(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光束と第２光束を発する光源部と、
第１光束と第２光束を膜付被検査物の表面に照射する照射光学系と、
膜付被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、
照射光学系で照射されて膜付被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と照射光学系で照射されて膜付被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、
受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、
受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、
第１受光信号と第２受光信号を合成して抽出用信号を形成する感度安定化部とから構成され、
感度安定化部は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号と第２受光信号のうち、所望する検出感度に近い検出感度が得られた方の受光信号を選択することにより、第１受光信号と第２受光信号を合成することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
光源部が発する第１光束の第１の特徴と、光源部が発する第２光束の第２の特徴は、光束の波長であることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
【請求項３】
光源部が発する第１光束の第１の特徴と、光源部が発する第２光束の第２の特徴は、光束の偏光成分であり、受光光学系の第１受光部と第２受光部は第１光束と第２光束に対応する偏光板を選択的に切替えることにより散乱光を受光する１つの受光部からなることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
【請求項４】
感度安定化部は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号と第２受光信号のうち、所望する検出感度に近い検出感度が得られた方の受光信号を選択することにより、第１受光信号と第２受光信号を合成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
感度安定化部は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号と第２受光信号のうち、より大きい感度が得られた方の受光信号を選択することにより、第１受光信号又は第２受光信号を合成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
第１の特徴を有する第１光束と第２の特徴を有する第２光束の組み合わせは、膜付被検査物表面の検査位置ごとに第１受光信号又は第２受光信号が所定の検出感度で得られるような光束の組合せであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜付ウエハその他の膜付被検査物の表面上の検査対象（異物や傷  等）を検査する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、膜付ウエハ等の透過膜や金属膜等の表面を検査する場合、低角度で光束を入射し、表面の異物を検出していた。しかし、透過膜が形成された膜付ウエハ等の表面検査においては、その透過膜の膜厚や材質により反射率が異なるため、膜厚が一定でない場合は検出感度が一定に確保できなかった。
【０００３】
膜厚が固定されている場合、入射光の偏光面を、Ｐ偏光、Ｓ偏光、円偏光、ＰＳ偏光に切り替えて最適な偏光条件を見つけて異物を検出していた。
【０００４】
しかし、近年、微細化に伴い、膜付ウエハの処理工程にＣＭＰ（化学機械研磨・ケミカルメカニカルポリシング）工程が導入されてきた。ＣＭＰ等の処理が膜付ウエハの処理工程に導入されると、膜付ウエハに形成された膜の厚さはウエハごとに変化し、常に均一の厚さになることが少なくなった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
透過膜が形成された膜付ウエハにＣＭＰを施すと、ウエハごとの膜厚にバラツキが生じる。この膜厚のバラツキによる反射率の変化により、ＣＭＰ処理後の膜付ウエハの表面検査においては、一定の検出感度を確保する事が困難になってきた。検査位置によっては、透過膜が形成された膜付ウエハの表面検査における異物検出感度は著しく低くなる場合がある。
【０００６】
ところが、ＣＭＰ工程は現在の微細化技術にかかすことができない。
【０００７】
また、キズ、ＣＭＰカス等の異物を感度よく検出できる装置が求められてい  る。
【０００８】
さらに、低消費と高速動作を求めた新しい構造のウェーハ、例えばＳＯＩウェーハ等が現れてきた。これらのウェーハは、薄いＳｉ膜とＳｉＯ2膜、及びＳｉ ベースとの複数膜の構造であり、干渉を起こし、入射波長との関係により、ウエハ表面の検査位置によって感度が著しく異なる場合が出てきた。
【０００９】
本発明の目的は、膜付きウエハその他の膜付被検査物の表面検査において、異物やキズ等の検査対象の検出を安定した感度で行う表面検査装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な解決手段は、請求項１〜６に記載の表面検査装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、膜付ウエハその他の膜付被検査物の表面上の検査対象（異物や傷  等）を検査する表面検査装置を改良したものである。
