JP5074058B2 - 異物検査方法及び異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ（ウェーハ）等の被検査物の表面に存在する異物、きず、欠陥、汚れ等（以下、これらを総称して異物と称す。）を検出する異物検査方法及び異物検査装置に係り、特にしきい値を用いて異物が在るか否かの判定を行う異物検査方法及び異物検査装置に関する。

ウェーハの異物を検出する異物検査装置は、レーザー光等の光ビームを半導体のウェーハの表面ヘ照射して、ウェーハの表面で発生した反射光又は散乱光を検出することにより、ウェーハの表面に存在する異物を検出する異物検出系と、異物検出系に対してウェーハ表面の距離を一定に保つ表面検出系を有する。

従来、異物検出系の対物レンズとウェーハ表面の距離は、該対物レンズの設計仕様に基づく焦点距離となるように組み立てと調整を行っていた。

そして、その調整された状態は、検査するウェーハの種類や半導体デバイスの製造プロセス工程が変わった場合でも、常に同じ状態に維持されて検査が行われていた。

しかし、異物検出系の焦点位置は、検査するウェーハの種類や半導体デバイスの製造プロセス工程によって、異物検出系の焦点位置が異なってくる。

このため、従来の異物検査装置では、異物検出系が持つ検出性能を十分に生かすことが出来ず、ウェーハの種類や工程によって検出性能が異なるという課題があった。

すなわち、表面高さ位置検出手段（表面検出系）の検出するウェーハ（被検査物）の表面高さ位置と異物検出系の焦点位置が、検査するウェーハの種類や半導体デバイスの製造プロセス工程によっては異なっていた。

表面検出系が検出する表面高さ位置は、検査するウェーハの種類や半導体デバイスの製造プロセス工程により異物検出系の焦点位置が、上または下にずれる。

このずれ量はウェーハの種類や工程によって異なるため、レシピ作成時にずれ量を測定し、レシピファイルに設定する必要があった。

本発明は、ウェーハの種類や工程に対して適正な異物検査を可能とし、異物検出性能を低下させることなく、歩留り管理に有益な情報を提供することを目的とする。

本発明の一つの特徴は、ウェーハを含む被検査物に検査光を照射し、前記被検査物から反射または散乱する光を受光し、その受光の強度より被検査物の表面に存在する異物の有無を検査する異物検査方法であって、前記被検査物上に形成されるウェーハパターンの有無や膜の有無、膜の材質、膜厚寸法に対して前記受光の強度が強まるように焦点オフセットを調整することができる。これにより、適正な異物検査が実現できる。

また本発明の他の特徴は、表面高さ位置検出手段（表面検出系）が検出する表面高さ位置に強度検出手段の受光強度が強まるように焦点オフセットを調整することにより、適正な異物検査が実現できる。

また、本発明のさらに他の特徴は、レシピ作成画面にこのオフセット量を算出する機能を組み込むことでウェーハの種類や工程に最適な条件作成が可能となる。

本発明によれば、ウェーハの種類やウェーハの種類や工程が異なっていても適正な異物検査を行うことが出来、異物の検出感度を低下させることなく検査することができる。

本発明の表面検査装置は、半導体ウェーハや絶縁体ウェーハ（例えば、サファイアガラスウェーハ，石英ガラスウェーハなど）、若しくは液晶パネル表示装置用ガラス基板などの平板状の被検査物へ適用できる。以下では、半導体ウェーハの異物検査に適用した実施例について、添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施例に係わる異物検査装置の概略構成を示す図である。

本実施例の異物検査装置は、異物検出系のレーザー装置１０、異物検出系の光電変換素子２０、Ｘスケール３０、Ｙスケール４０、表面高さ位置検出系の照明装置５０、表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ、６０ｂ）、処理装置１００、ステージＺの制御装置２００、及び、画像表示装置３００を含んで構成されている。

レーザー装置１０は、検査光として所定の波長のレーザー光を発生し、その光ビームを被検査物であるウェーハ１の表面へ斜めに照射する。

表面にチップ２が形成されたウェーハ１は、図示しないウェーハテーブル（ステージＺ）上に搭載されており、ステージＺがＹ方向及びＸ方向へ移動することによって、レーザー装置１０から照射された光ビームがウェーハ１の表面を走査する。

