(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象である媒質層が形成されたウェーハの表面に光を所定角度で入射させる光源を備える光学システムと、
前記ウェーハの表面で所定角度に反射された光をｐ偏光波とｓ偏光波とに分離する偏光素子と、前記ｐ偏光波を受光して電気的強度信号を得る偏光検出器と、を備える信号検出システムと、
前記光源からの光が走査する前記ウェーハの表面から反射される前記ｐ偏光波の反射度の変化量に対する前記電気的強度信号によって前記ウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する信号分析システムと、
前記光学システムから前記ウェーハに至る光路上に設けられ、前記光源からの光が前記ウェーハの表面に入射される角度を調整するグレージング光学システムと、を備え、
前記グレージング光学システムは、相互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記二つのミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から光を入射させ、前記二つのミラーのいずれか一つは最終的に入射した光を前記ウェーハの表面に反射することを特徴とするマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項２】
前記グレージング光学システムは、前記光源から入射した光を前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から入射させる第３ミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項３】
前記第３ミラーは姿勢を調整可能に設けられ、前記第３ミラーに入射した光の反射方向の調節により前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させる光の入射角を調整するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項４】
前記第３ミラーは光集束機能を有し、前記第３ミラーに入射した光の発散を補償して前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項５】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項６】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項７】
検査対象であるウェーハがローディングされるステージと、
前記ウェーハを前記ステージに対してローディング／アンローディングするウェーハハンドラと、
検査対象である媒質層が形成された前記ウェーハの表面に光を所定角度で入射させる光源を備える光学システムと、
前記ウェーハの表面で所定角で反射した光をｐ偏光波とｓ偏光波とに分離する偏光素子と、前記ｐ偏光波を受光して電気的強度信号を得る偏光検出器と、を備える信号検出システムと、
前記光源からの光が走査する前記ウェーハの表面から反射される前記ｐ偏光波の反射度の変化量に対する前記電気的強度信号によって前記ウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する信号分析システムと、
前記システムにより所望の信号を得るために関連した測定項目を制御する測定制御システムと、
前記システムを制御するプロセッサーと、
前記光学システムから前記ウェーハに至る光路上に設けられ、前記光源からの光が前記ウェーハの表面に入射される角度を調整するグレージング光学システムとを備え、
前記グレージング光学システムは、相互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記二つのミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から光を入射させ、前記二つのミラーのいずれか一つは最終的に入射した光を前記ウェーハの表面に反射させることを特徴とするマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項８】
前記グレージング光学システムは、前記光源から入射した光を前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から入射させる第３ミラーを備えることを特徴とする請求項７に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項９】
前記第３ミラーは、姿勢を調整可能に設けられ、前記第３ミラーに入射した光の反射方向の調節により前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させる光の入射角を調整するようになっていることを特徴とする請求項８に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項１０】
