JP2003177104A - 半導体の製造方法及び異物検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、表面粗さの大きい被検査体上でも確
実に微小な異物を検出する異物検査装置を提供する。ま
た、好適な半導体の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体ウエハ４に対してたとえば２０度以
下の照射角度でＳ偏光成分のレーザビームを照射し、半
導体ウエハ４に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選
択して所定の角度方向、たとえば水平角で１１０度から
１５０度、仰角で１０度から４０度の方向から受光し、
この受光強度に基づいて半導体ウエハ４表面上の異物を
検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被検査体に光を照射し、このときに被検査体に生じる散
乱光の強度から半導体ウエハ上に付着したサブミクロン
オーダの微小な異物を検査する異物検査方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような異物検査方法は、例えば半導
体ウエハの表面にレーザビームを照射し、かつこのレー
ザビームを半導体ウエハ表面の全面に走査する。このよ
うに半導体ウエハ表面上にレーザビームが照射される
と、このとき半導体ウエハ表面上に散乱光が生じ、この
散乱光を光検出器により検出する。そして、この光検出
器により検出された散乱光の強度から半導体ウエハ表面
上に付着している異物を検出する。このような異物検出
方法では、半導体ウエハ表面の金属膜上に付着している
異物に対し、その大きさが０．２μｍまでの異物を検出
できるものとなっている。又、半導体ウエハに入射する
レーザビームの偏光方向、半導体ウエハに生じる散乱光
を受光する光検出器の配置を考慮して、より微細な異物
（大きさ０．０７μｍ程度）を検出できるようにしてい
る。このような異物検出方法は、例えばベアウエハのよ
うな表面の粗さの非常に小さい半導体ウエハ、つまり鏡
面状の半導体ウエハ表面上の異物を検出するのに適して
いる。ところが、実際の半導体の製造ライン、例えば現
在開発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工程でも、金属膜の
ような表面粗さの大きい半導体ウエハが使用されてお
り、この表面粗さの大きい半導体ウエハ上においても大
きさ０．２μｍ以下の異物を検出する必要がある。

【０００３】しかしながら、上記異物検査方法では、表
面粗さの大きい半導体ウエハ上で大きさ０．２μｍ以下
の異物を検出することは対応できないものとなってい
る。すなわち、異物の検出感度は、異物からの散乱光強
度をＳとし、半導体ウエハ表面からの散乱光強度をＮと
すると、Ｓ／Ｎ≧３が一般的に検出限界となる。表面粗
さの大きい半導体ウエハでは、半導体ウエハ表面からの
散乱光強度Ｎが大きくなるため、検出限界が低下し、
０．２μｍ以下の異物の検出に対応できない。又、特開
昭６４−３５４５号公報では、波長が異なるＳ偏光を２
つの光源からそれぞれ照射し、反射光におけるＰ偏光成
分の光量とＳ偏光成分の光量とを検出し、その比の値に
基づいて異物を検出する技術が開示されている。同様の
技術は、特開平２−２８４０４７号公報にも開示されて
いる。これらは、パターンが形成されている半導体ウエ
ハを対象としており、所定の規則的な凹凸を成すパター
ンが形成された半導体ウエハ表面に対し、Ｓ偏光を照射
し、その際のＳ偏光の偏光状態が規則的なパターンにお
いては保存され、乱雑な形状を呈する異物ではＰ偏光に
変化することを利用している。そのため、Ｓ偏光とＰ偏
光の比をとっている。

【０００４】しかしながら、本発明が対象とするような
表面粗さの大きな金属膜付き半導体ウエハを対象とする
場合には、上述の方式では、Ｐ偏光成分が多く検出され
てしまい、すなわち表面粗さと異物との区別が付かない
状態（Ｓ／Ｎが低い状態）となり異物の検出が極めて困
難になる。又、検出器を複数設けなければならないのに
加えて、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との検出強度の比をと
る処理が必要となり、構成及び信号処理方法が複雑とな
ってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように表面粗さ
の大きい半導体ウエハ上で大きさ０．２μｍ以下の異物
を検出する場合、半導体ウエハ表面からの散乱光強度Ｎ
が大きくなって検出限界が低下し、微小な異物を検出す
るのに対応できない。そこで本発明は、表面粗さの大き
い被検査体上でも確実に微小な異物を検出できる異物検
出装置を提供することを目的とする。また、好適な半導
体の製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、金属膜
付き半導体ウエハの表面に対して光を走査し、この金属
膜付き半導体ウエハ表面からの散乱光を検出して前記金
属膜付き半導体ウエハ表面の異物などを検査する検査工
程を備える半導体の製造方法において、前記検査工程に
おける前記金属膜付き半導体ウエハ表面上に走査する前
記光のスポット形状は、前記被検査体表面上の走査方向
と一致する方向に長く形成したことを特徴とする半導体
の製造方法である。

【０００７】また、金属膜付き半導体ウエハの表面に対
して光を走査し、この金属膜付き半導体ウエハ表面から
の散乱光を検出して前記金属膜付き半導体ウエハ表面の
異物などを検査する検査工程を備える半導体の製造方法
において、前記検査工程は、Ｓ偏光成分の光を前記金属
膜付き半導体ウエハに対して所定の入射角で照射すると
共にこのＳ偏光成分の光のスポット形状を前記金属膜付
き半導体ウエハ表面上の走査方向と一致する方向に長く
形成して前記金属膜付き半導体ウエハ表面上を走査する
工程と、かつ前記金属膜付き半導体ウエハから散乱光の
うちＳ偏光成分を選択して所定の角度方向から受光する
工程と、この受光強度に基いて前記金属膜付き半導体ウ
エハ表面上の異物などを検出することを特徴とする半導
体の製造方法である。

