JP2011058984A - 異物検査装置，検査方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】感度個体差のある複数の光電子増倍管の感度調整を、Ｓ／Ｎ比を悪化させることなく行う。
【解決手段】予め光電子増倍管にある一定の光を照射して、印加電圧に対する信号量を記憶部２１０に記憶させ、これを基に、光電子増倍管の増幅率を印加電圧と増幅器の増幅率で信号量を調整し、感度や印加電圧特性の異なる複数の光電子増倍管の信号強度をＳ／Ｎ比を悪化させることなく、感度補正を行う。さらに、経時変化や検出器交換時の調整時間短縮にも対応できるように適切な感度補正パラメータを設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、異物検査装置，検査方法及びプログラムに関し、例えば、半導体ウェハ上の微小な異物や欠陥を検出する表面異物検査装置に関する。

ウェハ表面の欠陥を検査する外観検査装置において、試料上の照明光スポット周りに方位や仰角が異なるように配置された複数の検出器を有する散乱光検出部を用い、検出器の仰角の相違による検出特性の違いを利用してＣＯＰ（Crystal Originated Particles）欠陥を弁別する技術がある（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

特開平９−３０４２８９号公報 特開２００８−５８２３９号公報

散乱光を検出するために、複数の光電子増倍管のような光センサを使用して、信号加算を行う場合、光電子増倍管の検出感度の個体差を調整する必要がある。光電子増倍管の出力電流に対して、電気回路上で増幅率を変化させて感度を調整することが考えられるが、感度の低いセンサは、ノイズ成分も線形的に増幅するためＳ／Ｎ比が悪化するという課題がある。

また、光電子増倍管に印加する電圧を調整することで、感度を調整することも考えられるが、印加電圧による増幅率は時間とともに変化するという課題がある。さらに、光電子増倍管が劣化した際には交換する必要があるが、上記した方法で感度調整を行うと、検査装置を構成する部品の機械工作精度などのばらつきによる感度調整をも含めて、調整する必要があり、装置間で安定した信号を得ることが難しく、検査装置の感度調整に多くの時間を割く必要がある。

本発明の目的は、感度や印加電圧特性の異なる複数の光電子増倍管の信号強度をＳ／Ｎ比を悪化させることなく、調整することができ、経時変化や検出器交換時の調整時間短縮にも対応できる異物検査装置，検査方法及びプログラムを提供することにある。

本発明による異物検査装置は、被検査体表面に照射する光源と被検査体表面から散乱される光を複数の感度個体差のある光センサで受光する際、予め複数のセンサに対して単体の印加電圧特性からセンサの感度を調整する調整部と光電変換された信号を加算する加算回路を有することにある。

本発明による異物検査装置は、また、被検査体表面に照射する光源と被検査体表面から散乱される光を複数の感度個体差のある光センサで受光する際、予め複数のセンサに対して単体の印加電圧特性からセンサの感度を調整部と光電変換された信号を検査条件によって重み付け加算する加算回路を有することにある。

本発明による異物検査装置は、経時変化する光電子増倍管の感度を調整するためのパラメータを記憶する記憶部と光電子増倍管の感度を調整する調整部とを備えている。

本発明による異物検査装置は、また、劣化した光電子増倍管の交換時期の目安となる閾値を前記記憶部に記憶させ、前記閾値を超えると交換時期を知らせる警告を画面に表示する。

本発明による異物検査装置は、また、前記加算回路の出力信号をデジタル変換し、異物の粒径に換算する工程を有する。

本発明の一つの態様によれば、本発明の目的は、感度や印加電圧特性の異なる複数の光電子増倍管の信号強度をＳ／Ｎ比を悪化させることなく、調整することができ、経時変化や検出器交換時の調整時間短縮にも対応できる。

本発明の一実施例に係る外観検査装置の概略図である。 本発明の一実施例に係る検出部回路概略図である。 本発明の一実施例に係る外観検査装置を用いた感度調整手順を表すフローチャートである。 本発明の一実施例に係る外観検査装置における光電子増倍管の装置搭載前の感度調整部である。

以下、図面を用いて発明の実施例を説明する。

実施例として、例えば印加電圧で制御できるセンサを光電子増倍管として説明する。図１は本発明の一実施例の形態に関わる外観検査装置の概略図である。図１に示すように、試料ステージ１０１，ステージ駆動部１０２，照明光源１０３，散乱光検出器である光電子増倍管１０４ａ〜１０４ｃ，増幅器１１９ａ〜１１９ｃ，信号合成部１０５，全体制御部１０６，メカ制御部１０７，情報表示部１０８，入力操作部１０９，記憶部１１０等を備えている。

