１７は、制御・画像処理装置１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、ステージ１４の移動方向および移動量をステージコントローラ１７に指示する。ステージコントローラ１７は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＸＹθステージ１４に送る。ＸＹθステージ１４は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、ＸＹθステージ１４は、制御・画像処理装置１８が指示する移動方向および移動量だけウェーハ５を移動させる。
【００２０】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５の上方に配置されている。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって発生する磁場を検出する。赤外レーザ光がウェーハ５に照射されると、熱起電力または光起電力が発生する。この熱起電力または光起電力は、ウェーハ５内に電流を生じさせる。この電流によって、磁場が誘起される。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、この誘起磁場を検出する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、検出した磁場の強度に応じた出力電圧信号（計測磁場信号）を生成する。この信号は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して制御・画像処理装置１８へ送られる。
【００２１】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からの命令にしたがって、ＳＱＵＩＤ磁束計１６を作動させ、またはＳＱＵＩＤ磁束計１６の動作を停止させる。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ作動命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６に作動電力を供給する。これによりＳＱＵＩＤ磁束計１６が作動し、磁場が検出される。ＳＱＵＩＤコントローラ１９は、制御・画像処理装置１８からＳＱＵＩＤ停止命令を受け取ると、ＳＱＵＩＤ磁束計１６への作動電力の供給を停止する。これにより、ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、その動作を停止する。
【００２２】
制御・画像処理装置１８は、ＩＲレーザ光源１０、ＸＹθステージ１４、およびＳＱＵＩＤ磁束計１６の動作を制御する。制御・画像処理装置１８は、照射光学系１２内に配置された光スキャナ１２２の動作も制御する。光スキャナについては、後で詳しく説明する。
【００２３】
制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の分布を画像化することができる。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上におけるレーザ光の照射位置をピクセル位置に対応付ける。制御・画像処理装置１８は、ウェーハ５上のある位置にレーザ光を照射したときの計測磁場信号レベルを、その照射位置に対応付けられたピクセルの輝度に変換する。これにより、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の画像データが得られる。以下では、この画像を「ＳＱＵＩＤ画像」と呼ぶことにする。ＳＱＵＩＤ画像データは、磁場の分布を示す磁場分布データでもある。ＳＱＵＩＤ画像データは、画像信号の形で処理されることがある。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２の各々についてＳＱＵＩＤ画像データを算出する。
【００２４】
制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ画像データを用いて各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。制御・画像処理装置１８は、ダイ５２内に欠陥が存在すると判定すると、その欠陥の位置を示す画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号を受け取る。この出力信号は、ダイ５２の反射画像を表す。制御・画像処理装置１８は、必要に応じて、ダイ５２の反射画像に欠陥位置を重ねた画像データを生成する。制御・画像処理装置１８は、生成した画像データを表示装置２０に送る。
【００２５】
表示装置２０は、制御・画像処理装置１８から画像データを受け取る。表示装置２０は、この画像データにしたがって画像を画面上に表示する。
【００２６】
次に、図１および図３を参照しながら、照射光学系１２の構成を詳しく説明する、ここで、図３は、照射光学系１２の構成を示す斜視図である。照射光学系１２は、ＩＲレーザ光源１０からレーザ光を受光し、そのレーザ光からスリット状のレーザ光４５を形成する。
【００２７】
