JPH0329177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、LSIウエハや液晶装置等の多層回路
パターンを検査する多層回路パターン検査装置に
係り、特に外観検査の自動化を志向した多層回路
パターン検査装置に関するものである。

〔発明の背景〕

まず、LSIウエハを図面を使用して説明する。

第１図は、LSIウエハの一例を示す平面図、第
２図は、第１図におけるチツプの詳細を示す拡大
斜視図である。

LSIウエハ１は、第１図に示すように、直径
3inchから5inch、或いは8inch程度の大きさで、
厚さ0.5mm程度のシリコン単結晶の薄板の表面に、
チツプ２と呼ばれる多数の素子が形成されてい
る。１枚のLSIウエハ１上のチツプ２では、すべ
て同一の回路パターンを有しているので、チツプ
２内の回路パターンを検査するためには、近接し
た２つのチツプ２内の同一箇所２ａ，２a′を顕微
鏡で拡大し、これらの画像を比較し不一致部分を
欠陥と判定することができる。

また、ホトマスクを設計するときに用いた回路
パターンのデータと前記チツプ２の回路パターン
とを比較し、不一致部分を欠陥と判定する方法も
ある。

LSIウエハ１のチツプ２に係るダイナミツク
RAMは、第２図に示すように、複雑な３次元構
造を呈している。すなわち、このチツプ２は、デ
ータ線１０がAl、ワード線９が多結晶シリコン
で形成され、同じく多結晶シリコンの電極８とＰ
基板６の反転層領域から成る記憶領域とが、デー
タ線１０の真下でデータ線方向にレイアウトされ
ているものである。なお、ワード線９とデータ線
１０との間には絶縁膜が形成されている。

このような多種類の層から成るLSIウエハ１の
チツプ２の各層の検査を行なうためには、この
LSIウエハの製造途中において、そのチツプ２の
表面へ光を照射し、この光の散乱光を光電変換器
などの手段によつて検出し、この光電変換器出力
に基づいて欠陥を判定している。従来から行なわ
れている、その照明手段としては、明視野照明、
暗視野照明、また微分干渉方式などがある。

第３，４図は、従来のLSIウエハ外観検査装置
を説明するためのものであり、第３図は、明視野
照明方式のものを示す略示図、第４図は、暗視野
照明方式のものを示す略示図、第５図は、第４図
に係るLSIウエハ外観検査装置の欠点を説明する
ための、製造途中のLSIウエハを示す詳細断面図
である。

第３図に係るものは、LSIウエハ１上の一点
を、上方からランプ１１、ハーフミラー１２、対
物レンズ１３により明視野照明光で照射する明視
野照明方式のものであり、LSIウエハ１の表面を
対物レンズ１３、ハーフミラー１２、および接眼
レンズ１４により観察し、これとホトマスクを設
計するときに用いた回路パターンのデータ（以
下、これを設計データという）とを比較して欠陥
があるかどうかを調べる。この方法では、回路パ
ターンのエツジ、断差が暗く観察される。しか
し、LSIウエハ１の製造工程において、LSIウエ
ハが完成品に近づく程、このウエハ上に種々の層
が形成されるため、エツジ、段差が多くなり、複
雑な３次元構造となるので、明視野照明で観測さ
れる顕微鏡像もまた非常に複雑なものとなる。こ
れは丁度ホトマスクを何枚も重ね合せたものを検
査することに相当し、検査すべきパターンの密度
が高くなるので、最上層の回路パターンの欠陥の
みを検査することがむずかしく、検査速度が遅く
なるのみならず、検査の精度が悪くなり、信頼性
が低下するという欠点があつた。

一方、第４図に係るものは、LSIウエハ１上の
一点を周囲から照明する暗視野照明方式のもので
あり、ランプ１５からの光を放物凹面鏡１６ａ，
１６ｂによりLSIウエハ１上の一点に集光する。
この方法では、全ての回路パターンのエツジ、断
差が明るく観察され、製造過程の最上層の回路パ
ターンの急峻なエツジ、断差が特に明るく観察さ
れ、プロセスのモニタリングとしての外観検査に
適した方法である。しかし、第５図に示すよう
に、たとえばワード線９の検査時に、その下層に
存在するエツジ２０，２１も明るく観察され、ワ
ード線９の回路パターンエツジだけを顕在化でき
ないため、下地のエツジ、断差をワード線９の欠
陥と見誤まることがあるという欠点があつた。

