(57)【要約】【課題】暗視野方式の検査装置などにおいて、信号を実測しながら検査条件を決める方法では時間がかかることと、設定した感度条件が適切か否かの判断が作業者の裁量に左右されることが課題である。【解決手段】検査装置において、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有する。【選択図】  図１
2010236968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持するステージと、
前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、
前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、
前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、
前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、
前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１において、
膜種・膜厚毎に適した、前記試料面からの散乱光を取得する複数の検査条件が、初期条件として登録されている登録部と、
前記登録されている検査条件中から選択する入力部とを有することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記信号処理部において、試料面からの散乱光情報を用いた条件設定の最適化を行うか否かを選択することを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記試料面の状態及び異物を全面検査する構成を用いて、前記試料面からの散乱光を該全面検査する前に取得することを特徴とする検査装置。  
【請求項５】
請求項４において、
前記試料面からの散乱光を該全面検査する前に取得するタイミングは、前記試料を前記ステージにローディングしてから前記全面検査を開始する前までに、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして行われることを特徴とする検査装置。  
【請求項６】
請求項５において、
前記信号処理部において、前記サンプリングに関し、前記初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変する制御を行うことを特徴とする検査装置。  
【請求項７】
請求項１において、
前記信号処理部において、取得した前記試料面の散乱光情報と検査条件から、その試料の正規化Ｈaze量を計算し、最適化条件及び検出可能な最小サイズを決定することができることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記決定された最適条件を表示し、前記最適条件の有効または無効を選択する入出力装置を有することを特徴とする検査装置。
【請求項９】
請求項２において、
前記信号処理部において、前記登録されている検査条件中から選択された検査条件の適否を、検査前に判定することを特徴とする検査装置。
【請求項１０】
請求項９において、
前記検査条件の適否は、前記散乱光の設定された条件のレンジに基づいて、判定することを特徴とする検査装置。
【請求項１１】
請求項９において、
以下の表示１又は表示２を行う表示部と、表示１及び表示２のいずれかを選択する入力部とを有することを特徴とする検査装置、
表示１：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する、
表示２：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと、及び感度を自動的に補正したことを検査結果に合せて表示する、及び試料面の散乱光量の補正可能範囲を超える場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。    
【請求項１２】
請求項１において、
前記試料が、パターン無し鏡面ベアシリコンウェーハまたは、パターン無しデポ膜付シリコンウェーハであって、
前記試料上の検査対象が、ウェーハ表面上に存在する異物，スクラッチ，しみや結晶欠陥を含む局所的に存在する欠陥であり、レーザ光を照射した場合に散乱光が生ずるものであり、
前記判定部において、検出される前記欠陥の大きさは感度校正用の標準粒子サイズに換算して判定され、
検出される前記欠陥ウェーハ上の位置及び個数を出力する出力部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１３】
試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出し、
前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換し、
変換された前記電気信号をデジタル信号に変化し、
ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する検査方法において、
前記散乱光の検出条件の決定に、前記試料表面からの散乱光情報を用いることを特徴とする検査方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記散乱光情報は、ウェーハのヘイズに関する情報であることことを特徴とする検査方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
取得したヘイズに関する情報と、検出する際の検査条件から、そのウェーハの正規化ヘイズ量を計算し、検査条件及び検出可能な欠陥のサイズを計算する検査方法。
【請求項１６】
請求項１３において、
