JPH01129143A - 異物検出方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料上の特定の物体を検出する方法及びその
装置に係り、特に表面に例えば微細な回路パターンを有
するウェハ上の異物を検出するのに好適な異物検出方法
及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の異物検出装置は２例えば特開昭５９−６５４２８
号に記載され、これを第４図（ａ）に示すようにＸ方向
に往復運動するステージ１上の試料２に。

斜め上方から矢印で示したレーザ光（以下照明光という
）３を照射し、このパターンを対物レンズ４で拡大し、
更に拡大レンズ５で拡大して像６を形成する。このとき
、対物レンズ４の中のフーリエ変換面をフィールドレン
ズ７で撮影し、フーリエ変換面の像８を作る装置が提案
されている。

この装置では、試料２上のパターン１１を斜め上方から
照明光３で照明することによって作成される像１１′は
、その拡大図を第４図（ｂ）に示すように、照明光３の
照射方向（矢印で表示）に対して直角方向のパターン１
１ａ、異物１１ｂ、パターンコーナ部分１１ｃ及びパタ
ーン交差部分ｌｉｄなどで光が散乱する。そのため、こ
の像１１′をフィールドレンズ７で撮影した像１２は、
その拡大図を第４図（Ｑ）に示すように、照明光３の照
射方向に対し直角方向のパターン１２ａ、異物１２ｂ、
パターンコーナ部分１２ｃ及びパターン交差部分１２ｄ
などが光るにの像１２をフーリエ変換すると、その像８
はその拡大図を第４図（ｄ）の１３に示すように、パタ
ーン１１からの光１３ａは、中央の縦−直線になり、そ
れ以外の光１３ｂは周辺に広く散乱する０次いで。

第４図（ｅ）に示す遮光マスク１４をかけて中央の縦−
直線からの光を遮へいすると、パターン１１の情報が遮
へいされ、最終結像６はその拡大図を第４図（ｆ）の１
５に示すように、異物の像１５ａと。

パターン交差部分もしくはパターンコーナ部分の像１５
ｂのみとなる。

したがって、大きな異物の場合には、その信号は、パタ
ーン交差部及びパターンコーナ部の信号より大きいので
、かかる大信号を検出することにより、大異物の検出は
可能である。ところが、最近の半導体素子の回路パター
ンは微細化の一途をたどっており、このような微細パタ
ーンでは、異物の信号よりもパターン交差部分もしくは
パターンコーナ部分の信号の方が大きい場合が多く、上
記の装置構成では、このような小さい信号の異物の検出
は困難になっている。

そこで、従来９例えば特開昭５９−６５３６号に記載さ
れ、これを第５図（ａ）、（ｂ）に示すように。

試料２１上の２個のチップ２２．２３の検出像を比較し
て同一位置に表わされているものをパターン、パターン
コーナ部分もしくはパターン交差部分の信号として判定
し、これらチップ相互の信号を差引くことにより削除し
、もし差分の信号が残ればこれをことなった位置に表わ
れている異物信号とみなして異物検出を行う装置が提案
されている。具体的には対物レンズ２４で検出した像を
透視鏡２８を通過してセンサ２５で電気信号に変換し、
その拡大図を第５図（ｂ）に示すようにまず幅Ｗのその
領域２６をメモリする０次に現在検出しているチップ２
３の領域２７の画像信号と先にメモリした信号とを比較
して、異なったものを異物と判定している。

なお２図示の２９は照明ランプである。

第６図は、第５図で検出した画像の信号を平面的に表わ
したものである０画面３１．３２はそれぞれチップ２２
における領域２６．チップ２３における領域２７の一部
分を表わしたものであり２画面３３は画面３２から画面
３１の信号を差引いた結果である０画面３１、３２に共
通に存在する信号（３１０＝３２１．３１１＝３２２）
はパターン交差部・コーナ部であり、共通に存在しない
信号３２３が異物信号であるので、異物３４（信号３２
３）が検出できる。

