(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に一定のピッチで形成されたパターンの欠陥を検出する方法であって、
前記基板上に照明光を入射させる工程と、
前記照明光による前記基板からの回折光を受光する工程と、
前記ピッチをＰ、
前記照明光の波長をλ、
前記照明光の入射角をθｉ、
前記回折光の回折角をθｄ、
前記回折光の回折次数をｍとした場合に、
以下の関係式；
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ
を満すようにθｉ、θｄ、ｍまたはλの少なくとも２以上のパラメータを変えてそれぞれ撮像手段で受光した前記回折光によるパターン像による複数の画像信号を比較した結果に基づいて前記欠陥を検出する工程とを備えていることを特徴とする欠陥検出方法。
【請求項２】
基板上に一定のピッチで形成されたパターンの欠陥を検出する装置であって、
前記基板上に照明光を入射させる入射手段と、
前記照明光による前記基板からの回折光を受光する撮像手段を含む受光手段と、
該受光手段で受光した回折光によるパターン像による画像信号を画像処理して前記欠陥の検出を行う画像処理手段とを備え、
前記入射手段および前記受光手段は、
前記ピッチをＰ、
前記照明光の波長をλ、
前記照明光の入射角をθｉ、
前記回折光の回折角をθｄ、
前記回折光の回折次数をｍとした場合に、
以下の関係式；
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ
を満すようにθｉ、θｄ、ｍまたはλの少なくとも２以上のパラメータを相互に変える可変機構を備え、
前記画像処理手段は、前記可変機構によって前記パラメータを変えてそれぞれ前記受光手段で取り込んだ前記パターン像による複数の画像信号を比較した結果に基づいて前記欠陥を検出することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項３】
前記照明光は、白色光とされ、
前記可変機構は、前記基板を支持するとともに前記照明光に対する基板の傾きを調整可能な支持手段を備えていることを特徴とする請求項２記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
基板表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置において、
前記基板表面の少なくとも一部を照明する照明手段と、
前記基板表面の少なくとも一部からの反射光を受光し、前記基板表面の少なくとも一部の反射率に応じた画像信号を生成する撮像手段と、
前記撮像手段が生成する前記画像信号の生成条件を任意に変更する条件変更手段と、
前記生成条件を変更して生成した複数の画像信号の前記撮像手段の画素の最大値及び画素単位の平均値の少なくとも一方を画像処理した結果に基づいて、前記基板表面の少なくとも一部に存在する欠陥を検出する検出手段と、を備え、
前記生成条件は、
前記基板表面に形成されたパターンのピッチをＰ、
前記照明手段による照明光の波長をλ、
前記照明光の入射角をθｉ、
前記照明光による前記基板からの回折光の回折角をθｄ、
前記回折光の回折次数をｍとした場合に、
以下の関係式；
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ
を満すようにθｉ、θｄ、ｍまたはλの少なくとも２以上のパラメータを相互に変更して決定されることを特徴とする欠陥検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、シリコンで出来たＩＣウェハやガラスで出来た液晶基板の製造過程において、その基板上に連続して形成されたパターンの欠陥を検出する欠陥検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハや液晶基板等の製造工程では、これらの基板の表面に回路形成等のためにレジストで形成されたパターンについて、その欠陥の有無を検査する必要がある。
従来、欠陥検出を行うためには、検査員が半導体ウェハや液晶基板の表面を照明系で照明し、回転と照射角度を変えるために半導体ウェハのチルトを行い、傷やごみ等を直接目視することで行われていた。
