表面檢查方法與裝置的制作方法

專利名稱：表面檢查方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢查半導(dǎo)體晶片或其它待檢測體的表面的方法 與裝置。
背景技術(shù)：
通過使用雙波長激光束檢查晶片內(nèi)部缺陷的方法與裝置是眾所
周知的。參見未經(jīng)審查的日本專利公報(bào)No. 11-354598、 No. 11-237226 及Journal of Surface Science and Nanotechnology2001年笫22巻第5 期323-331頁上由Takeda Kazuo所寫的論文"Measuring technology of the size and the depth of surface defects on the entire wafer surface caused by two-wavelength beam sca"ering (OSDA:Optical Shallow Defect Analyzer)"。
例如，對晶片的內(nèi)部測量與表面測量可以是通過兩個(gè)波長之間的
波長差(短波長與長波長之間的差)來進(jìn)行的。
SOI校準(zhǔn)不能由傳統(tǒng)雙波長方法的表面檢查來執(zhí)行。此外，不可 能定量地測量SOI晶片的內(nèi)部界面的信息。
盡管下一代薄膜SOI晶片的表面上的異物測量可以通過使用短 波長(DUV)執(zhí)行，但晶片基體材料的影響不能通過傳統(tǒng)雙波長方法 的表面檢查來定量地測量。例如，中間層與下層之間的界面就不能正 確地被測量。特別地，晶片內(nèi)部的小洞或異物不能正確地被測量。這 對器件成品率造成了不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種表面檢查方法與裝置，其能夠通過 雙波長方法正確地測量具有多層結(jié)構(gòu)的待檢測體(例如，晶片)的內(nèi)部.
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種表面檢查方法與裝置，其能夠高
度精確地測量包括薄膜SOI或具有與SOI —致特征的多層結(jié)構(gòu)在內(nèi)的
待檢測體內(nèi)部的缺陷或異物，從而有助于提高成品率并能夠改進(jìn)材料 的質(zhì)量。
根據(jù)作為改進(jìn)的表面檢查方法與裝置的本發(fā)明，使具有兩種類型 波長的光束以預(yù)定入射角入射到作為表面檢查對象的待檢測體的待檢 測表面上，從而檢測待檢測的對象物，即，例如異物，其中兩種類型 的波長是短波長和長波長。
一方面，使具有短波長的光束入射到待檢測體的表面，從而測量 待檢測體的表面上的異物。
另一方面(或者在利用短波長進(jìn)行測量之后)，具有長波長的光 束的強(qiáng)度調(diào)整成測量待檢測體內(nèi)部的異物(在這個(gè)例子中，異物包括
狹義定義的異物、缺陷、洞、COP等)。
例如，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng) 度，計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平
(disappearance level)，將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于 該消失水平的水平，且基于由具有第一光強(qiáng)度的長波長的光束所獲得 的第 一強(qiáng)度的輸出來測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，將當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度設(shè) 置成"弱或低"時(shí)所測量的異物從當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度設(shè)置成 "強(qiáng)或高"時(shí)所測量的異物中減去。此外，剩余的異物被判定為待檢測 體內(nèi)部的包括COP或缺陷的異物。
例如，根據(jù)本發(fā)明檢查的待檢測體具有從表面起按次序包括表面 層、中間層和下層(每一層通常對應(yīng)于第一層、第二層、第三層)的 多層結(jié)構(gòu)，且優(yōu)選地例如異物的待檢測對象物主要大量存在于每層之 間的邊界上。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度 設(shè)置成高于消失水平的水平?；谟删哂械谝还鈴?qiáng)度的長波長的光束所獲得的第一強(qiáng)度的輸出來測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對 象物。將具有長波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置成低于消失水平的水平。 此外，基于由具有第二強(qiáng)度的長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸 出來測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
優(yōu)選地，紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，而可見光區(qū)中的光
束作為長波長輸出。在這種情況下，待檢測體的優(yōu)選例子是薄膜SOI 晶片。從薄膜SOI晶片的表面起依次形成Si、 SiO和Si層成為多層結(jié) 構(gòu)。此外，深紫外(DUV: Deep Ultraviolet)光區(qū)中的光束也可以作 為短波長輸出。在這種情況下，待檢測體是晶片，而且優(yōu)選地晶片上 待檢測的對象物是晶片表面上的異物和晶片內(nèi)部(特別是中間層與下 層之間的邊界)的包括COP或者缺陷在內(nèi)的異物。
此外，同軸輸出具有兩種類型波長(即，短波長和長波長)的光 束是優(yōu)選的。