また、微分干渉方式では、LSIウエハの表面上
の凹凸を干渉色の差として観察するものであり、
対象とするワード線などの薄膜の微妙な厚さの変
化により色が多様に変化するため、実用化できて
いないのが現状である。

以上説明したように、従来技術では、LSIウエ
ハの製造過程の最上層の回路パターンだけを顕在
化できず、この最上層の回路パターンだけでなく
下地のエツジが光つて観察される複雑な検出像し
か得られないため各層の欠陥を適確に検出するこ
とがむずかしく、検査速度が遅いのみならず、検
査の信頼性が低かつた。また、前記欠陥を自動的
に検査することもできなかつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点を除去し
て、LSIウエハや液晶装置等の多層回路パターン
を有する装置の最上層の回路パターンのみを顕在
化し、これを自動的に検査することができる多層
回路パターン検査装置の提供を、その目的とする
ものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る多層回路パターン検査装置の構成
は、LSIウエハや液晶装置等の多層回路パターン
を有する装置の表面上の一点へこの表面の法線に
対して約80度以上の入射角で周囲から一様に光を
照射することができる照明装置と、前記光を照射
したとき前記表面の回路パターンから生ずる散乱
光を検出する光電変換器と、この光電変換器で検
出した画像と設計データとを比較して不一致個所
を欠陥として判定することができる比較器とを具
備せしめるようにしたものである。

以下、LSIウエハを例にして詳しく説明する。

LSIウエハの表面上の一点へ、周囲から一様に
光を照射し、被検査面に係る前記表面に対して垂
直上方に配設された光電変換器で散乱光を検出す
るが、前記光の入射角を90度に近い角度とするこ
とにより、前記LSIウエハの最上層と下層との回
路パターンエツジからの散乱光強度に差異を設け
ることにより、前記最上層の回路パターンを下層
の回路パターンからの影響を受けることなく顕在
化し、前記最上層の欠陥を自動的に検査すること
ができるようにしたものである。なお、光として
は、ランプから出た光のほか、Ｓ偏光レーザ、あ
るいはランプから出た光をある特定の偏光成分を
選択的に分離したＳ偏光を使用するようにしても
よい。

〔発明の実施例〕

実施例の説明に入るまえに、本発明に係る基本
的事項をLSIウエハを例にして説明する。

LSIウエハの表面を暗視野照明で照射し、その
LSIウエハの上方に配設した光電変換器によつ
て、前記照明を照射したときの散乱光を検出した
とき、この光電変換器出力が前記表面の濃淡を表
わす。この光電変換器出力を縦軸に、前記LSIウ
エハに沿つての位置を横軸にとると、光電変換器
出力は、そのLSIウエハのエツジの部分で大きな
値をとる。

このことを、製造途中のLSIウエハについて、
図面を使用して説明する。

第６図〜第１１図は、本発明に係る基本的事項
を説明するためのものであり、第６図は、Ｐ基板
上に電極を形成した製造途中のLSIウエハに、暗
視野照明を照射したときの光電変換器出力図、第
７図は、第６図に係るLSIウエハ上にさらにワー
ド線を形成したものに、暗視野照明を照射したと
きの光電変換器出力図、第８図は、第７図に係る
LSIウエハへ入射角θの暗視野照明を照射してい
る状態を示す断面図、第９図は、第８図における
入射角θ＝85゜のときの光電変換器出力図、第１
０図は、第８図における入射角と光電変換器出力
との関係を示す入射角−光電変換器出力線図、第
１１図は、第８図における入射角と弁別比との関
係を示す弁別比線図である。

