(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平滑な基板の表面またはその近傍に生じる欠陥を選定する方法において、
（ａ）基板表面に生じ得る複数Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型を、基板表面に生じる任意の欠陥が少なくとも寸法パラメータｄおよび前記仮想類型の１つによって記述可能であるように、定義する段階と、
（ｂ）前記仮想欠陥の類型の各々に対して、複数Ｎ個の異なるデータの群を含むデータベースを設定する段階であって、前記Ｎ個の異なるデータの各々は１つの集光器からの信号の大きさＳ対寸法パラメータの関係からなり、前記仮想類型の各々に対する前記Ｎ個の異なるデータはＮ個の予め定められた異なる試験形態に対応し、前記Ｎ個の異なる試験形態は、各々、所定の特性を有する光ビームが前記基板表面に所定の入射角で入射し、前記基板表面から散乱された光は前記表面の上方の所定の位置に配置された前記集光器に集光され、集光された光の強度が測定されるように構成され、また、前記Ｎ個の異なる試験形態は各仮想欠陥の類型ごとに同一である、とする段階と、
（ｃ）前記Ｎ個の異なる試験形態によって前記基板に対して試験を行い、寸法および等級分けされた１つの欠陥に対してＮ個の信号の大きさＳ1ないしＳNを導く段階と、
（ｄ）前記Ｍ個の仮想欠陥の類型の各々に対して、前記データベースを用いて、前記Ｎ個の信号の大きさＳ1ないしＳNに対応する複数の寸法ｄ1ないしｄNを特定する段階と、
（ｅ）前記欠陥を前記複数の寸法ｄ1ないしｄN間の最小の差を有する前記仮想欠陥の類型として選定し、前記寸法の平均に基づいて前記欠陥の寸法を特定する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記複数の仮想欠陥の類型は複数の材料からなる少なくとも粒子であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の異なる試験形態は、前記基板表面に対して異なる入射角を有する複数の入射光ビームとして定義されるか、前記基板表面の上方に互いに離間された複数の異なる位置に配置された集光器として定義されるか、異なる偏光を有する複数の入射光ビームとして定義されるか、または異なる波長を有する複数の入射光ビームとして構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記仮想欠陥の類型の各々に対して、寸法ｄ1ないしｄNの平均寸法＜ｄ＞を計算し、前記データベースを用いて前記平均径＜ｄ＞に対応する信号の大きさ＜Ｓ1＞ないし＜ＳN＞を特定する段階と、
前記仮想欠陥の類型の各々に対して、前記信号の大きさＳ1ないしＳNと前記特定された信号の大きさ＜Ｓ1＞ないし＜ＳN＞間の総合偏差を表す偏差パラメータσを計算し、前記Ｍ個の仮想欠陥の類型に対応するＭ個の偏差パラメータσ1ないしσMを得る段階と、
前記欠陥を最小の前記偏差パラメータσを有する仮想欠陥の類型として選定し、前記仮想欠陥の類型に対応する平均寸法＜ｄ＞に基づいて前記欠陥の寸法を特定する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
複数の前記仮想欠陥の類型の各々と関連して前記欠陥が前記仮想欠陥の類型に属する相対的な確率を表す確率パラメータを計算する段階、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項６】
平滑な基板の表面またはその近傍に生じる欠陥を選定する装置において、
光ビームを生成し、前記光ビームを前記基板表面に対して所定の入射角で、かつ所定の波長および所定の偏光度で、前記基板表面に入射させる光源と、
前記基板表面の上方に配置され、１つ以上の位置において、前記光ビームの入射の結果として前記基板表面上の欠陥から散乱される光を集光し、前記集光された光の強度を示す大きさを有する信号を前記各位置ごとに生成し、さらに前記各位置に関連する信号を伝達する個別の回線を備える集光システムと、
前記装置の１つの試験形態を変化させて、試験時に寸法および等級分けされるべき１つの欠陥に対してＮ個の測定信号の大きさＳ1ないしＳNを生じる、予め定められた複数Ｎ個の異なる試験形態を規定する手段と、
基板表面に生じ得る仮想欠陥の類型として想定し得る複数Ｍ個の欠陥の各々に対して、Ｎ組の異なるデータの群を含むデータベースを記憶する記憶媒体であって、各データ群は信号の大きさＳ対欠陥の寸法パラメータｄの関係からなり、各仮想欠陥の類型ごとのＮ組の異なるデータは予め定められたＮ個の異なる試験形態に対応する、記憶媒体と、
前記記憶媒体および前記集光システムと接続され、各仮想欠陥の類型に対応するデータベース内のデータ組の各群にアクセスし、各群のデータ組に基づいて、各仮想欠陥の類型ごとにＮ個の測定された信号の大きさＳ1ないしＳNに対応する複数の欠陥寸法ｄ1とｄNを特定し、前記欠陥を前記複数の寸法ｄ1ないしｄN間の最小の差を有する前記仮想欠陥の類型として選定し、前記寸法の平均に基づいて前記欠陥の寸法を特定できるコンピュータと、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
前記仮想欠陥の類型の各々に対して、寸法ｄ1ないしｄNの平均寸法＜ｄ＞を計算し、前記データベースを用いて前記平均径＜ｄ＞に対応する信号の大きさ＜Ｓ1＞ないし＜ＳN＞を特定し、
前記仮想欠陥の類型の各々に対して、前記信号の大きさＳ1ないしＳNと前記特定された信号の大きさ＜Ｓ1＞ないし＜ＳN＞間の総合偏差を表す偏差パラメータσを計算し、前記Ｍ個の仮想欠陥の類型に対応するＭ個の偏差パラメータσ1ないしσMを得るとともに、
