JPH06308040A

JPH06308040A - 異物検査装置

Info

Publication number: JPH06308040A
Application number: JP9584193A
Authority: JP
Inventors: Hironao Iwai; 弘尚岩井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】パターン付ウェーハ表面に付着した異物を、
高感度で、短時間に検出する。【構成】ウエハ表面１１に対物レンズの焦点を合わせ
た後、光学系の焦点面を上昇させる。焦点面が、あらか
じめ登録されたパターン高さに達するまでの間に、少な
くとも異なる２つの焦点面（焦点面ａ５及び焦点面ｂ
６）での画像を取込む。次に、取り込んだ画像を比較
し、画素の強度が異なる部分を検出する。これにより異
物の位置を検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体表面上に付着した
微小異物を検査する装置に関し、特に半導体ウエハ表面
の異物を検査してその低減を図るための異物検査装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化に伴
い、微細なパターン欠陥による製品歩留りの低下が問題
となっている。欠陥の主な発生原因は、半導体集積回路
の製造途中で、ウエハ表面に付着する異物である。この
表面付着異物を管理、低減するために、異物検査装置の
高感度化、高スループット化に対する要望が大きくなっ
ている。

【０００３】以下図面を参照しながら、従来の異物検査
装置の一例について説明する。図５は従来の異物検査装
置の全体の構成を示すものである。

【０００４】従来の検査装置では、ウエハ１上のチップ
５１の記憶領域ａ５２の画像を、対物レンズ５４と画像
センサ５５を用いて取込み、その後、ウエハ１を移動し
隣接するダイの同一部分の記憶領域ｂ１３の画像を取込
む。さらに、取り込んだ画像間の比較を行い、差画像よ
り異物またはパターン欠陥を検出していた。（例えば、
「月刊ULTRA CLEAN TECHNOLOGY」(1992.4)171 〜179 ペ
ージ）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな検査装置では、２つの画像を異なる位置から取り込
むために、画像間に微妙な平面方向の位置ずれが生じ、
画像比較時に補正する必要がある。また、２つの画像を
隣接するチップから取込むために、チップ間でのステー
ジの移動が必要となるため、スループットを著しく低下
させるという問題点を有していた。

【０００６】さらに、取込み画像の分解能を向上するた
め、開口数の大きな対物レンズや共焦点型の光学系を用
いると、焦点深度が浅くなるため、被検査表面の凹凸に
対応した像の取込みが困難となったり、比較画像間の微
妙な焦点ずれによる誤検出が生じ、検出感度が劣化する
という問題点を有していた。

【０００７】また、従来の検査装置では、検査終了後、
比較対象となった２つのチップのどちらに欠陥が存在す
るのかを目視検査によって確認する必要があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑み、パターン付ウ
ェーハ表面に付着した異物を、高感度で、短時間に検出
するパターン付表面異物検査装置を提供するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のパターン付表面異物検査装置は、被検査
表面上の同一平面位置における、少なくとも異なる２つ
の焦点面での画像を取込み、比較することにより、異物
を検出するものである。

【００１０】

【作用】本発明は上記した検査装置によって、被検査表
面上の同一位置での画像の比較を行うため、従来、必要
であった比較画像間の位置ずれの補正が不要となる。ま
た、隣接チップ間でのステージの移動も不要となるた
め、検査時間の大幅な短縮が可能となるのである。

【００１１】さらに、本発明の検査装置では、複数の焦
点面での像を取込むため、被検査表面上に存在する異物
を検出する光学系に、従来使用できなかった、焦点深度
の浅い光学系の使用が可能となり、分解能が向上し、異
物検出感度の向上が可能となるのである。

【００１２】また、同一位置での比較であるため、検査
後に比較対象となった２つのチップのどちらに欠陥が存
在するのかを目視検査する作業を省略することができる
のである。

【００１３】

【実施例】以下本発明の第１の実施例の表面異物検査装
置について、図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は本発明の実施例における異物検査装
置の検出原理を示すものである。図１において、１は検
査対象となるウエハ、２はパターン、３は異物ａ、４は
異物ｂ、５は焦点面ａ、６は焦点面ｂである。