【００１２】
本発明の典型例においては、第１光束と第２光束を発する光源部と、第１光束と第２光束を膜付被検査物の表面に照射する照射光学系と、膜付被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、照射光学系で照射されて膜付被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と照射光学系で照射されて膜付被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、第１受光信号と第２受光信号を合成して抽出用信号を形成する感度安定化部とから構成されている。
【００１３】
好ましくは、第１光束の第１の特徴と第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。感度安定化部は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号及び第２受光信号のうち、いずれか一方の受光信号を選択することにより、第１受光信号と第２受光信号を合成するようにする。また、感度安定化部  は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号及び第２受光信号のう  ち、所望する検出感度に近い検出感度が得られた方の受光信号を選択することにより、第１受光信号と第２受光信号を合成するようにする。また、感度安定化部は、膜付被検査物表面の検査位置ごとに、第１受光信号及び第２受光信号のう  ち、より大きい感度が得られた方の受光信号を選択することにより、第１受光信号又は第２受光信号を合成するようにする。
【００１４】
好ましくは、第１光束と第２光束の組合せは、膜付被検査物表面の検査位置ごとに第１受光信号又は第２受光信号が所定の検出感度で得られるような光束の組合せとする。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図である。
【００１６】
表面検査装置１は、少なくとも第１波長λ１の光束１１と、これと異なる第２波長λ２の光束１２を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの第１波長λ１の光束１１と第２波長λ２の光束１２を第１照射角度θ１によって、膜付被検査物である膜付半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐ上に照射する照射光学系２０と、照射光学系２０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する受光光学系４０と、膜付被検査物たる膜付半導体ウエハ２を照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図１の受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００１７】
光源部１０を説明する。光源部１０は、少なくとも第１波長の光束１１と、これとは異なる第２波長の光束１２を発する。光源部１０としては、複数の波長の光束を発する各種のものが利用できる。例えばマルチラインのレーザのように一つの光源で複数の波長の光束を発するものや、異なる波長の光束を発する複数の光源の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成するものが採用できる。
【００１８】
マルチラインのレーザを採用する際に、不必要な波長の光束が発生する場合  は、第１波長と第２波長を通過させるバンドパスフィルターを通過させることにより、必要な波長の光束のみを取り出すことができる。
【００１９】
異なる波長の光束を発する複数の光源を使用する場合は、複数の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成する。
【００２０】
図１の例で光源部１０としてアルゴンイオンレーザを用いる場合、４８８ｎｍの波長と５１４．５ｎｍの波長が選択できる。光源部１０から射出された第１波長の光束１１と第２波長の光束１２は、第１ミラー２１によって向きが変えら  れ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して第１照射角度θ１で膜付被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００２１】
照射点Ｐに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。第１照射角度θ１は、膜付被検査物２の法線方向を基準に設定する。
【００２２】
図１の実施例においては、第１波長λ１と第２波長λ２の大きさは、任意に選択可能である。
【００２３】
次は、受光光学系４０を説明する。前述の散乱光を受光するために受光光学系４０が設けられている。受光光学系４０は、照射光学系２０によって照射された光束１１、１２による膜付半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する。第１受光方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０  °）は、照射光学系２０による照射光束１１、１２が膜付被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準にして測る。第１受光方向の受光仰角は、例えば３０°に設定される。
【００２４】
