JP2002116155A - 異物・欠陥検査装置及び検査方法 - Google Patents
異物・欠陥検査装置及び検査方法Info
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Abstract
高感度化及び高速化による検査時間の短縮化。 【解決手段】波長の異なるレーザビームを被検査物表面
に異なる角度から照射し、散乱光のレベルから異物・欠
陥の状態を分類して検出する。
Description
基板やフォトマスク等に存在する異物や欠陥の検査技術
に係り、特に高感度かつ高速に検査・分類するための技
術に関する。
おいて、製造装置の発塵状況を監視するために、半導体
基板や薄膜基板等の表面に付着した異物の検査が行われ
ている。例えば、回路パターン形成前の半導体基板で
は、表面の0.1μm以下の微小な異物や欠陥の検出が
必要である。従来、半導体基板等の試料上の微小な異物
や欠陥を検出する技術としては、例えば、米国特許第5
798829号明細書(公報)に記載されているよう
に、試料上に数μmから数十μmの範囲に集光したレー
ザビームを固定照射して、半導体基板上に異物が付着し
ている場合に発生する異物からの散乱光を検出し、試料
の回転と直進送りで試料全面の異物や欠陥を検査するも
のがある。また、半導体基板等の試料上には結晶欠陥や
スクラッチといった凹状欠陥も存在しており、この凹状
欠陥と異物等の凸状欠陥を分離検出する技術としては、
例えば、特開平9−304289号公報や特開平9−2
10918号公報に開示されているように、照射するレ
ーザビームの照射角度や、検出する角度を変えて検査
し、検査結果を比較して欠陥を分類するようにした技術
がある。
やフォトマスク等の高密度化・大口径化に伴い、これら
の表面の異物や欠陥を検査するための検査技術も高感度
化かつ高速化が要求されている。本発明の課題点は、か
かる要求に対応すべく、(1)操作工程数(タクト数)
が少なく、短時間で処理できること、(2)被検査物に
対し高速で走査できること、(3)高感度で正確に異物
・欠陥の状態を認識できること、等である。本発明の目
的は、かかる課題点を解決できる異物・欠陥検査技術を
提供することにある。
に、本発明では、 (1)レーザビームを被検査物に照射し散乱光により該
被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査装置に
おいて、異なる波長の複数のレーザビームを被検査物の
略同一位置に異なる角度で照射する照明光学系と、該被
検査物の照射位置からの散乱光を上記波長毎に分けて検
出する検出部と、該検出した波長毎の散乱光を電気信号
に変換する変換部と、該波長毎の変換信号に基づき上記
異物・欠陥の状態を判別する判別部とを備え、上記レー
ザビームの照射位置を上記被検査物の表面上で移動さ
せ、該移動動作に伴い上記異物・欠陥の状態を分離して
検出するようにした構成とする。 (2)レーザビームを被検査物に照射し散乱光により該
被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査装置に
おいて、上記被検査物を支え回転させるステージと、異
なる波長の複数のレーザビームを、同時走査させながら
被検査物の表面の略同一位置に異なる角度で照射する照
明光学系と、該被検査物の照射位置からの散乱光を上記
波長毎に分けて検出する検出部と、該検出した波長毎の
散乱光を電気信号に変換する変換部と、該波長毎の変換
信号に基づき上記異物・欠陥の状態を判別する判別部と
を備え、上記ステージと上記照明光学系との相対的移動
動作により上記複数のレーザビームを上記走査状態で上
記被検査物の表面をスパイラル状に移動させ、上記異物
・欠陥の状態を分離して検出するようにした構成とす
る。 (3)上記(1)または(2)において、上記照明光学
系を、マルチ発振レーザ光源から同時射出される複数波
長のレーザを波長分離して上記異なる波長のレーザビー
ムとする構成を備えるようにする。 (4)上記(2)において、上記ステージを、上記被検