照射光学系１２は、第１の光学系１２０、光スキャナ１２２、第２の光学系１２４、および対物レンズ１２６を有している。第１の光学系１２０は、コリメータレンズ１２０ａ、集光レンズ１２０ｂ、ビームスプリッタ１２０ｃ、および平凸型のシリンドリカルレンズ１２０ｄから構成されている。第２の光学系１２４は、ミラー１２４ａおよびズーム式瞳投影レンズ１２４ｂから構成されている。
【００２８】
コリメータレンズ１２０ａには、光ファイバ４０の一端が光学的に接続されている。したがって、コリメータレンズ１２０ａは、光ファイバ４０を介してＩＲレーザ光源１０に光学的に接続されている。光源１０からのレーザ光は、光ファイバ４０から出射すると、コリメータレンズ１２０ａに入射する。コリメータレンズ１２０ａは、そのレーザ光を平行ビームに変換し、ビームスプリッタ１２０ｃに送る。ビームスプリッタ１２０ｃは、その平行レーザビームを反射して、シリンドリカルレンズ１２０ｄに送る。シリンドリカルレンズ１２０ｄは、その母線と垂直な面内でレーザビームを収束させる。シリンドリカルレンズ１２０ｄを透過したレーザビームは、光スキャナ１２２に向かう。
【００２９】
光スキャナ１２２は、レーザビームを反射して、ミラー１２４ａに送る。この反射角度は可変である。反射角度を連続的に変化させると、レーザビームが連続的に移動する。これが、レーザビームの走査である。光スキャナ１２２は、制御・画像処理装置１８に電気的に接続されている。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２に駆動信号を送って光スキャナを作動させる。制御・画像処理装置１８は、光スキャナ１２２によるレーザビームの反射角度を制御でき、したがってレーザビームの移動（走査）を制御できる。
【００３０】
ミラー１２４ａは、光スキャナ１２２から送られるレーザビームを反射して瞳投影レンズ１２４ｂに送る。レーザビームは、瞳投影レンズ１２４ｂを透過して対物レンズ１２６に入射する。
【００３１】
照射光学系１２では、シリンドリカルレンズ１２０ｄの屈折作用により、スリット光４５が形成される。このスリット光４５は、対物レンズ１２６によってウェーハ５上に縮小投影される。
【００３２】
図４は、ウェーハ５上に照射されたスリット光４５を示す概略平面図である。スリット光４５は、長辺および短辺を有する方形の光である。長辺の長さは、ズーム式瞳投影レンズ１２４ｂのズーム比を変えることで調整できる。
【００３３】
装置１は、ウェーハ５の検査の際、ウェーハ５上におけるスリット光４５の照射位置を移動させてウェーハ５を走査する。照射位置の移動方向（走査方向）および移動経路は、図４において、矢印６０および線６２によってそれぞれ示されている。照射位置は、図４において矢印６０で示されるように、スリット光４５の短辺に沿った方向に移動させられる。照射位置は、短辺方向に沿ってウェーハ５の一端から他端まで移動すると、スリット光の４５の長辺方向に沿って平行移動させられる。この後、照射位置は、再び、短辺方向に沿って移動させられる。このように、スリット光４５の照射位置は、スリット光４５の短辺方向および長辺方向に交互に繰り返し移動させられる。これにより、ウェーハ５の全体にスリット光４５が照射され、すべてのダイ５２が走査される。
【００３４】
スリット光４５の照射位置の移動は、光スキャナ１２２によるレーザビームの走査およびＸＹθステージ１４の駆動によって実行される。この実施形態では、スリット光４５の短辺方向はＸＹθステージ１４のＸ軸方向に等しく、スリット光４５の長辺方向はＸＹθステージ１４のＹ軸方向に等しい。光スキャナ１２２によるレーザビームの走査は、照射位置をスリット光４５の短辺方向に沿って移動させる。一方、ＸＹθステージ１４は、ウェーハ５をＹ軸方向に沿って移動させる。これにより、照射位置は、スリット光４５の長辺方向に沿って移動する。
【００３５】
スリット光４５の一部は、ウェーハ５によって反射される。この反射光は、スリット光４５の照射経路を逆向きにたどり、ビームスプリッタ１２０ｃに到達する。反射光の一部は、ビームスプリッタ１２０ｃを透過して、集光レンズ１２０ｂに入射する。反射光は、集光レンズ１２０ｂによって集光され、光ファイバ４１に送られる。反射光は、光ファイバ４１によってフォトダイオード１１まで伝送される。フォトダイオード１１は、この反射光を検出し、反射光の強度に応じた出力信号を生成する。
【００３６】
フォトダイオード１１の出力信号は、制御・画像処理装置１８に送られる。スリット光４５の照射位置はウェーハ５の全体にスリット光４５が照射されるように移動するから、フォトダイオード１１の出力信号は、ウェーハ５の全体にわたる反射光の強度分布を示す。制御・画像処理装置１８は、フォトダイオード１１の出力信号に基づいて、ウェーハ５の反射画像データを生成する。
【００３７】
以下では、非破壊検査装置１による検査処理を説明する。検査の際、ＩＲレーザ光源１０は赤外レーザ光を発し、照射光学系１２はその赤外レーザ光をウェーハ５に照射する。赤外レーザ光の照射により、ウェーハ５内に熱起電力または光起電力が発生する。この起電力によってウェーハ５内に電流が流れる。この電流によって磁場が誘起される。この磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される。検査処理の間、ＳＱＵＩＤ磁束計１６にはＳＱＵＩＤコントローラ１９から作動電力が供給される。磁場の検出は、ウェーハ５上におけるスリット光４５の照射位置を移動させながら行われる。これにより、ウェーハ５上のすべてのダイ５２にスリット光４５が照射され、誘起磁場が検出される。制御・画像処理装置１８は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６からＳＱＵＩＤコントローラ１９を介して計測磁場信号を受け取る。制御・画像処理装置１８は、この計測磁場信号を用いて、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを生成する。
