JP5372618B2 - パターン付き基板検査装置およびパターン付き基板検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、パターン付き基板検査装置およびパターン付き基板検査方法に関し、例えば、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板（例えば、半導体ウェーハやガラス基板）上に形成された微細パターンの欠陥や異物などの検出を行う装置および検査方法に関するものである。

従来のパターン付き基板検査装置として、例えば特開昭６２−７０７３９号公報がある。すなわち、正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えるために、照明光はＳ偏光ビームであり受光部分はＰ偏光のみ検出する検光機能を備えた検査装置である。これにより、本当に検出が必要である異物のみを高感度で検出することを可能にしている。

特開昭６２−７０７３９号公報

しかしながら、上記従来技術では、かえって欠陥の誤検出が増えることがあることを発明者は確認した。例えばメモリ製品のウェーハでは、情報を記録するメモリセル部では検光機能により正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えることができるが、Ｉ／Ｏ部などの大きなパターン部では検光機能により正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えることができず、検出が必要である欠陥の検出のみを行うことができないという課題がある。

本発明の一つの目的は、検光機能が正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えることができるエリアと、抑えることができない領域を弁別し、この２つの領域を違う検査方法で検査することにより、本当に検出が必要である欠陥のみを高感度で検出することを可能にしたパターン付き基板検査装置又はパターン付き基板検査方法を提供することにある。

上記目的を達成するための、本発明の一つの特徴は、ステージ上に載せられた被検査物表面上に所望の光束で斜方照明する照明系と、照明系によって照明された個所から発生する任意の方向に反射する散乱光を集光する集光光学系と、前記集光光学系で集光された散乱光を受光して輝度信号に変換する光電変換手段を有する検出光学系と、前記検出光学系で検出された輝度信号に基づいて前記被検査物上の欠陥を検出する判定部とを備えたパターン付き基板検査装置において、正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えるために、前記照明系はＳ偏光ビームであり、前記検出光学系はＰ偏光のみ検出する検光機能を備え、検査エリアを、前記検光機能が正常パターン部からの散乱光の影響による欠陥の誤検出を抑えることができるエリアと、抑えることができない領域に弁別し、この２つの領域を違う検査処理で検査を行うことにある。

ここで欠陥の誤検出が抑えられる検査エリアとは、照明光の波長以下のパターン幅を有するパターンであるメモリセル部と、パターンの無いベア部である。また、欠陥の誤検出が抑えられない検査エリアとは、照明光の波長より大きなパターン幅を有するパターン部のエッジ部分である。

本発明の一つの態様によれば、パターン付きウェーハ検査装置において、本当に検出が必要である異物やショートなどのパターン欠陥を高感度で検出することが可能である。

本発明の実施例の検査装置の構成例である。 本発明の実施例のメモリ製品のウェーハ回路パターンの一例である。 比較例において、欠陥を誤検出する説明図である。 本発明の実施例の検査装置の欠陥検出の一例の説明図である。 本発明の実施例の検査装置の欠陥検出フローの一例である。 本発明の実施例の検査装置の装置操作画面の一例である。 本発明の実施例の検査装置の検査フローの一例である。

本発明に係わるパターン付きウェーハ検査装置の実施形態について図面を用いて説明する。

まず、図１に実施の形態を実現するためのパターン付きウェーハ検査装置の実施例を示す。位置座標が測定されてＸＹ方向に走行制御されるステージ１１４上に載せられる被検査物であるウェーハ１１３と、例えば波長４８８ｎｍのＡｒレーザーをＳ偏光に偏波させた光源からなる光源１０２、反射ミラー１０３により構成される斜方照明光学系１０１と、照明光１０４をウェーハ１１３へ照明し、ウェーハ１１３から反射される散乱光を集光する集光レンズ１０６と、フォトマル，ＣＣＤカメラ，ＣＣＤセンサ、及びＴＤＩセンサ等の少なくとも一つから構成され受光された散乱光はアナログ輝度信号に変換する光電変換器１０８，ウェーハ１１３から反射される散乱光中，Ｐ偏光の成分のみを透過する偏光板１０７により構成される検出光学系１０５と、光電変換器１０８から出力されるアナログ輝度信号をデジタル輝度信号に変換するＡ／Ｄ変換部１０９と、上記ステージ１１４から測定される位置座標を基に上記ステージ１１４を走行制御するステージコントローラ１１２と、ステージ１１４の走行に同期して欠陥部を検出しその輝度信号を算出する判定部１１０と、上記ステージコントローラ１１２を制御し、さらに判定部１１０を制御し判定部１１０から得られる検査結果を受ける全体制御部１１１とから構成される。

