JPH03179242A - 表面検査方法及び表面検査装置 - 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、表面検査技術さらには顕微鏡による同一パタ
ーンの複数の被検査物の自動表面検査に適用して特に有
効な技術に関し、例えば半導体装置製造プロセスにおけ
るウェーハ又はチップの表面の異物及びパターン欠陥の
検査に利用して有効な技術に関する。

［従来の技術］ 半導体プロセスの組立終了後に行われる最終電気検査で
不良となったＬＳＩ（大規模集積回路）チップについて
その不良の原因のうち、約７５％がパターン欠陥などの
外観不良であり、さらに、その外観不良の８０％近くは
表面に付着した異物によって引き起こされている、とい
う報告がある。

従って、ＬＳＩの生産ラインでは、ウェーハ表面の異物
やパターン欠陥の発生状況をモニタして生産設備のメイ
ンテナンスに反映させることが極めて重要である。

最近のサブミクロンデバイスでは、検出すべきパターン
欠陥や異物寸法がハーフミクロン以下となってきており
、顕微鏡による目視検査では不可能な状況である。そこ
で、最近ではレーザ光をウェーハやチップの表面に照射
して得られる散乱光を光学検出器で自動検出する装置が
開発されている。これにより目視検査では避けられない
検査者の個人差がなくなり、又検査結果が記録されるの
で測定データの比較検討が容易に行える。

従来の異物検査法は、プレスジャーナル社発行、月刊Ｓ
ｅｍ１ｃｏｎｃｌｕｃｔ、ｏｒ　　Ｗｏｒｌｄ、　　７
、　（１９８９）　、　ｐｐ１９３〜＋９９に記載され
ているように、１つの撮像系を用いて２つの被検査表面
、例えば同一ウェーハの隣り合う２チツプについて検出
信号を比較する２チツプ比較検査方法であった。即ち、
ウェーハーＬの第】のチップについてレーザ光或いは画
像撮影用カメラ等を用いて表面検査を行い、得られた検
査データを１チツプ遅延用メモリに記憶しておく。

次に、第２のチップついても同様の表面検査を行うこと
により得られた検査データと、先に表面検査を行い１チ
ツプ遅延用メモリに記憶しておいた第１のチップの検査
データとを比較する。両者の検査データが一致した場合
は異物又はパターン欠陥が存在しないと判定する。また
、両者の検査データが一致しなかった場合はどちらかの
チップに異物又はパターン欠陥が存在することは判明す
る。

しかし、この時点ではどちらのチップに異物又はパター
ン欠陥が存在するのかは判定不可能である。

そこで、さらに第３のチップについても同様の表面検査
を行うことにより得られた検査データを、先の第】のチ
ップと第２のチップの検査データに追加して比較する。

この第３のチップの検査データと第２のチップの検査デ
ータとが一致すれば、第１のチップに異物又はパターン
欠陥が在在することになる。また、第３のチップの検査
データと第２のチップの検査データとが一致しなければ
、第２のチップに異物又はパターン欠陥が在在すること
になる。そして、第１のチップと第２のチップのどちら
のチップのどの箇所に異物又はパターン欠陥が存在して
いるのかを記憶部に記憶し、必要があれば出力部のプリ
ンタ又はモニタ等で表示する。次に、第２のチップと第
３のチップ、さらにその次に第３と第４のチップ、とい
うように上記の２チツプ比較検査を繰り返すことにより
全チップを検査する。

また、各々の比較する２チツプに対応して２つの個別な
撮像系で撮像した画像を比較する方式も知られている。

しかし、−Ｌ述したｌチップ遅延用メモリを用いた技術
と同様に、両者の検査データが一致しない場合はどちら
かのチップに異物又はパターン欠陥が存在することは判
明するが、どちらのチップに異物又はパターン欠陥が存
在するのかを同時に判定することができない。従って、
さらに第３のチップについても同様の表面検査を行わな
ければ異物又はパターン欠陥が在在するチップを判定す
ることができない。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の２チツプ比較検査方法では、第１のチップの検査
データと第２のチップの検査データとが不一致である場
合、どちらかのチップに異物又はパターン欠陥が存在す
ることは判明するが、どちらのチップに異物又はパター
ン欠陥が存在するのかは判定不可能である。そこで、さ
らに第３のチップの検査データを先の第１のチップと第
２のチップの検査データに追加して比較しなければなら
ないので、異物又はパターン欠陥が存在するチップを判
定するのに時間がかかる。