前記欠陥を最小の前記偏差パラメータσを有する仮想欠陥の類型として選定し、前記仮想欠陥の類型に対応する平均寸法＜ｄ＞に基づいて前記欠陥の寸法を特定できる、コンピュータ
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記試験形態を変化させる前記手段は、光ビームの入射角または光ビームの偏光を変化させる手段からなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記試験形態を変化させる手段は前記集光システムの複数の集光器からなり、前記集光器は前記基板の表面の上方の複数の位置に配置され、各集光器は個別の試験形態をなすことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記試験形態を変化させる前記手段は、前記集光システムによって集光される光の偏光を変化させる手段からなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記光ビームを前記基板に対して相対的に移動させて、前記光ビームを前記基板表面の全体にわたって走査させる走査システム、をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハのような基板の平滑面内または平滑面上の欠陥を光学的に検出し、欠陥の類型および寸法に関して欠陥を選定する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハまたはコンピュ−タデスクのような基板の平滑面の品質を検査する光学的検査方法が頻繁に用いられている。このような検査システムのほとんどは、レーザビームを基板の表面に照射し、表面から散乱および反射した光を集めて電気信号に変換し、そのような電気信号を解析して、表面上の欠陥の存在と寸法を推論するように構成されている。少なくとも集積回路チップを製造するための出発材料として用いられるシリコンウエハを光学的に検査する場合、主な欠陥の類型として、表面上の異物からなる粒子、表面内に形成された窪み、表面の擦り傷などが挙げられる。
【０００３】
ウエハ表面上の粒子は、その表面に線状の電気的導電材を形成するリソグラフィープロセスを妨げる可能性がある。一般的に、表面に設けられる電気的線路の幅の半分よりも大きい径を有する粒子は許容できない欠陥と見なされる。もし、このような欠陥が余りにも多くウエハ表面上に存在する場合、そのウエハは不合格品として排除されねばならない。現在、０．２５μｍ（２５０ｎｍ）という小さい線幅の集積回路が製造されているが、この場合、ウエハ表面に生じる１２５ｎｍよりも大きい径の粒子はウエハを不合格と判定する１つの原因となり、１２５ｎｍよりも小さい径の粒子は許容される。半導体工業は、０．１８μｍさらに０．１５μｍの線幅を有する回路の製造に向かって、急速に進歩している。このことは、さらに小さい径の粒子もやがてウエハの不合格原因になる、ことを意味している。
【０００４】
ウエハ検査システムは、粒子の径を正確に測定するための適切な機能を得るために較正される必要がある。このような較正は、例えば、ウエハ表面に種々の既知の径を有する複数の粒子を意図的に配置し、そのウエハ表面を検査装置によって検査し、種々の寸法の粒子から得られる散乱光の強度とそれらの粒子寸法の相関関係を得ることによってなされる。これらの較正に用いられる粒子として、通常、ポリスチレンのラテックス（ＰＳＬ）からなる球状物が挙げられる。
【０００５】
ウエハ検査プロセスにおける１つの難点は、同一の寸法を有する粒子であっても、それらの粒子の材料が異なっている場合、実質的に異なる散乱光の強度を生じる点にある。換言すれば、実質的に異なる径を有する２つの粒子が、それらの材料が異なっている場合、事実上、同一の散乱光の強度を生じることが起こりうる。例えば、所定の径を有するシリコン粒子は、同じ径のＰＳＬ粒子よりもはるかに大きい散乱光の強度を生じることがわかっている。実際、ウエハ表面上に粒子として一般的に存在する種々の材料の内で、ＰＳＬは光の散乱が最も少ない材料の１つである。すなわち、ＰＳＬ粒子を用いて較正した検査装置は、多くのＰＳＬ以外の材料からなる粒子、例えば、シリコン粒子の径を実際よりも大きく評価しがちである。その結果、実際には線幅の半分未満の径を有する粒子であっても、線幅の半分よりも大きい粒子として評価され、そのような粒子を有するウエハが不合格とされることが起こりうる。従って、粒子の材料に関するなんらかの情報が得られるなら、そのような情報に基づいて較正した検査装置によって、光の散乱による粒子の寸法の精度を著しく向上させることができる。
【０００６】
半導体工業において、粒子を構成する材料を同定する技術がもたらす他の利点は、そのような材料の同定によって汚染源に対する大きな手がかりが得られることにある。粒子による汚染は有用な製品が製造され得るレベルまで低減されねばならないので、迅速な汚染源の検出と除去は経済的に重要である。
【０００７】
所定の波長を有する光に対して、各材料は、その材料内で光の速度がどの位低下するかを示す屈折率、およびその光に対してその材料が概してどの位透明であるかを示す吸収係数を有する。材料定数として知られる屈折率と吸収係数の組合せは、異なる材料のそれぞれに対して一義的に定まる値である。これらの材料定数の組合せは、以下の４つに大きく分類される。（１）ＰＳＬ、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３のような誘電体（低屈折率および零吸収係数）、（２）シリコンのような半導体（高屈折率および低吸収係数）、（３）タングステンのような灰色金属（高屈折率および高吸収係数）、および（４）銀のような良導体（低屈折率および高吸収係数）。
