(57)【要約】  半導体ウエハの端部を検査する装置に関し、照明用経路（１０）と解析用経路（２０）を有する共焦点色顕微鏡（７）を有し、照明用経路（１０）は多色光源（１１）とスロット（１２）と少なくともアッベ数５０未満の材料からなるレンズからなる軸上色収差対物レンズ（１５）とを有し、解析用経路（２０）は対物レンズと、色フィルタスロット（２２）と光強度センサ（２４）をこの順番に有し、照明用経路のスロットおよび解析用経路のスロットは検査されるウエハの端部からの光学距離がほぼ同じ場所に設けられている。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ（１）の端部を検査する装置であって、照明用経路（１０）と解析用経路（２０）とが設けられた共焦点色顕微鏡（７）を有し、前記照明用経路（１０）は多色光源（１１）と、スロット（１２）と、軸上色収差のあるアッベ数５０未満の材料からなる少なくとも１つのレンズを有する対物レンズ（１５）とを有し、前記解析用経路（２０）は前記対物レンズと、色フィルタスロット（２２）と、光強度センサ（２４）とをこの順に有し、前記照明用経路のスロットおよび前記解析用経路のスロットは、検査される前記ウエハの端部からほぼ同じ光学距離に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記照明用経路のスロット（１２）は線形手段をなすことを特徴とする装置。
【請求項３】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記光源（１１）は発光ダイオード（１１ａ）および拡散部材（１１ｂ）を有することを特徴とする装置。
【請求項４】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記センサ（２４）の出力に接続され光強度信号を受信し解析する処理部（２５）を有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項５記載の装置であって、前記端部の複数のファセットを検査する複数の顕微鏡（７，３７，４７）と、複数の前記センサのために検査結果ファイルを生成する、前記光強度センサからの出力データのアセンブラを有する処理部（２５）とを有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の装置であって、前記処理部（２５）は、欠陥のタイプ、位置およびサイズによって等級付けをする前記端部の欠陥判別器を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の装置であって、前記処理部に接続された出力を持つ半導体ウエハの端部で拡散または反射した光の色解析器（２３，２４）を有し、前記処理部は前記対物レンズと前記半導体ウエハの端部の間の距離のデータを生成する抽出部を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記対物レンズ（１５）は１００ｍｍ未満の光学直径を持つことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記スロットと前記対物レンズの間に配置される半反射板（１４）を有することを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記解析用経路は波長に従って集光された光を空間的に識別する分散素子を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置であって、波長を前記検査されるウエハの端部と前記センサの対物レンズの間の距離に変換する変換器を形成する色データの処理部を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
半導体ウエハの端部を検査する方法であって、前記端部は多色光源（１１）によって照明され、入射光線はスロット（１２）およびアッベ数５０未満の色収差を持つ材料からなる少なくとも１つの対物レンズ（１５）を通り、反射光線は対物レンズ（１５）を通過し次に前記半導体ウエハの端部に焦点が合わない波長を空間的にフィルタするように構成された色フィルタスロット（２２）を通過した後に集光され、その集光は光強度センサ（２５）によって行われることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、集光された光線の強度は、前記端部の欠陥を推定するために解析されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の方法であって、前記反射光は、集光された光の空間的広がりを波長に従って生成する分散素子を通過することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、色データの処理部が少なくとも１つの波長を前記検査されるウエハの端部と前記光強度センサの対物レンズの間の距離に変換することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造中もしくは終了時、または集積回路の生産中における半導体ウエハまたは基板の検査およびモニタリングの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの大口径化は、半導体ウエハが細心の注意をもって扱われる必要があること、そしてより割れ易くなることを意味する。更には、半導体ウエハ上のより微細なデザインのエッチングは、ウエハの構成部品にますます製造欠陥をもたらしやすくなる。