【０００８】また、金属膜付き半導体ウエハの表面に対
して光を走査する手段と、この金属膜付き半導体ウエハ
表面からの散乱光を検出する手段とを備える前記金属膜
付き半導体ウエハ表面の異物などを検査する異物検査装
置において、Ｓ偏光成分の光を前記金属膜付き半導体ウ
エハに対して所定の入射角で、かつ、このＳ偏光成分の
光のスポット形状を前記金属膜付き半導体ウエハ表面上
の走査方向と一致する方向に長く形成する手段と、前記
金属膜付き半導体ウエハからの散乱光のうちＳ偏光成分
を選択して所定の角度方向から受光する手段と、この受
光強度に基いて前記金属膜付き半導体ウエハ表面上の異
物などを検出する手段とを備えることを特徴とする異物
検査装置である。

【０００９】また、被検査体表面に対して２０°以下の
照射角度でＳ偏光成分の光を照射する集光照射光学系
と、被検査体表面に対して仰角を１０°〜４０°、前記
Ｓ偏光成分の光の入射平面に対して水平角を１１０°〜
１５０°の範囲で、前記被検査体から生じる散乱光を受
光する受光光学系と、この受光光学系により検出された
受光強度に基いて前記被検査体表面上の異物などを検出
する異物検出手段と、を具備したことを特徴とする異物
検査装置である。

【００１０】また、レーザビームを出力するレーザ発振
器と、このレーザ発振器から出力されたレーザビームを
Ｓ偏光成分の光とする偏向子とを備え、前記集光照射光
学系は、前記偏向子からの光を前記被検査体に対してス
ポット形状に形成して集光するように構成され、前記レ
ーザビーム及び前記被検査体を相対的に移動して前記レ
ーザビームを前記被検査体表面に走査する走査手段とを
具備したことを特徴とする前記異物検査装置である。

【００１１】

【発明の実施の形態】（１） 以下、本発明の第１の実
施の形態について図面を参照して説明する。本発明の異
物検査方法は、金属膜のような表面粗さの大きい半導体
ウエハ等の被検査体（以下、半導体ウエハで説明する）
に対して所定の入射角でＳ偏光成分の光を照射し、この
ときに半導体ウエハに生じる散乱光のうちＳ偏光成分の
みを選択して所定の角度方向から受光し、この受光強度
に基づいて半導体ウエハ表面上の異物を検出するもので
ある。このような方法をとると、後に実験によって得た
グラフによって示すように、散乱光の表面粗さに起因す
るノイズ成分（Ｎ）でのＳ偏光成分の大きさと、異物に
起因する信号成分（Ｓ）でのＳ偏光成分の大きさとが大
きく異なるので、これを利用して、表面粗さの大きい半
導体ウエハにおいても０．２μｍ以下の異物を正確に検
出できる。この場合、半導体ウエハに照射するＳ偏光成
分の光の照射角度ρを半導体ウエハ表面に対して２０°
以下とし、その条件下で半導体ウエハに生じる散乱光の
うちＳ偏光成分のみを、半導体ウエハ表面に対して仰角
θを１０°〜４０°かつ半導体ウエハに照射するＳ偏光
成分の光の入射平面に対して水平角φを１１０°〜１５
０°の範囲で受光するように設定されている。

【００１２】ここでは、照射角度ρは、半導体ウエハの
表面粗さの影響を少なくする角度に、又仰角θは異物に
よる散乱光をよりよく受光できる角度に設定されてお
り、特に仰角θに関しては特開平３−１２８４４５号公
報等に明らかである。図１はかかる異物検査方法を適用
した異物検査装置の構成図である。一軸ステージ１は、
一軸方向である矢印（イ）方向に移動自在な機能を有
し、この一軸ステージ１上には回転ステージ２が設けら
れている。この回転ステージ２には、ウエハチャック３
が備えられ、このウエハチャック３により半導体ウエハ
４が回転ステージ２上に固定されるようになっている。
この半導体ウエハ４の表面は、金属膜のような表面粗さ
の大きいものである。なお、これら一軸ステージ１及び
回転ステージ２により、半導体ウエハ４の全面にレーザ
ビームを走査する走査手段が構成される。一方、回転テ
ーブル２の斜め上方には、Ｓ偏光成分のみのレーザビー
ムを半導体ウエハ４に対して２０°以下の所定の照射角
度で照射する光照射光学系５が配置されている。この光
照射光学系５は、波長４８８ｎｍのレーザビームを出力
するアルゴンレーザ発振器（以下、レーザ発振器と省略
する）６を備え、このレーザ発振器６から出力されるレ
ーザビーム光路上に偏光子７、集光照射光学系を構成す
る反射ミラー８及び集光レンズ９を配置した構成となっ
ている。

【００１３】このうち偏光子７は、レーザ発振器６から
出力されたレーザビームをＳ偏光成分のみの光とする性
質を有している。反射ミラー８は、偏光子７を透過した
Ｓ偏光成分のみのレーザビームを半導体ウエハ４に対し
て所定の入射角度、例えば半導体ウエハ４の表面に対し
て仰角２０°の入射角になるように配置されている。集
光レンズ９は、反射ミラー８の反射光路上に配置され、
Ｓ偏光成分のみのレーザビームを集光して半導体ウエハ
４の表面上に小さなレーザスポット１０を形成する機能
を有している。又、回転ステージ２の上方には、レーザ
ビームを半導体ウエハ４に照射したときに半導体ウエハ
４に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定
の角度方向から受光する受光光学系１１が配置されてい
る。この受光光学系１１は、図２に示すようにレーザス
ポット１０の照射位置を中心として、半導体ウエハ４の
表面に対して仰角１０°〜４０°かつ半導体ウエハ４に
照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して水平角１１
０°〜１５０°の範囲で受光するように設定されてい
る。なお、ここでは、半導体ウエハ４の表面に対して仰
角２５°かつ半導体ウエハ４に照射するＳ偏光成分の光
の入射平面に対して水平角１３０°で受光するように設
定されている。

