JPH1130590A - 異物欠陥検査装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は被検査物の検査領域に対応して、光検
出器の検出光量を調整手段を持つことにより、散乱光量
の異なるパターンの上の異物・欠陥を高感度に検出す
る。 【解決手段】照明手段２０１で被検査物を照明し、被検
査物からの散乱光を結像光学系２０３で検出光量調整手
段２０４に結像させる。この時、被検査物からの散乱光
強度に応じて非線形素子などを用いて散乱光強度分布を
変調する。この変調された光を結像光学系２０５で光検
出手段２０６に再結像し、信号処理回路２０７で異物・
欠陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工程に
おける半導体基板やフォトマスク，レチクル上の異物・
欠陥を高感度に検査する装置およびこれを用いた高品質
な半導体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造工程では半導体基板
（半導体ウエハ）上に異物が存在すると、配線の絶縁不
良や短絡、あるいはキャパシタの絶縁膜やゲート酸化膜
の破壊などの不良原因になる。これらの異物は搬送装置
の稼働部から発生するもの、人体から発生するもの、プ
ロセスガスによって処理装置内で反応生成されたもの及
び薬品や材料等に混入されているものなどの原因に応じ
て種々の状態で混入される。また、フォトマスクやレチ
クルのようにガラスや石英などの透明薄板にクロムなど
の層を形成し、これをエッチングすることにより微細な
透明・不透明の回路パターンを形成する場合、基板表面
に異物が存在すると露光の際に異物の影も転写され、不
良委が発生する。

【０００３】従来のこの種の半導体基板上の異物を検出
する技術の一つとして、特開昭６２−８９３３６号公報
に記載されているように、半導体基板上にレーザ光を照
射して基板上に異物が付着している場合に発生する異物
からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体
基板の検査結果と比較することにより、パターンによる
虚報を無くし、高感度・高信頼度異物および欠陥検査を
可能とするものが、また、特開昭６３−１３５８４８号
公報に開示されているように、半導体基板上にレーザを
照射して基板に異物が付着している場合に発生する異物
からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォ
トルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）など
の分析技術で分析するものがある。

【０００４】従来、上記基板上の異物・欠陥を検査する
装置においては、被検査物である基板に照明光を照射
し、前記被検査物からの散乱光を光検出器で検出し、被
検査物の繰り返し性を利用した信号比較して異物・欠陥
を検出する方法や、半導体基板にコヒーレントな光を照
射し、前記基板上の繰り返しパターンから散乱する光を
空間フィルタで除去し、繰り返し性を持たない異物・欠
陥を強調して検出する方法が開示されている。

【０００５】また、前記空間フィルタとして、光空間変
調素子の光伝導性およびポッケルス効果を利用したもの
が特開昭６３−２１０７５５号公報に開示されている。
また、特開平３−２５４６号公報にペリクル付きレチク
ル等のペリクル枠からの過大散乱光による光電変換部へ
のダメージおよび前記過大信号による増幅器の誤動作に
よる異物からの微弱光の未検出を解決する手段として、
検出感度を変化させる技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
検査装置においては検査対象領域を全面同一照度で照明
するために、光検出器の検出光量は被検査物上のパター
ンからの散乱光量に比例して大きくなり、ついには光検
出器の飽和レベルに到達してしまう。この場合、前記飽
和レベルに達したパターンの上の異物・欠陥はその光量
の変化が検出できなくなり、異物・欠陥の見逃しが発生
してしまう。また、前記見逃しを検出するために、検査
対象領域全面の検出光量を下げる、例えば、照明光の照
度を下げる方法を用いている。しかし、この場合、異物
・欠陥からの微小な光量も低下させてしまうため、検出
感度の低下を招く。