判定部１１０としては、例えばステージ１１４の走行に同期してスキャンする光電変換器１０８のスキャンクロックに同期したパイプライン処理を行える専用のデジタル信号回路などを用いることができる。

判定部１１０の処理方法として上記のように同期処理を行わず、例えば一旦Ａ／Ｄ変換部１０９の出力をメモリに記憶し、非同期で処理する方法もある。非同期で処理する場合は、一般的には検査速度は遅いが、専用の信号処理回路を必要とせず、回路規模を小さくできる。また、図示しないが、判定部１１０の内部または検査装置内に、経験値としての過去データを記憶する登録部を有しても良い。

次に、このような検査装置のＡ／Ｄ変換部１０９で処理される信号を、判定部１１０で２次元に配列した画像とした場合、どのように見えるのか述べる。

図２上側のＢＦイメージ（明視野画像）は、通常メモリ製品のウェーハ回路パターンがどのように明視野顕微鏡で見えるか示したものである。回路パターンはおおよそ、以下の３つの部分に分かれる。すなわち、光源１０２の波長以下のパターン幅のパターンを有するメモリセル部のＬ／Ｓ（ライン アンド スペース）パターン２０４，光源１０２の波長よりも大きなパターン幅のパターンを有するパターン部２０５、何もパターンが無いベア部２０６である。メモリセル部のＬ／Ｓパターン２０４は情報を記録するビット部分などである。大きなパターン部２０５は、メモリアドレスなどを制御するＩ／Ｏ部分などである。ベア部２０６は、何も回路が形成されていない部分である。

このような回路パターンをパターン付き基板検査装置の判定部１１０で２次元に配列した暗視野画像を図２下側のＤＦイメージとして示す。メモリセル部のＬ／Ｓパターン２０４は、Ｌ／Ｓのピッチが光源１０２の波長以下であることが多く、その場合は真っ暗に見える。光源１０２の波長よりも大きなパターン幅のパターンを有するパターン部２０５は、そのエッジやエルボー部が明るく見える。パターンの無いベア部２０６は真っ暗に見える。またメモリセル部のＬ／Ｓパターン２０４上にある異物またはショート２０１は明るい輝点として見える。この異物またはショート２０１は検出が必要であるとされる欠陥である。ヒロックまたはグレイン２０２は検出してしまうと検出の誤検出であると判定されてしまうパターンであるが、検出光学系１０５の検光機能により光らない。ベア部２０６上にある異物２０３は明るい輝点として見える。

図３に、上記の様に見える検査対象であるウェーハ上の第一ダイの回路パターンのＤＦイメージを、同一ウェーハ上における隣の第二ダイにおける対応する回路パターンのＤＦイメージと比較して、差分を抽出し、ある輝度以上の差分が残れば判定部１１０で欠陥と判定する様子を実施例の比較例として示す。

図３に示すように、上記第一ダイに相当するダイＡ３０１の大きなパターン部エッジ３０６のＤＦイメージ（図３上左部参照）と、上記第二ダイに相当するダイＢ３０２の大きなパターン部エッジ３０６のＤＦイメージ（図３上右部参照）では輝度の差が出る。ＢＦイメージでは少しの差異であって、欠陥検出が必要とされない部分であっても、散乱光で見るＤＦイメージでは大きな差となるからである。この傾向は、検出光学系１０５の検光機能により、光源１０２の波長よりもパターン幅のパターンを有する大きなパターン部エッジ３０６の９０°角のエルボー部３０７でさらに大きくなることを発明者は確認した。これにより差画像３０３（図３下部参照）を計算し、設定閾値よりも大きい部分を欠陥と判定すると、本来検出したい異物またはショート３０４や異物３０５だけではなく、光源１０２の波長よりも大きなパターン部エッジ３０６の一部分であるエルボー部３０７を誤検出してしまう。これが、比較例の技術において、かえって欠陥の誤検出が増えることがある理由である。

そこで、発明者は、光源１０２の波長以下のパターン幅のパターンを有するパターンであるメモリセル部のＬ／Ｓ（ライン アンド スペース）パターン２０４や、パターンの無いベア部２０６のように、ヒロックまたはグレイン２０２のような誤検出が抑えられる検査エリアと、光源１０２の波長よりも大きなパターン部エッジ３０６のように、エルボー部３０７のような欠陥の誤検出が抑えられない検査エリアを弁別し、この２つのエリアを違う検査方法で検査を行う技術を発明した。その一例を図４と図５を用いて説明する。