【００１４】この受光光学系１１は、偏光子１２、ファ
イバプレート１３及び光電子増倍管１４から構成されて
いる。このうち偏光子１２は、レーザ照射位置を中心と
して±２０°の広がり角の散乱光を受光し、ファイバプ
レート１３を通して光電子増倍管１４に導く働きを有し
ている。偏光子１２は、半導体ウエハ４に生じる散乱光
のうちＳ偏光成分のみを通過させる性質を有している。
光電子増倍管１４は、入射した散乱光を光電変換し、散
乱光の光強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力する機
能を有している。この光電子増倍管１４の出力端子は、
増幅回路１５、インタフェース回路１６を介してコンピ
ュータ１７に接続されている。インタフェース回路１６
は、光電子増倍管１４から出力され増幅回路１５により
増幅された散乱光信号ＱをＡ／Ｄ変換してコンピュータ
１７に送り、かつコンピュータ１７から発せられる一軸
ステージ１、回転ステージ２に対する各制御信号ｓ１、
ｓ２を一軸ステージ１及び回転ステージ２に送る機能を
有している。コンピュータ１７は、一軸ステージ１、回
転ステージ２をそれぞれ動作させる各制御信号ｓ１、ｓ
２を送出する機能を有している。

【００１５】又、コンピュータ１７は、光電子増倍管１
４から出力された散乱光信号Ｑをインタフェース回路１
６を通して取り込み、この散乱光信号Ｑから得られる受
光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面上の異物の有
無、大きさを検出し、かつ一軸ステージ１、回転ステー
ジ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から異物の位置を検出
する異物検出手段としての機能を有している。次に上記
の如く構成された装置の作用について説明する。回転ス
テージ２上のウエハチャック３により半導体ウエハ４
が、回転ステージ２上に固定される。コンピュータ１７
は、回転ステージ２に対して所定の回転速度で回転させ
る制御信号ｓ２を送出するとともに回転ステージ２が１
回転するごとに一軸ステージ１を一軸方向に所定のピッ
チだけ移動させる制御信号ｓ１を送出する。これら制御
信号ｓ１、ｓ２は、それぞれインタフェース回路１６を
通して回転ステージ２、一軸ステージ１に送られる。こ
れにより、回転ステージ２は所定の回転速度で回転し、
かつ一軸ステージ１は回転ステージ２が１回転するごと
に一軸方向に所定のピッチだけ移動するという動作を繰
り返す。

【００１６】一方、レーザ発振器６から波長４８８ｎｍ
のレーザビームが出力されると、このレーザビームは、
偏光子７を通過することによりＳ偏光成分のみのレーザ
ビームとなる。このＳ偏光成分のみのレーザビームは、
反射ミラー８で反射し、集光レンズ９により集光され、
半導体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット１０と
して照射される。なお、レーザスポット１０は、半導体
ウエハ４の表面に対して照射角２０°で入射する。従っ
て、半導体ウエハ４が所定の回転速度で回転し、かつ半
導体ウエハ４が１回転するごとに一軸方向に所定のピッ
チだけ移動するので、レーザスポット１０は、半導体ウ
エハ４の表面に螺旋状に走査される。この半導体ウエハ
４に走査されるレーザスポット１０内に異物があると、
この異物によって散乱光が発生する。偏光子１２は、散
乱光のうちＳ偏光成分のみを通過させてファイバプレー
ト１３に導く。このファイバプレート１３は、半導体ウ
エハ４の表面上に発生した散乱光の特定部分を広がり角
±２０°でもって選択的に集光し、光電子増倍管１４に
導く。そして、光電子増倍管１４は、ファイバプレート
１３を通過したＳ偏光成分の散乱光を光電変換し、散乱
光の光強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力する。

【００１７】この散乱光信号Ｑは、増幅回路１５で増幅
され、インタフェース回路１６でＡ／Ｄ変換されてコン
ピュータ１７に送られる。このコンピュータ１７は、デ
ィジタルの散乱光信号Ｑを取り込み、この散乱光信号Ｑ
から得られる受光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面
上の異物の有無、大きさを検出し、かつ一軸ステージ
１、回転ステージ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から異
物の位置を検出する。ところで、半導体プロセスでは、
アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）の膜は、Ｃ
ＶＤプロセスで半導体ウエハ上に形成されるが、このプ
ロセスで膜の表面は、ベアシリコンの半導体ウエハの表
面に比べて大きな粗さを持つ。このような半導体ウエハ
４の表面上の異物を検出する場合、レーザスポット１０
内に異物がないときでも半導体ウエハ４の表面の凹凸形
状で散乱光が発生し、この散乱光がノイズ成分（Ｎ）と
なる。異物検出では、異物による散乱光を信号成分
（Ｓ）とするので、半導体ウエハ４の表面粗さが大きく
なり、ノイズ成分（Ｎ）の散乱光が大きくなると、相対
的にＳ／Ｎが低下し、検出感度が低下する。