試料ステージ１０１は、その上にウェハ等の試料１００を支持し、ステージ駆動部１０２は、照明光源１０３から定点（スポット）に照射される照明光が試料１００を走査するように試料ステージ１０１を駆動させる。ステージ駆動部１０２は、回転軸を中心に試料ステージ１０１を回転させる回転駆動部１１１，試料ステージ１０１を径方向に移動させるスライド駆動部１１２を備えている。試料ステージ１０１を回転駆動部１１１により回転させつつスライド駆動部１１２によって径方向に移動させることで、相対的に照明光が試料１００上を渦巻状に走査される。

検査装置は照明光のスポットに対する位置が異なる複数の検出器である光電子増倍管１０４ａ〜１０４ｃを有している。図１では計３つの検出器を図示したが、検出器の数に限定はなく、それぞれ照明光スポットからの方位角及び、仰角の少なくとも一方が異なるように二つ以上の検出器が配置されていれば良い。各検出器である光電子増倍管１０４ａ〜１０４ｃは、照明光源１０３から照明光が照射されることで試料１００の表面から発生する散乱光１１３をそれぞれ検出する。検出器である光電子増倍管１０４ａ〜１０４ｃの出力には、高周波成分である異物及び欠陥１１４の検出信号（欠陥信号と適宜記載する）と低周波成分であるヘイズ信号が含まれる。

光電子増倍管の信号量Ｉは、一般に印加電圧Ｖのｋｎ乗に比例し、

数１のように表される。ｋは０.７〜０.８の値をとり、ｎは光電子増倍管のダイノードの段数、Ａ′は比例係数である。ｋはダイノードの材質や形状に起因する値で、個体差が存在する。複数の光電子増倍管を用いる場合には、それぞれの光電子増倍管の出力信号に違い存在し、感度調整を行う必要がある。増幅器１１９によって光電子増倍管の増幅率を変化させ、

数２のように感度調整を行ことができる。ｍは検出器の番号でＰ_mは増幅器１０９の増幅率に相当する。また、検査装置のＳ／Ｎ比において、Ｓは異物の信号で、Ｎは半導体ウェハの表面ラフネスによる散乱光のショットノイズ成分であり、感度の異なるｍ個の光電子増倍管を用いた検査装置のＳ／Ｎ比は、

数３のように表される。ｋ_mはそれぞれのセンサの感度比、Ｒはショットノイズの量である。したがって、上記した方法で感度を調整した場合、感度の低い低いセンサは、ノイズ成分も線形的に増幅されてしまうためＳ／Ｎ比が悪化するという課題がある。さらに、感度に個体差のある光電子増倍管の組み合わせ方で、Ｓ／Ｎ比が検査装置ごとに異なる課題が生じる。

図２は、本発明の一実施例に係る検出部回路概略図である。複数の光電子増倍管２０１ａ，２０１ｂは高圧電源である光電子増倍管印加電圧用電源２０２ａ，２０２ｂにより電圧が印加される。ウェハ表面ラフネスやウェハ上の異物及び欠陥によって発生する散乱光１１３は、感度の異なる光電子増倍管２０１ａ，２０１ｂにより検出され、増幅された信号は、増幅器２０３ａ，２０３ｂによってさらに増幅される。ここで、高圧電源である光電子増倍管印加電圧用電源２０２ａ，２０２ｂ及び増幅器２０３ａ，２０３ｂの印加電圧と増幅率は、パラメータ制御部２１１内に記憶されたパラメータに基づき制御されている。増幅された信号は加算回路２０４で加算され、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ２０５），ＬＰＦ（ローパスフィルタ２０７）を通過し、それぞれ高周波成分と低周波成分とに分離する。各信号は増幅器２０６，２０８によってされ適切な値に増幅され、アナログ／デジタル変換器２０９ａ，２０９ｂでデジタル変換されてコンピュータの記憶部２１０に記憶される。このとき増幅器２０６，２０８もパラメータ制御部２１１により増幅率を制御しても良い。パラメータ制御部２１１としてコンピュータを用いるが、専用回路を用いてもよい。

図３は、本発明の一実施例の形態に関わる外観検査装置を用いた感度調整手順を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施例の形態に関わる外観検査装置における光電子増倍管の検査装置搭載前の感度調整部である。

