JPH01206203A - 膜厚不良検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は薄膜の膜厚を検査する膜厚不良検査方法に関す
る。

（従来の技術） 従来の膜厚不良検査に用いられる方法は、斜光検査と呼
ばれている作業者が照射の下で被検査物を斜め方向より
目視により検査する方法で行われている。最近は、この
ような目視による検査から自動化に切り替えるための膜
厚検査装置の開発が盛んに行われている。この様な膜厚
検査装置に用いられている方法の主なものは、被検査物
の所定の位置に波長の異なるスポット光を複数照射し、
それぞれの差によって被検査物の膜厚を検査していた。

勿論この方法では被検査物状の何点かを調べることによ
って、被検査物全体を検査したことにしていたものであ
る。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように従来の膜厚不良検査方法では、被検査物状
の数点を検査することによって被検査物の膜厚を判定し
たことにしていたため、実際に検出した位置以外の点で
は膜厚が所定の基準範囲内に無い場合が生じていた。こ
のような方法ではパターンを有するもの（特に最近の半
導体分野における膜厚検査を必要とする被検査物等）に
ついては、正確な膜厚検査ができてはいなかった。この
ような不具合を無くすために被検査物全面を従来の方法
で一点ずつ検査していくこと、すなわち何等かの手段で
スポット光を走査しながら検査する方法が考えられるが
、検査に時間が係り歩留まりを悪くしてしまい、さらに
はパターンがあるものについては走査時にパターンの影
響を受けてしまい正確な検査が出来なかった。

本発明はこのよう従来方法の欠点を無くし、パターンの
有無にかかわらず被検査物全面を同時に検査し、かつ短
時間で膜厚不良の不良を検出できる膜厚不良検査方法を
提供するものである。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 上述の課題を解決するために、所定波長の光で被検査物
を照射する第１の照射工程と、この第１の照射工程で照
射された被検査物の画像を入力する第１の画像入力工程
と、第１の照射工程で被検査物を照射した波長の光と位
相の異なる第２の所定波長の光で照射する第２の照射工
程と、この第２の照射工程で照射された被検査物の画像
を入力する第２の画像入力工程と、第１及び第２の画像
入力工程で入力された画像の差画像を取る画像演算工程
と、この画像演算工程の演算結果より膜厚不良の状態を
検出する膜厚不良検出工程とを具備した膜厚不良検査方
法、または第１の照射工程及び第２の照射工程に代えて
、所定波長の光を被検査物に対して第１の所定角度を有
して照射する第１の照射工程と、この第１の照射工程で
照射した同一波長の光を第１の所定角度と異なる第２の
所定角度を有して照射する第２の照射工程とを用いた膜
厚不良検査方法を提供する。

（作用） 上述の膜厚不良検査方法を膜厚検査装置に用いた作用を
説明する。先ず、特許請求の範囲に記載した所定の波長
とは何であるかを説明しよう。

ある波長の光を被検査物に照射した場合、この波長の光
で照射された被検査物の反射光の明るさは被検査物の膜
厚に応じて第４図（ａ）のグラフに実線で示したような
波形Ａを描く。さらに波長の位相が半周期ずれた波長の
光を照射したとする。このときの被検査物の画像を入力
すると、位相が半周期ずれた波長の光で照射された被検
査物の反射光の明るさは被検査物の膜厚に応じて第４図
（ａ）のグラフに破線で示したような波形Ｂを描く。こ
こでは第４図（ａ）の波形Ａから波形Ｂとの差をとると
する。この差の値は第４図（ｂ）に示したような波形Ｃ
を描く。このとき、被検査物に求められる膜厚の上限と
下限がｔｍａｘ％　ｊｌｓＩｎとなるように波長Ａ及び
波長Ｂが設定されている。

実際には同波長の光を半周期分位相をずらすことは難し
いので、これは照射する光の波長をずらすことによって
半周期分位相をずらしたのと同じような波形が見付かる
ので、これを使うほうが実用的である。このような二種
類の光の波長の設定方法は種々あるが、次のような設定
方法が比較的簡単な方法として設定することが可能であ
る。