【００１８】ここで、図３はＡｌ膜による散乱光の特性
を示す。レーザビームの照射角θは、半導体ウエハ４の
表面に対して２０°、入射偏光はＳ偏光である。ここ
で、照射角θを２０°以下としているは、表面粗さによ
るノイズ成分（Ｎ）の発生を抑えるためである。この散
乱光の特性は、検出側においてファイバプレート１３を
付けない場合（従来技術）ｈ_１ 、Ｓ偏光のみ検出の場
合ｈ_２ 、Ｐ偏光のみ検出の場合ｈ_３の３つの場合を示
している。この散乱光の特性から分かるように散乱光
（Ｎ）の最も小さい条件は、Ｓ偏光のみ検出の場合ｈ_２
の側方散乱光（水平角φが１３０°付近）検出であ
る。このように散乱光（Ｎ）の最も小さくなる条件がＳ
偏光のみの検出の場合ｈ_２となることは、Ａｌ膜の膜厚
が変化しても、又材質がタングステンに変わっても同一
であることが分かっている。一方、図４は、例としてＡ
ｌ膜上での０．２μｍ径の異物による散乱光の特性を示
す。この散乱光の特性は、上記図３に示す特性同様に、
半導体ウエハ４の表面に対するレーザビームの照射角ρ
を２０°とし、Ｓ偏光の入射偏光で実験を行った結果を
表しており、検出側においてファイバプレート１３を付
けない場合であるｈ_１ 、Ｓ偏光のみ検出の場合である
ｈ_２ 、Ｐ偏光のみ検出の場合であるｈ_３の３つの場合
を示している。

【００１９】この散乱光の特性から散乱光（Ｓ）の最も
大きくなる条件は、ファイバプレート１３なしとＳ偏光
のみ検出の場合であるｈ_２ の側方散乱光検出の場合と
なる。図５は、図３及び図４から得られるＳ／Ｎ特性を
示す。このＳ／Ｎ特性に示すようにＳ偏光のみの場合で
あるｈ_２ の条件が全般的にＳ／Ｎが高く、特に水平角
φが１３０°の条件が最もよい結果を示している。従っ
て、Ｓ偏光のレーザビームを半導体ウエハ４に入射し、
半導体ウエハ４に生じる散乱光のＳ偏光のみを検出する
ことで、従来技術よりもＳ／Ｎが高く、表面粗さが大き
い膜でも０．２μｍ以下の異物の検出が可能となる。図
６は入射偏光と検出偏光を変えた際の０．２μｍのゴミ
の異物に対する検出感度の評価のまとめを示す。この検
出感度評価は、膜の散乱に影響を与えるパラメータには
レーザビームの入射角度、偏光の種類、膜の種類、膜厚
があるので、これらパラメータによる散乱特性を実験的
に求めて膜の散乱光を小さくする条件を見出だし、この
膜の散乱光強度が小さくなる条件で粒径０．２μｍのゴ
ミの検出感度を評価したものである。

【００２０】この評価結果に示すようにレーザビームの
照射角φが２０°の場合では入射偏光Ｓ、検出偏光Ｓの
ときに、膜の散乱光強度（すなわち散乱光（Ｎ））が最
も弱くなり、Ｓ／Ｎが向上する。又、膜の種類や厚さが
変化しても膜の散乱光の空間分布は、変わらないことが
分かっているので、膜の種類や厚さが変わっても、ほぼ
同様の結果が得られる。膜の散乱光強度が最も弱くなる
条件で０．２μｍのゴミの検出の結果、従来（入射偏光
Ｓ、検出偏光は無偏光）に比べてＳ／Ｎが２倍となるこ
とが分かる。このように上記第１の実施の形態において
は、半導体ウエハ４に対して所定の入射角でＳ偏光成分
のレーザビームを照射し、半導体ウエハ４に生じる散乱
光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度方向から
受光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ４表面上
の異物を検出するようにしたので、実際の半導体の製造
ライン、例えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工
程において、金属膜のような表面粗さの大きい半導体ウ
エハが使用されているが、この表面粗さの大きい半導体
ウエハ上においても大きさ０．２μｍ以下の異物を検出
することができる。

【００２１】なお、上記第１の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。例えば、半導体ウエハ４に入射するレ
ーザビームの入射偏光をＳ偏光にするには、ファイバプ
レート１３を用いずに、直線偏光出力レーザビームを使
用し、偏光面を合わせるように向きを合わせればよい。
又、走査ステージとしては、一軸ステージ１に代わり、
ＸＹ直交方式のステージを用いてもよい。半導体ウエハ
４に生じる散乱光の集光は、偏光子１３の代わりに光学
レンズ系を用いてもよい。被検査体は、半導体ウエハ４
に限らず、板状の物体であれば適用できる。 （２） 次に本発明の第２の実施の形態について図面を
参照して説明する。本発明の異物検査方法は、金属膜の
ような表面粗さの大きい半導体ウエハ等の被検査体（以
下、半導体ウエハで説明する）に対してレーザビームを
走査し、このとき半導体ウエハに生じる散乱光を検出し
て半導体ウエハ表面の異物を検査する異物検査方法にお
いて、半導体ウエハ表面上に走査するレーザビームのス
ポット形状を、半導体ウエハ表面上の走査方向と一致す
る方向を長く形成したものである。

【００２２】図７はかかる異物検査方法を適用した異物
検査装置の構成図である。Ｘステージ２０及びＹステー
ジ２１上には、ウエハチャック２３が備えられ、このウ
エハチャック３により半導体ウエハ４が固定されるよう
になっている。この半導体ウエハ４は、金属膜のような
表面粗さの大きいものである。なお、これらＸＹ軸ステ
ージ２０、２１により、半導体ウエハ４の全面にレーザ
ビームを走査する走査手段が構成される。一方、回転テ
ーブル２２の斜め上方には、レーザビームを出力するレ
ーザ発振器２４、及び光照射光学系２５が配置されてい
る。このうち光照射光学系２５は、レーザ発振器２４か
ら出力されたレーザビームを半導体ウエハ４の表面上に
おける走査方向と一致する方向に長くしたスポット形
状、例えば楕円形状のレーザビームスポットに形成し、
このレーザビームスポットを半導体ウエハ４に照射する
機能を有するもので、アナモルフィックエキスパンダ２
６、反射ミラー２７及び集光レンズ２８から構成されて
いる。このうちアナモルフィックエキスパンダ２６は、
レーザ発振器２４から出力されたレーザビームを楕円形
状のレーザビームに変形する機能を有している。

