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WO2008108041A1 - 表面検査方法及び装置 - Google Patents

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WO2008108041A1
WO2008108041A1 PCT/JP2007/073744 JP2007073744W WO2008108041A1 WO 2008108041 A1 WO2008108041 A1 WO 2008108041A1 JP 2007073744 W JP2007073744 W JP 2007073744W WO 2008108041 A1 WO2008108041 A1 WO 2008108041A1
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WO
WIPO (PCT)
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intensity
light
light beam
wavelength
layer
Prior art date
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PCT/JP2007/073744
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English (en)
French (fr)
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Hisashi Isozaki
Takehiro Takase
Takashi Kakinuma
Hiroyuki Maekawa
Fumio Koda
Michihiro Yamazaki
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Topcon Corp
Original Assignee
Topcon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Topcon Corp filed Critical Topcon Corp
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Publication of WO2008108041A1 publication Critical patent/WO2008108041A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for inspecting the surface of a semiconductor wafer or other subject. Related technology
  • the difference between two wavelengths (difference between short wavelength and long wavelength) enables internal measurement and surface measurement of the wafer.
  • An object of the present invention is to provide a surface inspection method and apparatus capable of accurately measuring the inside of an object (for example, a wafer) having a multilayer structure by a two-wavelength method.
  • Another object of the present invention is to make it possible to accurately measure defects and foreign matter inside a thin-film SO I or multilayered specimen having characteristics equivalent thereto, contributing to yield, To provide a surface inspection method and apparatus capable of improving the quality of a material.
  • the present invention detects an object to be inspected, for example, a foreign object, by causing a light beam having two types of wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, to enter a surface to be inspected at a predetermined incident angle on the surface to be inspected.
  • a short-wavelength light beam is incident on the test surface of the subject to measure foreign objects on the surface of the subject, and on the other hand (or after a short-wavelength measurement), the intensity of the long-wavelength light beam is measured.
  • Measure the foreign matter inside the subject including foreign matter in the present application, including foreign matter in the narrow sense, defects, cavities, COP, etc.).
  • the intensity of the long-wavelength light beam is adjusted, the disappearance level near where the detection signal from the internal object disappears is determined, and the long wavelength is set to a level higher than the disappearance level.
  • the first intensity of the light beam is set, and the object inside the subject is measured based on the output of the first light intensity obtained by the long wavelength light flux of the first intensity.
  • the foreign matter measured when the intensity of the long wavelength light beam is “weak” is subtracted from the foreign material measured when the intensity of the long wavelength light beam is “strong”. The remaining foreign matter is determined as a foreign matter containing a COP or a defect inside the subject.
  • An object to be examined in the present invention has, for example, a multilayer structure having a surface layer, a middle layer, and a lower layer (usually corresponding to the first layer, the second layer, and the third layer, respectively) in order from the surface.
  • a large number of test objects exist mainly at the boundary between the layers.
  • the first intensity of the long wavelength light beam is set to a level higher than the disappearance level, and based on the output of the first light intensity obtained from the long wavelength light beam of the first intensity, Measure the target object belonging to the lower layer inside the subject, set the second intensity of the long wavelength light beam to a level lower than the disappearance level, and obtain the first intensity obtained from the long wavelength light beam of the second intensity. Based on the output of the light intensity, the test object belonging to the middle layer inside the test object is measured.
  • the ultraviolet light beam is emitted as a short wavelength
  • the visible light beam is emitted as a long wavelength.
  • a preferred example of the subject is a thin film S O I wafer, and the layers of S i, S i 0, and S T are formed as a multilayer structure in order from the surface of the thin film S O I wafer.
  • the object is preferably a wafer
  • the object to be inspected on the wafer is preferably a foreign substance including a foreign substance on the wafer surface and a COP or a defect inside the wafer (particularly, the boundary between the middle layer and the lower layer).
  • the surface inspection apparatus emits a light beam having two types of wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, so that the intensity can be changed, and the light is emitted from the light source unit.
  • An irradiation optical system for causing light beams of two types of wavelengths to enter the test surface of the subject to be surface-inspected simultaneously or alternatively at a predetermined incident angle, and the light beam scans the test surface.
  • a scanning unit that relatively displaces at least one of the light flux and the subject, and scattered light emitted from an incident portion of the test surface on which the light flux is incident are
  • a scattered light detection optical system that guides the specularly reflected light emitted from the incident part of the test surface on which the light beam is incident to the second light intensity detection unit;
  • the type of light beam emitted from the light source and the first light intensity test Based on the output from section, and a control arithmetic unit for adjusting the intensity of the light beam at least the long wavelength emitted from the light source unit.
  • the control calculation unit of the surface inspection apparatus includes an output of the first light intensity detection unit when the short wavelength light beam is irradiated, and an output of the first light intensity detection unit when the long wavelength light beam is irradiated.
  • the signal that appears only at the output of the first light intensity detector when a long wavelength light beam is irradiated is discriminated as the detection signal from the internal object, and the intensity of the long wavelength light beam is adjusted. And determine the disappearance level near the point where the detection signal from the internal object disappears, set the first intensity of the long-wavelength light beam to a level higher than the disappearance level, and change it to the long-wavelength light beam of the first intensity. Based on the obtained output of the first light intensity detector, the object inside the subject is measured.
  • the control calculation unit sets the first intensity of the long wavelength light flux to a level higher than the disappearance level, and outputs the first light intensity detection unit obtained by the first intensity long wavelength light beam. Based on this, the target object belonging to the lower layer inside the subject is measured, the second intensity of the long wavelength light beam is set to a level lower than the disappearance level, and the second intensity of the long wavelength light flux is obtained. Belongs to the middle layer inside the subject based on the output of the first light intensity detector The test object is configured to be measured.
  • the light source section is preferably configured to emit a light beam in the ultraviolet region as a short wavelength and to emit a light flux in the visible region as a long wavelength.
  • the light source unit can also be configured to emit a light beam in the deep ultraviolet region (D UV) as a short wavelength.
  • D UV deep ultraviolet region
  • the light source unit is configured to emit light beams having two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, coaxially and with the intensity thereof being variable.
  • wavelength of the far ultraviolet light for example, 2 13 nm, 266 nm, and 355 nm are preferably used. These wavelengths can be obtained by using a YAG solid-state laser (fundamental wave of 1064 nm) with a nonlinear optical crystal such as CBO crystal (cesium triporate crystal) or CL BO crystal (cesium 'lithium ⁇ -borate crystal). It can be formed by taking out the 4th and 3rd harmonics.
  • an S O I wafer or another multilayer structure wafer can measure the inside and the surface layer with two wavelengths. For example, foreign matter is inspected to the inside of the wafer. In particular, the amount of scattering at the interface is measured. As a result, the interface state can be grasped, and the internal foreign matter defect measurement and interface measurement of the SO ⁇ wafer can be performed. As a result, quality can be improved. In addition, it is possible to perform SO I calibration using COP inside the wafer or foreign matter including defects.
  • a light source unit that emits light of two types of wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, with variable intensity
  • An irradiation optical system for causing light beams of two kinds of wavelengths emitted from the light source unit to be incident simultaneously or alternatively at a predetermined incident angle on a test surface of a subject to be surface-inspected; and A scanning unit that relatively displaces at least one of the luminous flux and the subject so as to scan a surface to be examined; and
  • Scattered light emitted from the incident part of the test surface on which the luminous flux is incident is expressed as a first light intensity.