此夕卜，在本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，表面檢查裝置配備有 光源部分，輸出具有兩種類型波長(短波長和長波長)的光束，同時(shí) 使光束的強(qiáng)度可變；照射光學(xué)系統(tǒng)，允許從光源部分輸出的具有兩種 類型波長的光束同時(shí)或交替地以預(yù)定入射角入射到作為表面檢查的對 象的待檢測體的表面；掃描部分，相對地移位光束和待檢測體中的至 少一個(gè)，使得光束掃描待檢測的表面；散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從光 束入射到其上的待檢測表面的入射部分輸出的散射光引導(dǎo)到第一光強(qiáng) 度檢測部分；散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從光束入射到其上的待檢測表 面的入射部分輸出的正反射光引導(dǎo)到笫二光強(qiáng)度檢測部分；及控制運(yùn) 算部分，基于從光源部分輸出的光束的類型和來自第一光強(qiáng)度檢測部 分的輸出，至少調(diào)整從光源部分輸出的具有長波長的光束的強(qiáng)度。
表面檢查裝置的控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成比較在照射具有短波長 的光束時(shí)來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出和在照射具有長波長的光束 時(shí)來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，將只在照射具有長波長的光束時(shí) 出現(xiàn)在第 一光強(qiáng)度檢測部分的輸出中的信號識別為來自內(nèi)部對象物的 檢測信號，并調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平，將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度 設(shè)置成高于該消失水平的水平，基于由笫一強(qiáng)度的具有長波長的光束 所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出來測量待檢測體內(nèi)部的對象 物。
優(yōu)選地，以上所述的控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成將具有長波長的光束 的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于消失水平的水平，基于由第一強(qiáng)度的具有長波 長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出來測量屬于待檢測 體內(nèi)部的下層的待檢測對象物，將具有長波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置 成低于消失水平的水平，并基于由第二強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲 得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出來測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間 層的待檢測對象物。
優(yōu)選地，以上所述的光源部分將紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸 出，并將可見光區(qū)中的光束作為長波長輸出。
以上所述的光源部分還可以被構(gòu)造成將深紫外光(DUV: Deep Ultraviolet)區(qū)中的光束作為短波長輸出。
此外，優(yōu)選地，以上所述的光源部分同軸輸出具有兩種類型波長 的光束并使得光束的強(qiáng)度可變，其中兩種類型的波長是短波長和長波 長。
此外，將具體地對優(yōu)選的光源部分進(jìn)行描述。
優(yōu)選地，使用例如213nm、 266nm和355nm作為深紫外線波長。 這些波長可以通過由諸如CBO晶體(三硼酸銫晶體)和CLBO晶體 (硼酸銫鋰晶體)的非線性光學(xué)晶體從YAG固態(tài)激光器(基波 1064nm)分別提取五次諧波、四次諧波、三次諧波形成。
描述可見光束優(yōu)選構(gòu)成的一個(gè)例子，藍(lán)光半導(dǎo)體激光可以用作 408nm,而Ar激光固態(tài)激光可以用作488nm。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過兩種波長來測量具有多層膜結(jié)構(gòu)的SOI 晶片或其他晶片的內(nèi)部與表面層。例如，針對晶片的內(nèi)部執(zhí)行異物檢 查。特別地，測量界面上的散射量。因此，把握界面狀況，使得可以 進(jìn)行針對SOI晶片的內(nèi)部異物/缺陷測量與界面測量。因此，可以實(shí)現(xiàn)
9質(zhì)量的改進(jìn)。而且，可以通過利用晶片內(nèi)部的包括COP或缺陷在內(nèi) 的異物來執(zhí)行SOI校準(zhǔn).
本發(fā)明的模式概述如下
(1) 表面檢查裝置，包括
光源部分，輸出具有兩種類型波長的光束，同時(shí)使光束的強(qiáng)度可 變，其中兩種類型的波長是短波長和長波長；
照射光學(xué)系統(tǒng)，使從所述光源部分輸出的具有兩種類型波長的光 束以預(yù)定的入射角同時(shí)或交替地入射到作為表面檢查的對象的待檢測 體的檢測表面；
掃描部分，以使得所述光束掃描所述檢測表面的方式相對移位所 述光束和所述待檢測體中的至少 一 個(gè)；
第一散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從所述光束入射到其上的所述檢測 表面的入射部分輸出的散射光引導(dǎo)到第一光強(qiáng)度檢測部分；
第二散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從所述光束入射到其上的所述檢測 表面的入射部分輸出的正反射光引導(dǎo)到第二光強(qiáng)度檢測部分；及
控制運(yùn)算部分，基于從光源部分輸出的光束的類型和第一光強(qiáng)度 檢測部分的輸出，至少調(diào)整從光源部分輸出的具有長波長的光束的強(qiáng) 度，