第６図に係る製造途中のLSIウエハを暗視野照
明で照射したときの光電変換器出力は、LSIウエ
ハ上のエツジ２０，２１の部分で大きな値をと
る。すなわち、エツジ２０，２１が暗視野照明に
よつて明るく光つて観察される。次に、この後の
工程で、前記LSIウエハ上にさらにワード線９の
薄膜が形成された第７図に係るLSIウエハを、同
じく暗視野照明により照射したときの光電変換器
出力は、第６図と同様にLSIウエハ上の最上層の
エツジの部分で大きな値をとる。しかし、最上層
のエツジ以外に下地に存在するエツジ２０，２１
でも光電変換器出力は大きな値をとつている。こ
の光電変換器出力は、上地２２からの反射光と下
地２３からの反射光の両方によるものである。

本発明者等の研究によれば、第８，１０図に示
すように、暗視野照明の入射角θを０度から90度
まで変えていくと、光電変換器出力は上地２２の
エツジからの反射によるものv₂₂が単調に増加し、
下地２３のエツジからの反射によるものv₂₃が減
少する。そして、入射角θが90度に近い方が、す
なわち水平方向から照射した方が最上層の回路パ
ターンのエツジだけをよく検出でき、下地の凹凸
の影響を低減できることがわかつた。

第９図は、その一例を示すもので、射角θ＝
85゜のときの光電変換器出力を示している。

暗視野照明の入射角θに対する上地２２のエツ
ジと下地２３のエツジの弁別比v₂₂／v₂₃は、第１
１図に示すようになり、弁別比１以上を得るため
には入射角θは80度程度以上が必要であり、また
不可欠である。

この基本的事項に基づいてさらに研究を行なつ
たところ、照明手段として、暗視野照明を使用し
たものに限らず、たとえば、Ｓ偏光レーザとレン
ズからなる複数組の小偏光レーザー装置を被検査
面の周囲に配設して前記被検査面上の一点に集光
するようにしたものでも、入射角80度程度以上の
角度で、前記被検査面を周囲から一様に照射して
やることにより、前記した第１１図に係る入射角
と弁別比との関係が成立つことがわかつた。

本発明は、上記した解明に基づいてなされたも
のである。以下、本発明を実施例によつて説明す
る。

第１２図は、本発明の一実施例に係るLSIウエ
ハ外観検査装置（ただし照明装置を除く）を示す
略示斜視図、第１３図は、第１２図に係るLSIウ
エハ外観検査装置の照明装置を示す斜射図、第１
４図は、照明としてＳ偏光、Ｐ偏光を使用したと
きの、入射角と反射率との関係を示す入射角一反
射率線図である。

第１２図において、７は、その上に被検査物で
あるLSIウエハ１を載置し、XY駆動装置（図示
せず）によつてＸ，Ｙ方向へ駆動走査されるXY
テーブル、１７は、照明装置１９（第１３図を使
用して後述する）によつてLSIウエハ１上の一点
へＳ偏光レーザを照射したとき、そのLSIウエハ
１の最上層の回路パターンからの散乱光を対物レ
ンズ１３を介して検出する光電変換器、４は、こ
の光電変換器１７で検出した光電変換器出力に係
る画像と、メモリ３に記憶させてある設計データ
とを比較して両者の不一致個所を欠陥として判定
することができる比較器、５は、この比較器４か
らの欠陥に係る信号を入力する欠陥座標テーブル
である。

第１３図を使用して照明装置１９を説明する
と、２４は、Ｓ偏光レーザ（Ｓ偏光を使用する理
由は後述する）とレンズ（Ｓ偏光レーザを小さな
スポツトとしてLSIウエハ１上に集光するための
レンズ）とを組合せてなるＳ偏光レーザ装置であ
り、当該照明装置１９は、このＳ偏光レーザ装置
２４を、Ｓ偏光レーザがLSIウエハ１の法線に対
して入射角80度で入射し、一点に集光することが
できるように、LSIウエハ１の周囲に４組配設し
てなるものである。