  • a scattered light detection optical system that guides light to the detection unit;
  • a scattered light detection optical system for guiding specularly reflected light emitted from an incident portion of the test surface on which the light flux is incident to a second light intensity detection unit;
  • a control arithmetic unit that adjusts the intensity of at least the long-wavelength light beam emitted from the light source unit based on the type of light beam emitted from the light source unit and the output from the first light intensity detection unit,
  • the control calculation unit compares the output of the first light intensity detection unit when the short wavelength light beam is irradiated with the output of the first light intensity detection unit when the long wavelength light beam is irradiated.
  • a signal that appears only at the output of the first light intensity detector when a long luminous flux is irradiated is discriminated as a detection signal from the internal object, and the intensity of the long-wavelength light beam is adjusted, and the internal object
  • the first light intensity obtained from the long-wavelength light of the first intensity is obtained by determining the disappearance level near where the detection signal from the light disappears, and setting the first intensity of the long-wavelength light beam to a level higher than the disappearance level.
  • a surface inspection apparatus configured to measure an object inside a subject based on an output of a detection unit.
  • the subject has a multilayer structure having a surface layer, a middle layer, and a lower layer in order from the surface, and the subject to be examined exists mainly at the boundary of each layer.
  • the light source unit is configured to emit an ultraviolet light beam as a short wavelength and to emit a visible light beam as a long wavelength
  • the surface inspection apparatus as described above, wherein the object is a thin film SOI wafer, and layers of S i, S i 0 2 , S i are formed in a multilayer structure in order from the surface of the thin film SOI wafer.
  • the light source unit is configured to emit a deep ultraviolet (DUV) light flux as a short wavelength
  • DUV deep ultraviolet
  • the light source unit is configured to emit light beams having two types of wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, coaxially and with its intensity being variable.
  • a surface inspection method for detecting foreign matter by causing a light beam having two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, to enter a test surface of a subject to be surface-inspected at a predetermined incident angle.
  • a light beam having two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength By adjusting the intensity of the luminous flux, obtain the disappearance level near the point where the detection signal from the internal object disappears, and set the first intensity of the long-wavelength luminous flux to a level higher than the disappearance level.
  • a surface inspection method for measuring an object inside a subject based on an output of a first light intensity obtained by a long wavelength light beam.
  • a surface inspection method for detecting a foreign object by causing a light beam having two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, to enter a test surface of a subject to be surface-inspected at a predetermined incident angle.
  • the object measured when the intensity of the long wavelength light beam is set to “Weak” from the object measured when the intensity of the long wavelength light beam is set to “High” by adjusting the intensity of the light beam.
  • a surface inspection method characterized by subtracting and determining a remaining object as a foreign substance including a COP or a defect inside the subject.
  • the surface layer, middle layer and lower layer are the first layer, the second layer and the third layer, respectively.
  • the first measurement result is obtained by irradiating short wavelength light.
  • a detection image is obtained by irradiating with a long wavelength of strong intensity that can detect even foreign substances including COP or defects in the layer, and it is lowered to a level where the object other than the first measurement result disappears to the reference level.
  • the second measurement result is obtained by measuring with the raised first measurement level
  • the third measurement result is obtained by measuring at a predetermined level lower than the reference level.
  • the specimen has a multilayer structure having a surface layer, a middle layer, and a lower layer in order from the surface. Therefore, the test object exists mainly at the boundary of each layer,
  • the first intensity of the long-wavelength light beam to a level higher than the disappearance level near where the detection signal from the internal object disappears, and obtain the first light intensity obtained by the first-intensity long-wavelength light beam.
  • the test object belonging to the lower layer inside the subject is measured, the second intensity of the long wavelength light beam is set to a level lower than the disappearance level, and the long wavelength light beam of the second intensity is set.
  • the surface inspection method described above wherein a test object belonging to a middle layer inside the subject is measured based on the first light intensity output obtained.
  • the above object is a thin film SOI wafer, S i from the surface in the order of the thin film SOI wafer, S i 0 2, the aforementioned surface inspection method, wherein the layer of S i is formed as a multilayer structure.
  • a short ultra-violet (DUV) light beam is emitted as a short wavelength, and the specimen is a wafer.
  • the surface inspection method as described above, which is a foreign matter including a defect.
  • Figure 1 is a graph showing the relationship between wavelength and Si penetration length (depth).
  • FIG. 2 is a view for explaining the measurement principle of the surface layer and the inside of the wafer in the wafer surface inspection method according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram specifically showing the measurement of the surface layer and the inside of the wafer in the wafer surface inspection method according to the present invention.
  • Fig. 4 is a diagram for explaining the calibration on the long wavelength side.
  • Fig. 5 is an explanatory diagram showing the state before and after the disappearance of internal cop by adjusting the intensity of the long wavelength.
  • FIG. 7 is a schematic view showing an example of a surface inspection apparatus for carrying out the method of the present invention. Preferred embodiment of the present invention
  • the transmission distance in S i changes significantly so that it is more than 10 times different. . Therefore, when detecting by irradiating light of the wavelength in the ultraviolet region, the detection is limited to the detection of the foreign matter on the surface and the COP. On the other hand, if the light having the wavelength in the visible region is used, the light is irradiated deep inside the wafer. The Therefore, it is possible to detect the film structure (multiple structure) inside the wafer, for example, C O P (the most numerous and characteristic C O P) at the boundary between the middle layer and the lower layer.
  • C O P the most numerous and characteristic C O P
  • the wafer surface layer A (the first layer) made of S i
  • the middle layer B (second layer) consisting of S i 0 2
  • the thickness of A is 20 to 100 nm
  • the thickness of middle layer B is 10 to 150 nm
  • the thickness of lower layer C is about 500 nm.
  • Lower layer C in the example of Fig. 2 is also called the base material.
  • a light ⁇ 1 having an ultraviolet wavelength (short wavelength) is irradiated to obtain a first measurement result.
  • a detection image is obtained by irradiating with light ⁇ 2 having a wavelength (long wavelength) of strong visible light that can be detected even inside (for example, C OP in the lower layer, ie, the third layer C).
  • C OP in the lower layer ie, the third layer C.
  • Reduce the level of the object other than the first measurement result to the level where it disappears, and use the level at the time of disappearance as the reference level.
  • the first measurement level is raised above this reference level by a predetermined level.
  • the second measurement result is obtained by measuring at the first measurement level.
  • the third measurement result is obtained by measuring at the second measurement level, which is lowered downward by the reference level.
  • the object foreign matter is measured based on the measurement result thus obtained. For example, it is determined that an object appearing only in the first measurement result is present on the wafer surface, and a foreign object appearing in the first to third measurement results is determined as an object deeper than the middle layer (second layer) of the wafer. The objects that appear only in the 1st and 2nd measurement results are judged to exist on the surface layer (1st layer).
  • the wafer has a different multi-layer structure (film conditions)
  • C OP is an abbreviation for Crystal Originated Particle, which refers to fine particles on the wafer and crystal cavities inside the wafer.
  • S O I wafer is Silicon on Insulator wafer.
  • the second layer 3 1 b and the third layer 3 1 c which are the middle and lower layers inside, light of two kinds of wavelengths,
  • laser light with a short wavelength called DUV (far ultraviolet) 3 2 for example, light of 3 5 5 nm, 2 6 6 nm, etc.
  • laser with visible light and long wavelength for example, 4 0 8, 4 8 8 nm
  • the wavelength is usually Since the short light 3 2 (DUV) does not pass through the first layer 3 1 a made of Si, it is possible to measure only the first layer 1 a (surface layer) with the light 3 2 having a short wavelength.
  • the light 33 having a long wavelength can be measured up to the inside (the second layer 3 1 b and the third layer 3 1 c), but the measurable depth varies depending on the intensity of the laser beam (light beam).