まず、図４に示す感度調整ユニットによって、単体感度調整３１２を行う。図４に示す感度調整ユニットで光電子増倍管の印加電圧特性を調査する。光電子増倍管４０３には高圧の電圧が高圧電源である印加電圧用電源４０４により印加しており、この印加電圧の大きさにより光電子増倍管の増幅率が決まる。感度調整光源用駆動電圧発生装置４０１によって発光する感度調整用光源４０２により、光電子増倍管４０３に一定の光量を照射する。このとき感度調整光源はレーザ光源やＬＤ，ＬＥＤのような簡易的なものでも良い。光源の波長は検査装置における照明光源１０３の波長に近い方が望ましい。光電子増倍管４０３で光電変換された信号は、増幅器４０５で増幅され、アナログ／デジタル変換器４０６を通り、信号記憶部４０７で信号量を記録する。このとき、光電子増倍管の二次電子放出比δは、

数４と書ける。ａは係数、Ｅはダイノード間の電圧、ｋは電極の構造・材質できまり、０.７−０.８の値をとる。光電子増倍管はこのダイノードをｎ段組み合わせて構成されている。そのため、光電子増倍管としての全体のゲインμは、

数５と表す。αは収集効率で、α＝１とした。Ｖは光電子増倍管にかける印加電圧である。また、信号処理部から得られる信号強度は数２を変形して、

数６と表せる。Ａは係数である。この式を簡略化したものが数１である。複数の光電子増倍管を使用する際には、Ａとｋの個体差を補正する必要がある。そこで、本実施例では、ｋの寄与も補正できるように、信号強度Ｉを、

数７と表す。ｍは検出器の番号に対応している。ｋ_m及びＡ_mは図４に示すような感度調整ユニットを別途使用して、予め光電子増倍管ごとに調査し、記録しておく。

感度を調節する手順の一例としては、例えば図３のフローチャートで説明する処理を行うプログラムをコンピュータの記憶部２１０に記憶し、コンピュータであるパラメータ制御部２１１に読み出して実行することができる。

具体的には、図３に示すように、処理開始（スタート）し、一定光量に対する信号量の印加電圧依存性を測定して、Ａとｋを決定する処理３０１を実行し、各光電子増倍管の感度パラメータＰ_mを決定する処理３０２を実行し、光電子増倍管を装置に搭載する処理３０３を実行し、装置パラメータＱ_mを決定する処理３０４を実行し、通常検査処理３０５を実行する。さらに、定期的にＰＳＬ(Poly Styrene Latex)のような標準粒子塗布したウェハの検査又は感度調整用ユニットを用いた感度監視する処理３０６を実行し、信号量≦設定信号量の判定処理３０７を実行し、ＹＥＳならば、経時変化パラメータＴ_m＞設定閾値の判定処理３０８を実行し、ＹＥＳならば、信号量＝設定信号量になるようにＴ_mを変更する処理３０９を実行し、通常検査処理３０５へ戻り実行する。信号量≦設定信号量の判定処理３０７を実行し、ＮＯならば、通常検査処理３０５へ戻り実行する。経時変化パラメータＴ_m＞設定閾値の判定処理３０８を実行し、ＮＯならば、警告表示処理３１０を実行し、光電子増倍管の交換し、感度パラメータＰ_mを決定する処理３１１を実行し、通常検査処理３０５へ戻り実行する。

ここで、光電子増倍管を装置に搭載する処理３０３や、定期的にＰＳＬ塗布ウェハの検査又は感度調整用ユニットを用いた感度監視する処理３０６や、光電子増倍管の交換する処理３１１は、ロボット機構をコンピュータ制御して行うが、それぞれ、プログラムを一時停止して手動にて実施することができる。また警告表示処理３１０は、例えば、情報表示部１０８へセンサの感度調整結果の良否を画面に表示する処理又は、コンピュータに感度係数の経時変化を記憶させある閾値をこえた時にセンサ寿命を情報表示部１０８の画面へ表示させる処理である。

すなわち、図４に示すような感度調整ユニットを用いて、ある一定光量に対して１００〜８００Ｖの印加電圧を変化させてｋ_m及びＡ_mを決定する。そして、ある光量に対して、複数の感度の異なるセンサが同じ信号量を出力するように、印加電圧ごとにパラメータＰ″_mを決定して、感度を調整する。数７を用いて感度補正すると、上記課題の欄で述べた方式では補正できなかった、ｋの個体差も補正できる。本実施例によると、Ｓ／Ｎ比に関して、光電子増倍管からの信号を線形的に増幅しているわけではなく、光電子増倍管のゲインを調整して信号を大きくしているので、感度の低い光電子増倍管からの信号のＳ／Ｎ比を悪化させることはない。

また、本実施例によると、光電子増倍管単体の感度調整を行うことができるので、検査装置が検出感度に影響を与えるような構成部品の機械工作精度や部品調整精度などのばらつきを分離して管理することができる。その際には、

