JP2790279B2 - 粒子検出方法および装置 - Google Patents
粒子検出方法および装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/94—Investigating contamination, e.g. dust
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging
- G01N15/0227—Investigating particle size or size distribution by optical means, e.g. by light scattering, diffraction, holography or imaging using imaging, e.g. a projected image of suspension; using holography
Description
【発明の詳細な説明】
発明の属する技術分野
本発明は、物体の表面上に存する粒子の存在を検出す
る方法および装置に関し、さらに詳しく言えば、パター
ン化された半導体ウエハのような物体の表面上に存する
異物の数および寸法を散乱光線の原理を用いて検出・測
定する方法および装置に関するものである。 従来の技術 本発明は、パターン化された半導体ウエハの表面上に
存する粒子を検出することに関連して、以下、詳細に説
明されるが、本発明はそのような特別の形体の物体の表
面に限定されるものではなく、むしろ新品の半導体ウエ
ハ、薄膜半導体ウエハ、被覆または無被覆アルミニウム
・メモリ・ディスクのような、その他の物体の表面上の
粒子の存在を検出する際に有用である。 従来、半導体ウエハの表面上に一定寸法以上の一つま
たはそれ以上の粒子が存在するか、または、極端な数の
粒子がその表面に存在するウエハを拒絶するために、そ
の表面上の粒子の数及び寸法を検出・測定するための種
々の方法がある。 最も関連のある方法の1つは、明暗マイクロスコープ
を用いた人間の操作によるものである。作業者は肉眼で
粒子の数を実際に計測し、1から20ミクロンの間にある
粒子の寸法を識別する。次いで、極端を数の粒子を乗せ
たもの、または、一定寸法以上の粒子を乗せたものを拒
絶する。この方法は、疑いもなく人件費の点で、また、
チップの検査および生産後の拒絶数の数で(誤って見過
されたウエハは異物の存在のために、例えば短絡等の電
気的欠陥をもつことが分っている。)、きわめて不正確
かつ高価である。 米国特許第4,377,340号においては、キセロン・アー
ク灯からの強力な平行光線が、半導体ウエハのような材
料の表面に、外部からの光がない状態で、通常の入射で
平行ミラーおよびピン・ホール装置を介して向けられ、
そのときに粒子が光線を散乱し、その表面が高感度TVカ
メラによつて捉えられ、そのカメラが、散乱光ではある
が鏡のように反射しない光を検出するように軸をはずし
て定置され、監視スクリーン上に表示するような、材料
表面上の異物の数および寸法の検出・測定装置が開示さ
れている。 1970年3月号のIBM Technical Disclosure Bulletin
Vol.2,No.10第1672−1673ページには、平行光線が検査
されるべき面に不定の入射角で当たる反射面上の、繰返
しの幾何学的欠点を検出するための装置が開示されてい
る。入射角と同じ軸に沿う散乱光は、望遠鏡を介して光
倍増管に向けられるo 1978年11月号のIBM Technical Disclosure Bulletin
Vol.2,No.6第2336−2337ページには、複数のリング状光
源からの光線がウエハ表面に傾斜角度で衝突し、その表
面から上方に直角に散乱する光線が広帯域配列検出器内
にレンズ系によつて供給される。 米国特許第2,947,212号においては、光源からの光線
がライン・マーキングにほぼ垂直左方向にシート状金属
の表面に向けられる、ライン・マーキングを有するシー
ト状金属のストリップの表面状態を検出する方法が開示
されている。ラインに垂直でかつ好ましくは入射角と反
射角との間にある選択された方向の非鏡面反射が、反射
光の強さの変化によって表面欠陥を検出することができ
る光一電子素子によつて監視される。入射光線は偏光さ
れ、また、選択された非鏡面反射光線がこのような偏光
線のみを通過させるようにろ過される。 米国特許第4,342,515号には、半導体ウエハのような
物体の表面上の好ましくない異物の存在を検出するため
の検査装置が開示されているoその装置は、平行ビーム
発生器部分を有している。その部分は、側部から、検査
されるべき物体に向かって平行ビームを照射する。その
装置は、また、物体の表面から偏光板を介して反射され
る光線を検出する機構を有している。この装置を用いる
開示された技術に基づいて、検出されるべき異物のパタ
ーンによって発生する信号と、物体の表面の通常のパタ
ーンによつて発生しかつ雑音成分として検出された信号
との間の、信号対雑音比が高められる。 米国特許第3,782,836号では、物体の表面に対して一
定の角度関係を有する方向に光線を向ける構造を有する
表面不規則解析装置を開示する。光線が表面の凹凸に当
たつたとき、入射方向と同じおよび逆以外の表面に角度
をなす方向に、その光線が反射される。表面の凹凸から
反射される光線の量は、光学的にまたは光電的に決定さ
