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WO2010113232A1 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

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Publication number
WO2010113232A1
WO2010113232A1 PCT/JP2009/006615 JP2009006615W WO2010113232A1 WO 2010113232 A1 WO2010113232 A1 WO 2010113232A1 JP 2009006615 W JP2009006615 W JP 2009006615W WO 2010113232 A1 WO2010113232 A1 WO 2010113232A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inspection
scattered light
sample
condition
haze
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/006615
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
三友健司
岡健次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi High Tech Corp
Original Assignee
Hitachi High Technologies Corp
Hitachi High Tech 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 Hitachi High Technologies Corp, Hitachi High Tech Corp filed Critical Hitachi High Technologies Corp
Priority to US13/202,727 priority Critical patent/US8804108B2/en
Publication of WO2010113232A1 publication Critical patent/WO2010113232A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4707—Forward scatter; Low angle scatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features
    • G01N2021/8822—Dark field detection

Definitions

  • the present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus, for example, a method and an inspection apparatus for inspecting defects on the surface of an inspection object such as a semiconductor wafer.
  • a circuit is formed by transferring a pattern to a bare wafer and cutting it by etching.
  • foreign matters and defects adhering to the wafer surface are major factors that reduce yield.
  • Foreign matter and defects adhering to the wafer surface are managed in each manufacturing process, and foreign matter adhering to the bare wafer surface and defects existing on the wafer surface are detected with high sensitivity and high throughput. Inspection equipment.
  • Patent Document 1 discloses that a foreign object on a sample having a large surface state is removed by direct current offset to make a margin in an amplifier dynamic range and increase a gain. A method is described in which small defects can be seen.
  • JP 63-143830 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-249791
  • a dark field inspection apparatus using a dark field condensing optical system scans illumination laser light and detects scattered light only when a light source is irradiated to a defect. Signal).
  • the irradiation range is sufficiently larger than the target foreign matter, and widely illuminates the range to be detected.
  • the mirror wafer has a very small uneven structure (microroughness) called “Haze”, and scattered light is also generated from the surface uneven structure when irradiated with a laser. Since this scattered light generally has a sufficiently low frequency component compared to the signal from an independent defect, it can be separated by circuit filtering.
  • the shot noise inherent to the sensor is a pulse component in the low frequency Haze scattered light input.
  • a wafer with a certain amount of Haze counts shot noise as a defect, not an actual defect, and cannot perform correct measurement. Moreover, if the inspection is not performed under an appropriate sensitivity condition according to the Haze level, the output signal of the sensor is saturated, and there is a possibility of causing problems such as failure to correctly recognize the size of the defect.
  • the task of setting inspection conditions for new processes depends on trial and error methods, and it takes time to create inspection conditions and the difference in the skill level of the setting operator is sufficient. The problem is that it is impossible to bring out the proper inspection performance. As described above, the method of determining the inspection condition while actually measuring the signal takes time, and the determination whether the set sensitivity condition is appropriate depends on the discretion of the operator.
  • One object of the present invention is to provide an inspection apparatus and an inspection method capable of obtaining desired inspection conditions in a short time while suppressing the influence of inspection operator skill in inspection based on scattered light.
  • One feature of the present invention is that a stage for holding a sample, an illumination optical system for irradiating illumination light on the surface of the sample held on the stage, and scattered light generated by the irradiation light irradiated on the sample
  • a dark field optical system to detect a photoelectric conversion unit that converts scattered light detected by the dark field optical system into an electrical signal, and an AD conversion unit that converts the electrical signal converted by the photoelectric conversion unit into a digital signal
  • a determination unit that determines the size of the foreign matter from the size of the scattered light from the foreign matter on the sample surface, and a signal processing unit that determines inspection conditions using the scattered light information from the sample surface.
  • Another feature of the present invention is that the scattered light generated by the irradiation light irradiated on the sample is detected, the scattered light detected by the scattered light detection optical system is converted into an electrical signal, and the converted electrical signal
  • the scattered light information from the sample surface is used to determine the detection condition of the scattered light. It is in the inspection method to be used.
  • the Haze signal (direct current) and the foreign substance signal (pulse) are information associated with each other as the ratio of the amount of scattered light to the irradiation power, and the magnitude of shot noise is statistically proportional to the square root of the Haze signal. Utilizing the physical phenomenon of increasing, predicting the detection limit of foreign matter and the maximum detectable size from Haze information (surface roughness) acquired in advance, preventing false generation and maintaining high inspection accuracy It is something to try.
  • the second measurement amount called Haze is used to maintain the accuracy of the foreign object inspection that is the first measurement object, and a technique that anyone can obtain without trial and error in the limit performance is provided.
  • the roughness information (Haze) is directly measured when setting the sensitivity of the foreign material and automatically appropriate.
  • the inspection device calculates the foreign object detection sensitivity and the detectable range (minimum, maximum size) and provides information to the operator. 2) Similarly, a large Haze increases the DC component of the sensor and causes saturation.
  • the roughness (roughness) of the wafer surface targeted by the present invention is defined as Haze in the SEMI standard, and the effective height value is 0.1 to 10 nm, and the repetition period of unevenness is 0. It is about 1 to 10 ⁇ m and is measured with an AFM (Atomic Force Microscope).
  • AFM can inspect only a very small area, and it is considered impractical to inspect the entire wafer surface.
  • the scattered light correlated with the average height of the fine roughness from the range irradiated with the laser.
  • Haze can be obtained as a signal having a frequency component sufficiently lower than LLS (Localized light scatter) correlated with the rms value.
  • the detection limit of an inspection apparatus such as a mirror surface wafer is noise.
  • noise generated from a detector that is several times larger than an order of magnitude is added to this noise.
  • This noise form is a single-shot signal that is randomly generated without depending on time and position, and is indistinguishable from a signal from the LLS. It has been confirmed that the magnitude of this noise has a correlation with the amount of Haze. The smaller the Haze, the smaller the defect can be detected. However, how far the small defect can be seen requires the operator's experience and a process of changing parameters by trial and error.
  • the inventors of the present invention have focused on the point that it is not sufficient to simply cancel the DC component with an offset from a sample with a large Haze. Furthermore, in the semiconductor wafer surface inspection technology using the dark field method, which is an issue of the application field of the present invention, it is not the amplifier range that must be taken into account when the Haze is large.
  • the sensor itself is saturated. Since this characteristic is directly related to Haze, it must be reduced by changing the light amount or the bias condition of the sensor to an appropriate sensitivity. Specifically, the voltage applied to the photomultiplier tube is controlled to optimize the amplification degree of the sensor itself. As a result, a signal saturated by the sensor may become apparent.
  • the present invention provides an optimization technique for determining how much the sensitivity of a signal saturated by a sensor is lowered.
  • the effect expected by the present invention is not to provide a means for optimally setting the sensitivity on a surface where the Haze is so large that the signal of the target independent defect is buried, but within an allowable range of Haze.
  • automatic correction is applied to a Haze wafer that affects the inspection accuracy.
  • the present invention provides a technique for directly determining an appropriate sensitivity from the amount of Haze.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a foreign matter / defect inspection apparatus using the foreign matter / defect detection method of the present invention.
  • a semiconductor wafer 100 that is an object to be inspected is vacuum-sucked by a chuck 101, and this chuck 101 is mounted on an object to be inspected stage 102 and a Z stage 105 that are composed of a rotary stage 103 and a translation stage 104.
  • the rotary stage 103 performs rotational movement ⁇
  • the translation stage 104 performs translational movement r.
  • stage controls are performed via the stage control mechanism 107 based on control signals from the host CPU 108 and the arithmetic unit 121.
  • the illumination / detection optical system 110 includes a light source 200 and a sensor 207, and generates scattered light when the illumination spot irradiated from the light source strikes a foreign matter or a defect 206 on the wafer surface.
  • the sensor 207 detects this scattered light, converts it into an electrical signal, and amplifies it by the amplifier 111.
  • the scattered light signal detected by the amplifier 111 is divided into a foreign matter / defect signal processing system 115 having a high frequency and a Haze signal processing system 119 having a low frequency.
  • the pulse component is extracted by the high pass filter 112, converted into the foreign matter / defect digital signal by the AD converter a113, and then the foreign matter / defect determination mechanism 114 for each unit area divided in advance.
  • the size and position of the foreign matter or defect is sent to the host CPU 108 via Haze and the defect data transfer mechanism 120 in synchronization with the foreign matter / defect coordinate.