【００３８】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場は、ダイ５２に含まれるデバイスの構造に応じて変化する。また、検出される磁場には、レーザビームの照射によって誘起された磁場のほかに、外部磁場がバックグラウンドノイズとして含まれることがある。このため、ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像を単独で観察しても、欠陥を精度良く検出することは難しい。そこで、制御・画像処理装置１８は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを、あらかじめ用意された良品ダイのＳＱＵＩＤ画像データと比較することにより、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。
【００３９】
以下では、図５を参照しながら、欠陥検査処理を詳しく説明する。図５は、欠陥検査処理の説明図である。図５の「計測ＳＱＵＩＤ画像」は、一つのダイ５２の走査によって生成されるＳＱＵＩＤ画像の一例である。符号７１、７２は、ダイ５２中の欠陥を示している。計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。これらの欠陥７１および７２は、同じ走査経路上に位置するものとする。計測ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のスリット光４５の照射位置に対応し、また、計測ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４０】
図５の「良品ＳＱＵＩＤ画像」は、良品ダイに関する計測磁場信号から生成されるＳＱＵＩＤ画像である。良品ＳＱＵＩＤ画像は、非破壊検査装置１を用いて良品ダイを事前に検査することにより取得される。良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。この走査経路は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線が示す走査経路と同一である。つまり、これらの走査経路は、それぞれ良品ダイおよび被検査ダイの同一座標を通過する。良品ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その良品ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のスリット光４５の照射位置に対応し、また、良品ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４１】
計測ＳＱＵＩＤ画像中の欠陥７１は、良品ダイの同一箇所に比べて高い輝度を有する。つまり、欠陥７１は、プラスの輝度方向を有している。これは、欠陥７１の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より高いことに起因する。このような欠陥をプラス欠陥と呼ぶことにする。一方、欠陥７２は、良品ダイの同一箇所に比べて低い輝度を有する。つまり、欠陥７２は、マイナスの輝度方向を有している。これは、欠陥７２の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より低いことに起因する。このような欠陥をマイナス欠陥と呼ぶことにする。このように、欠陥には、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場強度を高くするものと低くするものとがある。本実施形態の欠陥検査処理によれば、この２種類の欠陥を判別できる。
【００４２】
制御・画像処理装置１８は、あるダイ５２の欠陥の有無を検査するために、そのダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を良品ＳＱＵＩＤ画像と比較する。具体的には、制御・画像処理装置１８は、計測ＳＱＵＩＤ画像データから良品ＳＱＵＩＤ画像データを減算して、差画像データを生成する。生成された差画像は、図５の右側に「減算ＳＱＵＩＤ画像」として示されている。理想的な差画像では、欠陥のみが表示される。
【００４３】
図５において、差画像の下に示されている電圧信号は、その差画像の画像信号の一部である。この信号部分は、差画像中の破線に沿った走査によって得られる。差画像信号では、欠陥７１が信号の山７１ａ、すなわち信号レベルの上昇として現れる。また、差画像信号では、欠陥７２が信号の谷７２ｂ、すなわち信号レベルの降下として現れる。このように、差画像信号の山は、被検査ダイ５２のプラス欠陥を示す。また、差画像信号の谷は、被検査ダイ５２のマイナス欠陥を示す。