【０００３】
集積回路の基板の大口径化、デザインサイズの縮小および製造中の歩留まりの増加に努めるために、製造者および基板使用者は、上面、下面、断面を持つ基板の表面全体の検査をすることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，７５３，４６０号
【特許文献２】米国特許公開公報第２００２／００３３６０３号
【特許文献３】国際公開第８８／１０４０６号
【特許文献４】欧州特許出願第０１４２４６４号
【特許文献５】仏国特許第２８０５３４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、そのような状況を改善することを目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
半導体ウエハの端部を検査する装置は、照明用経路および解析用経路を備えた共焦点顕微鏡を有する。照明用経路は、多色光源と、スロットと、色収差を持つように選択された色収差軸を持つ対物レンズとを有し、少なくとも１つの、アッベ数を５０未満の材料よりなるレンズを有する。解析用経路は、対物レンズと、色フィルタースロットと、光強度センサとを、この順番に有する。照明用経路のスロットと解析用経路のスロットとは、検査するウエハの端部からほぼ等しい光学距離の場所に配置される。すなわち、スロットは、対物レンズの端部から等しい光学距離に置かれてもよい。このように、検査中に半導体ウエハの端部に焦点が合わない波長を空間的にフィルタリングすることができる。
【０００７】
半導体ウエハの端部を検査する工程は、端部が多色光源で照明され、入射光線はスロットおよび収差を持ち少なくとも１つのアッベ数５０未満の材料よりなるレンズを有する対物レンズを通過し、反射ビームは対物レンズを通過し、半導体ウエハの端部に焦点が合わない波長を空間的にフィルタする色フィルタスロットを通過した後集光される。この集光は、光強度センサを用いて行われる。
【０００８】
本発明は、これに限定されない例であって添付の図面に示した例を用いた種々の実施の形態の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】半導体ウエハの線図である。
【図２】図１を詳細に示す図である。
【図３】半導体ウエハの端部を検査する装置の線図である。
【図４】図３の変形の図である。
【図５】一実施の形態による検査装置の線図である。
【図６】処理部の線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
一般に、半導体基板１の断面の検査は、マトリックス型または線形型カメラの観察システムの前で基板を回転させることによって行われる。基板断面で、とは、基板の上面及び下面に略垂直な側部４と、上部斜面３または面取り面と、下部斜面５または面取り面と、上部端部２に近接したゾーンと、下部端部６に近接したゾーンとを意味し、図１および図２を参照されたい。基板における反対同士の面は、従来、基板の水平位置を参照することにより、フォークなどの移送部材に支持されている時は、基板が垂直方向に置かれた場合でも上面および下面と呼ばれる。
【００１１】
従来のシステムでの限界は、主として被写界深度にある。実際に、光回折限界とは、従来の光学システムでは強い倍率や大きな被写界深度を得るのが非常に難しいということを意味する。これは特に基板の断面を検査する際に不便である。一方、断面がカーブしている場合、観察システムと被検査表面との距離が一定ではない。これが可能な倍率を限定することになる。それに対し、表面の検査は基板の回転中に行われる。対象物と対物レンズと間の距離が可能な限り安定であることを確実にするために、その動作は非常に正確で安定した移送システムによって低速で行われる。測定の遅速性および効果的な測定およびモニタリング装置が必要となる。
【００１２】
サンプリングを含むチェックまたは端部表面の小さな部分に限定したゾーンの解析のためには、小観察フィールドおよび高倍率の高性能スロット検査システムを用いることができる。それらの遅いシステムのうち選ばれる可能性のあるものの一つとして、共焦点顕微鏡がある。
【００１３】