れ、表面の凹凸の解析を与える。 発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、散乱光線の原理(the principle of
scattered light)を用いて表面上の異物粒子の存在を
検出する新規でかつ改良された方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の別の目的は、検査されるべき表面が、その上
に成形された印刷回路パターンを有する半導体ウェフア
の表面である、上述した方法および装置を得ることにあ
る。 本発明の更に別の目的は、表面上に存在することもあ
る望ましくない粒子によつて散乱された光線を検出する
ために、表面を照明するための新規を光学的構成を得る
ことにある。 本発明の更に別の目的は、垂直方向に拡開されかつ水
平方向に走査されるレーザ光線を接地角度で入射させ、
この光線によって表面を照明する、表面上の粒子を検出
する方法および装置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、散乱光線がビデオ・カメラ
によつて検出される、上述した方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の更に別の目的は、表面からの、あるいは、表
面上に存在しうる線路の印刷回路パターンからの、望ま
しくない反射光を最小に減じることができる、上述した
方法および装置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、検査されるべき表面が一度
に照明されるように構成された、上述した方法および装
置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、粒子からの散乱光線と、表
面それ自体からの回折光線との間の信号対雑音比を最大
にすることができる、上述した方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の更に別の目的は、黒い画面の照明用に用いる
ために特に設計された装置を得ることにある。 課題を解決するための手段 本発明装置は、物体の表面上に存在する粒子を検出す
るための粒子検出装置において、前記粒子検出装置は、 互いに直角をなす2軸の周りで並進運動するように取
り付けられ、かつ、前記2軸によって画成される平面に
対して直角をなす軸の周りで回転可能な、前記物体を保
持するためのホルダと、 前記表面上の所定の領域を接地角度で入射する平行光
線によって照射するための照射手段であって、平行光線
を発するレーザと、前記レーザからの前記平行光線を垂
直方向に拡開させると共に水平方向には平行を維持させ
る、第1の筒状レンズと、前記第1の筒状レンズを通過
した光線を垂直方向に平行にすると共に水平方向に収束
させる、球面レンズと、前記球面レンズを通過した光線
を、垂直方向に平行に維持した状態で、水平方向に走査
させて水平方向に拡開させる、走査装置と、前記走査装
置から発せられる走査光線を垂直方向に平行にする、第
2の筒状レンズとを有する、前記照射手段と、 前記領域の前記表面上に存在する粒子によって前記表
面上の前記領域から散乱した散乱光を検出するためのカ
メラ手段であって、前記粒子の寸法に比例する前記散乱
光の強さを検出するための、前記カメラ手段と、 を有することを特徴とする。 また、本発明方法は、物体の表面上の所定の領域にあ
る粒子を検出するための粒子検出方法であって、ホルダ
上に前記物体を取り付ける工程と、前記粒子が前記粒子
の寸法に比例する強さの光を散乱させるように、平行に
され、垂直方向に拡開され、水平方向に走査される光線
を、接地角度で、前記物体の前記表面の前記所定の領域
に入射させる工程と、前記表面自体からの回析光線と前
記表面上のパターンとが減少して最小になるように、前
記ホルダを前記入射光線に関して位置合わせする工程
と、前記表面の前記領域に存在する粒子からの散乱光を
カメラによって検出する工程とを有することを特徴とす
る。 発明の実施の形態 本発明は、散乱光線の原理を用いて、物体の表面上の
粒子の存在を検出するための方法及び装置に関するもの
である。 本発明によれば、検査されるべき表面上の領域が接地
角度で入射するレーザ光線によつて照明される。照明さ
れる表面上の領域がほぼ方形形状になるように、レーザ
光線が垂直方向に拡開されかつ水平方向に検査される。
ビデオ・カメラが物体の表面の上方に配置される。照射
される領域上に存在する粒子によつて散乱する光線が、
ビデオ・カメラ内の対物レンズによつて画定される視界
上で、ビデオ・カメラによつて検出される。入射光線が
表面に当たる角度およびカメラの位置決めのために、表
面からの鏡面反射光がカメラによつて検出される。この
表面は、入射光線に関して、所定位置に位置決めされ
る。この所定位置とは、照明領域からの回折光線が最小
になり、かつ、カメラが、カメラで検出される回折光線
が最小になる表面に関して、ある角度をもって配置され
る位置である。このビデオ・カメラの出力はコンピュー
タによって処理され、次いでモニタに表示される。次い
で、物体は入射光線に関して並進し、別の領域が検査さ
れる。以下同様に検査が行われる。本発明を用いると、
1ミクロン以下の粒子を組り返えして検出することがで
きる。 実施例 図面を参照すると、図1に示すように、本発明に基づ