前記第３ミラーは光集束機能を有し、前記第３ミラーに入射した光の発散を補償して前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させるようになっていることを特徴とする請求項８に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項１１】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【請求項１２】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロスクラッチ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマイクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子製造工程中、ＣＭＰ(Ｃhｅｍｉｃａｌａｎｄ  Ｍｅｃhｅｍｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ)工程はウェーハをポリウレタンパッド上でスラリー(Ｓｌｕｒｒｙ)をばらまきながら研磨を進めるＧＰ(Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ)工程である。スラリーには無数なシリカ粒子が研磨剤として含まれている。シリカ粒子中に平均大きさをはるかに越える１μｍ以上の大きい粒子が存在するが、この粒子が研磨過程中ウェーハに非正常的なストレスを加える。ウェーハの非正常的なストレスを受けた部分は自発的にストレスを解く(Ｒｅｌｉｅｆ)ために裂け目(Ｆｒａｃｔｕｒｅ)を引き起こす。
【０００３】
図１は、スクラッチが生じたウェーハの表面拡大図であり、図２は、スクラッチが生じたウェーハの断面図である。
図１に示されたように眉毛模様のスクラッチが形成されている。一般に示されるスクラッチの幅は０．３〜３．０μｍ、長さは３〜３０μｍ、そしてその深さは２００〜２０００Å程度である。ウェーハの表面に生じたマイクロスクラッチはＣＭＰ工程直後観察することは難しいがエッチング過程を経ながら物理的に脆弱な裂け目がほかの部分に比べて多くエッチングされることによりスクラッチが大きく拡大されるようになりしたがって容易に観察することができる。
【０００４】
スラリー中に大きいシリカ粒子は約０．１％以下のみ存在しても、マイクロスクラッチが多量発生されることと知られている。しかし、スラリー中に含まれた大きい大きさのシリカ粒子の除去が難しくて、その量も測定するのがむずかしい。
【０００５】
ＣＭＰ工程に用いられる研磨パッドは多孔性ポリウレタンで製造され、やはりウェーハにマイクロスクラッチを発生させる。研磨パッドの表面に存在する気孔により研磨パッドの表面は数μｍの粗度を有している。スラリーが供給された研磨パッドのデコボコするように荒い部分(ａｓｐｅｒｉｔｙ）の谷にスラリーが溜まっているようになる。この状態で研磨が始まれば、ウェーハにより研磨パッドの荒い部分に圧力が加わりながら研磨が行なわれる。したがって、研磨はウェーハ表面と荒い部分の谷に存在する一部のスラリーとにより行なわれる。この過程で研磨パッドの荒い部分の谷に存在するスラリー中の大きいシリカ粒子によりウェーハの表面にスクラッチが生じる。
【０００６】
このようにＣＭＰ工程中生じるスクラッチを検査する従来方法には単色のレーザ光をウェーハ表面に照射して散乱された光を通してスクラッチの大きさなどを検査する方法、いわゆるダイ・ツ・ダイ(ｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ)信号処理方式によりダイから散乱される光によりスクラッチを検出する方法、白色光を光源に利用して高配率の画像イメージを得て画素間信号差によりスクラッチを検出する方法などがある。
このような従来ウェーハ上のスクラッチまたは欠陥を検出する方法はマイクロスクラッチの認識率が落ち、また誤認識する場合が生じる等、マイクロスクラッチを効果的に検出できなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はウェーハ上のスクラッチなどの欠陥を効果的に検出できるマイクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装置を提供することにその第一目的がある。
本発明はウェーハ上の欠陥の認識率が高くて速かに判断できるマイクロスクラッチ検査方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装置を提供することにその目的がある。
【０００８】