査物の回転軸の位置を上記レーザビームの照射位置に対
し移動可能な構成とする。 (5)上記複数のレーザビームの照射角度を、上記被検
査物の表面の垂線に対しそれぞれ、略60〜90゜の範
囲、略0〜30゜の範囲を含むようにする。 (6)レーザビームを被検査物に照射し散乱光により該
被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査方法に
おいて、異なる波長の複数のレーザビームを被検査物の
略同一位置に異なる角度で照射するステップと、該被検
査物の照射位置からの散乱光を上記波長毎に分けて検出
するステップと、該検出した波長毎の散乱光を電気信号
に変換するステップと、該波長毎の変換信号に基づき上
記異物・欠陥の状態を判別するステップとを経て、上記
異物・欠陥の状態を分離して検出する構成とする。 (7)レーザビームを被検査物に照射し散乱光により該
被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査方法に
おいて、上記被検査物を支え回転させるステップと、異
なる波長の複数のレーザビームを、同時走査させながら
被検査物の表面の略同一位置に異なる角度で照射するス
テップと、該被検査物の照射位置からの散乱光を上記波
長毎に分けて検出するステップと、該検出した波長毎の
散乱光を電気信号に変換するステップと、該波長毎の変
換信号に基づき上記異物・欠陥の状態を判別するステッ
プとを有し、上記複数のレーザビームを上記被検査物の
表面に対しスパイラル状に相対移動させ、上記異物・欠
陥の状態を分離して検出する構成とする。
用いて説明する。実施例では、被検査物を半導体ウェハ
とした場合について説明する。図1は本発明の第1の実
施例を示す。本図1の構成は、照明光学系、被検査物、
検出光学系、光電変換器、信号処理回路、該被検査物の
被検査物走査機構(図示せず)を備えて構成される。該
照明光学系は、照明角度の異なる2つの光学系から成
り、それぞれで波長が異なる。レーザ光源102aから
射出された波長λ1のレーザ光線103aは、ビームエ
キスパンダ104aでビーム径が拡大された後、集光レ
ンズ106aで数μmから数十μmオーダーのビーム径
に絞られて被検査物101の表面に照射される。同様に
レーザ光源102bから射出された波長λ2のレーザ光
線103bは、ビームエキスパンダ104bでビーム径
が拡大された後、集光レンズ106bで数μmから数十
μmオーダーのビーム径に絞られ、被検査物101の表
面において上記波長λ1のレーザビームと略同一場所に
照射される。ここで、各ビームの照射角度(入射角度)
はそれぞれ、θ1は略60〜90゜の範囲、θ2は略0〜
30゜の範囲が適している。該被検査物101の表面の
レーザビーム照射場所に異物や欠陥が存在すると散乱光
が発生する。この散乱光のうち波長λ1の散乱光を波長
選択フィルタ107aで抽出し、検出光学系108aで
光電変換素子109aの受光面上に集光し、該光電変換
素子109aで光電変換する。同様に、波長λ2の散乱
光は光電変換素子109bで光電変換する。これによ
り、同一異物・欠陥に対し異なる角度からビーム照射し
た結果で生ずる散乱光を波長で区別して同時に検出する
ことができる。該光電変換素子109a、109bの出
力は信号処理回路110a、110bでしきい値処理
(しきい値を超える場合に異物・欠陥と認識し、超えな
い場合は認識しない処理)して異物・欠陥の認識を行
い、判別回路111で該異物・欠陥の分離判定(該異物
・欠陥が凹状か凸状か、また、大きいか小さいか等)を
行う。該判別回路111では、図2に示すように、2つ
の検出信号A、B(Aは照射角度θ1による検出信号、
Bは照射角度θ2による検出信号)の大小関係により異
物・欠陥の凹凸判別を行い、また、検出信号A、Bそれ
ぞれの信号レベルにより該異物・欠陥の程度(大きさ)
判定を行う。検出信号A、Bの大小関係において異物・
欠陥の凹状か凸状かを分ける境界(図2中で傾きM(=
A/B)のライン)は、厳密には、照明光学系の条件、