【００２３】反射ミラー２７は、アナモルフィックエキ
スパンダ２６を透過した楕円形状のレーザビームを半導
体ウエハ４に対して所定の入射角になるように配置され
ている。集光レンズ２８は、反射ミラー２７の反射光路
上に配置され、楕円形状のレーザビームを集光して半導
体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット２９を形成
する機能を有している。又、Ｘステージ２０及びＹステ
ージ２１の上方には、レーザビームを半導体ウエハ４に
照射したときに半導体ウエハ４に生じる散乱光を所定の
角度方向から受光する受光光学系３０が配置されてい
る。この受光光学系３０は、光ファイバ３１及び光電子
像倍管３２から構成されている。このうち光電子像倍管
３２は、光ファイバ３１を通して受光した散乱光を光電
変換・増幅し、その電気信号（散乱光信号Ｑ）を出力す
る機能を有している。この光電子像倍管３２の出力端子
には、アンプ回路３３を介してコンピュータ３４が接続
されている。このコンピュータ３４は、ＸＹステージ２
０、２１をそれぞれ動作制御する機能を有している。
又、コンピュータ３４は、光電子像倍管３２から出力さ
れた散乱光信号Ｑをアンプ回路３３を通して取り込み、
この散乱光信号Ｑから得られる受光強度に基づいて半導
体ウエハ４の表面上の異物の有無、大きさを検出し、か
つＸＹステージ２０、２１及び回転ステージ２２に対す
る制御位置から異物の位置を検出する異物検出手段とし
ての機能を有している。

【００２４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。回転ステージ２２上のウエハチャック２
３により半導体ウエハ４が、回転ステージ２上に固定さ
れる。コンピュータ３４は、Ｘステージ２０を半導体ウ
エハ４の両端間に相当する距離だけ定速で移動制御し、
かつこのＸステージ２０に対する一定速移動ごとにＹス
テージ２１を楕円形状のレーザビームスポット２９の所
定の距離だけステップ移動制御することを繰り返す。一
方、レーザ発振器２４からレーザビームが出力される
と、このレーザビームは、アナモルフィックエキスパン
ダ２６により楕円形状のレーザビームに変形される。こ
の楕円形状のレーザビームは、反射ミラー２７で反射
し、集光レンズ２８により集光され、半導体ウエハ４の
表面上に小さなレーザスポット２９として照射される。
従って、レーザスポット２９は、半導体ウエハ４上に、
Ｘ軸方向に定速で走査され、かつこのＸ軸方向の定速走
査ごとにＹ軸方向にレーザスポット２９の所定の距離だ
けステップ移動され、この走査つまりベクトル走査が繰
り返えされて半導体ウエハ４の全面に走査される。

【００２５】この半導体ウエハ４に走査されるレーザス
ポット２９内に異物があると、この異物によって散乱光
が発生する。光ファイバ３１は、半導体ウエハ４の表面
上に発生した散乱光を光電子像倍管３２に導く。この光
電子像倍管３２は、光ファイバ３１により導かれた散乱
光を受光し、光電変換・増幅してその散乱光信号Ｑとし
て出力する。この散乱光信号Ｑは、アンプ回路３３を通
してコンピュータ３４に送られる。ここで、図８は半導
体ウエハ４として例えば表面粗さの非常に小さいベアウ
エハ上に異物がある場合の散乱光信号Ｑの信号波形を示
す。この場合、ノイズ成分Ｎ_Ａ は、検出器として使用
している光電子像倍管３２のショットノイズによる。こ
のノイズ成分Ｎ_Ａ の値は、照射するレーザビームのパ
ワーをＰとすると、

【数１】 の関係がある。ΔＢは電気系の周波数帯域である。一
方、図９はＡｌ等の表面粗さの大きい膜が付いた半導体
ウエハ４上に異物がある場合の信号波形を示す。この場
合、ノイズ成分Ｎ_Ｂ は、表面粗さが半導体ウエハ４の
場所によりばらついていることにより生じる。

【００２６】レーザビームを半導体ウエハ４表面上に照
射した場合、半導体ウエハ４の表面粗さの大きさに比例
した散乱光が生じる。その状態でレーザスポット２９が
半導体ウエハ４表面上を走査すると、半導体ウエハ４の
表面粗さがばらついているので、散乱光の強さが変動す
る。この散乱光の強さが変動がＮ_Ｂ となる。ここで、
散乱光の強さの変動Ｎ_Ｂ を図１０に示すモデルを用い
て計算する。パワーＰのレーザスポット２９、例えばＸ
軸方向Ｄ_１ 、Ｙ軸方向Ｄ_２ のスポット形状のレーザ
スポット２９が半導体ウエハ４の表面上をＡ状態からＢ
状態のように移動したとする。この半導体ウエハ４の表
面は、単位面積当たりの粗さの大きさを表すパラメータ
がＲ_１ 、Ｒ_２ に分かれて形成されているとする。Ａ
状態において半導体ウエハ４の表面による散乱光の強さ
Ｉ_Ａ は、

【数２】 となる。又、Ｂ状態において半導体ウエハ４の表面によ
る散乱光の強さＩ_Ｂ は、

【数３】 となる。

【００２７】散乱光の強さの変動Ｎ_Ｂ は Ｎ_Ｂ ＝Ｉ_Ａ −Ｉ_Ｂ …（４） であるので、

【数４】 となる。これはＡｌのノイズ成分Ｎ_Ｂ は、 （レーザパワーＰ）／（走査方向のレーザスポット径Ｄ
_１ ） に比例することを示している。すなわち、

【数５】 なお、Ａｌの場合もショットノイズ成分を含んでいる
が、ノイズ成分Ｎ_Ｂ と比較すると無視できる。ところ
で、異物による散乱光の強度Ｉ_ｓ は、

【数６】 により表される。すなわち、レーザスポット２９のパワ
ー密度に比例する。この異物による散乱光の強度Ｉ_ｓ
を信号成分としてＳ／Ｎを求めると、ベアウエハの場
合、

