(57)【要約】【課題】本発明は、非破壊的な欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法に関する。【解決手段】本発明は、検査対象である試料が取り付けられ、前記試料に偏光を照射する試料照射部と、前記試料に偏光を照射した後、試料から出力される偏光を検出するための受光部と、前記受光部から検出されたそれぞれのデータを処理及び保存するための制御部Ｃと、を含むことを特徴とする非破壊的な欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法を提供する。【選択図】図１
2013134247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である試料が取り付けられ、前記試料に偏光を照射する試料照射部と、
前記試料から出力される偏光を検出するための受光部と、
前記受光部から検出されたそれぞれのデータを処理及び保存するための制御部と、を含むことを特徴とする非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項２】
前記受光部は、
前記試料から偏光を受光するレンズと、
前記レンズから入射される入射偏光を四つの経路に分岐するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから四つの経路に分岐されたそれぞれの偏光を検出する複数個の偏光検出部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項３】
前記偏光検出部は、
分岐されて入射される前記偏光の相違する偏光成分を検出する複数個の線形偏光器と、１／４波長板と、ＣＣＤ撮像装置とを含むことを特徴とする請求項２に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項４】
複数個の前記偏光検出部のうち少なくとも一つの前記偏光検出部は、右環形偏光成分を検出するために、１／４波長板が設けられることを特徴とする請求項２に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項５】
前記ビームスプリッタは、
前記入射偏光の偏光性質を変化させない非偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項６】
前記試料照射部は、
前記試料が取り付けられる試料取り付け部と、
前記試料取り付け部の試料に偏光を照射する光源部と、
前記試料に照射される光源を線形または環形に偏光させるための線形偏光器と、
前記線形偏光器と前記試料取り付け部との間に配置される１／４波長板と、
線形または環形に偏光された偏光を平行光線に変化させるコリメータと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項７】
前記光源部は、
ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ、ＦＡＲ−ＩＲ、またはＴＨｚ領域帯の光源のうち何れか一つの光源からなることを特徴とする請求項６に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項８】
前記検査対象は、
半導体またはウェハのうち何れか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の非破壊的な欠陥検査装置。
【請求項９】
（ａ）光源から照射された光が偏光に変換されて試料取り付け部に位置した検査対象である半導体またはウェハに照射される段階と、
（ｂ）前記検査対象から検出された偏光が受光部に配置されたレンズを通過して前記受光部を構成するビームスプリッタの内部に入射する段階と、
（ｃ）前記ビームスプリッタの内部で四方向に分岐された前記入射偏光を前記受光部を構成する第１〜第４偏光検出部で検出する段階と、
（ｄ）前記第１〜第４偏光検出部で検出したデータを制御部で保存及びイメージ処理する段階と、を含むことを特徴とする非破壊的な欠陥検査方法。
【請求項１０】
（ｄ）段階の後、前記制御部は、
前記検査対象の欠陥偏光度及び扁平度をストークスパラメータを用いて計算するために、前記検査対象から検出された偏光に対する相違する線形偏光成分Ｉ０、Ｉ４５、Ｉ９０、Ｉｒｃを計算する段階と、
それぞれの前記ストークスパラメータを用いて偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を計算する段階と、
計算された前記偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を用いて前記検査対象の欠陥有無を判断する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の非破壊的な欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊的な欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の表面や内部に欠陥が発生すると、半導体の電気的特性が低下するが、近年、半導体集積技術の発達により高密度パターンの回路構成が可能となっており、製品の性能低下を防止するために、異物、反り、スクラッチなどの表面欠陥だけでなく、内部の微細な欠陥に対する非破壊的な精密検査の重要性が高まっている。
