JP4643785B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハその他の被検査物の表面上の検査対象（異物やスクラッチ 等）を検査する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の表面検査装置では、光束を高入射もしくは低入射の形で入射することにより被検査物表面の異物や傷を測定していた。しかし、表面検査装置の高感度化及び工程の微細化に伴い、ベアウエハ（Ｂａｒｅ−Ｓｉ）では、その問題となる異物検出の感度レンジと傷検出の感度レンジの重なる部分が小さくなってきた。
【０００３】
そのため、光束を低入射させる高感度検出では被検査物の表面情報は逆に少なくなり、スクラッチ（傷）が検出されない場合が生じてきた。
【０００４】
他方、表面情報に敏感な感度での検出では、スクラッチの検出はできるが、異物の検出感度が劣ることになった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
検査装置の高感度化及び工程の微細化に伴い、とくにベアウエハでは、表面情報であるスクラッチの検出と、被検査物表面上のより小さな異物の検出を同時に行うことができるようにすることが求められてきた。
【０００６】
従来の表面検査装置では、高感度に異物を検出するとともに、表面情報であるスクラッチを感度良く検出して、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することができなかった。
【０００７】
【本発明の目的】
本発明は、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することを可能にすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な解決手段は、請求項１〜５に記載の表面検査装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、ウエハその他の被検査物の表面上の検査対象（異物やスクラッチ 等）を検査する表面検査装置に関する。
【００１０】
本発明の典型例においては、第１光束と第２光束を発する光源部と、第１光束を第１照射角度により被検査物の表面に照射する第１照射光学系と、第２光束を第１照射角度とは異なる第２照射角度により被検査物の表面に照射する第２照射光学系と、被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、第１照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と第２照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、第１受光信号と第２受光信号に基づいて検査対象分布データを形成する検査対象分布データ形成部と、検査対象分布データをスクラッチ処理するスクラッチ処理部とから構成されている。
【００１１】
好ましくは、光源部が発する第１光束の第１の特徴と、光源部が発する第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。第１照射光学系の第１照射角度は、第２照射光学系の第２照射角度よりも小さく設定する。
【００１２】
好ましくは、スクラッチ処理部は、検査対象分布データにおける検査対象の疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理することにより、検査対象分布データをスクラッチ処理し、スクラッチ分布データを形成する。スクラッチ処理部は、第１受光信号又は第２受光信号から得られた検査対象のデータから擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータを除くことにより異物分布データを形成する。
【００１３】
【実施例】
図１は、本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図である。
【００１４】
表面検査装置１は、少なくとも第１波長λ１の光束１１と、これと異なる第２波長λ２の光束１２を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの第１波長λ１の光束１１を第１照射角度θ１によって、被検査物である半導体ウエハ２に照射する第１照射光学系２０と、光源部１０からの第２波長λ２の光束１２を第２照射角度θ２によって、第１照射光学系２０と同様に半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐ上に照射する第２照射光学系３０と、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する第１受光光学系４０ と、被検査物たる半導体ウエハ２を上記第１照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図１の第１受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００１５】