いて構成された装置11は、物体の表面上の粒子の存在を
検出する際に用いられる。説明の便宜上、検査表面はパ
ターン化された半導体ウエハ15の上面13として示されて
いる。 公知のように、バターン化された半導体は、印刷回路
がその上面に成形されるウエハである。一般的に言え
ば、殆ど全てのパターン化された半導体ウエハでは、実
際の印刷回路をつくる線路のパターンは、主として、互
いに直交する2つの方向に延在する。 装置11は、図1において点線で示されている光線発生
部12を有している。図2にも示されている光線発生部12
は、強度の大きな平行光線を発生するヘリューム−ネオ
ン・レーザのような、レーザ光線17を有している。図6
に示すように、光源17から発射された偏光光線は約0.8m
mの直径の円形断面を有し、この偏光光線は、第1の筒
状レンズ19によって、垂直方向に拡開され、かつ、水平
方向には平行を維持している。球面レンズ21は、第1の
筒状レンズ19を通過した光線を垂直方向に平行にして、
光線が約2mmの高さを有するようにし、球面レンズ21
は、更に、光線を水平方向に収束させて、光線を走査装
置25の鏡23上に合焦させる。走査装置25としては、例え
ば走査検流計を使用することができる。走査検流計25に
よつて偏光された光線は、垂直方向に平行に維持された
状態で、水平方向に走査され、水平方向に拡開するが、
この光線は、走査検流計25からの距離がその焦点距離に
等しい距離に位置する第2の筒状レンズ29を通過する。
この走査検流計25は、走査するに際し、所定の円弧に沿
ってX−Y方向に往復運動するように構成され、これに
よって第2の筒状レンズ29に入射する光線を水平方向に
往復動させる。第2の筒状レンズ29は光線を水平方向に
平行し、その結果は、光線は、垂直方向に平行な状態を
維持しつつ、約0.8mmの幅を有する。走査検流計25は調
整つまみ31を有し、この調整つまみ31によって振幅すな
わち掃引の距離を変えることができる。 第2の筒状レンズ29を通過した光線は、垂直方向に拡
開されかつ水平方向に走査するが、この光線は接地角度
の入射で(すなわち、法線から約85度から約90度の間の
角度で)半導体ウエハ15の上面13上に照射されるが、こ
のとき、光線の偏光は入射面に垂直であり、かつ、上面
13上の領域は、方形に配置された点A,B,C,Dによって画
成される光線によつて照明される。上面13に当たる光線
の強さは、全領域A−B−C−Dに亘って均等ではな
く、辺CDに向つて減少していることは理解できる。しか
し、領域E−F−G−Hについては、光線の強さは比較
的均等である。 図2に示すように、半導体ウエハ15は、その上に成形
された印刷回路を構成する線路を有している。線路のパ
ターンは、第1方向Iに配置された第1の複数本の平行
線15−1と、第1方向に直角をなす第2方向Jに配置さ
れた第2の複数本の平行線15−2とからなっている。簡
略化のために、線路のパターンは図1に示されていな
い。本発明によれば、入射光線が各組の平行線路に対し
て45度の角度で表面に当たるように、半導体ウエハ15は
位置決めされる。この角度位置は、パターン化された表
面からの回折光線が最小になるところである。 光線発生部12を構成する要素は、ベース35に対して一
端で蝶番連結された二股板33上に装着される。二股板33
とベース35との間に接続された駆動機構37によって、二
股板33とベース35との間の角度、すなわち光線の入射角
度を選択的に変えられる。 日本の浜松TV株式会社によつて製造されるC1000−12
型のような高感度ビデオ・カメラ39が約90度の角度でウ
エハ15の上方に配置され、上面13上に存在する粒子から
の散乱光線を検出する。正確な角度は、カメラ39によつ
て受けられる回折光線が最小になるところである。 ウエハ15は、真空チャックの形態になっているホルダ
40上に置かれる。ホルダ40は、モータ43によつて縦軸A
のまわりで回転できる垂直軸41上に装着されるので、ウ
エハ15は、回折光線が最小になる上述した角度位置に対
して、入射光線に関して回転される。モータ43は、2つ
のステップ駆動モータ47,49によつて相互に直交する2
つの方向に平行移動可能なブラットホーム45上に装着さ
れるので、ウエハ15の全表面を照射光線によつて一度に
照明することができる。 カメラ39は、モニタまたはディスプレイ53に連結され
たコンピュータ51K接続される。コンピュータおよびデ
ィスプレイを除く全体の装置11は、遮光ハウジング55内
に包囲されている。 装置11は、以下のように使用される。検査されるウエ
ハ15はホルグ40上に置かれる。ウエハ15を固定し、長方
形A−B−C−Dによつて画定される表面13上の領域
が、光学系12からの水平方向に走査し、垂直方向に拡開
された光線によつて照明される。カメラ39の焦点は、入
射光線の強さが均等になる領域A−B−C−Dの一部E
−F−G−H上に合せる。次いで、ウエハ15は、ウエハ
の面に垂直な軸のまわりで(軸Aのまわりでホルダ40を
回転することによって)回転され、ウエハ15が回転する
のに伴ってカメラ39によつて検出される回折または背景
光線を観測し、ウエハ表面自体およびウエハ15上の線路
のパターンからの回折光線が最小になるような、入射光
線57に関する所望の角度位置を得る。2組の相互に直交
するパターン線路を有するウエハ15のような、パターン