【０００３】
従来の非破壊的な検査方法としては、半導体の電気的特性を検査する方式が用いられているが、電気的な性能低下の有無による欠陥有無を検出することはできる反面、欠陥部位を精密に検出することはできない問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために導き出されたものであって、本発明は、半導体の表面または内部の欠陥を検査するために偏光を用いて偏光度及び扁平度などに基づき、高分解能を備えた非破壊的な欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、非破壊的な欠陥検査装置に関し、検査対象である試料が取り付けられ、前記試料に偏光を照射する試料照射部と、前記試料から出力される偏光を検出するための受光部と、前記受光部から検出されたそれぞれのデータを処理及び保存するための制御部と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
また、前記受光部は、前記試料から偏光を受光するレンズと、前記レンズから入射される入射偏光を四つの経路に分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリッタから四つの経路に分岐されたそれぞれの偏光を検出する複数個の偏光検出部と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
また、前記偏光検出部は、分岐されて入射される前記偏光の相違する偏光成分を検出する複数個の線形偏光器と、１／４波長板と、ＣＣＤ撮像装置とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、複数個の前記偏光検出部のうち少なくとも一つの前記偏光検出部は、右環形偏光成分を検出するために、１／４波長板が設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、前記ビームスプリッタは、前記入射偏光の偏光性質を変化させない非偏光ビームスプリッタであることを特徴とする。
【００１０】
また、前記試料照射部は、前記試料が取り付けられる試料取り付け部と、前記試料取り付け部の試料に偏光を照射する光源部と、前記試料に照射される光源を線形または環形に偏光させるための線形偏光器と、前記線形偏光器と前記試料取り付け部との間に配置される１／４波長板と、線形または環形に偏光された偏光を平行光線に変化させるコリメータと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記光源部は、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ、ＦＡＲ−ＩＲ、またはＴＨｚ領域帯の光源のうち何れか一つの光源からなることを特徴とする。
【００１２】
また、前記検査対象は、半導体またはウェハのうち何れか一つからなることを特徴とする。
【００１３】
そして、本発明の実施例による非破壊的な欠陥検査装置を用いた非破壊的な欠陥検査方法は、（ａ）光源から照射された光が偏光に変換されて試料取り付け部に位置した検査対象である半導体またはウェハに照射される段階と、（ｂ）前記検査対象から検出された偏光が受光部に配置されたレンズを通過して前記受光部を構成するビームスプリッタの内部に入射する段階と、（ｃ）前記ビームスプリッタの内部で四方向に分岐された前記入射偏光を前記受光部を構成する第１〜第４偏光検出部で検出する段階と、（ｄ）前記第１〜第４偏光検出部で検出したデータを制御部で保存及びイメージ処理する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、（ｄ）段階の後、前記制御部は、前記検査対象の欠陥偏光度及び扁平度をストークスパラメータを用いて計算するために、前記検査対象から検出された偏光に対する相違する線形偏光成分Ｉ０、Ｉ４５、Ｉ９０、Ｉｒｃを計算する段階と、それぞれの前記ストークスパラメータを用いて偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を計算する段階と、計算された前記偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を用いて前記検査対象の欠陥有無を判断する段階と、をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施例によると、半導体及びウェハ（Ｗａｆｅｒ）の表面または内部欠陥の検出感度を高める効果がある。
また、半導体及びウェハの表面または内部で発生する様々な欠陥を分類する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による非破壊的な欠陥検査装置の概略的な構成図である。