【００４４】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを所定のしきい値と比較する。制御・画像処理装置１８は、二つの異なるしきい値を有している。以下では、高い方のしきい値を第１しきい値、低い方のしきい値を第２しきい値と呼ぶことにする。図５では、第１しきい値が破線８１で、第２しきい値が破線８２でそれぞれ示されている。この実施形態では、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。二つのしきい値を用いるのは、プラス欠陥とマイナス欠陥を判別するためである。
【００４５】
図６は、二つのしきい値の算出方法を説明するための図である。第１および第２しきい値は、装置１を用いて、二つの良品ダイのそれぞれについてＳＱＵＩＤ画像データを取得することにより算出される。この算出は、制御・画像処理装置１８が実行する。制御・画像処理装置１８は、これらのＳＱＵＩＤ画像データの一方から他方を減算して差画像データを生成し、その差画像データの輝度ヒストグラムを算出する。制御・画像処理装置１８は、輝度ヒストグラムの標準偏差も算出する。第１しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）＋（標準偏差のｋ倍）によって算出される。第２しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）−（標準偏差のｋ倍）によって算出される。ここで、ｋは所定の定数である。ｋの値は、非破壊検査装置１のオペレータが任意に設定できる。
【００４６】
また、このしきい値の算出は、ダイの中の同一位置をウェーハ全体でサンプリングして、ダイを構成するピクセル単位で設定する手法でも対応が可能である。
【００４７】
制御・画像処理装置１８は、より適切な第１および第２しきい値を得るために、マージ機能を有している。マージ機能は、しきい値を設定するためのサンプル数を増やす機能である。マージ機能は、新たに一つ以上のダイについてＳＱＵＩＤ画像を取得し、既存のＳＱＵＩＤ画像との間で減算処理を行い、輝度ヒストグラムのサンプル数を増やす。マージ機能を達成するため、輝度ヒストグラムの算出に用いられたＳＱＵＩＤ画像は、制御・画像処理装置１８内の記憶装置に保存される。
【００４８】
制御・画像処理装置１８は、第１しきい値以上の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にプラス欠陥が存在すると判定する。図５の例では、制御・画像処理装置１８は、山７１ａのうち第１しきい値８１以上の部分をプラス欠陥と判定する。また、制御・画像処理装置１８は、第２しきい値以下の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にマイナス欠陥が存在すると判定する。図５の例では、制御・画像処理装置１８は、谷７２ｂのうち第２しきい値８２以下の部分をマイナス欠陥と判定する。差画像信号の横軸座標は、ＳＱＵＩＤ画像のピクセル位置およびダイ５２におけるスリット光４５の横軸座標に対応している。制御・画像処理装置１８は、欠陥と判定された信号部分の時間情報から、その欠陥の位置を算出できる。
【００４９】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像のデータを生成する。この画像データは、表示装置２０に送られる。これにより、表示装置２０の画面上では、検出された欠陥がウェーハマップ上に表示される。また、装置１のオペレータによってダイ５２が指定されると、制御・画像処理装置１８は、より詳細な結果表示用の画像データを生成する。この画像データも、表示装置２０に送られ、画面に表示される。これにより、表示装置２０の画面上において、指定されたダイ５２内の欠陥位置情報がそのダイ５２の反射画像に重ねて表示される。なお、欠陥は、その種類に応じて異なる表示態様で表示される。例えば、プラス欠陥とマイナス欠陥を違う色で表示してもよい。
【００５０】
非破壊検査装置１は、次のような利点を有している。装置１は、スリット光４５を用いて試料を走査するので、スポット光を照射する場合に比べて照射面積を大きくできる。これにより、検査のスループットを高められる。スリット光４５の長辺の長さを変えることで、スループットと分解能を調整できる。スリット光４５の短辺の長さは、短辺方向に沿った照射位置の移動速度に応じて決められる。スリット光４５の長辺および／または短辺の長さを調節することで、光スキャナ１２２の走査速度やＸＹθステージ１４の移動速度によって制限されることなく、スループットと分解能を調整できる。
【００５１】
（実施形態２）
以下では、この発明の第２の実施形態について説明する。実施形態２の非破壊検査装置も、実施形態１と同様に、ＳＱＵＩＤ顕微鏡である。実施形態１では、スリット光４５をウェーハ５に照射する。これに対し、実施形態２では、スリット光４５の代わりに、ビームスポット列をウェーハ５に照射する。ビームスポット列は、実質的に同一の大きさを有する複数のレーザスポット光が一列に配列されたものである。
【００５２】
実施形態２の非破壊検査装置は、図１の非破壊検査装置１において、照射光学系１２の代わりに、ビームスポット列を生成する照射光学系１２ａを設置したものである。以下では、図７を参照しながら、照射光学系１２ａの構成を説明する。図７は、照射光学系１２ａの構成を示す概略斜視図である。
【００５３】