其中所述控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成比較在照射具有短波長的光束 時(shí)來自所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出和在照射具有長波長的光束時(shí) 來自所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，然后將只在照射具有長波長的 光束時(shí)出現(xiàn)在所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出中的信號識別為來自內(nèi) 部對象物的檢測信號，并進(jìn)一步調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，然后
計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平，進(jìn)一步將 具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于該消失水平的水平，并基于
由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的 輸出來測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
(2) 以上所述的表面檢查裝置，其中 待檢測體具有多層結(jié)構(gòu)，從表面起依次包括表面層、中間層和下層，其中待檢測對象物主要位于每一層的邊界上，及
控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成
高于消失水平的水平；
基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自笫一光強(qiáng)度
檢測部分的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對象物； 將具有長波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置成低于消失水平的水平；及 基于由第二強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度
檢測部分的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
(3) 以上所述的表面檢查裝置，其中
光源部分包括將紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，并將可見光 區(qū)中的光束作為長波長輸出，及
待檢測體是薄膜SOI晶片，其中從薄膜SOI晶片的表面起依次 形成有Si、 SK)2和Si層成為多層結(jié)構(gòu)。
(4) 以上所述的表面檢查裝置，其中光源部分被構(gòu)造成將深紫 夕卜光(DUV: Deep Ultraviolet)區(qū)中的光束作為短波長輸出，及
其中待檢測體是晶片，且晶片上的待檢測對象物是晶片表面上的 異物和晶片內(nèi)部的包括COP或缺陷在內(nèi)的異物。
(5) 以上所述的表面檢查裝置，其中光源部分被構(gòu)造成同軸地 輸出具有兩種類型波長的光束并使光束的強(qiáng)度可變，其中兩種類型的 波長是短波長和長波長。
(6) —種表面檢查方法，其中使具有兩種類型波長的光束以預(yù) 定的入射角入射到作為表面檢查的對象的待檢測體的檢測表面并檢測 異物，其中兩種類型的波長是短波長和長波長，該方法包括以下步驟
調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，從而計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測 信號消失的點(diǎn)附近的消失水平，
將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于該消失水平的水平，
及
根據(jù)由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸 出，測量待檢測體內(nèi)部的對象物。(7) —種表面檢查方法，其中使得具有兩種類型波長的光束以 預(yù)定的入射角入射到作為表面檢查的對象的待檢測體的檢測表面并檢
測異物，其中兩種類型的波長是短波長和長波長，該方法包括以下步 簸.
調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，
從當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度被設(shè)置成"強(qiáng)或高，，時(shí)所測量的對 象物中減去當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度被設(shè)置成"弱或低"時(shí)所測量的 對象物，及
將剩余對象物判定為待檢測體內(nèi)部的包括COP或缺陷在內(nèi)的異物。(8) 以上所述的表面檢查方法，其中表面層、中間層和下層分 別是第一層、第二層和第三層，
一方面，照射具有短波長的光，以便獲得第一測量結(jié)果， 另一方面，照射高強(qiáng)度的具有長波長的光，以獲得檢測圖像，其
中高強(qiáng)度的具有長波長的光能夠檢測內(nèi)部第三層上包括COP或者缺
陷在內(nèi)的異物，
將強(qiáng)度降低到除第 一測量結(jié)果之外的對象物都消失的水平，使其 成為標(biāo)準(zhǔn)水平，
通過由高出該標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第一測量水平執(zhí)行測量，獲得 第二測量結(jié)果，
還通過由低于該標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第二測量水平執(zhí)行測量來 獲得第三測量結(jié)果，
將只出現(xiàn)在第一測量結(jié)果中的對象物判定為存在于待檢測體表 面上的對象物，
將出現(xiàn)在第一測量結(jié)果至第三測量結(jié)果中的異物判定為比第二 層更深位置上的對象物，及
將只出現(xiàn)在第一和第二測量結(jié)果中的對象物判定為存在于第一
層中的對象物。