前記試料面の状態及び異物を全面検査する前に、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして検査することを特徴とする検査方法。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記サンプリングに関し、前記初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変することを特徴とする検査方法。  
【請求項１８】
請求項１３において、
登録されている検査条件中から選択された検査条件の適否を検査前に判定することを特徴とする検査方法。
【請求項１９】
請求項１３において、
前記検査条件の適否は、前記散乱光の設定された条件のレンジに基づいて、判定することを特徴とする検査方法。
【請求項２０】
請求項１３において、
表示１及び表示２のいずれかを選択し、
表示１又は表示２を行うことを特徴とする検査方法、
表示１：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する、
表示２：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと、及び感度を自動的に補正したことを検査結果に合せて表示する、及び試料面の散乱光量の補正可能範囲を超える場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、検査方法及び検査装置に関し、例えば、半導体ウェーハ等の被検査物表面の欠陥を検査する方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面検査において、例えば、半導体デバイスの製造工程では、ベアウェーハにパターンを転写し、エッチングで削ることによって回路を形成してゆく。回路を形成していく様々な半導体デバイスの製造工程において、ウェーハ表面に付着した異物や欠陥などは歩留まりを低下させる大きな要因となっている。ウェーハ表面に付着した異物や欠陥は各製造工程において管理されており、ベアウェーハ表面に付着している異物やウェーハ表面に存在する欠陥などを高感度、及び、高スループットで検出するのが、表面検査装置である。
【０００３】
ウェーハ上の異物，欠陥を検査する方法としては電子ビーム等の荷電粒子線を用いる方法と、光を用いる方法に大別され、光を用いる方法はカメラを用いてウェーハ表面の画像を撮影し、画像情報を解析するものと、ウェーハ表面で散乱された光を光電子増倍管のような受光素子で検出し光の散乱の程度を解析するものがある。後者の一例として特許文献１記載のものがある。また、本発明に関連する従来の技術としては、特許文献２には、表面状態の大きな試料上の異物等を、直流をオフセットで除去することによって増幅器のダイナミックレンジに余裕を作り、ゲインを上げることで小さな欠陥を見ることができるという方法が記述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１４３８３０号公報
【特許文献２】特開平０６−２４９７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、暗視野方式の集光光学系による暗視野検査装置では照明のレーザ光を走査させて、欠陥に光源が照射されたときだけ、散乱光を検出する方式から、一般に検出信号は交流（パルス信号）となる。一方、照射する範囲は目標とする異物に比べて充分大きく、検出しようとする範囲を広く照らしている。ところで鏡面ウェーハには、Ｈaze（ヘイズ）と称される非常に小さな凹凸構造（マイクロラフネス）があって、レーザを照射するとこれら表面凹凸構造からも散乱光が生じる。この散乱光は一般に独立欠陥からの信号に比べて充分低い周波数成分を持つため、回路のフィルタリング処理で分離することができるが、低い周波数のＨaze散乱光入力にセンサ固有のショット雑音がパルス成分で重畳するため、一定以上のＨazeがあるウェーハは、実欠陥ではなくショット雑音を欠陥として計数してしまい、正しい計測ができない。また、Ｈazeレベルに応じた適切な感度条件下で検査を行わないと、センサの出力信号が飽和し、欠陥の大きさを正しく認識できない等の課題を引き起こす恐れがある。また、このような課題を避けるために新しい工程用の検査条件を設定する作業は試行錯誤的な方法に頼り、検査条件作成に時間を要すことや、設定作業者の熟練度の違いで充分な検査性能を引き出せないこと等が課題となっている。このように、信号を実測しながら検査の条件を決める方法では時間がかかることと、設定した感度条件が適切か否かの判断が作業者の裁量に左右されることが課題である。
【０００６】
本発明の一つの目的は、散乱光に基づく検査において、検査オペレータの技量の影響を抑えて、短時間で、望ましい検査条件を得ることができる検査装置及び検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの特徴は、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有する検査装置にある。
【０００８】
本発明の他の特徴は、試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出し、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換し、変換された前記電気信号をデジタル信号に変化し、ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する検査方法において、前記散乱光の検出条件の決定に、前記試料表面からの散乱光情報を用いる検査方法にある。
【０００９】
本発明の上記特徴及びその他の特徴は以下の記述により、更に説明される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、検査オペレータの技量の影響を抑えて、短時間で、望ましい検査条件を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例の照明スポットを示す図である。