例えば、レーザビームの照射角度θ1 、θ2の値や該各レ
ーザビームの光量等によって決まる。凹凸判別におい
て、例えば、検出信号Aが検出信号Bに比べて大きくて
上記境界傾きMを超える範囲の場合は異物・欠陥は凸状
のものと判別し、逆に検出信号Bが検出信号Aに比べて
大きくて上記境界傾きMを下回る場合は異物・欠陥は凹
状のものと判別する。また、上記においてそれぞれ、検
出信号Aのレベルが高いときは上記凸状の異物・欠陥の
程度(大きさ)が高く(大きく)、該レベルが低いとき
は該程度(大きさ)が低い(小さい)と判断し、検出信
号Bのレベルが高いときは上記凹状の異物・欠陥(該凹
状の場合は欠陥である場合が多い)の程度(大きさ)が
高く(大きく)、該レベルが低いときは該程度(大き
さ)が低い(小さい)と判断する。上記動作を、レーザ
ビームの照射位置を被検査物101の所定の検査領域に
わたり相対移動させる動作に付随させて行う。これによ
り、該検査領域における異物・欠陥の検出及び分類が可
能となる。該レーザビームの照射位置の相対移動は、例
えば、被検査物走査機構(図示せず)等による、該被検
査物101の回転動作と、該回転軸位置を上記レーザビ
ームの照射点位置に対し次第に近づける等の移動動作と
の組合わせによって形成され、該被検査物表面に対して
スパイラル状等の相対的移動形態となる。
2bは、例えば、Arレーザ、半導体レーザ、またはY
AG−SHGレーザ等を用いる。また、検出光学系10
8a、108bでは被検査物101からの散乱光を光電
変換素子109a、109bの受光面に集光させるよう
に光学レンズが構成されており、該散乱光に対する光学
処理、例えば、偏光板や空間フィルタによる光学特性の
変更・調整等もここで行うようになっている。また、該
光電変換素子109a、109bは、上記検出光学系1
08a、108bによって集光された散乱光を受光し光
電変換するために用いるものであり、例えば、TVカメ
ラやCCDリニアセンサやTDI(TimeDelay Integrat
ion)センサやアンチブルーミングTDIセンサやフォ
トマル等がある。
の構成において、レーザ光源102から射出されたレー
ザビーム103は、ビームエキスパンダ104で拡大ビ
ーム105a、105bとなり、集光レンズ106a、
106bで被検査物101の表面に照射される。ここ
で、光路中にミラー301を抜き差しすることにより、
照明角度を変更可能である。第1回目の検査でどちらか
の照明角度で該被検査物101の表面全域を検査し、信
号処理回路110でしきい値処理(しきい値を超える場
合に異物・欠陥と認識し、超えない場合は認識しない処
理)して異物・欠陥の認識を行い、座標を含む検査結果
を記憶回路302に記憶する。第2回目の検査で他の照
明角度で同様に該被検査物101の表面全域を検査し、
信号処理回路110でしきい値処理して異物・欠陥の認
識を行い、その結果と該記憶回路302の記憶内容を判
定回路303で比較判定することにより、異物、欠陥の
分離検出を行うことができる。
る2波長のレーザビームをそれぞれ異なる角度で被検査
物表面を照射し、該被検査物表面からの散乱光を波長毎
に検出処理することは図1の実施例の場合と同じであ
る。本図4の構成では、レーザ光源402はマルチ発振
レーザであり、射出ビームには波長λ1とλ2のレーザ光
が含まれる。該射出ビーム402はビームエキスパンダ
404でビーム径が拡大されたビーム405となり、波
長分離ミラー406で波長分離され、波長λ1のレーザ
光の光路407aと波長λ2のレーザ光の光路407b
に分かれる。さらに、集光レンズ408a、408bに
より集光して該被検査物101を照射する。これによ
り、図1に示した実施例の場合と同様の効果を得ること
ができる。
波長毎に分離する状態の説明図である。該波長分離ミラ
ー406は、波長λ1のレーザ光は反射し、波長λ2のレ
ーザ光は透過する。波長選択フィルタ107aは波長λ
1のレーザ光を透過し、波長選択フィルタ107bは波
長λ2のレーザ光を透過する。この光学特性を用いるこ
とにより、異物、欠陥の分離検出を行うことが可能とな