【課題の解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明によるマイクロスクラッチ検査装置は、検査対象である媒質層が形成されたウェーハの表面に光を所定角度で入射させる光源を備える光学システムと、前記ウェーハの表面で所定角度に反射された光をｐ偏光波とｓ偏光波とに分離する偏光素子と、前記ｐ偏光波を受光して電気的強度信号を得る偏光検出器と、を備える信号検出システムと、前記光源からの光が走査する前記ウェーハの表面から反射される前記ｐ偏光波の反射度の変化量に対する前記電気的強度信号によって前記ウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する信号分析システムと、前記光学システムから前記ウェーハに至る光路上に設けられ、前記光源からの光が前記ウェーハの表面に入射される角度を調整するグレージング光学システムと、を備え、前記グレージング光学システムは、相互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記二つのミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から光を入射させ、前記二つのミラーのいずれか一つは最終的に入射した光を前記ウェーハの表面に反射する。
【００１６】
前記グレージング光学システムは、前記光源から入射した光を前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から入射させる第３ミラーを備えることが望ましい。
また、前記第３ミラーは姿勢を調整可能に設けられ、前記第３ミラーに入射した光の反射方向の調節により前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させる光の入射角を調整するようになっていることが望ましい。
更に、前記第３ミラーは光集束機能を有し、前記第３ミラーに入射した光の発散を補償して前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させるようになっていることが望ましい。
【００１７】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることが望ましい。
また、前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることが望ましい。
【００１９】
前記目的を達成するために本発明によるマイクロスクラッチ検査装置の他の類型は、検査対象であるウェーハがローディングされるステージと、前記ウェーハを前記ステージに対してローディング／アンローディングするウェーハハンドラと、検査対象である媒質層が形成された前記ウェーハの表面に光を所定角度で入射させる光源を備える光学システムと、前記ウェーハの表面で所定角で反射した光をｐ偏光波とｓ偏光波とに分離する偏光素子と、前記ｐ偏光波を受光して電気的強度信号を得る偏光検出器と、を備える信号検出システムと、前記光源からの光が走査する前記ウェーハの表面から反射される前記ｐ偏光波の反射度の変化量に対する前記電気的強度信号によって前記ウェーハの表面に形成された欠陥の有無を判別する信号分析システムと、前記システムにより所望の信号を得るために関連した測定項目を制御する測定制御システムと、前記システムを制御するプロセッサーと、前記光学システムから前記ウェーハに至る光路上に設けられ、前記光源からの光が前記ウェーハの表面に入射される角度を調整するグレージング光学システムとを備え、前記グレージング光学システムは、相互に平行で前記ウェーハの平面に対して垂直である第１ミラー及び第２ミラーを有し、前記光源は前記二つのミラーのいずれか一つのミラーに所定角度で傾斜した方向から光を入射させ、前記二つのミラーのいずれか一つは最終的に入射した光を前記ウェーハの表面に反射させる。
【００２０】
前記グレージング光学システムは、前記光源から入射した光を前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つのミラーに所定角度傾斜した方向から入射させる第３ミラーを備えることが望ましい。
また、前記第３ミラーは、姿勢を調整可能に設けられ、第３ミラーに入射した光の反射方向の調節により前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させる光の入射角を調整するようになっていることが望ましい。
更に、前記第３ミラーは光集束機能を有し、前記第３ミラーに入射した光の発散を補償して前記第１ミラー及び前記第２ミラーのいずれか一つに入射させるようになっていることが望ましい。
【００２１】
前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることが望ましい。
また、前記グレージング光学システムの前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間に第４ミラーが設けられ、前記光源から前記第１ミラー及び前記第４ミラーを経て前記ウェーハに至る光路と、前記ウェーハから前記第２ミラー及び前記第４ミラーを経て前記信号検出システムに至る光路とが空間的に独立して形成されていることが望ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照しながら、本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。
図３は、本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第１実施例の基本的な構成を示す概略図である。
【００２３】