先ず、被検査物に与えられている基準膜厚をＴ１被検査
物に形成された膜の屈折率をｎとする。このとき、二種
類の光の波長λｌλ２をに以下のような条件が与えられ
ている。

１４Ｔｎ　　（λＴ　　　、１Ｎ）Ｉ−１、この式を満
たすような波長λｌ、λ２の光を設定すれば良いわけで
ある。

上述のような波形の位相を半周期ずらした二種類の光を
説明したが、これは本発明の必要条件として波形の位相
を半周期ずらすことにあるのではなく、本発明は二種類
の光で照射した同一の画像の差が被検査物に予め定めら
れる上限と下限の膜厚で０になるように光の特性を設定
すれば良いわけである。

次に上述のような２種類の光を用いた本発明の膜厚不良
検査方法の作用を説明する。被検査物の膜厚の最も薄い
部分を厚みをｔｌ、最も厚い部分の厚みをｔ２とする。

このとき入力された画像の明るさは、第３図（ａ）に−
点鎖線で示した波長Ａのとき、ａｌ乃至ａ２の範囲内に
ある。第３図（ａ）に二点鎖線で示した波長Ｂのとき、
被検査物の膜厚の最も薄い部分を厚みをｔｌ最も厚い部
分の厚みを１２とすると、このとき入力された画像の明
るさはｂｔ乃至ｂ２の範囲内にある。このとき、入力さ
れた画像の差をとると、第３図（ｂ）に示すようにｔｌ
乃至ｔ２の差の値はｔａｌｎとｔａａｘの範囲内にある
とき負の値をとる。ここで、ｔｌと１２が予め定められ
た上限下限の範囲内に収まっていない場合、ｔｌ乃至ｔ
２の差の値の一部は正の値を生ずることになる。従って
入力された画像の差を取り、正の値があるとき、被検査
物は膜厚に不良があることになる。

勿論、上述の説明では第１の波長の光で照射したときの
画像から第２の波長の光で照射したときの画像の差をと
ったが、逆にしても作用的に何等変わりがない。また、
その場合は被検査物が予め定められた正常な膜厚の範囲
内にあるときは、画像の差の値が正の値をとる。従って
、被検査物に不良が生じている場合には負の値が生ずる
ことになるものである。

特許請求の範囲請求項２記載の膜厚不良検査方法は、こ
のような２種類の波長の光を用いる代わりに、被検査物
の膜に対する入射角を変えることで波長を変えたのと同
じ効果を出そうとしたものである。これは第５図に示し
たように膜の内部での光路長を被検査物の膜に対する入
射角を変えることで伸縮させる。反射光の光強度は膜厚
との関係で波形が変わるので、入射角を変えることで波
長を変えたのと同じ効果を出せるものであり、作用はこ
れに準するものである。

（実施例） 以下に本発明の方法を用いた膜厚検査装置の一実施例を
図面を用いて説明する。

第１図に膜厚検査装置の基本的構成を示す。被検査物で
あるウェハ（１）を載置する載置台（２）が設けられて
いる。この載置台（２）上方に載置されたウェハ（１）
全体を撮像可能なＩＴＶカメラ（３）が配備されている
。この載置台（２）とＩＴＶカメラ（３）の間にハーフ
ミラ−（４）及び撮像光学系（５）が取り付けられてお
り、ウェハ（１）の画像はハーフミラ−（４）を透過し
てＩＴＶカメラ（３）に撮像されることとなる。更に、
このハーフミラ−（４）によって反射される側の光軸上
には、波長の切換えが可能な光源（６）と拡大光学系（
７）と光強度を均一化するフィルタ（８）、平行光を形
成する平行光形成光学系（９）から構成される照射機構
（１０）が設けられている。また、ＩＴＶカメラ（３）
によって撮像された画像は画像演算部（１１）によって
画像演算可能に接続され、この画像演算部（１１）の演
算結果を受信可能に判断部（１２）が接続配備されてい
る。この判断部（１２）はその判断結果を表示するため
のモニタ（１３）を接続している。更に、これらの光源
（６）及びその波長切り替え、ＩＴＶカメラ（３）、画
像演算部（１１）、判断部（１２）、モニタ（１３）を
制御可能なように制御部（１４）が接続されている。