る。上記図4では2波長のマルチ発振レーザを用いた実
施例構成の場合を示したが、さらに3波長以上の多波長
式のマルチ発振レーザを用いる場合もこれとほぼ同様で
ある。ただし、この場合には、波長分離ミラーと波長選
択フィルタの光学特性を変えて対応することになる。
実施例は、図4の第3の実施例での検査速度をさらに上
げて高速化する場合の構成例を示す。マルチ発振レーザ
402からのレーザ光を波長分離ミラー406で波長分
離して異なる波長のレーザビームにし、これらを互いに
異なった角度から被検査物101の表面に照射する構成
は図4の実施例の場合と同じである。本第4の実施例が
上記図4の第3の実施例と異なる点は、被検査物101
の表面に照射する2波長のレーザビームを走査、しかも
同期状態で走査するようにした点である。すなわち、拡
大ビーム405の光路途中にポリゴンミラー601を設
け、これによってレーザビーム602a、602bを走
査し、スキャンレンズ603a、603bを介して該被
検査物101の表面を、ビームが集光された状態で走査
するようにした点である。本構成におけるレーザビーム
の走査と被検査物101の走査の関係を図7に示す。本
場合は、回転と直進送りによる該被検査物101のスパ
イラル走査と、幅Lのレーザビーム走査を組み合わせた
複合走査である。スパイラル走査の被検査物1回転当り
の直進送り量は、レーザビーム固定(レーザビームが走
査動作しない状態)の場合には、該被検査物101に照
射されるレーザスポットのスポット径以下であり、レー
ザビーム走査の場合にはレーザビーム走査幅(L)とな
る。本実施例において、レーザビームの走査速度は、被
検査物101の回転速度に比べて高速である。このた
め、本実施例によれば、被検査物の検査領域についての
検査時間を短縮することができる。
5の実施例は、レーザビームの走査を音響光学偏光子
(AOD(AcousticOptical Deflector))701で行
う場合の構成例である。他の部分の構成は、上記図6の
場合とほぼ同じである。本実施例によれば、上記図6の
実施例の場合と同様、検査時間の短縮化が可能となる。
図9は本発明の第6の実施例を示し、上記図8の第5の
実施例と同様にレーザビームの走査を音響光学偏光子
(AOD)701で行う構成であるが、波長の異なる単
波長レーザ光源を2台(901a、901b)用い、射
出レーザビーム902a、902bをハーフミラー90
3で単一のレーザビーム904とするようにしている点
が異なる。該ハーフミラー903の代わりにハーフプリ
ズムや波長分離ミラーを用いてもよい。また単波長レー
ザに直線偏光レーザを用い、射出レーザビーム902
a、902bの偏光方向を直交させておけば、 該ハー
フミラー903の代わりに偏光板や変更プリズムを用い
ることができる。
記図9の第6の実施例の場合と同様にレーザビームの走
査を音響光学偏光子(AOD)701で行う構成である
が、該第6の実施例が該音響光学偏光子(AOD)70
1を共用して2波長のレーザビームの走査を行うのに対
し、本図10の第7の実施例では、波長の異なる単波長
レーザ光源(901a、901b)のそれぞれに対応し
て音響光学偏光子(AOD)701a、701bを設
け、レーザビーム405a、405bをそれぞれ走査す
る。該音響光学偏光子(AOD)701a、701b
は、信号発生回路911の出力信号に基づいて駆動回路
910a、910bにより駆動される。従って、駆動回
路910a、910bに同一波形、同一タイミングの信
号を入力すれば、被検査物101表面上を同時に走査す
ることができる。これによって、検査時間の短縮化が可
能となる。
す図である。図1及び図3、図4の第1〜第3の実施例
では検出光学系に集光レンズを用い、被検査物101表
面で発生する散乱光を光電変換素子の受光面上に集光し
ているのに対し、本図11の第8の実施例では、検出光
学系に結像レンズ920a、920bを用い、光電変換
素子921a、921bとしてCCDリニアセンサやT
DIセンサを用いることにより、被検査物101表面で