  • the Haze signal processing system 119 extracts DC and low frequency components by the low-pass filter 116, converts the Haze digital signal by the AD converter b 117, and then converts the Haze coordinates to the Haze coordinates for each unit area divided in advance.
  • the Haze measurement value is sent to the host CPU 108 via the Haze and the foreign object / defect data transfer mechanism 120 in synchronization.
  • the defect / foreign object coordinate being inspected is detected by the inspection coordinate detection mechanism 106, and a coordinate synchronization signal for synchronizing with the coordinate position is generated by the calculator 121, and the current position is reported to the host CPU 108.
  • the illumination spot scans the entire surface of the wafer, thereby determining the size and position of the foreign matter / defect and Haze, and outputting the inspection result to the input / output device 109.
  • the method for outputting the inspection results is a map showing the distribution of foreign matter / defects or Haze on the screen and / or a text file describing the position and size of each foreign matter / defect, the type of defect, etc. Etc.
  • the input / output device 109 inputs conditions such as sensitivity and threshold value for inspecting foreign matter / defects, and inputs commands such as start of inspection, analysis of inspection results, and storage.
  • the sensitivity of the sensor when inspecting the entire wafer surface is performed by the sensor sensitivity controller 122 based on the data sent to the computing unit 121 according to the set conditions. Further, the Haze signal processing system 119 measures the amount of Haze and reports it to the host CPU 108 for the purpose of acquiring information for determining the sensor sensitivity before starting the entire surface inspection.
  • FIG. 2 is a diagram showing an illumination spot according to the embodiment of the present invention. Further, FIG. 2 shows an illumination / detection optical system disposed above the semiconductor wafer 100.
  • a laser light source is used as the illumination light source 200.
  • the irradiation beam 201 emitted from the light source 200 enters the irradiation lens 202 to form an illumination spot 203 having a predetermined size.
  • the illumination light is, for example, P-polarized light, and is configured so as to be obliquely incident on the surface of the semiconductor wafer 100, which is an object to be inspected, approximately at a Brewster angle with respect to crystal Si.
  • the irradiation beam trajectory on the wafer becomes spiral by the mechanism in which the irradiation beam is fixed and the wafer is translated while rotating.
  • the illumination spot 203 has a substantially elliptical shape consisting of a long axis component 204 long in the radial direction r and a short axis component 205 short in the radial direction ⁇ with respect to the helical scan 208.
  • the inside of the contour line where the illuminance decreases to 1 / square of e at the center of the illumination spot (e is the base of the natural logarithm) will be defined again as an illumination spot.
  • the normal illumination spot 203 has a predetermined amount in an arbitrary track of the spiral scan and the next track. Set to overlap.
  • the illumination spot 203 is scanned from the inner periphery to the outer periphery of the semiconductor wafer 100, but the reverse is also possible.
  • scattered light is generated.
  • the sensor 207 detects this scattered light via the light receiving system condensing lens 209 and converts it into an electrical signal.
  • the amount of light scattered from a foreign material that is smaller than the wavelength of the laser beam irradiated on the wafer is generally the optical constant (refractive index, secondary refractive index) of the sample, the thickness of the thin film, the refractive index of the target foreign material, the size of the foreign material, and the detection optics. It is determined if the irradiation angle of the system, the polarization direction, the arrangement of the light receiver, and the light analysis are determined.
  • the optical constant of a sample is usually determined by a deposited material and can be measured by a well-known method.
  • the amount of scattered light can be normalized as a ratio to the irradiation power density, that is, the power per irradiation area, irrespective of the irradiation area and irradiation power, and can be calculated by simulation with a quantity called BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function).
  • BRDF Bidirectional Reflectance Distribution Function
  • p can be expressed as illumination power
  • s can be expressed as an irradiation area
  • This Haze incident light amount can also be normalized as the ratio of scattered light to irradiation power and treated as a BRDF amount regardless of the sensitivity and irradiation power of the sensor.
  • the Haze photometric quantity Meas Haze measured with a limited NA is known.
  • S k is the cathode radiation sensitivity of the sensor, that is, the current ratio to the incident light amount on the photoelectric conversion surface
  • g (PMTHV) is the multiplication factor of the sensor
  • P dh is the amount of light incident on the sensor (the amount of light scattered from Haze).
  • C is a conversion coefficient of the Haze processing system
  • K is an appropriate proportionality constant.
  • the sensor is a photomultiplier tube, and the multiplication factor is variable by the applied voltage PMTHV.
  • FIG. 3 is a diagram showing Haze, a foreign object signal, and a shot noise waveform according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a state of a detection signal when a defect on a wafer having a certain roughness is detected by this inspection apparatus. This is a signal before the low frequency component and the high frequency component are independently extracted from the output signal of the amplifier 111 of FIG.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the signal magnitude from the ground level 300.
  • the foreign substance signal 301 is generated as a pulse signal because the signal is generated only during the irradiation time of the laser spot.
  • the amount of scattered light is proportional to the sixth power of the foreign substance size. It is proportional to the irradiation power density and the sensitivity of the sensor.
  • the magnitude S2 of the Haze signal 303 correlates with the surface roughness and is proportional to the irradiation power and the sensitivity of the sensor.
  • shot noise 304 proportional to the square root of the Haze component is superimposed on the pulse component, and the shot noise that is the pulse component has the same magnitude as the foreign substance signal from the detection limit size, the noise smaller than that size is detected. Can not do it. This is the detection limit. This limit is determined by the size of Haze regardless of the sensitivity of the sensor if the power to be irradiated is fixed.
  • C n is an appropriate proportional constant.
  • FIG. 4 is a diagram showing a procedure for obtaining the limit sensitivity from the normalized Haze amount according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph 400 showing the relationship between the minimum detected foreign material size and the normalized Haze.
  • the horizontal axis is the normalized Haze amount, and the vertical axis is the limit size.
  • the signal including Haze shown in FIG. 3 is extracted by the Haze signal processing system shown in FIG. 1, and the normalized Haze is calculated by the upper CPU according to the algorithm described above.
  • the inspection apparatus since the inspection apparatus has the relationship shown in the graph 400 of FIG. 4 in the storage unit in the inspection apparatus as, for example, a text data table, the minimum size that can be detected under the optical conditions can be obtained immediately.
  • the relationship shown in the graph 400 may be directly calculated by the inspection apparatus in the form of a function.
  • the left graph 401 in FIG. 4 shows the relationship between the normalized detected light amount and the foreign substance size.
  • FIG. 5 is a diagram showing a sequence at the time of creating inspection conditions as an embodiment of the present invention.
  • An initial condition is set or selected from the input / output device 109 and a wafer to be inspected is loaded (Wafer load).
  • the pre-Haze measurement process 501 temporarily activates the Haze signal processing system 119 to measure the Haze amount (GetazeHaze data) and normalize
  • a Haze process 503 calculates a normalized Haze value.
  • an effective Haze amount cannot be measured under the initially set sensitivity conditions (NO in Haze within range?)
  • the sensor sensitivity is automatically adjusted by the measurement condition shift processing 502 so that Haze falls within the measurement range.
  • a normalized Haze value is calculated by the normalized Haze processing 503 (Normalaization).
  • the sensitivity is automatically adjusted to decrease, and when the Haze measurement value cannot be detected, the sensitivity is automatically adjusted to increase (sensor sensitivity optimization processing 504).
  • the sensor sensitivity optimization process 505 prompts the input / output device 109 whether or not to optimize the sensitivity based on the normalized Haze value before starting the inspection.
  • the minimum detection size is checked.
  • the initial input conditions are finely adjusted to inspect the entire wafer surface. Thereafter, after confirmation, the conditions are saved (Save recipe), and the condition creation sequence is completed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a sequence during normal inspection as an embodiment of the present invention.
  • the inspection condition 600 registered in advance from the input / output device 109 is selected to start the inspection (measurement condition selection processing 600).
  • the normal inspection Haze monitoring processing 601 starts from collecting information on the normalized Haze amount (Get Haze data).
  • Calculation (Normalization), saturation / detection limit check processing 602 and inspection condition validity determination processing 603 are automatically performed by using the functions of the respective parts constituting the inspection apparatus.
  • the conditions are temporarily changed and measured by the warning transmission and temporary sensitivity correction processing 604, and the result is output. (Output result) and end (End). Further, a warning indicating that the sensitivity has been temporarily lowered is output to the input / output device together with the inspection result.
