(57)【要約】【課題】  半導体基板上の絶縁膜に生じるスクラッチを高感度で検査する。【解決手段】  ステージ９上に載せられたウェーハ８の上の研磨された絶縁膜の表面に発生したスクラッチに対して表側から、光源１３より発せられて環状のフィルタ３を透過させた照明光を当てる。ウェーハ８での反射光に対し、対物レンズ４の後ろ焦点位置に配した環状の位相板５は、零次回折光の強度低減と位相の１／４波長遅延とを行う。光電変換器７は、零次回折光と高次回折光の干渉によってスクラッチの像のコントラストを上げられた光りを電気信号に変換する。全体制御部１１は、この電気信号に基づいてスクラッチを検出する。【選択図】  図１
2006292617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上に載せられた被検査物に対して表側法線方向から照明する光路中に局所的光通過フィルタを配置する照明系と、
該照明系によって照明された前記被検査物から発生する反射光の光路中に、前記反射光の零次回折光の強度を所望の値に弱めると同時に、該零次回折光の位相を所望の波長だけ遅らせる、前記局所的光通過フィルタの形状に対応して形成される位相板を配置する検出光学系と、
前記反射光の光路中に配置され、前記零次回折光と前記反射光の高次回折光とが干渉した光を受光して電気信号に変換する光電変換器と、
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明系は、
コンデンサーレンズとハーフミラーとを含み、
前記局所的光通過フィルタを前記コンデンサーレンズの前焦点に設置し、光源から前記局所的光通過フィルタを通過した照明光を前記コンデンサーレンズで集光して前記ハーフミラーで反射し、前記被検査物を照射するように構成され、
前記検出光学系は、
前記ハーフミラーと対物レンズと結像用レンズとを含み、
前記被検査物での反射光を前記ハーフミラーと前記ハーフミラーに続く前記対物レンズとを通過させ、前記対物レンズの後側焦点位置に設置した前記位相板を透過させ、前記零次回折光および前記高次回折光を前記結像用レンズによって結像するように構成されることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記照明系は、
第１のリレーレンズと、第２のリレーレンズと、ハーフミラーと、対物レンズとを含み、
非点状光源光から発せられた照明光を前記第１のリレーレンズで集光し、前記第１のリレーレンズによる共役点に配置した前記局所的光通過フィルタを通過させ、前記第２のリレーレンズを介して前記ハーフミラーで反射して前記対物レンズの後焦点に集光し、前記対物レンズを経て、前記被検査物を照射するように構成され、
前記検出光学系は、
前記対物レンズと前記ハーフミラーと第３のリレーレンズと結像用レンズとを含み、
前記被検査物での反射光を前記対物レンズで集光し、前記ハーフミラーを通過させ、前記ハーフミラーに続く第３のリレーレンズによって前記対物レンズの後側焦点位置が伝達された面に前記位相板を設置し、該位相板を透過した反射光の前記零次回折光および高次回折光を前記結像用レンズによって結像するように構成されることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記光電変換器で変換された電気信号に基づいて前記被検査物上の欠陥を検出することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記局所的光通過フィルタは、中心を光軸中心に一致させた環状の絞りであって、前記位相板は、該環状の絞りに対応する、中心を光軸中心に一致させた環状の位相板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記局所的光通過フィルタは、中心を光軸中心に一致する同心円状の複数の環状の絞りであって、前記位相板は、該複数の環状の絞りに対応する、中心を光軸中心に一致させた複数の同心円状の環状の位相板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
前記局所的光通過フィルタは、中心を光軸中心に一致させたピンホールフィルタであって、前記位相板は、該ピンホールフィルタに対応する、中心を光軸中心に一致させた円板状の位相板であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の欠陥検査装置。
【請求項８】