  • the first measurement result is obtained by irradiating the short wavelength light 3 2, and then the detection is performed by irradiating the long wavelength light 3 3 of strong intensity that can be detected up to the COP in the inner second layer 3 1 b. Get an image. Reduce to the level at which objects other than the first measurement result disappear to the reference level.
  • the second measurement result is obtained by measuring again with the first measurement level (upper measurement level) raised above the reference level by a predetermined level.
  • the third measurement is performed by measuring at the second measurement level (lower measurement level) that is lowered by a predetermined level below the reference level. Get constant results.
  • the object that appears only in the first measurement result is assumed to be present on the wafer surface, and the foreign matter that appears in the first to third measurement results is determined to be an object deeper than the second layer. The object that appears only in the measurement result is judged to exist in the first layer.
  • the use of a wafer 31 having a characteristic CO P 34 in the base material enables calibration on the long wavelength side.
  • 3 1 c CO P 34 disappears and cannot be detected.
  • CO P is concentrated mainly on the surface of the lower layer 3 1 c (base material) of the wafer 3 1, in other words, the boundary between the middle layer 3 1 b and the lower layer 3 1 c.
  • the characteristic CO P 34 concentrated on the surface of the lower layer 3 1 c of the wafer 3 1 disappears in large quantities at a certain intensity level. If this phenomenon is used, the optimum light quantity for measuring CO P 34 existing in the base material of the wafer 31, that is, the third layer 3 1 c (lower layer) can be known, and calibration can be performed easily and accurately.
  • the foreign substance in the lower layer 31c can be determined from the difference between the foreign substances detected before and after the COP 34 in the lower wafer layer 31c disappears. That is, the foreign matter before the disappearance of CO P 34 is detected and recorded, and the foreign matter remaining after the disappearance of CO P 34 is subtracted from the foreign matter before the disappearance of CO P 34. It can be determined as a foreign object.
  • calibration can be performed using COP in the lower layer. For example, by measuring at least twice under different conditions, foreign substances belonging to the wafer surface, surface layer, and inside (middle layer, lower layer) can be identified and measured accurately.
  • the surface scattering includes scattering at each interface depending on the wavelength. Therefore, the above calibration is performed, and HAZE measurement (ie, surface scattering measurement) is performed, and the state inside the wafer (middle layer and lower layer) is set to HAZE-A. If the state is HAZE-C, the value obtained by subtracting HAZE-C from HAZE-A can be determined as HAZE information on the surface of the lower layer 31C of wafer 31.
  • FIG. 6 shows HAZE from the interfaces of the upper layer 3 1 a, the middle layer 3 1 b, and the lower layer 3 1 c of the wafer 3 1.
  • the state in which C O P can be observed includes H A Z E—1, 2, and 3.
  • the information of H A Z E—2, 3 is obtained. If the short wavelength is HAZE-3, a coefficient depending on the wavelength is required, but HAZE information at each interface can be extracted by calculation.
  • FIG. 7 shows a surface inspection apparatus according to one preferred embodiment for carrying out the method of the present invention.
  • a light source unit 1 an illumination optical system 4 that illuminates a test surface 3 a of a wafer 3 (subject) with a predetermined tilt angle with a light beam 2 of laser light from the light source unit 1, and a test subject
  • a first light receiving optical system 6 that receives the scattered reflected light 5 from the surface 3a
  • a first light intensity detector 7 that receives the scattered reflected light 5 received by the first light receiving optical system 6, and a test object.
  • Second light receiving optical system 9 that receives specular reflection light or specular reflection light 8 from surface 3a, and second light that receives specular reflection light or specular reflection light 8 received by the second light receiving optical system 9.
  • the light source unit 1 emits light beams of two types of wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, with the intensity thereof being variable.
  • Light beams of two kinds of wavelengths emitted from the light source unit 1 are incident simultaneously or alternatively at a predetermined incident angle with respect to the test surface of the subject.
  • control calculation unit 14 Based on the type of the light beam emitted from the light source unit 1 and the output from the first light intensity detection unit 7, the control calculation unit 14 adjusts the intensity of at least the long wavelength light beam emitted from the light source unit 1.
  • the control calculation unit 14 compares the output of the first light intensity detection unit F when the short wavelength light beam is irradiated with the output of the first light intensity detection unit 7 when the long wavelength light beam is irradiated,
  • the signal that appears only at the output of the first light intensity detector 7 when the long wavelength light flux is irradiated is discriminated as the detection signal from the internal object, and the intensity of the long wavelength light flux is adjusted, Is it an internal object?
  • the first light intensity detection obtained from the long-wavelength light of the first intensity is obtained by determining the disappearance level near where the detection signal disappears, and setting the first intensity of the long-wavelength light beam to a level higher than the disappearance level. Based on the output of part 7, the object inside the subject is measured.
  • the control calculation unit 14 is based on the disappearance level.
  • the first intensity of the long-wavelength light beam is set to a high level, and the object belonging to the lower polishing inside the subject is based on the output of the first light intensity detector 7 obtained by the long-wavelength light beam of the first intensity.
  • Measure the test object set the second intensity of the long-wavelength light beam to a level lower than the disappearance level, and output from the first light intensity detector 7 obtained by the long-wavelength light beam of the second intensity Based on the above, the test object belonging to the middle layer inside the test object is measured.
  • the light source unit 1 emits an ultraviolet light beam as a short wavelength and emits a visible light beam as a long wavelength. Preferably, the light source unit 1 emits a light beam in the deep ultraviolet region (DUV) as a short wavelength.
  • the light source unit 1 emits light beams of two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, coaxially and with its intensity being variable.
  • the first measurement result is obtained by irradiating short wavelength light.
  • the detection image is obtained by irradiating with a long wavelength of strong intensity that can be detected up to the COP in the second layer inside, and it is lowered to the level where the object other than the first measurement result disappears to the reference level
  • the second measurement result is obtained by measuring at the first measurement level that is higher than the reference level
  • the third measurement result is obtained by measuring at the second measurement level that is lower than the reference level by a predetermined level.
  • control calculation unit 14 determines whether to detect the foreign object based on the second signal 13 when the calculated size of the foreign object is approximately equal to or larger than the diameter of the light beam 2 illuminated on the surface 3 a to be detected.
  • the height of the foreign material 2 2 on the surface 3 a can also be obtained.
  • the control calculation unit 14 uses the height data HR method (the so-called high resolution method that performs high-precision measurement with high density) to obtain the height of the foreign object 2 2 from the change in height data.
  • the first signal 12 from the first light intensity detector 7 is equal to or higher than a predetermined slice level
  • the presence of the foreign matter 2 2 is determined and the foreign matter 2 2 is determined to be present.
  • the height of the foreign matter is determined based on the second signal 13 in the region and the second signal 13 around the region where the foreign matter 2 2 is determined to be present.
  • the height of the foreign object 2 2 is determined according to the average value of the second signal 1 3 within a predetermined range, and follows the swell of the test surface (including warp and other height changes).
  • control calculation unit 14 receives data from the second signal 13 in the area where the foreign object 2 2 is determined to exist and the second signal in the area around the area where the foreign object 2 2 is determined to exist. 1 Based on the difference of the average value from the data from 3, the height of the foreign object 2 2 is determined.
  • the surface inspection apparatus described above can also be used in an embodiment employing the pixel method.
  • the control calculation unit 14 divides the measurement target 3 into pixels of a predetermined large number of unit areas, and sets the maximum value of the first signal 1 2 and / or the second signal 13 within each pixel. Configured to treat each signal value in pixels.