図２は、異物検査装置の光ビームの走査を説明する図である。

ウェーハ１を搭載したステージＺがＹ方向へ移動すると、レーザー装置１０から照射された光ビームが、ウェーハ１上に形成されたチップ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面を矢印Ｓ１で示す方向に移動して、１ラインの走査が行われる。

次に、ステージＺがＸ方向へ移動すると、走査ラインがＸ方向へ移動する。そして、ステージＺがＹ方向を前と反対向きに移動すると、光ビームがチップ２ｄ，２ｃ，２ｂ，２ａの表面を矢印Ｓ２で示す方向に移動して、次のラインの走査が行われる。これらの動作を繰り返すことにより、ウェーハ１の表面全体の走査が行われる。

つまり、ステージＺを縦横の水平方向に移動させてウェーハ１の表面全体に検査光の走査を行うことができる。

図１において、ウェーハ１の表面へ斜めに照射された光ビームは、ウェーハ１の表面のパターンや異物で散乱されて、散乱光が発生する。

光電変換素子２０は、例えばＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）センサ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、光電子増倍管（フォトマルチプライヤ）等から成り、ウェーハ１の表面で発生した散乱光を受光して、その強度を電気信号に変換し、画像信号として処理装置１００へ出力する。

Ｘスケール３０及びＹスケール４０は、例えばレーザースケール等から成り、ウェーハ１のＸ方向位置及びＹ方向位置をそれぞれ検出して、その位置情報を処理装置１００へ出力する。

処理装置１００は、Ａ／Ｄ変換器１１０、画像処理装置１２０、異物判定装置１３０、座標管理装置１４０、及び検査結果記憶装置１５０を含んで構成されている。

Ａ／Ｄ変換器１１０は、光電変換素子２０から入力したアナログ信号の画像信号を、ディジタル信号の画像信号に変換して出力する。

画像処理装置１２０は、例えば遅延回路と差分検出回路とを含んで構成される。遅延回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０から画像信号を入力して遅延することにより、検査光の走査で現在光ビームが照射されているチップの１つ前の既に光ビームの照射が終了したチップの画像信号を出力する。

差分検出回路は、Ａ／Ｄ変換器１１０からの画像信号と遅延回路からの画像信号とを入力し、両者の差分を検出して出力する。これにより画像処理装置１２０は、隣接するチップ相互の画像信号の比較を行う。

チップの表面に異物が存在する場合、異物により発生した散乱光が、隣接するチップ相互の画像信号の差分となって現れる。

なお、画像処理装置１２０は、遅延回路の代わりに予め用意した良品チップの画像信号のデータを記憶したメモリを備え、良品のチップの画像信号との比較を行うようにしてもよい。

異物判定装置１３０は、判定回路１３１及び係数テーブル１３２，１３３を含んで構成されている。係数テーブル１３２，１３３には、しきい値を変更するための係数が座標情報と対応付けて格納されている。

係数テーブル１３２，１３３は、後述する座標管理装置１４０からの座標情報を入力して、その座標情報に対応付けて格納されている係数を、判定回路１３１へ出力する。

判定回路１３１には、画像処理装置１２０から隣接するチップ相互の画像信号の差分が入力され、係数テーブル１３２，１３３からしきい値を変更するための係数が入力される。

判定回路１３１は、予め定められた値に係数テーブル１３２，１３３から入力した係数を掛け算して、しきい値を作成する。

そして、画像信号の差分としきい値とを比較し、差分がしきい値以上である場合に異物と判定して、検査結果を検査結果記憶装置１５０へ出力する。

判定回路１３１は、また、判定に用いたしきい値の情報を検査結果記憶装置１５０へ出力する。

座標管理装置１４０は、Ｘスケール３０及びＹスケール４０から入力したウェーハ１の位置情報に基づき、ウェーハ１上の現在光ビームが照射されている位置のＸ座標及びＹ座標を検出して、その座標情報を出力する。

検査結果記憶装置１５０は、異物判定装置１３０から入力した検査結果と、座標管理装置１４０から入力した座標情報とを対応付けて記憶する。

検査結果記憶装置１５０は、また、異物判定装置１３０から入力したしきい値の情報を、検査結果又は座標情報と対応付けて記憶する。

異物検出系のレーザー装置１０を、被検査物に検査光を照射する照射手段と云う。

異物検出系の光電変換素子２０を、被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段と云う。

表面高さ位置検出系の照明装置５０を、被検査物に表面高さ位置検出の検出光を照射する表面高さ位置検出照射手段と云う。

表面高さ位置検出系の検出器６０（２個１組：６０ａ、６０ｂ）を、被検査物の表面高さ位置を検出する表面高さ位置検出手段と云う。表面高さ位置検出手段は、被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有する。