しかしながら、共焦点顕微鏡装置の捕獲速度は、半導体業界で行われるような大量生産におけるシステマチックな検査には用いることができない。
【００１４】
ここで、本出願人は、基板の大口径化が、基板が受けることによって、例えば、基板端部上の微細なひび割れといった欠陥が伝搬するリスクを増加させる、内部機械応力を増加させることを見出した。さらに、基板当たりのチップ数という意味での歩留まりを増加させるには、直径が等しい場合に、チップを端部に近接して配置することになる。よって端部の検査は、ますます重要性を持つこととなる。
【００１５】
国際公開第８８／１０４０６号および欧州特許出願第０１４２４６４号は、センサと対象物間の距離を測定する分散光学システムによる色解析の技術を示している。これらの技術は非常に遅いものである。
【００１６】
仏国特許第２８０５３４２号は、表面凹凸の測定機能を持つ半導体基板の表面検査に関する。
【００１７】
色別符号化(chromatic coding)が半導体分野のフォトリソグラフィのための装置における焦点を調整するための距離測定に用いられる。厚さまたは距離の測定は、情報を幾何学的パラメータに変換するために反射光の光解析を必要とする。この変換は遅いものである。
【００１８】
本発明は、共焦点顕微鏡を基にした共焦点色顕微鏡を用い、用いられている光学システム内の色収差を用いている。一般的に、共焦点顕微鏡は機械的に光学デバイスの焦点を再調整し、ここから表面上の形態を推定する。この再調整は遅く、故障を引き起こしやすい。さらには、その動作が一般的には摩擦につながるため、しばしば、マイクロ電子部品を生産する環境において避けねばならないパーティクルの元となってしまう。
【００１９】
本発明によって、狭い範囲で焦点の合わされた波長が用いられ、それによって鮮明な画像が得られる。その波長を解析することにより、必要に応じて、共焦点色センサと解析される対象物との間の距離を決定することができる。強い色収差を持つ光学システムであってアッベ数５０未満、３５でもよい、の材料よりなる少なくとも１つのレンズを有する光学システムによって、異なった波長に対し異なった焦点が作成される。これは空間的な焦点の広がりおよび大きな被写界深度をもたらす。この被写界深度は数ミリメートルまでであってよい。
【００２０】
その波長または焦点をきちんと合わせた波長に対応する狭い範囲の波長を保つことによって、光学オートフォーカスシステムを得る。このオートフォーカスシステムはどんな機械的動作も必要としない。これは、その対物レンズが照明用経路および解析用経路のどちらにも属する限り、被検査表面もしくは対物レンズからの光学的距離が等しい場所にあるスロットによって達成することができる。よって、それぞれが上記の有利な特性を有した多点捕獲を達成することができる。スロットと照明用経路の対物レンズとの間および対物レンズと解析用経路の色フィルタスロットとの間に置かれた半反射板を用いることによって照明用経路と解析用経路の分離ができる。スロットは線形素子を形成する。
【００２１】
光源は、例えばストリップ状または棒状の発光ダイオードおよび拡散器を備えていてもよい。拡散器はグランドグラスを備えていてもよい。
【００２２】
本装置は、光強度信号を受信し解析するためのセンサの出力に接続された処理部を備えていてもよい。複数の光強度センサを設けて端部の複数のファセットを検査することもでき、処理部は、複数のセンサにおける検査結果のファイルを生成する光強度センサからの出力データのアセンブラを備えても良い。本処理装置は、欠陥の種類、位置、反射性、形またはサイズに従って等級付けを作成する端部欠陥弁別器を備えていてもよい。
【００２３】
ある一実施の形態では、本装置は、処理部と接続された出力を持つ、半導体ウエハの端部で拡散または反射した光の分析器を有する。処理部はそこで、対物レンズと半導体ウエハとの間の距離のデータを生成する抽出装置を有する。
【００２４】
対物レンズは１００ｍｍ未満の光学直径を持つことができ、それによって分厚さが少なくなれば、システムを限られたスペースの中で集積することが可能となる。
【００２５】
被検査表面は、色収差ゾーン内にてある間隔、すなわち、最も短い焦点を持つ入射光の波長と最も長い焦点を持つ入射光との間の間隔で配置されている。本装置は基板端部の断面を検査することを可能にし、それは焦点調整機構とは独立している。基板の回転中に断面を測定することを継続することにより、完全な基板の周囲の画像を作ることができる。
【００２６】
本検査装置はセンサから供給される光振幅情報を用いて非常に高速な捕獲に加え経済的な装置により階調画像を提供するため、大量生産に対応できるシステムを得ることができる。本装置は、特に従来の撮像システムと比較して、とりわけ簡単さ、速さ、信頼性をもたらす自動のオートフォーカス機能を持つ。本装置はすなわち、同じ倍率を持つ従来の撮像システムよりも、光学対物レンズからの距離が多く変動し得るポイントを持つ大きなフィールドを観察することができる。
【００２７】
