JP2008281375A - 異物検査装置および検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の増幅器を配設してレンジ毎に切り替えて信号検出を行う検出回路において、レンジ切替えによる検出誤差を抑制し、高精度な高ダイナミックレンジ検出方法を提供する。
【解決手段】
検出部３は、基準電圧生成部１０３により基準電圧を印加した際に、複数の検出系データから補正データを算出する減算部１１５、補正データを保持するデータ保持部１１７、検出データに補正処理を行う加算部１１６、検出データと切替えデータを比較する比較部１２１、比較部出力により補正データを含む複数の検出系データを切り替えるセレクタ１２２などを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハを検査対象とする異物検査装置に関し、特に信号検出技術に関する。

半導体ウェハ表面の異物を検査する異物検査装置は、ウェハ表面にレーザ光を照射する照射光学系と、ウェハ表面から散乱された光を検出する検出光学系と、検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換して補正する検出ユニットと、異物を判別して表示する表示ユニットとを有して構成される。ここで、検出ユニットには検出回路が組み込まれており、通常、これを介して信号が出力されて異物の判別が行われる。図５に、本発明者が本発明の前提として検討した半導体ウェハの異物検査装置について、その検出回路の概要を示す。すなわち、従来の異物検査装置では、回転させたウェハにレーザ光を照射し、ウェハ上に存在する異物等からの散乱反射光を光電子増倍管（PMT：Photo Multiplier Tube）１によって検出する。すなわち、ＰＭＴ１は、入射光を光電子増倍作用により増倍し、入射光強度に応じて電流を出力するものであり、異物からの散乱反射光をもとに異物検出信号電流として出力する。検出部１０では、該異物検出信号電流に基づき、抵抗４と演算増幅器５とで構成したＩ−Ｖ変換部２において検出電圧信号に変換する。さらに検出回路３において、検出回路３への入力電圧８となる該検出電圧信号に対して対数増幅器６によりＡ／Ｄ変換回路７の最小分解能でも微小な電圧を検出できるように対数増幅し、該増幅電圧をＡ／Ｄ変換器７を用いてデジタル値に変換する。その後、該デジタル値を出力コード９としてデータ処置回路（図示せず）に出力して異物等の判別を行う。

一般に、微小粒径の異物からの散乱光強度は、異物の直径の約６乗に比例すると言われている。従って、光を照射しその散乱光によって異物を検出する場合、検査対象ウェハ上の異物が小さくなるほど検出信号は微小になり、これを検出する検出回路では検出信号の振幅範囲に応じて広いダイナミックレンジが要求される。さらに、ウェハの検査時間を短縮するため、ウェハの回転数を上げることによりウェハ表面を走査する速度が速くなり、検出信号の時間あたりの変化率が増大し、検出部では高速化も要求される。

ところで、一般に、Ａ／Ｄ変換回路は、速度とダイナミックレンジの間に基本的なトレードオフの関係が存在し、高速化にともなってＡ／Ｄ変換回路のダイナミックレンジは減少し、最小分解能が増大する傾向にある。
そのため、従来では、特許文献１に記載の技術のように、検出電流を異なる増幅倍率で増幅する複数の増幅器を並列に配置して、複数の増幅器出力のうち適切なレンジの出力によってダイナミックレンジ拡大を実現する方法が提案されている。

特開平８−１４５８９９号公報

特許文献１に記載の技術によれば、複数の増幅器で受け持つレンジ毎にＡ／Ｄ変換回路を配置することで、高速化により各Ａ／Ｄ変換回路のダイナミックレンジが制限された状態においても、検出部全体としてダイナミックレンジの拡大が実現できる。
ただし、複数の増幅器で異なるレンジの検出を行うことから、複数の増幅器の増幅率に対して、調整あるいは部品の選別などにより比率を設計値にあわせ込む必要があり、本質的にレンジ間の切替えで検出誤差が発生し、測定精度が低下するという問題がある。

本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出回路の高速化とダイナミックレンジ拡大を実現し、検出レンジ間の切替えによる検出誤差を補正することにより、高精度化を実現することのできる検出方法および、これを用いた半導体ウェハの異物検査装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の検出方法およびこれを用いた半導体ウェハの異物検査装置では、異なる増幅率を設定した複数の増幅部とＡ／Ｄ変換器と対数変換部とで構成した複数の検出系を検出部に配設し、少なくとも一方の検出系出力の出力コードを切替えデータと比較し、他方の検出系出力の出力コードと切り替えて出力することを特徴としている。