【０００８】
粒子材料と、粒子形状および基板表面に対する（既知の）材料定数によって、任意の光源から照射された光に対して粒子から散乱する光のパターンを完全にかつ一義的に定めることができる。さらに、平均径が照射光の波長の約１／５よりも小さい粒子の場合、その粒子形状は散乱パターンを定める上で重要な役割を果たさない。従って、可視光を用いて粒子径が約１００ｎｍよりも小さい粒子の場合、その粒子の所定の散乱形状に対する散乱パターンを粒子形状を考慮せずに平均粒子径と種々の材料定数の情報だけで計算することができる。すなわち、条件の各組合せに対して散乱パターンを予測する散乱モデルを作成することが可能であり、このような散乱モデルがすでに実験的に得られて公表されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、さらに困難な逆の問題を解決するシステムと方法の開発が望まれている。すなわち、散乱パターンの情報から粒子材料と平均粒子径を定めることができることが望ましい。例えば、散乱パターンを解析することによって平均粒子径を特定する方法が、その全体を引用することにより本明細書の一部をなすものものとされる、本出願人が共同所有する米国特許第５、７１２、７０１号に開示されている。しかし、すでに述べたように、このような方法の精度は、システムの較正に依存し、現在、その較正は、ウエハ上に粒子として現れる材料のいくつかと実質的に異なる材料定数を有するＰＳＬ球を用いて行われている。
【００１０】
粒子の材料を同定する方法が提案されている。例えば、バチェルダらに付与された米国特許第５、０３７、２０２号は、最初は互いに可干渉性であるが異なる偏光成分を有する２つの平行光ビームが（ウエハの表面のような）焦点面に互いに変位するように焦点合わせさせる方法と装置を開示している。この方法において、ビームが表面から反射された後、さらに別の光学システムがそれらのビームを捕獲して互いに結合し、ビームの１つにおける粒子によって誘発される位相ずれが結合されたビームの楕円偏光の変化によって生じるように構成されている。第１検出器は第１偏光軸に沿って結合ビームの強度を検出して、第１出力を生成し、第２検出器は第２偏光軸に沿って結合ビームの強度を検出して、第２出力を生成する。第１および第２出力の和によって減光信号を生成し、それらの差によって位相ずれ信号を生成する。これらの位相ずれと減光は粒子材料の屈折率と相関関係があり、目的とする材料を位相ずれと減光に基づいて同定することができる。目的とする粒子の寸法は、減光対位相ずれの曲線における対応位置から推測することができる。このように、バチェルダらのシステムと方法によれば、粒子に関する情報を鏡面反射するビームを解析することによって推測することができる。この方法の欠点は、反射光が粒子の性質の変化に対して比較的感受性が小さく、小さい粒子（例えば１００ｎｍのレベルの粒子）は鏡面反射において極めてわずかしか変化せず、正確に測定することが困難である点にある。従って、バチェルダらの方法は、集積回路の製造において問題となるような小さい粒子径を同定するのに最適な方法とはいえない。
【００１１】
ク−パシュミットらに付与された米国特許第５、５１５、１６３号は、偏光されたレーザ光を第１周波数においてその強度を変調し、２つの直交する偏光ビームに分割し、それらの２つのビームの位相を第２周波数において互いにずらしている。この２つの位相のずれたビームが被検査面に照射され、２つのビームに対してある角度で粒子から散乱された光が検出される。検出された光は、同時並行で復調され、強度が変調された周波数における散乱光の振幅と位相が変調された周波数における散乱光の振幅と位相が特定される。これらのデータは粒子の寸法と屈折率に対して相関関係を有し、粒子を同定することができる。ク−パシュミットらの方法は、複雑な計算を必要とし、被検査表面の所定の走査部において正確な測定値を得るためには多くの変調サイクルを伴なうサンプリングが必要である。従って、全面を走査するのに比較的時間がかかる。
【００１２】
本出願人は、その全体を引用することにより本明細書の一部をなすものとされる米国特許第６、１２２、０４７号に記載されている粒子の材料を同定する方法と装置をさらに一層発展させ、本発明をなすに至ったものである。この方法は、粒子から散乱される光によって生成される散乱パターンを測定し、その測定された散乱パターンを予め種々の公知の材料および寸法からなる粒子から得られた複数の散乱パターンと比較し、測定された散乱パターンに最も合致する所定の散乱パターンを同定する。散乱パターンは、粒子と入射ビームに関して異なった位置に配置される複数の集光器からの信号によって得られる。
【００１３】
本発明は基板の平滑面またはその近傍に生じる粒子、窪み、すり傷、表面下欠陥（例えば、空隙）などの欠陥を同定し、又その寸法を確定する方法と装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は米国特許第６、１２２、０４７号に開示された方法および装置を改良し、粒子の材料と寸法を同定するのみならず、窪み、すり傷、表面下欠陥（例えば、空隙）などの他の欠陥を同定し、又その寸法を確定するのに適した方法と装置に関する。平滑な基板の表面またはその近傍に生じる欠陥を選定する本発明による好ましい方法は、以下の段階に準じてなされる。
【００１５】