発生する散乱光を像として処理するようにしている。本
構成の場合、該光電変換素子921a、921bの画素
サイズを小さくしておけば、高解像度の処理が可能とな
り、微小な異物や欠陥の検出も可能となる。この場合の
照射ビームのスポットサイズは該光電変換素子921
a、921bの視野に合わせるようにする必要がある。
は、レーザビームの照射角度毎に、別々の検出光学系と
光電変換素子とを用いる構成としたが、本発明はこれに
限定されず、例えば、図3の実施例構成に示したよう
に、検出光学系と光電変換素子を1組にまとめた構成と
してもよい。この場合は検査を2回行うことで所定の結
果が得られる。
れる検査結果の表示例である。上記のように、本発明に
おいては、異物や欠陥は分類して検出されるため、本表
示例のように、分類結果毎に記号を変えてマップ表示し
た場合は、異物・欠陥の内容と位置が一目瞭然となり、
該異物・欠陥の状態をより正確に把握できる。異物・欠
陥の位置は、該異物・欠陥が検出された時の被検査物平
面での半径方向位置(r)と角度方向位置(θ)によっ
て認識される。さらに、異物・欠陥の分類結果毎に検出
個数を表示した場合は、一層正確に異物付着や欠陥発生
の状況を把握することができる。さらにまた、上記マッ
プ表示において、例えば、異物・欠陥の程度に対応させ
て上記記号の大きさを変えるとか、色を変えるとかし
て、該異物・欠陥の程度(大きさ)情報をも併せて表示
するようにした場合には、一層詳細な情報が得られるこ
とになり、被検査物の異物・欠陥に関する改善策等も講
じ易くなる。
となく、例えば、上記実施例中の構成を適宜組合わせた
構成であってもよい。また、上記実施例は、2つの波長
のレーザビームを用いる構成としたが、本発明はこれに
限定されず、3つ以上の波長のレーザビームを用いる構
成であってもよい。また、被検査物に対しレーザビーム
をスパイラル状等に相対移動させるために、該被検査物
側に回転動作と回転軸位置の移動動作とを行わせる構成
としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、レーザ
ビーム側に上記回転軸位置の移動動作に相当する相対運
動を行わせてもよいし、場合によっては、被検査物側と
レーザビーム側との双方に該回転軸位置の移動動作に相
当する相対運動を行わせてもよい。また、該回転軸位置
の移動動作は直線状運動に限らない。さらに、上記実施
例では被検査物が半導体ウェハの場合につき説明した
が、本発明はこれに限らず、被検査物が、例えば、薄膜
基板、フォトマスク、TFTパネル、PDP(プラズマ
ディスプレイパネル)等のようなものであってもよい。
また、本発明では、照明光学系のレーザ光源としてUV
レーザやDUVレーザを用いることも可能である。
が可能となり、検査時間を短縮化できる。また高感度検
出も可能となる。
の説明図である。
係の説明図である。
ある。
103、902,904…レーザビーム、 104、4
04…ビームエキスパンダ、 105…拡大レーザビー
ム、 106、408…集光レンズ、 107…波長選
択フィルタ、108…検出光学系、 109、921…
光電変換素子、 110…信号処理回路、 111、3
03…判別回路、 302…記憶回路、 402…マル
チ発振レーザ光源、 403、405…マルチ波長レー
ザビーム、 406…波長分離ミラー、 407…波長
分離後レーザビーム、 601…ポリゴンミラー、 6
02…走査レーザビーム、 603…スキャンレンズ、
701…音響光学偏光子、 903…ハーフミラー、
910…音響光学偏光子駆動回路、 911…信号発
生回路、 920…結像レンズ。
Claims (7)
- 【請求項1】レーザビームを被検査物に照射し散乱光に
より該被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査
装置において、 異なる波長の複数のレーザビームを被検査物の略同一位
置に異なる角度で照射する照明光学系と、該被検査物の
照射位置からの散乱光を上記波長毎に分けて検出する検