また、本発明における検出部では、基準電圧出力部により基準電圧を生成し、入力電圧と基準電圧とを切り替えて複数の検出系に印加する切替え手段を配設する。複数の検出系に基準電圧を印加し、複数の該検出系回路の各出力コードの差を補正データとして演算して保持する手段を配設する。これにより、検出信号電圧入力時において、一方の検出系出力コードに対して補正データの演算処理を行うことで、基準電圧と同一の検出電圧が入力された際に、複数の検出系出力コードが一致することを特徴としている。

このような検出方法により、複数の検出系により高速化とダイナミックレンジの拡大を行い、さらに複数の検出系出力を切り替える際にレンジ間の検出誤差を補正することで、検出部の高精度化を実現することを特徴とする。

ここで、本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
（１）ウェハ表面上の異物を検査する異物検査装置であって、前記ウェハ表面にレーザ光を照射する照射光学系と、前記ウェハ表面から散乱された光を検出する検出光学系と、前記検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換して補正する検出ユニットと、を備え、前記検出ユニットは、異なる増幅率を有する複数の検出回路を有し、予め保持された前記複数の検出回路間の増幅率差に基づく補正データを用いて前記電気信号を補正する手段を有することを特徴とする異物検査装置である。
（２）（１）記載の異物検査装置であって、前記検出ユニットは、前記複数の検出回路のうちの第一の検出回路から出力されたデータと、前記複数の検出回路のうち前記第一の検出回路と異なる第二の検出回路から出力されたのち前記補正データに基づいて補正されたデータと、を切り替えて出力する切替え手段を有することを特徴とする異物検査装置である。
（３）（２）記載の異物検査装置であって、前記第一の検出回路は、第一の増幅手段と、前記第一の増幅手段の出力をサンプリングする第一のＡ／Ｄ変換器を有し、前記第二の検出回路は、第二の増幅手段と、前記第二の増幅手段の出力をサンプリングする第二のＡ／Ｄ変換器を有し、前記補正データは、基準電圧を前記第一の増幅手段と前記第二の増幅手段とに印加して前記第一のＡ／Ｄ変換器の出力データと前記第二のＡ／Ｄ変換器の出力データから算出されたものであることを特徴とする異物検査装置である。
（４）電圧を検出して対応するコードを出力する検出回路であって、基準電圧を生成し出力する基準電圧生成手段と、入力と該基準電圧生成手段とを切り替える手段と、前記切替え手段を増幅する第一の増幅手段と、前記第一の増幅手段の出力をサンプリングする第一のＡ／Ｄ変換器と、前記切替え手段を増幅する第二の増幅手段と、前記第二の増幅手段の出力をサンプリングする第二のＡ／Ｄ変換器と、前記切替え手段により前記基準電圧を前記第一の増幅手段と前記第二の増幅手段とに印加して前記第一のＡ／Ｄ変換器の出力データと前記第二のＡ／Ｄ変換器の出力データから補正データを算出する演算手段と、前記演算手段により算出した補正データを用いて少なくとも一つのＡ／Ｄ変換器出力データに対して補正を行う補正手段と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力データまたは補正により求めた補正データとを切り替えて出力する切替え手段とを備えたことを特徴とする検出回路である。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

すなわち、本発明によれば、半導体ウェハの異物検査装置において、ダイナミックレンジを高精度に拡大することができる。
また、本発明によれば、異物検査装置の検査回路において、基準電圧をもとに補正データを検出して検出レンジ間の切替えによる検出誤差を補正することにより、検出回路の高速化とダイナミックレンジ拡大を実現し、さらに高精度化を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
また、異物検査装置における照射光学系、検出光学系、検出ユニット、表示ユニットのうち、特に検出ユニットにおける検出部について以下の実施例で説明するが、他の構成については適宜公知の技術を用いればよいことはいうまでもない。