  • control calculation unit 14 is configured to use data based on the second signal 13 processed in the area where the foreign object 2 2 is determined to exist and the area around the area where the foreign object 2 2 is determined to exist.
  • the height of the foreign object 22 is determined based on the difference in average value from the data obtained by the pixel-processed second signal 13.
  • control calculation unit 14 determines the presence of the foreign matter 2 2 based on the first pixel-processed signal 1 2, and determines the first analog output in the pixel at the location where the foreign matter 2 2 is determined to be present. Based on signal 1 2 and analog second signal 1 3, the height of the foreign object is determined.
  • the control calculation unit 14 includes a signal processing unit, and the signal processing result (the position, number, height, scattered light level, etc.) of the foreign substance is displayed on the display unit 15.
  • control calculation unit 14 sends a control signal to the drive unit 16 to control the movement and rotation of the table 18 on which the wafer 3 is placed in the X direction, the Y direction, and the Z (height) direction.
  • control calculation unit 14 includes a light source 1, an illumination optical system 4, a first light receiving optical system 6, a first light intensity detecting unit 7, a second light receiving optical system 9, a second light intensity detecting unit 10 and a wafer 3
  • a processing signal is also supplied to a robot arm drive unit (not shown) for operating the control.
  • Z data that is, height data
  • HR method and pixel method surface inspection apparatus and method those described in the application document of Japanese Patent Laid-Open No. 2 00 0-3 3 7 8 4 4 can be adopted. .
  • the control calculation unit 23 outputs a control signal to the drive unit 16 to perform predetermined control of the motor 29 and the light source 1, while a signal including rotation information by the drive unit 16 (for example, the test object) A pulse signal) is received from a part of the encoder every predetermined rotation of the motor 29 that rotates a wafer.
  • the control calculation unit 23 exchanges data with the memory unit as necessary to execute desired processing.
  • the scanning unit 20 that relatively displaces at least one of the light beam 2 and the subject 3 so that the light beam 2 scans the test surface 3 a includes a drive unit 16, a motor 29, and a table 18. It consists of others.
  • next generation wafer it is possible to manage the inside (middle layer, lower layer) of thin film S O I called next generation wafer and the interface between them.
  • the interface can be managed as compared with the conventional case. Therefore, the impact on yield can be reduced. This can greatly contribute to yield improvement and quality improvement of materials.

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Abstract

光源部は、短波長と長波長の2種類の波長の光束をその強度を変化可能として出射する。光束を被検体の被検面に対して所定の入射角で同時または択一的に入射させる。光源部から出射される光束の種類、及び第1光強度検出部からの出力に基づき、光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する。短波長の光束を照射した際の第1光強度検出部の出力と、長波長の光束を照射した際の第1光強度検出部の出力とを比較する。長波長の光束を照射した際の第1光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、内部対象物からの検出信号と判別する。長波長の光束の強度を調整する。その内部対象物からの検出信号力が消失する付近の消失レベルを求める。消失レベルよりも高いレベルに、長波長の光束の第1強度を設定する。第1強度の長波長の光束により得られる第1光強度検出部の出力に基づき、被検体内部の対象物を測定する。

Description

明 細 表面検査方法及び装置 技術分野
本発明は、 半導体ウェハその他の被検体の表面を検査する方法及び装置に関す る。 関連技術
2波長のレーザ光を利用してウェハ内部の欠陥を検査する方法及び装置は公知 である。 特開平 1 1—354598号公報、 特開平 1 1一 237226号公報、 武田一男著 「二波長光散乱によるウェハ全面における表層欠陥のサイズと深さの 計測技術 （OSDA) J 表面科学 Vol.22、 No.5、 pp. 323-33 1 , 2001 を n
例えば、 2波長の波長差 （短波長と長波長の差） によってウェハの内部測定と 表層測定は可能になっている。
従来の 2波長方式の表面検査においては、 SO I校正をすることができない。 しかも、 SO Iウェハの内部界面の情報を定量的に測定することができなかった。 次世代の薄膜 S O Iウェハの表面の異物測定は短波長 （DUV) を用いること で可能であるが、 従来の 2波長方式の表面検査では、 ウェハ母材の影響を定量的 に測定することができない。例えば、中層と下層の界面の正確な測定ができない。 とくに、 ウェハ内部の小さな空洞や異物が測定できない。 そのため、 デバイスの 歩留まりについて悪い影響があった。 発明の要約
本発明の目的は、 2波長方式で多層構造の被検体 （例えばウェハ） の内部を正 確に測定できる表面検査方法及び装置を提供することである。
本発明の別の目的は、 薄膜 SO Iまたはそれに準じた特性を持つ多層構造の被 検体の内部の欠陥や異物を高精度に測定することを可能とし、歩留まりに貢献し、 材質の品質を向上できる表面検査方法及び装置を提供することである。
本発明は、 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検 体の被検面に対して所定の入射角で入射させて被検対象物例えば異物を検出する 表面検査方法及び装置を改良したものである。
一方で、 短波長の光束を被検体の被検面に入射させて被検体の表面における異 物を測定し、 他方で （あるいは、 短波長による測定のあとで）、 長波長の光束の強 度を調整して、 被検体の内部における異物 （本願において異物とは狭義の異物、 欠陥、 空洞、 C O P等を含む） を測定する。