半導体ではチップ毎にパターンを何回も重ね露光するた
めに、チップ毎にパターンの重ね合せ状態が変化し、パ
ターンの立体的な形状が少しずつ変化している。第７図
３５．３６は同一パターンの画かれている異なったチッ
プの一部分を拡大したものであるが、下層パターン３７
．３８と上層パターン３９、４０と位置ずれ量が異なっ
ていることがわかる。

第８〜１０図はパターンの断面図４１〜４３と、この部
分を斜方照明した時の対応する検出信号の大きさ４４〜
４６を示したものである。第８図の如く位置ずれｄが小
さいものは９段差部分が急峻になるため検出信号４４が
大きいが、第１０図の如く位置ずれが大きなものは段差
部分が小さく且つパターンエツジが滑らかなため、検出
信号４６が小さい。第９図は両者の中間状態を示したも
のである。このように同じようなパターン交差部・段差
部であっても９重ね合せの位置ずれ量によって、検出信
号の値が大きく変化し、場合によっては、斜方照明して
も殆ど散乱光を生ぜず、検出信号が得られないこともあ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなパターン交差部・コーナ部がチップ間で共通
に散乱光を生ずるとは言えないので、従来技術のように
単純にチップ同士の信号を差引いても、異物のみを正確
に検出することは困難である。

本発明は従来技術のこのような欠点をなくシ。

パターン交差部・コーナ部がチップ間で完全に共通に散
乱光を生じなくても、異物の信号とそれ以外の正常なパ
ターン信号とを区別して、異物だけを正しく検出するこ
とのできる改良された異物検出方法とその装置を提供す
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

パターンの重ね合せ位置ずれ量には許容される範囲内で
チップ間で差があるので、パターン交差部・コーナ部が
チップ間で常に同一位置で共通に散乱光を生ずるとは言
えないが、ウェハ上には同一種類のチップが１００個以
上存在するので、この中の少なくとも二つのチップ内の
同一のパターン交差部・コーナ部が同一位置で共通に散
乱光を生ずることがあると考えても不自然ではない。一
方。

異物についてみれば、異なるチップ内の同一座標上に異
物が存在する確率は零と考えて良いので。

チップ間の同一座標上で散乱光を生ずることはない。本
発明ではこのことに着目して成されたもので、隣接する
チップ同士を順次比較して、信号が一致しない座標を異
物候補座標（Ａ）として記憶する。同時に、別途、少な
くとも二つのチップ間に共通に検出信号が存在する座４
１　（Ｂ）を求め。

上記の座標Ａから座標Ｂまを除去することにより。

座標Ａの残留信号座標を異物座標として求めるものであ
る。

以下に本発明の構成上の特徴点を列挙し９本発明を更に
具体的に詳述する。

先ず、第１の発明である異物検出方法について説明する
。

（１）試料上の隣接するチップ間の同一位置における微
小領域を斜方から照明光で照明し、この領域からの散乱
光を撮像素子で撮像することにより前記隣接する二つの
チップ同士の画像信号を検出し、引算して得たこの差分
信号を異物候補座標Ａとして順次求め記憶しておき、一
方、同時に前記撮像素子で得られた前記隣接する各チッ
プの同一位置における微小領域の画像信号を順次とり込
み、少なくとも二つの異なるチップ上の同一位置での同
一画像信号を共通検出信号座標Ｂとして順次求め記憶し
ておき、上記異物候補座標Ａの蓄積信号から前記共通検
出信号座標Ｂの蓄積信号を除去することにより前記異物
候補座標Ａからの残留座標を求め、この残留座標を異物
の存在信号として検出することを特徴とする特 （２）上記照明光としてレーザ光を用い、上記試料を半
導体ウェハとし、検出対象をウェハ上の異物としたこと
を特徴とする。

次に第２の発明である異物検出装置について説明する。

（１）試料上の微小領域を斜方から照明する光源と、前
記微小領域からの散乱光を検出する手段として前記微小
領域の垂直上方位置に少なくとも対物レンズとその結像
面に配設された撮像素子とから成る光学系を設けると共
に、前記撮像素子から得られる上記試料上の隣接するチ
ップ同士の前記微小領域の画像信号を引算して得られる
その差分信号を順次記憶する手段と、前記撮像素子から
同時に得られる前記隣接するチップの同一位置における
微小領域の散乱光のうち、少なくとも二つの異なるチッ
プ上の同一位置での同一画像信号を共通検出信号として
順次記憶する手段と、前記蓄積された差分信号から前記
蓄積された共通検出信号を除去することにより異物の存
在信号を検出する手段とを具備して成ることを特徴とす
る。