任意には、反射光の色解析による地形的測定は、後に行われる検出された欠陥の解析よりも正確で低速な用途のために実施されてもよい。この地形的測定は、とりわけ関心のある再度条件付けされ基板のエッジドロップの情報を定量化する場合にも用いられる。
【００２８】
被検査表面に対する対物レンズの位置は、数ミリメートルそして数センチの間でもよい。これにより、基板付近の空間であって、一般的に１台以上のロボットが基板を移送するために用いる空間を自由にすることができる。所定の開口数に対し最大の光を集めるためには、それでも被検査表面と対物レンズとの間の距離を短く保つことが望ましい。
【００２９】
基板の回転速度は、３００ｍｍ直径の基板では０．１〜１０ｒｐｍでよく、光強度解析では、例えば１〜１０ｒｐｍの間である。この回転速度は、同様の直線速度を保持するために異なる直径の基板に対して調整せねばならず、例えば０．１〜１０メートル毎秒の範囲、特に光強度解析では１〜１０メートル毎秒である。
【００３０】
センサの解像度は１２８〜１００００ピクセルでよい。解像度は観察している欠陥のサイズおよび所望の速度に適応させる。光源はキセノンアークランプ、白熱灯、ハロゲンランプ、または発光ダイオードを有し得る。発光ダイオードは、寿命、低消費電力、低温の点で有利である。
【００３１】
光源から発生した入射光は、照明用経路のスロットを通り光線を直線にする。光源および照明用経路のスロットを有する部分は直線光源を形成する。入射光線は次に半反射板を通りそして被検査表面に到達する前に対物レンズを通る。被検査表面で反射した光線は対物レンズを通り、そして半反射板を通り、入射経路の軸とは異なる軸に沿って出射する。
【００３２】
反射した光線は、被検査表面には焦点が合わない波長の空間的フィルタリングをする色フィルタスロットを通り、画像の明瞭性を向上させる。色フィルタスロットの下流では、反射光線は原則として焦点波長または狭い範囲の焦点波長としてあり、よって鮮明な画像が得られる。対物レンズの軸上の色収差が高いほど、多大な焦点距離の差異をもたらす波長の差異が大きくなる。反射した光線は光強度センサに到達する。光強度センサの出力は処理部に接続されている。
【００３３】
図３からわかるように、共焦点色顕微鏡７は、対象物３０、例えば半導体基板の端部、を照明するための照明用経路１０と、処理解析部２５に対し出力信号を供給する解析用経路２０とを有する。照明用経路１０および解析用経路２０は共通部品を、特に半反射板１４および対物レンズ１５を有する。
【００３４】
照明用経路１０は、光線を発する広域スペクトル源１１と、その光線を受光する空間フィルタスロット１２と、１つ以上のレンズを有する光学コリメータ１３と、前述の半反射板１４と、前述の対物レンズ１５とを有してもよい。半反射板１４は光学コリメータ１３からの入射光線を受光する。入射光線は半反射板１４の出力から対物レンズに向けて進む。対物レンズ１５は強い軸上色収差を持ち、アッベ数５０未満の色収差が特長である材料よりなる少なくとも１つのレンズを有する。例として、アッベ数は３５に等しくてもよい。入射光線は、対物レンズ１５を出た後、被検査物３０に到達する。光源１１は、ストリップ状のダイオード１１ａと、拡散器１１ａと、出力レンズ１１ｃを有してもよい。
【００３５】
解析用経路２０は前述の強い軸上色収差を持つ対物レンズ１５と、入射光の入射軸とは異なる軸に沿って、光の反転反射の原理により動作する光学コリメータ１３とは反対の機能を果たす光学焦点装置に向かって反射光線を送信する半反射板１４とを有する。解析用経路２０はまた、焦点装置２１の下流に配置された空間フィルタスロット２２を有する。スロット２２も、被検査物３０からの距離が照明用経路１０の空間フィルタスロット１２と被検査物３０となる対象物との距離と等しくなるように配置されている。
【００３６】
空間フィルタスロット２２の下流にある解析用経路２０は反射光線の行路に配置された線形センサ２４を有する。線形センサ２４はストリップ状に配置されたセンサ素子の一組の形態を取ってもよい。そのセンサ素子はＣＣＤまたはＣＭＯＳ型でもよい。センサ２４の下流にある顕微鏡７の出力は処理解析部２５に接続されており、更なる詳細は図６に示す。空間フィルタスロット１２，２２および対物レンズ１５の強い軸上色収差があることによって、非検査物３０の表面に焦点を結ばない波長が、焦点波長に関連するそれらの波長の空間的オフセットによってフィルタされ、そのオフセットは対物レンズ１５の軸上色収差が高くなるほど大きくなる。解析用経路２０の空間フィルタスロット２２からの出口では、フィルタされた反射光線が焦点波長のほぼ中間にある狭い範囲の波長を持ち、よって非常に鮮明な画像になり、フィルタされた光線は対象物３０の検査した表面にある欠陥を表しているということになる。
【００３７】