図２に示すように、受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、第１波長λ１の光束と第２波長λ２の光束にダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、受光光学系４０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。第２受光部４２  は、第１受光光学系４０で受光した第２波長λ２の散乱光を受光し、第２受光信号に変換する。第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００２５】
変位部６０を説明する。変位部６０は、膜付被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と膜付被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の１回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、照射光学系２０の照射光により膜付被検査物２をくまなく螺旋走査を行う。
【００２６】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではなく、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしても構わない。
【００２７】
図１の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２０の照射光束１１、１２の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００２８】
図３は、図１に示す表面検査装置のブロック図である。
【００２９】
第１受光部の第１受光信号及び第２受光部の第２受光信号は、それぞれ第１Ａ／Ｄ変換器５１及び第２Ａ／Ｄ変換器５２により、デジタル信号に変換された  後、信号処理部の働きを行う制御演算部１２０に送られ所定の信号処理がなされる。制御演算部１２０は、後述する所定の信号処理を行い、検査結果や処理結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【００３０】
また、制御演算部１２０は、感度安定化部１６０で、後述する抽出用信号を形成する。
【００３１】
さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００３２】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓にＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００３３】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧調整により感度を切り換えることもできる。
【００３４】
次に、第１受光信号と第２受光信号に基づく、抽出用信号の形成について説明する。一般的に、透過膜と異物検出感度は、反射率と膜厚の関係に近似していることがわかっている。すなわち、反射率が高いほど検出感度が高い。
【００３５】
図４は、波長０．４８８μｍ、０．６８０μｍ、０．７８０μｍの３種類の光束を透過膜付ウエハに照射した場合の透過膜の膜厚と反射率の関係を示す図である。
【００３６】
波長により、反射率の大きい山や、反射率の小さくなる谷の部分の周期が異なることがわかる。このため、いくつかの互いに異なる波長を有する光束を選択的に組み合わせて、同軸でかつ同時に入射して検査を行うと、１波長の光束を入射して検査を行う場合と比較して、感度が著しく異なる場所が少なくなる。つま  り、反射率が一定に保たれている。具体的には、例えば、膜厚が、０．３２μ  ｍ、０．４６μｍ、０．８８μｍの透過膜が設けられた膜付きウエハが、混在するラインで用いられる場合を想定する。この場合、０．３２μｍの透過膜が設けられた膜付きウエハを測定する場合には、０．４８８μｍの波長の光を選択し、０．４６μｍの透過膜が設けられた膜付きウエハを測定する場合には、０．６８０μｍの波長の光を選択し、０．８８０μｍの透過膜が設けられた膜付きウエハを測定する場合には、０．７８μｍの波長の光を選択することにより、いずれの膜厚のウエハの測定に際しても適切な感度で測定が行える。
【００３７】
膜厚と選択する波長の相性を表１に示す。この表１中、◎は最適、○は良、−は不向きを示している。
【００３８】
【表１】
0004418078.tif 000002
このような波長を有する光束を選択すると、透過膜の膜厚の変化による感度の不安定化が抑えられ、感度の安定化が図られる。
【００３９】
受光部４１で受光された第１受光信号は、第１Ａ／Ｄ変換器５１によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。受光部４２で受光された第２受光信号  は、第２Ａ／Ｄ変換器５２によりアナログ信号からデジタル信号に変換される。
【００４０】
デジタル信号に変換された第１受光信号と第２受光信号は、感度安定化部１６０により、膜付ウエハ表面の検査位置ごとに検出感度を比較される。そして、感度安定化部１６０は、膜付ウエハ表面の検査位置ごとに検出感度が高い方の受光信号の値を採用して、検査対象を抽出するための抽出用信号を形成する。
【００４１】
次に、抽出用信号を用いた検査対象の抽出について説明する。図５は、抽出用信号における検査対象データの構造を示す図である。図６は、検査対象データの模式図である。
【００４２】
検出光を所定方向に走査させていくとき、抽出用信号において、検査対象の散乱信号がスレッショルド信号（図５に水平に実線で示されている）を越えたら、そこをスタート座標（Ｓｔａｒｔ）として記憶し、その後、検査対象の散乱信号がスレッショルド信号を下回ったら、そこをエンド座標（Ｅｎｄ）として記憶  し、スタート座標とエンド座標との間で検査対象の散乱信号が最も大きかったところをピークレベル値（Ｐｅａｋ）として記憶する。スタート座標（Ｓｔａｒ  ｔ）、ピークレベル値（Ｐｅａｋ）およびエンド座標（Ｅｎｄ）からなる検査対象データに基いて膜付被検査物の表面上の検査対象を特定する。