【０００７】図１にこの様子を示す。図において、
（ａ）は被検査物を上方から見たときの模式図であり、
（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は光検出器の出力信号
の一次元波形を示している。１０１は被検査物において
散乱光量が相対的に少ないパターン、１０２は被検査物
において散乱光量の多いパターンである。また、１０３
は被検査物１０１上に存在している異物、１０４は被検
査物１０２上に存在している異物であり、１０５は
（ｂ），（ｄ）に示した一次元波形の出力場所を示して
おり、１０６は（ｃ），（ｅ）に示した一次元波形の出
力場所を示している。また、（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）において、１０７は光検出器の飽和レベルを示し
ており、１０８は光検出器の一次元波形の内、被検査物
１０２からの散乱光による部分である。同様に光検出器
の一次元波形の内、１０９，１１１は異物１０３からの
散乱光の信号を、１１０は異物１０４からの散乱光の信
号を示している。

【０００８】従来は、（ｂ），（ｃ）に示すように、異
物１０３、すなわち信号１０９を検出するために、照明
光源の照度を設定するために異物１０２は光検出器の飽
和レベルに隠れてしまう。また、異物１０２を検出する
ために照明光源の照度を減少させた場合、（ｄ），
（ｅ）に示すように、異物１０２、すなわち信号１１０
は検出可能であっても、異物１０３、すなわち信号１１
１は検出が困難となり、どちらかを見逃してしまう可能
性が高い。また、これらの見逃し異物・欠陥は半導体製
造工程においても前述したように半導体デバイスの動作
不良の原因となり、半導体デバイスの品質低下を招く。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
従来技術の欠点を解消するために、従来の検査装置構成
である被検査物に光を照射する照明手段と、前記照明手
段によって照明された被検査物からの散乱構造を集光・
結像する結像手段と、前記結像手段による光学像を検出
する光検出手段と、前記光検出手段によって検出された
信号に基づいて異物・欠陥を検出する信号処理手段を有
する装置に、前記光検出手段で検出される光量を調整す
る検出光量調整手段と前記光検出手段で検出される光量
の変化を事前検知する検知手段を備えたことを特徴とす
るものである。つまり、被検査物において、適当に区切
った検査領域毎の被検査物からの散乱光強度を事前検知
し、被検査物からの散乱光強度に合わせて前記各検査領
域毎に光検出手段の検出光量を調整する手段を持つこと
である。

【００１０】ここで、被検査物は例えば、半導体基板や
レチクル，フォトマスクであり、光検出手段の検出光量
を調整する手段としては、例えば、照明光源と被検査物
もしくは被検査物と光検出手段の間の光路に局所的また
は全体的に光透過率を変えたフィルタを設置する手段で
あり、または、光伝導効果とポッケルス効果などの電気
光学効果を有した光空間変調素子結晶を用いて、前記光
空間変調素子結晶に光強度分布を記録・変調する手段で
ある。または、照明手段に印加される電圧を調整し、照
明照度を変化させる手段であり、または、検出手段に対
する印加電圧を調整することにより、検出手段の検出感
度を調整する手段である。

【００１１】これらの構成によって、被検査物上の散乱
光強度の異なる各パターン・各検査領域について、散乱
光の各強度に応じて光検出手段で検出される光強度を適
当に調整することが可能となる。従って、従来、光検出
器の検出出力の飽和レベル以上の散乱光強度を有するパ
ターンの上にあるために、異物・欠陥からの散乱光によ
る変化を検出することができなかった検査領域に対し
て、本発明を用いて光検出器の検出出力を低減すること
により、前記パターンの信号について光検出器の飽和レ
ベル以下での検出が可能となり、前記パターンの上の異
物・欠陥の信号の変化を捕らえることが可能となり、前
記異物・欠陥の検出が可能となる。

【００１２】一方、本発明の手段では、被検査物上の散
乱光強度の弱いパターンに関しては、光検出器の検出出
力を低減させないため、散乱光強度の弱いパターンの上
の異物・欠陥も感度良く検出可能となる。従って、被検
査物上の散乱光強度の異なるパターンの上の異物・欠陥
を高感度に検出でき、従来の問題であった見逃し異物・
欠陥数を減少させ、これらを対策することによって半導
体デバイスの品質向上を図ることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を以下に説明す
る。

