JPH07294447A - ウェーハの表面検査方法と検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ上のパーティクルを測定する場合の
ようなウェーハの表面検査方法において、その測定に際
し、バックグラウンドになるべき信号（例えばウェーハ
表面自体の信号）の影響を抑制し、装置のダイナミック
レンジを超える範囲のパーティクルが存在するサンプル
においても、その表面を精度良く測定できるウェーハの
表面検査方法と検査装置を提供すること。 【構成】 一つのサンプルのウェーハを、第１の測定条
件で検査する第１工程と、同一のサンプルのウェーハ
を、前記第１の測定条件と異なる第２の測定条件で検査
する第２工程と、前記第１工程で得られた検査結果と前
記第２工程で得られた検査結果とを少なくとも重ね合わ
せる第３工程とを有するウェーハの表面検査方法。第１
工程の第１の測定条件と、第２工程の第２の測定条件と
では、検査に用いる装置の検出感度および／または検出
しきい値を相違させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえばウェーハの表
面に付着したパーティクルを検査するためのウェーハの
表面検査方法および検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ表面に付着したパーティクル
は、デバイス上の様々な欠陥につながるおそれがあり、
ゼロであることが望ましい。しかし、それは、あくまで
理想であり、現実の半導体製造装置の製造過程あるいは
製造環境においては、ウェーハに付着するパーティクル
はゼロではない。したがって、できるだけその量を低く
おさえることが重要である。そのためにはウェーハに付
着したパーティクルを正確に測定することが必要であ
る。

【０００３】また、デバイスの微細化に連れて、より小
さなパーティクルが問題になる。現状、直径０．３〜
０．２μｍφ程度のパーティクルが一般に測定されてい
るが、今後は、直径０．１μｍφ、または、それ以下の
パーティクルの測定が必要になってくることが予想され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】小さなパーティクルの
場合、その検出信号も一般に小さくなる。当然、ウェー
ハ表面からの信号（これがバックグラウンド信号にな
る）との分離が困難になる。検査装置としては、検出感
度やＳ／Ｎ比を向上することで、微小パーティクルの検
出に対応していく形になるが、ここで１つの重要な問題
がある。

【０００５】すなわち、サンプル（ウェーハ）側のバラ
ツキによるバックグラウンドレベルのバラツキが測定に
影響を与えるということである。従来では、サンプル側
のバラツキは無視できるような測定条件の設定が比較的
容易であった。ところが、より小さなパーティクルを検
出する場合は、バックグラウンドとパーティクルの信号
強度の差が小さくなるため、測定条件の設定が困難にな
ってくる。特に、同一ウェーハの面内の強度分布すら問
題になる可能性があり、その場合、ウェーハ面内でうま
く測定できる領域と、できない領域とが存在することに
なり、ウェーハに付着するパーティクルの測定、評価、
管理に著しい弊害となる。

【０００６】図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ同一サン
プル（ウェーハ）の表面に付着するパーティクルを、異
なる測定条件（条件ａ、ｂ）で測定した例である。図４
（Ａ）の測定条件では、同図中、ｘa 部分にはパーティ
クルが検出されておらず、あたかもパーティクルが存在
していないかのように見える。しかし、図４（Ｂ）に示
すように、測定条件を変えて測定すると、ｘa 部分に対
応するｘb 部分に存在するパーティクルが検出される。
逆に、図４（Ａ）に示すｙa 部分に見られるパーティク
ルは、測定条件を変えると、図４（Ｂ）のｙb 部分に示
すように、検出されていない。

【０００７】また、以下のような問題点もある。すなわ
ち、検出器のダイナミックレンジの問題である。表面の
情報を正確に検出できる範囲は、検出器の感度および検
出した信号の信号処理方法（またはメモリーのキャパシ
ティ）等により制限される。微小なパーティクルを測定
しようとして感度を上げた場合、大きなパーティクルが
存在し、その信号が大きすぎてダイナミックレンジの上
限を越えると、正確な測定ができない。現状では、一般
にこのような状態になった場合、そのようにダイナミッ
クレンジの上限を越える信号に対し、何らかの信号処理
を行い、適当な大きさのパーティクルとして認識するよ
うなソフトが用いられているが、もちろん正確な測定に
はなっていない。