Ｓ偏光を照明として用いた理由を、次の第１４
図を使用して説明する。

薄膜（たとえば、データ線９）の屈折率を1.5
とし、暗視野照明で、Ｓ偏光、あるいはＰ偏光の
みを照射する場合を考える。これららを入射角θ
で照射すると、Ｓ偏光、Ｐ偏光それぞれの反射率
は第１４図のようになる。すなわち、Ｓ偏光のみ
で、屈折率1.5の薄が形成されたLSIウエハを照射
した場合、その薄膜の表面でＳ偏光は反射されや
すく、たとえば入射角θが80度の場合には反射率
Rs＝60％となり、60％が反射され、残りの40％
が薄膜に入り込む。一方、Ｐ偏光のみを照射した
場合、入射角θが80度の場合には反射率Rp＝30
％となり、30％が薄膜の表面で反射され、残りの
70％が薄膜に入り込む。したがつて、データ線９
が、第８図に示す電極８の回路パターンを下層に
持つとき、Ｐ偏光の場合にはデータ線９を透過し
やすいので、照明光が下地２３にまで達する割合
が多くなる。下地２３にまで達したＰ偏光の照明
光は、この下地２３のエツジにいろいろな入射角
で入射するため、反射する光も生じる。そのた
め、Ｐ偏光でLSIウエハを照明した場合、下地の
エツジが目立つことになる。一方、Ｓ偏光を上記
の入射角で用いた場合には、最上層の回路パター
ンのエツジで反射が起こり、データ線９を透過す
る割合が少ないので、電極８の回路パターンのエ
ツジでの反射強度が小さくなる。このように、Ｓ
偏光を入射角80度以上で用いると、LSIウエハの
最上層の回路パターンのエツジだけが明るく観察
できることになる。このようにＳ偏光（Ｓ偏光レ
ーザについても同様）を利用すれば、LSIウエハ
の最上層の回路パターンだけを、下地の影響を受
けないでコントラスト良く抽出することが可能と
なるので、Ｓ偏光を使用するようにした。

このように構成したLSIウエハ外観検査装置の
動作を説明する。

XYテーブル７上に被検査物であるLSIウエハ
１を載置する。メモリ３に、検査すべき表面層の
設計データを記憶させる。

ここでLSIウエハ外観検査装置をONにすると、
照明装置１９によつてLSIウエハ１上にＳ偏光レ
ーザを照射しながら、XYテーブル７を前記XY
駆動装置によつて駆動走査する。LSIウエハ１の
表面層の回路パターンからの散乱光は対物レンズ
１３を介して光電変換器１７へ入力され、その光
電変換器出力とメモリ３に記憶されている設計デ
ータとが比較器４で比較されて欠陥が判定され
る。そして欠陥に係る信号が逐次、欠陥座標テー
ブル５へ入力され、LSIウエハ１の全面について
走査を終了したとき、LSIウエハ外観検査装置が
OFFになる。

このようにしてLSIウエハ１の欠陥が自動的に
検査され、欠陥座標テーブル５に記憶される。

本実施例装置による検査結果の一例を、図面を
使用して説明する。

第１５図は、被検査回路パターンの一例を示す
要部平面図、第１６図は、第１２図に係るLSIウ
エハ外観検査装置によつて検出した、第１５図に
係る被検査回路パターンの像を示す要部平面図で
ある。

従来の明視野照明、暗視野照明で検査した場合
には、第１５図ｃに示すようになり、下層にある
前々工程の回路パターンａ、および前工程の回路
パターンｂも検出されてしまう。しかし、本実施
例装置を用いると、第１６図に示すように、最上
層の回路パターンだけを抽出することができ、微
小な欠陥も検出でき、また検査の高速化が図れ
る。

以上説明した実施例によれば、LSIウエハ１の
全工程に亘つて最上層の回路パターンだけを、下
地のエツジなどの影響を受けないで顕在化できる
ので、LSIウエハ１の全ての層の回路パターンの
外観検査を自動的に行なうことができる。したが
つて、従来目視で行われていたことによる検査時
間を大幅に短縮することができるのみならず、長
時間作業による疲労のために検査不良を防止する
ことが出来るという効果がある。加うるに、Ｓ偏
光レーザを使用するようにしたので、反射率大き
く、且つ集光性がよいという利点もある。