（ａ）まず、基板の表面に生じ得る複数（Ｍ個、ｍ＝１〜Ｍ）の異なる仮想欠陥の類型（例えば、球状粒子、円錐状窪みなど）を、基板表面に生じる任意の欠陥がＭ個の欠陥類型の１つに分類可能で、かつ寸法に関して少なくとも寸法パラメータｄｍによって記述可能であるように、定義する。
【００１６】
（ｂ）次いで、Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型の各々に対して、複数（Ｎ個、ｎ＝１からＮ）異なるデータ組を含むデータベースを作成する。各データ組は、１つの集光器からの信号の大きさＳ対寸法パラメータの１つの関係からなる。各欠陥類型に対するＮ個の異なるデータ組は、予め定められたＮ個の異なる試験形態に対応する。各試験形態において、所定の特性を有する光ビームが基板の表面に所定の入射角で入射し、表面から散乱する光が基板表面の上方の所定の位置に配置された集光器によって集光され、このように集光された光の強度が測定される。Ｎ個の異なる試験形態は互いに異なり、それぞれが、信号の大きさ対欠陥寸法の独立した関係を有している。また、１つの仮想欠陥の類型に対するＮ個の異なる試験形態は、他の仮想欠陥の類型に対するＮ個の異なる試験形態と同一である。従って、各々がＮ個の異なるデータ組を含むＭ個の異なるデータベースが作成される。例えば、欠陥の類型が球状粒子、円錐状窪み、楕円体粒子、および隆起部からなり（すなわち、Ｍ＝４）、試験形態が基板表面の上方の異なる３つの位置に配置された３つの集光器からなる（すなわち、Ｎ＝３）と仮定した場合、各々が信号の大きさ対欠陥寸法に関する３つのデータ組を含む４つのデータべースが作成されたことになる。
【００１７】
（ｃ）予め定められたＮ個の異なる試験形態によって基板に対する試験を行い、寸法と材料が同定される１つの欠陥に対してＮ個の信号の大きさＳ１、…、ＳＮを得る。
【００１８】
（ｄ）Ｍ個の異なるデータベースの各々を参照して、Ｎ個の信号の大きさＳ１、…、ＳＮの各々に対する欠陥寸法ｄを確定する。従って、Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型の各々に対して、Ｎ個の異なる寸法ｄ１ないしｄＮが特定される。
【００１９】
（ｅ）Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型の各々に対して、Ｎ個の異なる寸法ｄ１ないしｄＮに基づいてそれらの平均寸法＜ｄ＞を計算によって求める。次いで、その平均寸法＜ｄ＞に基づいて、各データベースを参照して、寸法＜ｄ＞を有する欠陥類型に対応する信号の大きさを特定する。これらの信号の大きさを＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞で示す。通常、測定された信号の大きさＳ１ないしＳＮと寸法＜ｄ＞に基づいて特定された信号の大きさ＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞は互いに異なり、それらの間の差の程度が解析の対象となる欠陥が仮想欠陥の類型にどれ位近似しているかを示す指標になる。
【００２０】
（ｆ）各仮想欠陥の類型に対して、測定された信号の大きさＳ１ないしＳＮと寸法＜ｄ＞に基づいて特定された信号の大きさ＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞間の総合偏差を表す偏差パラメータσが計算によって得られる。従って、Ｍ個の仮想欠陥の類型に対してＭ個の偏差パラメータσ１ないしσＭが得られる。
【００２１】
（ｇ）解析の対象となる欠陥は、最小の偏差パラメータσを有する仮想欠陥の類型として選定される。その選定された欠陥の寸法は、該当する仮想欠陥の類型に対してすでに得られている平均寸法＜ｄ＞に基づいて特定される。
本発明の方法の変更例として、上記の段階（ａ）から（ｄ）の処理がなされた後、欠陥を複数の寸法ｄ１ないしｄＮ間の最小の差を有する仮想欠陥の類型として選定してもよい。この場合、欠陥の寸法は、寸法ｄ１ないしｄＮの平均値に基づいて特定される。
【００２２】
複数（Ｎ個）の試験形態は種々の方法で達成することができる。一実施例として、複数の集光器を基板表面の上方に配置して基板表面の上方の空間の種々の領域に散乱する光を集光することによって、複数の試験形態を得ることができる。この場合、複数の試験形態は、単一の光ビームが基板表面の任意の点に衝突したとき、同時に機能する。
【００２３】
あるいは、複数の試験形態を、入射光ビームの性質又は集光器に受光した散乱光の性質を変化させることによっても達成することができる。例えば、光ビームの入射角を変化させて複数の試験形態を得ることができ、または入射ビームの偏光を変化させてもよい。他の方法として、集光器で受光する光の偏光を変化させてもよい。複数の試験形態を達成する方法は、異なった試験形態が、基板表面および欠陥から散乱する光の特性に識別できる差を生じ、そのような差が欠陥の種類と寸法に対して相関関係を有することができる限り、どのような方法であってもよい。
【００２４】
本発明の方法がもたらす大きな利点として、その方法がいかなる特定のスキャナ構成にも依存することなく、むしろスキャナ構成に応じてデータベースを構築することによって簡単にどのような構成にも適応可能である点にある。データベースは数学モデルに基づく解析または公知の欠陥類型と寸法を試験する経験則のいずれかによって得られる。
【００２５】