前記位相板は、前記零次回折光の強度を検出対象の欠陥からの反射光の散乱強度と略同一とし、前記零次回折光の位相を前記反射光の位相と略同一とするように構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一に記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記被検査物は、研磨または研削された膜に発生する、表面が閉塞したスクラッチを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
研磨または研削された膜の表面に対して平行光もしくは平行光の集合からなる光束で表側法線方向から照明を行い、該照明によって該膜から反射する散乱光の強度を観測することで該膜の欠陥を検査する方法であって、
前記散乱光と、該表面から反射する零次回折光の強度を所望の強さに弱めると同時に所望の位相分遅らせた背景光とを干渉させ、該散乱光の強度を増加させることを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項１１】
前記散乱光と前記背景光とを干渉させるに際し、前記零次回折光の強度を検出対象の欠陥からの散乱光の散乱強度と略同一とし、前記零次回折光の位相を前記欠陥からの散乱光の位相と略同一とすることを特徴とする請求項１０記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査装置及び基板表面の検査方法に係り、特に半導体製造をする際に用いられる研磨または研削加工技術による平坦化加工の工程において生じるスクラッチを検査する欠陥検査装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械研磨）加工中に生じる、幅に対して浅い半導体ウェーハの表面スクラッチを検出する装置および方法としては、特許文献１に記載の技術が知られている。即ち、特許文献１には、研磨または研削された絶縁膜の表面に発生した底が浅く表面が開口したスクラッチに対して落射照明や斜方照明を行い、スクラッチを検出する装置および方法が記載されている。また、半導体ウェーハの表面に存在する傷を検査する従来技術としては、特許文献２に記載の技術が知られている。即ち、特許文献２には、２つの異なる波長の照明光のおのおのを互いに異なる低入射角度と高入射角度とで、半導体ウェーハの表面上に集光して照射し傷を検査することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２００２−２５７５３３号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスを製造をする際に被加工対象物に対して用いられる平坦化加工技術としては、ＣＭＰが主に用いられている。このＣＭＰは、研磨パッド上にシリカなどの砥粒を散布し、被加工対象物の表面を研磨する平坦化技術である。この研磨技術においては、様様な研磨条件、被加工対象物の性状によって様様な形状のスクラッチを生じることがある。これらの中には、表面が閉塞した形状のスクラッチおよび表面が閉塞したスクラッチが生じることがある。このようなスクラッチが存在すると、後プロセスにおいて、これらのスクラッチの隙間に配線材料などが成長し、短絡などの不良原因になる。そこで、研磨後のウェーハ研磨面を観察して、様様な形状のスクラッチの発生状況を監視し、研磨条件の見直しを行うことが必要になる。すなわち、表面が開いた凹型のスクラッチ以外に表面が塞がった閉塞型スクラッチの両方の発生状況を監視して、適切な対策を施すことが必要となる。しかしながら、上記従来技術のいずれにおいても、被加工対象物の表面に生じる閉塞型のスクラッチの検出感度については、考慮されていない。すなわち、従来の光散乱法では、表面の凹によって散乱した光を基に欠陥を検出するのであって、表面が塞がったタイプの欠陥では、散乱が少ないため、検出されにくくなるのである。そのため、多くの場合、閉塞型スクラッチに対して、検査感度が低く、検出できないことが多かった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つのアスペクトに係る欠陥検査装置は、ステージ上に載せられた被検査物に対して表側法線方向から照明する光路中に局所的光通過フィルタを配置する照明系と、照明系によって照明された前記被検査物から発生する反射光の光路中に、前記反射光の零次回折光の強度を所望の値に弱めると同時に、該零次回折光の位相を所望の波長だけ遅らせる、前記局所的光通過フィルタの形状に対応して形成される位相板を配置する検出光学系と、前記反射光の光路中に配置され、前記零次回折光と前記反射光の高次回折光とが干渉した光を受光して電気信号に変換する光電変換器と、を備える。
【０００６】