【図３】本発明の実施例のＨaze，異物信号及びショット雑音波形を示す図である。
【図４】本発明の実施例の正規化Ｈaze量から限界感度を求める手順を示した図である。
【図５】本発明の実施例の検査条件作成時のシーケンスを示した図である。
【図６】本発明の実施例の通常検査時のシーケンスを示した図である。
【図７】本発明の実施例の検査条件作成画面を示した図である。
【図８】本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して警告表示をした図である。
【図９】本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して感度を自動補正し、最小サイズの結果が無効であると表示した図である。
【図１０】本発明の実施例２の光学系概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一般的な説明後、実施の形態について述べる。
【００１３】
本発明は、Ｈaze信号（直流）と異物信号（パルス）が照射パワーに対する散乱光量の比率として互いに関連付けられる情報であることと、ショット雑音の大きさが統計的にＨaze信号の平方根に比例して増大するという物理的な現象を利用して、予め取得したＨaze情報（表面粗さ）から、異物の検出限界及び最大検出可能サイズを予測して擬似の発生を防いだり検査精度の高さを維持しようとしたりするものである。
【００１４】
このためにＨazeという第２の測定量を利用して、第１の測定対象である異物検査の精度を維持すること、限界性能を試行錯誤せずに誰でもが得ることができる技術を提供することができた。即ち、例えば、
１）ウェーハ表面の極微細なラフネスによる散乱光に誘起される擬似とラフネスの間の    相関に着目して、異物の感度設定時に粗さ情報（Ｈaze）を直接計測して、自動的に    適切な異物検出感度及び検出可能な範囲（最小，最大サイズ）を検査装置が計算して    作業者に情報を提供する。
【００１５】
２）同様に大きなＨazeはセンサの直流分が大きくなり飽和を生じさせる。Ｈazeと飽和    の間の相関に着目して、飽和しない最大の感度を決定し作業者に情報を提供する。ま    た、登録済みの条件で検査する場合、Ｈazeが範囲外であるかを検査前に自動判定し    、自動的に感度をシフトさせることによって飽和を回避させる。
【００１６】
３）Ｈazeの小さなウェーハは、飽和及び擬似欠陥が許容されるレベルまで感度を引き    上げることができる。Ｈazeと限界感度及び飽和の関係に着目して、擬似の発生しな    いかつ飽和の生じさせない最大感度を決定し作業者に情報を提供する。
【００１７】
また、本発明が対象にしているウェーハ表面の粗さ（ラフネス）は、ＳＥＭＩ規格上ではＨazeとして定義されるもので、高さの実効値が０.１〜１０ｎｍ、凹凸の繰り返し周期が０.１〜１０μｍ程度のもので、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡Atomic Force Microscope）で計測されるようなものである。しかしながらＡＦＭは極めて微小な領域しか検査することができずウェーハ全面を検査することは実用的ではないとされている。
【００１８】
これに対して、ウェーハ表面にレーザを照射させて、散乱光を集める暗視野式検査方法では、レーザを照射している範囲から、この微細なラフネスの平均的な高さに相関した散乱光が生じるのでＨazeはrms値に相関したＬＬＳ（Localized light scatter）に比べて充分低い周波数成分の信号として得ることができる。
【００１９】
つまり、スムースな面と粗い面ではＨazeに違いが生じる。一方、鏡面ウェーハ等の検査装置の検出限界は雑音である。この雑音には、ベースになっている回路雑音の上に、その数倍から一桁以上も大きな検出器から発生する雑音が加わる。この雑音の形は時間・位置に依存せずにランダムに発生する単発信号であって、ＬＬＳからの信号と区別がつかない。そして、この雑音の大きさがＨaze量と相関があることが確かめられるようになってきた。そして、Ｈazeが小さいものほど小さな欠陥を検出することができるが、どこまで小さなものが見えるかは作業者の経験と試行錯誤によるパラメータの変更という工程を必要としているのが現状である。
【００２０】
また、これに対して、従来技術では、表面検査におけるＨazeとショット雑音の関係が配慮されていない。
【００２１】
本発明者らは、Ｈazeの大きい試料から直流分をオフセットでキャンセルするだけでは十分でない点に着目した。さらに言えば、本発明の応用分野が課題としている暗視野方式による半導体ウェーハ表面検査技術において、大きなＨazeのときに考慮しなければならないのは増幅器のレンジではない。センサそのものの飽和である。この特性はＨazeと直接関係があるから、適切な感度まで光量またはセンサのバイアス条件を変更させるなどして下げなければならない。具体的には光電子増倍管の印加電圧を制御して、センサそのものの増幅度を最適にする。そのことによって、センサで飽和していた信号が顕在化することがある。
【００２２】
本発明は、センサで飽和している信号の感度を、どのくらい下げれば最適であるかという最適化技術を提供するものである。
【００２３】
本発明によって期待される効果は、対象としている独立欠陥の信号が埋もれてしまうほどＨazeが大きな表面上で、感度を最適に設定する手段を提供するのではなく、許容されるＨazeの変動範囲内で、検査精度に影響を与えるようなＨazeのウェーハに対して自動補正をかけるというものである。また、条件作成の場面でいえば、測光したＨazeデータから時間をかけずに限界性能を引き出せる条件を決定できることにある。
【００２４】
本発明は、Ｈaze量から適切な感度を直接決定する技術を提供するものである。
【００２５】