【数７】 となる。従って、Ｓ／Ｎを向上するには、レーザビーム
のパワーを大きくすること、レーザスポット２９を小さ
くすればよいことが分かる。

【００２８】一方、Ａｌの場合、Ｓ／Ｎは、

【数８】 となり、レーザビームの走査方向と垂直なスポット径Ｄ
_２ を小さくすることで、Ｓ／Ｎが向上することが分か
る。又、レーザパワーＰと走査方向に平行なスポット径
Ｄ_１ は、Ｓ／Ｎに無関係であることが分かる。ところ
で、異物検査では、Ｓ／Ｎが良い（検出感度が高い）と
共に検査時間が短い必要がある。Ｓ／Ｎを良くするため
には上記式（９） からスポット径Ｄ_２を小さくする
と、検査時間が長くなってしまう。そこで、Ｓ／Ｎは、
レーザパワーＰと走査方向に平行なスポット径Ｄ_１ に
無関係であることから、このスポット径Ｄ_１ を大きく
し、走査速度を速くすれば、検査時間が短く、かつＳ／
Ｎが良くなる。なお、レーザビームの走査速度を速くす
ると、高い周波数帯域が必要となるが、上記式（９）
からＳ／Ｎは周波数帯域には無関係であるので問題な
い。従って、コンピュータ３４は、光電子像倍管３２か
ら出力された散乱光信号Ｑをアンプ回路３３を通して取
り込み、この散乱光信号Ｑから得られる受光強度に基づ
いて半導体ウエハ４の表面上の異物の有無、大きさを検
出し、かつＸＹステージ２０、２１及び回転ステージ２
２に対する制御位置から異物の位置を検出する。

【００２９】このように上記第２の実施の形態において
は、半導体ウエハ４の表面に対してレーザビームを走査
し、このとき半導体ウエハ４に生じる散乱光を検出して
半導体ウエハ４の表面の異物を検査する場合、半導体ウ
エハ４の表面上に走査するレーザビームのスポット形状
を、半導体ウエハ４の表面上の走査方向と一致する方向
を長く形成したので、半導体ウエハ４の表面からの散乱
光の強さＮが小さくなってＳ／Ｎが高くなり、検出限界
が向上し、上記第１の実施の形態と同様に、実際の半導
体の製造ライン、例えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭ
の製造工程における金属膜のような表面粗さの大きい半
導体ウエハ上においても大きさ０．２μｍ以下の異物を
検出することができる。なお、上記第２の実施の形態
は、次の通り変形してもよい。例えば、レーザビームの
スポット形状を楕円形状にするのに、アナモルフィック
エキスパンダ２６に限らず、シリンドリカルレンズを用
いてもよい。又、レーザスポット２９の走査は、ＸＹス
テージ２０、２１を用いたベクトル走査としたが、回転
ステージと一軸ステージとを用いた螺旋状走査としても
よい。この場合、レーザスポット２９の長径は、回軸方
向となる。

【００３０】又、レーザスポット２９の走査は、ポリゴ
ンスキャナと一軸ステージとを用いたラスター走査とし
てもよく、この場合、長軸はポリゴンスキャナによる走
査方向となる。又、半導体ウエハ４に生じる散乱光は、
光ファイバ３１でなく、集光レンズを用いて光電子像倍
管３２に導いてもよい。 （３） 次に本発明の第３の実施の形態について図面を
参照して説明する。本発明の異物検査方法は、Ｓ偏光成
分のレーザビームを半導体ウエハ４に対して所定の入射
角で照射すると共にこのＳ偏光成分の光のスポット形状
を半導体ウエハ４の表面上の走査方向と一致する方向に
長く形成して、半導体ウエハ４の表面上を走査し、かつ
このときに半導体ウエハ４に生じる散乱光のうちＳ偏光
成分のみを選択して所定の角度方向から受光し、この受
光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面上の異物を検出
するものである。この場合、半導体ウエハ４に照射する
Ｓ偏光成分のレーザビームの入射角度を半導体ウエハ４
の表面に対して２０°以下とし、その条件下で半導体ウ
エハ４に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを、半導体
ウエハ４の表面に対して仰角１０°〜４０°かつ半導体
ウエハ４に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して
水平角１１０°〜１５０°の範囲で受光するものとなっ
ている。

【００３１】図１１はかかる異物検査方法を適用した異
物検査装置の構成図である。なお、図１と同一部分には
同一符号を付してその詳しい説明は省略する。波長４８
８ｎｍのレーザビームを出力するアルゴンレーザ発振器
（以下、レーザ発振器と省略する）６のレーザビーム光
路上には、アナモルフィックエキスパンダ２６、偏光子
７、反射ミラー８及び集光レンズ９が配置されている。
これら光学素子は、Ｓ偏光成分のレーザビームを半導体
ウエハ４に対して所定の入射角で照射すると共にこのＳ
偏光成分のレーザビームのスポット形状を半導体ウエハ
４の表面上の走査方向と一致する方向に長く形成するも
のである。次に上記の如く構成された装置の作用につい
て説明する。半導体ウエハ４は、回転ステージ２上のウ
エハチャック３に固定される。コンピュータ１７は、回
転ステージ２に対して所定の回転速度で回転させる制御
信号ｓ２を送出するとともに回転ステージ２が１回転す
るごとに一軸ステージ１を一軸方向に所定のピッチだけ
移動させる制御信号ｓ１を送出する。これにより、回転
ステージ２は所定の回転速度で回転し、かつ一軸ステー
ジ１は回転ステージ２が１回転するごとに一軸方向に所
定のピッチだけ移動するという動作を繰り返す。