  • the input / output device can select whether to enable or disable the Haze monitoring process 601 at the time of normal inspection and to permit temporary change of conditions at the time of determination NG or to only give a warning.
  • FIG. 7 shows an example of a screen for creating an inspection condition.
  • FIG. 7 shows an inspection condition selection menu button 700, a sensitivity condition selection menu button 701, an irradiation condition setting area 702, a sensor sensitivity setting area 703, a scanning condition setting area 704, a threshold value and a detected defect size.
  • an illumination condition 702 that is most suitable for the type and thickness of the thin film first generated on the surface of the inspection target wafer is previously set as the initial condition as the inspection condition menu 700 or Registered in the sensitivity condition menu 701.
  • the registered initial condition is selected from the inspection condition menu 700 or the sensitivity condition menu 701.
  • the sensor sensitivity 703 at this time is a sensitivity necessary for capturing 0.1 ⁇ m of foreign matter on the wafer surface, for example, and is a provisional value before being optimized.
  • the setting of the scanning condition setting area 704, the output display method, and the inspection area setting area 706 is appropriately set according to the purpose of the inspection regardless of the optimization of the sensitivity condition.
  • the defect size registration area 705 is set according to the purpose of use after the optimization of sensitivity conditions is completed.
  • the Haze monitoring function setting button 707 is pressed, the Haze monitoring function setting item sub display area 708 is displayed, and the switch “Haze pre-check for enabling the function is displayed.
  • “enable” is set to ON, the normalized Haze amount is measured and calculated before the wafer is loaded and the inspection is performed, and the validity of the sensitivity condition is determined.
  • the item below the Haze monitoring function setting item sub display area 708 is an item that allows the inspection device to select an action to be performed when the sensitivity condition is determined to be NG when measuring in the normal mode.
  • the inspection is selected by shifting the sensitivity, or simply displaying a warning.
  • the Haze monitoring function setting button 707 may be omitted and the Haze monitoring function setting item sub display area 708 may be directly arranged.
  • the Haze monitoring function may or may not be necessary for each type of wafer to be inspected, so it can be registered independently for each condition, but it can be set in common for all inspection conditions. good.
  • the location of the Haze monitoring function setting item sub display area 708 may be an initial setting area, an initialization file, or the like to which special access authority is given.
  • an example of operating the work flow of FIG. 5 on the screen of FIG. After the initial inspection condition is selected from the menu 700 or the sensitivity condition menu 701, 704 to 706 are appropriately set, and the wafer to be inspected is loaded by the wafer load button 710.
  • the Haze monitoring function setting item sub display area 708 is checked as “valid”. At this point, the sensitivity is not optimized, and the provisional sensitivity is given as the initial condition.
  • the wafer inspection is loaded, the Haze value is measured under the conditions registered in the initial conditions, and the normalized Haze amount is calculated.
  • the wafer inspection start button 711 is pressed here, the inspection apparatus performs the inspection under the initial conditions.
  • the optimization execution button 712 based on the Haze information is pressed, the inspection is performed in a state where the sensitivity set in the initial condition based on the normalized Haze amount is temporarily shifted upward or downward.
  • the shift amount is a position at which the minimum detection size enables the effective measurement range to the maximum extent.
  • a setting item to the display area 708
  • input of a target size larger than the minimum detectable size is prompted, and the specified input is performed.
  • the size may be optimized to maximize the effective measurement range.
  • FIG. 8 is a diagram in which the Haze monitoring function is validated based on the inspection result of the embodiment of the present invention, the validity of the measurement condition is determined to be NG, and a warning is displayed. That is, FIG. 8 shows a measurement condition / inspection information display area 800, a detection number display area 801 by defect size, a display area 802 such as a detection number by Haze value and defect category, a defect map 803, and detection by defect size. A number histogram 804 and a display 805 warning that the defect size is not correctly recognized are displayed.
  • the wafer inspection is performed with the Haze monitoring function enabled in the Haze monitoring function setting item sub display area 708, the validity of the condition measured by the normalized Haze value is determined as NG.
  • the result of measurement without correcting the sensitivity condition is displayed in the detected number display area 801 for each defect size, and a warning 805 is displayed to the effect that “the defect size may not be recognized correctly”. Other than the warning, it is the same as the normal inspection result.
  • FIG. 9 shows that the inspection result of the embodiment of the present invention is inspected with the Haze monitoring function enabled, the validity of the measurement condition is judged as NG, the sensitivity is automatically corrected, and the result of the minimum size is invalid.
  • FIG. 9 shows a case where the wafer is inspected with the Haze monitoring function enabled in the display area 708, when the validity is determined for the condition measured by the normalized Haze value and it is determined as NG. It is an example of an inspection result display when the operation of the inspection apparatus at that time is set to inspect with a sensitivity temporarily lowered. Since the minimum detection size is automatically changed, a special symbol such as an asterisk is displayed on the size classification display 900 out of the counting range instead of the detection number, and the sensitivity is automatically corrected. A display 901 is displayed to warn that measurement has been performed.
  • FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an optical system according to Example 2 of the present invention.
  • the wafer 100 is illuminated obliquely from above, whereas in the second embodiment, the irradiation beam 1001 irradiated from the laser light source 1000 is narrowed in a spot shape by the irradiation lens 1002 and vertically aligned on the wafer surface. Irradiate. Scattered light 1003 from the foreign matter or defect is collected by the light receiving system condenser lens 1004 and guided to the sensor 1005.
  • the installation angle of the light receiving condensing lens 1004 may be different from that of the light receiving condensing lens 209 shown in FIG.
  • One inspection device may have an optical path switching mechanism that can select illumination from obliquely above and vertically, and the light receiving condenser lens also collects light scattered at a low angle.
  • a method of processing both signals of the light receiving system condensing lens 1004 that collects light scattered at a high angle with 209 may be used.
  • a method in which the sample is moved in the XY directions may be used.
  • the Haze amount is measured before wafer inspection based on the algorithm using (Expression 1) to (Expression 5) as described in paragraphs 0031 to 0051, and normalized from the conditions.
  • a method and a function for determining the optimum size that can be inspected for the limit size and the size from the relationship between the limit size specified for each film type and optical condition and the normalized Haze amount are provided. Is.
  • a stage that holds a sample
  • an illumination optical system that irradiates illumination light onto the surface of the sample held on the stage
  • an irradiation light that irradiates the sample.
  • a dark field optical system that detects the generated scattered light
  • a photoelectric conversion unit that converts the scattered light detected by the scattered light detection optical system
  • an electrical signal converted by the photoelectric conversion unit into a digital signal Equipped with a changing AD converter equipped with a determination unit that determines the size of the foreign matter from the size of the scattered light from the foreign matter on the sample surface, and optimized using the scattered light information from the sample surface to determine the detection conditions
  • the inspection apparatus can previously acquire scattered light from the sample surface before performing the inspection. As conditions for acquiring scattered light from the sample surface in advance, selection of the most suitable optical system for each film type and film thickness is registered as an initial condition. Further, the inspection apparatus selects whether or not to optimize the condition setting using the scattered light information from the sample surface.
  • the detection optical system and the signal processing unit for acquiring the scattered light from the sample surface before the inspection by the inspection apparatus have the same configuration as the state of the sample surface and the entire surface scanning of the foreign matter, and only the inspection timing Is different. Further, the timing of inspecting the sample surface is performed by partially sampling at least one point on the sample before loading the sample on the stage and before starting the entire surface inspection. In this sampling, the sensitivity of the sensor is changed stepwise from the initial condition, and the sensitivity is made variable until the measured value of the scattered light on the sample surface falls within a desired range.
  • the inspection apparatus calculates the normalized Haze amount of the sample from the acquired scattered light information of the sample surface and the inspection condition, and the inspection apparatus automatically calculates the optimization condition and the minimum detectable size immediately. Can be determined. At this time, the optimum condition determined by the inspection apparatus is displayed on the input / output device, and the validity or invalidity of the optimum condition can be selected.
  • the inspection apparatus can determine whether or not the conditions to be inspected are appropriate for inspecting the sample. To do. At this time, the inappropriate determination of the condition is determined as inappropriate when the measured scattered light on the sample surface exceeds the set condition range.
  • a warning is displayed in the inspection result that the amount of scattered light on the sample surface is out of range.
  • the inspection is automatically performed with the sensitivity lowered so that the optimum condition is obtained within a range set in advance.
  • the inspection result indicates that the amount of scattered light on the sample surface is out of range and that the sensitivity is automatically corrected according to the inspection result. If the amount of scattered light on the sample surface deviates beyond the correctable range, a warning is displayed as “abnormally scattered light amount on the sample surface” without correction.