以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１に、本発明の異物・欠陥検出方法を用いた異物・欠陥検査装置の第一の実施例を示す。被検査物体である半導体ウェーハ１００はチャック１０１に真空吸着されており、このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２，Ｚステージ１０５上に搭載されている。回転ステージ１０３にて回転移動θを、並進ステージ１０４にて並進移動ｒを行う。これらステージ制御は、上位ＣＰＵ１０８及び演算器１２１からの制御信号に基づきステージ制御機構１０７を介して行われる。照明・検出光学系１１０には光源２００とセンサ２０７があって、ウェーハ表面上の異物または欠陥２０６に光源から照射された照明Spotが当たると散乱光を発生させる。センサ２０７がこの散乱光を検出して電気信号に変換し増幅器１１１で増幅する。増幅器１１１で検出された散乱光信号は、周波数の高い異物・欠陥信号処理系１１５と、周波数の低いＨaze信号処理系１１９に分かれる。
【００２７】
異物・欠陥信号処理系１１５は、ハイパスフィルタ１１２でパルス成分が抽出され、ＡＤ変換器ａ１１３で異物・欠陥デジタル信号に変換された後、予め分割された単位面積毎に異物・欠陥判定機構１１４で異物・欠陥座標との同期を取り、異物または欠陥の大きさと位置がＨaze及び欠陥データ転送機構１２０を介して上位ＣＰＵ１０８へ送られる。
【００２８】
Ｈaze信号処理系１１９はローパスフィルタ１１６で直流及び低周波成分が抽出され、ＡＤ変換器ｂ１１７でＨazeデジタル信号に変換された後、予め分割された単位面積毎にＨaze判定機構１１８でＨaze座標との同期を取り、Ｈaze測定値がＨaze及び異物・欠陥データ転送機構１２０を介して上位ＣＰＵ１０８へ送られる。このとき検査中の欠陥・異物座標は検査座標検出機構１０６で検出されて、演算器１２１で座標位置と同期を取るための座標同期信号を生成するとともに、上位ＣＰＵ１０８へ現在位置が報告される。このようにしてウェーハ全面を照明スポットが走査することによって、異物・欠陥及びＨazeの大きさと位置を判定し、入出力装置１０９に検査結果を出力する。検査結果を出力する方法は、画面上に異物・欠陥またはＨazeの分布を示すマップ及びまたは、異物・欠陥１件ずつの位置と大きさ，欠陥種類等を全検出件数分記述したテキスト形式のファイル等である。また、入出力装置１０９は、異物・欠陥を検査するための感度やしきい値などの条件を入力や、検査の開始，検査結果の解析，保存等のコマンド入力等を行う。
【００２９】
ウェーハ全面を検査するときのセンサの感度は、設定された条件に応じて演算器１２１に送られたデータに基づきセンサ感度制御器１２２が行う。さらにＨaze信号処理系１１９は、全面検査開始前にセンサ感度を決定するための情報を取得する目的でＨaze量を測定して上位ＣＰＵ１０８へ報告する。
【００３０】
図２は、本発明の実施例の照明スポットを示す図である。更に、図２は、半導体ウェーハ１００の上方に配置されている照明・検出光学系を示す。照明光の光源２００にはレーザ光源を用いる。光源２００から出た照射ビーム２０１は照射レンズ２０２に入射し、予め定められた大きさの照明スポット２０３を形成する。照明光は例えばＰ偏光であり、被検査物体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射するように構成されている。このように、照射ビームが固定で、ウェーハが回転しながら並進する機構によって、ウェーハ上での照射ビームの軌跡は螺旋状になる。この軌跡を螺旋状走査２０８と呼ぶと、照明スポット２０３は螺旋状走査２０８に対して半径方向ｒに長い長軸成分２０４と半径方向θに短い短軸成分２０５からなる概略楕円形状をしており、照度が照明スポット中心部のｅの２乗分の１（ｅは自然対数の底）に低下する輪郭線の内部を、ここであらためて照明スポットと定義することにする。ウェーハ１００上で螺旋状走査において照明光が照射されず、検査されない隙間領域ができないように、通常照明スポット２０３は、螺旋状走査の任意のトラックとその次のトラックで、ある定められた量が重なるように設定する。また、本実施例では、照明スポット２０３の走査は半導体ウェーハ１００の内周から外周に向かって行うが、逆であっても差し支えない。ウェーハ１００表面上の異物または欠陥２０６に、光源から照射された照明Spotが当たると散乱光を発生させる。センサ２０７がこの散乱光を受光系集光レンズ２０９を介して検出して電気信号に変換する。
【００３１】
ウェーハ上に照射したレーザ光の波長より小さな異物からの散乱光量は、一般に試料の光学定数（屈折率，副屈折率），薄膜の厚さ，対象異物の屈折率，異物の大きさ，検出光学系の照射角度，偏光方向，受光器の配置，検光が定まれば決まる。ここで、試料の光学定数とは、大抵、成膜された物質によって定まりよく知られた方法により測定することが可能なものである。またこの散乱光量は照射面積や照射パワーに拠らず、照射パワー密度即ち照射面積当たりのパワーに対する比として正規化でき、ＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）という量で、シミュレーションにより計算が可能である。
【００３２】
この計算結果は、一般に異物サイズ対正規化散乱光比のテーブルで与えられるが、測定波長より充分小さい領域では、散乱光量が、異物サイズの６乗に比例して小さくなるというレイリー（Ｒeighly）の法則に従うと考えて良いから、異物からの正規化散乱光量比，Ｐarticle BRDFは
【００３３】
【数１】
2010236968.tif 000003
但しｒは異物の直径
【００３４】
また、センサに入光する散乱光量Ｐdpは
【００３５】
【数２】
2010236968.tif 000004
但しｐは照明のパワー、ｓは照射面積
と表すことができる。
【００３６】
一方、ウェーハ表面のＨaze（微細な凹凸構造）がある場合、レーザ光を良く絞って照射すると照射された範囲で一様に散乱光が生じ、検出器はこれら各点からの散乱光を積分した量を検出することになる。