本発明の一つのアスペクトに係る基板表面の検査方法は、研磨または研削された膜の表面に対して平行光もしくは平行光の集合からなる光束で表側法線方向から照明を行い、該照明によって該膜から反射する散乱光の強度を観測することで該膜の欠陥を検査する方法である。この方法は、前記散乱光と、該表面から反射する零次回折光の強度を所望の強さに弱めると同時に所望の位相分遅らせた背景光とを干渉させ、該散乱光の強度を増加させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、半導体デバイス製造において、半導体基板上の絶縁膜などの被加工対象物に対して化学機械的研磨（ＣＭＰ）などの研磨を施した際に、被加工対象物の表面に生じる表面が閉じたスクラッチを高感度で検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。図１において、欠陥検査装置１００は、光学系１０１と、ステージ制御部１０、全体制御部１１、およびＡ／Ｄ変換部１２とを備える。光学系１０１は、ハーフミラー１、集光レンズ（コンデンサレンズ）２、フィルタ３、対物レンズ４、位相板５、結像レンズ６、光電変換器７、ステージ９、光源１３を備える。そしてステージ９の上には、半導体製造工程中で、製品の抜き取り検査または全数検査の対象となった被検査物であるウェーハ８が載せられる。
【０００９】
このような欠陥検査装置１００によって検査されるウェーハ８中の欠陥について説明する。図３は、ウェーハ８中の欠陥の一つである表面が閉塞したスクラッチの概略形の例を示す図である。図３において、ウェーハ８は、層構造をなし、シリコンウェーハ３１上にＳｉＯ２膜等の層間絶縁膜３２を形成している。この層間絶縁膜３２に対し、ＣＭＰを施した際、層間絶縁膜３２中に空隙、特に表面が閉塞したスクラッチ３３ができる場合がある。このスクラッチの外形寸法は、深さが大変深くなる場合があり、その長さは１μｍに達する場合がある。
【００１０】
この被検査物であるウェーハ８は、位置座標が測定され、水平ＸＹ方向に走行制御されるステージ９の上に載置される。ステージ９は、全体制御部１１からステージ制御部１０を経てＸＹ方向に走行制御される。
【００１１】
一方、ウェーハ８への照明は、以下のようにして行われる。すなわち、検査用の光源１３としては、紫外光を含むキセノンランプ、水銀灯、あるいは、４８８ｎｍのアルゴンレーザ、エキシマレーザ等から適宜選ばれ、可視光、若しくはＵＶ光、若しくはＤＵＶ光からなる照射光１４が出射せられる。照射光１４を被検査物であるウェーハ８の表面に集光する集光レンズ２の前焦点位置にフィルタ３を設置する。なお、フィルタ３は、局所的に光を通過させるフィルタであって、例えば環状フィルタ（環状絞り）または、中央に小穴を配したピンホールフィルタ（中央小穴型フィルタ）である。フィルタ３を通過した光をウェーハ８上方横手方向から照射し、対物レンズ４と被検査物ウェーハ８との間に設置したハーフミラー１によって反射させ、ウェーハ８に対して鉛直上方（表側法線方向）から照射（落射照明）する。
【００１２】
ウェーハ８によって反射された反射光は、層間絶縁膜３２に欠陥があった場合、その構造に応じた回折が生じ、回折光は、ハーフミラー１を通過して対物レンズ４で集光され、その後ろ側焦点面にフラウンホーファ回折像を生じる。回折光のうち、照射光の正反射光と同じ方向に進む零次回折光に対してその強度および位相を制御する位相板５を対物レンズ４の後ろ焦点面に設置する。位相板５は、フィルタ３が環状であれば対応する環状の形状をなし、フィルタ３がピンホールであれば対応する円板状の形状をなし、フィルタ３の明暗に対し逆の明暗特性を持つように構成される。
【００１３】
ここでウェーハ８からの正反射光である反射光の零次回折光の振幅を、
Φ０＝ｓｉｎωｔ
とする。なお、ｔは時間、ωは光の角振動数である。
【００１４】
一方、図３に示すスクラッチ欠陥部分の平均屈折率をｎ’とし、欠陥部分による反射光の位相の変化をεとすれば、
ε＝２π（ｎ’−ｎ）・２ｄ／λ
と表される。ここで、ｎはスクラッチ欠陥の無い層間絶縁膜３２の屈折率、λは光の波長、２ｄは図３中の層間絶縁膜３２の膜厚ｄの２倍の長さ、即ち行路の往復分の距離である。
【００１５】
今、欠陥部分からの散乱が小さいとすれば、反射光Φ１は、位相がε分遅れるので、
Φ１＝ｓｉｎ（ωｔ＋ε）
と表せる。
【００１６】
Φ０とΦ１の干渉で得られる干渉光Φ２は、
Φ２＝Φ１−Φ０＝２ｓｉｎ（ε／２）・ｓｉｎ（ωｔ＋π／２＋ε／２）
と表される。ここで位相差εが小さいとすると、
Φ２≒εｓｉｎ（ωｔ＋π／２）
となる。従って、コントラストはε２となり、小さな暗点としてしか信号を得ることができない。
【００１７】