また、第１のチップと第２のチップの比較検査終了後、
第２のチップと第３のチップについても同様に比較検査
をする。さらに、第２のチップと第３のチップの比較検
査終了後、第３のチップと第４のチップについても同様
に比較検査をする。

つまり、１チツプに対して比較検査を２回行わなければ
ならないので、全チップの検査が終了するまでに膨大な
時間が費やされるという問題点があった。

本発明は、例えばウェーハ表面の異物やパターン欠陥の
検査に要する時間の短縮を図ることが可能となる表面検
査方法とそれを適用して好適な表面検査装置を提供する
ことを目的とする。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。

［課題を解決するための手段］ 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。

第１の手段は、２以上の光学検出系を設け、ウェーハ上
の同一パターンを持つ３個以上の被検査表面の検出信号
を同時に得て、それらの検出信号の差をリアルタイムで
しきい値レベルと比較することにより、各被検査表面に
おける異物又はパターン欠陥の有無を判定するようにし
たものである。

第２の手段は、表面検査装置の構成に関し、検査対象と
なる２以上の被検査表面における検出信号を検出する光
学検出部と、該光学検出部で得られた３以上の検査デー
タの相互の差を演算することによりそれら３以上の検査
データを同時に比較する比較部と、該比較部における３
以上の検査データの相互の差としきい値レベルを比較す
ることにより各被検査表面における異物又はパターン欠
陥の有無を判定する判定部とを備えるものである。

［作用コ 上記した手段、によれば、同一パターンを持つ３個以上
のチップの検出信号を同時に比較するだけで、どのチッ
プのどの箇所に異物又はパターン欠陥が存在するのかを
リアルタイムで判定することが可能となる。そして、−
時に３個以上のチップの検査が終了するため、全チップ
の検査が終了するまでに費やされる時間が短縮される。

［実施例コ 本発明の第１実施例を第１図及び第２図に基づいて説明
する。

第１図は本発明の表面検査装置の構成を示す概略図であ
る。この表面検査装置は被検査表面にレーザ光を照射し
て、被検査表面でそのレーザ光が散乱されて生じた散乱
光を検出することにより、異物又はパターン欠陥を検出
する方式である。

先ず、この表面検査装置の構成を説明する。符号１０ａ
、１０ｂ、１０ｃは検査対象であるウェーハ（被検査表
面）であり、これらのウェーハには同一のパターンが形
成されている。

符号ｌは３枚のつｘ−ハｌ　Ｏａ、　　１０ｂ、　　１
０Ｃが固定される可動ステージであり、この可動ステー
ジｌは互いに直交する２方向にそれぞれ独立して移動可
能な構成とされ、モータ等の駆動手段（図示省略）によ
って移動される。

符号２０　ａ、　２０　ｂ、　２０　ｃは発光部であり
、それぞれウェーハ１０ａ％　ｌｏｂ、１０ｃの斜め上
方に設置されている。そして、これらの発光部２０ａ、
２０ｂ、２０ｃは、レーザ光を放出するための発光素子
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ及び各ウェーハｌｏａ％　１０
ｂ、１０ｃ上の検査点において所望のスポットサイズに
なるようにレーザ光を集光させるためのレンズ２２ａ、
２２ｂ、２２ｃ及び発光素子２１ａ、２１ｂ、２１ｃを
発光駆動するためのドライバ（図示省略）とを備えてい
る。

また、これらの発光部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの光軸は
各々のウェーハ１０ａ、１０ｂ１１０ｃの表面の該当す
る箇所、即ち３枚のウェーハ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの
表面の相互に対応している検査点を照射するように調整
されている。

符号３０ａ、３０ｂ、３０Ｃはウェーハ１０ａ。

１０ｂ、１０ｃの表面の検査点でレーザ光が散乱されて
生じた散乱光を検出するための光学検出部であり、各検
出光軸がレーザ光のスポットと交差するようにそれぞれ
ウェーハ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの上方に設置されてい
る。そして、これらの光学検出部３０ａ、３０ｂ、３０
ｃは、散乱光による検出信号を電気による検出信号に変
換するための受光素子３１　ａ、　３　ｌ　ｂ、　３１
　ｃ及び散乱光を集光して効率良く受光素子３１ａ、３
１ｂ、３１ｃに入射させるための光学系としてのレンズ
３２ａ、３２−ｂ、３２ｃとを備えている。