【００３７】
このＨaze入射光量もまた、センサの感度や、照射パワーに拠らず、照射パワーに対する散乱光比で正規化して、ＢＲＤＦ量として扱うことができる。照射パワーｐと、散乱光を測光する全立体角のうち、ある限定されたＮＡで計測されたＨazeの測光量Ｍeas Ｈazeが既知であるとき、このＢＲＤＦは
【００３８】
【数３】
2010236968.tif 000005
【００３９】
ここでＳkはセンサの陰極放射感度、即ち光電変換面の入射光量に対する電流比、ｇ（ＰＭＴＨＶ）はセンサの増倍率、Ｐdhはセンサに入射される光の量（Ｈazeからの散乱光量）、ＣはＨaze処理系の変換係数、Ｋは適当な比例定数である。そして、センサは光電子増倍管であり、印加電圧ＰＭＴＨＶによって増倍率が可変である。
【００４０】
（式３）によれば、Ｃ，Ｓkは使用するセンサや検査装置固有の定数であるから、所定の条件（ｇ（ＰＭＴＨＶ）、ｐが既知）で測定したＨazeの測定量（Ｍeas Ｈaze）から、正規化Ｈaze量であるＨaze BRDFを計算することが可能であることを示している。
【００４１】
一方、ウェーハ表面の微細な凹凸がＨaze散乱光としてセンサに入光すると、これがショット雑音を引き起こす。この光電子増倍管で重畳されるショット雑音が異物信号の大きさと同じになるとき、その異物の大きさがパターン無しウェーハ異物検査装置の限界検出サイズとなる。そして、この雑音の大きさは、陰極電流の平方根に比例して大きくなることが知られており、陰極電流はセンサに入る光の量Ｐｈｄに比例することと、ＰｈｄはＨaze BRDFに比例することから、ノイズ信号はＨaze BRDFの平方根に比例して増大するという関係が導かれる。
【００４２】
図３は、本発明の実施例のＨaze、異物信号及びショット雑音波形を示す図である。図３は、本検査装置がある粗さを持つウェーハ上の欠陥を検出したときの検出信号の様子を示す。図１の増幅器１１１の出力信号で、低周波成分と高周波成分が各々独立して抽出される前の信号である。横軸は時間、縦軸はグランドレベル３００からの信号の大きさを示す。検出信号３０２は、信号の大きさがＳで異物からの信号３０１で大きさがＳ１の成分と、Ｈaze信号３０３で大きさがＳ２の成分を加算した大きさ、即ちＳ＝Ｓ１＋Ｓ２である。ここで、異物信号３０１はレーザスポットが照射されている時間だけ信号が発生するからパルス信号状になり、その大きさＳ１は測定波長より充分小さい領域では、散乱光量が異物サイズの６乗に比例し、照射パワー密度とセンサの感度に比例する。一方Ｈaze信号３０３の大きさＳ２は、表面の粗さに相関し、照射パワーとセンサの感度に比例する。さらに、このＨaze成分の平方根に比例するショット雑音３０４がパルス成分に重畳され、このパルス成分であるショット雑音が検出限界サイズからの異物信号と同じ大きさになるとき、そのサイズより小さいものは検出することができない。これが検出限界である。この限界は、照射するパワーが固定であれば、センサの感度によらず、Ｈazeの大きさで決まる。
【００４３】
Ｈaze BRDFのウェーハをパワーｐで照明したときに生じるショット雑音を、その雑音レベルと等価な入射光量Ｐsnに換算して表すと
【００４４】
【数４】
2010236968.tif 000006
Ｃnは適当な比例定数
【００４５】
一方、（式２）と（式４）からＰdp＝Ｐsnとなるような異物サイズを求めることができる。即ち
【００４６】
【数５】
2010236968.tif 000007
【００４７】
即ち、ある条件下で（式３）からＨaze BRDFを求めることができれば、（式５）よりそのウェーハ上での検出可能な最小異物サイズを予想することが可能である。
【００４８】
図４は、本発明の実施例の正規化Ｈaze量から限界感度を求める手順を示した図である。
【００４９】
図４の右に、最小検出異物サイズと正規化Ｈazeの関係を示したグラフ４００を示す。横軸が正規化Ｈaze量、縦軸が限界サイズである。
【００５０】
図３で示したＨazeを含む信号は、図１で示したＨaze信号処理系によって抽出され、上位ＣＰＵによって前に述べたアルゴリズムに従い正規化Ｈazeが計算される。一方、検査装置は図４の前記グラフ４００に示す関係を、例えばテキストデータテーブルとして検査装置内の記憶部に持つので、前記光学条件の下での検出可能な最小サイズは直ちに求まる。ここで、前記グラフ４００に示す関係は、検査装置が直接関数の形で演算しても良い。
【００５１】
また、図４の左のグラフ４０１は、正規化検出光量と異物サイズの関係である。正規化Ｈaze量から限界サイズが決まると、図１で示した異物・欠陥信号処理系で処理可能なサイズに最も適した感度条件を検査装置が計算して、センサ感度を制御することが可能である。
【００５２】
図５は、本発明の実施例として検査条件作成時のシーケンスを示した図である。入出力装置１０９から初期条件を設定又は選択して、被検査対象のウェーハをロードする（Wafer load）。照明スポットがウェーハに対して検査開始位置となるまでのウェーハ搬送中に、Ｈaze前測定処理５０１がＨaze信号処理系１１９を一時的にアクティブにしてＨaze量を測光し（Get Haze data）、正規化Ｈaze処理５０３が正規化Ｈaze値を計算する。このとき、初期設定された感度条件では有効なＨaze量が測定できない場合（Haze within range？でＮＯ）は、Ｈazeが測定レンジ内に入るように、測定条件シフト処理５０２によってセンサ感度が自動調整される。そして、正規化Ｈaze処理５０３により、正規化Ｈaze値が計算される（Normalaization）。即ち、Ｈaze測定値がレンジの上限を超えた場合は感度を下げる方向に、Ｈaze測定値が検出できない場合は感度を上げる方向に自動調整される（センサ感度最適化処理５０４）。
【００５３】