なお、本実施例においては、Ｓ偏光レーザ装置
２４を４組設置するようにしたが、LSIウエハ１
の回路パターンがいろいろな方向性と曲率を持つ
場合には、８組すなわち８方向或いはそれ以上の
Ｓ偏光レーザ装置２４を用意すれば、あらゆる方
向の回路パターンを顕在化できるので、検査の信
頼性がさらに向上する。

第１７図は、第１２図に係るLSIウエハ外観検
査装置の照明装置の他の例を示す略示平面図であ
る。

この第１７図において、２４Ａは偏光レーザ、
２４Ｂは、この偏光レーザ２４Ａから発射された
偏光レーザ光を拡大するビームエキスパンダ、２
４Ｃは集光レンズである。

このように構成した照明装置１９Ａを使用する
ことにより、小さなレーザスポツトを作ることが
できるため、検出される画像が明るく、また大き
な角度２５にできるため、少数の偏光レーザを
LSIウエハ１の周りに配置するだけであらゆる方
向の回路パターンを顕在化できるという利点があ
る。

第１８図は、第１２図に係るLSIウエハ外観検
査装置の照明装置のさらに他の例を示す略示図、
第１９図は、第１８図における偏光板の詳細を示
す平面図である。

この第１８図において、前記第４図と同一番号
を付したものは同一部分である。そして１６Ｂ
は、ランプ１５から拡散した光を放物凹面鏡１６
ａによつて平行光としたものを、LSIウエハ１の
表面上の一点へこの表面の法線に対して80度の入
射角で照射させるための放物凹面鏡である。２６
は、半径方向の偏光成分を遮断し、ほぼ円周方向
ｃ（第１９図参照）の偏光成分、すなわちＳ偏光
のみを通過させる機能をもつ偏光板（詳細後述）
で、この偏光板２６は、ランプ１５と放物凹面鏡
１６ａ，１６Ｂとからなる暗視野照明装置に、
LSIウエハ１と平行になるようにして挿入されて
いる。１８ａ，１８ｃは、LSIウエハ１からの散
乱光を光電変換器１７へ導くためのハーフミラー
である。前記した偏光板２６は、ほぼ円周方向ｃ
の偏光成分を通過させる機能をもつた扇形偏光板
２６ａをつなぎ合わせて、ドーナツ形状の偏光板
にしたものであり、このようにして製作すること
により一枚板の偏光板よりも低価格で偏光板を作
ることができる。

このように構成した照明装置１９Ｂを使用する
ことにより、ランプ１５からの光は、放物凹面鏡
１６ａ，１６ＢによりLSIウエハ１上の一点に集
光する。放物凹面鏡１６ａでリング状の平行光に
された光は、Ｓ偏光とＰ偏光の両方を含んでいる
が、挿入した偏光板２６により円周方向の偏光成
分だけが通過し、放物凹面鏡１６ＢでLSIウエハ
１上に集光されると、入射角が80度程度のＳ偏光
のみとなる。

したがつて、LSIウエハ１の最上層の回路パタ
ーンのエツジだけがコントラスト良く、光電変換
器１７で検出でき、LSIウエハ１の外観検査を自
動的に行なうことができるという効果がある。ま
た、この実施例は、第１３図におけるＳ偏光レー
ザ装置２４を無限個用意したこととほぼ等価であ
り、低価格で効率的な、Ｓ偏光を使用した照明装
置であるという利点がある。

なお、本実施例においては、偏光板２６を放物
凹面鏡１６Ｂとハーフミラー１８ａとの間に挿入
したが、偏光板２６は放物凹面鏡１６ａと１６Ｂ
との間のどこに挿入してもよい。