上記光学検出部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの検出信号は比
較部４０に供給されており、この比較部４０において各
検出信号を比較する。そして、比較部４０における比較
結果を判定部５０に入力して、各ウェーハ表面における
異物又はパターン欠陥の有無を判定する。この判定結果
を記憶部６０において検査データとして記憶し、さらに
必要に応じ記録部７０においてプリンタ又はモニタ等で
表示する。

次に、上記表面検査装置を用いた検査方法について説明
する。

各発光部２０　ａ、　２０　ｂ、　２０　ｃより最適な
強度で出射されるレーザ光を各ウェーハ１０ａ、１ｏｂ
、１０ｃの表面の相互に対応している検杏点に闇討する
。各ウェーハＩＯａ、１０ｂ、１０ｃの表面に付着して
いる異物、若しくは形成されているパターンにより散乱
された散乱光をウェーハ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの上方
にある光学検出部３０ａ、３０ｂ、３０ｃで検出する。

光学検出部３０ａ、３０ｂ、３０ｃにおいて光電変換さ
れた検出信号を差動増幅器のような比較部４０に入力す
る。例えば、第２図（Ａ）に示すように、比較＠４０に
入力した３つの検出信号Ｘ、Ｙ、Ｚのうち２つずつ相互
に差を求めるとそれぞれ略Ｏになる。そして、この差を
判定部５０へ伝送し、しきい値レベルと比較して各ウェ
ーハ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの当該検査点には異物又は
パターン欠陥が存在しない、と判定する。

しかし、比較部４０に入力した３つの検出信号Ｘ’　、
Ｙ′　　Ｚ′のうち、例えば第２図（Ｂ）に示すように
、２つの検出信号Ｙ’　、Ｚ’　は時間−であるが検出
信号Ｘ′の一部が検出信号Ｙ’　　　Ｚ’と異なり、そ
の検出値が高い場合、相互の差を求めると次のようにな
る。即ち、検出信号Ｘ′の検出値の高い箇所においては
、検出信号Ｘ′の検出性から検出信号Ｙ′の検出値を減
すると０より大きくなり、検出信号Ｙ″の検出値から検
出信号Ｚ′の検出値を減すると略Ｏになり、検出信号Ｚ
′の検出（直から検出信号Ｘ″の検出値を減するとＯよ
り小さくなる。そして、この差を判定部５０に伝送する
と、判定部はＹ′とＺ′の差が略ゼロであるためウェー
ハ１０ｂ及び１０ｃの当該検査点には異物又はパターン
欠陥が存在しない、と判定する。また、Ｘ′　とＹ′の
差はしきい値レベルより大きいためウェーハ１０ａ又は
１０ｂのどちらかの当該検査点、並びにウェーハ１０ａ
又は１０ｃのどちらかの当該検査点には異物又はパター
ン欠陥が存在することが判明する。しかるにここで、既
にウェーハ１０ｂ及び１０ｃの当該検査点には異物又は
パターン欠陥が存在しない、と判定しているため、判定
部５０は最終的にウェーハ１０ａの当該検査点に異物又
はパターン欠陥が存在する、と判定する。

これらの判定結果は記憶部６０へ伝送され、例えば異物
又はパターン欠陥が７！在するウェーハｌＯａとウェー
ハ１０ａ上の存在位置を示す座標と関連づけて検出信号
Ｘ゛の信号値を検査データとして記憶する。

また、判定結果に基づいて記録部７０において、例えば
異物又はパターン欠陥の分でＩｉ等をプリンタによりプ
リントアウトしたりモニタに表示したりする。

上言己の検査を繰り返してレーザ光の先端が３枚のウェ
ーハ１０ａ、ｊｏｂｌ　１０ｃの全面を走査することに
より、３枚のウェーハｌｏａ、１０ｂ、１０ｃの表面検
査が同時に終了する。

第１実施例においては、２以」−の光学検出系を設け、
ウェーハ上の同一パターンを持つ３個以上の被検査表面
の検出信号を同時に得て、それらの検出信号の差をリア
ルタイムでしきい値レベルと比較することにより、各被
検査表面における異物又はパターン欠陥の有無を判定す
るようにしたので、３枚のウェーハを同時に検査し、ま
た異物又はパターン欠陥の有無を同時に判定することが
できるようになり、表面検査に費やされる時間がウェー
ハ１枚当たり１／３以下になる、という効果がある。

なお、上記実施例では比較部として差動増幅器を用いる
と説明したが、差動増幅器の代わりに加減算器のような
ディジタル演算器を用いて各光学検出部からの信号をＡ
／Ｄ変換して演算器でその差を演算するようにしてもよ
い。

