JP3770604B2 - 異物検査装置及びｄｒａｍの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は異物検査に係り、特に半導体ウエハ上や液晶基板上の微細な異物の検出を行う異物検査装置及び異物検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面検査に用いられる装置にはレ−ザ光を被検査体の表面に照射し、その散乱光を受光して被検査体の表面の形状測定や異物の検査を行うものがある。
これらの検査に用いられる技術としてまずフライングスポット法と呼ばれる方法がある。このフライングスポット法は、例えばレ−ザ光源から出力された平行レ−ザ光をレンズ系で絞った後に光走査手段によりその光ビームを被検査体表面に照射して走査し、この被検査体表面からの反射レ−ザ光または透過光を受光検出系により受光して光電変換する。そして光電変換後の電気信号を処理して検査結果を得るものである。
図１９はフライングスポット法を適用した異物検査装置の構成図である（第１の従来例）。載置台１上には半導体ウエハ２が載置されている。一方、レ−ザ発振器３から出力されたレ−ザ光がコリメートレンズ４により平行光に形成されガルバノミラー５へ送られる。このガルバノミラー５は平行光を走査して集光光学系６を通して半導体ウエハ２の表面に所定範囲の角度で照射する。このとき、集光光学系６は平行光をスポット光に成形する。従って半導体ウエハ２にはレーザスポット光が走査される。
【０００３】
また半導体ウエハ２の上方にはラインセンサ７および各受光素子８・９が配置されている。ラインセンサ７は半導体ウエハ２からの正反射レ−ザ光を受光する位置に配置され、また各受光素子８・９は半導体ウエハ２からの散乱光を受光する位置に配置されている。これらラインセンサ７および各受光素子８・９から出力された電気信号は測定回路１０に送られ、この測定回路１０は各電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着などの有無を判断する。
次に他の技術として図２０に示す検査装置がある（第２の従来例）。ＸＹテーブル１１上には半導体ウエハ２が載置されている。そして半導体ウエハ２のわずか上方には容器１２が配置されている。この容器１２は半円球状に形成され、その内面には複数の受光素子１３が設けられている。一方、ＸＹテーブル１１の上方にはレ−ザ発振器３が配置されている。このレ−ザ発振器３より出力されたレ−ザ光は集光光学系１４、ハーフミラー１５および容器１２を通って半導体ウエハ２に照射される。
この場合レ−ザ光は半導体ウエハ２に対して垂直方向に照射される。これにより半導体ウエハ２からの散乱光は各受光素子１３により受光される。また半導体ウエハ２からの正反射光はハーフミラー１５に到達し、このハーフミラー１５で反射して集光光学系１６を通って受光素子１７で受光される。そして、各受光素子１３・１７から出力される電気信号は測定回路１８に送られ、この測定回路１８は各電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着などの有無などを判断する。この場合散乱光を受光した受光素子１３の位置により半導体ウエハ２の表面の傷や異物の位置が測定される。
【０００４】
なお、ＸＹテーブル１１はＸＹテーブル制御装置１９により制御駆動されてレ−ザ光が半導体ウエハ２上を走査するものとなっている。
更に弊社の先願である特開平３−１２８４４５号公報の開示技術では図２１および図２２に示すようになっている（第３の従来例）。図２１に示すようにＸＹθテーブル２０上に半導体ウエハ２が載置されている。
一方レ−ザ発振器３が備えられ、このレ−ザ発振器３から出力されるレ−ザ光の光軸上にはコリメートレンズ４、反射ミラー２１が順次配置されている。この反射ミラー２１の反射レ−ザ光路上にはガルバノミラー５が配置されている。このガルバノミラー５により走査されたレ−ザ光は集光光学系２２を介して半導体ウエハ２の表面上に照射される。この場合、ガルバノミラー５により走査されたレ−ザ光の走査平面は半導体ウエハ２の表面に対して垂直になっている。
また、この半導体ウエハ２の上方には各ラインセンサ７が配置されている。これらラインセンサ７はレ−ザ光の走査方向に対して平行でかつ図２２のようにレ−ザ光の照射位置に対して角度φ１ （５°≦φ１ ≦４０°）の角度の散乱光を受光する位置に配置されている。これらのラインセンサ７から出力される電気信号は検出部２３に送られている。
【０００５】
この検出部２３は各電気信号を受けてこれらの電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着の有無などを判断する機能を有している。