例えば、 本発明の 1つの実施形態においては、 長波長の光束の強度を調整し、 その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、 消失レベル よりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光 束によリ得られる第 1光強度の出力に基づき、 被検体内部の対象物を測定する。 本発明の別の実施形態においては、 長波長の光束の強度を 「強」 にしたときに 測定される異物から、 長波長の光束の強度を 「弱」 にしたときに測定される異物 を差し引いて、残った異物を被検体内部の C O P又は欠陥を含む異物と判定する。 本発明で検査する被検体は、 例えば、 表面から順に表層、 中層及び下層 （それ ぞれ第 1層、 第 2層、 第 3層に相当するのが普通） を有する多層構造となってい て、 好ましくは、 主に各層の境界に被検対象物 （異物） が数多く存在している。 本発明の別の実施形態においては、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の 光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により得られる第 1光強度の 出力に基づき、 被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、 消失レベルより も低いレベルに、 長波長の光束の第 2強度を設定し、.第 2強度の長波長の光束に より得られる第 1光強度の出力に基づき、 被検体内部の中層に属する被検対象物 を測定する。
好ましくは、 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視域の光束 を射出する。 この場合、 被検体の好ましい例は、 薄膜 S O Iウェハであり、 薄膜 S O Iウェハの表面から順に S i 、 S i 0、 S ίの層が多層構造として形成され ている。
また、 短波長として遠紫外域 （ D U V： Deep Ultraviolet の光束を射出するこ ともできる。この場合、被検体はウェハとし、そのウェハにおける被検対象物は、 ウェハ表面の異物と、 ウェハ内部 （とくに中層と下層の境界） の C O P又は欠陥 を含む異物であることが好ましい。
また、 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 同軸に出射することが好まし い。
また、 本発明の別の好ましい実施形態においては、 表面検査装置は、 短波長と 長波長の 2種類の波長の光束を、 その強度を変化可能として出射する光源部と、 前記光源部から出射した 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の被 検面に対して所定の入射角で同時または択一的に入射させる照射光学系と、 前記 光束が前記被検面を走査するように、 前記光束および前記被検体のうち少なくと も一方を相対的に変位させる走査部と、 前記光束が入射した前記被検面の入射部 分から出射した散乱光を、 第 1光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、 前 記光束が入射した前記被検面の入射部分から出射した正反射光を、 第 2光強度検 出部に導光する散乱光検出光学系と、 光源部から出射される光束の種類、 及び第 1光強度検出部からの出力に基づき、 光源部から射出される少なくとも長波長の 光束の強度を調整する制御演算部とを備えている。
前記表面検査装置の制御演算部は、 短波長の光束を照射した際の前記第 1光強 度検出部の出力と、 長波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力と を比較し、 長波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力にのみ現れ る信号を、 内部対象物からの検出信号と判別し、 かつ、 長波長の光束の強度を調 整し、 その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、 消失 レベルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波 長の光束によリ得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体内部の対象物 を測定するように構成されている。
好ましくは、 上記制御演算部は、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光 束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により得られる第 1光強度検出 部の出力に基づき、 被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、 消失レベル よりも低いレベルに、 長波長の光束の第 2強度を設定し、 第 2強度の長波長の光 束によリ得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体内部の中層に属する 被検対象物を測定するように構成されている。
上記光源部は、 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視域の光 束を射出するように構成されていることが好ましい。
上記光源部は、 短波長として遠紫外域 （D UV： Deep Ultraviolet) の光束を射 出するように構成することもできる。
また、上記光源部は、短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、同軸に、かつ、 その強度を変化可能として出射するように構成することが好ましい。
さらに、 好ましい光源部について具体的に説明する。
遠紫外線の波長としては、 例えば 2 1 3 n m、 266 nm、 355 nmを用い ることが好ましい。 これらの波長は、 Y AGの固体レーザ（基本波 1 064 nm) を CBO結晶 （セシウムトリポレート結晶） や C L BO結晶 （セシウム ' リチウ 厶 -ボレート結晶） などの非線形光学結晶によって、 それぞれ 5倍波、 4倍波、 3倍波を取リ出すことにより形成することができる。
可視光線の好ましい構成の一例を述べると、 408 nmとして青色半導体レー ザを利用し、 488 nmとして A rレーザ固体レーザを利用することができる。 本発明によれば、 S O Iウェハもしくは他の多層膜構造のウェハが、 2波長に より内部と表層を測定可能である。 例えば、 ウェハ内部まで異物の検査をする。 とくに界面での散乱量を測定する。 それにより界面状況を把握し、 SO〖ウェハ の内部異物 '欠陥測定及び界面の測定が可能となる。 その結果、 品質の向上がは かれる。 さらに、 ウェハ内部の CO P又は欠陥を含む異物を用いて SO I校正を 行うことができる。
本発明の態様 （modes) を以下に要約する。
( 1 ) 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 その強度を変化可能として出 射する光源部と、
前記光源部から出射した 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の 被検面に対して所定の入射角で同時または択一的に入射させる照射光学系と、 前記光束が前記被検面を走査するように、 前記光束および前記被検体のうち少 なくとも一方を相対的に変位させる走査部と、
前記光束が入射した前記被検面の入射部分から出射した散乱光を、 第 1光強度 検出部に導光する散乱光検出光学系と、
前記光束が入射した前記被検面の入射部分から出射した正反射光を、 第 2光強 度検出部に導光する散乱光検出光学系と、
光源部から出射される光束の種類、及び第 1光強度検出部からの出力に基づき、 光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する制御演算部とを 備え、
前記制御演算部は、 短波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力 と、 長波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力とを比較し、 長波 長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力にのみ現れる信号を、 内部 対象物からの検出信号と判別し、 かつ、 長波長の光束の強度を調整し、 その内部 対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、 消失レベルよりも高 いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により 得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体内部の対象物を測定するよう に構成されていることを特徴とする表面検査装置。
( 2 ) 上記被検体は、 表面から順に表層、 中層及び下層を有する多層構造にな つていて、 主に各層の境界に被検対象物が存在しており、 上記制御演算部は、 消 失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長 波長の光束によリ得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体内部の下層 に属する被検対象物を測定し、 消失レベルよりも低いレベルに、 長波長の光束の 第 2強度を設定し、 第 2強度の長波長の光束により得られる第 1光強度検出部の 出力に基づき、 被検体内部の中層に属する被検対象物を測定するように構成され ていることを特徴とする前述の表面検査装置。