照射光学系１２ａは、上記実施形態の照射光学系１２におけるシリンドリカルレンズ１２０ｄの代わりに、回折光学素子（ＤＯＥ）１２０ｅを有する。照射光学系１２ａでは、コリメータレンズ１２０ａによって形成された平行レーザビームが、ビームスプリッタ１２０ｃで反射されて、ＤＯＥ１２０ｅに入射する。ＤＯＥ１２０ｅは、このレーザビームを一軸方向に沿って分割する。分割されたレーザビームは、光スキャナ１２２およびミラー１２４ａによって反射され、ズーム式瞳投影レンズ１２４ｂに入射する。瞳投影レンズ１２４ｂは、この非破壊検査装置（ＳＱＵＩＤ顕微鏡）の像面にビームスポット列を形成する。このビームスポット列は、対物レンズ１２６によってウェーハ５上に縮小投影される。
【００５４】
図８は、ウェーハ５上に投影されたビームスポット列４６を示す概略平面図である。ビームスポット列４６は、複数のビームスポット４８を含んでいる。これらのビームスポット４８は、実質的に同じ形状および大きさを有し、一方向に沿って配列されている。ビームスポット列４６の照射位置は、ビームスポット列４６の長手方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させられる。図８において、Ｘ軸方向は、ビームスポット列４６の照射位置の移動方向を示す。Ｙ軸方向は、ビームスポット４６の配列方向、すなわちビームスポット列４６の長手方向を示す。図８において、ｌは、ビームスポット列４６の長手方向に沿った長さ（以下では、単に「長さ」と呼ぶ）を示す。長さｌは、ズーム式瞳投影レンズ１２４ｂのズーム比を変えることで調整できる。
【００５５】
実施形態２の非破壊検査装置は、ウェーハ５の検査の際、ウェーハ５上におけるビームスポット列４６の照射位置を、ビームスポット列４６の長手方向と直交する方向に移動させる。この移動は、光スキャナ１２２によるレーザビームの走査によって実行される。照射位置は、ウェーハ５の一端から他端まで移動すると、ビームスポット列４６の長手方向に沿って平行移動させられる。この移動は、ＸＹθステージ１４の駆動によって実行される。この後、照射位置は、再び、ビームスポット列４６の長手方向と直交する方向に移動させられる。このように、ビームスポット列４６の照射位置は、長手方向と直交する方向および長手方向に交互に繰り返し移動させられる。これにより、ウェーハ５の全体にビームスポット列４６が照射され、すべてのダイ５２が走査される。
【００５６】
この実施形態の非破壊検査装置は、実施形態１の装置１と同様の利点を有する。この実施形態の非破壊検査装置は、スポット列４６を用いて試料を走査するので、単一のスポット光を照射する場合に比べて照射面積を大きくできる。これにより、検査のスループットを高められる。スポット列４６の長さｌを変えることで、スループットと分解能を調整できる。スポット列４６の幅（長手方向と直交する方向の長さ）は、幅方向に沿った照射位置の移動速度に応じて決められる。スポット列４６の長さおよび／または幅を調節することで、光スキャナ１２２の走査速度やＸＹθステージ１４の移動速度によって制限されることなく、スループットと分解能を調整できる。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５８】
上記の実施形態は、光スキャナ１２２による走査とＸＹθステージ１４の駆動とによってレーザ光の照射位置を移動させる。この代わりに、レーザ光を固定し、ＸＹθステージ１４によってウェーハ５を移動させることのみによって照射位置を移動させてもよい。また、レーザ光を固定し、照射光学系１２または１２ａをウェーハ５に対して移動させることによっても、照射位置を移動させることができる。
【００５９】
上記実施形態では、欠陥の有無を判定するために、ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を、あらかじめ取得した良品ダイのＳＱＵＩＤ画像と比較する。しかし、この代わりに、複数のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像同士を比較してもよい。
【００６０】
以下では、図９および図１０を参照しながら、異なるダイ５２間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検査処理を説明する。図９は、この欠陥検査処理の概略説明図である。図１０は、この欠陥検査処理の詳細説明図である。
【００６１】
図９の左側には、（ｎ−１）番目のダイ５２とｎ番目のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ここで、ｎは２以上の整数である。以下では、（ｎ−１）番目のダイ５２をダイ（ｎ−１）と呼び、ｎ番目のダイ５２をダイ（ｎ）と呼ぶことにする。これらは、例えば、走査経路に沿って隣接して配置されたダイ５２である。符号７３、７４は、ダイ（ｎ−１）中の欠陥を示している。符号７５、７６は、ダイ（ｎ）中の欠陥を示している。欠陥７３および７５は、上述したマイナス欠陥であり、欠陥７４および７６は、上述したプラス欠陥である。各計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。各破線によって示される走査経路は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標を通過する。欠陥７３〜７６は、いずれも破線の走査経路上に位置するものとする。