次に、本発明の第２実施例を第３図及び第４図に基づき
説明する。

第３図は本発明の表面検査装置の構成を示す概略図であ
る。

符号１ｉｄ１　ｌｉｅ、１１ｆ、１１ｇはウエーハ１０
に形成された検査対象であるチップ（被検査表面）であ
り、これらのチップには同一のパターンが形成されてい
る。

このウェーハ１０は第１実施例と同様に可動ステージ１
上に定着される。

符号２０ｄ、２０ｅは発光部で、ウェーハ１０の斜め上
方に設置されている。そして、これらの発光部２０ｄ、
２０ｅは第１実施例と同様に発光素子２１ｄ、２１ｅ及
びレンズ２２ｄ、２２ｅ及び駆動装置（図示省略）とを
備えている。また、これらの発光部２０ｄ、２０ｅの光
軸はウェーハ１０に形成された異なる２チツプｌｉｄ、
ｌｉｅの表面の該当する箇所、即ち２チップｌｉｄ、１
１ｅの表面の相互に対応している検六点をｎＧ射するよ
うに調整されている。

符号３０ｄ、３０ｅは光学検出部であり、ウェーハｌＯ
の」ニガで、発光部２０ｄ、２０ｅから出射されたレー
ザ光がチップｌｉｄ、ｌｉｅの表面において散乱されて
生じた散乱光を検出するように設置されている。そして
、これらの光学検出部３０ｄ、３０ｅは、第１実施例と
同様に受光素子３１ｄ、３１ｅ及びレンズ３２ｄ、３２
ｅとを備えている。

上記光学検出部３０ｄ、３０ｅは記憶部８０ｄ１８０ｅ
　（１チツプ遅延用メモリ）及び比較部４０に接続され
ている。光学検出部３０ｄ、３０ｅからの検出信号を比
較部４０に伝送する一方、ｌチップ遅延用メモリ８０ｄ
、８０ｅにも伝送する。

そして、比較部４０において、光学検出部３０ｄ、３０
ｅからの検出信号と１チツプ遅延用メモリ８０ｄ、８０
ｅに記憶していた１チツプ前の検出信号との計４つの検
出信号を比較する。第１実施例と同様に、この比較結果
を判定部５０で判定し、その判定結果を記憶部６０で記
憶し、記録部７０で表示する。　次に、上記表面検査装
置を用いた検査方法について第４図に基づいて説明する
。

第１実施例と異なるのは、以下の点である。即ち、同一
ウェーハ１０上の同一パターンのチップｌｉｄ、ｌｌｅ
の対応する位置からの散乱光を光学検出部３０ｄ、３０
ｅで検出して、その検出信号Ｑ、　Ｒ（又はＱ’　、Ｒ
’　）を比較部４０に伝送する一方、１チップ遅延用メ
モリ８０ｄ、８０ｅに記憶する。そして、次のチップｌ
ｌｆ、ｌ１ｇの検査の際に１チツプ遅延用メモリ８０ｄ
、８０ｅに記憶していた検出信号Ｑ、　Ｒ（又はＱ’　
、Ｒ’）を比較部４０に伝送する。そして、比較部４０
において、１チツプ遅延用メモリ８０ｄ、８０ｅに記憶
していたチップｌｉｄ、ｌｌｅからの検出信号Ｑ、　Ｒ
（又はＱ″、Ｒ′）及びチップｌｌｆ、ｌａｇからの検
出信号Ｓ、　Ｔ　（又はＳ’　、Ｔ’　）との計４つの
検出信号を２つずつ相互に比較する。

この際、チップｌｌｆ、ｌ１ｇからの検出信号Ｓ、］゛
（又はＳ’　、Ｔ’　）を１チツプ遅延用メモリ８０ｄ
、８０ｅにも伝送して記憶する。

次に、比較部４０及び判定部５０における４つの検出信
号Ｑ、Ｒ，Ｓ、Ｔ　（又はＱ’　、Ｒ’　　　Ｓ’、Ｔ
’）の処理について説明するが、この処理内容は第１実
施例と同様である。即ち、第４　（Ａ）に示すように、
４つの検出信号Ｑ、Ｒ％Ｓ、Ｔが路間−の場合、相互に
それらの差を求めるとそれぞれ略Ｏになる。そして、こ
の比較結果を判定部５０へ伝送して、比較結果に基づい
て各チップｌｌｄ、１ｉｅ１１１ｆ、ｌ１ｇの当該検査
点には異物又はパターン欠陥が存在しない、と判定する
。