化された半導体ウエハについて、角度が図示するように
2組のパターン線路に対して45度になる。また、板33は
正確に接線角(grazing angle)に調節される。この接
線角においては、カメラ39によつて受けられる回折光線
が最小になり、また、カメラ39は回折光線が最小になる
角度Bまで傾けられる。図2に示すように、ウエハ15を
最適角度位置に固定し、散乱光をカメラ39によつて検出
し、コンピュータ51で処理し、ディスプレイ53上に表示
する。ウエハ15は、プラットホーム45を動かすことによ
って、平行に動かされるので、表面13上の他の領域は一
度に必要に応じて検査される。 図3においては、表面13およびその上にあるパターン
線路からの回折光線がさらに最小になる装置の読出し部
分の変更が示されている。表面13の上方に配置されたレ
ンズ71は、マスク73上の表面のフーリエ変換を形成す
る。マスク73はパターン化表面のフーリエ変換に対応す
るパターンを含む。したがつて、表面上の粒子からの散
乱光線がマスクされるのではなく、表面13からのすべて
の光線がマスクされる。カメラ39のレンズ75は、カメラ
39のターゲット77上の表面13を映す。 本発明のさらに別の変更例においては、第4図に示す
ように、散乱光線と背景光線との間の信号対雑音比が偏
光器91を定置することによって、さらに改善される。偏
光器91はカメラ39の前面において入射光線の偏光に関し
て交差偏光される。 図5に示す別の変更例においては、レンズ81がマスク
83上に表面13の映像を成形する。マスク83は、すべての
所定の望ましくない光線に対応するパターンを含んでい
る。カメラ39の対物レンズ75は関心領域上にあるマスク
81上に焦点を結ぶ。照明光線は、垂直方向に拡開されか
つ水平方向に走査する代りに、水平方向に拡開されかつ
垂直方向に走査してもよい。
る方法および装置に関し、さらに詳しく言えば、パター
ン化された半導体ウエハのような物体の表面上に存する
異物の数および寸法を散乱光線の原理を用いて検出・測
定する方法および装置に関するものである。 従来の技術 本発明は、パターン化された半導体ウエハの表面上に
存する粒子を検出することに関連して、以下、詳細に説
明されるが、本発明はそのような特別の形体の物体の表
面に限定されるものではなく、むしろ新品の半導体ウエ
ハ、薄膜半導体ウエハ、被覆または無被覆アルミニウム
・メモリ・ディスクのような、その他の物体の表面上の
粒子の存在を検出する際に有用である。 従来、半導体ウエハの表面上に一定寸法以上の一つま
たはそれ以上の粒子が存在するか、または、極端な数の
粒子がその表面に存在するウエハを拒絶するために、そ
の表面上の粒子の数及び寸法を検出・測定するための種
々の方法がある。 最も関連のある方法の1つは、明暗マイクロスコープ
を用いた人間の操作によるものである。作業者は肉眼で
粒子の数を実際に計測し、1から20ミクロンの間にある
粒子の寸法を識別する。次いで、極端を数の粒子を乗せ
たもの、または、一定寸法以上の粒子を乗せたものを拒
絶する。この方法は、疑いもなく人件費の点で、また、
チップの検査および生産後の拒絶数の数で(誤って見過
されたウエハは異物の存在のために、例えば短絡等の電
気的欠陥をもつことが分っている。)、きわめて不正確
かつ高価である。 米国特許第4,377,340号においては、キセロン・アー
ク灯からの強力な平行光線が、半導体ウエハのような材
料の表面に、外部からの光がない状態で、通常の入射で
平行ミラーおよびピン・ホール装置を介して向けられ、
そのときに粒子が光線を散乱し、その表面が高感度TVカ
メラによつて捉えられ、そのカメラが、散乱光ではある
が鏡のように反射しない光を検出するように軸をはずし
て定置され、監視スクリーン上に表示するような、材料
表面上の異物の数および寸法の検出・測定装置が開示さ
れている。 1970年3月号のIBM Technical Disclosure Bulletin
Vol.2,No.10第1672−1673ページには、平行光線が検査
されるべき面に不定の入射角で当たる反射面上の、繰返
しの幾何学的欠点を検出するための装置が開示されてい
る。入射角と同じ軸に沿う散乱光は、望遠鏡を介して光
倍増管に向けられるo 1978年11月号のIBM Technical Disclosure Bulletin
Vol.2,No.6第2336−2337ページには、複数のリング状光
源からの光線がウエハ表面に傾斜角度で衝突し、その表
面から上方に直角に散乱する光線が広帯域配列検出器内
にレンズ系によつて供給される。 米国特許第2,947,212号においては、光源からの光線
がライン・マーキングにほぼ垂直左方向にシート状金属
の表面に向けられる、ライン・マーキングを有するシー
ト状金属のストリップの表面状態を検出する方法が開示
されている。ラインに垂直でかつ好ましくは入射角と反
射角との間にある選択された方向の非鏡面反射が、反射
光の強さの変化によって表面欠陥を検出することができ
る光一電子素子によつて監視される。入射光線は偏光さ
れ、また、選択された非鏡面反射光線がこのような偏光
線のみを通過させるようにろ過される。 米国特許第4,342,515号には、半導体ウエハのような
物体の表面上の好ましくない異物の存在を検出するため
の検査装置が開示されているoその装置は、平行ビーム
発生器部分を有している。その部分は、側部から、検査