以下に上述の膜厚検査装置を用いて膜厚不良検査方法の
作用を述べる。

先ず、波長がＡ（以下波長Ａとする）である光が光源（
６）により発光さ、れ、拡大光学系（７）と、フィルタ
（８）を透過し、光強度が均一化され、平行光形成光学
系（９）によって平行に形成された光がハーフミラ−（
４）に反射してウェハ（１）に照射される。このときの
ウェハ（１）より反射した光はハーフミラ−（４）を透
過して、撮像光学系（５）を介してＩＴＶカメラ（３）
に画像として撮像される。

第２図（ａ）にＩＴＶカメラ（３）により撮像されたウ
ェハ（１）の画像を示す。撮像された画像は画像演算部
（１１）に送られ、画像演算部（１１）内でディジタル
化され、記憶される。続いて波長がＢ（以下波長Ｂとす
る）である光が光源（６）により発光され、前述と同様
な動作で画像演算部（１１）に送られ、ディジタル化さ
せ記憶される。画像演算部（１１）では記憶された波長
Ａのときの画像データ（以下画像データＡとする）と、
波長Ｂのときの画像データ（以下画像データＢとする）
との両方の画像データの差画像データ（以下画像データ
Ｃとする）を取り、これを判断部（１２）に送る。判断
部（１２）ではこうして送られてきた画像データＣに正
の値の有無を判断する。この結果、正の値が無ければモ
ニタ（１３）にウェハ（１）の膜厚が正常な範囲内にあ
ることを表示し、正の値がある場合には、第２図（ｂ）
に示したようにモニタ（１３）にウェハ（１）の画像を
表示し、正の値が有った部位を強調して表示する。

また、これら上述の動作は全て制御部（１４）によって
制御されていることは言うまでもない。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第７図に他の実施例の構成を示す。被検査物であるウェ
ハ（２１）を載置する載置台（２２）が設けられている
。この載置台（２２）上方に載置されたウェハ（２１）
全体を撮像可能なＩＴＶカメラ（２３ａ）　（２３ｂ）
が配備されている。このＩＴＶカメラ（２３ａ）　（２
３ｂ）はそれぞれウェハ（２１）に対してＩＴＶカメラ
（２３ａ）は垂直に、ＩＴＶカメラ（２３ｂ）は所定の
角度θを有するように設置されている。この載置台（２
２）とＩＴＶカメラ（２３ａ）の間にハーフミラ−（２
４ａ）及び撮像光学系（２３ａ）が取り付けられており
、載置台（２２）とＩＴＶカメラ（２３ｂ）の間には撮
像光学系（２３ｂ）が取り付けられている。さらに、単
一波長の光を放射する光源（２Ｂ）と拡大光学系（２７
）と光強度を均一化するフィルタ（２８）、平行光を形
成する平行光形成光学系（２９）から構成される照射機
構（３０）がハーフミラ−（２４ａ）の設置位置と同一
平面上に設けられている。この照射機構（３０）より発
した光はハーフミラ−（２４ａ）によって反射しウェハ
（２１）を照射する。この照射されたウェハ（２１）の
画像を撮像光学系（２５ａ）を介してＩＴＶカメラ（２
３ａ）によって撮像し、駆動機構（３５）を駆動させる
ことによって破線で示した状態に移動させると、撮像光
学系（２５ｂ）を介してＩＴＶカメラ（２３ｂ）によっ
て撮像される。また、夏ＴＶカメラ（２３ａ）（２３ｂ
）によって撮像された画像は画像演算部（３１）によっ
て画像演算可能に接続され、この画像演算部（３１）の
演算結果を受信可能に判断部（３２）が接続配備されて
いる。この判断部（３２）はその判断結果を表示するた
めのモニタ（３３）を接続している。更に、これらの光
源（２Ｂ）及びその波長切り替え、ＩＴＶカメラ（２３
）、画像演算部（３１）、判断部（３２）、モニタ（３
３）を制御可能なように制御部（３４）が接続されてい
る。