【００１４】図２に本発明の一実施例を示す。

【００１５】本実施例は同図に示すように、照明手段２
０１，結像光学系２０３，検出光量調整手段２０４，結
像光学系２０５，光検出手段２０６，信号処理回路２０
７から構成されている。また、図３（ａ）に本実施例に
おける検出光量調整手段２０４の構成を示す。同図に示
すように、偏光子３０５，基板ガラス３０４，透明電極
３０３，絶縁層３０２，光空間変調素子結晶３０１，検
光子３０６で構成される。

【００１６】次に、検出光量調整手段２０３の詳細を説
明する。

【００１７】図３（ａ）において、入射光３１０が偏光
子３０５に入射し、ある方向の偏光が透過する。前記透
過光に対し透明電極３０３に十分高い電圧を加えると、
図３（ｂ）に示すように光空間変調素子結晶３０１内に
電荷の分布が発生する。ここで、光空間変調素子結晶３
０１とは、例えば、ＢＳＯ（Ｂｉ₁₂ＳｉＯ₂₀）の単結晶
のようなポッケスル効果等の電気光学効果を有した結晶
である。ここで、電気光学効果とは結晶に電界がかかる
と電歪効果に酔って結晶が変形する。さらに、結晶の変
形によって光弾性効果により屈折率が変化する。

【００１８】ここで、図３（ｃ）に示すように、検出光
量調整手段に光強度の弱い入射光３２０と光強度の強い
入射光３２１とが入射した場合、光伝導効果により光空
間変調素子結晶３０１の内部に電荷が形成され、前記透
明電極２０３に印化された電界により結晶内をドリフト
し、結晶表面に分極される。

【００１９】これにより、入射光３２０部分は光強度が
弱いため電荷の移動量が少なく、電界は強いままである
が、入射光３２１部分は光強度が強いため電荷の移動量
が多く、その部分の電界が弱まり、光空間変調素子結晶
３０１内部の電界分布が変化する。従って、それぞれの
電界分布に応じて、複屈折率の分布が発生し、前記複屈
折率分布に応じて位相変調される。そのため、入射光３
１０の内、偏光子３０５を透過した光を光空間変調素子
結晶３０１に入力し、前記光空間変調素子結晶３０１に
より変調された出力光において、入射光強度の強い部分
からの出力光を遮る方向に検光子３０６を設置すること
により、入射光強度の強い部分の出力光強度を弱めるこ
とができる。

【００２０】また、入射光強度の弱い部分は光空間変調
素子結晶３０１により変調される量が少ないため検光子
３０６を透過する。ここで、検光子３０６の設置方向は
例えば、透明電極に電圧をかけない状態、つまり、入射
光によりもっとも電荷が移動した状態で偏光子３０５を
透過した光のもっとも遮る方向に検光子３０６を設定す
る方法が考えられる。

【００２１】次に本実施例の動作を説明する。

【００２２】動作は、散乱光量の分布の検出光量調整手
段２０４への記録動作、異物・欠陥検査動作を繰り返
す。

【００２３】まず、記録動作について説明する。図２に
おいて、照明手段２０１は、前記したように、ＢＳＯに
記録可能な、例えば波長４８８nmのＡrレーザである。
前記照明手段２０１から射出された光は被検査物２０２
に照射される。前記照明光の内、被検査物２０２からの
散乱光は結像光学系２０３によって、検出光量調整手段
２０４に結像され、この時、結像された光量の強度分布
に応じて前記したように電圧分布が記録される。

【００２４】この様子の一例を図４に示す。図４（ａ）
は、被検査物を上方から見たときの模式図であり、４０
１は回路パターン、４０３は異物、４０４は前記照明手
段２０１による一回に照明可能な照明領域である。ま
た、図４（ｂ）は前記照明領域の図４（ａ）における前
記結像光学系２０３によって結像された光強度分布のＸ
方向の一次元波形を示したものである。