【０００３】
また、近年は、自動的に欠陥検出を行う手段として、例えば、特公平６−８７８９号公報に記載されている検査装置がある。この検査装置は、半導体ウェハに照明した光の反射光による半導体ウェハの像を画像処理装置に取り込み、半導体ウェハの欠陥を検出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の欠陥検出手段において、次のような課題が残されている。すなわち、人手による目視検査では、個人差があるために非効率的であった。
また、回折光画像で検査する装置では連続するパターンの高さ（レジストむら等の高さ）や下地層の高さが変化することにより、むら画像や画像信号の低下が発生し、誤検出してしまう問題があった。さらに、ピッチ幅が設計値から多少ずれたパターンについても、画像信号の低下が発生し、誤検出する問題があった。
【０００５】
例えば、図４の（ａ）に示すように、シリコンウェハＷ上に等間隔にレジストＲでパターンが形成され、レジストＲの厚さおよび下地が良好で欠陥が無い場合は、図４の（ｂ）に示すように、回折画像の出力光量は一定となる。
また、図５の（ａ）に示すように、レジストＲの厚さおよび下地が良好であるが欠陥部分Ｄが有る場合は、図５の（ｂ）に示すように、回折画像において欠陥部分Ｄの出力光量が低下する。
【０００６】
さらに、図６の（ａ）に示すように、レジストＲの厚さが異なった場合で欠陥が無い場合は、図６の（ｂ）に示すように、回折画像においてレジストＲの厚さが異なる部分の出力光量が変化する。
これに対して、図７の（ａ）に示すように、レジストＲの厚さが異なるとともに欠陥部分Ｄが有る場合は、図７の（ｂ）に示すように、回折画像において欠陥部分Ｄの出力光量が低下するが、レジストＲの厚さが異なる部分の出力光量全体も変化してしまい、相対的に欠陥部分Ｄと他の部分との受光量差が検出し難しくなる場合が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、レジスト厚さや下地層高さの変化にかかわらず、誤検出することなくパターンの欠陥を検出することができる欠陥検出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、図１から図３に対応づけて説明すると、請求項１記載の欠陥検出方法では、基板（Ｗ）上に一定のピッチで形成されたパターンの欠陥を検出する方法であって、前記基板上に照明光を入射させる工程と、前記照明光による前記基板からの回折光を受光する工程と、前記ピッチをＰ、前記照明光の波長をλ、前記照明光の入射角をθｉ、前記回折光の回折角をθｄ、前記回折光の回折次数をｍとした場合に、以下の関係式；
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλを満すようにθｉ、θｄ、ｍまたはλの少なくとも２以上のパラメータを変えて受光した前記回折光による複数のパターン像を合成した像情報に基づいて前記欠陥を検出する工程とを備えている技術が採用される。
【０００９】
また、請求項２記載の欠陥検出装置では、基板（Ｗ）上に一定のピッチで形成されたパターンの欠陥を検出する装置であって、前記基板上に照明光を入射させる入射手段（２、１２）と、前記照明光による前記基板からの回折光を受光する受光手段（４、１４）と、該受光手段で受光した回折光によるパターン像を画像処理して前記欠陥の検出を行う画像処理手段（５）とを備え、前記入射手段および前記受光手段は、前記ピッチをＰ、前記照明光の波長をλ、前記照明光の入射角をθｉ、前記回折光の回折角をθｄ、前記回折光の回折次数をｍとした場合に、以下の関係式；
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλを満すようにθｉ、θｄ、ｍまたはλの少なくとも２以上のパラメータを相互に変える可変機構（１，３、１０）を備え、前記画像処理手段は、前記可変機構によって前記パラメータを変えて取り込んだ複数の前記パターン像を合成した像情報に基づいて前記欠陥を検出する技術が採用される。
【００１０】