されるべき物体に向かって平行ビームを照射する。その
装置は、また、物体の表面から偏光板を介して反射され
る光線を検出する機構を有している。この装置を用いる
開示された技術に基づいて、検出されるべき異物のパタ
ーンによって発生する信号と、物体の表面の通常のパタ
ーンによつて発生しかつ雑音成分として検出された信号
との間の、信号対雑音比が高められる。 米国特許第3,782,836号では、物体の表面に対して一
定の角度関係を有する方向に光線を向ける構造を有する
表面不規則解析装置を開示する。光線が表面の凹凸に当
たつたとき、入射方向と同じおよび逆以外の表面に角度
をなす方向に、その光線が反射される。表面の凹凸から
反射される光線の量は、光学的にまたは光電的に決定さ
れ、表面の凹凸の解析を与える。 発明が解決しようとする課題 本発明の目的は、散乱光線の原理(the principle of
scattered light)を用いて表面上の異物粒子の存在を
検出する新規でかつ改良された方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の別の目的は、検査されるべき表面が、その上
に成形された印刷回路パターンを有する半導体ウェフア
の表面である、上述した方法および装置を得ることにあ
る。 本発明の更に別の目的は、表面上に存在することもあ
る望ましくない粒子によつて散乱された光線を検出する
ために、表面を照明するための新規を光学的構成を得る
ことにある。 本発明の更に別の目的は、垂直方向に拡開されかつ水
平方向に走査されるレーザ光線を接地角度で入射させ、
この光線によって表面を照明する、表面上の粒子を検出
する方法および装置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、散乱光線がビデオ・カメラ
によつて検出される、上述した方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の更に別の目的は、表面からの、あるいは、表
面上に存在しうる線路の印刷回路パターンからの、望ま
しくない反射光を最小に減じることができる、上述した
方法および装置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、検査されるべき表面が一度
に照明されるように構成された、上述した方法および装
置を得ることにある。 本発明の更に別の目的は、粒子からの散乱光線と、表
面それ自体からの回折光線との間の信号対雑音比を最大
にすることができる、上述した方法および装置を得るこ
とにある。 本発明の更に別の目的は、黒い画面の照明用に用いる
ために特に設計された装置を得ることにある。 課題を解決するための手段 本発明装置は、物体の表面上に存在する粒子を検出す
るための粒子検出装置において、前記粒子検出装置は、 互いに直角をなす2軸の周りで並進運動するように取
り付けられ、かつ、前記2軸によって画成される平面に
対して直角をなす軸の周りで回転可能な、前記物体を保
持するためのホルダと、 前記表面上の所定の領域を接地角度で入射する平行光
線によって照射するための照射手段であって、平行光線
を発するレーザと、前記レーザからの前記平行光線を垂
直方向に拡開させると共に水平方向には平行を維持させ
る、第1の筒状レンズと、前記第1の筒状レンズを通過
した光線を垂直方向に平行にすると共に水平方向に収束
させる、球面レンズと、前記球面レンズを通過した光線
を、垂直方向に平行に維持した状態で、水平方向に走査
させて水平方向に拡開させる、走査装置と、前記走査装
置から発せられる走査光線を垂直方向に平行にする、第
2の筒状レンズとを有する、前記照射手段と、 前記領域の前記表面上に存在する粒子によって前記表
面上の前記領域から散乱した散乱光を検出するためのカ
メラ手段であって、前記粒子の寸法に比例する前記散乱
光の強さを検出するための、前記カメラ手段と、 を有することを特徴とする。 また、本発明方法は、物体の表面上の所定の領域にあ
る粒子を検出するための粒子検出方法であって、ホルダ
上に前記物体を取り付ける工程と、前記粒子が前記粒子
の寸法に比例する強さの光を散乱させるように、平行に
され、垂直方向に拡開され、水平方向に走査される光線
を、接地角度で、前記物体の前記表面の前記所定の領域
に入射させる工程と、前記表面自体からの回析光線と前
記表面上のパターンとが減少して最小になるように、前
記ホルダを前記入射光線に関して位置合わせする工程
と、前記表面の前記領域に存在する粒子からの散乱光を
カメラによって検出する工程とを有することを特徴とす
る。 発明の実施の形態 本発明は、散乱光線の原理を用いて、物体の表面上の
粒子の存在を検出するための方法及び装置に関するもの
である。 本発明によれば、検査されるべき表面上の領域が接地
角度で入射するレーザ光線によつて照明される。照明さ
れる表面上の領域がほぼ方形形状になるように、レーザ
光線が垂直方向に拡開されかつ水平方向に検査される。
ビデオ・カメラが物体の表面の上方に配置される。照射
される領域上に存在する粒子によつて散乱する光線が、
ビデオ・カメラ内の対物レンズによつて画定される視界
上で、ビデオ・カメラによつて検出される。入射光線が
表面に当たる角度およびカメラの位置決めのために、表
面からの鏡面反射光がカメラによつて検出される。この