【００４３】
図５においては、検査対象は、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが特定されるので、検査対象の個数は３になる。この場合、区間Ａ、Ｂのデータは検査対象の個数に無関係になり検査対象の個数は３個とカウントされる。
【００４４】
このようにして、一定の検出感度が得られた受光信号に基づいて検査対象の抽出に用いる抽出用信号を形成し、この抽出用信号から検査対象データを抽出することにより、安定した感度で得られた検査対象データに基づいて、異物や傷等の検査対象を特定することができる。たとえば、膜付ウエハのＣＭＰ工程等で生じる異物、キズを精度よく測定することができる。
【００４５】
したがって、膜付ウエハの透過膜の膜厚が検査対象の検出感度に及ぼす影響を抑えて、安定した感度で膜付ウエハの表面検査を行うことができる。
【００４６】
本発明は、以上の実施例に限定されない。
【００４７】
膜付被検査物の表面上に入射する光束は、互いに異なる波長を有する３つ以上の光束を用いてもよい。
【００４８】
また、図１に示される光源部１０としては、図７に示すように、異なる波長の光束を発する複数の光源部１１０、２１０を使用してもよい。この場合、光源部１１０、２１０は、それぞれＯＮ／ＯＦＦ制御をすることができる。光源部１１０から発せられる波長λ１の光束１１１は、ハーフミラー１０３を通過する。光源部２１０から発せられる波長λ２の光束１１２は、ミラー１２１で反射され  る。ミラー１２１で反射された波長λ２の光束１１２は、ハーフミラー１０３で反射される。波長λ１の光束１１１と波長λ２の光束１１２は、レンズユニット５０を通過する。レンズユニット５０は、ビーム整形機能や偏光選択機能を有する。レンズユニット５０を通過した波長λ１の光束１１１は、ミラー１２２とミラー１２３で反射されて膜付被検査物２上に照射される。レンズユニット５０を通過した波長λ２の光束１１２は、ミラー１２２とミラー１２３で反射されて膜付被検査物２上に照射される。膜付被検査物２上に光束１１１、１１２が照射されて生じた散乱光は、図８に示すようにレンズ５３と波長弁別素子５４と受光素子４１、４２からなる検出系で検出される。
【００４９】
また、本発明において照射する複数の光束は、同一方向からの照射だけでな  く、同一の照射角度で互いに異なる方向から照射してもよい。
【００５０】
さらに、照射する複数の光束は、互いに異なる角度で入射することもできる。その場合、受光光学系は、異なる波長を有する光束ごとに、その散乱光を受光  し、任意の入射角度の照射光束による検査対象の検出を行うことができる。
【００５１】
また、本発明に用いる光束は、互いに異なる波長を有する複数の光束を用いる代わりに、互いに異なる偏光成分の光束を利用してもよい。互いに異なる偏光成分の光束を利用して膜付被検査物の表面検査を行う場合は、検出系には、偏光板を用いる。
【００５２】
図９は、偏光板を用いた検出系の一例を示す図である。
【００５３】
偏光板を用いた検出系は、シリンダー機構７０と偏光板７１、７２と、レンズ５３と受光素子４３からなる。シリンダー機構７０は、偏光板７１、７２を移動させる。
【００５４】
この偏光板を用いた検出の場合、膜付被検査物２上に光束１１１、１１２が照射されて生じた散乱光は、偏光板７２とレンズ５３を介して、受光素子４３で受光される。そして、偏光成分ごとに受光信号が形成される。
【００５５】
このようにして、前述の例と同様に、膜付ウエハの透過膜の膜厚が検査対象の検出感度に及ぼす影響を抑えて、安定した感度で膜付ウエハ等の被検査物の表面検査を行うことができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、膜付ウエハの透過膜のように膜厚と検出感度に関係がある場合、複数の波長の光束を同軸で膜付被検査物の表面に入射することで、膜付被検査物の表面で起こる膜厚の違いによる干渉等の影響を抑えて検査対象の検出感度を一定に保つことができる。
【００５７】
本発明によれば、膜付被検査物の透過膜の膜厚が、異物や傷等の検査対象の検出感度に及ぼす影響を抑えて、安定した感度で膜付被検査物の表面検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図。
【図２】受光光学系の詳細図。
【図３】図１に示す表面検査装置のブロック図。
【図４】３つの波長の光束を膜付ウエハに照射した場合の透過膜の膜厚と反射率の関係を示す図。
【図５】抽出用信号における検査対象データの構造を示す図。
【図６】検査対象データの模式図。
【図７】異なる波長の光束を発する複数の光源を有するシステムのブロック図。
【図８】図７に示すシステムに用いる検出システムのブロック図。
【図９】偏光板を用いた検出系を示す図。
【符号の説明】
１  表面検査装置
２  膜付被検査物
１０  光源部
２０  照射光学系
４０  受光光学系
４１  第１受光部
４２  第２受光部
４５  ダイクロイックミラー
５１  第１Ａ／Ｄ変換器
５２  第２Ａ／Ｄ変換器
６０  変位部
６１  回転変位部
６２  直線変位部
１２０  制御演算部
１３０  表示部
１４０  記憶部
１５０  感度切換部
１６０  感度安定化部
【図１】
0004418078.tif 000003
【図２】
0004418078.tif 000004
【図３】
0004418078.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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