図１は、本発明の実施の形態１における半導体ウェハの異物検査装置の検出部について構成を示す。本実施の形態１の検出部は、例えば、図５で図示した半導体ウェハの異物検査装置において、Ｉ−Ｖ変換部２が出力する検出電圧信号をもとに、以下に述べる所定の動作によりデジタル値を出力するものである。
この検出部３は、入力電圧８が印加されるスイッチ１０１と、基準電圧の生成を行う基準電圧生成部１０３と、基準電圧生成部１０３で生成した基準電圧が印加されるスイッチ１０２と、スイッチ１０１，１０２に対して切替え制御信号１０５を介して切替え制御を行うキャリブレーション制御部と、スイッチ１０１，１０２を介して電圧を入力される増幅部１０７，１０８と、増幅部１０７，１０８で増幅した電圧を入力とするＡ／Ｄ変換器１１１、１１２と、Ａ／Ｄ変換器１１１、１１２の出力したコードを対数変換する対数変換部１１３、１１４と、切替えデータ保持部１２０に保持された切替えデータと対数変換部１１３の出力したデータ（Ａ）とを比較する比較部１２１と、対数変換部１１４の出力したデータ（Ｂ）とデータ（Ａ）を元に（Ａ）−（Ｂ）となる減算処理を行う減算部１１５と、キャリブレーション制御部１０４からの保持制御信号１０６により減算部１１５の出力データを保持するデータ保持部１１７と、データ保持部１１７に保持されたデータとデータ（Ｂ）との加算処理を行ってデータ（Ｃ）を出力する加算部１１６と、比較部１２１からの切替え制御信号１２３に応じてデータ（Ａ）とデータ（Ｃ）を切り替えて検出部の出力コード９として出力するセレクタ１２２とで構成される。

増幅部１０７、１０８はそれぞれＫ１倍、Ｋ２倍に増幅率を設定されている。ここで、（式１）Ｋ１＜Ｋ２となるように増幅率が設定されているとすると、Ａ／Ｄ変換器１１１、１１２を介して対数変換部１１３、１１４が出力するデータ（Ａ）、データ（Ｂ）は、図２（１）に示すように同一の入力電圧に対してデータ（Ｂ）の方が大きくなる。図２では、入力電圧軸を対数スケールで表示しており、対数変換部１１３，１１４で変換することにより図２（１）に示す変換特性を得る。すなわち、データ（Ａ）とデータ（Ｂ）の特性線は、対数変換部１１３、１１４により対数変換を行ったため、前記増幅率の比は、図２（１）において一定のコード差となる。図２（１）においてデータ（Ｂ）は入力電圧の増加に従って増加していくものの、増幅部１１２の出力が飽和するか、あるいはＡ／Ｄ変換器１１２の入力が飽和することにより、一定の出力コードで飽和する特性を示す。

まず、検出部３での検出動作に先立ち、外部からの制御信号（図示せず）によりキャリブレーション動作を行う。キャリブレーション動作において、キャリブレーション制御部１０４は、切替え制御信号１０５を介してスイッチ１０１をオフ状態、スイッチ１０２をオン状態とし、基準電圧生成部１０３からの基準電圧が増幅部１０７、１０８に印加されるように制御する。この状態において、減算部１１５が出力するコード（（Ａ）−（Ｂ））を補正データとしてデータ保持制御信号１０６を介してデータ保持部１１７に保持する。これにより、加算部１１６の出力であるデータ（Ｃ）は、データ（Ｂ）を補正データで補正することによりデータ（Ａ）と等しくなる。すなわち、データ（Ｃ）の特性がデータ（Ａ）の特性に等しくなる。

次に、検出部３で検出動作を行うため、外部からの制御信号（図示せず）により検出動作状態とする。すなわち、キャリブレーション制御部１０４から切替え制御信号１０５を介してスイッチ１０１をオン状態、スイッチ１０２をオフ状態とし、検出回路入力電圧８が増幅部１０７、１０８に印加されるように制御する。検出部３ではデータ（Ａ）と切替えデータであるデータ（Ｄ）とを常時比較しており、データ（Ａ）がデータ（Ｄ）以上の場合にセレクタ１２２を介してデータ（Ａ）が出力コード９として出力され、データ（Ａ）がデータ（Ｄ）未満の場合にデータ（Ｃ）が出力コード９として出力される。この状態において、前記のとおりデータ（Ａ）とデータ（Ｃ）の特性は等しくなっており、検出部３の入力電圧に対する検出部３の出力コード９は、図２（２）に示す変換特性を得る。

以上のように、実施の形態１の検出部によれば、複数の増幅器で異なるレンジの検出を行う際に、基準電圧を印加して検出した補正データをもとに複数の増幅器における増幅率の比を補正するため、レンジ切替え時のレンジ間検出誤差を抑制し、検出部の高精度化を実現することができる。