さらに、本発明は、ある種の欠陥類型、特にシリコン粒子の欠陥類型に対する散乱分布（すなわち、散乱光の強度対散乱角または散乱角に対応する因子）における公知の「たるみ」現象によって悪影響を受けないという利点がある。実際、データにおけるこれらのたるみの存在は、すべての欠陥の類型がこのようなたるみを示すわけではなく、また、たるみの特性が異なるので、そのようなたるみを有する欠陥の類型を同定する能力を高めることができる。いずれにせよ、たるみ現象によって、任意の集光器からの信号の大きさＳを粒子径ｄに対してプロットした曲線において、ある信号の大きさに対して１つ以上の径を生じる場合がある。しかし、本発明によれば、これはなんらの問題を生じることなく、ある信号の大きさＳに対する１つ以上の粒子径ｄを有するデータベース内の信号の大きさＳ対粒子径ｄの関係に対して、信号の大きさＳに対応する各寸法パラメータｄをあたかも余分の試験形態から得られたデータであるかのように簡単に処理することができる。従って、偏差パラメータσをそれらの径の各々に基づいて計算し、他の偏差パラメータと比較して、最小の偏差パラメータを特定することができる。
【００２６】
データベース内の各仮想欠陥の類型に対する平均径＜ｄ＞を好ましくは以下の式によって計算するとよい。
【００２７】
【数１】
0003616380.tif 000002
【００２８】
パラメータαは定数である。異なったαの値を用いることによって、平均寸法は異なって計算される。もし、α＝０の場合、平均寸法＜ｄ＞は単純な算術平均になる。しかし、数多くの欠陥類型に対してより精度を高めるには、α＝１の方が好ましい。
【００２９】
各欠陥類型ごとの偏差パラメータは、好ましくは、測定された各信号の大きさＳと平均欠陥寸法＜ｄ＞に基づいて特定された信号の大きさ＜Ｓ＞間の差の合計として計算されるとよい。例えば、偏差パラメータσは、以下の式によって計算することができる。
【００３０】
【数２】
0003616380.tif 000003
【００３１】
上記の式において、パラメータβは定数である。異なるβの値を用いることによって、偏差パラメータは異なって計算される。もし、β＝１の場合、偏差パラメータは測定された信号Ｓと平均寸法パラメータ＜ｄ＞に基づいて特定された信号＜Ｓ＞間の差の絶対値の合計である、しかし、好ましくは、βは２に設定されるとよい。この場合、偏差パラメータは差の平方を合計した値の平方根で表される。βを２に設定することによって、数多くの欠陥類型の精度を高めることができる。なお、本発明において、偏差パラメータを計算する方法は上記以外にも可能であり、本発明はどの具体的な計算式にも限定されるものではない。
【００３２】
Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型に対応する偏差パラメータσ１ないしσＭが計算された後、好ましくは、いくつかの最小偏差パラメータが特定され、それらの偏差パラメータの各々に対して、相対的な確率値Ｐが計算される。確率値Ｐは解析の対象である欠陥が特定の偏差パラメータと関連する欠陥の類型に属する相対的な確率を示している。例えば、３つの最小偏差パラメータがσ１、σ２、およびσ３によって表されるなら、σ１に対する確率値Ｐ１は以下の式で表される。
【００３３】
【数３】
0003616380.tif 000004
【００３４】
確率パラメータＰ２およびＰ３も同様の式によって計算することができる。パラメータδは定数である。異なったδの値を用いることによって、相対的確率値は異なって計算される。多くの欠陥類型に対して、δ＝１であるのが好ましい。ただし、δは他の値であってもよく、本発明のよれば、まったく異なる式を用いて確率パラメータを導くこともできる。好ましくは、３つの偏差パラメータに対応する各欠陥類型ごとに、欠陥の類型、確率値、および欠陥寸法が計算されるとよい。
【００３５】
本発明はまた、欠陥の種類と寸法を選定する装置を提供する。本装置は、各試験形態と各欠陥類型ごとに信号の大きさ対寸法のデータベースを記憶する記憶媒体と、基板および基板上の欠陥から散乱および／または反射された光を集光する集光システムと、集光システムおよび記憶媒体に接続されて、データベースにアクセスして基板表面上に存在する欠陥の種類と寸法を確定するためのコンピュータを備えている。好ましくは、装置は光ビームを被検査基板に対して相対的に移動させる走査システムを備え、ビームを基板表面の全体にわたって走査できるように構成されるとよい。
【００３６】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点は添付の図面に基づく好適な実施例の説明によってさらに明らかになるであろう。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施例が示されている添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態で実施可能であり、ここに述べる実施例に制限されると解釈されるべきではない。これらの実施例は、むしろ、本発明の範囲を当業者に十分に知らしめるために綿密かつ完全な開示内容であることを意図して記載されたものである。なお、すべての図面において、同一の番号は同一の構成要素を示している。
【００３８】