センサ感度最適化処理５０５は、検査を開始する前に入出力装置１０９に正規化Ｈaze値に基づいた感度の最適化を行うか否かを促し、最適化を行う場合は、最小検出サイズをチェックして初期入力された条件の微調整を行って、ウェーハ全面の検査を行う。その後、確認（Verification）をした上で条件の保存を行い（Save recipe）、条件作成シーケンスは完了する。
【００５４】
図６は、本発明の実施例として通常検査時のシーケンスを示した図である。入出力装置１０９から予め登録された検査条件６００を選択して検査を開始する（測定条件選択処理６００）。ウェーハがロードされ（Wafer load）、照明スポットがウェーハに対して検査開始位置となるまでのウェーハ搬送工程中に、通常検査時Ｈaze監視処理６０１が正規化Ｈaze量の情報収集（Get Haze data）から計算（Normalaization）、飽和・検出限界チェック処理６０２および検査条件妥当性判定処理６０３までを、検査装置を構成する各部の機能を用いて、自動的に行う。測定条件の妥当性判定を行って矛盾と判定した場合（Incoherence？でＹｅｓ）は、警告発信及び一時感度補正処理６０４により、一時的に条件の変更を行って検査（Measurement）し、結果を出力（Output result）し、終了（End）する。さらに、入出力装置には、検査結果と合せて一時的に感度を下げたことを示す警告を出力する。入出力装置は、通常検査時Ｈaze監視処理６０１の有効無効及び、有効時の判定ＮＧ時に一時的な条件変更を許可するか、警告のみとするかを選択可能である。
【００５５】
図７は、検査条件を作成する画面の実施例である。図７には、検査条件選択メニュー釦７００と、感度条件選択メニュー釦７０１と、照射条件設定領域７０２と、センサ感度設定領域７０３と、走査条件等設定領域７０４と、しきい値及び検出欠陥サイズ設定領域７０５と、出力表示方法及び検査領域等設定領域７０６と、Ｈaze監視機能設定釦７０７と、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８と、コマンド釦配置領域７０９と、ウェーハロード釦７１０と、ウェーハ検査開始釦７１１と、Ｈaze情報による最適化実行釦７１２と、ウェーハアンロード釦７１３と、作業モード切り替え釦配置領域７１４が表示される。
【００５６】
被検査対象ウェーハの検査条件を新たに作成する場合、最初に前記被検査対象ウェーハの表面に生成された薄膜の種類と厚さに最も適した照明条件７０２が初期条件として予め検査条件メニュー７００または感度条件メニュー７０１に登録されている。前記登録されている初期条件を検査条件メニュー７００または感度条件メニュー７０１から選択する。このときのセンサ感度７０３は例えばウェーハ表面上で０.１μｍの異物を補足するために必要な感度であって、最適化される前の仮の値である。走査条件設定領域７０４、出力表示方法及び検査領域等設定領域７０６の設定は、検査の目的に応じて感度条件の最適化とは関係なく適宜に設定される。また欠陥サイズ登録領域７０５は感度条件の最適化が終わった後に使用目的に応じて設定する。正規化Ｈaze値に基づいた感度の最適化を行う場合は、Ｈaze監視機能設定釦７０７を押すと、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８が表示され、機能を有効にするスイッチ「Haze pre-check enable」がオンに設定されているとき、ウェーハをロードして検査を行うまでに正規化Ｈaze量が測定・計算され、感度条件の妥当性を判断する。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８の下部の項目は、通常モードで測定する場合に前記感度条件の妥当性がＮＧと判断した場合の検査装置が行う行為を選択できるようにしたもので、自動的に感度をシフトさせて検査を行うか、単に警告を表示するのみとするかの何れかが選択される。Ｈazeｅ監視機能設定釦７０７は省略して、直接Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８を配置しても良い。Ｈaze監視機能は被検査対象ウェーハの種類毎に必要な場合と不要な場合があるので、条件毎に独立して登録できるようになっているが、全検査条件に共通で設定できるようにしても良い。この場合は、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８の配置場所は、特別にアクセス権限が与えられている初期設定領域や初期化ファイル等でも良い。
【００５７】
ここで図５の作業フローを、図７の画面で操作する例を示す。初期検査条件をメニュー７００または感度条件メニュー７０１で選択した後、７０４〜７０６を適宜設定して、ウェーハロード釦７１０により被検査対象ウェーハをロードする。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８は、『有効』にチェックされている。この時点では、感度は最適化されておらず、前記仮の感度が初期条件で与えられている。ウェーハがロードされると、初期条件に登録された条件でＨaze値を測定し、正規化Ｈaze量の計算を行う。ここでウェーハ検査開始釦７１１が押されると、検査装置は初期条件のままで検査を行う。Ｈaze情報による最適化実行釦７１２が押された場合は、正規化Ｈaze量に基づいて初期条件で設定された感度から一時的に上または下にシフトした状態で検査を行う。
【００５８】
シフト量は最小検出サイズが有効測定レンジを最大限有効にする位置とするが、前記表示領域７０８に設定項目を追加することにより、最小検出可能サイズ以上の目標サイズの入力を促し、前記指定入力サイズが有効測定レンジを最大限有効とするように最適化しても良い。このようにして一時的に最適に補正された条件で、ウェーハ検査開始釦７１１により、実際に検査を行って確認した後で、新しい条件として感度条件及び検査条件が新しく保存される。ウェーハアンロード釦７１３が押されるとウェーハをアンロードし、感度の最適化作業が終了する。
【００５９】