これに対し、対物レンズ４の後焦点位置に位相板５を設置し、零次回折光Φ０のみを位相板５の吸収によって弱めてε２程度とし、Φ２に匹敵する程度にする。また、同時に位相板５によって位相をπ／２（λ／４に相当）だけ遅らせることで、Φ２の位相にほぼ同じになるようにする。干渉によってΦ０とΦ２の回折光は、強めあって２εとなり、強度が４ε２の明るい像が、背景であるε２程度の零次回折光上に得られることとなる。
【００１８】
この結果、表面が閉塞したスクラッチ部分の反射光における輝度が増し、検出感度を向上させることが可能になる。また、照明光をハーフミラー１を介してウェーハ８に直接照射することで、対物レンズ４に強い光を当てずに済み、対物レンズ４に起因する迷光を減らすことが可能になる。
【００１９】
このようにして、強調された欠陥の像は、結像レンズ６を経て、一次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）あるいは一次元ＴＤＩ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）型ＣＣＤセンサ等からなる光電変換器７に入力され、像の強度に比例した電圧信号に変換される。さらに、この電圧信号は、Ａ／Ｄ変換部１２によってデジタル変換され、全体制御部１１によって、閾値との比較、あるいはウェーハ上に複数のパターンが形成されているときは隣り合うパターンからの信号との比較がなされ、欠陥として識別される。
【００２０】
また、全体制御部１１は、ステージ制御部１０を介してステージ９を走行制御し、ステージ全面の任意の個所における欠陥の識別を行い、ウェーハ上の閉塞型スクラッチを検出する。こうして得られた検出結果の情報は、ネットワーク１０２を介して他の装置と共有される。
【００２１】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示すブロック図であって、図１の光学系１０１に相当する部分のみを図示している。図２に示す光学系は、非点状光源２０１、第１のリレーレンズ２０３、フィルタ３、第２のリレーレンズ２０４、ハーフミラー２０６、対物レンズ２０７、ステージ９、第３のリレーレンズ２１１、位相板５、結像レンズ系２１２、光電変換器７を備える。図２において、図１と同一の符号は、同一物を示す。
【００２２】
非点状光源２０１から発せられた可視光、若しくはＵＶ光、若しくはＤＵＶ光からなる照明光を第１のリレーレンズ２０３で集光する。第１のリレーレンズ２０３の入射光光源に共役する点に、環状フィルタまたは、中央に小穴を配したピンホールフィルタであるフィルタ３を備え、さらにフィルタ３を通過した光を第２のリレーレンズ２０４を経て対物レンズ４の後焦点位置に集光させる。この際、入射光の方向を水平から垂直に変更させるハーフミラー２０６を対物レンズの上方に設置する。
【００２３】
集光された入射光は、対物レンズ２０７を経て被検査物表面８に平行光として照射角度が垂直になるように入射される。入射された光は、被検査物８の表面により反射され反射光となる。反射光は、対物レンズ２０７で集光された後、ハーフミラー２０６を透過し、対物レンズ２０７の後焦点に共役する点を形成する第３のリレーレンズ２１１に入光する。第３のリレーレンズ２１１で集光された光は、第３のリレーレンズ２１１の共役点に配置される、フィルタ３に対応した環状あるいは円板状の位相板５を通過し、その後、結像レンズ系２１２により、一次元ＣＣＤあるいはＴＤＩ型ＣＣＤセンサーからなる光電変換器７により、像の強度に比例した電圧信号に変換される。そして、この電圧信号を元に、図１で説明したと同様に、ウェーハ上の閉塞型スクラッチの検出を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置の構成を示すブロック図である。
【図３】表面が閉塞したスクラッチの概略形の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１、２０６  ハーフミラー
２  集光レンズ
３  フィルタ
４、２０７  対物レンズ
５  位相板
６  結像レンズ
７  光電変換器
８  ウェーハ
９  ステージ
１０  ステージ制御部
１１  全体制御部
１２  Ａ／Ｄ変換部
１３  光源
１４  照射光
３１  シリコンウェーハ
３２  層間絶縁膜
３３  スクラッチ
１００  欠陥検査装置
１０１  光学系
１０２  ネットワーク
２０１  非点状光源
２０３  第１のリレーレンズ
２０４  第２のリレーレンズ
２１１  第３のリレーレンズ
２１２  結像レンズ系
【図１】
2006292617.tif 000003
【図２】
2006292617.tif 000004
【図３】
2006292617.tif 000005