図１および図２は本発明の好適な実施例による装置２０を示している。本装置２０は、検査される基板またはウエハＷを支持するためのウエハ移送装置２２を備えている。記載の都合によって、ウエハＷはその被検査表面Ｓが水平になるように支持されているが、ウエハＷは必ずしも水平に支持される必要はない。装置２０は、細い光ビームを生成する光源２４を備えている。光源２４は可視スペクトルの光ビームを放射するレーザであるのが好ましい。光ビームの波長が短いほど、より大きい粒子散乱信号を生成し、その結果、測定精度を改善することができる。一方、光ビームの波長が長いほど、材料の同定可能な最大粒子径が大きくなり、その結果、本発明の方法および装置による粒子径の有効範囲を拡大することができる。放射されたビームは、必要に応じてビーム拡張器２６を通過し、１つ以上の鏡（図の例では１つの鏡２８）で反射し、および/または１つ以上のレンズ（図の例では２つのレンズ３０）を通過し、ウエハの表面Ｓに傾斜角θiで入射する。入射角θiは、入射ビームによって照射される表面Ｓの領域を通る表面法線に対する傾斜角である。好ましくは、入射角θiは、（後述するように）表面Ｓの上方の半球状の空間内の異なった場所における散乱強度の差を強調するために、かなり大きい角度、例えば、約４５°から８０°の範囲の値に設定されるとよい。
【００３９】
入射ビームは入射角θiで表面Ｓに入射し、その表面Ｓで鏡面反射し、また、表面上の欠陥によって多数の方向に散乱される。入射面は入射ビームと表面法線によって定められる。入射ビームが表面上の粒子と衝突すると、その粒子からの散乱光は入射面の外方に広がる。
【００４０】
本発明によれば、粒子からの散乱光は複数の集光器によって集光され、それらの光に基づいて、表面Ｓ上に生じている欠陥（粒子）の種類と寸法を特定するための解析がなされる。また、必要に応じて、鏡面反射された光を集光し、特定されるべき欠陥の種類ごとに解析されてもよい。具体的には、本発明による装置は基板表面の上方において互いに離間された複数の位置の各々において散乱光を集光する集光システム４０を備えている。さらに具体的には、後方へ散乱する光を集光する後方集光器４２が表面Ｓの上方の空間の後方領域に配置されている。図２に示されるように、後方集光器４２は必要に応じて極角度Ｎｓだけ入射面から変位して配置させるとよい。また、中心集光器４４が表面Ｓの上方の空間の中心領域において表面法線に隣接して配置されている。さらに、前方集光器４６が表面Ｓの上方の空間の前方領域において鏡面反射ビームに隣接して配置されている。これらの集光器４２、４４および４６は、散乱光を集光し、対応する検出器４２ａ、４４ａおよび４６ａに集光された光を収束させるレンズおよび／または鏡によって形成されている。検出器４２ａ、４４ａおよび４６ａは、それぞれ、集光されてから検出器に収束される散乱光の強度を示す信号を生成する。
【００４１】
集光器４２、４４および４６は、それぞれ、検出器４２ａ、４４ａおよび４６ａを基点として散乱角２ｓの範囲にわたって広げられ、集光面は、好ましくは、略円形であるとよい。ただし、集光面は略円形に限定されず、他の形状であってもよい。集光器を構成するレンズまたは／鏡は、対応する検出器によって生成される信号の大きさが集光器の全体にわたって集光された光の総和を表すように、集光された散乱光を効果的に集合するように構成されるとよい。
【００４２】
各集光器は、入射光ビームが入射した表面部に置ける欠陥の存在を示す個別の信号を生成する。装置２０は、好ましくは、各集光器ごとにプロセッサ５０に通じる個別の回線を備えているとよい。この回線を介して、信号は集光器からプロセッサ５０に送られ、プロセッサ５０によって処理される。プロセッサ５０はコンピュータからなるＣＰＵ４８とデータ記憶装置５４を備えている。本発明によれば、データ記憶装置５４は、基板の表面において生じ得る予め定められた複数の仮想の欠陥類型の各々に対して、集光システム４０の各集光器からの信号の大きさＳと欠陥の寸法パラメータｄを相互的に関連させる情報を含むデータベースを記憶している。
【００４３】
図３ないし図７は、それぞれ、データ記憶装置５４に記憶されるデータの類型を示している。図３は、ポリスチレンのラテックスからなる球状粒子に対して、後方集光器、中心集光器、および前方集光器の各々における信号の大きさＳと寸法パラメータｄの関係をプロットした図である。図４は、シリコンの球状粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。図５は、タングステンの球状粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。図６は、円錐状の窪みに対する図３と同様の関係をプロットした図である。図７は、扁平楕円体のシリコン粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。これらの図は、それぞれ、異なった類型の仮想欠陥を表している。ただし、これらの図は、基板の表面上または表面内に生じ得る欠陥の類型のいくつかを例示したに過ぎず、これら以外の欠陥の類型（例えば、種々の形状の微小すり傷、隆起部、突出部など）を仮想欠陥として定義し、それらの欠陥類型ごとに図３ないし図７におけるのと同様の関係をプロットすることができる。データベースに記憶される仮想欠陥の類型がすべて規定された後、図３ないし図７に示されるような情報が欠陥の類型ごとに作成され、データ記憶装置５４に記憶される。このような情報は、散乱モデルを用いた解析または種々の欠陥類型を実際に試験する経験則のいずれかによって得られる。このようにして、データ記憶装置は、規定されたＭ個の異なる欠陥類型に対応する複数（Ｍ個）のデータベースを記憶する。
【００４４】
本発明によれば、Ｍ個の異なるデータベースの各々は、試験装置内の複数（Ｎ個）の異なる試験形態の各々に対して集光信号の大きさＳと欠陥寸法ｄに関する１つの関係を含んでいる。例えば、図３ないし図７において、３つの集光器４２、４４、および４６は異なる３つの試験形態を表している。従って、この場合、異なる試験形態の数ＮはＮ＝３である。基板表面において生じる任意の欠陥の種類は、これらの異なる試験形態の各々によってその欠陥から散乱される光が受光され、各試験形態ごとに集光システム４０が光を電気信号に変換し、その信号の大きさをデータベース内の種々のＳ対ｄの関係と比較することによって特定する。この場合、測定データと最もよく合致するデータを有する仮想欠陥の類型が基板上の欠陥に最も類似した類型として同定される。