（２）上記光源としてレーザ光源を用いると共に、上記
少なくとも二つの異なるチップ上の同一位置での同一画
像信号を共通信号として順次記憶する手段として、第１
のメモリに第１のチップの画像信号を蓄積すると共に、
この信号を２値化し座標付きで蓄積する第２のメモリと
、第２のチップの画像信号を２値化し、前記第２のメモ
リの同一座標での第１のチップの信号と論理積をとった
のち、この信号を順次蓄積する第３のメモリとから成る
ことを特徴とする。

（３）上記光学系として対物レンズとフィールドレンズ
と遮光マスクと拡大レンズと撮像素子とを順次光軸を同
一にして配設したことを特徴とする。

〔作用〕

上述のとおり、従来技術ではパターン交差部・コーナ部
で生じるパターンの散乱光以上の大きな散乱光を生ずる
ような異物しか検出することができなかった訳であるが
９本発明ではパターンの散乱光と同等もしくはそれ以下
の小さな散乱光を生ずるような異物をも検出可能となっ
た。その最大の理由は、従来のように二つのチップ間の
同一位置における微小領域における検出出力のみを単純
に比較し、その差分を異物信号とするものでなく。

本発明においては、正常なパターン信号を正確に検出す
る手段が付加されているところに特徴がある。つまり、
隣接するチップ同士の同一位置における散乱光の検出信
号の差分信号を異物候補の情報として蓄積しておき、同
時に別途パターン信号はパターン信号として正確性を高
めるため、少なくとも二つのチップ間に共通な検出信号
が存在する座標のみを蓄積することにより正確なパター
ン情報を得て、この正確なパターン情報を上記異物候補
の情報から除去することにより、異物のみの情報を得る
ものである。上記の異物候補の情報の中には純粋な異物
情報の他に正常なパターン情報が混在している可能性も
あり、このパターン情報を除去することにより純粋な異
物情報のみを座標表示で出力することができる。

〔実施例〕

以下９本発明の一実施例を第１図により説明する。同図
はパターン付製品ウェハ上の異物を検出する装置である
。

ウェハ５０上の小領域５１をレーザ光５２（光源は図示
せず）で斜め上方から照射し、この小領域を対物レンズ
５３で拡大し、フィールドレンズ５４．拡大レンズ５５
を介して撮像素子５６検出する。対物レンズ５３のフー
リエ変換面の実像（共役像）の位置に第４図で述べた遮
光マスク１４に相当する遮光マスク５７を設け、ウェハ
上のパターン情報を除去する。

この状態でｘＹステージ５８をＸ方向に移動させる。

初めに異物候補座標を求める電気回路を説明する。まず
、書込み側切換スイッチ８１を実線の状態に切換えて、
チップ６１内の小領域７エを検出して第１のメモリ８２
に蓄える。次に書込み側切換スイッチ８１及び読出し側
切換スイッチ８３を破線の状態に切換えて、信号８４か
ら取出されるチップ６２内の小領域７２の検出信号と、
信号線８５から取出される第１のメモリ８２内の信号（
小領域７１の検出信号）とをオペレータアンプ８６で引
算を行う、なお切換スイッチ８１．８３は高速で切換え
られ、第１のメモリ８２の中の信号が送り出されて、空
白が生じた領域に撮像素子５６で検出された信号が信号
線８４に伝わると共に第１のメモリ８２にも蓄えられる
。これは小領域７２の検出信号であり、この後に検出す
る小領域７３の検出信号との引算を行うために用いられ
る。

オペレータアンプ８６を通った信号は、オペレータアン
プ８７で２値化されて、結果をチップ内での座標、２値
化した際の符号と共に第４のメモリ８８に蓄える。ここ
でチップ内での信号の座標は、ＸＹステージ５８に取付
けた位置検出器（図示せず）でＸ座標を求め、撮像素子
５６の画素番号からＹ座標を求めたもので、異物候補の
座標となっている。