  • the sample to be inspected is a non-patterned mirror bare silicon wafer or a silicon wafer with a non-patterned deposition film, and the object to be inspected is locally, such as foreign matter, scratches, stains and crystal defects present on the wafer surface. It is a defect that exists and that scattered light is generated when irradiated with laser light, and the size of the detected defect is determined by converting it to the standard particle size for sensitivity calibration, and the position and number on the wafer are determined.
  • An inspection apparatus characterized by outputting is disclosed.
  • a stage for holding the sample an illumination optical system for irradiating the surface of the sample held on the stage with illumination light, and scattered light detection optics for detecting scattered light generated by the illumination light irradiated on the sample
  • a photoelectric conversion unit that converts the scattered light detected by the scattered light detection optical system into an electrical signal
  • an AD conversion unit that converts the electrical signal converted by the photoelectric conversion unit into a digital signal
  • the normalized Haze amount of the wafer is calculated from the acquired Haze data and the inspection condition, and the inspection apparatus automatically calculates and determines the optimization condition and the minimum detectable size immediately.
  • the embodiment of the present invention it is possible to ensure the accuracy of the size of the foreign matter when the surface state fluctuates within an allowable range.
  • the surface condition fluctuates within an allowable range it is possible to inspect a foreign object having a certain size or more.
  • Another advantage is that optimum conditions can be created in a short time when creating conditions.

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Abstract

　暗視野方式の検査装置などにおいて、信号を実測しながら検査条件を決める方法では時間がかかることと、設定した感度条件が適切か否かの判断が作業者の裁量に左右されることが課題である。　検査装置において、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有する。

Description

検査方法及び検査装置
　この発明は、検査方法及び検査装置に関し、例えば、半導体ウェーハ等の被検査物表面の欠陥を検査する方法および検査装置に関する。
　表面検査において、例えば、半導体デバイスの製造工程では、ベアウェーハにパターンを転写し、エッチングで削ることによって回路を形成してゆく。回路を形成していく様々な半導体デバイスの製造工程において、ウェーハ表面に付着した異物や欠陥などは歩留まりを低下させる大きな要因となっている。ウェーハ表面に付着した異物や欠陥は各製造工程において管理されており、ベアウェーハ表面に付着している異物やウェーハ表面に存在する欠陥などを高感度、及び、高スループットで検出するのが、表面検査装置である。
　ウェーハ上の異物，欠陥を検査する方法としては電子ビーム等の荷電粒子線を用いる方法と、光を用いる方法に大別され、光を用いる方法はカメラを用いてウェーハ表面の画像を撮影し、画像情報を解析するものと、ウェーハ表面で散乱された光を光電子増倍管のような受光素子で検出し光の散乱の程度を解析するものがある。後者の一例として特許文献１記載のものがある。また、本発明に関連する従来の技術としては、特許文献２には、表面状態の大きな試料上の異物等を、直流をオフセットで除去することによって増幅器のダイナミックレンジに余裕を作り、ゲインを上げることで小さな欠陥を見ることができるという方法が記述されている。
特開昭６３－１４３８３０号公報 特開平０６－２４９７９１号公報
　例えば、暗視野方式の集光光学系による暗視野検査装置では照明のレーザ光を走査させて、欠陥に光源が照射されたときだけ、散乱光を検出する方式から、一般に検出信号は交流（パルス信号）となる。一方、照射する範囲は目標とする異物に比べて充分大きく、検出しようとする範囲を広く照らしている。ところで鏡面ウェーハには、Ｈaze（ヘイズ）と称される非常に小さな凹凸構造（マイクロラフネス）があって、レーザを照射するとこれら表面凹凸構造からも散乱光が生じる。この散乱光は一般に独立欠陥からの信号に比べて充分低い周波数成分を持つため、回路のフィルタリング処理で分離することができるが、低い周波数のＨaze散乱光入力にセンサ固有のショット雑音がパルス成分で重畳するため、一定以上のＨazeがあるウェーハは、実欠陥ではなくショット雑音を欠陥として計数してしまい、正しい計測ができない。また、Ｈazeレベルに応じた適切な感度条件下で検査を行わないと、センサの出力信号が飽和し、欠陥の大きさを正しく認識できない等の課題を引き起こす恐れがある。また、このような課題を避けるために新しい工程用の検査条件を設定する作業は試行錯誤的な方法に頼り、検査条件作成に時間を要すことや、設定作業者の熟練度の違いで充分な検査性能を引き出せないこと等が課題となっている。このように、信号を実測しながら検査の条件を決める方法では時間がかかることと、設定した感度条件が適切か否かの判断が作業者の裁量に左右されることが課題である。
　本発明の一つの目的は、散乱光に基づく検査において、検査オペレータの技量の影響を抑えて、短時間で、望ましい検査条件を得ることができる検査装置及び検査方法を提供することである。
　本発明の一つの特徴は、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有する検査装置にある。
　本発明の他の特徴は、試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出し、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換し、変換された前記電気信号をデジタル信号に変化し、ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する検査方法において、前記散乱光の検出条件の決定に、前記試料表面からの散乱光情報を用いる検査方法にある。
　本発明の上記特徴及びその他の特徴は以下の記述により、更に説明される。
　本発明の態様によれば、検査オペレータの技量の影響を抑えて、短時間で、望ましい検査条件を得ることができるという効果を奏する。
本発明の実施例の概略構成を示す図である。 本発明の実施例の照明スポットを示す図である。 本発明の実施例のＨaze，異物信号及びショット雑音波形を示す図である。 本発明の実施例の正規化Ｈaze量から限界感度を求める手順を示した図である。 本発明の実施例の検査条件作成時のシーケンスを示した図である。 本発明の実施例の通常検査時のシーケンスを示した図である。 本発明の実施例の検査条件作成画面を示した図である。 本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して警告表示をした図である。 本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して感度を自動補正し、最小サイズの結果が無効であると表示した図である。 本発明の実施例２の光学系概略構成を示す図である。
　本発明の一般的な説明後、実施の形態について述べる。