光源部１０を説明する。光源部１０は、少なくとも第１波長の光束１１と、これとは異なる第２波長の光束１２を発する。光源部１０としては、複数の波長の光束を発する各種のものが利用できる。例えばマルチラインのレーザのように一つの光源で複数の波長の光束を発するものや、異なる波長の光束を発する複数の光源の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成するものが採用できる。
【００１６】
マルチラインのレーザを採用する際に、不必要な波長の光束が発生する場合 は、第１波長と第２波長を通過させるバンドパスフィルターを通過させることにより、必要な波長の光束のみを取り出すことができる。
【００１７】
異なる波長の光束を発する複数の光源を使用する場合は、複数の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成する。
【００１８】
図１の例で、光源部１０としてアルゴンイオンレーザを用いる場合、４８８ｎｍの波長と５１４．５ｎｍの波長が選択できる。光源部１０から射出された光束は、第１波長λ１の光束１１を通過させ、第２波長λ２の光束１２を反射させるダイクロイックミラー３によって、光源部１０から射出された光束は、第１波長の光束１１と第２波長の光束１２が分離される。第１波長の光束１１は、第１ミラー２１によって向きが変えられ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して第１照射角度θ１で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。第２波長の光束１２は、ダイクロイックミラー３によって反射され、第２照射レンズ群３ １、第３ミラー３２及び第４ミラー３３を介して第２照射角度θ２で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００１９】
照射点Ｐに検査対象（すなわちスクラッチや異物等）が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。第１照射角度θ１及び第２照射角度θ２は、被検査物２の法線方向を基準に設定する。図１の実施例において、第１照射角度θ１は、入射角度として０度から４０度の範囲から所定角度が選択される。第２照射角度θ２は５０度から８５度の範囲から所定角度が選択される。水平方向は、一致していても異なっていても差し支えない。
【００２０】
図１の実施例においては、第１照射角度θ１＜第２照射角度θ２の関係が成立している。第１波長λ１と第２波長λ２の大きさは、任意に選択可能である。但し、入射角度が大きいほど検出感度が良くなり、また使用波長λが短いほど検出感度が良くなる傾向があるので、第１波長λ１よりも第２波長λ２が短い関係 （第１波長λ１＞第２波長λ２）とすれば、それにより、第１照射角度θ１による検出感度と第２照射角度θ２による検出感度とが等しくなる方向に設定することができる。
【００２１】
次は、第１受光光学系４０を説明する。
【００２２】
前述の散乱光を受光するために第１受光光学系４０が設けられている。第１受光光学系４０は、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する。
【００２３】
第１受光方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０°）は、第１照射光学系２０又は第２照射光学系３０による照射光束１１、１２が被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準に測る。第１受光方向の受光仰角は例えば３０°に設定される。
【００２４】
図２に示すように、第１受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、第１波長λ１の光束と第２波長λ２の光束に第２ダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、第１受光光学系４０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。第２受光部４２は、第１受光光学系４０で受光した第２波長λ２の散乱光を受光し、第２受光信号に変換する。第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００２５】
また、変位部６０を説明する。変位部６０は、被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の１回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、被検査物２を第１及び第２照射光学系２０、３０の照射光によりくまなく螺旋走査を行う。
【００２６】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではなく、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしても構わない。
【００２７】
図１の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成される。直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２ ０、３０の照射光束１１、１２の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００２８】