この間の信号処理状況を第２図を用いて模式的に説明す
る。第２図（ａ）は各チップ内の小領域での検出信号で
あり、同図（ｂ）は引算結果をオペレータアンプ８７で
２値化して、符号付きで表わしたものである。第３図は
メモリ８８に書き込まれた内容を示した異物候補塵ＩＩ
　（Ａ）である、第２図（ｂ）に示した引算結果をチッ
プ内の座標を付けて書き込んでいる。符号−は異物候補
が右側のチップ（ここではチップＮ１１６２）に存在す
ることを表わし、符号中は左側（ここではチップＮα６
１）に存在することを表わしている。そして当然のこと
ながら左右のチップで同一信号（チップＮａ６１，６２
の場合、信号６１０＝６２０）は消えている。

再び第１図に戻り次にパターン交差部・コーナ部座標マ
ツプを作成する電気回路を説明する。これはチップ内の
同一箇所に少なくとも２回検出信号が生じた場合をパタ
ーン交差部・コーナ部と見なしてマツプを作るものであ
る。

メモリ８２（小領域７１の検出信号が蓄えられている）
の信号をオペレータアンプ９１で２値化して第２のメモ
リ９２に蓄える。同時に隣接する小領域７２の検出信号
をオペレータアンプ９３で２値化し、メモリ９２の内容
との論理積をとって結果を第３のメモリ９４に蓄える。

この間の信号処理状況を第２図（ｃ）、（ｄ）を用いて
説明する。第２図（Ｑ）はメモリ９２の内容を示したも
のであり、撮像素子５６で検出して２値化した結果をす
べて蓄えている。

第２図（ｄ）は第３のメモリ９４の内容を示したもので
あり、同一座標に２値化信号が少なくとも２回発生した
場合のみの検出信号をストアしている。

即ち第３のメモリ９４にはチップ内のパターンに起因す
るパターン交差部・コーナ部の信号が蓄えられている。

再び第１図に戻り、第４のメモリ８８に蓄積されている
情報（異物候補座標）（Ａ）から第３のメモリ９４に蓄
積されている情報（パターン交差部・コーナ部）（Ｂ）
を除去することによって、異物の座標の情報９５を得て
いる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パターン付試料上の異物とパターンと
の区別が可能となり、微小異物の検出が可能となる。

本発明を使用しない時には、パターン交差部・コーナ部
で生じる散乱光以上の大きな散乱光を生ずるような異物
しか検出することができず、多層パターンの形成された
ウェハの場合には３〜４−以上の異物しか検出すること
ができなかた。本発明を用いて、パターン交差部・コー
ナ部を除去すれば、多層パターンの形成されたウェハの
場合でも１−の異物が検出可能となり、異物検出性能が
格段に向上する。

本発明を適用する際には第１図に示した８２．９２゜９
４などのメモリが必要である。第１図で小領域７２の幅
を１．５ｍ＋ｓ、長さを１０ｍｍと仮定すると面積は１
５＋ｗｎ”となる。画素（画像検出の最小単位）を５Ｉ
！ｍ角とすると９画素数は０．６　Ｘ　１０＠個となり
、１Ｍビット（１０１ビツト）のＬＳＩメモリを使えば
、１個で十分に記録できる。第１のメモリ８２はアナロ
グ信号をストアする必要があり、１つの信号を６４階調
にディジタル化してストアすると仮定すると。