検査対象がウェーハをステージ２に及びその反対に移動させるウェーハハンドラ１、前記ステージ２に位置したウェーハに光を照射し、これから反射された光を検出する光学システム３、光学システム３からの光を電気的信号で検出する信号検出システム４、前記信号検出システム４からの電気的信号により前記ウェーハの表面にスクラッチ発生有無を判断する信号分析システム８、前記光学システム３から所望するシグナルを得るために利用されるいろんな測定に関連した項目を制御する測定制御システム６及び前記各装置を全体的に制御するコンピュータのようなプロセッサー７を備える。
【００２４】
前記光学システム３に含まれる照明手段は深い紫外線(Ｄｅｅｐ  ＵＶ)領域から赤外線領域に至る波長を含む光を生じる。照明手段の光にしたがって信号検出システム４と信号分析システム８との細部構成装置は適切に変更される。
【００２５】
図４は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第１実施例で、前記光学システム３と信号検出システム４との関係を図式的に示す。
【００２６】
図４を参照すると、光学システム３から白色または単色または所定色相帯域の光が検査対象であるウェーハ１００の表面に所定の入射角θｉで入射され、ウェーハ１００から反射された光は光学的信号検出装置４に入射される。
【００２７】
前記信号検出システム４は、前記ウェーハ１００からなるべく反射された光のみを受光する位置に用意されて散乱光は最小量受光されるようにする。また、ウェーハの表面から散乱された散乱光は全く前記信号検出システム４に入射されないようにすることが望ましい。このような光学システム３は前述したように光源を有し、前記信号検出システム４は入射された光を電気的信号に変換する光検出器を備える。
【００２８】
前記入射角θｉは、前記光学システム３からの光が大部分反射する範囲であり、ウェーハ表面の検査対象物質層の屈折率ｎと関係する。この時に、前記入射角θｉは０より大きくて９０度よりは小さい。
【００２９】
図５は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第２実施例における光検出装置４の光学的構成を示す。
図５を参照すると、光学システム３から出発してウェーハの表面から反射された光が光軸４４に対して所定角度傾斜するように配置された光検出システム４のビームスプリッター４１に入射して、Ｐ偏光はビームスプリッター４１を通過してＰ偏光検出器４２に入射して、Ｓ偏光はビームスプリッターで反射してＳ偏光検出器４３に入射する。
【００３０】
前記Ｐ偏光検出器４２とＳ偏光検出器４３と各々はフォトアレーディテクターまたはＣＣＤカメラが適用できる。
前記信号検出システム４により得られた電気的信号は、前記信号分析システム５に供給されて、信号分析システム５は、入力された電気的信号からウェーハ表面の特定部位にマイクロスクラッチが生じたのか否かに対して判断する。
【００３１】
（シミュレーション１）
このシミュレーションでは、下の条件によりウェーハ表面の媒質層に対する光の入射角の変化による反射度の変化が検討された。
このシミュレーションで光入射角θｉは、０度〜９０度の範囲内で変化させ、この時に用いられる光の波長は６３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ表面に形成される媒質層は屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキサイドを用いた。また信号検出システムは図５に示されたようにシステムに適用して反射光をｐ偏光波とｓ偏光波とに分離してこれを各々検出するようにした。
【００３２】
スネルの法則(ｓｎｅｌｌ’ｓ  ｌａｗ)により前記媒質に対する前記ｐ偏光波と反射度Ｒｓとｓ偏光波の反射度Ｒｐとは下の数学式１と２とにより定義される。
【数１】
0004059334.tif 000002
【数２】
0004059334.tif 000003
【００３３】
前記（数１）と（数２）とでθｎは媒質内における光の屈折角である。
以上のような条件によりシミュレーションを実行した結果、図６に示されたように、ｓ偏光とｐ偏光との反射度変化を示す結果を得た。
図６を参照すると、ｓ偏光は入射角θｉが増えるほど反射度が増加し、特に入射角θｉが７０度を越えた時に急激に増加する。そして、ｐ偏光の反射度は入射角θｉが６５度付近まで減少してからこれを過ぎた後急激に増える。ここでｐ偏光の反射度Ｒｐが最小になる角度は入射光大部分が媒質層内に透過するブルースター角である。
【００３４】
前記の結果を通して、入射角θｉが所定値以上、特にｐ波の場合ブルースター角より大きい角度、特に８５度以上を維持する場合媒質層に入射された光の大部分が反射されることによって、媒質表面のマイクロスクラッチなどの欠陥を検出する光として用いられることができることが分かる。すなわち、例えば入射角を８５度以上に維持する場合、信号検出システムに入射する光は媒質層の表面から反射されたものであるので、これの光量の変化によって欠陥の検出が可能になる。光量の変化は正常的な表面から反射された光が正常的に反射して信号検出システム４に入射して、マイクロスクラッチなどの欠陥により散乱された光はその一部が信号検出システム４に入射することによって示される。
【００３５】
（シミュレーション２）