【００２５】図４（ｂ）において、４１０は前記異物４
０３の出力、４１１は前記照明領域を図４（ａ）におけ
るＹ方向に複数領域を走査したときの一次元波形を並べ
たものである。また、４１３はこれらの領域を走査した
ときに検出光量調整手段２０４に蓄積される光量分布を
示したものである。光強度分布の記録動作としては、複
数検査領域にわたって同位置にパターンが形成されてい
るような被検査物に対して、図４（ｂ）の４１１の内の
異物の存在しない部分の光強度分布を記録するか、４１
３のように複数領域を走査し、それらを蓄積することに
より検出光量調整手段２０４に記録する。

【００２６】次に検査時の動作を説明する。検査時も前
記記録動作と同様に、照明手段２０１により被検査物２
０２を照明する。この照明光の内、被検査物からの散乱
光を結像光学系２０３により検出光量調整手段２０４に
入射され、前述したように散乱光強度分布に応じて、光
量が調整される。さらに、前記の調整された光は結像光
学系２０５によって再結像され、前記結像光学系２０５
の結像位置に設置された光検出手段２０６、例えば、Ｃ
ＣＤリニアセンサで検出される。前記光検出手段２０６
の出力は信号処理回路２０７で信号処理され、異物・欠
陥を検出する。

【００２７】図５に本発明の別の実施例を示す。

【００２８】本実施例は、同図に示すように、照明光源
５０１，ハーフミラー５０２，照明光量調整手段５０
３，全反射ミラー５０４，結像光学系５０６，光検出手
段５０７，信号処理回路５０８および散乱光強度分布検
知手段５０９，電圧制御系５１０，照明光量調整手段の
電源５１１により構成される。

【００２９】また、図６（ａ）に本実施例における照明
光量調整手段５０３の構成を示す。同図に示すように、
偏光子６０５，ガラス基板６０４，透明電極６０３，配
向膜６０２，液晶分子６０１，検光子６０６から構成さ
れる。また、図７（ａ）に本実施例における散乱光強度
分布検知手段の構成を示す。同図に示すように、結像光
学系７０１，散乱光検出器７０２，信号処理回路７０３
から構成される。

【００３０】次に、照明光量調整手段５０３の詳細を説
明する。図６（ａ）において、入射光６１０が偏光子６
０５に入射し、ある方向の偏光が透過する。前記透過光
に対し透明電極６０３に電圧がかかっていないときは、
液晶分子６０１によって偏向方向が９０°ねじられ、偏
光子６０５とクロスニコルにした検光子６０６を透過す
る。これに対し、透明電極６０３に十分高い電圧を加え
ると、偏光子６０５を透過した光は、液晶分子６０１に
よってねじられることなく検光子６０６に入射するた
め、検光子６０６によって遮られ、照明光量を減少させ
ることが可能となる。さらに、本実施例においては前記
の偏光子６０５，ガラス基板６０４，透明電極６０３，
配向膜６０２，液晶分子６０１，検光子６０６を１ユニ
ット６１１とし、前記ユニット６１１を図６（ｂ）に示
すように、アレイ状に配置することにより入射光に対し
て、局所的に光量を変動させることが可能である。

【００３１】次に、散乱強度分布検知手段５０９の詳細
を説明する。図７（ａ）において照明光７３１を被検査
物７３２に照射し、前記被検査物７３２からの散乱光を
結像光学系７０１で光検出器７０２に結像させる。さら
に、前記光検出器７０２の出力を信号処理回路７０４で
処理し、照明光量の調整量を計算する。

【００３２】図７（ｂ），（ｃ）は計算の方法の一例を
示したものである。ここで、図７(ｂ）は被検査物を上
面から見たときのパターンの模式図である。同図におい
て、７１０，７１１はパターンであり、７１３は１走査
分の検査対象領域を示しており、７１２の部分の一次元
波形を図７（ｃ）に示している。７図（ｃ）において、
７２０は前記検査対象領域７１３における数ライン分の
一次元波形である。また、これらの波形を加算したもの
が７２１であり、加算波形７２１の中で、もっともレベ
ルの高い部分を７２５とする。計算方法としては、前記
加算波形７２１において、前記照明光量調整手段の１ユ
ニットに相当するエリアの平均値をとり、前記高レベル
部７２５の値を前記平均値で除算し、適当な係数を乗算
したものを照明光量調整手段５０３における透明電極６
０３に印加する電圧とする方法である。なお、ここで
は、図７（ｂ）におけるＸ方向の一次元波形について説
明したが、本実施例ではＹ方向の一次元波形についても
行い、これらの結果に基づいて、透明電極６０３への印
加電圧を決定するものとする。