次に本発明の他の実施例の作用を説明する。光源（２Ｇ
）より発した光は拡大光学系（２７）、フィルタ（２８
）、平行光形成光学系（２９）を介して実線で示した位
置にあるハーフミラ−（２４ａ）に反射し、ウェハ（２
１）に照射される。このときの画像を撮像光学系（２５
ａ）を介してＩＴＶカメラ（２３ａ）によって撮像する
。この撮像された画像を第６図（ａ）に示す。

撮像された画像は画像演算部（３１）に送られ、画像演
算部（３１）内でディジタル化され、記憶される。

このとき記憶した画像データを画像データＡとする。続
いて、駆動機構（３５）を駆動させ、ハーフミラ−（２
４ａ）を破線で示した位置に移動させる。

このとき光源（２Ｂ）より発した光はハーフミラ−（２
４ａ）に反射し、ウェハ（２１）に所定の角度θをもり
て照射される。このときの画像を撮像光学系（２５ａ）
を介してＩＴＶカメラ（２８ａ）によって撮像する。こ
の撮像された画像を第６図（ｂ）に示す。

このとき撮像された画像は画像演算部（３１）に送られ
るわけだが、角度θをもって撮像されているため画像は
この角度分だけ歪んでいることになる。

この歪みを、画像演算部（３１）内で真上から撮像した
状態に成るように画像処理を行い、この画像処理を行っ
た画像をディジタル化し、記憶する。このとき記憶した
画像データを画像データＢとする。

以下は前述の実施例と同様に処理し、モニタ（３３）に
ウェハ（１）の画像を正の値が有った部位を強調して表
示する。

尚、本実施例では作業者がモニタ（１３）（３３）によ
り良品・不良品を確認するような構成としたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、作業者に代えてコン
ピュータ等にデータを送り別途の搬送装置と組み合わせ
ることにより、自動的に良品・不良品を選別するように
構成してもよい。このように他の装置と組み合わせるこ
とで、膜厚検査の自動化を大巾に向上させることができ
る。更に、照射機構においてハーフミラ−を使用したの
も、照射ムラを排除しやすい照射機構を仮に構成したに
過ぎず、これに限定される必要はない。

［発明の効果］ 上述のように本発明は膜厚検査を行う被検査物の検査面
全面を短時間で一括検査することを可能としたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を用いた膜厚検査装置の一実施例
の構成を示した構成図、第２図は同じく同装置が撮像し
た画像と処理画像を示す状態図、第３図は本発明の方法
の作用を説明するための説明図、第４図は本発明に用い
られる二種類の光の設定原理を示した説明図、第５図は
同じく光の入射角を変えた場合の説明をするための説明
図、第６図は同じく同装置が撮像した画像と処理画像を
示す状態図、第７図は本発明の他の実施例の構成を示し
た構成図である。 １・・・ウェハ、　　　　２・・・載置台、３・・・Ｉ
ＴＶカメラ、４・・・ハーフミラ−１５・・・撮像光学
系、　６・・・光源、７・・・拡大光学系、　８・・・
フィルタ、９・・・平行光形成光学系、 ＩＯ・・・照射機構、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄膜を有する被検査物の膜厚不良を検査する膜厚
   不良検査方法において、第１の所定波長の光で被検査物
   を照射する第１の照射工程と、この第１の照射工程で照
   射された被検査物の画像を入力する第１の画像入力工程
   と、第１の照射工程で被検査物を照射した波長の光と位
   相の異なる第２の所定波長の光で照射する第２の照射工
   程と、この第２の照射工程で照射された被検査物の画像
   を入力する第２の画像入力工程と、上記第１及び第２の
   画像入力工程で入力された画像の差画像を取る画像演算
   工程と、この画像演算工程の演算結果より膜厚不良の状
   態を検出する膜厚不良検出工程とを具備することを特徴
   とする膜厚不良検査方法。
2. （２）請求項１の第１の照射工程及び第２の照射工程に
   代えて、所定波長の光を被検査物に対して第１の所定角
   度を有して照射する第１の照射工程と、この第１の照射
   工程で照射した同一波長の光を第１の所定角度と異なる
   第２の所定角度を有して照射する第２の照射工程とを用
   いたことを特徴とする膜厚不良検査方法。