数８のように、数３にパラメータＱ_mを追加し、増幅器１１９及び２０３で調整する。Ｑ_mは各検査装置の検出系特有の値であり、検査装置間でパラメータＱ_mによって信号強度を管理すること装置間の信号強度のばらつきを低減できる。

また、本実施例によると、装置パラメータＱ_mと光電子増倍管単体の感度パラメータｋ_m及びＡ_mを分離しているので、光電子増倍管の感度の経時変化を管理するために、

数９のように表し、Ｔ_mを経時変化に対応するためのパラメータを追加する。光電子増倍管は通常経時変化し、徐々に感度が悪化する。図３のフローチャートにあるように、ある期間運転したときに、ＰＳＬを塗布したウェハを検査するか、また、図４で使用したような光源を装置内に内蔵してある規定の光量を光電子増倍管に照射して、信号量が適切な強度になるようにＴ_mを変化させる。さらに、Ｔ_mがある閾値を超えたときには警告を表示し、光電子増倍管の寿命も提示することができる、さらに、本実施例によると、光電子増倍管の交換時には、予め感度定数ｋ_m及びＰ″_mを決定した光電子増倍管を検査装置に搭載し、Ｔ_mを初期値に戻す。すなわち、従来のように全ての検査条件に対して感度調整をやり直すことなく、容易に交換することができる。

なお、全ての光電子増倍管に、印加電圧で増幅率が変化し、予めそれらの感度特性と印加電圧特性の測定で得られる係数を記憶する記憶部とセンサの感度を調整する調整部とを備えていることが望ましい。しかし、調整が必要な一部の光電子増倍管に前記記憶部及び前記調整部を備えていてもよい。

１００ 試料
１０１ 試料ステージ
１０２ ステージ駆動部
１０３ 照明光源
１０４ａ〜１０４ｃ，２０１ａ，２０１ｂ，４０３ 光電子増倍管
１０５ 信号合成部
１０６ 全体制御部
１０７ メカ制御部
１０８ 情報表示部
１０９ａ〜１０９ｃ，１１９，２０３ａ，２０３ｂ，２０６，２０８，４０５ 増幅器
１１０，２１０ 記憶部
１１１ 回転駆動部
１１２ スライド駆動部
１１３ 散乱光
１１４ 異物及び欠陥
２０２ａ，２０２ｂ 光電子増倍管印加電圧用電源
２０４ 加算回路又は重み付け加算回路
２０５ バンドパスフィルタ
２０７ ローパスフィルタ
２０９ａ，２０９ｂ，４０６ アナログ／デジタル変換器
２１１ パラメータ制御部
４０１ 感度調整光源用駆動電圧発生装置
４０２ 感度調整用光源
４０４ 印加電圧用電源
４０７ 信号記憶部

Claims (7)

1. レーザ光源と、前記レーザ光源から射出された光を制御する照明光学系と、被検査試料を保持する試料ステージとを備え、
   前記照明光学系から射出された光は、前記試料表面上の予め定められた領域を照射し、前記試料表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥、及び前記試料表面で、散乱、回折、又は反射された光を集光する集光部と、集光された光を複数の方角で感度個体差のある光電子増倍管によって光電変換し、信号を加算する加算回路を有する異物検査装置において、
   前記光電子増倍管は、印加電圧で増幅率が変化し、予めそれらの感度特性と印加電圧特性の測定で得られる係数を記憶する記憶部とセンサの感度を調整する調整部とを備えてい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において、前記光電変換された信号を検査条件によって重み付け加算することを特徴とする異物検査装置。
3. 請求項１又は２記載の異物検査装置において、経時変化する光電子増倍管の感度を調整するための係数を記憶する記憶部と光電子増倍管の感度を調整する調整部とを備えていることを特徴とする異物検査装置。
4. 請求項１又は２記載の異物検査装置において、劣化した光電子増倍管の交換時期の目安となる閾値を前記記憶部に記憶させ、前記閾値を超えると交換時期を知らせる警告を画面に表示することを特徴とする異物検査装置。
5. 前記加算回路の出力信号をデジタル変換し、異物の粒径に換算する事を特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
6. 前記照明光学系は、前記レーザ光源と、前記レーザ光源から射出された光量を調整するアッテネータを、前記アッテネータを通過した光のビーム径を拡大するビームエキスパンダと、前記被検査試料に照明する光の偏光を設定する波長板とを有することを特徴とする
   請求項１記載の異物検査装置。
7. 請求項１記載の異物検査装置において、
   全ての前記光電子増倍管が、印加電圧で増幅率が変化し、予めそれらの感度特性と印加電圧特性の測定で得られる係数を記憶する記憶部とセンサの感度を調整する調整部とを備えていることを特徴とする異物検査装置。

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