なお、本実施の形態１の検出部について、前記では動作原理について図１および図２に示したように簡略化して説明したが、基準電圧生成回路１０３において基準電圧を任意のレベルに切り替え、補正データを複数の点で検出し、これをもとにＣＰＵなどで補正データを演算処理してもよい。この場合、加算部１１６で構成した部分についてＬＵＴ(Look Up Table)などのメモリ機能とし、前記ＣＰＵからデータを書き込んで対応できることは言うまでもない。

次に、図３を参照しながら、本発明の実施の形態２における半導体ウェハの異物検査装置の検出部について説明する。実施の形態２では、検出部３において、対数増幅部１０９とリニア増幅部１１０とを備えることが主な特徴であり、その他の部分については前記実施の形態１の構成と同様である。

前記実施の形態１において、検出回路入力電圧８の振幅が大きく増幅部１０７の出力電圧がＡ／Ｄ変換器１１１の入力範囲を超える場合、Ａ／Ｄ変換気１１１の出力コードは飽和するため、検出回路入力電圧８を正確に検出することができない。

そこで、実施の形態２の検出部では、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換気１１１の入力に対数増幅部１０９を配設し、検出部入力電圧８に対して対数変換を行うことによって、検出部入力電圧８の振幅が大きい場合においてもＡ／Ｄ変換機１１１の飽和を防止することが可能となる。

この場合、Ａ／Ｄ変換器１１１の後段には、実施の形態１で説明したデジタル的な対数変換部１１３を配設せず、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力データを直接、検出データ（Ａ）とする。また、対数変換部１１４における対数変換特性は、対数増幅部１０９と同様とすることで、検出部３における検出部入力電圧８と出力コード９との関係は図２（２）に示した特性を得ることができる。

また、対数変換部１０９の変換特性のばらつきを補正するため、基準電圧生成部１０３の出力電圧を任意のレベルに切替え可能とし、複数のレベルにおいて補正データを検出・保持あるいはＣＰＵなどを用いて演算処理を行って、前記LUTなどのメモリ機能により検出データに対して補正を行う構成とすることも可能である。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施の形態３における半導体ウェハの異物検査装置の検出部について説明する。実施の形態３では、検出部３において、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力データ（Ａ）とＡ／Ｄ変換器１１２の出力データ（Ｂ）とで補正データ（（Ａ）÷（Ｂ））を演算する除算部１１８と、データ保持部１１７に保持した補正データと前記データ（Ｂ）とを乗算処理しデータ（Ｃ）を出力する乗算部１１９と、セレクタ１２２の出力データに対して対数変換を行い出力コードを出力する対数変換部１２４とを備えることが主な特徴であり、その他の部分については前記実施の形態１の構成と同様である。

実施の形態３の検出部では、前記構成により、除算部１１８によりデータ（Ａ）とデータ（Ｂ）との比率を算出し、乗算部１１９において、この比率をデータ（Ｂ）に乗算することで、異なる増幅率に設定した増幅部１０７と１０８の増幅率の比を補正する。これにより、データ（Ａ）とデータ（Ｃ）は実質的には同一の増幅率で検出することと等価であり、対数変換部１２４を介して出力することで検出部入力電圧８と出力コード９との間の関係は図２（２）に示した特性となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されたものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態においてはいずれも検出回路が２つの場合を示したが、これに限られず３つ以上の検出回路を用いてもよい。

本発明の実施の形態１における検出回路の構成を示す図である。 （１）〜（２）は、本発明の実施の形態１の検出回路における入力電圧と出力コードの関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における検出回路の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３における検出回路の構成を示す図である。 本発明の前提として検討した従来の異物検査装置における検出部の構成を示す図である。

符号の説明

１…光電子増倍管（ＰＭＴ）、２…Ｉ−Ｖ変換回路、３…検出回路、４…抵抗、５…演算増幅器、６…対数増幅器、７…Ａ／Ｄ変換器、８…検出部入力電圧、９…出力コード、１０…検出部、１０１，１０２…スイッチ、１０３…基準電圧生成部、１０４…キャリブレーション制御部、１０５…切替え制御信号、１０６…データ保持制御信号、１０７、１０８…増幅部、１０９…対数増幅部、１１０…リニア増幅部、１１１、１１２…Ａ／Ｄ変換器、１１３、１１４…対数変換部、１１５…減算部、１１６…加算部、１１７…データ保持部、１１８…除算部、１１９…乗算部、１２０…切替えデータ保持部、１２１…比較部、１２２…セレクタ、１２３…切替え制御信号、１２４…対数変換部