これらの欠陥検出方法および装置では、回折出力信号の式である上記関係式に基づいてパラメータを変え、取り込んだ複数のパターン像を合成した像情報に基づいて欠陥を検出するので、パラメータを変えると欠陥部分の光量と他の部分の光量との差が異なる複数のパターン像が得られることとなり、これらを画像処理することでレジスト厚や下地層高さによる光量変化に影響されずに欠陥検出が可能となる。なお、画像処理の手段としては、例えば、各画素の最大値を検出する方法や画素単位で平均値を求める方法等が採用される。
【００１１】
請求項４記載の欠陥検出装置では、基板（Ｗ）表面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置において、前記基板表面の少なくとも一部を照明する照明手段（２）と、前記基板表面の少なくとも一部からの反射光を受光し、前記基板表面の少なくとも一部の反射率に応じた画像信号を生成する撮像手段（４ｃ）と、前記撮像手段が生成する前記画像信号の生成条件を任意に変更する条件変更手段（１、３、１０）と、前記生成条件を変更して生成した複数の画像信号を合成した画像信号に基づいて、前記基板表面の少なくとも一部に存在する欠陥を検出する検出手段（５）と、を備える技術が採用される。
この欠陥検出装置では、撮像手段（４ｃ）により基板（Ｗ）表面の少なくとも一部の反射率に応じた画像信号を生成し、条件変更手段（１、３、１０）により撮像手段が生成する画像信号の生成条件を任意に変更して生成した複数の画像信号を合成した画像信号に基づいて、基板表面の少なくとも一部において、欠陥部分から得られる画像信号と他の部分からの画像信号との強度差が異なる複数の画像信号が得られることとなり、これらを比較することでレジスト厚や下地層高さによる光量変化に影響されずに欠陥検出が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る欠陥検出方法および欠陥検出装置の第１実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の欠陥検出装置を示し、これらの図において、該欠陥検出装置は、シリコンウェハ（基板）Ｗ表面上に照射する照明光の入射角度を制御する発光側駆動系（可変機構、条件変更手段）１を備えた発光部（入射手段、照明手段）２と、シリコンウェハＷからの回折光の回折角を制御する受光側駆動系（可変機構、条件変更手段）３を備えた受光部（受光手段）４と、該受光部４で受光した回折光の画像信号を処理して欠陥を検出する画像処理部（検出手段、画像処理手段）５とを備えている。
【００１４】
前記発光部２は、白色光源である発光光源２ａと、該発光光源２ａからの照明光を反射する発光側反射鏡２ｂと、該発光側反射鏡２ｂからの照明光を平行光に成形するとともに検査対象であるシリコンウェハＷ表面上に照射する発光側凹面鏡２ｃとを備えている。
前記受光部４は、シリコンウェハＷからの回折光を反射する受光側凹面鏡４ａと、該受光側凹面鏡４ａからの回折光を反射する受光側反射鏡４ｂと、該受光側反射鏡４ｂからの回折光を受光するＣＣＤカメラ（撮像手段）４ｃとを備えている。
【００１５】
なお、発光部２からの白色光は、特定の回折角をもった回折光となるため、受光部４の受光側反射鏡４ｂによって特定の波長成分のみがＣＣＤカメラ４ｃに到達する。
前記画像処理部５は、ＣＣＤカメラ４ｃで受光した回折光の複数の画像信号によって、例えば、各画素の最大値を検出したり、画素単位で平均値を求める等の画像処理を行って欠陥位置を検出するものである。
【００１６】
そして、本実施形態では、発光側駆動系１と受光側駆動系３とを相互に駆動して、シリコンウェハＷに対する照明光の入射角および回折光の回折角が、以下の関係式（１）を満たすように決定される。
すなわち、パターンのピッチをＰ、
照明光の波長をλ、
照明光の入射角をθｉ、
回折光の回折角をθｄ、
回折光の回折次数をｍとした場合に、
Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ                      ・・・（１）
を満すようにθｉおよびθｄを相互に変えるように設定されている。
【００１７】
次に、本実施形態の欠陥検出装置による欠陥検出方法について、図２を参照して説明する。
【００１８】