図８は、本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して警告表示をした図である。すなわち、図８は、測定条件及び検査情報等表示領域８００と、欠陥サイズ別検出個数表示領域８０１と、Ｈaze値及び欠陥カテゴリ別検出個数等表示領域８０２と、欠陥マップ８０３と、欠陥サイズ別検出個数ヒストグラム８０４と、欠陥サイズが正しく認識できていないことを警告する表示８０５が表示される。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８でＨaze監視機能を有効にしてウェーハ検査を行った際に、正規化Ｈaze値が測定した条件に対して妥当性判定を行ってＮＧと判断した場合で、そのときの検査装置の動作が、単に警告を表示するのみと設定されている場合の検査結果表示例である。感度条件の補正は行わずに測定した結果を欠陥サイズ別検出個数表示領域８０１に表示するとともに、「欠陥サイズが正しく認識できていない可能性がある」旨の警告８０５を表示する。前記警告以外は通常の検査結果と同じである。
【００６０】
図９は、本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して感度を自動補正し、最小サイズの結果が無効であると表示した図である。すなわち、図９は、前記表示領域７０８でＨaze監視機能を有効にしてウェーハ検査を行った際に、正規化Ｈaze値が測定した条件に対して妥当性判定を行ってＮＧと判断した場合で、そのときの検査装置の動作が、一時的に感度を下げて検査するように設定されている場合の検査結果表示例である。最小検出サイズが自動的に変更されているために、計数範囲から外れたサイズ区分表示９００には、検出個数ではなく、例えばアスタリスクのような特別な記号を表示するとともに、自動的に感度の補正を行って測定したことを警告する表示９０１を表示する。
【実施例２】
【００６１】
図１０は、本発明の実施例２の光学系概略構成を示す図である。実施例１がウェーハ１００に対して斜め上方から照明するのに対して、実施例２ではレーザ光源１０００から照射された照射ビーム１００１を照射レンズ１００２でSpot状に絞り、ウェーハ面上に垂直方向に照射させる。異物または欠陥からの散乱光１００３を受光系集光レンズ１００４で集光し、センサ１００５へ導く。受光系集光レンズ１００４の設置角度は、前記実施例１の図２で示した受光集光レンズ２０９とは別の角度であっても良い。一つの検査装置に、斜め上方からの照明と垂直方向の照明を選択できるような光路切替機構を有する場合もあり、受光系集光レンズも、低い角度へ散乱する光を集める受光系集光レンズ２０９と高い角度へ散乱する光を集める受光系集光レンズ１００４の両方の信号を並列して処理する方式であっても良い。
【００６２】
また、試料を回転させながら並進させて螺旋状走査する方法の他、ＸＹ方向に移動させる方法であっても良い。
【００６３】
いずれの実施例においても、段落番号００３１から段落番号００５１で述べたような（式１）乃至（式５）を用いたアルゴリズムに基づいて、ウェーハ検査前にＨaze量を測定し、条件から正規化されたＨaze量を求め、膜種・光学条件毎に特定された限界サイズと正規化Ｈaze量の関係から、限界サイズ及びそのサイズを検査しうる最適な条件を決定しようという方法及び機能を提供するものである。
【００６４】
以上述べたように、本明細書において、例えば、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部を備え、試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部を備え、検出条件の決定に試料面からの散乱光情報を用いて最適化することを特徴とする検査装置が開示される。
【００６５】
また、該検査装置は前記検査を行う前に前記試料面からの散乱光を予め取得しておくことが可能である。試料面からの散乱光を予め取得する条件は、膜種・膜厚毎に最も適した光学系の選択が初期条件として登録されている。さらに前記検査装置は前記試料面からの散乱光情報を用いた条件設定の最適化を行うか否かを選択する。
【００６６】
また、前記検査装置で前記試料面からの散乱光を検査前に取得する検出光学系および信号処理部は、試料面の状態及び異物を全面走査するときと同じ構成が使われ、検査するタイミングのみが異なる。また、試料面を前記検査するタイミングは、前記試料をステージにローディングしてから全面検査を開始する前までに、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして行われる。このサンプリングは初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変とする。
【００６７】
また、前記検査装置は、取得した前記試料面の散乱光情報と検査条件から、その試料の正規化Ｈaze量を計算し、直ちに最適化条件及び検出可能な最小サイズを検査装置が自動的に計算して決定することができる。このとき、検査装置が決定した最適な条件は入出力装置に表示され、前記最適条件の有効または無効を選択できる。
【００６８】
また、前記検査装置は、既に登録された条件で検査する場合は、検査しようとする条件が、その試料を検査するのに適切か否かを検査する前に検査装置が判定することを可能とする。このとき、条件の不適切の判定は測定した試料面の散乱光が設定された条件のレンジを超える場合に不適切と判定する。
【００６９】
また、検査前の判定結果が不適切であった場合の検査装置の処置としては、
１）検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する。
【００７０】
２）予め別に設定した範囲内で最適条件となるように感度を自動的に下げて検査を行う    。検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと及び、感度を自動的に補正した    ことを検査結果に合せて表示する。試料面の散乱光量の補正可能範囲を超えるほどず    れていた場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。