Claims (10)

1. ウェハ表面上の異物を検査する異物検査装置であって、
   前記ウェハ表面にレーザ光を照射する照射光学系と、
   前記ウェハ表面から散乱された光を検出する検出光学系と、
   前記検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換して補正する検出ユニットと、
   を備え、
   前記検出ユニットは、異なる増幅率を有する複数の検出回路を有し、
   予め保持された前記複数の検出回路間の増幅率差に基づく補正データを用いて前記電気信号を補正する手段を有することを特徴とする異物検査装置。
2. 請求項１記載の異物検査装置であって、
   前記検出ユニットは、
   前記複数の検出回路のうちの第一の検出回路から出力されたデータと、
   前記複数の検出回路のうち前記第一の検出回路と異なる第二の検出回路から出力されたのち前記補正データに基づいて補正されたデータと、
   を切り替えて出力する切替え手段を有することを特徴とする異物検査装置。
3. 請求項２記載の異物検査装置であって、
   前記切替え手段は、予め設定された切替えデータとの比較に基づいて切り替えることを特徴とする異物検査装置。
4. 請求項３記載の異物検査装置であって、
   前記切替え手段は、前記切替えデータと前記第一の検出回路から出力されたデータとを比較し、その大小関係に応じて切り替えることを特徴とする異物検査装置。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の異物検査装置であって、
   前記第一の検出回路は、第一の増幅手段と、前記第一の増幅手段の出力をサンプリングする第一のＡ／Ｄ変換器を有し、
   前記第二の検出回路は、第二の増幅手段と、前記第二の増幅手段の出力をサンプリングする第二のＡ／Ｄ変換器を有し、
   前記補正データは、基準電圧を前記第一の増幅手段と前記第二の増幅手段とに印加して前記第一のＡ／Ｄ変換器の出力データと前記第二のＡ／Ｄ変換器の出力データから算出されたものであることを特徴とする異物検査装置。
6. 電圧を検出して対応するコードを出力する検出回路であって、
   基準電圧を生成し出力する基準電圧生成手段と、入力と該基準電圧生成手段とを切り替える手段と、
   前記切替え手段を増幅する第一の増幅手段と、
   前記第一の増幅手段の出力をサンプリングする第一のＡ／Ｄ変換器と、
   前記切替え手段を増幅する第二の増幅手段と、
   前記第二の増幅手段の出力をサンプリングする第二のＡ／Ｄ変換器と、
   前記切替え手段により前記基準電圧を前記第一の増幅手段と前記第二の増幅手段とに印加して前記第一のＡ／Ｄ変換器の出力データと前記第二のＡ／Ｄ変換器の出力データから補正データを算出する演算手段と、
   前記演算手段により算出した補正データを用いて少なくとも一つのＡ／Ｄ変換器出力データに対して補正を行う補正手段と、
   前記Ａ／Ｄ変換器の出力データまたは補正により求めた補正データとを切り替えて出力する切替え手段とを備えたことを特徴とする検出回路。
7. 請求項６に記載の検出回路であって、
   少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器出力データに対して対数変換を行うことを特徴とする検出回路。
8. 請求項６又は７記載の検出回路であって、
   さらに入力信号を対数増幅する手段を備えたことを特徴とする検出回路。
9. 請求項６乃至８のいずれかに記載の検出回路において、
   さらに少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器出力データまたは前記出力データを補正した補正データと任意のデータとを比較する比較手段を備え、
   前記比較手段の比較結果に応じて前記切替え手段によりＡ／Ｄ変換器出力データまたは該出力データを補正した補正データのいずれかを出力することを特徴とする検出回路。
10. ウェハ表面上の異物を検査する異物検査装置であって、
    前記ウェハ表面にレーザ光を照射する照射光学系と、
    前記ウェハ表面から散乱された光を検出する検出光学系と、
    前記検出光学系で検出された散乱光を電気信号に変換して補正する検出ユニットと、
    を備え、
    前記検出ユニットは、請求項６乃至９のいずれかに記載の検出回路を有することを特徴とする異物検査装置。

Images