まず、シリコンウェハＷ上のレジストパターンのピッチ幅Ｐ、照明する波長λおよび回折次数ｍを設定する。そして、関係式（１）を満たすように、入射角θｉおよび回折角θｄを、θｉ＋Ｘ度（Ｘは、レジスト厚さにより適宜設定される）となるまで発光側駆動系１および受光側駆動系３を連続的に駆動制御して変更する。
このとき、発光光源２ａから白色光を出射して、発光側反射鏡２ｂおよび発光側凹面鏡２ｃを介して、照明光としてシリコンウェハＷ上に上記条件の入射角θｉで照明する。
【００１９】
この照明光の回折光は、レジストパターンによって上記条件の回折角θｄで回折し、受光側凹面鏡４ａおよび受光側反射鏡４ｂを介してＣＣＤカメラ４ｃで受光され、このパターン像は、連続的に複数の画像信号として画像処理部５に取り込まれ、記憶される。
この後、画像処理部５において、取り込んだ何枚もの画像信号を画像処理してむらの少ない画像に処理し、欠陥検出を行う。
【００２０】
すなわち、記憶された複数のパターン像による画像信号を比較して、画素の最大値検出や平均値化等の画像処理を行って欠陥位置を検出する。例えば、図２の実線および点線に示すように、少なくとも２枚の画像信号（ウェハ断面位置に対する受光量の分布）を得た場合、両画像信号の最大値のみを画像処理することにより、図２の一点鎖線に示すように、処理された画像信号では、欠陥部分における受光量の変化が顕著（最も小さくなる）になって、明確にその位置を特定することができる。
【００２１】
次に、本発明に係る欠陥検出方法および装置の第２実施形態を、図３を参照しながら説明する。
【００２２】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、関係式（１）を満たすように発光側駆動系１および受光側駆動系３によって、パラメータとして入射角θｉおよび回折角θｄを変えたが、第２実施形態では、発光側駆動系および受光側駆動系を用いずに、シリコンウェハＷをチルトさせて傾斜角を変更し、実質的に入射角θｉおよび回折角θｄを変える点である。
【００２３】
すなわち、第２実施形態の欠陥検出装置では、シリコンウェハＷを支持するとともにそのチルト角を所定の角度に可変する載置台（支持手段）１０が設けられている。この載置台１０は、シリコンウェハＷをチルトさせ、関係式（１）を満たすような照明光の入射角θｉおよび回折光の回折角θｄとなるように制御される。このとき、発光部１２からの白色照明光は、条件に合った波長の光のみが受光部１４で受光される。
したがって、本実施形態では、載置台１０を駆動するだけで、第１実施形態と同様に、関係式（１）を満たす異なる条件で複数のパターン像が得られ、画像処理により容易に欠陥位置を検出することができる。
【００２４】
このように、上記各実施形態では、関係式（１）のパラメータを画像信号の生成条件としており、この生成条件を変更して得られた複数の画像信号を比較することにより、シリコンウェハＷ上の欠陥を検出することができる。
また、上記各実施形態は、回折光の受光量を画像信号として処理したが、回折光が反射光の一部であるとすると、その反射光の反射率に応じた画像信号を生成しているものであり、この生成条件を、関係式（１）のパラメータを変えて変更することにより、得られた複数の画像信号を比較して欠陥検出をしているものである。
【００２５】
なお、本発明は、次のような実施形態をも含むものである。
（１）上記各実施形態では、関係式（１）を満たすようにパラメータとして入射角θｉおよび回折角θｄを変えたが、関係式（１）のパラメータ（θｉ、θｄ、λ、ｍ）のうち少なくとも２以上のものを変えて複数のパターン像を受光すればよく、他のパラメータの組み合わせによって検出を行っても構わない。
例えば、波長λと他のパラメータを、関係式（１）を満たすように変えて行ってもよい。この場合、発光光源は、白色光源からの白色光をバンドパスフィルタで特定の波長のみ透過させるようにし、該バンドパスフィルタによる透過波長を変えるようにすれば、照明光の波長を変更することができる。
【００２６】
（２）なお、上記各実施形態では、シリコンウェハＷの表面全体に照明光を照射して全体について欠陥検出を行ったが、表面の一部分に照射しても構わない。この場合、一部分のみの画像処理で済むため、予め設定された所定領域における欠陥を迅速に検出することができる。