【００７１】
上記１）２）のいずれかを入力装置から選択できるようにする。
【００７２】
また、検査対象である試料は、パターン無し鏡面ベアシリコンウェーハまたは、パターン無しデポ膜付シリコンウェーハであって、検査対象はウェーハ表面上に存在する異物，スクラッチ，しみや結晶欠陥等、局所的に存在する欠陥でありレーザ光を照射した場合に散乱光が生ずるものであること、並びに検出した欠陥の大きさは感度校正用の標準粒子サイズに換算して判定し、ウェーハ上の位置及び個数を出力することを特徴とする検査装置が開示される。
【００７３】
また、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する散乱光検出光学系と、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部に手段によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部を備え、ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する方法において、検出条件の決定にウェーハ表面からの散乱光情報（ヘイズ：Ｈaze）を用いて最適化する機能を有することを特徴とする光学式ウェーハ表面異物検査方法が開示される。
【００７４】
また、前記方法は取得したＨazeデータと検査条件から、そのウェーハの正規化Ｈaze量を計算し、直ちに最適化条件及び検出可能な最小サイズを検査装置が自動的に計算して決定する。
【００７５】
また、本発明の実施の態様により、表面状態が許容される範囲内で変動するときに異物のサイズの精度を確保できる。及び又は、表面状態が許容される範囲内で変動するときに一定サイズ以上の異物の検査ができる。及び又は、条件作成時に作業者の熟練度に頼らずに水準以上の性能を引き出せる。及び又は、条件作成時短い時間で最適な条件を作れる。
【００７６】
以上本発明の実施態様を述べたが、以上に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、種々変形可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１００  半導体ウェーハ
１０１  チャック
１０２  被検査物体移動ステージ
１０３  回転ステージ
１０４  並進ステージ
１０５  Ｚステージ
１０６  検査座標検出機構
１０７  ステージ制御機構
１０８  上位ＣＰＵ
１０９  入出力装置
１１０  照明・検出光学系
１１１  増幅器
１１２  ハイパスフィルタ
１１３  Ａ／Ｄ変換器ａ
１１４  異物・欠陥判定機構
１１５  異物・欠陥信号処理系
１１６  ローパスフィルタ
１１７  Ａ／Ｄ変換器ｂ
１１８  Ｈaze判定機構
１１９  Ｈaze信号処理系
１２０  Ｈaze及び異物・欠陥データ転送機構
１２１  演算器
１２２  センサ感度制御器
２００，１０００  レーザ光源
２０１，１００１  照射ビーム
２０２，１００２  照射レンズ
２０３  照明スポット
２０４  照明スポットの長軸成分
２０５  照明スポットの短軸成分
２０６  異物または欠陥
２０７，１００５  センサ
２０８  螺旋状走査
２０９，１００４  受光系集光レンズ
３００  グランドレベル
３０１  異物からの信号波形
３０２  検出信号波形
３０３  Ｈaze信号波形
３０４  ショット雑音波形
４００  最小検出異物サイズと正規化Ｈazeの関係を示したグラフ
４０１  異物サイズと正規化検出光量の関係を示したグラフ
５００  初期条件（新規条件作成時）選択処理
５０１  Ｈaze前測定処理
５０２  検査条件シフト処理
５０３  正規化Ｈaze処理
５０４  センサ感度最適化処理
５０５  Ｈaze情報による欠陥検出感度最適化処理
６００  測定条件選択処理
６０１  通常検査時Ｈaze監視処理
６０２  飽和・検出限界チェック処理
６０３  検査条件妥当性判定処理
６０４  警告発信及び一時感度補正処理
７００  検査条件選択メニュー釦
７０１  感度条件選択メニュー釦
７０２  照射条件設定領域
７０３  センサ感度設定領域
７０４  走査条件等設定領域
７０５  しきい値及び検出欠陥サイズ設定領域
７０６  出力表示方法及び検査領域等設定領域
７０７  Ｈazeｅ監視機能設定釦
７０８  Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域
７０９  コマンド釦配置領域
７１０  ウェーハロード釦
７１１  ウェーハ検査開始釦
７１２  Ｈaze情報による最適化実行釦
７１３  ウェーハアンロード釦
７１４  作業モード切り替え釦配置領域
８００  測定条件及び検査情報等表示領域
８０１  欠陥サイズ別検出個数表示領域
８０２  Ｈaze値及び欠陥カテゴリ別検出個数等表示領域
８０３  欠陥マップ
８０４  欠陥サイズ別検出個数ヒストグラム
８０５  欠陥サイズが正しく認識できていないことを警告する表示
９００  自動的に感度を下げて測定した場合のサイズ区分表示
９０１  自動的に感度の補正を行って測定したことを警告する表示
１００３  散乱光
【図１】
2010236968.tif 000008
【図２】
2010236968.tif 000009
【図３】
2010236968.tif 000010
【図４】
2010236968.tif 000011
【図５】
2010236968.tif 000012
【図６】
2010236968.tif 000013
【図７】
2010236968.tif 000014
【図８】
2010236968.tif 000015
【図９】
2010236968.tif 000016
【図１０】
2010236968.tif 000017