１画素に対して６ビツト即ち６個のＩＭｂＬＳＩが必要
である。また、第１．第２のメモリ９２．９４は２値化
信号をストアすれば良いので、各々１個のＩＭｂＬＳＩ
が必要である０以上を合計してもＩＭｂＬＳＩを８個使
用すれば以上の処理をすべて行うことができ、このよう
に小さな電気回路で優れた性能を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるパターン付ウェハ上の
異物検出装置及び検出信号処理回路、第２図は同じく本
発明の実施例となる検出信号処理回路内部の処理状況の
説明図、第３図は第２図（ｂ）の内容をメモリにストア
する時の形式の説明図、第４図は従来のパターン付ウェ
ハ上の異物検出装置の構成図、第５図は従来のパターン
付ウェハ上の異物検出装置の動作原理の説明図、第６図
は異物候補マツプから異物のみを抽出する説明図、第７
図は半導体パターン露光時の重ね合せ誤差による位置ず
れの説明図、第８図は位置ずれが少ない時のパターン断
面と検出信号とを示した図。 第９図は同じく位置ずれが中位の時のパターン断面と検
出信号とを示した図、そして第１０図は同じく位置ずれ
が大きい時のパターン断面と検出信号とを示した説明図
である。 図において。 １・・・ＸＹステージ　　　２・・・試料ウェハ４・・
・対物レンズ　　　　５０・・・ウェハ５１・・・小領
域　　　　　　５２・・・レーザ光５３・・・対物レン
ズ　　　　５４・・・フィールドレンズ５５・・・拡大
レンズ　　　　５６・・・撮像素子６１、６２．６３・
・・チップ　　７１．７２．７３・・・小領域８１・・
・書込み側切換スイッチ ８３・・・読出し側切換スイッチ ８２、９２．９４．８８・・・メモリ ８６、８７．９１．９３・・・オペレータアンプ代理人
弁理士　　中　村　純之助 第２図 第８図　第９図　第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試料上の隣接するチップ間の同一位置における微小
   領域を斜方から照明光で照明し、この領域からの散乱光
   を撮像素子で撮像することにより前記隣接する二つのチ
   ップ同士の画像信号を検出し、引算して得たこの差分信
   号を異物候補座標Ａとして順次求め記憶しておき、一方
   、同時に前記撮像素子で得られた前記隣接する各チップ
   の同一位置における微小領域の画像信号を順次とり込み
   、少なくとも二つの異なるチップ上の同一位置での同一
   画像信号を共通検出信号座標Ｂとして順次求め記憶して
   おき、上記異物候補座標Ａの蓄積信号から前記共通検出
   信号座標Ｂの蓄積信号を除去することにより前記異物候
   補座標Ａからの残留座標を求め、この残留座標を異物の
   存在信号として検出することを特徴とする異物検出方法
   。 ２、上記照明光としてレーザ光を用い、上記試料を半導
   体ウェハとし、検出対象をウェハ上の異物としたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異物検出方法。 ３、試料上の微小領域を斜方から照明する光源と、前記
   微小領域からの散乱光を検出する手段として前記微小領
   域の垂直上方位置に少なくとも対物レンズとその結像面
   に配設された撮像素子とから成る光学系を設けると共に
   、前記撮像素子から得られる上記試料上の隣接するチッ
   プ同士の前記微小領域の画像信号を引算して得られるそ
   の差分信号を順次記憶する手段と、前記撮像素子から同
   時に得られる前記隣接するチップの同一位置における微
   小領域の散乱光のうち、少なくとも二つの異なるチップ
   上の同一位置での同一画像信号を共通検出信号として順
   次記憶する手段と、前記蓄積された差分信号から前記蓄
   積された共通検出信号を除去することにより異物の存在
   信号を検出する手段とを具備して成ることを特徴とする
   異物検出装置。 ４、上記光源としてレーザ光源を用いると共に、上記少
   なくとも二つの異なるチップ上の同一位置での同一画像
   信号を共通信号として順次記憶する手段として、第１の
   メモリに第１のチップの画像信号を蓄積すると共に、こ
   の信号を２値化し座標付きで蓄積する第２のメモリと、
   第２のチップの画像信号を２値化し、前記第２のメモリ
   の同一座標での第１のチップの信号と論理積をとったの
   ち、この信号を順次蓄積する第３のメモリとから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の異物検出装
   置。 ５、上記光学系として対物レンズとフィールドレンズと
   遮光マスクと拡大レンズと撮像素子とを順次光軸を同一
   にして配設したことを特徴とする特許請求の範囲第３項
   もしくは第４項記載の異物検出装置。