このシミュレーションではウェーハ表面の媒質層下部に所定のパターンを有した下部層が用意された場合、入射角θｉの変化によって下部層パターンが反射度の変化におよぶ影響を検討して、これを通して媒質層の下部に所定のパターンを有した下部層が媒質層表面のマイクロスクラッチの検出におよぶ影響を検討した。
【００３６】
このシミュレーションで光入射角θｉは０度〜９０度の範囲内で変化されて、この時に用いられる光の波長は６３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ表面に形成される媒質層は１００００〜１３０００Åの厚さを有すると屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキサイドを用いた。前記媒質層下部のパターン層は厚さが３５０００Åであり、屈折率は１．３４０２に設定して、基板の屈折率は３．８８０６に設定した。
【００３７】
以上のような条件に従うシミュレーションにより図７〜図９のような結果を得た。
図７はｐ偏光波の反射度Ｒｐ変化を示し、図８はｓ偏光波の反射度Ｒｓ変化を示す。図７と図８とで寄与度は下部パターン層を考慮した時の反射度に対する媒質層の反射度比率を示し、寄与度が大きいということは下部パターン層の変化が媒質層の反射度に影響を小さく与えるということを意味する。
【００３８】
図７に示されたように、下部パターンが考慮されたｐ偏光波の反射度は０度から５０度へ行きながら次第に縮まり、それ以上で示されなく、媒質層の表面反射度は０度から５０度へ行きながら次第に縮まり、反面、それ以上に高まると次第に高まり、特に８０度から急激に増える。また寄与度はブルースター角付近で大きく低下されて、７０度以上でほとんど１００％に至る。
【００３９】
図８に示されたように、入射角θｉが大きくなるほど寄与度も一緒に増え、８０度以上で寄与度が９０％以上に示される。
図９は下部パターン層が考慮された状態で、ｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を示す。図９に示されたように、反射度比率Ｒｐ／Ｒｓは入射角θｉが大きくなりながら寄与度も一緒に減少してから５０度以上から急激に増える。
【００４０】
以上のようなシミュレーション２によると、ｓ偏光の反射度Ｒｓ、ｐ偏光の反射度Ｒｐ、ｓ偏光の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率Ｒｐ／Ｒｓ中、ｐ偏光の反射度の寄与度が相対的に安定的であり広範囲で高く示されることが分かる。これはｐ偏光を媒質層のマイクロスクラッチの検出に用いることが有利であることを示す。
【００４１】
（シミュレーション３）
本シミュレーションではウェーハ表面の媒質層下部に所定のパターンを有した下部層が用意された場合、下部パターン層のパターン変化と入射角θｉの変化とによる媒質層の表面反射度のＳ／Ｎ比(ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ)を検討した。
【００４２】
このシミュレーションで光入射角θｉは、０度〜９０度の範囲内で変化されて、この時に用いられる光の波長は６３２．８ｎｍである。そして、ウェーハ表面に形成される媒質層は１００００〜１３０００Åの厚さを有して屈折率ｎが１．４６２であるシリコンオキサイドが適用された。前記媒質層下部のパターン層は厚さが３５０００Åであり、屈折率は１．３４０２に設定し、基板の屈折率は３．８８０６に設定した。そして反射度を測定することにおいて、媒質層の厚さを１００００Åから３０Åずつ１３０００Åまで増加させながら反射度を計算した。
【００４３】
ここでＳ／Ｎ比は、媒質層の厚さ変化による反射度変化量に対する反射度の平均値の比率を示す。
図１０を参照すると、ｐ偏光の反射度の変化量は入射角が７０度以上の時からその平均値より小さくなり、したがって、Ｓ／Ｎ比が急激に増加する。
図１１を参照すると、ｓ偏光の反射度の変化量は入射角が大きくなることによりＳ／Ｎ比が増加し、特に８５度以上の時からＳ／Ｎ比が３００％以上に示される。
【００４４】
図１２を参照すると、５０度〜６０度以上に入射角が大きくなりながらｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化が平均値に比べて非常に小さくなるようになり、したがって、Ｓ／Ｎ比も急激に減る。
【００４５】
以上のようなシミュレーション３によると、ｓ偏光の反射度Ｒｓ、ｐ偏光の反射度Ｒｐ、ｓ偏光の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率Ｒｐ／Ｒｓ中、ｐ偏光の反射度のＳ／Ｎ比が相対的に安定的であり広い範囲で高く示されることが分かる。これはやはりｐ偏光を媒質層のマイクロスクラッチの検出に用いることが有利であることを示す。
【００４６】
（シミュレーション４）
本シミュレーションでは入射角を変化させながら、ウェーハ表面の媒質層に形成されたマイクロスクラッチ部分での反射量変化を検討した。
このシミュレーションで入射角は４５．９度〜６４．２度の範囲内で変化させ、入射光の波長は６３２．８ｎｍである。光の走査は図１３に示されたようにウェーハ１００の媒質層に形成されたマイクロスクラッチ１０１を横切る方向に直線的に５μｍの間隔で、光スポットのサイズは５×１０μｍに設定した。