表面は、入射光線に関して、所定位置に位置決めされ
る。この所定位置とは、照明領域からの回折光線が最小
になり、かつ、カメラが、カメラで検出される回折光線
が最小になる表面に関して、ある角度をもって配置され
る位置である。このビデオ・カメラの出力はコンピュー
タによって処理され、次いでモニタに表示される。次い
で、物体は入射光線に関して並進し、別の領域が検査さ
れる。以下同様に検査が行われる。本発明を用いると、
1ミクロン以下の粒子を組り返えして検出することがで
きる。 実施例 図面を参照すると、図1に示すように、本発明に基づ
いて構成された装置11は、物体の表面上の粒子の存在を
検出する際に用いられる。説明の便宜上、検査表面はパ
ターン化された半導体ウエハ15の上面13として示されて
いる。 公知のように、バターン化された半導体は、印刷回路
がその上面に成形されるウエハである。一般的に言え
ば、殆ど全てのパターン化された半導体ウエハでは、実
際の印刷回路をつくる線路のパターンは、主として、互
いに直交する2つの方向に延在する。 装置11は、図1において点線で示されている光線発生
部12を有している。図2にも示されている光線発生部12
は、強度の大きな平行光線を発生するヘリューム−ネオ
ン・レーザのような、レーザ光線17を有している。図6
に示すように、光源17から発射された偏光光線は約0.8m
mの直径の円形断面を有し、この偏光光線は、第1の筒
状レンズ19によって、垂直方向に拡開され、かつ、水平
方向には平行を維持している。球面レンズ21は、第1の
筒状レンズ19を通過した光線を垂直方向に平行にして、
光線が約2mmの高さを有するようにし、球面レンズ21
は、更に、光線を水平方向に収束させて、光線を走査装
置25の鏡23上に合焦させる。走査装置25としては、例え
ば走査検流計を使用することができる。走査検流計25に
よつて偏光された光線は、垂直方向に平行に維持された
状態で、水平方向に走査され、水平方向に拡開するが、
この光線は、走査検流計25からの距離がその焦点距離に
等しい距離に位置する第2の筒状レンズ29を通過する。
この走査検流計25は、走査するに際し、所定の円弧に沿
ってX−Y方向に往復運動するように構成され、これに
よって第2の筒状レンズ29に入射する光線を水平方向に
往復動させる。第2の筒状レンズ29は光線を水平方向に
平行し、その結果は、光線は、垂直方向に平行な状態を
維持しつつ、約0.8mmの幅を有する。走査検流計25は調
整つまみ31を有し、この調整つまみ31によって振幅すな
わち掃引の距離を変えることができる。 第2の筒状レンズ29を通過した光線は、垂直方向に拡
開されかつ水平方向に走査するが、この光線は接地角度
の入射で(すなわち、法線から約85度から約90度の間の
角度で)半導体ウエハ15の上面13上に照射されるが、こ
のとき、光線の偏光は入射面に垂直であり、かつ、上面
13上の領域は、方形に配置された点A,B,C,Dによって画
成される光線によつて照明される。上面13に当たる光線
の強さは、全領域A−B−C−Dに亘って均等ではな
く、辺CDに向つて減少していることは理解できる。しか
し、領域E−F−G−Hについては、光線の強さは比較
的均等である。 図2に示すように、半導体ウエハ15は、その上に成形
された印刷回路を構成する線路を有している。線路のパ
ターンは、第1方向Iに配置された第1の複数本の平行
線15−1と、第1方向に直角をなす第2方向Jに配置さ
れた第2の複数本の平行線15−2とからなっている。簡
略化のために、線路のパターンは図1に示されていな
い。本発明によれば、入射光線が各組の平行線路に対し
て45度の角度で表面に当たるように、半導体ウエハ15は
位置決めされる。この角度位置は、パターン化された表
面からの回折光線が最小になるところである。 光線発生部12を構成する要素は、ベース35に対して一
端で蝶番連結された二股板33上に装着される。二股板33
とベース35との間に接続された駆動機構37によって、二
股板33とベース35との間の角度、すなわち光線の入射角
度を選択的に変えられる。 日本の浜松TV株式会社によつて製造されるC1000−12
型のような高感度ビデオ・カメラ39が約90度の角度でウ
エハ15の上方に配置され、上面13上に存在する粒子から
の散乱光線を検出する。正確な角度は、カメラ39によつ
て受けられる回折光線が最小になるところである。 ウエハ15は、真空チャックの形態になっているホルダ
40上に置かれる。ホルダ40は、モータ43によつて縦軸A
のまわりで回転できる垂直軸41上に装着されるので、ウ
エハ15は、回折光線が最小になる上述した角度位置に対
して、入射光線に関して回転される。モータ43は、2つ
のステップ駆動モータ47,49によつて相互に直交する2
つの方向に平行移動可能なブラットホーム45上に装着さ
れるので、ウエハ15の全表面を照射光線によつて一度に
照明することができる。 カメラ39は、モニタまたはディスプレイ53に連結され
たコンピュータ51K接続される。コンピュータおよびデ
ィスプレイを除く全体の装置11は、遮光ハウジング55内
に包囲されている。 装置11は、以下のように使用される。検査されるウエ
ハ15はホルグ40上に置かれる。ウエハ15を固定し、長方
形A−B−C−Dによつて画定される表面13上の領域
が、光学系12からの水平方向に走査し、垂直方向に拡開
された光線によつて照明される。カメラ39の焦点は、入