(9) 以上所述的表面檢查方法，其中待檢測體具有多層結(jié)構(gòu)，從表面起依次具有表面層、中間層和下 層，其中待檢測對象物主要在每一層的邊界上，
具有長波長的光束的第一強(qiáng)度被設(shè)置成高于來自內(nèi)部對象物的 檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平的水平，
基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸 出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對象物，
具有長波長的光束的第二強(qiáng)度被設(shè)置成低于該消失水平的水平，
及
基于由第二強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸 出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
(10) 以上所述的表面檢查方法，其中
紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，而可見光區(qū)中的光束作為長 波長輸出，及
待檢測體是薄膜SOI晶片，其中從薄膜SOI晶片的表面起依次 形成有Si、 Si02和Si層成為多層結(jié)構(gòu)。
(11) 表面檢查方法，其中
深紫外光(DUV: Deep Ultraviolet)區(qū)中的光束作為短波長輸出， 待檢測體是晶片，及
晶片上的待檢測對象物是晶片表面上的異物及晶片內(nèi)部的包括 COP或缺陷在內(nèi)的異物。
(12) 表面檢查方法，其中具有兩種類型波長的光束是同軸輸出 的，其中兩種類型的波長是短波長和長波長。


圖l是示出波長與Si進(jìn)入長度(深度)之間關(guān)系的曲線圖2是用于解釋在利用本發(fā)明的晶片表面檢查方法中測量晶片的
表面層與內(nèi)部的原理的圖3是具體地示出利用本發(fā)明的晶片表面檢查方法中測量晶片的
表面層與內(nèi)部的解釋性圖；圖4是用于解釋長波長側(cè)校準(zhǔn)的圖5是示出通過調(diào)整長波長的強(qiáng)度在內(nèi)部COP消失之前/之后的 狀態(tài)的解釋性圖6示出了來自每個(gè)界面的HAZE;及
圖7是示出用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的表面檢查裝置的例子的示意圖。
具體實(shí)施例方式
將描述本發(fā)明優(yōu)選例子中的測量方法的原理。
每波長的Si中入射光強(qiáng)度變成1/e2 (大約13%)的深度與波長 之間的關(guān)系如圖1中的曲線圖所示。
如從圖l很清楚地，在紫外光區(qū)(尤其是深紫外光區(qū))的波長與 可見光區(qū)的波長之間的區(qū)域中，Si中的透射距離顯著地變化達(dá)10倍 或者更多。因此，在通過照射具有紫外光區(qū)中波長的光來檢測的情況 下，它只檢測近似表面上的異物或COP，而當(dāng)使用具有可見光區(qū)中波 長的光時(shí)，照射到晶片內(nèi)部深處。為此，使得可以檢測晶片內(nèi)部的薄 膜結(jié)構(gòu)(多重結(jié)構(gòu))，例如中間層和下層的邊界上的COP (COP數(shù) 量最大且最具特征)。
在圖2中，晶片具有由Si制成的表面層A (第一層)、由Si02 制成的中間層B (第二層)和由Si制成的下層C (第三層)。表面層 A的厚度是20至100nm。中間層B的厚度是100至150nm，及下層 C的厚度是近似500nm。
圖2例子中的下層C也稱為基體材料。
在本發(fā)明的優(yōu)選例子中，在執(zhí)行測量時(shí)，首先照射具有紫外線波 長(短波長)的光X1，以獲得第一測量結(jié)果。接下來，照射高強(qiáng)度的 具有可見光波長(長波長)的光5t2,以獲得檢測圖像，其中光X2能 夠檢測內(nèi)部(例如，下層即第三層C中的COP)。強(qiáng)度被降低到除第 一測量結(jié)果之外的其它對象物都消失的水平，且消失點(diǎn)處的水平被用 作標(biāo)準(zhǔn)水平。將該標(biāo)準(zhǔn)水平增大預(yù)定水平，以便使其成為第一測量水平。通過在第一測量水平下進(jìn)行測量來獲得第二測量結(jié)果。此外，通 過在由標(biāo)準(zhǔn)水平降低到的第二測量水平下進(jìn)行測量來獲得第三測量結(jié)果。
對象物(異物)是基于以這種方式獲得的測量結(jié)果而測量的。例 如，只出現(xiàn)在第 一測量結(jié)果中的待檢測對象物被判定為存在于晶片表 面上的對象物。出現(xiàn)在第一至第三測量結(jié)果中的異物被判定為在比中 間層(第二層)深的位置上的對象物。只出現(xiàn)在第一和第二測量結(jié)果 中的對象物被判定為存在于表面層(第一層)上的目標(biāo)。
通過執(zhí)行這種測量，即使在具有不同多層結(jié)構(gòu)(膜狀況)的晶片 情況下，也可以通過照射具有高出和低于標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平(或者說 高于標(biāo)準(zhǔn)水平的水平和低于標(biāo)準(zhǔn)水平的水平)的光來執(zhí)行測量，晶片 內(nèi)部存在于每一層中或每個(gè)邊界上的對象物的大小可以依賴于散射光 的大小而可靠地測量。
應(yīng)當(dāng)指出，COP是結(jié)晶起因粒子(Crystal Originated Particle) 的縮寫，它是指晶片上的細(xì)小粒子和晶片內(nèi)部的晶體洞。
此外，SOI晶片指絕緣體上硅(Silicon on Insulator)晶片。 將參考圖3至圖6描述基于以上所述測量原理的表面檢查方法的例子。
首先，為了測量作為晶片31表面層的第一層31a及作為內(nèi)部中 間層和下層的第二層31b和第三層31c，使用具有兩種類型波長的光。 即，使用稱為DUV(深紫外線)的具有短波長的激光束32(具有355nm 或266nm的光)和作為可見光并具有長波長的激光束33 (例如具有 408nm或488nm的光)。