出部と、該検出した波長毎の散乱光を電気信号に変換す
る変換部と、該波長毎の変換信号に基づき上記異物・欠
陥の状態を判別する判別部とを備え、上記レーザビーム
の照射位置を上記被検査物の表面上で移動させ、該移動
動作に伴い上記異物・欠陥の状態を分離して検出するよ
うにしたことを特徴とする異物・欠陥検査装置。 - 【請求項2】レーザビームを被検査物に照射し散乱光に
より該被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査
装置において、 上記被検査物を支え回転させるステージと、異なる波長
の複数のレーザビームを、同時走査させながら被検査物
の表面の略同一位置に異なる角度で照射する照明光学系
と、該被検査物の照射位置からの散乱光を上記波長毎に
分けて検出する検出部と、該検出した波長毎の散乱光を
電気信号に変換する変換部と、該波長毎の変換信号に基
づき上記異物・欠陥の状態を判別する判別部とを備え、
上記ステージと上記照明光学系との相対的移動動作によ
り上記複数のレーザビームを上記走査状態で上記被検査
物の表面をスパイラル状に移動させ、上記異物・欠陥の
状態を分離して検出するようにしたことを特徴とする異
物・欠陥検査装置。 - 【請求項3】上記照明光学系は、マルチ発振レーザ光源
から同時射出される複数波長のレーザを波長分離して上
記異なる波長のレーザビームとする構成を備える請求項
1または請求項2に記載の異物・欠陥検査装置。 - 【請求項4】上記ステージは、上記被検査物の回転軸の
位置を上記レーザビームの照射位置に対し移動可能な構
成である請求項2に記載の異物・欠陥検査装置。 - 【請求項5】上記レーザビームの照射角度は、上記被検
査物の表面の垂線に対しそれぞれ、略60〜90゜の範
囲、略0〜30゜の範囲を含むようにされる請求項1か
ら4のいずれかに記載の異物・欠陥検査装置。 - 【請求項6】レーザビームを被検査物に照射し散乱光に
より該被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査
方法において、 異なる波長の複数のレーザビームを被検査物の略同一位
置に異なる角度で照射するステップと、該被検査物の照
射位置からの散乱光を上記波長毎に分けて検出するステ
ップと、該検出した波長毎の散乱光を電気信号に変換す
るステップと、該波長毎の変換信号に基づき上記異物・
欠陥の状態を判別するステップとを経て、上記異物・欠
陥の状態を分離して検出するようにしたことを特徴とす
る異物・欠陥検査方法。 - 【請求項7】レーザビームを被検査物に照射し散乱光に
より該被検査物の異物・欠陥を検査する異物・欠陥検査
方法において、 上記被検査物を支え回転させるステップと、異なる波長
の複数のレーザビームを、同時走査させながら被検査物
の表面の略同一位置に異なる角度で照射するステップ
と、該被検査物の照射位置からの散乱光を上記波長毎に
分けて検出するステップと、該検出した波長毎の散乱光
を電気信号に変換するステップと、該波長毎の変換信号
に基づき上記異物・欠陥の状態を判別するステップとを
有し、上記複数のレーザビームを上記被検査物の表面に
対しスパイラル状に相対移動させ、上記異物・欠陥の状
態を分離して検出するようにしたことを特徴とする異物
・欠陥検査方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000309626A JP2002116155A (ja) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | 異物・欠陥検査装置及び検査方法 |
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP2000309626A JP2002116155A (ja) | 2000-10-10 | 2000-10-10 | 異物・欠陥検査装置及び検査方法 |
Publications (1)
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