【００３２】一方、レーザ発振器６から波長４８８ｎｍ
のレーザビームが出力されると、このレーザビームは、
アナモルフィックエキスパンダ２６により楕円形状のレ
ーザビームに変形される。次にレーザビームは、偏光子
７を通過することによりＳ偏光成分のみのレーザビーム
となる。この楕円形状でかつＳ偏光成分のみのレーザビ
ームは、反射ミラー８で反射し、集光レンズ９により集
光され、半導体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポッ
ト１０として照射される。従って、半導体ウエハ４が所
定の回転速度で回転し、かつ半導体ウエハ４が１回転す
るごとに一軸方向に所定のピッチだけ移動するので、レ
ーザスポット１０は、半導体ウエハ４の表面に螺旋状に
走査される。この半導体ウエハ４に走査されるレーザス
ポット１０内に異物があると、この異物によって散乱光
が発生する。偏光子１２は、散乱光のうちＳ偏光成分の
みを通過させファイバプレート１３に導く。このファイ
バプレート１３は、散乱光の特定部分を広がり角±２０
°でもって選択的に集光し、光電子増倍管１４に導く。
そして、光電子増倍管１４は、ファイバプレート１３を
通過したＳ偏光成分の散乱光を光電変換し、散乱光の光
強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力する。

【００３３】コンピュータ１７は、増幅回路１５で増幅
されインタフェース回路１６によりディジタル変換され
たディジタルの散乱光信号Ｑを取り込み、この散乱光信
号Ｑから得られる受光強度に基づいて半導体ウエハ４の
表面上の異物の有無、大きさを検出し、かつ一軸ステー
ジ１、回転ステージ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から
異物の位置を検出する。このように上記第３の実施の形
態においては、Ｓ偏光成分のレーザビームを半導体ウエ
ハ４に対して所定の入射角で照射すると共にこのＳ偏光
成分の光のスポット形状を半導体ウエハ４の表面上の走
査方向と一致する方向に長く形成して、半導体ウエハ４
の表面上を走査し、かつこのときに半導体ウエハ４に生
じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度
方向から受光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ
４の表面上の異物を検出するという上記第１と第２の実
施の形態を組み合わせたものなので、上記第１及び第２
の実施の形態と同様に、実際の半導体の製造ライン、例
えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工程において
使用される金属膜のような表面粗さの大きい半導体ウエ
ハ上においても大きさ０．２μｍ以下の異物を検出する
ことができる。

【００３４】又、上記各実施の形態において、散乱光に
より検出される対象は異物に限らず、傷など散乱光が得
られるものならばよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、表
面粗さの大きい被検査体上でも確実に微小な異物を検出
できる異物検出装置を提供できる。又、その結果好適な
半導体の製造方法を提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる異物検査装置の第１の実施の形
態を示す構成図。

【図２】同装置における受光光学系の配置角度を示す
図。

【図３】Ａｌ膜による散乱光の特性を示す図。

【図４】Ａｌ膜上の０．２μｍ径の異物による散乱光の
特性を示す図。

【図５】散乱光検出のＳ／Ｎ特性を示す図。

【図６】０．２μｍのゴミの異物に対する検出感度の評
価を示す図。

【図７】本発明に係わる異物検査装置の第２の実施の形
態を示す構成図。

【図８】表面粗さの非常に小さいベアウエハ上の異物に
よる散乱光信号波形を示す図。

【図９】Ａｌ等の表面粗さの大きい膜が付いた半導体ウ
エハ上の異物による信号波形を示す図。

【図１０】散乱光の強さの変動Ｎ_Ｂ を計算するための
モデルを示す図。

【図１１】本発明に係わる異物検査装置の第３の実施の
形態を示す構成図。

【符号の説明】

１…一軸ステージ、２…回転ステージ、４…半導体ウエ
ハ、５…光照射光学系、６…レーザ発振器、７…偏光
子、８…反射ミラー、９…集光レンズ、１１…受光光学
系、１２…偏光子、１３…ファイバプレート、１４…光
電子増倍管、１７…コンピュータ、２０…Ｘステージ、
２１…Ｙステージ、２２…回転ステージ、２４…レーザ
発振器、２５…光照射光学系、２６…アナモルフィック
エキスパンダ、２７…反射ミラー、２８…集光レンズ、
３０…受光光学系、３１…光ファイバ、３２…光電子像
倍管、３４…コンピュータ。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB01 BA10 BA11 BB01 BC05 CA02 CA06 CB05 CD03 DA08 EA12 4M106 AA01 AA07 AA11 AB07 BA05 CA41 DB02 DB08 DB14 DB19