図３は、図１に示す表面検査装置のブロック図である。
【００２９】
制御演算部１２０は、後述する所定の信号処理を行い、検査結果や処理結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。また、制御演算部１２０は、検査対象分布データ形成部で、後述する検査対象分布データを形成する。さらに、制御演算部１２０は、スクラッチ処理部１７０で、前述の検査対象分布データに対して後述するスクラッチ処理を施す。さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００３０】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓にＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００３１】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧調整により感度を切り換えることができる。
【００３２】
次に、第１受光信号と第２受光信号からの検査対象データの抽出処理について説明する。
【００３３】
図４は、検査対象データ抽出処理のシステムブロック図である。
【００３４】
図４において、受光光学系４０で受光された第１光束１１（図１）の散乱光 は、第１受光部４１により第１受光信号に変換される。受光光学系４０で受光された第２光束１２（図１）の散乱光は、第２受光部４２により第２受光信号に変換される。第１受光信号は、増幅器１４１を介し、高入射データ処理部２４１に送られる。第１受光信号は、高入射データ処理部２４１で所定のデータ処理を施される。所定のデータ処理を施された第１受光信号は、記憶部１４０に記憶される。第２受光信号は、増幅器１４２を介し、低入射データ処理部２４２に送られる。第２受光信号は、低入射データ処理部２４２で所定のデータ処理を施され る。所定のデータ処理を施された第２受光信号は、記憶部１４０に記憶される。所定のデータ処理を施され記憶部１４０に記憶された第１受光信号は、制御演算部１２０により検査対象データ抽出処理を施される。抽出された検査対象データは記憶部１４０に記憶される。所定のデータ処理を施され記憶部１４０に記憶された第２受光信号は、制御演算部１２０により検査対象データ抽出処理を施される。抽出された検査対象データは記憶部１４０に記憶される。
【００３５】
図５は、受光信号における検査対象データの構造の一例を示す図である。図６は、検査対象データの一例を示す模式図である。
【００３６】
検出光を所定方向に走査させていくとき、検査対象の散乱信号がスレッショルド信号（図５に水平に実線で示されている）を越えたら、そこをスタート座標 （Ｓｔａｒｔ）として記憶し、その後、検査対象の散乱信号がスレッショルド信号を下回ったら、そこをエンド座標（Ｅｎｄ）として記憶し、スタート座標とエンド座標との間で検査対象の散乱信号が最も大きかったところをピークレベル値（Ｐｅａｋ）として記憶する。スタート座標（Ｓｔａｒｔ）、ピークレベル値 （Ｐｅａｋ）およびエンド座標（Ｅｎｄ）からなる検査対象データに基いて被検査物の表面上の検査対象を特定する。
【００３７】
図５においては、検査対象は、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが特定されるので、検査対象の個数は３になる。この場合、区間Ａ、Ｂのデータは検査対象の個数に無関係になり、検査対象の個数は３個とカウントされる。
【００３８】
図７は、座標アライメントの説明図である。このような座標アライメントは、次のようにして行われる。
【００３９】
まず、第１受光信号から得られた検査対象データにより、高入射側で検出された検査対象の座標を求める。さらに、第２受光信号から得られた検査対象データにより、低入射側で検出された検査対象の座標を求める。そして、高入射側で検出された検査対象と、低入射側で検出された検査対象の座標の数点を用いて座標アライメント（座標調整）を行う。座標アライメント（座標調整）を行って、高入射側と低入射側の座標を合わせる。
【００４０】
次に、検査対象分布データの形成について説明する。
【００４１】
たとえば、図８（ａ）に示すように、高入射側での検出によって被検査物２上に検査対象Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅが検出される。たとえば、図８（ｂ）に示すように、低入射側での検出によって被検査物２上に検査対象Ａ′、Ｄ、Ｆ、Ｇが検出される。尚、高入射側は、スクラッチの検出に対しては高感度であるが、異物の検出に対しては低感度である。低入射側は、異物の検出に対しては高感度であるが、スクラッチの検出に対しては低感度である。
【００４２】
検査対象分布データ形成部１６０により、検査対象Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅと検査対象Ａ′、Ｄ、Ｆ、Ｇの座標が求められ、上述のように座標アライメントが行われ る。
【００４３】