　本発明は、Ｈaze信号（直流）と異物信号（パルス）が照射パワーに対する散乱光量の比率として互いに関連付けられる情報であることと、ショット雑音の大きさが統計的にＨaze信号の平方根に比例して増大するという物理的な現象を利用して、予め取得したＨaze情報（表面粗さ）から、異物の検出限界及び最大検出可能サイズを予測して擬似の発生を防いだり検査精度の高さを維持しようとしたりするものである。
　このためにＨazeという第２の測定量を利用して、第１の測定対象である異物検査の精度を維持すること、限界性能を試行錯誤せずに誰でもが得ることができる技術を提供することができた。即ち、例えば、
１）ウェーハ表面の極微細なラフネスによる散乱光に誘起される擬似とラフネスの間の相関に着目して、異物の感度設定時に粗さ情報（Ｈaze）を直接計測して、自動的に適切な異物検出感度及び検出可能な範囲（最小，最大サイズ）を検査装置が計算して作業者に情報を提供する。
２）同様に大きなＨazeはセンサの直流分が大きくなり飽和を生じさせる。Ｈazeと飽和の間の相関に着目して、飽和しない最大の感度を決定し作業者に情報を提供する。また、登録済みの条件で検査する場合、Ｈazeが範囲外であるかを検査前に自動判定し、自動的に感度をシフトさせることによって飽和を回避させる。
３）Ｈazeの小さなウェーハは、飽和及び擬似欠陥が許容されるレベルまで感度を引き上げることができる。Ｈazeと限界感度及び飽和の関係に着目して、擬似の発生しないかつ飽和の生じさせない最大感度を決定し作業者に情報を提供する。
　また、本発明が対象にしているウェーハ表面の粗さ（ラフネス）は、ＳＥＭＩ規格上ではＨazeとして定義されるもので、高さの実効値が０.１～１０ｎｍ、凹凸の繰り返し周期が０.１～１０μｍ程度のもので、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡Atomic Force Microscope）で計測されるようなものである。しかしながらＡＦＭは極めて微小な領域しか検査することができずウェーハ全面を検査することは実用的ではないとされている。
　これに対して、ウェーハ表面にレーザを照射させて、散乱光を集める暗視野式検査方法では、レーザを照射している範囲から、この微細なラフネスの平均的な高さに相関した散乱光が生じるのでＨazeはrms値に相関したＬＬＳ（Localized light scatter）に比べて充分低い周波数成分の信号として得ることができる。
　つまり、スムースな面と粗い面ではＨazeに違いが生じる。一方、鏡面ウェーハ等の検査装置の検出限界は雑音である。この雑音には、ベースになっている回路雑音の上に、その数倍から一桁以上も大きな検出器から発生する雑音が加わる。この雑音の形は時間・位置に依存せずにランダムに発生する単発信号であって、ＬＬＳからの信号と区別がつかない。そして、この雑音の大きさがＨaze量と相関があることが確かめられるようになってきた。そして、Ｈazeが小さいものほど小さな欠陥を検出することができるが、どこまで小さなものが見えるかは作業者の経験と試行錯誤によるパラメータの変更という工程を必要としているのが現状である。
　また、これに対して、従来技術では、表面検査におけるＨazeとショット雑音の関係が配慮されていない。
　本発明者らは、Ｈazeの大きい試料から直流分をオフセットでキャンセルするだけでは十分でない点に着目した。さらに言えば、本発明の応用分野が課題としている暗視野方式による半導体ウェーハ表面検査技術において、大きなＨazeのときに考慮しなければならないのは増幅器のレンジではない。センサそのものの飽和である。この特性はＨazeと直接関係があるから、適切な感度まで光量またはセンサのバイアス条件を変更させるなどして下げなければならない。具体的には光電子増倍管の印加電圧を制御して、センサそのものの増幅度を最適にする。そのことによって、センサで飽和していた信号が顕在化することがある。
　本発明は、センサで飽和している信号の感度を、どのくらい下げれば最適であるかという最適化技術を提供するものである。
　本発明によって期待される効果は、対象としている独立欠陥の信号が埋もれてしまうほどＨazeが大きな表面上で、感度を最適に設定する手段を提供するのではなく、許容されるＨazeの変動範囲内で、検査精度に影響を与えるようなＨazeのウェーハに対して自動補正をかけるというものである。また、条件作成の場面でいえば、測光したＨazeデータから時間をかけずに限界性能を引き出せる条件を決定できることにある。
　本発明は、Ｈaze量から適切な感度を直接決定する技術を提供するものである。
　以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態を説明する。
　図１に、本発明の異物・欠陥検出方法を用いた異物・欠陥検査装置の第一の実施例を示す。被検査物体である半導体ウェーハ１００はチャック１０１に真空吸着されており、このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２，Ｚステージ１０５上に搭載されている。回転ステージ１０３にて回転移動θを、並進ステージ１０４にて並進移動ｒを行う。これらステージ制御は、上位ＣＰＵ１０８及び演算器１２１からの制御信号に基づきステージ制御機構１０７を介して行われる。照明・検出光学系１１０には光源２００とセンサ２０７があって、ウェーハ表面上の異物または欠陥２０６に光源から照射された照明Spotが当たると散乱光を発生させる。センサ２０７がこの散乱光を検出して電気信号に変換し増幅器１１１で増幅する。増幅器１１１で検出された散乱光信号は、周波数の高い異物・欠陥信号処理系１１５と、周波数の低いＨaze信号処理系１１９に分かれる。
　異物・欠陥信号処理系１１５は、ハイパスフィルタ１１２でパルス成分が抽出され、ＡＤ変換器ａ１１３で異物・欠陥デジタル信号に変換された後、予め分割された単位面積毎に異物・欠陥判定機構１１４で異物・欠陥座標との同期を取り、異物または欠陥の大きさと位置がＨaze及び欠陥データ転送機構１２０を介して上位ＣＰＵ１０８へ送られる。
　Ｈaze信号処理系１１９はローパスフィルタ１１６で直流及び低周波成分が抽出され、ＡＤ変換器ｂ１１７でＨazeデジタル信号に変換された後、予め分割された単位面積毎にＨaze判定機構１１８でＨaze座標との同期を取り、Ｈaze測定値がＨaze及び異物・欠陥データ転送機構１２０を介して上位ＣＰＵ１０８へ送られる。このとき検査中の欠陥・異物座標は検査座標検出機構１０６で検出されて、演算器１２１で座標位置と同期を取るための座標同期信号を生成するとともに、上位ＣＰＵ１０８へ現在位置が報告される。このようにしてウェーハ全面を照明スポットが走査することによって、異物・欠陥及びＨazeの大きさと位置を判定し、入出力装置１０９に検査結果を出力する。検査結果を出力する方法は、画面上に異物・欠陥またはＨazeの分布を示すマップ及びまたは、異物・欠陥１件ずつの位置と大きさ，欠陥種類等を全検出件数分記述したテキスト形式のファイル等である。また、入出力装置１０９は、異物・欠陥を検査するための感度やしきい値などの条件を入力や、検査の開始，検査結果の解析，保存等のコマンド入力等を行う。
　ウェーハ全面を検査するときのセンサの感度は、設定された条件に応じて演算器１２１に送られたデータに基づきセンサ感度制御器１２２が行う。さらにＨaze信号処理系１１９は、全面検査開始前にセンサ感度を決定するための情報を取得する目的でＨaze量を測定して上位ＣＰＵ１０８へ報告する。
　図２は、本発明の実施例の照明スポットを示す図である。更に、図２は、半導体ウェーハ１００の上方に配置されている照明・検出光学系を示す。照明光の光源２００にはレーザ光源を用いる。光源２００から出た照射ビーム２０１は照射レンズ２０２に入射し、予め定められた大きさの照明スポット２０３を形成する。照明光は例えばＰ偏光であり、被検査物体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射するように構成されている。このように、照射ビームが固定で、ウェーハが回転しながら並進する機構によって、ウェーハ上での照射ビームの軌跡は螺旋状になる。この軌跡を螺旋状走査２０８と呼ぶと、照明スポット２０３は螺旋状走査２０８に対して半径方向ｒに長い長軸成分２０４と半径方向θに短い短軸成分２０５からなる概略楕円形状をしており、照度が照明スポット中心部のｅの２乗分の１（ｅは自然対数の底）に低下する輪郭線の内部を、ここであらためて照明スポットと定義することにする。ウェーハ１００上で螺旋状走査において照明光が照射されず、検査されない隙間領域ができないように、通常照明スポット２０３は、螺旋状走査の任意のトラックとその次のトラックで、ある定められた量が重なるように設定する。また、本実施例では、照明スポット２０３の走査は半導体ウェーハ１００の内周から外周に向かって行うが、逆であっても差し支えない。ウェーハ１００表面上の異物または欠陥２０６に、光源から照射された照明Spotが当たると散乱光を発生させる。センサ２０７がこの散乱光を受光系集光レンズ２０９を介して検出して電気信号に変換する。
　ウェーハ上に照射したレーザ光の波長より小さな異物からの散乱光量は、一般に試料の光学定数（屈折率，副屈折率），薄膜の厚さ，対象異物の屈折率，異物の大きさ，検出光学系の照射角度，偏光方向，受光器の配置，検光が定まれば決まる。ここで、試料の光学定数とは、大抵、成膜された物質によって定まりよく知られた方法により測定することが可能なものである。またこの散乱光量は照射面積や照射パワーに拠らず、照射パワー密度即ち照射面積当たりのパワーに対する比として正規化でき、ＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）という量で、シミュレーションにより計算が可能である。
　この計算結果は、一般に異物サイズ対正規化散乱光比のテーブルで与えられるが、測定波長より充分小さい領域では、散乱光量が、異物サイズの６乗に比例して小さくなるというレイリー（Ｒeighly）の法則に従うと考えて良いから、異物からの正規化散乱光量比，Ｐarticle BRDFは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　但しｒは異物の直径