【図２】本発明の実施例による検査対象である半導体から反射あるいは透過された偏光から検出された偏光角０°成分を有した偏光強度Ｉ０と、４５°成分の偏光強度Ｉ４５と、９０°成分の偏光強度Ｉ９０と、右環形偏光成分を有した偏光強度Ｉｒｃとを有する２−Ｄ像系列（Ｒａｗ  ｄａｔａ）である。
【図３】本発明の実施例による前記の偏光強度を用いて得られたストークスパラメータに基づく、検査対象である半導体の線形偏光度（ＤＯＬＰ）である。
【図４】本発明の実施例による前記の偏光強度を用いて得られたストークスパラメータに基づく、検査対象である半導体の環形偏光度（ＤＯＣＰ）である。
【図５】本発明の実施例による前記の偏光強度を用いて得られたストークスパラメータに基づく、検査対象である半導体の扁平度（Ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面と以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するために用いられることができるが、前記構成要素は前記用語によって限定されてはならない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するためにのみ用いられる。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【００１８】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例による非破壊的な欠陥検査装置の概略的な構成図である。図示されたように、前記非破壊的な欠陥検査装置は、試料照射部１００、受光部２００、及び制御部Ｃを含む。
【００１９】
より具体的に、前記試料照射部１００は、検査しようとする検査対象である半導体試料が取り付けられる試料取り付け部１１０、光源部１２０、線形偏光部１３０、１／４波長板１４０、及びコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）１５０で構成される。
【００２０】
また、本発明の実施例による半導体試料としては、半導体ウェハ（Ｗａｆｅｒ）を用いた。
【００２１】
前記光源部１２０は、図示されたように、試料であるウェハに光を照射する。また、前記光源部１２０は、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ、ＦＡＲ−ＩＲ、またはＴＨｚ領域帯の光源のうち何れか一つの光源からなることが好ましい。
【００２２】
また、前記線形偏光部１３０は、前記光源部１２０から照射される光源を線形偏光または環形偏光に偏光させるためのものであって、前記光源部１２０の上部に配置される。
また、前記１／４波長板１４０は、前記線形偏光部１３０と試料取り付け部１１０との間に配置され、光源から出力される光が環形偏光になるようにする。
また、前記コリメータ１５０は、線形偏光または環形偏光に偏光され、前記ウェハ（Ｗａｆｅｒ）に入射される前記偏光を平行光線に変化させるためのものであって、前記線形偏光部１３０と試料取り付け部１１０との間または前記１／４波長板１４０と試料取り付け部１１０との間に配置される。
【００２３】
図１に図示されたように、前記受光部２００は、半導体及びウェハの表面あるいは内部からの偏光を検出するものであって、検査対象である前記ウェハの表面または内部に欠陥がない正常状態の場合、前記ウェハから検出される偏光の偏光性質は入射偏光の性質と相違しないが、ウェハの表面または内部に欠陥がある場合、前記ウェハから検出される偏光の偏光性質は変化し、前記受光部２００で変化された偏光性質を検出する。
【００２４】
即ち、検査対象である半導体及びウェハの表面または内部に発生した欠陥の種類に応じて試料に入射された偏光性質の変化程度が相違するだけでなく、新たな偏光成分が現われる。例えば、線形偏光を入射した場合、試料に照射された後、環形及び楕円の偏光成分が現われる。
【００２５】
また、前記受光部２００は、前記試料、より具体的には、検査対象である前記ウェハの表面または内部から検出される偏光を受光するレンズ２１０と、ビームスプリッタ（Ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）２２０及び偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄで構成される。
【００２６】
また、前記ビームスプリッタ２２０は、前記レンズ２１０からの前記偏光を本発明の実施例によって四つの経路に分岐させるものであって、前記入射偏光の偏光性質を変化させない非偏光ビームスプリッタであることが好ましい。
【００２７】
また、前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄは、前記ビームスプリッタ２２０を用いて入射された偏光を四つの相違する経路に分岐させた後、相違する四つの偏光成分を前記の偏光から検出するためのものであって、前記偏光は、本発明の実施例によって四つの経路に分岐されるため、四つの偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄで構成されることが好ましい。