【００６２】
図９において計測ＳＱＵＩＤ画像の右側に示される電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査により得られる画像信号である。ダイ（ｎ−１）の画像信号には、欠陥７３が谷７３ｂとして現れ、欠陥７４が山７４ａとして現れる。同様に、ダイ（ｎ）の画像信号には、欠陥７５が谷７５ｂとして現れ、欠陥７６が山７６ａとして現れる。
【００６３】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２に関して、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像とダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を比較する。つまり、ダイ（１）とダイ（２）、ダイ（２）とダイ（３）、…ダイ（Ｎ−１）とダイ（Ｎ）間で、それぞれ計測ＳＱＵＩＤ画像が比較される。ここで、Ｎはダイの総数である。具体的には、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像からダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を減算して、差画像信号を生成する。差画像信号の一部は、図９の右側に示されている。差画像信号では、欠陥７４および７５が山７４ａおよび７５ａとして現れ、欠陥７３および７６が谷７３ｂおよび７６ｂとして現れる。このように、この差画像信号の山は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥またはダイ（ｎ）のマイナス欠陥を示す。また、この差画像信号の谷は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥またはダイ（ｎ）のプラス欠陥を示す。差画像信号の横軸座標は、ダイの位置座標に対応する。
【００６４】
制御・画像処理装置１８は、この差画像信号のレベルを第１および第２のしきい値と比較する。上記実施形態と同様に、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。これらのしきい値の算出方法は、図６を参照して上述した通りである。制御・画像処理装置１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。この信号部分の横軸座標は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標に対応する。
【００６５】
差画像信号のうち第１しきい値以上の部分は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のマイナス欠陥である可能性を有する。同様に、第２しきい値以下の部分は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のプラス欠陥である可能性を有する。欠陥がどちらのダイに含まれるのかを特定するため、制御・画像処理装置１８は、ダイ（ｎ）とダイ（ｎ＋１）間の計測ＳＱＵＩＤ画像の比較結果を利用する。以下では、図１０を参照しながら、欠陥検査処理をさらに詳しく説明する。
【００６６】
図１０の左側には、ダイ（１）〜（６）の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ダイ（１）、（２）、（５）および（６）は、欠陥を有さない。ダイ（３）は、マイナス欠陥７７を有している。ダイ（４）は、プラス欠陥７８を有している。図１０の中央には、相隣る番号のダイ間の差画像信号が示されている。図１０において「減算（ｍ−１）−ｍ」（ｍは、２以上Ｎ以下の整数。ここで、Ｎはダイの総数。）は、ダイ（ｍ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号からダイ（ｍ）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号を減算することを意味する。
【００６７】
図１０に示されるように、制御・画像処理装置１８は、すべてのｍ値について順次に減算（ｍ−１）−ｍを実行する。その後、すべての差画像信号について、その信号レベルを第１および第２しきい値と比較する。減算２−３による差画像信号には、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７７ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７７ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ２のプラス欠陥である可能性と、ダイ３のマイナス欠陥である可能性がある。
【００６８】
減算３−４による差画像信号には、減算２−３による差画像信号の山７７ａと同じ位置に、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７７ｂが現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７７ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。