【００１５】以下図１を用いてその動作を説明する。は
じめに、ウエハ表面１１に対物レンズの焦点を合わせた
後、光学系の焦点面を上昇させる。焦点面が、あらかじ
め登録されたパターン高さに達するまでの間に、少なく
とも異なる２つの焦点面（例えば、焦点面ａ５及び焦点
面ｂ６）での画像を取込む。次に、取り込んだ画像を比
較し、画素の強度が異なる部分を検出する。

【００１６】この時、パターン２は高さ方向に異方性を
もっているため、焦点面ａ５と焦点面ｂ６の画像に差が
ない。一方、ウエハ表面に付着した異物は、一般に高さ
方向に異方性を持っていないため、焦点面ａと焦点面ｂ
の画像に差が発生する。すなわち、パターンの高さに比
して大きな異物ａ３では、各焦点面での画像に、形状、
大きさ、位置に差が生じる。また、パターンの高さに比
して小さな異物ｂ４では、焦点面ａでは画像が得られる
が、焦点面ｂでは画像が得られない（図１の(ｂ)と
(ｃ)）。

【００１７】以上のように本実施例のパターン付表面異
物検査方法によれば、被検査表面上の同一位置におけ
る、少なくとも異なる２つの焦点面での像を取込み、比
較することにより、パターン付ウェーハ表面に付着した
異物のみを、高感度で、短時間に検出することができる
のである。

【００１８】なお、図２に示すように、パターン段差上
の異物については、ウエハ表面に対物レンズの焦点を合
わせた後、光学系の焦点面を上昇させ、あらかじめ登録
されたパターン高さと同じ量、焦点面ａ５及び焦点面ｂ
６をシフトした、焦点面ｃ９及び焦点面ｄ１０におけ
る、画像を取込み比較する事により、検出が可能とな
る。さらに、複数の段差を持つウエハについても、各段
差内での少なくとも異なる２つの焦点面での画像を取込
み比較することにより、ウエハ全面における異物の検出
が可能となる。

【００１９】また、画像の取込みは、焦点面のウエハ表
面からの上昇移動時としたが、パターンの最上段上の少
なくとも異なる２焦点が取込める位置からの降下移動時
に行ってもよい。

【００２０】さらに、本実施例では、検査対象となるウ
エハは、パターン付としたが、パターンの無い、いわゆ
る鏡面ウエハや膜付きウエハとしてもよい。

【００２１】以下本発明の第２の実施例について図面を
参照しながら説明する。図３は本発明の第２の実施例を
示す異物検査装置の画像取り込み光学系の説明図であ
る。図３において、３１はピンホール、３２は対物レン
ズ、３３は対物レンズの焦点面、３４は対象となるウエ
ハ、３５は入射光である。

【００２２】以上のように構成された異物検査装置の画
像取り込み光学系について、以下、図３を用いて説明す
る。

【００２３】図３に示すような共焦点型光学系を用いる
と、対物レンズ３２の焦点面３３以外からの迷光はピン
ホール３１を通り抜けられず（図３のａ，ｃ）、対物レ
ンズの焦点面からの像のみがピンホールを通り抜け結像
するため（図３のｂ）、平面方向の分解能と焦点方向の
分解能が向上する。例えば、被検査表面の凹凸に対応し
た像を取り込むため、従来用いられていた開口数が０．
７５の光学系を、ピンホール径が２０μｍの共焦点型に
すると、分解能は０．３６μｍから０．２６μｍに向上
し、焦点深度は約１μｍから約０．７μｍとなる。以上
のような光学系を、本発明の異物検査装置の画像取り込
みに用いると、平面方向での分解能が向上するだけでな
く、焦点方向の分解能も向上するため、比較画像間の差
異が鮮明となり、平面方向での分解能の向上以上に異物
検出感度が向上するのである。