射光線の強さが均等になる領域A−B−C−Dの一部E
−F−G−H上に合せる。次いで、ウエハ15は、ウエハ
の面に垂直な軸のまわりで(軸Aのまわりでホルダ40を
回転することによって)回転され、ウエハ15が回転する
のに伴ってカメラ39によつて検出される回折または背景
光線を観測し、ウエハ表面自体およびウエハ15上の線路
のパターンからの回折光線が最小になるような、入射光
線57に関する所望の角度位置を得る。2組の相互に直交
するパターン線路を有するウエハ15のような、パターン
化された半導体ウエハについて、角度が図示するように
2組のパターン線路に対して45度になる。また、板33は
正確に接線角(grazing angle)に調節される。この接
線角においては、カメラ39によつて受けられる回折光線
が最小になり、また、カメラ39は回折光線が最小になる
角度Bまで傾けられる。図2に示すように、ウエハ15を
最適角度位置に固定し、散乱光をカメラ39によつて検出
し、コンピュータ51で処理し、ディスプレイ53上に表示
する。ウエハ15は、プラットホーム45を動かすことによ
って、平行に動かされるので、表面13上の他の領域は一
度に必要に応じて検査される。 図3においては、表面13およびその上にあるパターン
線路からの回折光線がさらに最小になる装置の読出し部
分の変更が示されている。表面13の上方に配置されたレ
ンズ71は、マスク73上の表面のフーリエ変換を形成す
る。マスク73はパターン化表面のフーリエ変換に対応す
るパターンを含む。したがつて、表面上の粒子からの散
乱光線がマスクされるのではなく、表面13からのすべて
の光線がマスクされる。カメラ39のレンズ75は、カメラ
39のターゲット77上の表面13を映す。 本発明のさらに別の変更例においては、第4図に示す
ように、散乱光線と背景光線との間の信号対雑音比が偏
光器91を定置することによって、さらに改善される。偏
光器91はカメラ39の前面において入射光線の偏光に関し
て交差偏光される。 図5に示す別の変更例においては、レンズ81がマスク
83上に表面13の映像を成形する。マスク83は、すべての
所定の望ましくない光線に対応するパターンを含んでい
る。カメラ39の対物レンズ75は関心領域上にあるマスク
81上に焦点を結ぶ。照明光線は、垂直方向に拡開されか
つ水平方向に走査する代りに、水平方向に拡開されかつ
垂直方向に走査してもよい。
【図面の簡単な説明】
図1は、パターン化された半導体ウエハの表面上の粒子
の存在を検出するために、本発明に基づいて構成された
装置の一実施例の概略説明図である。 図2は、図1に示す装置の一部とウエハの平面図であつ
て、ウエハが入射光線ビームに関してどのように角度を
付けて向けられるかということを示す図である。 図3は、図2に示す装置の一部の変更例を示す図であ
る。 図4は、図2に示す装置の一部の別の変更例を示す図で
ある。 図5は、図2に示す装置の一部のさらに別の変更例を示
す図である。 図6は、図1及び図2に示した本発明装置によってウエ
ハを照射する際の光線の変化の状態を表す斜視図であ
る。 符号の説明 11:本発明の粒子検出装置 12:光線発生部 13:上面 15:半尊体ウエハ 17:レーザ光源 19:第1の筒状レンズ 21:球面レンズ 25:走査装置(走査検流計) 29:第2の筒状レンズ 33:二股板 35:ベース 39:カメラ 40:ホルダ 41:垂直軸 43:モータ 45:プラットホーム 47,49:ステップ駆動モータ 51:コンピュータ 53:ディスプレイ 73:マスク
の存在を検出するために、本発明に基づいて構成された
装置の一実施例の概略説明図である。 図2は、図1に示す装置の一部とウエハの平面図であつ
て、ウエハが入射光線ビームに関してどのように角度を
付けて向けられるかということを示す図である。 図3は、図2に示す装置の一部の変更例を示す図であ
る。 図4は、図2に示す装置の一部の別の変更例を示す図で
ある。 図5は、図2に示す装置の一部のさらに別の変更例を示
す図である。 図6は、図1及び図2に示した本発明装置によってウエ
ハを照射する際の光線の変化の状態を表す斜視図であ
る。 符号の説明 11:本発明の粒子検出装置 12:光線発生部 13:上面 15:半尊体ウエハ 17:レーザ光源 19:第1の筒状レンズ 21:球面レンズ 25:走査装置(走査検流計) 29:第2の筒状レンズ 33:二股板 35:ベース 39:カメラ 40:ホルダ 41:垂直軸 43:モータ 45:プラットホーム 47,49:ステップ駆動モータ 51:コンピュータ 53:ディスプレイ 73:マスク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マリオ・エイ・マルダリ
アメリカ合衆国マサチューセッツ州
01775,ストウ,ゲーツ・レーン 79
(72)発明者 ヒトシ・イイダ
アメリカ合衆国ニュージャージー州
07933,ジレット,ダンブリッジ・レー
ン 21
(56)参考文献 特開 昭57−80546(JP,A)
特開 昭56−85834(JP,A)
IBM Technical Dis
closure Bulletin,V
ol.27,No.12 (1985) P.
6971−6973
IBM Technical Dis
closure Bulletin,V
ol.27,No.12 (1985) P.