【００４７】
シグナル分析することにおいて、隣接した二スキャン部位から得られた反射度比率(Ｄａｔａ１、Ｄａｔａ２)から下に定義された式により信号を増幅させて補正値を得た。ここで、反射度比率はs偏光の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率を示す。
【数３】
0004059334.tif 000004
【００４８】
図１４を参照すると、入射角が増加することにより、マイクロスクラッチが生じた部位から信号の変化が現れ始まり、その変化幅も入射角が増加することにより次第に増加する。
これを通して、入射角が大きくなることによってウェーハの媒質層に存在するマイクロスクラッチによる反射比率（Ｒｐ／Ｒｓ）の変化が大きく示され、特に６４．２度より大きい入射角からマイクロスクラッチの検出感度が大幅に高まることが分かる。
【００４９】
（シミュレーション５）
本シミュレーションでは本発明のマイクロスクラッチ検査装置を利用してマイクロスクラッチが生じた地域を走査する場合実測値を検討した。
本シミュレーションでは入射角が６５.０７度に固定され、入射光の波長は６３２.８ｎｍ、走査間隔はｘ軸に５μｍ、ｙ軸に１０μｍに設定して図１５に示されたようにウェーハ１００の媒質層に形成されたマイクロスクラッチ１０１を横切る方向に走査し、媒質層に対するスポットの大きさは５×１０μｍに設定した。
【００５０】
ここで測定値は、ｓ偏光の反射度に対するｐ偏光の反射度の比率（Ｒｐ／Ｒｓ）でシグナル分析することにおいて、隣接した二スキャン部位から得られた反射度比率(Ｄａｔａ１、Ｄａｔａ２)から下に定義された式により信号を増幅させて補正値を得た。
【数４】
0004059334.tif 000005
【００５１】
図１６を参照すると、入射角が増加することにより、マイクロスクラッチが生じた部位から信号の変化Ｂが示され始め、その変化幅も入射角が増加することにより次第に増加する。図１６で低い入射角で示される反射度比率の急激な変化部分Ａは媒質層下部のパターン層の厚さ変化により示されることである。
【００５２】
図１７は前記のような装置によりウェーハ表面をスキャニングした結果をイメージ化したことであり、これを通して、入射角が大きくなることによりウェーハの媒質層に存在するマイクロスクラッチによる反射比率Ｒｐ／Ｒｓの変化が大きく現れ、特に６４．２度より大きい入射角からマイクロスクラッチの検出感度が大幅に高まることが分かる。
このような本発明の方法及びこれを使用するマイクロスクラッチ検査装置は結果的にウェーハに対する光の入射角を適切に維持させることによりウェーハ表面のマイクロスクラッチをモニターリングすることができることを示す。
【００５３】
以上の説明で、反射光をｓ偏光とｐ偏光とに分離してこれから信号を検出し、その結果ｐ偏光がマイクロスクラッチをモニターリングすることが望ましいことが示された。しかし、前述したようにｓ偏光、ｐ偏光のすべてが所定の入射角より高い角を維持した時、媒質層下部のパターン層からの反射光の干渉なしで媒質層の表面からの光により媒質層のマイクロスクラッチをモニターリングできた。したがって、ウェーハ表面のマイクロスクラッチをモニターリングすることにおいて、ｐ偏光が適合であり、しかし、ｓ偏光も使用が可能である。また、反射光を偏光に分離せず、そのまま信号検出システムから電気的信号で検出してこれを通してウェーハの表面に形成されたマイクロスクラッチをモニターリングすることができることはもちろんである。
【００５４】
前記のようにウェーハに対する入射角が大きいほどマイクロスクラッチをモニターリングすることに望ましいことと明らかになった。しかし、図４に示されたように、光学システム３から直接ウェーハ１００に光を照射する光学的構造においては入射角を大きくするのに限界がある。すなわち、入射角が大きくなるほど光学システム３がウェーハ１００の表面に近接しなければならないが、これは設計的に難しいだけでなくこれにより周辺装置の設計自由度が落ちる。したがって、光学システム３を十分にウェーハから遠く位置させながらもウェーハ１００に対する光の入射角を大きくなるようにする構造が必要である。
【００５５】
図１８は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第３実施例で、前記光学システム３と信号検出システム４との間にグレージング光学システム５が用意された構造を示す。
前記グレージング光学システム５は、光学システム３がウェーハ１００から十分な距離を維持した状態で、光学システム３からの光がウェーハ１００の表面に大きい入射角で入射させて、そしてウェーハ１００から反射された光を前記信号検出システム４に伝達する機能を有する。
【００５６】
図１８を参照すると、光学システム３と信号検出システム４との光進行経路上に光学システム３からの光を複数回反射させウェーハ１００の表面に進行させて、ウェーハ１００から反射された光を複数回反射させ信号検出システムに進行させるグレージング光学システム５が用意されている。
【００５７】