( 3 ) 上記光源部は、 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視 域の光束を射出するように構成され、
上記被検体は、 薄膜 S O Iウェハであり、 薄膜 S O Iウェハの表面から順に S i 、 S i 0 2、 S i の層が多層構造として形成されていることを特徴とする前述 の表面検査装置。
( 4 ) 上記光源部は、 短波長として遠紫外域 （ D U V： Deep Ultraviolet) の光 束を射出するように構成され、 上記被検体はウェハであり、 そのウェハにおける被検対象物は、 ウェハ表面の 異物と、 ウェハ内部の C O P又は欠陥を含む異物であることを特徴とする前述の 表面検査装置。
( 5 ) 上記光源部は、短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、同軸に、かつ、 その強度を変化可能として出射するように構成したことを特徴とする前述の表面 検査装置。
( 6 ) 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の 被検面に対して所定の入射角で入射させて異物を検出する表面検査方法において、 長波長の光束の強度を調整して、 その内部対象物からの検出信号が消失する付近 の消失レベルを求め、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度 を設定し、 第 1強度の長波長の光束によリ得られる第 1光強度の出力に基づき、 被検体内部の対象物を測定することを特徴とする表面検査方法。
( 7 ) 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の 被検面に対して所定の入射角で入射させて異物を検出する表面検査方法において、 長波長の光束の強度を調整して、 長波長の光束の強度を 「強」 にしたときに測定 される対象物から、 長波長の光束の強度を 「弱」 にしたときに測定される対象物 を差し引いて、 残った対象物を被検体の内部の C O P又は欠陥を含む異物と判定 することを特徴とする表面検査方法。
( 8 ) 表層、 中層および下層がそれぞれ第 1層、 第 2層および第 3層であり、 —方で、 短波長の光を照射して第 1測定結果を得、 他方で、 内部の第 3層にある C O P又は欠陥を含む異物まで検出できる強い強度の長波長で照射して検出画像 を得、 第 1測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとし、 これよリ所定レベル上げた第 1測定レベルにより測定することによリ第 2測定結 果を得、 さらに基準レベルよリ所定レベル下げて測定することによリ第 3測定結 果を得て、 第 1測定結果にのみ現れる対象物を被検体の表面に存在するものと判 定し、 第 1乃至第 3測定結果に現れる異物を第 2層より深い対象物と判定し、 第 1及び第 2測定結果にのみ現れる対象物を第 1層に存在するものと判定すること を特徴とする前述の表面検査方法。
( 9 ) 上記被検体は、 表面から順に表層、 中層及び下層を有する多層構造とな つていて、 主に各層の境界に被検対象物が存在しており、
内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルよリも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束によリ得られる第 1 光強度の出力に基づき、 被検体内部の下層に属する被検対象物を測定し、 消失レ ベルよりも低いレベルに、 長波長の光束の第 2強度を設定し、 第 2強度の長波長 の光束によリ得られる第 1光強度の出力に基づき、 被検体内部の中層に属する被 検対象物を測定することを特徴とする前述の表面検査方法。
( 1 0 ) 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視域の光束を射 出し、
上記被検体は、 薄膜 S O Iウェハであり、 薄膜 S O Iウェハの表面から順に S i、 S i 0 2、 S i の層が多層構造として形成されていることを特徴とする前述 の表面検査方法。
( 1 1 ) 短波長として遠紫外域 （D U V ： Deep Ultraviolet) の光束を射出し、 上記被検体はウェハであり、 そのウェハにおける被検対象物は、 ウェハ表面の 異物と、 ウェハ内部の C O P又は欠陥を含む異物であることを特徴とする前述の 表面検査方法。
( 1 2 ) 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 同軸に出射することを特徴 とする前述の表面検査方法。 図面の簡単な説明
図 1は、 波長と S i進入長 （深さ） との関係を示すグラフ。
図 2は、 本発明によるウェハの表面検査方法におけるウェハの表層と内部の測 定原理を説明するための図。
図 3は、 本発明によるウェハの表面検査方法におけるウェハの表層と内部の測 定を具体的に示す説明図。
図 4は、 長波長側の校正を説明するための図。
図 5は、 長波長の強度の調整により内部 C O Pの消失の前後の状態を示す説明 図。
図 6は、 各界面からの H A Z Eを示す。 図 7は、 本発明方法を実施するための表面検査装置の一例を示す概略図。 本発明の好適な実施例
本発明の好適な実施例における測定方法の原理について述べる。
波長毎の S i において入射光強度が 1 e 2 (約 1 3 % ) となる深さと波長の 関係は、 図 1のグラフに示すとおりである。
図 1からも明らかなように、 紫外域 （特に遠紫外域） の波長と、 可視域の波長 の間の領域において、 S i における透過する距離が 1 0倍以上相違するように著 しく変化する。 したがって、 紫外域の波長の光を照射して検出した場合には、 略 表面の異物や C O Pの検出のみに留まる一方、 可視域の波長の光を用いれば、 ゥ ェハの内部深くまで照射される。 そのため、 ウェハの内部にある膜構成 （多重構 造）、例えば中層と下層の境界における C O P (最も数が多く、特徴的である C O Pである） の検出が可能となる。
図 2において、 ウェハは、 S iからなる表層 A (第 1層）、 S i 0 2からなる中 層 B (第 2層）、 S iからなる下層 C (第 3層） を有し、 表層 Aの厚みが 2 0 ~ 1 0 0 n m、 中層 Bの厚みが 1 0 0〜 1 5 0 n m、 下層 Cの厚みが約 5 0 0 n mで める。
図 2の例における下層 Cは母材とも呼ばれる。
本発明の好ましい実施例においては、 測定の際、 まず、 紫外線の波長 （短波長） の光 λ 1を照射して第 1測定結果を得る。 次に、 内部 （例えば下層つまり第 3層 Cにある C O P ) まで検出できる強い強度の可視光の波長 （長波長） の光 λ 2で 照射して検出画像を得る。 第 1測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げ て、 その消失時点のレベルを基準レベルとする。 この基準レベルより所定レベル だけ上方に上げて第 1測定レベルとする。 その第 1測定レベルで測定することに より第 2測定結果を得る。 さらに、 基準レベルだけ下方に下げた第 2測定レベル により測定することにより第 3測定結果を得る。
このように得た測定結果に基づいて対象物 （異物） を測定する。 例えば、 第 1 測定結果にのみ現れる対象物をウェハ表面に存在するものと判定し、 第 1乃至第 3測定結果に現れる異物をウェハの中層 （第 2層） より深い対象物と判定し、 第 1及び第 2測定結果にのみ現れる対象物を表層 （第 1層） に存在するものと判定 する。
このような測定を実行することにより、 多層構造 （膜条件） が異なるウェハで あつたとしても、 基準レベルから上方及び下方の所定レベル （又は基準レベルよ リ高いレベルと、 それより低いレベル） の照射光で測定を行うため、 散乱光の大 きさによリ、 ウェハ内部の各層又は各境界に存在する対象物の大きさが信頼性を 持って測定可能となる。
なお、 C O Pは、 Crystal Originated Particleの略語であり、 ウェハ上の微粒子 やウェハ内部の結晶空洞をいう。
また、 S O Iウェハとは、 Silicon on Insulatorウエノヽをし、う。
図 3〜 6を参照して、 前述のような測定原理に基づく表面検査方法の実施例を 説明する。
まず、 ウェハ 3 1の表層である第 1層 3 1 aと、 内部の中層と下層である第 2 層 3 1 bと第 3層 3 1 cを測定するために、 2種類の波長の光、つまり D U V (遠 紫外線） と呼ばれる波長の短いレーザー光 3 2 (例えば 3 5 5 n m、 2 6 6 n m などの光） と、 可視光で長波長 （例えば 4 0 8 , 4 8 8 n m ) のレーザー光 3 3 を利用する。
図 3に示すように、 第 1層 3 1 aが S ίからなリ、 第 2層 3 1 bが S i 0 2か らなり、第 3層 1 cが S iからなる場合、通常、波長の短い光 3 2 ( D U V ) は、 S iからなる第 1層 3 1 aを透過しないため、 波長の短い光 3 2によって第 1層 1 a (表層） のみを測定する事が可能である。 波長の長い光 3 3は、 内部 （第 2 層 3 1 bと第 3層 3 1 c ) まで測定できるが、 レーザ一光 （光束） の強度によつ て測定可能な深さが変化する。