さらに、前記各照明装置において、第１３，１
７図に係るものではＳ偏光レーザを使用し、第１
８図に係るものではＳ偏光を使用するようにした
が、ランプから拡散した光をリング状の平行光に
し、これをそのままLSIウエハ上の一点へ照射す
る（第１８図において、偏光板２６を除去したも
の）ようにしてもよい。このような照明装置は、
LSIウエハのみならず同様な多層回路パターンを
有する液晶装置やその他の装置に対しても適用す
ることができ、構成が簡単で安価であるという利
点がある。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、
LSIウエハや液晶装置等の多層回路パターンを有
する装置の最上層の回路パターンのみを顕在化
し、これを自動的に検査することができるLSI多
層回路パターン検査装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、LSIウエハの一例を示す平面図、第
２図は、第１図におけるチツプの詳細を示す拡大
斜視図、第３，４図は、従来のLSIウエハ外観検
査装置を説明するためのものであり、第３図は、
明視野照明方式のものを示す略示図、第４図は、
暗視野照明方式のものを示す略示図、第５図は、
第４図に係るLSIウエハ外観検査装置の欠点を説
明するための、製造途中のLSIウエハを示す詳細
断面図、第６図〜第１１図は、本発明に係る基本
的事項を説明するためのものであり、第６図は、
Ｐ基板上に電極を形成した製造途中のLSIウエハ
に、暗視野照明を照射したときの光電変換器出力
図、第７図は、第６図に係るLSIウエハ上にさら
にワード線を形成したもに、暗視野照明を照射し
たときの光電変換器出力図、第８図は、第７図に
係るLSIウエハへ入射角θの暗視野照明を照射し
ている状態を示す断面図、第９図は、第８図にお
ける入射角θ＝85゜のときの光電変換器出力図、
第１０図は、第８図における入射角と光電変換器
出力との関係を示す入射角一光電変換器出力線
図、第１１図は、第８図における入射角と弁別比
との関係を示す弁別比線図、第１２図は、本発明
の一実施例に係るLSIウエハ外観検査装置（ただ
し照明装置を除く）を示す略示斜視図、第１３図
は、第１２図に係るLSIウエハ外観検査装置の照
明装置を示す斜視図、第１４図は、照明としてＳ
偏光、Ｐ偏光を使用したときの入射角と反射率と
の関係を示す入射角一反射率線図、第１５図は、
被検査回路パターンの一例を示す要部平面図、第
１６図は、第１２図に係るLSIウエハ外観検査装
置によつて検出した、第１５図に係る被検査回路
パターンの像を示す要部平面図、第１７図は、第
１２図に係るLSIウエハ外観検査装置の照明装置
の他の例を示す略示平面図、第１８図は、第１２
図に係るLSIウエハ外観検査装置の照明装置のさ
らに他の例を示す略示図、第１９図は、第１８図
における偏光板の詳細を示す平面図である。 １……LSIウエハ、３……メモリ、４……比較
器、５……欠陥座標テーブル、１５……ランプ、
１６ａ……放物凹面鏡、１６Ｂ……放物凹面鏡、
１７……光電変換器、１９，１９Ａ，１９Ｂ……
照明装置、２４……Ｓ偏光レーザ装置、２４Ａ…
…Ｓ偏光レーザ、２４Ｂ……ビームエキスパン
ダ、２４Ｃ……集光レンズ、２６……偏光板、θ
……入射角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源を有し、多層回路パターンにおいて下層
   回路パターンのエツジからの反射光に対して表面
   層回路パターンのエツジからの反射光を強調すべ
   く、上記多層回路パターンの表面上に、この表面
   の法線に対して約80度以上の入射角で周囲から、
   Ｓ偏光光をほぼ一様に照射する照明光学系と、該
   照射手段によつて照明され、下層回路パターンの
   エツジからの反射光に対して強調された表面層回
   路パターンのエツジからの反射光を画像信号とし
   て検出する検出光学系と、該検出光学系で検出さ
   れた表面層回路パターンのエツジ画像信号と基準
   エツジ画像信号とを比較して欠陥を検査する比較
   手段とを備えたことを特徴とする多層回路パター
   ン検査装置。 ２ 上記照明光学系を、Ｓ偏光レーザ光源とレン
   ズからなる複数のＳ偏光レーザ装置で構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の多層
   回路パターン検査装置。 ３ 上記照明光学系を、光源からの光をリング状
   の光にする光学系と、該光学系の光路に配設して
   Ｓ偏光を通過させる偏光板とで構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の多層回路パ
   ターン検査装置。