【０００８】本発明は、このような実情に鑑みてなさ
れ、ウェーハ上のパーティクルを測定する場合のような
ウェーハの表面検査方法において、その測定に際し、バ
ックグラウンドになるべき信号（例えばウェーハ表面自
体の信号）の影響を抑制し、精度良く測定できるウェー
ハの表面検査方法と検査装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は、装置のダイナミックレンジを超え
る範囲のパーティクルが存在するサンプルにおいても、
その表面を精度良く測定できるウェーハの表面検査方法
と検査装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るウェーハの表面検査方法は、一つのサ
ンプルのウェーハを、第１の測定条件で検査する第１工
程と、同一のサンプルのウェーハを、前記第１の測定条
件と異なる第２の測定条件で検査する第２工程と、前記
第１工程で得られた検査結果と前記第２工程で得られた
検査結果とを少なくとも重ね合わせる第３工程とを有す
る。

【００１０】上記第１工程および第２工程では、ウェー
ハの表面に、レーザ光を照射し、そのウェーハの表面か
らの散乱光を検出し、検査を行うことが好ましい。上記
第１工程の第１の測定条件と、第２工程の第２の測定条
件とでは、検査に用いる装置の検出感度および／または
検出しきい値を相違させることが好ましい。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明に係る
ウェーハの表面検査装置は、ウェーハの表面に、光を照
射する照射手段と、ウェーハの表面に照射された光の反
射光を検出する検出手段と、検査時の測定条件が異なる
同一のウェーハに対する二以上の測定結果を重ね合わせ
る重畳手段とを有する。

【００１２】上記照射手段が、レーザ光発生手段であ
り、上記検出手段が、ウェーハからの散乱光を検出する
ことが好ましい。上記照射手段および／または上記検出
手段は、測定条件が二以上に設定可能であることが好ま
しい。

【００１３】

【作用】本発明に係るウェーハの表面検査装置を用い
て、ウェーハの表面を検査する際には、まず、検査装置
の検出感度および／または検出しきい値などの測定条件
を、第１の測定条件に設定する。その測定条件で、一つ
のサンプルのウェーハの表面に、レーザーなどを照射
し、その散乱光などを、検査装置により検出する。その
検査結果は、検査装置のメモリなどに記憶しておく。

【００１４】次に、検査装置の検出感度および／または
検出しきい値などの測定条件を、上記第１の測定条件と
は異なる第２の測定条件に設定する。その測定条件で、
上記第１の測定条件で測定した同一サンプルのウェーハ
の表面に、レーザーなどを照射し、その散乱光などを、
検査装置により検出する。その検査結果は、検査装置の
メモリなどに記憶しておく。

【００１５】これらの工程は、同一ウェーハに対して、
二回以上繰り返す。次に、上記検査装置のメモリに記憶
してある少なくとも第１の測定条件での測定結果と、第
２の測定条件での測定結果とを重畳する。そして、この
重畳した結果の検査結果を、ウェーハの表面検査結果と
して出力する。なお、重畳時では、各測定条件での測定
結果を、オア（ＯＲ）条件で重畳する。

【００１６】本発明の装置を用いた本発明の方法では、
このように少なくとも第１の測定条件での測定結果と、
第２の測定条件での測定結果とを重畳するので、第１の
測定条件では得られないおそれがある（ダイナミックレ
ンジを越えることにより検出されない場合も含む）ウェ
ーハの表面状態を、第２の測定条件で測定した結果に基
づき補うことができる。またはその逆に、第２の測定条
件では得られないおそれがあるウェーハの表面状態を、
第１の測定条件で測定した結果に基づき補うことができ
る。