図４のダイＡ４０１は検査ダイであり、ダイＢ４０２は右隣のダイ、ダイＣ４０３は左隣のダイの同じ回路パターン部を示す。３つのダイ中、同じピクセルに着目し２つ以上のダイで暗い部分であれば、輝度判定エリア４０７，４０８とする。この時、判定基準となる暗さは、おおよそ光電変換器１０８を遮光した場合の暗さに数階調のマージンを持たせた値以下である。一般的には２〜３階調のマージンであり、ノイズが多い検査対象の場合は５〜６階調のマージンのように、マージンを幅広くすることが望ましい。それ以外の暗くない部分はダイ比較エリア４０９，４１０とする。この処理の様子を図５のフローの処理５０１〜処理５０３に示す。

輝度判定エリア４０７，４０８では、例えばダイＡ４０１の画像で設定閾値Ｘ以上の部分を欠陥と判定する。この様子を図５のフローの処理５０５に示す。

また、ダイ比較エリア４０９，４１０では、例えば差画像４０６の画像で設定閾値Ｙ以上の部分を欠陥と判定する。設定閾値Ｘ，Ｙは、経験値として予め装置に登録されていても良いし、検査毎に設定されなおしても良い。設定閾値Ｘ，Ｙは検査対象に応じて決定される。

こうして、輝度判定エリア４０７，４０８とダイ比較エリア４０９，４１０とで別々の欠陥判定閾値を設定できるため、本当に検出が必要な欠陥のみを高感度で検出することが可能となる。この判定を、検査ダイＡの全てのピクセルで実行する。この様子を図５の処理５０６〜処理５０７に示す。

以上のように、図５は検査装置の欠陥検出フローの一例であり、その内容は次の通りである。すなわち、図５の処理がスタート（ＳＴＡＲＴ）すると、検査ダイＡと右隣ダイＢと左隣ダイＣとの各画像の対応する同じ位置のピクセル（またはエリア）の画像データの読み込み処理５０１，読み込んだ画像に基づき、そのピクセル（またはエリア）が３ダイとも暗ければ、そのピクセル（またはエリア）を「輝度判定エリア」と判定する処理５０２，輝度判定エリアか否か判定する処理５０３，輝度判定エリアならば（ＹＥＳ）輝度判定エリアの閾値ＸとダイＡ画像の該当箇所の輝度を比較し、該当箇所の輝度が大ならば欠陥と判定する処理５０５，輝度判定エリアでないならば（ＮＯ）ダイ比較エリアの閾値Ｙと差画像の該当箇所の輝度を比較し、該当箇所の輝度が大ならば欠陥と判定する処理５０４，全てのピクセル（または予め検査対象としている所定のピクセル）において欠陥判定が終了したか否か判定する５０６，終了していない場合（ＮＯ）は、次のピクセル（またはエリア）の判定を俗効する処理５０７から処理５０１へ戻り、欠陥判定終了ならば（ＹＥＳ）、図５の処理が終了する（ＥＮＤ）。

図４と図５の例では、検査ダイと左右両隣の３ダイを使用した場合の例を説明したが、検査ダイを含む、任意の３ダイを用いても良い。また３つのダイ中、同じピクセルに着目し２つのダイ以上で暗い部分であれば、輝度判定エリア４０７，４０８と判定したが、任意のＭ個のダイ中、Ｎ個以上のダイで暗い部分であれば、輝度判定エリア４０７，４０８と判定してもよい。ここでＮはＭよりも小さい整数である。一般には、Ｎ＝Ｍ−１であるが、ＮがＭより２以上小さい場合もある。

次に、図４と図５の実施例において、装置を操作するオペレータの操作と検査処理が、どのようなものであるか、その一例を図６と図７を用いて説明する。

まず、図６の検査条件設定画面６０３において、検査モード６０１を設定する。設定閾値Ｘ，Ｙが予め装置に登録されていれば、「誤検出消去モード」などと設定する。この検査フローの様子を図７の処理７０１に示す。

次に、検査スタートボタン６０２を押す。装置はウェーハの検査スキャンを初め、図５のフローに従い、自動的にウェーハの検査を行い、全てのダイの検査を終了し、ウェーハの検査を終了する。この様子を図７の処理７０２〜処理７０５に示す。

以上のように、図７は検査装置の検査フローの一例であり、その内容は次の通りである。すなわち、図７の処理がスタート（ＳＴＡＲＴ）すると、検査設定画面に検査モードを入力する処理７０１，検査スタートボタンを押す処理７０２，検査対象であるウェーハの検査のためのスキャンを実行する処理７０３，図５で示される処理フローに従ってパターン付き基板検査装置の判定部が欠陥判定を行う処理７０４，ウェーハの検査終了する処理７０５を経て、図７の処理が終了する（ＥＮＤ）。