まず、 短波長の光 3 2を照射して第 1測定結果を得、 次に、 内部の第 2層 3 1 bにある C O Pまで検出できる強い強度の長波長の光 3 3を照射して検出画像を 得る。第 1測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レベルとする。 基準レベルより所定レベル上方に上げた第 1測定レベル （上方測定レベル） によ リ測定することにより第 2測定結果を得る。 さらに基準レベルより下方に所定レ ベル下げた第 2測定レベル （下方測定レベル） により測定することによリ第 3測 定結果を得る。 そして、 第 1測定結果にのみ現れる対象物をウェハ表面に存在す るものとし、 第 1乃至第 3測定結果に現れる異物を第 2層より深い位置の対象物 と判断し、 第 1及び第 2測定結果にのみ現れる対象物を第 1層に存在するものと 判断する。
前述のような 2種類の波長の光による測定結果に基づいてウェハ 3 1の内部と 表層の異物を識別して測定できる。 とくに、 ウェハ内部の各層 （つまり第 2層と 第 3層） の異物と表層の異物とを識別して測定できる。
好ましくは、 図 4に示すように、 特徴のある CO P 34が母材つまり第 3層 3 1 c (下層） に多いウェハ 3 1を使用する事で、 長波長側の校正を可能とするこ とができる。 例えば、 長波長側の光量の強度を調整して、 例えば強度をまず「強」 として、 ウェハ 3 1の全層を測定し、 つぎに「強」から 「弱」 に調整していくと、 下層 3 1 cの CO P 34が消失して検出できなくなる。 一般に CO Pはウェハ 3 1の下層 3 1 c (母材） の表面、 換言すれば中層 3 1 bと下層 3 1 cとの境界に 多く集中しているため、 前述のような 「強」 から 「弱」 への強度調整によって、 ウェハ 3 1の下層 3 1 cの表面に多く集中している特徴ある CO P 34が、 ある 強度レベルで大量に消える。 この現象を利用すれば、 ウェハ 3 1の母材つまり第 3層 3 1 c (下層） に存在する CO P 34を測定するための最適光量が分かり、 校正が容易かつ正確にできる。
また、 図 5に示すように、 ウェハ下層 3 1 cの CO P 34が消失する前後で検 出される異物の差から、 下層 3 1 cの異物を判定できる。 つまり、 CO P 34の 消失前の異物を検出して記録しておき、 CO P 34の消失前の異物から、 CO P 34の消失後の異物を差し引いて残った異物を、 下層 3 1 cの異物であると判定 することができる。
このような現象を活用すると、 下層の CO Pを利用して校正が可能となる。 例 えば、異なる条件で最低 2回測定することで、ウェハの表面、表層、内部（中層、 下層） に属する異物を識別して正確に測定することができる。
また、 波長によって表面散乱は各界面での散乱を含んでいると考えられる。 そ のため、上記校正を行い、 さらに H A Z E測定（すなわち、表面散乱測定） をし、 ウェハ内部 （中層、 下層） の状態を H A Z E— Aとし、 内部の CO P消失時の状 態を H A Z E— Cとすると、 H A Z E— Aから H A Z E— Cを差し引いたものが、 ウェハ 3 1の下層 3 1 Cの表面での H A Z E情報と判定できる。
例えば、 図 6は、 ウェハ 3 1の上層 3 1 a、 中層 3 1 b、 下層 3 1 cの各界面 から H A Z Eを示す。 C O Pの観察できる状態には H A Z E— 1、 2、 3が含ま れており、 C O Pが測定できなくなったときには、 H A Z E— 2、 3の情報とな る。 短波長が H A Z E— 3とすれば、 波長による係数が必要であるが、 演算によ リ各界面での H A Z E情報を抽出可能である。
図 7は、 本発明方法を実施するための、 好適な 1つの実施例による表面検査装 置を示している。
図 7において、 光源部 1と、 その光源部 1からのレーザ一光の光束 2でウェハ 3 (被検体） の被検面 3 aを所定の傾斜角度で照明する照明光学系 4と、 被検面 3 aからの散乱反射光 5を受光する第 1受光光学系 6と、 第 1受光光学系 6で受 けとられた散乱反射光 5を受光する第 1光強度検出部 7と、 被検面 3 aからの正 反射光又は鏡面反射光 8を受光する第 2受光光学系 9と、 第 2受光光学系 9で受 けとられた正反射光又は鏡面反射光 8を受光する第 2光強度検出部 1 0と、 第 1 光強度検出部 7からの第 1信号 1 2に基づき被検面 3 aにある異物 2 2の大きさ を求めたり、 第 2光強度検出部 1 0からの第 2信号 1 3に基づき被検面 3 aにあ る異物 2 2の高さを求めたりするための制御演算部 1 4とを有する。
光源部 1は、 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 その強度を変化可能と して出射する。
光源部 1から出射した 2種類の波長の光束は、 被検体の被検面に対して所定の 入射角で同時または択一的に入射させる。
光源部 1から出射される光束の種類、 及び第 1光強度検出部 7からの出力に基 づき、 光源部 1から射出される少なくとも長波長の光束の強度を制御演算部 1 4 で調整する。
制御演算部 1 4は、短波長の光束を照射した際の第 1光強度検出部フの出力と、 長波長の光束を照射した際の第 1光強度検出部 7の出力とを比較し、 長波長の光 束を照射した際の第 1光強度検出部 7の出力にのみ現れる信号を、 内部対象物か らの検出信号と判別し、 かつ、 長波長の光束の強度を調整し、 その内部対象物か らの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、 消失レベルよりも高いレベル に、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により得られる 第 1光強度検出部 7の出力に基づき、 被検体内部の対象物を測定する。
被検体 3力 表面から順に表層、中層及び下層を有する多層構造になっていて、 主に各層の境界に被検対象物が存在している場合、 制御演算部 1 4は、 消失レべ ルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の 光束により得られる第 1光強度検出部 7の出力に基づき、 被検体内部の下磨に属 する被検対象物を測定し、 消失レベルよりも低いレベルに、 長波長の光束の第 2 強度を設定し、 第 2強度の長波長の光束によリ得られる第 1光強度検出部 7の出 力に基づき、 被検体内部の中層に属する被検対象物を測定する。
また、 光源部 1は、 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視域 の光束を射出する。 好ましくは、 光源部 1は、 短波長として遠紫外域 （D U V : Deep Ultraviolet) の光束を射出する。 また、 光源部 1は、 短波長と長波長の 2種 類の波長の光束を、 同軸に、 かつ、 その強度を変化可能として出射する。
制御演算部 1 4は、 表層、 中層および下層 （第 1層、 第 2層および第 3層） の 多層構造のウェハを検査するとき、 一方で、 短波長の光を照射して第 1測定結果 を得、 他方で、 内部の第 2層にある C O Pまで検出できる強い強度の長波長で照 射して検出画像を得、 第 1測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基 準レベルとし、 これより所定レベル上げた第 1測定レベルにより測定することに より第 2測定結果を得、 さらに基準レベルより所定レベル下げた第 2測定レベル により測定することによリ第 3測定結果を得て、 第 1測定結果にのみ現れる対象 物を被検体の表面に存在するものと判定し、 第 1乃至第 3測定結果に現れる異物 を第 2層より深い対象物と判定し、 第 1及び第 2測定結果にのみ現れる対象物を 第 1層に存在するものと判定する。
また、 制御演算部 1 4は、 求められた異物の大きさが被検面 3 aに照明された 光束 2の径と略等しいかそれ以上である場合に、 第 2信号 1 3に基づき被検面 3 aにある異物 2 2の高さを求めることもできる。
制御演算部 1 4は、 高さデータの変化から異物 2 2の高さを求める高さデータ H R方式 （高密度で精密に測定を行う、 いわゆるハイリゾリュ一シヨン方式） の 実施形態においては、 第 1光強度検出部 7からの第 1信号 1 2が所定のスライス レベル以上である場合に、 異物 2 2の存在を判断し、 異物 2 2が存在していると 判断された領域での第 2信号 1 3及び異物 2 2が存在していると判断された領域 の周辺での第 2信号 1 3に基づき、 異物の高さを求めるように構成されている。 異物 2 2の高さは、 第 2信号 1 3の所定範囲での平均値に応じて決定され、 被検 面のうねり （ソリその他の高さ変化を含む） に追随する。
また、 制御演算部 1 4は、 異物 2 2が存在すると判断された領域での第 2信号 1 3によるデータと、 異物 2 2の存在と判断された領域の周辺の領域での第 2信 号 1 3によるデータとの平均値の差に基づき、 異物 2 2の高さを求めるように構 成される。
また、 前述の表面検査装置は、 ピクセル法を採用する実施形態においても使用 できる。 その場合は、 制御演算部 1 4が、 測定対象 3を所定の多数の単位面積の ピクセルに区分けし、 その各ピクセル内での第 1信号 1 2及び 又は第 2信号 1 3の最大値をそのピクセルでの各信号の値として扱うように構成される。
この場合、 制御演算部 1 4は、 異物 2 2が存在すると判断された領域でピクセ ル処理された第 2信号 1 3によるデータと、 異物 2 2の存在と判断された領域の 周辺の領域でピクセル処理された第 2信号 1 3によるデータとの平均値の差に基 づき、 異物 2 2の高さを求めるように構成される。