　また、センサに入光する散乱光量Ｐdpは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　但しｐは照明のパワー、ｓは照射面積と表すことができる。
　一方、ウェーハ表面のＨaze（微細な凹凸構造）がある場合、レーザ光を良く絞って照射すると照射された範囲で一様に散乱光が生じ、検出器はこれら各点からの散乱光を積分した量を検出することになる。
　このＨaze入射光量もまた、センサの感度や、照射パワーに拠らず、照射パワーに対する散乱光比で正規化して、ＢＲＤＦ量として扱うことができる。照射パワーｐと、散乱光を測光する全立体角のうち、ある限定されたＮＡで計測されたＨazeの測光量Ｍeas Ｈazeが既知であるとき、このＢＲＤＦは
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　ここでＳkはセンサの陰極放射感度、即ち光電変換面の入射光量に対する電流比、ｇ（ＰＭＴＨＶ）はセンサの増倍率、Ｐdhはセンサに入射される光の量（Ｈazeからの散乱光量）、ＣはＨaze処理系の変換係数、Ｋは適当な比例定数である。そして、センサは光電子増倍管であり、印加電圧ＰＭＴＨＶによって増倍率が可変である。
　（式３）によれば、Ｃ，Ｓkは使用するセンサや検査装置固有の定数であるから、所定の条件（ｇ（ＰＭＴＨＶ）、ｐが既知）で測定したＨazeの測定量（Ｍeas Ｈaze）から、正規化Ｈaze量であるＨaze BRDFを計算することが可能であることを示している。
　一方、ウェーハ表面の微細な凹凸がＨaze散乱光としてセンサに入光すると、これがショット雑音を引き起こす。この光電子増倍管で重畳されるショット雑音が異物信号の大きさと同じになるとき、その異物の大きさがパターン無しウェーハ異物検査装置の限界検出サイズとなる。そして、この雑音の大きさは、陰極電流の平方根に比例して大きくなることが知られており、陰極電流はセンサに入る光の量Ｐｈｄに比例することと、ＰｈｄはＨaze BRDFに比例することから、ノイズ信号はＨaze BRDFの平方根に比例して増大するという関係が導かれる。
　図３は、本発明の実施例のＨaze、異物信号及びショット雑音波形を示す図である。図３は、本検査装置がある粗さを持つウェーハ上の欠陥を検出したときの検出信号の様子を示す。図１の増幅器１１１の出力信号で、低周波成分と高周波成分が各々独立して抽出される前の信号である。横軸は時間、縦軸はグランドレベル３００からの信号の大きさを示す。検出信号３０２は、信号の大きさがＳで異物からの信号３０１で大きさがＳ１の成分と、Ｈaze信号３０３で大きさがＳ２の成分を加算した大きさ、即ちＳ＝Ｓ１＋Ｓ２である。ここで、異物信号３０１はレーザスポットが照射されている時間だけ信号が発生するからパルス信号状になり、その大きさＳ１は測定波長より充分小さい領域では、散乱光量が異物サイズの６乗に比例し、照射パワー密度とセンサの感度に比例する。一方Ｈaze信号３０３の大きさＳ２は、表面の粗さに相関し、照射パワーとセンサの感度に比例する。さらに、このＨaze成分の平方根に比例するショット雑音３０４がパルス成分に重畳され、このパルス成分であるショット雑音が検出限界サイズからの異物信号と同じ大きさになるとき、そのサイズより小さいものは検出することができない。これが検出限界である。この限界は、照射するパワーが固定であれば、センサの感度によらず、Ｈazeの大きさで決まる。
　Ｈaze BRDFのウェーハをパワーｐで照明したときに生じるショット雑音を、その雑音レベルと等価な入射光量Ｐsnに換算して表すと
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　Ｃnは適当な比例定数
　一方、（式２）と（式４）からＰdp＝Ｐsnとなるような異物サイズを求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　即ち、ある条件下で（式３）からＨaze BRDFを求めることができれば、（式５）よりそのウェーハ上での検出可能な最小異物サイズを予想することが可能である。
　図４は、本発明の実施例の正規化Ｈaze量から限界感度を求める手順を示した図である。
　図４の右に、最小検出異物サイズと正規化Ｈazeの関係を示したグラフ４００を示す。横軸が正規化Ｈaze量、縦軸が限界サイズである。
　図３で示したＨazeを含む信号は、図１で示したＨaze信号処理系によって抽出され、上位ＣＰＵによって前に述べたアルゴリズムに従い正規化Ｈazeが計算される。一方、検査装置は図４の前記グラフ４００に示す関係を、例えばテキストデータテーブルとして検査装置内の記憶部に持つので、前記光学条件の下での検出可能な最小サイズは直ちに求まる。ここで、前記グラフ４００に示す関係は、検査装置が直接関数の形で演算しても良い。
　また、図４の左のグラフ４０１は、正規化検出光量と異物サイズの関係である。正規化Ｈaze量から限界サイズが決まると、図１で示した異物・欠陥信号処理系で処理可能なサイズに最も適した感度条件を検査装置が計算して、センサ感度を制御することが可能である。
　図５は、本発明の実施例として検査条件作成時のシーケンスを示した図である。入出力装置１０９から初期条件を設定又は選択して、被検査対象のウェーハをロードする（Wafer load）。照明スポットがウェーハに対して検査開始位置となるまでのウェーハ搬送中に、Ｈaze前測定処理５０１がＨaze信号処理系１１９を一時的にアクティブにしてＨaze量を測光し（Get Haze data）、正規化Ｈaze処理５０３が正規化Ｈaze値を計算する。このとき、初期設定された感度条件では有効なＨaze量が測定できない場合（Haze within range？でＮＯ）は、Ｈazeが測定レンジ内に入るように、測定条件シフト処理５０２によってセンサ感度が自動調整される。そして、正規化Ｈaze処理５０３により、正規化Ｈaze値が計算される（Normalaization）。即ち、Ｈaze測定値がレンジの上限を超えた場合は感度を下げる方向に、Ｈaze測定値が検出できない場合は感度を上げる方向に自動調整される（センサ感度最適化処理５０４）。
　センサ感度最適化処理５０５は、検査を開始する前に入出力装置１０９に正規化Ｈaze値に基づいた感度の最適化を行うか否かを促し、最適化を行う場合は、最小検出サイズをチェックして初期入力された条件の微調整を行って、ウェーハ全面の検査を行う。その後、確認（Verification）をした上で条件の保存を行い（Save recipe）、条件作成シーケンスは完了する。
　図６は、本発明の実施例として通常検査時のシーケンスを示した図である。入出力装置１０９から予め登録された検査条件６００を選択して検査を開始する（測定条件選択処理６００）。ウェーハがロードされ（Wafer load）、照明スポットがウェーハに対して検査開始位置となるまでのウェーハ搬送工程中に、通常検査時Ｈaze監視処理６０１が正規化Ｈaze量の情報収集（Get Haze data）から計算（Normalaization）、飽和・検出限界チェック処理６０２および検査条件妥当性判定処理６０３までを、検査装置を構成する各部の機能を用いて、自動的に行う。測定条件の妥当性判定を行って矛盾と判定した場合（Incoherence？でＹｅｓ）は、警告発信及び一時感度補正処理６０４により、一時的に条件の変更を行って検査（Measurement）し、結果を出力（Output result）し、終了（End）する。さらに、入出力装置には、検査結果と合せて一時的に感度を下げたことを示す警告を出力する。入出力装置は、通常検査時Ｈaze監視処理６０１の有効無効及び、有効時の判定ＮＧ時に一時的な条件変更を許可するか、警告のみとするかを選択可能である。
　図７は、検査条件を作成する画面の実施例である。図７には、検査条件選択メニュー釦７００と、感度条件選択メニュー釦７０１と、照射条件設定領域７０２と、センサ感度設定領域７０３と、走査条件等設定領域７０４と、しきい値及び検出欠陥サイズ設定領域７０５と、出力表示方法及び検査領域等設定領域７０６と、Ｈaze監視機能設定釦７０７と、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８と、コマンド釦配置領域７０９と、ウェーハロード釦７１０と、ウェーハ検査開始釦７１１と、Ｈaze情報による最適化実行釦７１２と、ウェーハアンロード釦７１３と、作業モード切り替え釦配置領域７１４が表示される。
　被検査対象ウェーハの検査条件を新たに作成する場合、最初に前記被検査対象ウェーハの表面に生成された薄膜の種類と厚さに最も適した照明条件７０２が初期条件として予め検査条件メニュー７００または感度条件メニュー７０１に登録されている。前記登録されている初期条件を検査条件メニュー７００または感度条件メニュー７０１から選択する。このときのセンサ感度７０３は例えばウェーハ表面上で０.１μｍの異物を補足するために必要な感度であって、最適化される前の仮の値である。走査条件設定領域７０４、出力表示方法及び検査領域等設定領域７０６の設定は、検査の目的に応じて感度条件の最適化とは関係なく適宜に設定される。また欠陥サイズ登録領域７０５は感度条件の最適化が終わった後に使用目的に応じて設定する。正規化Ｈaze値に基づいた感度の最適化を行う場合は、Ｈaze監視機能設定釦７０７を押すと、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８が表示され、機能を有効にするスイッチ「Haze pre-check enable」がオンに設定されているとき、ウェーハをロードして検査を行うまでに正規化Ｈaze量が測定・計算され、感度条件の妥当性を判断する。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８の下部の項目は、通常モードで測定する場合に前記感度条件の妥当性がＮＧと判断した場合の検査装置が行う行為を選択できるようにしたもので、自動的に感度をシフトさせて検査を行うか、単に警告を表示するのみとするかの何れかが選択される。Ｈazeｅ監視機能設定釦７０７は省略して、直接Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８を配置しても良い。Ｈaze監視機能は被検査対象ウェーハの種類毎に必要な場合と不要な場合があるので、条件毎に独立して登録できるようになっているが、全検査条件に共通で設定できるようにしても良い。この場合は、Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８の配置場所は、特別にアクセス権限が与えられている初期設定領域や初期化ファイル等でも良い。