【００６９】
減算２−３および減算３−４によって共通に予想されるのは、ダイ（３）のマイナス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（３）にマイナス欠陥が存在すると判定する。このように、制御・画像処理装置１８は、減算２−３による差画像信号と減算３−４による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（３）中において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。
【００７０】
減算３−４による差画像信号には、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７８ｂも現れている。制御・画像処理装置１８は、谷７８ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。減算４−５による差画像信号には、減算３−４信号における谷７８ｂと同じ位置に、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７８ａが現れている。制御・画像処理装置１８は、山７８ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性と、ダイ（５）のマイナス欠陥である可能性がある。減算３−４および減算４−５によって共通に予想されるのは、ダイ（４）のプラス欠陥だけである。したがって、制御・画像処理装置１８は、ダイ（４）中にプラス欠陥が存在すると判定する。ダイ（４）における欠陥の位置座標は、差画像信号における欠陥の横軸座標から特定される。
【００７１】
このように、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号と減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（ｎ）において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。また、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号で欠陥が検出され、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ−１）に欠陥が存在すると判定する。さらに、欠陥制御・画像処理装置１８は、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号で欠陥が検出され、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ＋１）に欠陥が存在すると判定する。どのダイに欠陥が存在するかが特定されれば、その欠陥が差画像信号において山であるか谷であるかに応じて、その欠陥の種類も特定される。
【００７２】
なお、「二つの差画像信号の同一の横軸座標に欠陥が検出される」とは、横軸座標が完全に一致する場合のほか、所定の許容値だけ横軸座標がずれている場合を含んでいてもよい。この場合、二つの差画像の同一画素にそれぞれ欠陥が検出される場合のほか、二つの差画像の欠陥の位置が数ピクセルずれている場合も、同一の画素に欠陥が存在するとみなされる。所定値以内のずれを許容するのは、欠陥の検出位置の誤差を考慮したものである。
【００７３】
制御・画像処理装置１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像を生成する。表示装置２０は、その生成された画像を画面上に表示する。この画像の生成および表示は、実施形態１に関して説明した通りである。
【００７４】
【発明の効果】
この発明の非破壊検査装置は、スリット光またはスポット列で試料を走査するので、スポット光を単独で照射する場合に比べて照射面積を大きくできる。したがって、検査のスループットを高められる。スリット光の長辺の長さ、またはスポット列の長手方向の長さを変えることで、スループットと分解能を調整できる。このため、走査手段によるスリット光またはスポット列の照射位置の移動速度にかかわらず、スループットと分解能を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】ウェーハ５の表面を示す概略平面図である。
【図３】照射光学系１２の構成を示す斜視図である。
【図４】ウェーハ５上に照射されたスリット光４５を示す概略平面図である。
【図５】被検査ダイと良品ダイとのＳＱＵＩＤ画像の比較による欠陥検査処理の説明図である。
【図６】第１および第２しきい値の算出方法の説明図である
【図７】この発明の第２実施形態における照射光学系１２ａの構成を示す概略斜視図である。
【図８】ウェーハ５上に投影されたビームスポット列４６を示す概略平面図である。
【図９】異なるダイ間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検査処理の概略説明図である。
【図１０】図９の欠陥検査処理の詳細説明図である。
【符号の説明】