異物判定装置１３０を、光強度検出手段が検出した光強度データより被検査物の表面に存在する異物の有無を検査ないし判定する異物判定手段という。

制御装置２００は、ステージを上下動させて被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段を制御する。

ウェーハ１全体の検査領域において、部分的にしきい値を変更する場合について説明する。

最初に、ウェーハ１の表面全体について予備検査を行う。このとき、異物判定装置１３０の係数テーブル１３２，１３３に格納されている係数の値を全て１とし、判定回路１３１は一定のしきい値を用いて判定を行う。この予備検査は、１つ又はいくつかのサンプルについて行ってもよく、また検査毎又は一定間隔で行ってもよい。

異物検出系の焦点位置について説明する。

ウェーハ１の表面で発生した反射光又は散乱光を検出する機能を異物検出系とする。その検出系は、照明装置（レーザー装置１０）や反射光又は散乱光を集光するレンズなど（光電変換素子２０）を含む構成を有する。異物を検出する為の最適なウェーハの表面位置に焦点が合わされる。例えば、検出レンズの焦点位置にウェーハの表面位置が合される。この位置を異物検出系の焦点位置とする。

表面検出（表面高さ位置検出）系の合せ焦点位置について説明する。

ウェーハ１の表面に対して斜方から表面高さ位置検出系の照明装置５０のビーム照明を入射し、ウェーハ１の表面で正反射したビームを２つの光電変換素子６０ａ，６０ｂで検出し電気信号を得る。このビーム照明の角度やビーム径、及び２つの光電変換素子６０ａ，６０ｂの位置を適切に配置することでウェーハ１の表面の位置を検出する事が可能である。

この表面高さ位置検出機能を表面検出系とする。ウェーハ１の位置を高さ方向に変化させた時に、上記２つの光電変換素子６０ａ，６０ｂから得た電気信号の検出が夫々最大なる２点がある。その二つの検出最大が示されるニ点の間に両方の電気信号が同じ値になる中間点が存在する。その中間点を表面検出系の合せ焦点位置とする。この合せ焦点位置は、異物検査装置が計算して求める。

表面検出（表面高さ位置検出）と異物検出との関係について図３、図４、図５を引用して述べる。

図３に示す工場出荷時の調整について説明する。

シリコンウェーハなどの様に表面に膜やパターンがないサンプルで調整を行う。

図３（Ａ）に示す照明装置５０のビーム照明を行い、ステージＺ方向（上下方向）にウェーハ１を移動させて２つの光電変換素子６０ａ，６０ｂが検出した電気信号をとる。

図３（Ｂ）上側に示すような二つの検出最大値の電気信号が得られる。高さ位置が下側で最大値を示す６０ａの電気信号と、高さ位置が上側で最大値を示す６０ｂの電気信号との中間点が合せ焦点位置と算定される。

ステージを上下に移動させて、その合せ焦点位置にウェーハ１の表面（異物観測点）を合わせる。これにより、光電変換素子２０の焦点がウェーハ１の表面に合致するので、強度検出手段の受光強度が最大（最強）になるように調整される。

このように工場出荷時には、強度検出手段の受光強度が強まるように合せ焦点位置への焦点オフセットの調整が行なわれるので、適正な異物検査ができる。ユーザは膜付きやパターン付のウェーハについても異物検査をする。

まず、図４に示すユーザ側での膜付ウェーハの調整について説明する。

図４に示す膜付ウェーハ１の異物検査では、膜の表面と膜下側に位置するウェーハ１の表面とを含めて行なうことが多い。

膜付きウェーハ１の異物検査では、表面検出系により検出される合せ焦点位置が、図４（Ｃ）の（イ）（膜の表面）に来る。膜付きウェーハ１の異物検査では（ロ）の位置に焦点合わせをする必要がある。そこで、ウェーハ１を上方向に幾分移動させる。この焦点オフセットの調整により、合せ焦点位置が膜下側のウェーハ１表面（異物観測点）が合せ焦点位置に移され、強度検出手段の焦点が合って、受光強度を高めることができる。