　ここで図５の作業フローを、図７の画面で操作する例を示す。初期検査条件をメニュー７００または感度条件メニュー７０１で選択した後、７０４～７０６を適宜設定して、ウェーハロード釦７１０により被検査対象ウェーハをロードする。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８は、『有効』にチェックされている。この時点では、感度は最適化されておらず、前記仮の感度が初期条件で与えられている。ウェーハがロードされると、初期条件に登録された条件でＨaze値を測定し、正規化Ｈaze量の計算を行う。ここでウェーハ検査開始釦７１１が押されると、検査装置は初期条件のままで検査を行う。Ｈaze情報による最適化実行釦７１２が押された場合は、正規化Ｈaze量に基づいて初期条件で設定された感度から一時的に上または下にシフトした状態で検査を行う。
　シフト量は最小検出サイズが有効測定レンジを最大限有効にする位置とするが、前記表示領域７０８に設定項目を追加することにより、最小検出可能サイズ以上の目標サイズの入力を促し、前記指定入力サイズが有効測定レンジを最大限有効とするように最適化しても良い。このようにして一時的に最適に補正された条件で、ウェーハ検査開始釦７１１により、実際に検査を行って確認した後で、新しい条件として感度条件及び検査条件が新しく保存される。ウェーハアンロード釦７１３が押されるとウェーハをアンロードし、感度の最適化作業が終了する。
　図８は、本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して警告表示をした図である。すなわち、図８は、測定条件及び検査情報等表示領域８００と、欠陥サイズ別検出個数表示領域８０１と、Ｈaze値及び欠陥カテゴリ別検出個数等表示領域８０２と、欠陥マップ８０３と、欠陥サイズ別検出個数ヒストグラム８０４と、欠陥サイズが正しく認識できていないことを警告する表示８０５が表示される。Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域７０８でＨaze監視機能を有効にしてウェーハ検査を行った際に、正規化Ｈaze値が測定した条件に対して妥当性判定を行ってＮＧと判断した場合で、そのときの検査装置の動作が、単に警告を表示するのみと設定されている場合の検査結果表示例である。感度条件の補正は行わずに測定した結果を欠陥サイズ別検出個数表示領域８０１に表示するとともに、「欠陥サイズが正しく認識できていない可能性がある」旨の警告８０５を表示する。前記警告以外は通常の検査結果と同じである。
　図９は、本発明の実施例の検査結果でＨaze監視機能を有効にして検査して測定条件の妥当性がＮＧと判定して感度を自動補正し、最小サイズの結果が無効であると表示した図である。すなわち、図９は、前記表示領域７０８でＨaze監視機能を有効にしてウェーハ検査を行った際に、正規化Ｈaze値が測定した条件に対して妥当性判定を行ってＮＧと判断した場合で、そのときの検査装置の動作が、一時的に感度を下げて検査するように設定されている場合の検査結果表示例である。最小検出サイズが自動的に変更されているために、計数範囲から外れたサイズ区分表示９００には、検出個数ではなく、例えばアスタリスクのような特別な記号を表示するとともに、自動的に感度の補正を行って測定したことを警告する表示９０１を表示する。
　図１０は、本発明の実施例２の光学系概略構成を示す図である。実施例１がウェーハ１００に対して斜め上方から照明するのに対して、実施例２ではレーザ光源１０００から照射された照射ビーム１００１を照射レンズ１００２でSpot状に絞り、ウェーハ面上に垂直方向に照射させる。異物または欠陥からの散乱光１００３を受光系集光レンズ１００４で集光し、センサ１００５へ導く。受光系集光レンズ１００４の設置角度は、前記実施例１の図２で示した受光集光レンズ２０９とは別の角度であっても良い。一つの検査装置に、斜め上方からの照明と垂直方向の照明を選択できるような光路切替機構を有する場合もあり、受光系集光レンズも、低い角度へ散乱する光を集める受光系集光レンズ２０９と高い角度へ散乱する光を集める受光系集光レンズ１００４の両方の信号を並列して処理する方式であっても良い。
　また、試料を回転させながら並進させて螺旋状走査する方法の他、ＸＹ方向に移動させる方法であっても良い。
　いずれの実施例においても、段落番号００３１から段落番号００５１で述べたような（式１）乃至（式５）を用いたアルゴリズムに基づいて、ウェーハ検査前にＨaze量を測定し、条件から正規化されたＨaze量を求め、膜種・光学条件毎に特定された限界サイズと正規化Ｈaze量の関係から、限界サイズ及びそのサイズを検査しうる最適な条件を決定しようという方法及び機能を提供するものである。
　以上述べたように、本明細書において、例えば、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部を備え、試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部を備え、検出条件の決定に試料面からの散乱光情報を用いて最適化することを特徴とする検査装置が開示される。
　また、該検査装置は前記検査を行う前に前記試料面からの散乱光を予め取得しておくことが可能である。試料面からの散乱光を予め取得する条件は、膜種・膜厚毎に最も適した光学系の選択が初期条件として登録されている。さらに前記検査装置は前記試料面からの散乱光情報を用いた条件設定の最適化を行うか否かを選択する。
　また、前記検査装置で前記試料面からの散乱光を検査前に取得する検出光学系および信号処理部は、試料面の状態及び異物を全面走査するときと同じ構成が使われ、検査するタイミングのみが異なる。また、試料面を前記検査するタイミングは、前記試料をステージにローディングしてから全面検査を開始する前までに、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして行われる。このサンプリングは初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変とする。
　また、前記検査装置は、取得した前記試料面の散乱光情報と検査条件から、その試料の正規化Ｈaze量を計算し、直ちに最適化条件及び検出可能な最小サイズを検査装置が自動的に計算して決定することができる。このとき、検査装置が決定した最適な条件は入出力装置に表示され、前記最適条件の有効または無効を選択できる。
　また、前記検査装置は、既に登録された条件で検査する場合は、検査しようとする条件が、その試料を検査するのに適切か否かを検査する前に検査装置が判定することを可能とする。このとき、条件の不適切の判定は測定した試料面の散乱光が設定された条件のレンジを超える場合に不適切と判定する。
　また、検査前の判定結果が不適切であった場合の検査装置の処置としては、
１）検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する。
２）予め別に設定した範囲内で最適条件となるように感度を自動的に下げて検査を行う。検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと及び、感度を自動的に補正したことを検査結果に合せて表示する。試料面の散乱光量の補正可能範囲を超えるほどずれていた場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。
　上記１）２）のいずれかを入力装置から選択できるようにする。
　また、検査対象である試料は、パターン無し鏡面ベアシリコンウェーハまたは、パターン無しデポ膜付シリコンウェーハであって、検査対象はウェーハ表面上に存在する異物，スクラッチ，しみや結晶欠陥等、局所的に存在する欠陥でありレーザ光を照射した場合に散乱光が生ずるものであること、並びに検出した欠陥の大きさは感度校正用の標準粒子サイズに換算して判定し、ウェーハ上の位置及び個数を出力することを特徴とする検査装置が開示される。
　また、試料を保持するステージと、前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する散乱光検出光学系と、前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部を備え、ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する方法において、検出条件の決定にウェーハ表面からの散乱光情報（ヘイズ：Ｈaze）を用いて最適化する機能を有することを特徴とする光学式ウェーハ表面異物検査方法が開示される。
　また、前記方法は取得したＨazeデータと検査条件から、そのウェーハの正規化Ｈaze量を計算し、直ちに最適化条件及び検出可能な最小サイズを検査装置が自動的に計算して決定する。