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属膜付き半導体ウエハの表面に対して
   光を走査し、この金属膜付き半導体ウエハ表面からの散
   乱光を検出して前記金属膜付き半導体ウエハ表面の異物
   などを検査する検査工程を備える半導体の製造方法にお
   いて、前記検査工程における前記金属膜付き半導体ウエ
   ハ表面上に走査する前記光のスポット形状は、前記被検
   査体表面上の走査方向と一致する方向に長く形成したこ
   とを特徴とする半導体の製造方法。
2. 【請求項２】 金属膜付き半導体ウエハの表面に対して
   光を走査し、この金属膜付き半導体ウエハ表面からの散
   乱光を検出して前記金属膜付き半導体ウエハ表面の異物
   などを検査する検査工程を備える半導体の製造方法にお
   いて、前記検査工程は、Ｓ偏光成分の光を前記金属膜付
   き半導体ウエハに対して所定の入射角で照射すると共に
   このＳ偏光成分の光のスポット形状を前記金属膜付き半
   導体ウエハ表面上の走査方向と一致する方向に長く形成
   して前記金属膜付き半導体ウエハ表面上を走査する工程
   と、かつ前記金属膜付き半導体ウエハから散乱光のうち
   Ｓ偏光成分を選択して所定の角度方向から受光する工程
   と、この受光強度に基いて前記金属膜付き半導体ウエハ
   表面上の異物などを検出することを特徴とする半導体の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記金属膜付き半導体ウエハに照射する
   Ｓ偏光成分の光の照射角度を前記金属膜付き半導体ウエ
   ハ表面に対して２０°以下とし、かつ前記金属膜付き半
   導体ウエハ表面からの散乱光のうちＳ偏光成分を、前記
   金属膜付き半導体ウエハ表面に対して１０°〜４０°か
   つ前記金属膜付き半導体ウエハに照射するＳ偏光成分の
   光の入射平面に対して１１０°〜１５０°の角度の範囲
   で受光することを特徴とする請求項２記載の半導体の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記半導体は、２５６ＭＤＲＡＭである
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載
   の半導体の製造方法。
5. 【請求項５】 金属膜付き半導体ウエハの表面に対して
   光を走査する手段と、この金属膜付き半導体ウエハ表面
   からの散乱光を検出する手段とを備える前記金属膜付き
   半導体ウエハ表面の異物などを検査する異物検査装置に
   おいて、前記金属膜付き半導体ウエハ表面上に走査する
   前記光のスポット形状は、前記被検査体表面上の走査方
   向と一致する方向に長く形成するように構成されている
   ことを特徴とする異物検査装置。
6. 【請求項６】 金属膜付き半導体ウエハの表面に対して
   光を走査する手段と、この金属膜付き半導体ウエハ表面
   からの散乱光を検出する手段とを備える前記金属膜付き
   半導体ウエハ表面の異物などを検査する異物検査装置に
   おいて、Ｓ偏光成分の光を前記金属膜付き半導体ウエハ
   に対して所定の入射角で、かつ、このＳ偏光成分の光の
   スポット形状を前記金属膜付き半導体ウエハ表面上の走
   査方向と一致する方向に長く形成する手段と、前記金属
   膜付き半導体ウエハからの散乱光のうちＳ偏光成分を選
   択して所定の角度方向から受光する手段と、この受光強
   度に基いて前記金属膜付き半導体ウエハ表面上の異物な
   どを検出する手段とを備えることを特徴とする異物検査
   装置。
7. 【請求項７】 前記金属膜付き半導体ウエハに照射する
   Ｓ偏光成分の光の照射角度を前記金属膜付き半導体ウエ
   ハ表面に対して２０°以下とし、かつ前記金属膜付き半
   導体ウエハ表面からの散乱光のうちＳ偏光成分を、前記
   金属膜付き半導体ウエハ表面に対して１０°〜４０°か
   つ前記金属膜付き半導体ウエハに照射するＳ偏光成分の
   光の入射平面に対して１１０°〜１５０°の角度の範囲
   で受光するように構成されていることを特徴とする請求
   項６記載の異物検査装置。
8. 【請求項８】 被検査体表面に対して２０°以下の照射
   角度でＳ偏光成分の光を照射する集光照射光学系と、被
   検査体表面に対して仰角を１０°〜４０°、前記Ｓ偏光
   成分の光の入射平面に対して水平角を１１０°〜１５０
   °の範囲で、前記被検査体から生じる散乱光を受光する
   受光光学系と、この受光光学系により検出された受光強
   度に基いて前記被検査体表面上の異物などを検出する異
   物検出手段と、を具備したことを特徴とする異物検査装
   置。
9. 【請求項９】 レーザビームを出力するレーザ発振器
   と、このレーザ発振器から出力されたレーザビームをＳ
   偏光成分の光とする偏向子とを備え、前記集光照射光学
   系は、前記偏向子からの光を前記被検査体に対してスポ
   ット形状に形成して集光するように構成され、前記レー
   ザビーム及び前記被検査体を相対的に移動して前記レー
   ザビームを前記被検査体表面に走査する走査手段とを具
   備したことを特徴とする請求項８記載の異物検査装置。
10. 【請求項１０】 前記レーザ発振器は、アルゴンイオン
    レーザであることを特徴とする請求項９記載の異物検査
    装置。
11. 【請求項１１】 前記集光照射光学系は、前記レーザビ
    ームを楕円形状に変形するアナモルフィックエキスパン
    ダを有することを特徴とする請求項８乃至請求項１０の
    いずれか記載の異物検査装置。
12. 【請求項１２】 前記受光光学系は、入射した散乱光を
    光電変換し、前記散乱光の強度に対応した散乱光信号を
    出力する光電子倍増管を有することを特徴とする請求項
    ８乃至請求項１１のいずれか記載の異物検査装置。
13. 【請求項１３】 前記受光光学系は、前記散乱光のうち
    前記Ｓ偏光成分のみを通過させる偏向子を有することを
    特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか記載の異
    物検査装置。
14. 【請求項１４】 前記異物検出手段は、前記受光光学系
    により検出された受光強度に基いて前記被検査体表面上
    の異物の有無、大きさ及び位置を検出することを特徴と
    する請求項８乃至請求項１３のいずれか記載の異物検査
    装置。
15. 【請求項１５】 前記走査手段は、被検査体を固定する
    ための回転ステージと、この回転ステージが載せられる
    一軸ステージを備えているとともに、前記回転ステージ
    は所定の回転速度で回転すると共に、前記一軸ステージ
    は前記回転ステージの１回転ごとに一軸方向に所定ピッ
    チだけ移動することを繰り返し、これにより前記スポッ
    ト形状の光を前記被検査体表面に螺旋状に走査すること
    を特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか記載の
    異物検査装置。