【００３３】次に、本実施例の動作を説明する。

【００３４】図５に示すように、照明光源５０１から射
出された光はハーフミラー５０２によって光路を２つに
分割する。まず、ハーフミラー５０２で反射された光５
２０は散乱光強度分布検出手段５０９の照明光として、
被検査物５０５に照射される。前記照明光の内、被検査
物からの散乱光は上記したように散乱光強度分布検知手
段５０９によって散乱光強度分布が検知され、検知内容
に従い、電圧制御系５１０にフィードバックされる。

【００３５】一方ハーフミラー４０２を透過した光５２
１は照明光量調整手段５０３に入射する。前記調整手段
５０９により照明光量を調整した後、全反射ミラー５０
４により反射された光は被検査物５０５上の検査対象領
域に照射される。前記照射光の内、被検査物５０５から
の散乱光は結像光学系５０６で集光・結像され、前記結
像光学系５０６の結像位置に設置された光検出手段５０
７で検出される。前記光検出手段５０７の出力を信号処
理回路５０８に入力され信号処理を施すことにより異物
を検出する。これら動作を、被検査物ステージを図５に
おけるＹ方向に移動させながら繰り返すことにより、被
検査物５０５を検査する。

【００３６】尚、本明細書における被検査物からの散乱
光は被検査物の反射光であっても、被検査物の透過光で
あっても良い。また、照明光量を調整する手段、検出光
量を調整する手段ともＮＤフィルタのような光透過率を
部分的に変化させるものを使用しても良く、また、本明
細書では照明光源と被検査物の間に設置して照明光源か
らの照明光強度を調整するものを照明光量調整手段、被
検査物と光検出手段の間に設置して、散乱光量を調整す
るものを検出光量調整手段と記しているが、どちらも光
検出器に入射する光量を局所的にまたは全体的に調整す
るものであり、同様の作用を持つものである。

【００３７】また、照明光源からの照明光量を調整する
手段として、照明光源の印加電圧を変化させても良く、
また、光検出手段の検出光量を調整するのに、光検出手
段への印化電圧を変化させて光検出手段の感度を調整し
ても良い。ここで、光検出手段としては、ＣＣＤリニア
センサ，ＴＤＩ，ＴＶカメラ，光電子倍増管を指すもの
とする。また、被検査物からの散乱強度の分布の検知手
段としては、上記一実施例の様に光空間変調材料に記録
させる方法でも、また、検査のタイミングより早いタイ
ミングで検知し、実時間でフィードバックをかける方法
でも良く、また、予め散乱光強度分布を記憶しているも
のから順次読み出し、光量調整手段にフィードバックを
かけていも良い。また、結像光学系は光路中に空間フィ
ルタなどの空間変調材料を用いる構成でも良い。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、半導体製造工程の基板上の検出光量の大きい
パターン上の異物・欠陥も見逃しなく検出でき、前記検
出結果を半導体製造工程にフィードバック・対策するこ
とにより、高品質の半導体デバイスが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の課題を示す図。