【００２８】
前記四つの偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄは、ストークスパラメータを構成するための最小の構成要素で決定される。
【００２９】
より具体的に、前記偏光検出部２３０ａは、前記ビームスプリッタからそれぞれの経路に分岐された前記入射偏光を検出するために、線形偏光器２３１、１／４波長板及びＣＣＤ撮像装置２３２を含む。
【００３０】
前記線形偏光器２３１は、前記ビームスプリッタ２２０によって分岐され、前記偏光検出部２３０ａの内部に入射される前記入射偏光の偏光成分のうち線形偏光器２３１で決定される偏光成分を検出するためのものである。
【００３１】
また、前記ＣＣＤ撮像装置２３２は、前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄを通過した前記入射偏光の偏光成分のうち前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄで決定された偏光成分を検出及び撮像するためのものである。
【００３２】
また、四つの前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄのうち少なくとも一つの偏光検出部２３０ｂは、前記入射偏光の右環形偏光成分を検出するために、１／４波長板をさらに備える。
【００３３】
より具体的に、本発明の実施例によって右環形偏光成分を検出するために、前記偏光検出部２３０ｂにおける線形偏光部２３１とＣＣＤ撮像装置２３２との間に１／４波長板２３３ｂが設けられる。
【００３４】
これにより、前記偏光検出部２３０ｂを構成する前記線形偏光器２３１と、前記１／４波長板２３３との間で、時計回りに４５°の位相差が発生して、右環形偏光成分のみを検出することができる。
【００３５】
即ち、本発明は、検査対象である前記ウェハから検出された前記入射偏光が前記ビームスプリッタ２２０を通過すると、四つの前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄから前記入射偏光の０°、４５°、９０°、及び右環形の偏光成分を検出する。
【００３６】
より具体的に、本発明の実施例によって前記１／４波長板２３３ｂが設けられた前記偏光検出部２３０ｂで前記入射偏光の右環形偏光成分を検出し、他の前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｃ、２３０ｄでは前記入射偏光の０°、４５°、９０°の成分を検出する。
これによって、本発明の実施例による前記非破壊的な欠陥検査装置を用いて、高集積化されて微細な構造からなる半導体をパターニングするシリコンウェハのような試料の欠陥を検出することができる。
【００３７】
前記制御部Ｃは、前記受光部２００から検出されたそれぞれのデータを処理及び保存するためのものである。
【００３８】
より具体的に、前記制御部Ｃを構成するソフトウェアアルゴリズムは、それぞれの前記偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄから前記入射偏光の線形偏光角０°、４５°、９０°の偏光成分、及び右環形の偏光成分を前記ＣＣＤ撮像装置２３２を用いて撮像する過程で、前記ＣＣＤ撮像装置２３２で撮像されたそれぞれのイメージができるだけ同じ相を有するようにＣＣＤ撮像装置２３２を位置させなければならない。
【００３９】
その後、前記ＣＣＤ撮像装置２３２によって撮像されたイメージがより正確に同じイメージ相を有するようにするために、イメージプロセッシング法である映像整合（ｉｍａｇｅ  ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）を行う。
【００４０】
より具体的に、本発明の実施例で用いた映像整合方法では、撮像されたイメージ自体は変化しないが、線形移動、回転及びスケーリングによって変換されたイメージ相を同一にする線形変換法（Ｌｉｎｅａｒ  ｃｏｎｆｏｒｍａｌ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を使用する。
【００４１】
これによって、映像整合を用いてそれぞれのイメージを整合した後、撮像されたイメージのそれぞれの同一のピクセルでの前記線形偏光角０°成分の偏光強度Ｉ０、４５°成分の偏光強度Ｉ４５、９０°成分の偏光強度Ｉ９０、及び右環形偏光成分の偏光強度Ｉｒｃを計算する。
【００４２】
求められた各ピクセルでの前記の四つの相違する偏光強度は、ストークスパラメータ（Ｓｔｏｋｅｓ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ）を求めるために用いられ、その定義は下記のとおりである。
【００４３】
Ｉ＝ＩO＋Ｉ９０、Ｑ＝Ｉo＋Ｉ９０、Ｕ＝Ｉ４５−Ｉ−４５、Ｖ＝Ｉｒｃ−Ｉｌｃ
【００４４】
また、測定された前記偏光強度Ｉo、Ｉ４５、Ｉ９０、Ｉｌｃ、直接測定していない−４５°の偏光強度Ｉ−４５、及び左環形偏光強度Ｉｌｃを下記のような方法で求めることができる。