【００４５】
１例として、基板表面上の球状のシリコン粒子の場合について述べる。この粒子に入射ビームが衝突すると、後方集光器、中心集光器、および前方集光器の各々が信号の大きさＳを生成する。これらの信号の大きさを用いて、球状のシリコン粒子を用いた場合の図４に示される後方集光器、中心集光器、および前方集光器に対する曲線から粒子径を求めると、後方集光器の曲線における粒子径と、中心集光器の曲線における粒子径と、前方集光器の曲線における粒子径は同一である。しかし、同じ信号の大きさを用いて、球状のシリコン粒子以外の粒子を用いた場合の図３および図５、図６および図７のそれぞれに示される後方集光器、中心集光器、および前方集光器に対する曲線から粒子径を求めると、図において２点鎖線で示されるように、後方集光器の曲線における粒子径と、中心集光器の曲線における粒子径と、前方集光器の曲線における粒子径は概していくらか異なっている。従って、本発明によれば、種々の試験形態によって測定された信号の大きさＳを用いて予め種々の試験形態に対してプロットされたＳ対ｄの関係から得られる複数の欠陥寸法ｄ間にどの程度の相違すなわち偏差が存在するかを特定し、最小の偏差を有する欠陥の類型を解析の対象である欠陥に最も類似していると同定する。
【００４６】
本発明によれば、種々の技術を用いて上記の偏差を特定することができる。例えば、本発明の一つの好適な実施例によれば、仮想欠陥の類型ごとに、予めＮ個の試験形態に対してプロットされたＮ個のＳ対ｄの関係を用いて、Ｎ個の異なる試験形態によって測定された信号の大きさＳ１ないしＳＮに対応する欠陥寸法ｄ１ないしｄＮを求め、それらの平均欠陥寸法＜ｄ＞を特定する。次いで、予めＮ個の試験形態に対してプロットされた上記と同一のＮ個のＳ対ｄの関係を再び用いて、平均欠陥寸法＜ｄ＞に対応する信号の大きさ＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞を特定する。これらの特定された信号の大きさ＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞は、通常、実測された信号の大きさＳ１ないしＳＮと異なり、その相違の程度が解析の対象である欠陥がどの程度仮想欠陥の類型と類似しているかを示す指標になる。本発明によれば、偏差パラメータσを、測定された信号の大きさＳ１ないしＳＮと計算された平均欠陥寸法に基づいて特定された信号の大きさ＜Ｓ１＞ないし＜ＳＮ＞間の総合偏差として計算される。最小の偏差パラメータσを生じる仮想の欠陥類型が解析の対象である欠陥に最も類似している欠陥類型として同定される。
【００４７】
好ましくは、任意の欠陥類型に対する平均欠陥寸法＜ｄ＞は、以下の式に示すように、信号の大きさに基づく重み付け平均値として計算される。
【００４８】
【数４】
0003616380.tif 000005
【００４９】
上記の式において、ｎ番目の試験形態（ｎは１〜Ｎから選択される整数）に対する径ｄｎはｎ番目の試験形態を用いて測定された信号の大きさＳｎを用いてｎ番目の試験形態に対応するＳ対ｄの関係から特定される。パラメータαは定数である。異なったαの値を用いることによって、平均寸法は異なって計算される。もし、α＝０の場合、平均寸法＜ｄ＞は単純な算術平均になる。しかし、数多くの欠陥類型に対してより精度を高めるには、α＝１の方が好ましい。
【００５０】
各欠陥類型ごとの偏差パラメータは、好ましくは、測定された各信号の大きさＳと平均欠陥寸法＜ｄ＞に基づいて特定された信号の大きさ＜Ｓ＞間の差の合計として計算されるとよい。例えば、偏差パラメータσは、以下の式によって計算することができる。
【００５１】
【数５】
0003616380.tif 000006
【００５２】
上記の式において、パラメータβは定数である。異なるβの値を用いることによって、偏差パラメータは異なって計算される。もし、β＝１の場合、偏差パラメータは測定された信号Ｓと平均寸法パラメータ＜ｄ＞に基づいて特定された信号＜Ｓ＞間の差の絶対値の合計である、しかし、好ましくは、βは２に設定されるとよい。この場合、偏差パラメータは差の平方を合計した値の平方根で表される。βを２に設定することによって、数多くの欠陥類型の精度を高めることができる。なお、本発明において、偏差パラメータを計算する方法は上記以外にも可能であり、本発明はどの具体的な計算式にも限定されるものではない。
【００５３】
Ｍ個の異なる仮想欠陥の類型に対応する偏差パラメータσ１ないしσＭが計算された後、好ましくは、いくつかの最小偏差パラメータが特定され、それらの偏差パラメータの各々に対して、相対的な確率値Ｐが計算される。確率値Ｐは解析の対象である欠陥が特定の偏差パラメータと関連する欠陥の類型に属する相対的な確率を示している。例えば、３つの最小偏差パラメータがσ１、σ２、およびσ３によって表されるなら、σ１に対する確率値Ｐ１は以下の式で表される。
【００５４】
【数６】
0003616380.tif 000007
【００５５】
確率パラメータＰ２およびＰ３も同様の式によって計算することができる。パラメータδは定数である。異なったδの値を用いることによって、相対的確率値は異なって計算される。多くの欠陥類型に対して、δ＝１であるのが好ましい。ただし、δは他の値であってもよく、本発明のよれば、まったく異なる式を用いて確率パラメータを導くこともできる。好ましくは、３つの偏差パラメータに対応する各欠陥類型ごとに、欠陥の類型、確率値、および欠陥寸法が計算されるとよい。