如圖3所示，在第一層31a由Si制成、第二層31b由Si02制成 且第三層31c由Si制成的情況下，可以利用具有短波長的光32只測 量第一層31a (表面層)，因?yàn)榫哂卸滩ㄩL的光32 (DUV)通常不透 過由Si制成的第一層31a。盡管具有長波長的光33可以測量內(nèi)部(第 二層31b和第三層31c)，但可以執(zhí)行測量的深度依賴于激光束的強(qiáng) 度(光束)而改變。首先，照射具有短波長的光32，以獲得第一測量結(jié)果，然后，照
射能夠檢測內(nèi)部第二層31b中的COP的高強(qiáng)度的具有長波長的光33，
以獲得檢測圖像。強(qiáng)度被降低到除第 一測量結(jié)果之外的其它對象物都
消失的水平，而且它被用作標(biāo)準(zhǔn)水平。第二測量結(jié)果是通過在從標(biāo)準(zhǔn)
水平增大預(yù)定水平的第一測量水平(高測量水平)下進(jìn)行測量而獲得
的。此外，第三測量結(jié)果是通過在從標(biāo)準(zhǔn)水平向下降低預(yù)定水平的第
二測量水平下進(jìn)行測量而獲得的。然后，只出現(xiàn)在第一測量結(jié)果中的
對象物被看作存在于晶片表面上的對象物。出現(xiàn)在第一至第三測量結(jié)
果中的異物被判定為在比第二層更深的位置上的對象物。只出現(xiàn)在第 一和第二測量結(jié)果中的對象物被判定為存在于第一層中的對象物。
可以基于由以上所述具有兩種類型波長的光所獲得的測量結(jié)果
來識別和測量晶片31內(nèi)部和表面層上的異物。特別地，可以識別和測
量晶片內(nèi)部每一層(即，第二層和第三層)中的異物以及表面層中的異物。
優(yōu)選地，如圖4所示，通過在基體材料即第三層31c (下層)中 使用具有許多特征性COP34的晶片31，使得可以進(jìn)行長波長側(cè)的校 準(zhǔn)。例如，當(dāng)長波長側(cè)光量的強(qiáng)度調(diào)整成例如將強(qiáng)度首先設(shè)置成"強(qiáng)或 高"時(shí)，測量晶片31的所有層，然后，當(dāng)強(qiáng)度從"高"調(diào)整成"弱或低" 時(shí)，下層31c中的COP 34消失，而且測量不到了。通常，由于許多 COP集中存在于晶片31的下層31c (基體材料)的表面，換句話說， 存在于中間層31b和下層31c之間的邊界，因此集中存在于晶片31 的下層31c的表面上的大量特征性COP 34通過以上所述從"強(qiáng)或高，， 到"弱或低"的強(qiáng)度調(diào)整在某一強(qiáng)度水平下消失。當(dāng)使用這種現(xiàn)象時(shí)， 形成用于測量存在于晶片31的基體材料即第三層31c (下層)上的 COP34的最佳光量，且可以容易并正確地執(zhí)行校準(zhǔn)。
此外，如圖5所示，可以才艮據(jù)晶片下層31c上COP34消失之前 和之后所檢測到的異物的差別來判定下層31c上的異物。即，首先， 在COP 34消失之前，先檢測并記錄異物。接下來，通過從COP 34 消失之前的異物中減去COP 34消失之后的異物來獲得剩余的異物。這種剩余異物可以被判定為下層31c上的異物.
當(dāng)使用這種現(xiàn)象時(shí)，可以通過使用下層上的COP執(zhí)行校準(zhǔn)。例 如，通過在不同條件下執(zhí)行測量至少兩次，可以識別并可以精確地測 量屬于晶片表面、表面層和內(nèi)部(中間層、下層)的異物。
此外，表面散射被看作包括依賴波長在每個(gè)界面上的散射。為此， 當(dāng)執(zhí)行以上所迷的校準(zhǔn)時(shí)，進(jìn)一步執(zhí)行HAZE測量(具體而言，表面 散射測量)，并假定晶片內(nèi)部(中間層、下層)的狀態(tài)是HAZE-A， 而內(nèi)部COP消失的狀態(tài)為HAZE-C，通過從HAZE-A減去HAZE-C 所獲得的狀態(tài)可以被判定為關(guān)于晶片31的下層31c表面的HAZE信 息。
例如，圖6示出了上層31a、中間層31b和下層31c的每個(gè)界面 的HAZE?？梢杂^察到COP的狀態(tài)包括HAZE-1、 2和3，并且當(dāng)不 能測量COP時(shí)形成HAZE-2和3的信息。盡管如果短波長是HAZE-3 的話，則波長的系數(shù)變得必需，但可以通過運(yùn)算提取關(guān)于每個(gè)界面的 HAZE信息。
圖7通過用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的 一個(gè)優(yōu)選例子示出了表面檢查裝置。
在圖7中，該裝置具有光源部分l;照明光學(xué)系統(tǒng)4，利用來 自光源部分l的激光束的光束2以預(yù)定傾斜角照射晶片3(待檢測體) 的待檢測表面3a;從檢測表面3a接收散射反射光5的笫一光接收光 學(xué)系統(tǒng)6;接收由第一光接收光學(xué)系統(tǒng)6所接收的散射反射光5的第 一光強(qiáng)度檢測部分7;接收來自檢測表面3a的正反射光或鏡像反射光 8的第二光接收光學(xué)系統(tǒng)9;接收由第二光接收光學(xué)系統(tǒng)9所接收的正 反射光或鏡像反射光8的第二光強(qiáng)度檢測部分10;及控制運(yùn)算部分14， 基于來自第一光強(qiáng)度檢測部分7的第一信號12計(jì)算待檢測表面3a上 的異物22的大小，或者基于來自第二光強(qiáng)度檢測部分10的第二信號 13計(jì)算待檢測表面3a上的異物22的高度。
光源部分l輸出具有兩種類型波長的光束，同時(shí)使強(qiáng)度可變，其 中兩種類型的波長是短波長和長波長?；趶墓庠床糠?輸出的光束的類型和第一光強(qiáng)度檢測部分7的 輸出，由控制運(yùn)算部分14調(diào)整至少從光源部分1輸出的具有長波長的 光束的強(qiáng)度。
控制運(yùn)算部分14比較在照射具有短波長的光束時(shí)從第一光強(qiáng)度 檢測部分7的輸出與在照射具有長波長的光束時(shí)從第一光強(qiáng)度檢測部 分7的輸出，將只在照射具有長波長的光束時(shí)出現(xiàn)在來自第一光強(qiáng)度 檢查部分7的輸出中的信號識別為來自內(nèi)部對象物的檢測信號，并調(diào) 整具有長波長的光束的強(qiáng)度，計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的 點(diǎn)附近的消失水平，將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于消失 水平的水平，并基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第 一光強(qiáng)度檢測部分7的輸出來測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