6999−7001
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.物体の表面上に存在する粒子を検出するための粒子
検出装置において、前記粒子検出装置は、 a.互いに直角をなす2軸の周りで並進運動するように取
り付けられ、かつ、前記2軸によって画成される平面に
対して直角をなす軸の周りで回転可能な、前記物体を保
持するためのホルダと、 b.前記表面上の所定の領域を接地角度で入射する平行光
線によって照射するための照射手段であって、平行光線
を発するレーザと、前記レーザからの前記平行光線を垂
直方向に拡開させると共に水平方向には平行を維持させ
る、第1の筒状レンズと、前記第1の筒状レンズを通過
した光線を垂直方向に平行にすると共に水平方向に収束
させる、球面レンズと、前記球面レンズを通過した光線
を、垂直方向に平行に維持した状態で、水平方向に走査
させて水平方向に拡開させる、走査装置と、前記走査装
置から発せられる走査光線を垂直方向に平行にする、第
2の筒状レンズとを有する、前記照射手段と、 c.前記領域の前記表面上に存在する粒子によって前記表
面上の前記領域から散乱した散乱光を検出するためのカ
メラ手段であって、前記粒子の寸法に比例する前記散乱
光の強さを検出するための、前記カメラ手段と、 を有することを特徴とする、粒子検出装置。 2.特許請求の範囲第1項に記載の粒子検出装置におい
て、前記カメラ手段は、前記表面に対して約90度の角度
で前記表面の上方に配置されている、前記粒子検出装
置。 3.特許請求の範囲第2項に記載の粒子検出装置におい
て、前記カメラ手段はビデオカメラである、前記粒子検
出装置。 4.特許請求の範囲第1項に記載の粒子検出装置におい
て、前記物体の表面は模様付けされた面であり、前記粒
子検出装置は、更に、前記模様付けされた面と前記カメ
ラ手段との間に位置し、且つ、粒子が存在しない状態で
の前記模様付けされた面のフーリエ変換に対応する模様
を有する、マスクと、前記模様付けされた面と前記マス
クとの間に配置され、且つ、前記マスク上で前記模様付
けされたフーリエ変換を行う、レンズとを有する、前記
粒子検出装置。 5.特許請求の範囲第1項に記載の粒子検出装置におい
て、前記平行光線は偏光されると共に偏光の初期状態を
有し、前記粒子検出装置は、更に、前記カメラ手段の間
に配置され、且つ、前記平行光線の前記偏光の初期状態
に関して交差偏光された、前記粒子検出装置。 6.特許請求の範囲第1項に記載の粒子検出装置におい
て、更に、所期の全ての不要な光の模様を有し、且つ、
前記面と前記カメラ手段との間に配置された、マスク
と、前記マスクの面を映すためのレンズとを有する、前
記粒子検出装置。 7.物体の表面上の所定の領域にある粒子を検出するた
めの粒子検出方法において、 a.ホルダ上に前記物体を取り付ける工程と、 b.前記粒子が前記粒子の寸法に比例する強さの光を散乱
させるように、平行にされ、垂直方向に拡開され、水平
方向に走査される光線を、接地角度で、前記物体の前記
表面の前記所定の領域に入射させる工程と、 c.前記表面自体からの回析光線と前記表面上のパターン
とが減少して最小になるように、前記ホルダを前記入射
光線に関して位置合わせする工程と、 d.前記表面の前記領域に存在する粒子からの散乱光をカ
メラによって検出する工程と、 を有することを特徴とする、粒子検出方法。 8.特許請求の範囲第7項に記載の粒子検出方法におい
て、前記散乱光の検出は、前記垂直方向に拡開され且つ
水平方向に走査される平行光線によって照射された、前
記領域の少なくとも一部に、前記カメラを合焦させるこ
とによって行われる、前記粒子検出方法。 9.特許請求の範囲第8項に記載の粒子検出方法におい
て、前記表面の位置合わせは、前記物体を垂直軸の周り
に回転させることによって行われる、前記粒子検出方
法。 10.特許請求の範囲第7項に記載の粒子検出方法にお
いて、前記垂直方向に拡開され且つ水平方向に走査され
た平行光線は、偏光されると共に偏光の初期状態を有
し、前記粒子検出方法は、更に、前記平行光線を接地角
度で入射させる工程の後で、且つ、前記検出する工程の
前に、前記散乱光を、前記偏光の初期状態に関して交差
偏光された偏光子に通過させる工程を有する、前記粒子
検出方法。 11.特許請求の範囲第7項に記載の粒子検出方法にお
いて、更に、前記平行光線を接地角度で入射させる工程
の後で、且つ、前記検出する工程の前に、所定のあらゆ
る不要な光を遮断する工程を有する、前記粒子検出方
法。 12.特許請求の範囲第7項に記載の粒子検出方法にお
いて、前記表面は模様付けされた面であり、前記粒子検
出方法は、更に、前記平行光線を接地角度で入射させる
工程の後で、且つ、前記検出する工程の前に、前記模様
付けされた面の模様によって散乱した光を遮蔽する工程
を有する、前記粒子検出方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/922,478 US4772126A (en) | 1986-10-23 | 1986-10-23 | Particle detection method and apparatus |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63204140A JPS63204140A (ja) | 1988-08-23 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
US (1) | US4772126A (ja) |
EP (1) | EP0265229A3 (ja) |
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