　また、本発明の実施の態様により、表面状態が許容される範囲内で変動するときに異物のサイズの精度を確保できる。他の利点としては、表面状態が許容される範囲内で変動するときに一定サイズ以上の異物の検査ができる。また別の利点としては、条件作成時に作業者の熟練度に頼らずに水準以上の性能を引き出せる。その他の利点は、条件作成時短い時間で最適な条件を作れる。
　以上本発明の実施態様を述べたが、以上に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内において、種々変形可能である。
１００　半導体ウェーハ
１０１　チャック
１０２　被検査物体移動ステージ
１０３　回転ステージ
１０４　並進ステージ
１０５　Ｚステージ
１０６　検査座標検出機構
１０７　ステージ制御機構
１０８　上位ＣＰＵ
１０９　入出力装置
１１０　照明・検出光学系
１１１　増幅器
１１２　ハイパスフィルタ
１１３　Ａ／Ｄ変換器ａ
１１４　異物・欠陥判定機構
１１５　異物・欠陥信号処理系
１１６　ローパスフィルタ
１１７　Ａ／Ｄ変換器ｂ
１１８　Ｈaze判定機構
１１９　Ｈaze信号処理系
１２０　Ｈaze及び異物・欠陥データ転送機構
１２１　演算器
１２２　センサ感度制御器
２００，１０００　レーザ光源
２０１，１００１　照射ビーム
２０２，１００２　照射レンズ
２０３　照明スポット
２０４　照明スポットの長軸成分
２０５　照明スポットの短軸成分
２０６　異物または欠陥
２０７，１００５　センサ
２０８　螺旋状走査
２０９，１００４　受光系集光レンズ
３００　グランドレベル
３０１　異物からの信号波形
３０２　検出信号波形
３０３　Ｈaze信号波形
３０４　ショット雑音波形
４００　最小検出異物サイズと正規化Ｈazeの関係を示したグラフ
４０１　異物サイズと正規化検出光量の関係を示したグラフ
５００　初期条件（新規条件作成時）選択処理
５０１　Ｈaze前測定処理
５０２　検査条件シフト処理
５０３　正規化Ｈaze処理
５０４　センサ感度最適化処理
５０５　Ｈaze情報による欠陥検出感度最適化処理
６００　測定条件選択処理
６０１　通常検査時Ｈaze監視処理
６０２　飽和・検出限界チェック処理
６０３　検査条件妥当性判定処理
６０４　警告発信及び一時感度補正処理
７００　検査条件選択メニュー釦
７０１　感度条件選択メニュー釦
７０２　照射条件設定領域
７０３　センサ感度設定領域
７０４　走査条件等設定領域
７０５　しきい値及び検出欠陥サイズ設定領域
７０６　出力表示方法及び検査領域等設定領域
７０７　Ｈaze監視機能設定釦
７０８　Ｈaze監視機能設定項目サブ表示領域
７０９　コマンド釦配置領域
７１０　ウェーハロード釦
７１１　ウェーハ検査開始釦
７１２　Ｈaze情報による最適化実行釦
７１３　ウェーハアンロード釦
７１４　作業モード切り替え釦配置領域
８００　測定条件及び検査情報等表示領域
８０１　欠陥サイズ別検出個数表示領域
８０２　Ｈaze値及び欠陥カテゴリ別検出個数等表示領域
８０３　欠陥マップ
８０４　欠陥サイズ別検出個数ヒストグラム
８０５　欠陥サイズが正しく認識できていないことを警告する表示
９００　自動的に感度を下げて測定した場合のサイズ区分表示
９０１　自動的に感度の補正を行って測定したことを警告する表示
１００３　散乱光

Claims (20)

  1. 　試料を保持するステージと、
    　前記ステージ上に保持された試料の表面に照明光を照射する照明光学系と、
    　前記試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出する暗視野光学系と、
    　前記暗視野光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換する光電変換部と、
    　前記光電変換部によって変換された電気信号をデジタル信号に変化するＡＤ変換部と、
    　前記試料表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する判定部と、
    　前記試料面からの散乱光情報を用いて、検査条件を決定する信号処理部とを有することを特徴とする検査装置。
  2. 　請求項１において、
    　膜種・膜厚毎に適した、前記試料面からの散乱光を取得する複数の検査条件が、初期条件として登録されている登録部と、
    　前記登録されている検査条件中から選択する入力部とを有することを特徴とする検査装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記信号処理部において、試料面からの散乱光情報を用いた条件設定の最適化を行うか否かを選択することを特徴とする検査装置。
  4. 　請求項２において、
    　前記試料面の状態及び異物を全面検査する構成を用いて、前記試料面からの散乱光を該全面検査する前に取得することを特徴とする検査装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記試料面からの散乱光を該全面検査する前に取得するタイミングは、前記試料を前記ステージにローディングしてから前記全面検査を開始する前までに、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして行われることを特徴とする検査装置。
  6. 　請求項５において、
    　前記信号処理部において、前記サンプリングに関し、前記初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変する制御を行うことを特徴とする検査装置。
  7. 　請求項１において、
    　前記信号処理部において、取得した前記試料面の散乱光情報と検査条件から、その試料の正規化Ｈaze量を計算し、最適化条件及び検出可能な最小サイズを決定することができることを特徴とする検査装置。
  8. 　請求項７において、
    　前記決定された最適条件を表示し、前記最適条件の有効または無効を選択する入出力装置を有することを特徴とする検査装置。
  9. 　請求項２において、
    　前記信号処理部において、前記登録されている検査条件中から選択された検査条件の適否を、検査前に判定することを特徴とする検査装置。
  10. 　請求項９において、
    　前記検査条件の適否は、前記散乱光の設定された条件のレンジに基づいて、判定することを特徴とする検査装置。
  11. 　請求項９において、
    　以下の表示１又は表示２を行う表示部と、表示１及び表示２のいずれかを選択する入力部とを有することを特徴とする検査装置、
    　表示１：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する、
    　表示２：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと、及び感度を自動的に補正したことを検査結果に合せて表示する、及び試料面の散乱光量の補正可能範囲を超える場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。
  12. 　請求項１において、
    　前記試料が、パターン無し鏡面ベアシリコンウェーハまたは、パターン無しデポ膜付シリコンウェーハであって、
    　前記試料上の検査対象が、ウェーハ表面上に存在する異物，スクラッチ，しみや結晶欠陥を含む局所的に存在する欠陥であり、レーザ光を照射した場合に散乱光が生ずるものであり、
    　前記判定部において、検出される前記欠陥の大きさは感度校正用の標準粒子サイズに換算して判定され、
    　検出される前記欠陥ウェーハ上の位置及び個数を出力する出力部を有することを特徴とする検査装置。
  13. 　試料に照射された照射光によって発生した散乱光を検出し、
    　前記散乱光検出光学系にて検出された散乱光を電気信号に変換し、
    　変換された前記電気信号をデジタル信号に変化し、
    　ウェーハ表面上の異物からの散乱光の大きさから異物の大きさを判定する検査方法において、
    　前記散乱光の検出条件の決定に、前記試料表面からの散乱光情報を用いることを特徴とする検査方法。
  14. 　請求項１３において、
    　前記散乱光情報は、ウェーハのヘイズに関する情報であることを特徴とする検査方法。
  15. 　請求項１４において、
    　取得したヘイズに関する情報と、検出する際の検査条件から、そのウェーハの正規化ヘイズ量を計算し、検査条件及び検出可能な欠陥のサイズを計算する検査方法。
  16. 　請求項１３において、
    　前記試料面の状態及び異物を全面検査する前に、試料上の少なくとも１点以上を部分的にサンプリングして検査することを特徴とする検査方法。
  17. 　請求項１６において、
    　前記サンプリングに関し、前記初期条件から段階的にセンサの感度を変化させて、前記試料面の散乱光の測定値が所望の範囲内になるまで前記感度を可変することを特徴とする検査方法。
  18. 　請求項１３において、
    　登録されている検査条件中から選択された検査条件の適否を検査前に判定することを特徴とする検査方法。
  19. 　請求項１３において、
    　前記検査条件の適否は、前記散乱光の設定された条件のレンジに基づいて、判定することを特徴とする検査方法。
  20. 　請求項１３において、
    　表示１及び表示２のいずれかを選択し、
    　表示１又は表示２を行うことを特徴とする検査方法、
    　表示１：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったことを警告表示する、
    　表示２：検査結果に試料面の散乱光量が範囲外であったこと、及び感度を自動的に補正したことを検査結果に合せて表示する、及び試料面の散乱光量の補正可能範囲を超える場合は、補正は行わずに『試料面の散乱光量異常』として警告表示をする。
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