前記グレージング光学システム５は、相互平行した第１ミラー５１と第２ミラー５２とを備える。光学システム３からの光は最初第２ミラー５２から反射された後第１ミラーに進み、第１ミラー５１から反射された光は再び第２ミラー５２に進む。このような反復的な反射により光は第１ミラー５１と第２ミラー５２との間を外れてウェーハ１００上に焦点を結び、ウェーハ１００から反射された光は再び最初に第１ミラー５１に入射した後第２ミラーに反射される。ウェーハ１００から反射された光が前記のように第１ミラー５１と第２ミラー５２との間で繰り返して反射された後第１ミラー５１と第２ミラー５２との間を外れて信号検出システム４に進む。
【００５８】
以上のようなグレージング光学システム５は、光学システム３からウェーハ１０表面までの光学的距離を延ばし、光学システム３をウェーハ１００から十分な距離を維持させた状態でもウェーハ１００に対して光が大きい入射角で入射できるようにする。
図１９は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第４実施例で、前記光学システム３と信号検出システム４との間に用意されたグレージング光学システム５の他の応用例を示す。
【００５９】
本実施例においてはウェーハ１００に対する入射角の調節を可能にする第３ミラー５３がさらに具備される。図１９に示されたように光学システム３からの光がウェーハ１００に隣接した第１ミラー５１と第２ミラー５２との間に直接入射せず、第３ミラー５３を通して第２ミラー５２に入射する。このような構造においては光学システム３と信号検出システム３とが同じ方向に位置することができる。前記第３ミラー５３は位置固定されている場合もあり、前述したように光入射角の調節が可能に一点５３１を中心に回動自在に設けられて光学システム３から光の反射方向を変化させることができてしたがって、ウェーハ１００に対する光の入射角を変化させることができる。また、前記第３ミラー５３が回動自在に設けられることによって第３ミラー５３の姿勢を矯正できるようになる。
【００６０】
図２０は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第５実施例で、前記光学システム３と信号検出システム４との間に用意されたグレージング光学システム５のさらに他の応用例を示す。
【００６１】
図２０に示された類型のグレージング光学システム５は、光集束機能を有した第３ミラー５３ａを備える。光集束機能を有した第３ミラー５３ａは光学システム３からウェーハ１００表面まで延びた光学的距離による光の発散を補償するためのことであり、前記光学的距離に相応する集束力を有することによりウェーハ１００の表面に所望の大きさのスポットを形成することができる。
【００６２】
図２１〜図２３各々は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第６、７、８実施例で、前記光学システム３と信号検出システム４との間に用意されたグレージング光学システム５のさらに他の応用例を示す。
図２１〜図２３に示された実施例の共通点は、ウェーハ１００に隣接された第１ミラー５１と第２ミラー５２との間にウェーハ１００に入射する光経路とウェーハ１００から反射された光が進む経路とを区分するための第４ミラー５４が用意された構造を示す。
【００６３】
図２１に示された第６実施例のグレージング光学システム５は、図１８に示された第３実施例のグレージング光学システム５から応用された構造であり、図２２に示された第７実施例のグレージング光学システム５は図１９に示された第４実施例のグレージング光学システム５から応用された構造であり、そして、図２３に示された第８実施例のグレージング光学システム５は図２０に示された第５実施例のグレージング光学システム５から応用された構造を有する。
【００６４】
図２４は、本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第９実施例で、第３ミラーから前述した実施例のグレージング光学システム５から応用された構造を有する。
図２４を参照すると、ウェーハ１００に隣接したミラー中光３１が入射する側に位置した第１ミラー５１の上端部が上方に延長されて前記光３１がその上端部を透過するようになっている。したがって、光は第１ミラー５１に対して任意の入射角θ１で入射した後、第１ミラー５１の屈折率に相応する屈折角θ２で第１ミラー５１と第２ミラーまたは第４ミラー５４の間に進入する。したがって、第１ミラー５１と第２ミラーまたは第４ミラー５４の間に進入した光は屈折角θ２で複数回反射された後ウェーハ１００に到達する。このような機能が達成されるためには前記第１ミラー５１の上部が光の通過の可能な条件を有することはもちろんであり、前記光の大部分が前記第１ミラー５１を透過することができるように前記θ１は前記第１ミラーに対するブルースター角で設定することが望ましい。
【００６５】
【発明の効果】
前述したように本発明によると、ウェーハの表面に形成されたマイクロスクラッチを成功的にモニターリングすることができ、特に検査対象が媒質層下部の構造特にパターン層の構造に関係なく媒質層の表面に形成されたマイクロスクラッチなどを含む欠陥を検査できる。
【００６６】