【００１７】その結果、バックグラウンドになるべき信
号（例えばウェーハ表面自体の信号）の影響を抑制し、
精度良く測定できる。また、装置のダイナミックレンジ
を超える範囲のパーティクルが存在するサンプルにおい
ても、その表面を精度良く測定できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係るウェーハの検査方法およ
び検査装置を、図面に示す実施例に基づき、詳細に説明
する。図１は本発明の一実施例に係るウェーハの表面検
査装置の要部を示す概略構成図である。

【００１９】同図に示すように、本実施例に係るウェー
ハの表面検査装置１は、照射手段としてのレーザ２と、
発振スキャン鏡（Oscillating Scan Mirror）４と、放
物面鏡（Parabolic Mirror）６と、楕円鏡（Elliptical
Mirror）８と、検出手段としての検出器１０とを有す
る。レーザ２としては、たとえばＡｒレーザなどを用い
ることができる。発振スキャン反射鏡４と、放物面鏡６
と、楕円鏡８とから成る光学系は、レーザ２から出射さ
れたレーザ光１２を、サンプルとしてのウェーハ１４の
表面を走査して照射するためのものである。

【００２０】ウェーハ１４の表面に走査して照射された
レーザ光は、ウェーハ１４の表面に付着しているパーテ
ィクルなどに応じて、散乱して反射する。その散乱光の
光信号は、検出器１０により検出し、ウェーハ１４の表
面の情報として、装置のメモリなどに取り込む。検出器
１０は、いわゆるパーティクルカウンターであり、光フ
ァイバー束１６と、光電子増倍管１８とを有する。ウェ
ーハ１４の表面で反射した散乱光は、光ファイバー束１
６を通し、光電子増倍管１８へ入力され、そこで光電変
換されると共に、増幅される。

【００２１】図２は、検出した信号の解釈（サンプルウ
ェーハの表面状態への変換）に関する概念図である。図
２中、縦軸は検出信号強度、横軸はサンプル表面の一走
査線方向距離を示す。ヘーズ（Ｈａｚｅ）と表記された
信号強度を、サンプルウェーハ表面のバックグラウンド
信号と見なし、突出した信号Ａ，Ｂ，Ｃがバックグラウ
ンド以外の何らかの表面の情報を含んでいると考えられ
る。

【００２２】図２に示す各走査線毎のデータをいちいち
人間が判断し、バックグラウンド信号と、そうでないパ
ーティクルと考えられる信号とを分離する作業は、膨大
な作業となり、現実的ではない。そこで、実際には、前
記バックグラウンド信号とパーティクルなどの信号との
分離作業を、検出装置に自動的に行わせることが必要で
ある。この作業を装置に機械的に行わせるために、図２
に示すように、しきい値レベルを設定する。

【００２３】すなわち、ある測定条件に対し、所定の信
号強度をしきい値レベルとして設定し、しきい値レベル
以上の信号を、有意な信号（例えば、パーティクル信
号）として装置に認識させる。同図の条件では、信号
Ｂ，Ｃはパーティクルとして認識され、信号Ａはバック
グラウンドとして認識される。同図に示すように、しき
い値レベルの設定によっては、信号Ａを検出仕損なうお
それがある。

【００２４】図３は図２を発展させた本発明の説明図で
ある。図２を用いて説明したように、図３において、し
きい値をしきい値レベル１に設定すると、信号Ａはバッ
クグラウンドとして認識され、パーティクル信号として
は検出できない。ところが、検出装置の測定条件を変え
て、しきい値をしきい値レベル２に設定すれば、信号Ａ
も、パーティクル信号として検出可能となる。

【００２５】ここで、図３において新たに現れた信号Ｄ
に着目する。人間がみて判断する上では、何らかの有意
な信号（バックグラウンド信号とは異なる）と考えられ
る。今後検出していこうとする直径０．１μｍφ以下の
パーティクル等が、このような信号に該当すると考えら
れる。これを検出するためには、検出装置の測定条件を
変えて、しきい値をしきい値レベル３に設定する必要が
ある。しかし、この測定条件では、信号Ａ，Ｂの領域
で、バックグラウンドの信号が、しきい値レベル３を超
えてしまい、信号Ａ，Ｂを正確に検出することはできな
い。また、信号Ｃも、ダイナミックレンジの上限を超え
てしまうため正確に検出できない可能性が高い。