１…非破壊検査装置、５…ウェーハ、１０…赤外レーザ光光源、１１…フォトダイオード、１２…照射手段としての照射光学系、１４…走査手段としてのＸＹθステージ、１６…磁場検出手段としてのＳＱＵＩＤ磁束計、１８…減算手段、比較手段、判定手段および画像生成手段としての制御・画像処理装置、２０…表示装置、４５…スリット光、４６…スポット列、４８…スポット光、５２…ダイ、１２０…走査手段としての光スキャナ。

Claims (9)

1. 所定の構造を有する試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   を備え、前記磁場分布データに基づいて前記構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する減算手段と、
   前記差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第１しきい値以上のとき、当該照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第２しきい値以下のとき、当該照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する判定手段と、
   をさらに備え、
   前記試料に照射される前記レーザ光は、長辺および短辺を有するスリット状の光、または、実質的に同一の大きさを有する複数のスポット光が一列に配列されてなるスポット列である
   非破壊検査装置。
2. 所定の構造を有する試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の走査によって発生する磁場の強度を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   を備え、前記磁場分布データに基づいて、前記試料において同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   第１の前記領域の磁場分布データから第２の前記領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成するとともに、前記第２領域の磁場分布データから第３の前記領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する減算手段と、
   前記第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較するとともに、前記第２差分データを前記第１および第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果に応じて、前記第２領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、
   をさらに備え、
   前記試料に照射される前記レーザ光は、長辺および短辺を有するスリット状の光、または、実質的に同一の大きさを有する複数のスポット光が一列に配列されてなるスポット列であり、
   前記判定手段は、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第２しきい値以下かつ前記第２差分データが前記第１しきい値以上のとき、前記第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第１しきい値以上かつ前記第２差分データが前記第２しきい値以下のとき、前記第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する
   非破壊検査装置。
3. 前記走査手段は、前記スリット光の長辺と直交する方向または前記スポット列の長手方向と直交する方向に沿って前記照射位置を移動させることにより前記試料を走査する、請求項１または２記載の非破壊検査装置。
4. 前記スリット光の長辺の長さまたは前記スポット列の長手方向の長さが可変である、請求項１または２記載の非破壊検査装置。
5. 前記走査手段は、前記レーザ光を移動させることにより前記試料を走査する、請求項１または２記載の非破壊検査装置。
6. 前記走査手段は、前記試料を移動させることにより前記試料を走査する、請求項１または２記載の非破壊検査装置。
7. 前記照射手段は、
   前記レーザ光を発する光源と、
   前記光源から前記レーザ光を受光し、そのレーザ光から前記スリット状の光または前記スポット列を生成して前記試料に照射する照射光学系と、
   を有している
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。
8. 前記走査手段は、前記照射光学系を移動させることにより前記試料を走査する、請求項７記載の非破壊検査装置。
9. 前記判定手段によって判定された欠陥の位置を示す画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段によって生成された画像を画面上に表示する表示装置と、
   をさらに備える請求項１または２記載の非破壊検査装置であって、
   前記画像において前記第１の種類の欠陥は、第１の表示態様で表示され、
   前記画像において前記第２の種類の欠陥は、前記第１表示態様と異なる第２の表示態様で表示される
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。

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