図８（ｃ）は、検査対象分布データのイメージ図である。座標アライメント終了後、検査対象分布データ形成部１６０により、検査対象Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ａ ′、Ｄ、Ｆ、Ｇの座標に基づいて、図８（ｃ）に示すように、被検査物２上の検査対象の位置等の情報を有する検査対象分布データ（合成面）が形成される。
【００４４】
次に、検査対象分布データのスクラッチ処理について説明する。
【００４５】
図８（ｄ）は、検査対象分布データのスクラッチ処理のイメージ図である。図９（ａ）は、スクラッチ処理の対象となる、図８（ａ）に示す高入射側の検査対象データの模式図である。図９（ｂ）は、スクラッチ処理の対象となる、図８ （ｂ）に示す低入射側の検査対象データの模式図である。図９（ｃ）は、検査対象分布データにおけるスクラッチ処理の対象となる検査対象データの模式図である。
【００４６】
検査対象分布データに含まれる検査対象データは、高入射側で検出された検査対象のデータであるか、低入射側で検出された検査対象のデータであるかが区別されず、同一平面上のデータとして扱われる。そして、高入射側で検出された検査対象の検査対象データと、低入射側で検出された検査対象の検査対象データから検査対象分布データが形成される。さらに、検査対象分布データに含まれる検査対象が、高入射側で検出された検査対象であるか、低入射側で検出された検査対象であるかは、区別されずに、一平面上のデータとして、スクラッチ処理部１７０により、検査対象分布データがスクラッチ処理される。
【００４７】
スクラッチ処理部は、検査対象分布データに含まれる検査対象データや検査対象からの散乱光量、検査対象分布データにおける検査対象の連続性等に基づいてスクラッチ処理を行う。所定の高さ以下の凸状の検査対象（疑似スクラッチ）と凹状の検査対象（真性スクラッチ）が検査対象分布データにおいて連続して検出されている場合、スクラッチ処理部１７０は、それらの検査対象を全体的に擬制スクラッチとして処理する。凹状の検査対象のみが検査対象分布データにおいて連続して検出されている場合、スクラッチ処理部は、それらの検査対象を真性スクラッチとして処理する。
【００４８】
疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータに基づいて、スクラッチ処理部１７０は、図８（ｆ）に示すように、スクラッチ分布データを形成する。スクラッチ分布データは、記憶部１４０に記憶される。
【００４９】
疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータは、スクラッチ処理部１７０により、低入射側（異物の検出に対して感度が高い側）で得られた検査対象のデータから削除される。低入射側で得られた検査対象のデータは、疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータが削除されて、図８（ｅ）に示すように、異物分布データを形成する。異物分布データは記憶部１４０に記憶される。
【００５０】
記憶部１４０に記憶されたスクラッチ分布データと異物分布データは、擬制スクラッチ（真性スクラッチ、疑似スクラッチ）の数や位置と、異物の数や位置 を、それぞれ区別されて表示部１３０で表示される。
【００５１】
上述のようにして、異物や擬制スクラッチ（真性スクラッチ、疑似スクラッ チ）を精度よく分離して検出することができる。
【００５２】
本発明は、以上の実施例に限定されない。
【００５３】
図１に示される光源部１０としては、図１０に示すように、異なる波長の光束を発する被数の光源１１０、２１０を使用してもよい。
【００５４】
この場合、光源１１０、２１０は、それぞれＯＮ／ＯＦＦ制御をすることができる。光源１１０から発せられる光束１１１は、ハーフミラー１０３を通過す る。光源２１０から発せられる光束１１２は、ミラー１２１で反射される。ミラー１２１で反射された光束１１２は、ハーフミラー１０３で反射される。光束１１１と光束１１２は、レンズユニット５０を通過する。レンズユニットは、ビーム整形機能や偏光選択機能を有する。
【００５５】
レンズユニット５０を通過した光束１１１は、波長弁別機能を有するダイクロイックミラー２０３を通過して、ミラー１２２で反射されて被検査物２上に照射される。レンズユニット５０を通過した光束１１２は、ダイクロイックミラー２０３を通過して、ミラー１２３で反射されて被検査物２上に照射される。被検査物２上に光束１１１、１１２が照射されて生じた散乱光は、図１１に示すようにレンズ５２と波長弁別素子５４と受光素子４１、４２からなる検出系で検出される。
【００５６】
このようにして、前述と同様に、異物か擬制スクラッチ（真性スクラッチ、疑似スクラッチ）を精度よく分離して測定することができる。
【００５７】
【発明の効果】
この発明により次の事が可能になった。
【００５８】
互いに異なる波長の光束を、互いに異なる入射角度で被検査物上に入射する投光系と、波長毎に互いに異なる受光部を有する検出系を備えた表面検査装置を使用し、擬制スクラッチと異物をより明確に分離測定することができる。
【００５９】
異物の検出に対して感度が高い検出と、擬制スクラッチの検出に対して感度が高い検出を行い、それらの検出結果を合成して処理することにより、擬制スクラッチと異物を精度よく分離測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図。