【００２６】そこで、本実施例では、一測定条件として
のしきい値を、しきい値レベル１，２，３のそれぞれに
設定した各条件で、同一サンプルウェーハの表面を測定
し、しきい値レベル１で信号Ｂ，Ｃを検出し、しきい値
レベル２で信号Ａを検出し、しきい値レベル３で信号Ｄ
をそれぞれ検出する。その検出情報を重ね合わせて（重
畳して）出力することで、信号Ａ〜Ｄを正確に検出する
ことが可能になる。各測定条件での検出情報は、たとえ
ば装置のメモリなどの記憶手段に記憶しておき、出力時
に重畳する。出力の方法としては、特に限定されない
が、例えばウェーハのパーティクルマップとしてプリン
トアウトまたはＣＲＴなどに画像出力することなどが例
示される。

【００２７】以上のように、異なる測定条件（感度、し
きい値、ダイナミックレンジ等）で同一のサンプルウェ
ーハ４の表面を測定し、各測定条件での測定データを、
オア（ＯＲ）条件で重ね合わせることにより、ウェーハ
表面全体の正確な情報（例えば、パーティクル）を高精
度で得ることが可能になる。

【００２８】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、本発明に係る装置を用いて行わ
れるウェーハの検査は、ウェーハ表面に付着するパーテ
ィクルの検査に限らず、ウェーハの表面の何らかの状態
を検査する全てに対して適用することが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、バックグラウンドになるべき信号（例えばウェーハ
表面自体の信号）の影響を抑制し、精度良く測定でき
る。また、装置のダイナミックレンジを超える範囲のパ
ーティクルが存在するサンプル（現状でも大半がそのケ
ースである）においても、その表面を高精度で測定でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例に係るウェーハの表面
検査装置の要部を示す概略構成図である。

【図２】図２は、検出した信号の解釈（サンプルウェー
ハの表面状態への変換）に関する概念図である。

【図３】図３は図２を発展させた本発明の説明図であ
る。

【図４】図４（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ従来例に係る方
法で検出したウェーハの表面状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１… ウェーハの表面検査装置 ２… レーザ １０… 検出器 １４… サンプルウェーハ １６… 光ファイバー束 １８… 光電子増倍管

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハの表面を検査する方法であっ
   て、 一つのサンプルのウェーハを、第１の測定条件で検査す
   る第１工程と、 同一のサンプルのウェーハを、前記第１の測定条件と異
   なる第２の測定条件で検査する第２工程と、 前記第１工程で得られた検査結果と前記第２工程で得ら
   れた検査結果とを少なくとも重ね合わせる第３工程と、 を有するウェーハの表面検査方法。
2. 【請求項２】 上記第１工程および第２工程では、ウェ
   ーハの表面に、レーザ光を照射し、そのウェーハの表面
   からの散乱光を検出し、検査を行う請求項１に記載のウ
   ェーハの表面検査方法。
3. 【請求項３】 上記第１工程の第１の測定条件と、第２
   工程の第２の測定条件とでは、検査に用いる装置の検出
   感度および／または検出しきい値が相違する請求項１ま
   たは２に記載のウェーハの表面検査方法。
4. 【請求項４】 ウェーハの表面に、光を照射する照射手
   段と、 ウェーハの表面に照射された光の反射光を検出する検出
   手段と、 検査時の測定条件が異なる同一のウェーハに対する二以
   上の測定結果を重ね合わせる重畳手段と、 を有するウェーハの表面検査装置。
5. 【請求項５】 上記照射手段が、レーザ光発生手段であ
   り、上記検出手段が、ウェーハからの散乱光を検出する
   請求項４に記載のウェーハの表面検査装置。
6. 【請求項６】 上記検出手段が、パーティクルカウンタ
   ーである請求項４または５に記載のウェーハの表面検査
   装置。
7. 【請求項７】 上記照射手段および／または上記検出手
   段は、測定条件が二以上に設定可能である請求項４〜６
   のいずれかに記載のウェーハの表面検査装置。