在待檢測體3具有從表面起依次包括表面層、中間層和下層的多 層結(jié)構(gòu)，且待檢測對象物主要位于每一層邊界的情況下，控制運(yùn)算部 分14將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于消失水平的水平，基 于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分 7的輸出來測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對象物，將具有長 波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置成低于消失水平的水平，并基于由第二強(qiáng) 度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分7的輸出來 測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
此外，光源部分l將紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，將可見 光區(qū)中的光束作為長波長輸出。優(yōu)選地，光源部分1將深紫外光(DUV: Deep Ultraviolet)區(qū)中的光束作為短波長輸出。此外，光源部分1同 軸輸出具有兩種類型波長的光束，同時(shí)使強(qiáng)度可變，其中兩種類型的 波長是短波長和長波長。
在檢查具有表面層、中間層和下層(第一層、第二層和第三層) 的多層結(jié)構(gòu)的晶片時(shí)，控制運(yùn)算部分14一方面照射具有短波長的光以 獲得第一測量結(jié)果，另一方面照射能夠檢測內(nèi)部第二層上的COP的高強(qiáng)度的具有短波長的光以獲得檢測圖像，將強(qiáng)度降低到除第一測量 結(jié)果之外的其它對象物都消失的水平并使之成為標(biāo)準(zhǔn)水平，由高出標(biāo)
準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第一測量水平執(zhí)行測量以獲得第二測量結(jié)果，此外， 由低于標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第二測量水平執(zhí)行測量以獲得第三測量結(jié)
果，將只出現(xiàn)在第一測量結(jié)果中的對象物判定為存在于待檢測體表面 上的對象物，將出現(xiàn)在第一至第三測量結(jié)果中的異物判定為在比第二 層更深的位置上的對象物，將只出現(xiàn)在第一和第二測量結(jié)果中的對象 物判定為存在于笫一層中的對象物。
此外，在所需異物的大小近似等于或大于照射到待檢測表面3a 上的光束2的直徑的情況下，控制運(yùn)算部分14還可以基于第二信號 13計(jì)算待檢測表面3a上異物22的高度。
在高度數(shù)據(jù)HR方法的實(shí)施方式中，其中異物22的高度根據(jù)高 度數(shù)據(jù)的變化計(jì)算(所謂的高分辨率方法，其中以高密度精確地執(zhí)行 測量)，控制運(yùn)算部分14被構(gòu)造成在來自第一光強(qiáng)度檢測部分7的笫 一信號12是預(yù)定限制水平(slice level)或更大的情況下判定異物22 的存在，并基于在判定存在異物22的區(qū)域中的第二信號13和在判定 存在異物22的區(qū)域周邊的區(qū)域中的第二信號13計(jì)算異物的高度。異 物22的高度是根據(jù)預(yù)定區(qū)域中第二信號13的平均值確定的，并遵循 待檢測表面的波度(waviness)(包括翹曲及其它高度變化)。
此外，控制運(yùn)算部分14被構(gòu)造成基于判定存在異物22的區(qū)域中 第二信號13的數(shù)據(jù)和判定存在異物22的區(qū)域周邊的區(qū)域中第二信號 13的數(shù)據(jù)的平均值的差值來計(jì)算異物22的高度。
此外，以上所述的表面檢查裝置還可以用在采用像素方法的實(shí)施 方式中。
在這種情況下，控制運(yùn)算部分14被構(gòu)造成將測量對象物3分成 預(yù)定的大量單位像素區(qū)域，并將每個(gè)像素中的第一信號12和/或第二 信號13的最大值作為像素中每個(gè)信號的值對待。
在這種情況下，控制運(yùn)算部分14被構(gòu)造成基于像素處理已經(jīng)在 判定存在異物22的區(qū)域中執(zhí)行的第二信號13的數(shù)據(jù)和像素處理已經(jīng)在判定存在異物22的區(qū)域周邊的區(qū)域中執(zhí)行的第二信號13的數(shù)據(jù)的 平均值的差值計(jì)算異物22的高度。
然后，控制運(yùn)算部分14被構(gòu)造成基于已對其執(zhí)行了像素處理的 第一信號12來判定異物22的存在，并基于判定存在異物22的位置處 的像素中的每個(gè)模擬第一信號12和模擬第二信號13來計(jì)算異物的高 度。
控制運(yùn)算部分14包括信號處理部分，其中該部分中的信號處理 結(jié)果(異物的位置、數(shù)量、高度、散射反射光水平等)顯示在顯示部 分15中。
此外，控制運(yùn)算部分14向驅(qū)動(dòng)部分16發(fā)送控制信號，并控制安 裝晶片3的臺18在X方向、Y方向和Z (高度)方向的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外，控制運(yùn)算部分14還向機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)部分(未示出)提供處 理信號以對其進(jìn)行控制，該機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)部分用于操作光源1、照明光 學(xué)系統(tǒng)4、第一光接收光學(xué)系統(tǒng)6、第一光強(qiáng)度檢測部分7、第二光接 收光學(xué)系統(tǒng)9、第二光強(qiáng)度檢測部分10和晶片3。