【００５６】
シリコン粒子に対する図４および図７において、信号の大きさ対欠陥寸法の曲線は複数の「たるみ部」を含み、ある信号の大きさに対して１つ以上の欠陥寸法が対応する。このような特性は、現在用いられている多くの光学的欠陥スキャナーのデータ解析において問題を生じる。しかし、本発明によれば、これらのたるみは問題を生じることなく、むしろ、欠陥の類型の同定を実質的に助長することができる。ある信号の大きさに対して多数の欠陥寸法を生じる任意のＳ対ｄ曲線に対して、それらの欠陥寸法の各々をあたかも別の試験形態から得られた欠陥寸法として簡単に取り扱うことができる。すなわち、このような各欠陥寸法に対して、対応する平均欠陥寸法を計算し、偏差パラメータを計算すればよい。もし、ある欠陥類型に対して１つ以上のＳ対ｄ曲線が１つの信号の大きさに対して多数の欠陥寸法が対応している場合、これらの曲線によって示される種々の欠陥寸法のすべての組合せを用いればよい。例えば、３つの曲線がそれぞれ１つの信号の大きさに対して３つの径が対応するなら、２７通りの径の組合せが生じるが、各組み合わせを個別の試験形態として処理し、偏差パラメータをそれぞれ計算すればよい。それ以外は、上述の方法と同様である。
【００５７】
上記の装置２０およびその装置２０を用いるデータ解析方法において、種々の試験形態として、各々が個別の試験形態をなす複数の集光器を用いている。しかし、他のまたは別の試験形態を採用することも可能である。例えば、入射光ビームの偏光（例えば、Ｐ偏光およびＳ偏光）を変化させ、および／または入射光ビームの波長を変化させてもよい。あるいは、集光システムによって集光されて解析される光の偏光を変化させてもよい。さらに、例えば、鏡面反射光を集光するような異なる集光器を用いてもよい。
【００５８】
上記の実施例においては、３つの集光器からなる３つの異なる試験形態を採用したが、本発明によれば、２つの異なる試験形態を用いてもよい。例えば、法線に近い角度で散乱される光とより大きい傾斜角で散乱される光を個別に集光する２つの異なる集光器を設けてもよい。これらの集光器は、必要に応じて、基板表面の略法線に対して３６０°の角度で光を集光するように構成されるとよい。この場合、データベースは２つの集光器の各々に対してかつ仮想欠陥の類型の各々に対して異なるＳ対ｄの関係を含む
【００５９】
本発明は、基板の表面に生じる欠陥の寸法を特定するのみならず、粒子、窪み、すり傷、表面上の隆起部、表面からの突出部のような種々の欠陥の種類、粒子の材料、粒子の形状（例えば、球状又は楕円体）、および欠陥から散乱された光の挙動における認識可能な差を生じる他の欠陥特性を同定することができる。本発明の方法は、集光器の構成を有する光学的スキャナに適用可能である。
【００６０】
上記の説明および関連する図面に示される示唆に基づいて、当業者は本発明の多様な変更例および他の実施例を考え付くことが可能である。すなわち、本発明は開示された具体的な実施例に限定されず、変更例や他の実施例は請求項に記載された特許請求の範囲に包含される。なお、実施例において、具体的な用語を用いたが、それらは単なる例示にすぎず、何ら本発明を限定するものではない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されるので、基板の表面に生じる欠陥の寸法を特定するのみならず、粒子、窪み、すり傷、表面上の隆起部、表面からの突出部のような種々の欠陥の種類、粒子の材料、粒子の形状（例えば、球状又は楕円体）、および欠陥から散乱された光の挙動における認識可能な差を生じる他の欠陥特性を同定することができる。また、本発明は、ある種の欠陥類型、特にシリコン粒子の欠陥類型に対する散乱分布における「たるみ」現象によって悪影響を受けないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による装置の略側面図である。
【図２】図１に示される装置の略上面図である。
【図３】基板表面上の球状のポリスチレンラテックス（ＰＳＬ）に対する各集光器から得られる総合信号の大きさ対粒子径の関係をプロットした図である。
【図４】球状のシリコン粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。
【図５】球状のタングステン粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。
【図６】表面下の円錐状窪みに対する図３と同様の関係をプロットした図である。
【図７】扁平楕円体のシリコン粒子に対する図３と同様の関係をプロットした図である。
【符号の説明】
２０  装置
２２  ウエハ移送装置
２４  光源
２６  ビーム拡張器
２８  鏡
３０  レンズ
４０  集光システム
４２  後方集光器
４４  中心集光器
４６  前方集光器
４２ａ、４４ａ、４６ａ  検出器
４８  ＣＰＵ
５０  プロセッサ
５４  データ記憶装置
Ｗ  ウエハ
Ｓ  被検査表面
【図１】
0003616380.tif 000008
【図２】
0003616380.tif 000009
【図３】
0003616380.tif 000010
【図４】
0003616380.tif 000011
【図５】
0003616380.tif 000012
【図６】
0003616380.tif 000013
【図７】
0003616380.tif 000014