また、４つの検出信号Ｑ’　、Ｒ’　　　Ｓ’　、Ｔ’
のうち、例えば第４図（Ｂ）に示すように、検出信号Ｑ
′の一部の検出値のみが高く他の３つの検出信号Ｒ’　
、　Ｓ’　、Ｔ’　は路間−である場合には、チップｌ
ｉｄの当該検査点に異物又はパターン欠陥が存在する、
と判定する。

これらの判定結果の記憶及び記録については、第１実施
例と同様である。

上記の検査を繰り返してレーザ光の先端がウェーハｌＯ
に形成されたチップの全面を走査することにより、ウェ
ーハ１０に形成された全チップの表面検査が終了する。

第２実施例においては、１枚のウェーハに形成された２
つのチップを同時に検査し、また異物又はパターン欠陥
の有無を同時に判定することができるため、表面検査に
費やされる時間がウエーハ１枚当たり１／２以下になる
、という効果がある。

また、１チツプ遅延用メモリを設けることにより第１実
施例に比べ発光部及び光学検出部の数を減らすことがで
きるので、表面検査装置の構成が簡便になる、という効
果がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で稚々変更可能
であることはいうまでもない。例えば、上記第１及び第
２実施例において、可動ステージ上に固定されるウェー
ハの枚数は何枚でも良く、また同時に検査する各ウェー
ハ上の検査点も何点でも良い。さらに、可動ステージの
数も幾つでも良い。即ち、同特に横開する検査点の数だ
け発光部と光学検出部とを（Ｊｉｉえ、３以上の検査デ
ータを同時に比較することができれば良い。

従って、上記第１実施例における表面検査装置の構成に
２チツプ遅延用メモリが付加される構成でも良い。

また、上記表面検査装置では発光部及び光学検出部が固
定されウェーハを保持する可動ステージが移動されてい
るが、ステージを固定しておいて発光部及び光学検出部
を移動（走査）させるよう構成していても良い。

さらに、発光部の発光素子としてレーザ光源を用いるだ
けでなく、一般の自然放射光を用い光学検出部として撮
像管を用いても良い。

また、単一の発光部からのレーザ光をハーフミラ−等を
用いて複数の経路に分割して、複数の被検査表面に魚射
するように構成しても良い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の表面検
査技術について説明したが、それに限定されるものでは
なく、マスクの異物や欠陥検査その他同−パターンを繰
り返す表面の検査に利用できる。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである
。

被検査表面からの検出データを同時に３以上比較するこ
とにより、どの被検査表面のどの箇所に異物又はパター
ン欠陥が存在するのかを同時に判定することが可能とな
る。そして、−時に複数の被検査表面の検査が終了する
ため、被検査表面全体の検査が終了するまでに費やされ
る時間が短縮される、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の表面検査装置の構成を示
す概略図、 第２図は本発明の第１実施例における検出信号の一例を
示す波形図、 第３図は本発明の第２実施例の表面検査装置の構成を示
す概略図、 第４図は本発明の第２実施例における検出信号の一例を
示す波形図である。 １０．１０ａ〜１０ｃ・・・・ウェーハ（検査対象）１
１６〜１１ｇ・・・・チップ（検査対象）、３０ａ〜３
０ｅ・・・・光学検出部、４０・・・・比較部、５０・
・・・判定部、８０・・・・Ｉチップ遅延用メモリ （記ｖ！、部） 第 ２ 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 ２５２−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の光学検出系により同一パターンを持つ３個以
   上の検査対象の対応する表面位置を走査し、その検出信
   号のレベルの大小を同時に比較することにより、各被検
   査表面における異物又はパターン欠陥の有無を判定する
   ようにしたことを特徴とする表面検査方法。 ２、対象となる２以上の被検査表面における検出信号を
   検出する光学検出部と、該光学検出部で得られた３以上
   の検出信号を同時に比較する比較部と、該比較部におけ
   る比較結果より各被検査表面における異物又はパターン
   欠陥の有無を判定する判定部とを備えることを特徴とす
   る表面検査装置。 ３、前記表面検査装置において、前記光学検出部で得ら
   れた検査データを一旦記憶する記憶部を設け、記憶され
   た検査データを同時に比較するようにしたことを特徴と
   する請求項２記載の表面検査装置。