なお、この焦点オフセット値は、後述する焦点オフセット演算処理手段によって算出される。

次に、図５に示すパターン付のウェーハ１の異物検査では、異物観測点を、算定された合せ焦点位置から所定の位置へと移動させる焦点オフセットの調整が行なわれる。

図５（Ａ）に示すようにパターン付のウェーハ１では、ウェーハ１のパターン表面とパターンの無い所で正反射した２つの光ビームが生じる。

この２つの光ビームを検出した２つの光電変換素子６０ａ，６０ｂの電気信号は、図５（Ｂ）の上側に示すように６０ａ，６０ｂの山（電気信号）のように、各右側の斜面が点線位置から実線位置に移動した様態で検知される。

すなわち、６０ａ，６０ｂの山（電気信号）の頂点がステージＺ方向に移動するため、算定される合せ焦点位置が、本来の位置よりも上方の位置に検出される。

そこで、算定される合せ焦点位置からウェーハ１の位置を下方向に幾分移動させる。この焦点オフセットの調整により、ウェーハ表面（異物観測点）が本来の合せ焦点位置に合わされ、強度検出手段の焦点が合って、受光強度を高めることができる。

なお、この焦点オフセット値は、後述する焦点オフセット演算処理手段によって算出される。

焦点オフセットの適正化について説明する。

この適正化は、図４、図５で述べた膜付きやパターン付のウェーハにとって特に有効である。

まず測定したいウェーハサンプルを用意し、それを測定する為の一般的な測定条件を作成する。

このウェーハサンプルとしては、調整する用途に応じ、膜付もしくはパターン付のウェーハ１に、異物として検出させるためのＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）を塗布したものを用いると良い。この測定条件を使用して異物検査を行い、その結果を得る。

なお、この時の焦点オフセットは工場出荷時の値（通常ゼロ）とする。そして異物検査結果を画像表示装置に異物マップとして表示させる。

ユーザの操作により注目したい異物検査箇所を１箇所又は複数箇所選択して（検査領域設定手段）、次に焦点適正化を指令する。検査装置はこれを受けて次の処理を行う（焦点適正処理指示手段）。

指定された異物検査の箇所に対して、焦点オフセットを変えながら（位置可変手段）画像取り込みを行う（画像採取手段）。

すなわち、ステージを上下方向に移動させ、強度検出手段で夫々の焦点オフセット値に対する受光強度のデータを採取する（ステージＸＹ動作させて異物検出センサの出力値を平面状に採取する）。

この処理で異物検査の箇所×取り込み回数分の異物画像が採取できる。その画像の中から異物検査の箇所を抽出して異物検査箇所の輝度値（受光強度）を求める。

そして、それらの焦点オフセット値に対する輝度値を示すグラフから検査の為の適正な焦点オフセット値を求める。

この適正な焦点オフセット値は、例えば、輝度値のピーク位置としても良いし、当該ピーク位置の値に対して、所定の係数を乗算や商算（割り算）、若しくは減算や加算した値としても良い。

これらの演算処理は処理装置１００によって実行され、所定のアルゴリズムから求められる（焦点オフセット演算処理手段）。

また、前記グラフはＣＲＴやフラットパネルディスプレイなどの画像表示装置３００上に表示される（輝度値カーブ表示手段）。

こうして、図４、図５で述べた膜付きやパターン付のウェーハでも光強度検出手段の受光強度が最大になるところを選択することができる。

上記実施例によれば、ウェーハの種類や工程にたいして適正な検査を可能とし、検出性能を低下させる事無く歩留り管理に有益な情報を提供出来るので、プロセスの問題点発見に有益である。

また、上記実施例では、ウェーハの表面からの散乱光による暗視野画像を用いた異物検査方法及び異物検査装置について説明したが、本発明は暗視野方式の検査装置に限定されるものではなく、ウェーハの表面からの反射光による明視野画像を用いた明視野方式の異物検査方法及び異物検査装置にも適用できる。

また、異物検査装置に限らず、表面検査装置、欠陥検査装置、外観検査装置、マスク検査装置、液晶基板検査装置、ベベル検査装置、ディスク検査装置など、光を応用した検査装置に広く適用することができる。