【図２】本発明の一実施例の構成を示す図。

【図３】図２の検出光量調整手段の構成を示す図。

【図４】図２の検出光量調整手段の方法を説明する図。

【図５】本発明の別の実施例を示す図。

【図６】図５の照明光量調整手段の構成を示す図。

【図７】図５の照明光量調整手段の方法を説明する図。

【符号の説明】

１０１，１０２…パターン、１０３，１０４…異物、１
０５，１０６…波形出力場所、１０７…光検出器の飽和
レベル、１０８，１０９，１１０，１１１…被検査物か
らの散乱光信号、２０１…照明手段、２０２…被検査
物、２０３…結像光学系、２０４…検出光量調整手段、
２０５…結像光学系、２０６…光検出手段、２０７…信
号処理回路、３０１…光空間変調素子結晶、３０２…絶
縁層、３０３…透明電極、３０４…基板ガラス、３０５
…偏光子、３０６…検光子、３１０，３２０，３２１…
入射光、４０１…被検査物上のパターン、４０２…波形
出力場所、４０３…異物、４０４…照明領域、４１０…
被検査物からの散乱光信号、４１１…一次元波形群、４
１３…検査領域の光量分布、５０１…照明光源、５０２
…ハーフミラー、５０３…照明光量調整手段、５０４…
全反射ミラー、５０６…結像光学系、５０７…光検出手
段、５０８…信号処理回路、５０９…散乱光強度分布検
知手段、５１０…電圧制御系、５１１…照明光量調整手
段の電源、６０１…液晶分子、６０２…配向膜、６０３
…透明電極、６０４…ガラス基板、６０５…偏光子、６
０６…検光子、６１０…入射光、６１１…光量調整手
段、７０１…結像光学系、７０２…散乱光検出器、７０
３…信号処理回路、７１０，７１１…被検査物上のパタ
ーン、７１２…波形出力場所、７１３…検査対象領域、
７２０…一次元波形群、７２１…加算波形、７２５…加
算波形内の最大値、７３１…照明光、７３２…被検査
物。

フロントページの続き (72)発明者 見坊 行雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体基板上の異物・欠陥を高感度に検査
   することと、前記検査の検出物に基づいて品質管理する
   事により高品質な半導体デバイスを得ることを特徴とし
   た異物欠陥検査装置および半導体デバイス製造方法。
2. 【請求項２】半導体基板上の異物・欠陥を検査する装置
   において、被検査物に光を照射する照明手段と、前記照
   明手段によって照明された被検査物からの散乱光像を集
   光・結像する結像手段と、前記結像手段による光学像を
   検出する光検出手段と、前記光検出手段によって検出さ
   れた信号に基づいて異物・欠陥を検出する信号処理手段
   と、前記光検出手段で検出される光量を調整する検出光
   量手段と前記光検出手段で検出される光量の変化を事前
   検知する検知手段を備えたことにより高感度に検査する
   ことを特徴とする請求項１記載の異物欠陥検査装置。
3. 【請求項３】上記検出光量調整手段において、適当に分
   割された検査領域に対して、どの検査領域も総検出光量
   が同レベルになるように検出光量を調整することを特徴
   とする請求項２記載の異物欠陥検査装置。
4. 【請求項４】上記検出光量調整手段において、被検査物
   からの散乱光強度変化の分布を予め記憶しておく記憶手
   段を備え、前記記憶手段の内容に基づき検出光量を調整
   することを特徴とする請求項２または３記載の異物欠陥
   検査装置。
5. 【請求項５】上記検出光量調整手段において、被検査物
   からの散乱光強度変化の分布を実時間で検知し、前記検
   知内容に基づいて実時間で検出光量を調整することを特
   徴とする請求項２または３記載の異物欠陥検査装置。
6. 【請求項６】上記検出光量調整手段において、検知した
   光量に基づき、被検査物に照射される光量を調整するこ
   とを特徴とする請求項４または５記載の異物欠陥検査装
   置。
7. 【請求項７】上記検出光量調整手段において、検知した
   光量に基づき、被検査物からの散乱光量の内の検出可能
   量を調整することを特徴とする請求項４または５記載の
   異物欠陥検査装置。
8. 【請求項８】上記検出光量調整手段において、検出光量
   を調整するのに光透過率を変化させたフィルタを照明手
   段または、結像手段の一部に用いることを特徴とする請
   求項６または７記載の異物欠陥検査装置。
9. 【請求項９】上記検出光量調整手段において、被検査物
   に照射される光量を調整するのに照明光源への印可電圧
   を調整することを特徴とする請求項６記載の異物欠陥検
   査装置。
10. 【請求項１０】上記検出光量調整手段において、検出光
    量を調整するのに光検出手段への印可電圧を調整するこ
    とを特徴とする請求項７記載の異物欠陥検査装置。