關(guān)于用于Z數(shù)據(jù)(即，高度數(shù)據(jù))的HR方法和像素方法的表面 檢查裝置與方法，可以采用在未經(jīng)審查的日本專利公報(bào)No. 2000-337844中所說明的技術(shù)。
控制運(yùn)算部分14向驅(qū)動(dòng)部分16輸出控制信號，從而執(zhí)行對電動(dòng) 機(jī)29和光源1的預(yù)定控制，同時(shí)它也通過驅(qū)動(dòng)部分16從編碼器部分 接收包含轉(zhuǎn)動(dòng)信息的信號(例如，通過轉(zhuǎn)動(dòng)作為待檢測材料的晶片的 電動(dòng)機(jī)29的預(yù)定轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖信號)。如果需要，控制運(yùn)算部分14與 存儲器部分傳送數(shù)據(jù)并執(zhí)行期望的處理。
相對移位光束2和待檢測體3中的至少一個(gè)從而使得光束2掃描 待檢測表面3a的掃描部分20由驅(qū)動(dòng)部分16、電動(dòng)機(jī)29、臺18等構(gòu) 成。
根據(jù)本發(fā)明，可以管理稱為下一代晶片的薄膜SOI的內(nèi)部(中間 層、下層)及層之間的界面。傳統(tǒng)上，它們由晶片的電特征和表面上 的異物管理，但根據(jù)本發(fā)明，界面管理可以比傳統(tǒng)方法更好地執(zhí)行。為此，對成品率的影響可以最小化。本發(fā)明可以顯著地有利于材料的 成品率提高和質(zhì)量改進(jìn)。
權(quán)利要求
1、一種表面檢查裝置，包括光源部分，輸出具有兩種類型波長的光束，同時(shí)使光束的強(qiáng)度可變，其中兩種類型的波長是短波長和長波長；照射光學(xué)系統(tǒng)，使得從所述光源部分輸出的具有兩種類型波長的光束以預(yù)定的入射角同時(shí)或交替地入射到作為表面檢查的對象的待檢測體的檢測表面；掃描部分，以使得所述光束掃描所述檢測表面的方式，相對移位所述光束和所述待檢測體中的至少一個(gè)；第一散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從所述光束入射到其上的所述檢測表面的入射部分輸出的散射光引導(dǎo)到第一光強(qiáng)度檢測部分；第二散射光檢測光學(xué)系統(tǒng)，將從所述光束入射到其上的所述檢測表面的入射部分輸出的正反射光引導(dǎo)到第二光強(qiáng)度檢測部分；及控制運(yùn)算部分，基于從光源部分輸出的光束的類型和來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，至少調(diào)整從光源部分輸出的具有長波長的光束的強(qiáng)度，其中所述控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成比較在照射具有短波長的光束時(shí)來自所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出和在照射具有長波長的光束時(shí)來自所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，然后，將只在照射具有長波長的光束時(shí)出現(xiàn)在所述第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出中的信號識別為來自內(nèi)部對象物的檢測信號，并進(jìn)一步調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，然后計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平，進(jìn)一步將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于該消失水平的水平，并基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出來測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
2、 如權(quán)利要求l所述的表面檢查裝置，其中 待檢測體具有從表面起依次包括表面層、中間層和下層的多層結(jié)構(gòu)，其中待檢測對象物主要位于每一層的邊界上，及所述控制運(yùn)算部分被構(gòu)造成執(zhí)行以下操作 將具有長波長的光束的第 一強(qiáng)度設(shè)置成高于消失水平的水平； 基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自笫一光強(qiáng)度 檢測部分的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對象物； 將具有長波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置成低于消失水平的水平；及 基于由第二強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的表面檢查裝置，其中 所述光源部分包括將紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，并將可見光區(qū)中的光束作為長波長輸出，及其中，所述待檢測體是薄膜SOI晶片，其中從薄膜SOI晶片的 表面起依次形成有Si、 Si02和Si層成為多層結(jié)構(gòu)。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的表面檢查裝置，其中所述光源部分 被構(gòu)造成將深紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出，及其中待檢測體是晶片，且晶片上的檢測對象物是晶片表面上的異 物和晶片內(nèi)部的包括COP或缺陷在內(nèi)的異物。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的表面檢查裝置，其中所述光源部分 被構(gòu)造成同軸地輸出具有兩種類型波長的光束，并使得光束的強(qiáng)度可 變，其中兩種類型的波長是短波長和長波長。