【００２４】以下本発明の第３の実施例について図面を
参照しながら説明する。図４は本発明の第３の実施例を
示す異物検査装置の画像取り込み光学系の説明図であ
る。図４において、４１は入射光、４２は対物レンズ、
４３は対物レンズの焦点面である。

【００２５】以上のように構成された異物検査装置の画
像取り込み光学系について、以下、図４を用いて説明す
る。

【００２６】図４に示すような光学系では、分解能は開
口数に反比例し、焦点深度は開口数の２乗に反比例する
ため、開口数を大きくすると、平面方向の分解能と焦点
方向の分解能が向上する。例えば、被検査表面の凹凸に
対応した像を取り込むため、従来用いられていた対物レ
ンズの開口数０．７５を０．９５にすると、分解能は
０．３６μｍから０．２９μｍに向上し、焦点深度は約
１μｍから約０．６μｍとなる。以上のような光学系
を、本発明の異物検査装置の画像取り込みに用いると、
平面方向での分解能が向上するだけでなく、焦点方向の
分解能も向上するため、比較画像間の差異が鮮明とな
り、平面方向での分解能の向上以上に異物検出感度が向
上するのである。

【００２７】なお、本発明の異物検査装置の画像取り込
み光学系において、例えば、開口数を０．７５から０．
９５にし、さらにピンホール径が２０μｍの共焦点型光
学系を用いるとすると、分解能は０．３６μｍから０．
２０μｍに向上し、焦点深度は約１μｍから約０．４μ
ｍとなる。以上のように高開口数の対物レンズと共焦点
型光学系を組み合わせた光学系を、本発明の異物検査装
置の画像取り込みに用いると、平面方向での分解能が向
上するだけでなく、焦点方向の分解能も向上するため、
比較画像間の差異が鮮明となり、平面方向での分解能の
向上以上に異物検出感度が向上するのである。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明は、被検査表面上の
同一位置における、少なくとも異なる２つの焦点面での
像を取込み、比較することにより、パターン付ウェーハ
表面に付着した異物を、短時間に検出することができる
のである。

【００２９】また、第２、第３の実施例のように、従来
の表面検査装置では、使用できなった共焦点型の光学系
や、開口数の大きな対物レンズを持つ光学系の使用が可
能となり、高感度の異物検査が可能となるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における異物検査装置の
検出原理の説明図

【図２】本発明の第１の実施例における異物検査装置の
検出原理追加説明図

【図３】本発明の第２の実施例における画像取り込み光
学系の説明図

【図４】本発明の第３の実施例における画像取り込み光
学系の説明図

【図５】従来の異物検査装置の説明図

【符号の説明】

１検査対象となるウエハ２パターン３異物ａ４異物ｂ５焦点面ａ６焦点面ｂ７異物ｃ８異物ｄ９焦点面ｃ１０焦点面ｄ１１ウエハ表面３１ピンホール３２対物レンズ３３焦点面３４ウエハ３５入射光４１入射光４２対物レンズ４３焦点面５１チップ５２記憶視野ａ５３記憶視野ｂ５４対物レンズ５５画像センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査表面上の同一平面位置における少な
くとも異なる２つの焦点面での画像を取り込む顕微鏡
と、取り込んだ画像を相互に比較する手段を具備し、取
り込んだ画像の相互の差異より異物を検出することを特
徴とする異物検査装置。
【請求項２】被検査表面上の画像を取り込む顕微鏡の光
学系が、共焦点型の光学系であることを特徴とする請求
項１記載の表面異物検査装置。
【請求項３】被検査表面上の画像を取り込む顕微鏡の光
学系が、上記被検査表面のパターン段差より浅い焦点深
度である高開口数の対物レンズを備えたことを特徴とす
る請求項１記載の表面異物検査装置。
【請求項４】被検査表面上の画像を取り込む顕微鏡の光
学系が、共焦点型光学系であり、かつ上記被検査表面の
凹凸より浅い焦点深度である高開口数の対物レンズを備
えていることを特徴とする請求項１記載の表面異物検査
装置。