【００２７】
（３）上記各実施形態では、シリコンウェハＷを検査対象の基板としたが、他の基板を検査対象としても構わない。例えば、ガラスで形成された液晶基板の表面における欠陥を検出してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）請求項１記載の欠陥検出方法および請求項２記載の欠陥検出装置によれば、欠陥検出方法および装置では、回折出力信号の式である上記関係式に基づいてパラメータを変え、取り込んだ複数のパターン像を合成した像情報に基づいて欠陥を検出するので、欠陥部分の光量と他の部分の光量との差が異なる複数のパターン像を画像処理することでレジストの厚さむらや下地の高さむらによる回折画像のむらに影響されない欠陥検出を正確に行うことができる。
【００２９】
（２）請求項３記載の欠陥検出装置によれば、照明光が白色光とされ、可変機構は、基板を支持するとともに照明光に対する基板の傾きを調整可能な支持手段を備えているので、支持手段で基板の傾きを変えるだけで、上記関係式を満たす入射角および反射角を同時に変更することができ、より簡便な装置によって容易に欠陥検出を行うことができる。
【００３０】
（３）請求項４記載の欠陥検出装置によれば、撮像手段により基板表面の少なくとも一部の反射率に応じた画像信号を生成し、条件変更手段により撮像手段が生成する画像信号の生成条件を任意に変更して生成した複数の画像信号を合成した画像信号に基づいて、基板表面の少なくとも一部において、欠陥部分から得られる画像信号と他の部分からの画像信号との強度差が異なる複数の画像信号が得られることとなり、これらを比較することでレジスト厚や下地層高さによる光量変化に影響されずに欠陥検出が可能となる。
【００３１】
（４）請求項５記載の欠陥検出装置によれば、請求項４記載の欠陥検出装置において、生成条件が、上記関係式を満たすように少なくとも２以上のパラメータを相互に変更して決定されるので、回折出力信号の式に基づく回折光の光量変化の画像信号を複数得ることができ、画像処理によって欠陥部分の受光量変化を明確にして容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る欠陥検出装置の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】  本発明に係る欠陥検出装置の第１実施形態におけるシリコンウェハ上のレジストパターンを示す断面図およびそのウェハ断面位置に対する回折光の受光量を示すグラフ図である。
【図３】  本発明に係る欠陥検出装置の第２実施形態を示す全体構成図である。
【図４】  本発明に係る欠陥検出装置の従来例におけるシリコンウェハ上の厚さが一定で欠陥の無いレジストパターンを示す断面図およびそのウェハ断面位置に対する回折光の受光量を示すグラフ図である。
【図５】  本発明に係る欠陥検出装置の従来例におけるシリコンウェハ上の厚さが一定で欠陥の有るレジストパターンを示す断面図およびそのウェハ断面位置に対する回折光の受光量を示すグラフ図である。
【図６】  本発明に係る欠陥検出装置の従来例におけるシリコンウェハ上の厚さが一定でなく欠陥の無いレジストパターンを示す断面図およびそのウェハ断面位置に対する回折光の受光量を示すグラフ図である。
【図７】  本発明に係る欠陥検出装置の従来例におけるシリコンウェハ上の厚さが一定でなく欠陥の有るレジストパターンを示す断面図およびそのウェハ断面位置に対する回折光の受光量を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１  発光側駆動系（可変機構、条件変更手段）
２  発光部（入射手段、照明手段）
３  受光側駆動系（可変機構、条件変更手段）
４  受光部（受光手段）
４ｃ  ＣＣＤカメラ（撮像手段）
５  画像処理部（検出手段、画像処理手段）
Ｗ  シリコンウェハ（基板）
【図１】
0004470239.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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