【００４５】
即ち、Ｉ＝ＩO＋Ｉ９０＝Ｉ４５−Ｉ−４５＝Ｉｒｃ＋Ｉｌｃであるため、Ｉ−４５＝２Ｉ４５−Ｉ、Ｉｌｃ＝２Ｉｒｃ−Ｉである。
【００４６】
前記計算された前記ストークスパラメータＩ、Ｑ、Ｕ、Ｖを用いて線形偏光度、環形偏光度及び扁平度を求める。
【００４７】
本発明の実施例で求めようとする偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ＤＯＰ）、線形偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｌｉｎｅａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ＤＯＬＰ）、環形偏光度（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ＤＯＣＰ）、及び扁平度（Ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ）を求める数式は下記のとおりである。
【００４８】
【数１】
2013134247.tif 000003
【００４９】
【数２】
2013134247.tif 000004
【００５０】
【数３】
2013134247.tif 000005
【００５１】
【数４】
2013134247.tif 000006
【００５２】
図２は、本発明の実施例による検査対象である半導体から反射あるいは透過された偏光から検出された偏光角０°成分を有した偏光強度Ｉ０、４５°成分の偏光強度Ｉ４５、９０°成分の偏光強度Ｉ９０、及び右環形偏光成分を有した偏光強度Ｉｒｃを有する２−Ｄ像系列（Ｒａｗ  ｄａｔａ）であり、図３は、線形偏光度（ＤＯＬＰ）であり、図４は、環形偏光度（ＤＯＣＰ）であり、図５は、扁平度（Ｅｌｌｉｐｔｉｃｉｔｙ）である。
【００５３】
これにより、従来には、偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を求めるために、前記入射偏光のストークスパラメータを求める際に６個の相違する偏光成分を別々に計算したため、誤差が発生し、長い時間がかかった。
【００５４】
しかし、本発明の実施例によると、リアルタイムで前記偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を誤差なしに同時に求めることができる。
【００５５】
本発明の実施例による前記非破壊的な欠陥検査装置を用いた半導体欠陥の検査方法は、下記のとおりである。
【００５６】
先ず、前記光源１２０からの光が前記偏光部（線形偏光器１３０、あるいは線形偏光器１３０と１／４波長板１４０）を通過して線形偏光あるいは環形偏光になり、平行光線に変化させるために、コリメータ１５０を通過して前記試料取り付け部１１０に位置した検査対象であるウェハを照射する。
【００５７】
その後、前記ウェハから検出された偏光が受光部に配置されたレンズ２１０を通過して、前記受光部２００を構成する前記ビームスプリッタ２２０に入射する。
【００５８】
その後、前記入射偏光が前記ビームスプリッタ２２０の内部で四方向に分岐され、分岐された前記入射偏光の偏光成分のうち前記受光部２００を構成する第１〜第４偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄで定義されたストークスパラメータを求めるために必要な特定の偏光成分をそれぞれ検出する。
【００５９】
その後、前記第１〜第４偏光検出部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄで検出したデータを前記制御部Ｃで保存及びイメージ処理をした後、検査対象である前記半導体の入射偏光に対するストークスパラメータＩ、Ｑ、Ｕ、Ｖを求める。
【００６０】
その後、それぞれの前記ストークスパラメータを用いて偏光度、線形偏光度、環形偏光度、及び扁平度を求め、これによって前記ウェハの欠陥有無を判断する。
【００６１】
以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による非破壊的な欠陥検査装置及びこれを用いた欠陥検査方法はこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【００６２】
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。
【符号の説明】
【００６３】
１００  試料照射部
１１０  試料取り付け部
１２０  光源
１３０  線形偏光部
１４０  １／４波長板
１５０コリメータ
Ｃ  制御部
２００  受光部
２１０  レンズ
２２０  ビームスプリッタ
２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ  偏光検出部
【図１】
2013134247.tif 000007
【図２】
2013134247.tif 000008
【図３】
2013134247.tif 000009
【図４】
2013134247.tif 000010
【図５】
2013134247.tif 000011