【図２】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図３】図１に示す表面検査装置のブロック図。
【図４】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の検査対象データ抽出処理のシステムブロック図。
【図５】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の受光信号における検査対象データの構造を示す図。
【図６】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の検査対象データの模式図。
【図７】本発明の好適な実施例における表面検査装置の座標アライメントの説明図。
【図８】（ａ）は、高入射側で検出される検査対象の一例を示すイメージ図。
（ｂ）は、低入射側で検出される検査対象の一例を示すイメージ図。
（ｃ）は、検査対象分布データのイメージ図。
（ｄ）は、検査対象分布データのスクラッチ処理のイメージ図。
（ｅ）は、異物分布データのイメージ図。
（ｆ）は、スクラッチ分布データのイメージ図。
【図９】（ａ）は、スクラッチ処理の対象となる図８（ａ）に示す高入射側検査対象データの模式図。
（ｂ）は、スクラッチ処理の対象となる図８（ｂ）に示す低入射側検査対象データの模式図。
（ｃ）は、検査対象分布データにおけるスクラッチ処理の対象となる検査対象データの模式図。
【図１０】異なる波長の光束を発する複数の光源を有するシステムのブロック図。
【図１１】図１０に示すシステムに用いる検出システムのブロック図。
【符号の説明】
１ 表面検査装置
２ 被検査物
３ ダイクロイックミラー
１０ 光源部
２０ 第１照射光学系
３０ 第２照射光学系
４０ 第１受光光学系
４１ 第１受光部
４２ 第２受光部
４５ 第２ダイクロイックミラー
６０ 変位部
６１ 回転変位部
６２ 直線変位部
１２０ 制御演算部
１３０ 表示部
１４０ 記憶部
１５０ 感度切換部
１６０ 検査対象分布データ形成部
１７０ スクラッチ処理部
２４１ 高入射データ処理部
２４２ 低入射データ処理部

Claims (3)

1. 被検査物の表面に照射するために、第１光束と第２光束を発する光源部と、
   第１光束を第１照射角度により被検査物の表面に照射する第１照射光学系と、
   第２光束を第１照射角度とは異なる第２照射角度により被検査物の表面に照射する第２照射光学系と、
   被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、
   第１照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と第２照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、
   第１光束の散乱光と第２光束の散乱光を受光した被測定物の表面の座標を求める座標演算部と、
   受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、
   受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、
   第１受光信号と第２受光信号を合成して検査対象分布データを形成する検査対象分布データ形成部と、
   検査対象分布データをスクラッチ処理するスクラッチ処理部とを有し、
   前記座標演算部は、第１光束の散乱光及び第２光束の散乱光における検査対象のスタート座標及びエンド座標をそれぞれ求め、
   スクラッチ処理部は、検査対象分布データの検査対象について、第１受光信号における検査対象のスタート座標とエンド座標及び第２受光信号における検査対象のスタート座標とエンド座標による検査対象の連続性に基づいて検査対象を擬制スクラッチとして処理し、検査対象の散乱信号がスタート座標からエンド座標までのスレッショルド値を超えた信号からなる場合、第１受光信号と第２受光信号を合成した際にこのスタート座標からエンド座標までの間が連続しているか否かによって判断し、
   スクラッチ処理部は、検査対象分布データに含まれる検査対象からの散乱光量及び連続性に基づいて検査対象の疑似スクラッチ又は真性スクラッチを擬制スクラッチとして処理することにより検査対象分布データをスクラッチ処理してスクラッチ分布データを形成し、
   スクラッチ処理部は、第１受光信号又は第２受光信号から得られた検査対象のデータから擬制スクラッチとして処理された検査対象のデータを除くことにより異物分布データを形成して、異物とスクラッチの両方を高精度に分離測定することを特徴とする表面検査装置。
2. 光源部が発する第１光束の第１の特徴と、光源部が発する第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分であることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
3. 第１照射光学系の第１照射角度は、第２照射光学系の第２照射角度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。

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