そして、 制御演算部 1 4は、 ピクセル処理された第 1信号 1 2に基づいて異物 2 2の存在を判断し、 異物 2 2の存在と判断された箇所でピクセル内の各アナ口 グ第 1信号 1 2及びアナログ第 2信号 1 3に基づき、 異物の高さを求めるように 構成される。
制御演算部 1 4は、 信号処理部を含んでおり、 そこでの信号処理結果 （異物の 位置、 個数、 高さ、 散乱反射光レベルなど） が表示部 1 5に表示される。
また、 制御演算部 1 4は、 駆動部 1 6に制御信号を送り、 ウェハ 3をのせるテ 一ブル 1 8の X方向、 Y方向及び Z (高さ） 方向の移動や回転を制御する。 さらに、 制御演算部 1 4は、 光源 1、 照明光学系 4、 第 1受光光学系 6、 第 1 光強度検出部 7、 第 2受光光学系 9、 第 2光強度検出部 1 0、 ウェハ 3を操作す るためのロボットアーム駆動部 （図示せず） にも処理信号を供給して制御する。 Zデータ （つまり高さデータ） の H R方式及びピクセル方式の表面検査装置及 び方法は、 特開 2 0 0 0— 3 3 7 8 4 4号の出願書類に説明されているものを採 用できる。
制御演算部 2 3は、 駆動部 1 6に制御信号を出力し、 モータ 2 9や光源 1の所 定の制御を行う一方、 駆動部 1 6による回転情報を含む信号 （例えば、 被検物で あるウェハを回転させるモータ 2 9の所定回転ごとにパルス信号） をエンコーダ 一部から受け取る。 制御演算部 2 3は、 必要に応じて、 メモリ部との間でデータ のやりとりを行い、 所望の処理を実行する。
光束 2が被検面 3 aを走査するように、 光束 2および被検体 3のうち少なくと も一方を相対的に変位させる走査部 2 0は、 駆動部 1 6、 モータ 2 9、 テーブル 1 8その他で構成されている。
本発明によれば、 次世代ウェハと呼ばれる薄膜 S O Iの内部 （中層、 下層） や それらの界面の管理が可能となる。 従来は、 ウェハの電気的特性や表面の異物に よって管理されていたが、 従来に比べて、 本発明によれば、 界面管理が可能とな る。 そのため、 歩留まりへの影響を小さくできる。 歩留まり向上と材質の品質向 上に大きく寄与できるのである。

Claims
Ϊ青 求 の 範 囲 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 その強度を変化可能として出射 する光源部と、
前記光源部から出射した 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検 体の被検面に対して所定の入射角で同時または択一的に入射させる照射光学 系と、
前記光束が前記被検面を走査するように、 前記光束および前記被検体のう ち少なくとも一方を相対的に変位させる走査部と、
前記光束が入射した前記被検面の入射部分から出射した散乱光を、 第 1光 強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、
前記光束が入射した前記被検面の入射部分から出射した正反射光を、 第 2 光強度検出部に導光する散乱光検出光学系と、
光源部から出射される光束の種類、 及び第 1光強度検出部からの出力に基 づき、 光源部から射出される少なくとも長波長の光束の強度を調整する制御 演算部とを備え、
前記制御演算部は、 短波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の 出力と、 長波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力とを比較 し、 長波長の光束を照射した際の前記第 1光強度検出部の出力にのみ現れる 信号を、 内部対象物からの検出信号と判別し、 かつ、 長波長の光束の強度を 調整し、その内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルを求め、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強 度の長波長の光束によリ得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体 内部の対象物を測定するように構成されていることを特徴とする表面検査装 置。
上記被検体は、 表面から順に表層、 中層及び下層を有する多層構造になつ ていて、 主に各層の境界に被検対象物が存在しており、 上記制御演算部は、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強 度の長波長の光束により得られる第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体 内部の下層に属する被検対象物を測定し、 消失レベルよリも低いレベルに、 長波長の光束の第 2強度を設定し、 第 2強度の長波長の光束によリ得られる 第 1光強度検出部の出力に基づき、 被検体内部の中層に属する被検対象物を 測定するように構成されていることを特徴とする請求項 1記載の表面検査装 置。
3. 上記光源部は、 短波長として紫外域の光束を射出し、 長波長として可視域 の光束を射出するように構成され、
上記被検体は、 薄膜 S O Iウェハであり、 薄膜 S O Iウェハの表面から順 に S i 、 S i o 2、 S iの層が多層構造として形成されていることを特徴とす る請求項 1又は 2記載の表面検査装置。
4. 上記光源部は、 短波長として遠紫外域 （ D U V ： Deep Ultraviolet) の光束 を射出するように構成され、
上記被検体はウェハであり、 そのウェハにおける被検対象物は、 ウェハ表 面の異物と、 ウェハ内部の C O P又は欠陥を含む異物であることを特徴とす る請求項 1又は 2記載の表面検査装置。
5. 上記光源部は、 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 同軸に、 かつ、 その強度を変化可能として出射するように構成したことを特徴とする請求項 1又は 2記載の表面検査装置。
6. 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の被 検面に対して所定の入射角で入射させて異物を検出する表面検査方法におい て、 長波長の光束の強度を調整して、 その内部対象物からの検出信号が消失 する付近の消失レベルを求め、 消失レベルよりも高いレベルに、 長波長の光 束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により得られる第 1光強度 の出力に基づき、 被検体内部の対象物を測定することを特徴とする表面検査 方法。
7. 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を表面検査の対象である被検体の被 検面に対して所定の入射角で入射させて異物を検出する表面検査方法におい て、 長波長の光束の強度を調整して、 長波長の光束の強度を 「強」 にしたと きに測定される対象物から、 長波長の光束の強度を 「弱 J にしたときに測定 される対象物を差し引いて、 残った対象物を被検体の内部の C O P又は欠陥 を含む異物と判定することを特徴とする表面検査方法。
8. 表層、 中層および下層がそれぞれ第 1層、 第 2層および第 3層であり、 - 方で、 短波長の光を照射して第 1測定結果を得、 他方で、 内部の第 3層にあ る C O P又は欠陥を含む異物まで検出できる強い強度の長波長で照射して検 出画像を得、 第 1測定結果以外の対象物が消失するレベルまで下げて基準レ ベルとし、 これよリ所定レベル上げた第 1測定レベルによリ測定することに よリ第 2測定結果を得、 さらに基準レベルより所定レベル下げて測定するこ とにより第 3測定結果を得て、 第 1測定結果にのみ現れる対象物を被検体の 表面に存在するものと判定し、 第 1乃至第 3測定結果に現れる異物を第 2層 より深い対象物と判定し、 第 1及び第 2測定結果にのみ現れる対象物を第 1 層に存在するものと判定することを特徴とする請求項 6又は 7記載の表面検 査方法。
9. 上記被検体は、 表面から順に表層、 中層及び下層を有する多層構造となつ ていて、 主に各層の境界に被検対象物が存在しており、
内部対象物からの検出信号が消失する付近の消失レベルよりも高いレベル に、 長波長の光束の第 1強度を設定し、 第 1強度の長波長の光束により得ら れる第 1光強度の出力に基づき、 被検体内部の下層に属する被検対象物を測 定し、 消失レベルよりも低いレベルに、 長波長の光束の第 2強度を設定し、 第 2強度の長波長の光束によリ得られる第 1光強度の出力に基づき、 被検体 内部の中層に属する被検対象物を測定することを特徴とする請求項 6又は 7 記載の表面検査方法。
10. 短波長として紫外域の光束を射出し、長波長として可視域の光束を射出し、 上記被検体は、 薄膜 S O Iウェハであり、 薄膜 S O Iウェハの表面から順 に S i 、 S i 0 2、 S iの層が多層構造として形成されていることを特徴と する請求項 6又は 7記載の表面検査方法。
11. 短波長として遠紫外域 （ D U V ： Deep Ultraviolet) の光束を射出し、
上記被検体はウェハであり、 そのウェハにおける被検対象物は、 ウェハ表 面の異物と、 ウェハ内部の C O P又は欠陥を含む異物であることを特徴とす る請求項 6又は 7記載の表面検査方法。
12. 短波長と長波長の 2種類の波長の光束を、 同軸に出射することを特徴とす る請求項 6~1 1のいずれか 1項記載の表面検査方法。
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