本実施の形態では、顕微鏡７が非検査物３０の表面の反射率を測定する。反射率のばらつきは検査される表面の欠陥を表す。そのことから、欠陥のサイズおよびタイプに関し比較的正確な情報を推定することができる。図４に示す実施の形態では、顕微鏡７の解析用経路２０は、フィルタされた反射光線の行路にある空間フィルタスロット２２とセンサ２４の間に配置された分散素子２３も有する。分散素子２３は空間的に分波する機能を持つことになる。得られたスペクトルはセンサ上に投影され、最も強度のある波長に関する情報がそこで得られ、最適焦点距離の画像を与える。分散素子２３は回折ネットワークでもよい。そこで顕微鏡７は、出力に、対象物３０の被検査表面からの顕微鏡７の局所距離を表す信号を与え、そこから、被検査表面のトポロジーが推定される。色情報の処理部は、波長を、検査されるウエハの端部とセンサの対物レンズの間の距離に変換する。この形態は比較的処理しづらい信号を提供する。これは、試料もしくは他の手段、例えば図３に示す形態による、半導体基板の生産ラインに集積できる顕微鏡７を用いる手段により検知された欠陥を持つ半導体基板をモニタリングする場合において有益である。
【００３８】
よって、図３の形態による、生産ラインに配置され多数のまたは全てかもしれない製造された半導体基板を検査する顕微鏡と、図４の形態による、すでに検知された欠陥を持つ半導体基板を検査する、前者より２〜１０倍検査が遅い顕微鏡とを提供することができる。図４の形態の顕微鏡は、欠陥があり選別された半導体基板を受け入れるように生産ラインから離れて配置される。
【００３９】
図５に示す形態では、複数の顕微鏡７，３７，４７が半導体基板（１）の端部を検査するために配置されている。顕微鏡７，３７，４７は、図３の形態に従ってもよい。顕微鏡７は基板１の辺４に対抗して置かれる。顕微鏡３７は、上部斜面３および上部端部２に近接するゾーンを検査するために、基板１の上方に配置される。顕微鏡４７は、下部斜面５および下部端部６に近接するゾーンを検査するために、基板１の下方に配置される。顕微鏡７，３７，４７の出力は、図６に示すように、共通の処理解析部に接続されてもよい。
【００４０】
処理解析部２５は複数のキャプチャーボードを有し、ここでは３枚とする。各キャプチャーボード５１，５２，５３は共焦点色顕微鏡７，３７，４７の出力に接続される。処理解析部２５は、キャプチャーボード５１，５２，５３の出力で供給された画像からある画像を生成するよう構成された画像再現部材５４も有する。画像再現部材は次に、辺４の画像の上端と上部斜面３の画像の下端との比較をし、辺４の画像の下端と下部斜面５の画像の上端を比較する。画像再現部材５４はその比較とアセンブリの結果から重複があるかを検出する。
【００４１】
処理解析２５は、１つ以上の画像処理手段５５を、例えばソフトウェアの形で、欠陥の検出を助けるために有する。画像処理手段５５は、ダイレーション、エロージョン、輪郭等の処理を行う。さらに、画像処理手段５５は欠陥のライブラリと疑わしい欠陥とをライブラリに保存された既知の欠陥と比較する比較器とを有してもよい。画像処理手段５５は、その出力にて結果のファイルを、特に画像ファイルの形で生成するように構成されている。
【００４２】
別の形態では、再現前の画像の処理を含むことができるため、より小さい画像サイズでの処理をする。それらの結果の組合せによって統合結果ファイルを作成する。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成24年1月6日(2012.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
照明用経路１０は、光線を発する広域スペクトル源１１と、その光線を受光する空間フィルタスロット１２と、１つ以上のレンズを有する光学コリメータ１３と、前述の半反射板１４と、前述の対物レンズ１５とを有してもよい。半反射板１４は光学コリメータ１３からの入射光線を受光する。入射光線は半反射板１４の出力から対物レンズに向けて進む。対物レンズ１５は強い軸上色収差を持ち、アッベ数５０未満の色収差が特長である材料よりなる少なくとも１つのレンズを有する。例として、アッベ数は３５に等しくてもよい。入射光線は、対物レンズ１５を出た後、被検査物３０に到達する。光源１１は、ストリップ状のダイオード１１ａと、拡散器１１ｂと、出力レンズ１１ｃを有してもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記いずれかの請求項記載の装置であって、前記端部の複数のファセットを検査する複数の顕微鏡（７，３７，４７）と、複数の前記センサのために検査結果ファイルを生成する、前記光強度センサからの出力データのアセンブラを有する処理部（２５）とを有することを特徴とする装置。
【国際調査報告】
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2012518798.tif 000012
2012518798.tif 000013
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