以上によれば、オペレータは、検査エリアの設定などを行う必要が無く、その手間に煩わされることが無い。

また、以上述べたように、検査エリアを、検光機能が欠陥の誤検出を抑えられる領域と、抑えることができない領域に弁別し、この２つの領域を違う検査処理で検査を行うことにより、本当に検出が必要である欠陥のみを高感度で検出することが可能である。

１０１ 斜方照明光学系
１０２ 光源
１０３ 反射ミラー
１０４ 照明光
１０５ 検出光学系
１０６ 集光レンズ
１０７ 偏光板
１０８ 光電変換器
１０９ Ａ／Ｄ変換部
１１０ 判定部
１１１ 全体制御部
１１２ ステージコントローラ
１１３ ウェーハ
１１４ ステージ
２０１，３０４，４０４ 異物またはショート
２０２ ヒロックまたはグレイン
２０３，３０５，４０５ 異物
２０４ メモリセル部のＬ／Ｓパターン
２０５ 大きなパターン部
２０６ ベア部
３０１，４０１ ダイＡ
３０２，４０２ ダイＢ
３０３，４０６ 差画像
３０６ 大きなパターン部エッジ
３０７ エルボー部
４０３ ダイＣ
４０７，４０８ 輝度判定エリア
４０９，４１０ ダイ比較エリア
６０１ 検査モード
６０２ 検査スタートボタン
６０３ 検査条件設定画面

Claims (8)

1. 被検査物の表面上の個所に所望の光で照明する照明部と、
   前記被検査物からの散乱光を集光する集光光学系と、
   前記集光光学系で集光された散乱光を受光して輝度信号に変換する受光部と、
   前記輝度信号に基づいて前記被検査物上の欠陥を検出する検出部を有し、
   前記照明光はＳ偏光ビームであり、
   前記受光部はＰ偏光を検出する検光部を備え、
   前記検出部において、検査エリアを、前記検光部が欠陥の誤検出を抑えられる検査エリ
   アと抑えられない検査エリアに弁別し、
   この２つのエリアを別々の検査処理を行い、
   前記欠陥の誤検出が抑えられる検査エリアは、照明光の波長以下のパターン幅を有するパターンであるメモリセル部と、パターンの無いベア部であり、
   欠陥の誤検出が抑えられない検査エリアは、照明光の波長より大きなパターン幅を有するパターン部のエッジ部分における角度９０°のエルボー部であることを特徴とするパターン付き基板検査装置。
2. 請求項１において、
   所定の基準に基づいて、前記検査エリアを弁別することを特徴とするパターン付き基板検査装置。
3. 請求項２において、
   前記所定の基準が、３つの検査ダイの少なくとも一部の画像に基づいて、作成されることを特徴とするパターン付き基板検査装置。
4. 請求項２において、
   過去のデータである経験値を記憶する登録部を有し、 前記所定の基準が、過去のデータである経験値に基づいて作成される、パターン付き基板検査装置。
5. 被検査物の表面上の個所に所望の光で照明し、
   前記被検査物からの散乱光を集光し、
   前記集光された散乱光を受光して輝度信号に変換し、
   前記輝度信号に基づいて前記被検査物上の欠陥を検出するパターン付き基板検査方法であって、
   前記照明の光はＳ偏光ビームであり、前記受光はＰ偏光を検出し、 前記検出において、前記被検査物上の検査エリアを、欠陥の誤検出を抑えられる検査エリアと抑えられない検査エリアに弁別し、
   この２つのエリアにおいて、別々の検査処理を行い、
   前記欠陥の誤検出が抑えられる検査エリアは、照明光の波長以下のパターン幅を有するパターンであるメモリセル部と、パターンの無いベア部であり、
   欠陥の誤検出が抑えられない検査エリアは、照明光の波長より大きなパターン幅を有するパターン部のエッジ部分における角度９０°のエルボー部であることを特徴とするパターン付き基板検査方法。
6. 請求項５において、
   所定の基準に基づいて、前記検査エリアを弁別することを特徴とするパターン付き基板検査方法。
7. 請求項６において、
   前記所定の基準が、３つの検査ダイの少なくとも一部の画像に基づいて作成されることを特徴とするパターン付き基板検査方法。
8. 請求項６において、
   過去のデータである経験値を記憶し、
   前記所定の基準が、過去のデータである経験値に基づいて作成されることを特徴とするパターン付き基板検査方法。

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