前述した実施例を通して本発明のマイクロスクラッチ検査方法及び装置は十分に理解される。そして、本発明のマイクロスクラッチ検査方法及び装置は上述の実施例に限定されない。本発明は図面に示された実施例を参考として説明したが、これは例示的なことに過ぎず、該分野で通常の知識を有する者であればこれから多様な変形及び均等な他実施例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクラッチが生じたウェーハの表面拡大図である。
【図２】スクラッチが生じたウェーハの拡大断面図である。
【図３】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第１実施例の基本的な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第１実施例で、前記光学システムと信号検出システムとの関係を示す模式図である。
【図５】本発明によるマイクロスクラッチ検出装置の第２実施例における光検出装置４の光学的構成を示す模式図である。
【図６】本発明によるシミュレーション１によるｓ偏光とｐ偏光との反射度変化を示す模式図である。
【図７】本発明によるシミュレーション２によるｐ偏光波の反射度Ｒｐ変化を示すグラフである。
【図８】本発明によるシミュレーション２によるｓ偏光波の反射度Ｒｓ変化を示したグラフである。
【図９】本発明によるシミュレーション２によることで、下部パターン層が考慮された状態で、ｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を示したグラフである。
【図１０】本発明によるシミュレーション３によることで、ｐ偏光の反射度の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示したグラフである。
【図１１】本発明によるシミュレーション３によることで、ｓ偏光の反射度の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示したグラフである。
【図１２】本発明によるシミュレーション３によることで、ｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化によるＳ／Ｎ比の変化を示したグラフである。
【図１３】本発明によるシミュレーション４でマイクロスクラッチが形成されたウェーハ表面に対するスキャン方向を示す模式図である。
【図１４】本発明によるシミュレーション４によることで、入射角の変化によるｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を示したグラフである。
【図１５】本発明によるシミュレーション５でマイクロスクラッチが形成されたウェーハ表面に対するスキャン方向を示す模式図である。
【図１６】本発明によるシミュレーション５によることで、媒質層の下部にパターン層が考慮された状態で入射角の変化によるｓ偏光波の反射度Ｒｓに対するｐ偏光波の反射度Ｒｐの比率の変化を示したグラフである。
【図１７】本発明によるシミュレーション５によりウェーハ表面をスキャニングした結果を示す模式図である。
【図１８】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第３実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図１９】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第４実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図２０】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第５実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図２１】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第６実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図２２】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第７実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図２３】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第８実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【図２４】本発明のマイクロスクラッチ検出方法が適用された検出装置の第９実施例の基本的な構成を示す模式図である。
【符号の説明】
３  光学システム
４  信号検出システム
５  信号分析システム
５１  第１ミラー
５２  第２ミラー
５３ａ  第３ミラー
１００  ウェーハ
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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