6、 一種表面檢查方法，其中使具有兩種類型波長的光束以預(yù)定 的入射角入射到作為表面檢查的對象的待檢測體的檢測表面，并檢測 異物，其中兩種類型的波長是短波長和長波長，該方法包括以下步驟調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，以計(jì)算來自內(nèi)部對象物的檢測信 號消失的點(diǎn)附近的消失水平，將具有長波長的光束的第 一強(qiáng)度設(shè)置成高于該消失水平的水平，及根據(jù)由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸 出，測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
7、 一種表面檢查方法，其中使具有兩種類型波長的光束以預(yù)定的入射角入射到作為表面檢查的對象的待檢測體的檢測表面，并檢測異物，其中兩種類型的波長是短波長和長波長，該方法包括以下步驟: 調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度，從當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度被設(shè)置成"強(qiáng)或高，，時(shí)測量的對象 物中減去當(dāng)具有長波長的光束的強(qiáng)度被設(shè)置成"弱或低"時(shí)測量的對象 物，及將剩余對象物判定為待檢測體內(nèi)部的包括COP或缺陷在內(nèi)的異物。
8、 如權(quán)利要求6或7所述的表面檢查方法，其中表面層、中間 層和下層分別是第一層、第二層和第三層，一方面，照射具有短波長的光，以獲得第一測量結(jié)果， 另一方面，照射高強(qiáng)度的具有長波長的光，以獲得檢測圖像，其中高強(qiáng)度的具有長波長的光能夠檢測內(nèi)部第三層上包括COP或缺陷在內(nèi)的異物，將強(qiáng)度降低到除第 一 測量結(jié)果之外的其它對象物都消失的水平， 并使之成為標(biāo)準(zhǔn)水平，通過利用高出標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第一測量水平執(zhí)行測量來獲 得第二測量結(jié)果，通過進(jìn)一步利用低于標(biāo)準(zhǔn)水平預(yù)定水平的第二測量水平執(zhí)行測量來獲得第三測量結(jié)果，只出現(xiàn)在第 一測量結(jié)果中的對象物被判定為存在于待檢測體表 面上的對象物，出現(xiàn)在第一測量結(jié)果至第三測量結(jié)果中的異物被判定為在比第 二層更深的位置上的對象物，及只出現(xiàn)在第一和第二測量結(jié)果中的對象物被判定為存在于第一 層中的對象物。
9、 如權(quán)利要求6或7所述的表面檢查方法，其中 待檢測體具有從表面起依次包括表面層、中間層和下層的多層結(jié)構(gòu)，其中待檢測對象物主要在每一層的邊界上，將具有長波長的光束的第一強(qiáng)度設(shè)置成高于來自內(nèi)部對象物的 檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平的水平，基于由第一強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的下層的待檢測對象物，將具有長波長的光束的第二強(qiáng)度設(shè)置成低于消失水平的水平，及 基于由第二強(qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的第一光強(qiáng)度的輸出，測量屬于待檢測體內(nèi)部的中間層的待檢測對象物。
10、 如權(quán)利要求6或7所述的表面檢查方法，其中 紫外光區(qū)中的光束是作為短波長輸出的，而可見光區(qū)中的光束是作為長波長輸出的，及待檢測體是薄膜SOI晶片，其中從薄膜SOI晶片的表面起依次 形成有Si、 Si02和Si層成為多層結(jié)構(gòu)。
11、 如權(quán)利要求6或7所述的表面檢查方法，其中 深紫外光區(qū)中的光束作為短波長輸出， 待檢測體是晶片，及晶片上的待檢測對象物是晶片表面上的異物以及晶片內(nèi)部的包 括COP或缺陷在內(nèi)的異物。
12、 如權(quán)利要求6或11所述的表面檢查方法，其中具有兩種類 型波長的光束是同軸地輸出的，其中兩種類型的波長是短波長和長波 長。
全文摘要
光源部分輸出兩個(gè)具有短波長和長波長以及可變強(qiáng)度的光束。光源部分使所述兩個(gè)光束以預(yù)定的角度同時(shí)或交替地入射到待檢測體的檢測表面上?；诎l(fā)出的光束和來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，至少調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度。對在發(fā)射具有短波長的光束時(shí)來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出與在發(fā)射具有長波長的光束時(shí)來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出進(jìn)行比較。只出現(xiàn)在當(dāng)發(fā)射具有長波長的光束時(shí)來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出中的信號被識別為來自內(nèi)部對象物的檢測信號，并調(diào)整具有長波長的光束的強(qiáng)度。確定來自內(nèi)部對象物的檢測信號消失的點(diǎn)附近的消失水平。具有長波長的光束的第一強(qiáng)度被設(shè)置成高于該消失水平的水平?；谟傻谝粡?qiáng)度的具有長波長的光束所獲得的來自第一光強(qiáng)度檢測部分的輸出，測量待檢測體內(nèi)部的對象物。
文檔編號G01N21/956GK101506962SQ20078003083
公開日2009年8月12日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者前川博之, 山崎倫敬, 幸田文男, 柿沼隆司, 磯崎久, 高瀨壯宏 申請人:拓普康株式會社