さらに、本発明はウェーハの検査に限らず、様々な物体の表面のキズ、欠陥、汚れ等の検査に広く適用することができる。

本発明の実施例に係わるもので、異物検査装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、光ビームをウェーハの表面を走査して異物検査をするところを示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、工場出荷時の焦点合せを示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ユーザ側が膜付ウエハを扱った焦点オフセットを示す図である。 本発明の実施例に係わるもので、ユーザ側がパターン付ウエハを扱った焦点オフセットを示す図である。

符号の説明

１…ウェーハ、２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…チップ、１０…レーザー装置（検査光を照射する照射手段）、２０…光電変換素子（光強度を検出する光強度検出手段）、３０…Ｘスケール、４０…Ｙスケール、５０…表面検出系の照明装置（表面高さ位置検出照射手段）、６０…表面検出系の検出器（表面高さ位置検出手段）、１００…処理装置、１１０…Ａ／Ｄ変換器、１２０…画像処理装置、１３０…異物判定装置（異物判定手段）、１３１…判定回路、１３２，１３３…係数テーブル、１４０…座標管理装置、１５０…検査結果記憶装置、２００…ステージＺ制御装置、３００…画像表示装置。

Claims (3)

1. 被検査物に検査光を照射する照射手段と、
   前記被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段と、
   前記光強度検出手段が検出した光強度データより前記被検査物の表面に存在する異物の有無を検査ないし判定する異物判定手段と、
   前記被検査物を載置するステージと、
   前記ステージを上下動させて前記被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段と、
   前記被検査物の表面高さ位置を検出する表面高さ位置検出手段とを有し、
   前記光強度検出手段の受光強度が強まるように前記表面高さ位置検出手段で調整する異物検査方法であって、
   前記表面高さ位置検出手段は、前記被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有し、
   前記ステージを上下動させて前記二つの検出器からの電気信号が各々最大となる二点を検出し、前記二点の一方に対する高さ位置と他方に対する高さ位置との中間になる前記被検査物の高さ位置を前記被検査物の膜上での焦点位置とし、
   さらに、前記上下位置可変手段は、前記被検査物の膜上での焦点位置と前記被検査物の表面での焦点位置との差に対しては、光強度検出手段の検出する受光強度が前記被検査物の表面で強まるように、前記表面高さ位置検出手段の検出する電気信号をもとにして前記被検査物の上下位置を変更し、
   前記光強度検出手段が検査した光強度データは、焦点位置が前記被検査物の表面での焦点位置とした場合の光強度データであることを特徴とする異物検査方法。
2. 被検査物に検査光を照射する照射手段と、
   前記被検査物の表面から反射または散乱する光を受光して光強度を検出する光強度検出手段と、
   前記光強度検出手段が検出した光強度データより前記被検査物の表面に存在する異物の有無を検査ないし判定する異物判定手段と、
   前記被検査物を載置するステージと、
   前記ステージを上下動させて前記被検査物の上下位置を可変する上下位置可変手段と、
   前記被検査物の表面高さ位置を検出する表面高さ位置検出手段とを有し、
   前記光強度検出手段の受光強度が強まるように前記表面高さ位置検出手段で調整する異物検査装置であって、
   前記表面高さ位置検出手段は、前記被検査物の上下方向に検出中心位置を異にする二つの検出器を有し、
   前記ステージを上下動させて前記二つの検出器からの電気信号が各々最大となる二点を検出し、前記二点の一方に対する高さ位置と他方に対する高さ位置との中間になる前記被検査物の高さ位置を前記被検査物の膜上での焦点位置とし、
   さらに、前記上下位置可変手段は、前記被検査物の膜上での焦点位置と前記被検査物の表面での焦点位置との差に対しては、光強度検出手段の検出する受光強度が前記被検査物の表面で強まるように、前記表面高さ位置検出手段の検出する電気信号をもとにして前記被検査物の上下位置を変更し、
   前記光強度検出手段が検査した光強度データは、焦点位置が前記被検査物の表面での焦点位置とした場合の光強度データであることを特徴とする異物検査装置。
3. 請求項２記載の異物検査装置にあって、
   前記被検査物の表面検査では、被検査物の上方向移動により焦点位置を被検査物の膜上から被検査物の表面に移すことを特徴とする異物検査装置。

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