ところで、特開昭６４−３５４５ 号公報の第２頁左上欄第１２行目乃至第２頁右上欄第４行目には、所定の平面内において回転されるパターンつきウエハ表面の所定の部位にＳ（Ｓｅｎｋｒｅｃｈｔ） 偏光を照射すると同時に、Ｐ（Ｐａｒａｌｌｅｌ）偏光を照射しつつ走査し、その反射光に含まれる所定の偏光成分の光量を検出してパターンに付着した異物を検出する技術が開示されている（第５の従来例）。この公開特許公報には、この異物検査装置の図は示されていないが、開示内容から考えると図２３に示すような装置になると考えられる。
加えて、特開昭６４−３５４５ 号公報や、特開平５−１８８８９ 号公報に開示されているような、複数の光検出器を備え、各々で検出された光強度の比を求めて異物を検査するという、検査装置もある（第６の従来例）。これらの装置は第５の従来例の欠点を解消するものされている。
更には、特開昭６１−１８０１２８ 号公報や、特開平２−２８４０４７号公報には板状物に偏光を照射し、その結果生じた反射光や散乱光を偏光手段により偏光にした後検出して、これらの結果から異物を検査するという検査装置も示されている（第７の従来例）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような構成の従来の異物検査装置では、以下に述べるような問題点が発生してくる。
まず、近年の開発需要では、より記憶容量の高い半導体や磁性体が求められており、これらの開発製品では非常に細かい傷や異物、例えば０．１μｍ程度の大きさのものでさえ、製品の品質に支障を来たしてしまう。
それに対して、上記の第１の従来例および第２の従来例では、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では０．３μｍ以上の大きさの傷や異物を検出することしかできない。そして金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では０．５μｍ以上の大きさの傷や異物を検出することしかできない。
即ち上記の第１の従来例および第２の従来例では受光素子８・９・１３に入射するごく一部の正反射光と０．１μｍ程度の大きさの傷や異物との区別が不可能であるので、０．１μｍ程度の大きさの傷や異物をもノイズとして検出してしまう。
また第３の従来例については鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では０．１μｍ程度の大きさの傷や異物を検出できるようになったがランダム偏光を光源に用いているために０．１μｍ程度の大きさの傷や異物の散乱光だけではなく半導体ウエハ２本体の散乱光をも受光素子８・９・１３で検出してしまうため０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が困難であるという欠点がある。そして金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では、同様にして０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が困難であるという欠点がある。
【０００７】
しかし、現在開発中の６４Ｍ ＤＲＡＭ以降の世代の半導体の製造工程では鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では略０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が必要であり、更に金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では、略０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が必要となっていた。故に、従来の異物検査装置に比べて半導体ウエハ上の傷や異物の検出感度の向上が望まれていた。
また第５の従来例乃至第７の従来例について言及すると、まず第５の従来例については、表面にパターンが単層状に形成されているウエハのみに限定して検出できるものであるので多層状のパターンには対応できず、また反射光に含まれている所定の偏光成分を抽出する工程を経なければならなかった。
第６の従来例については、検出器を必ず複数設置しなければならないのに加えてＰ偏光とＳ偏光との検出強度の比をとるという処理が必要であったので装置の構成及び信号処理の方法が複雑なものとなっていた。
第７の従来例については、反射光や散乱光を偏光手段により偏光にした後それぞれの偏光成分について異物を検出しなければならなかったので装置の構成が複雑及び信号処理の方法が複雑なものとなっていた。
【０００８】
更には、従来の方法では図２４に示すように、特定の範囲の粒径の異物（ここでは略０．１μｍ乃至略０．２μｍ）に対しては線形特性の良い検出強度曲線が得られるが、それより大きな粒径の異物に対しては検出強度曲線の線形特性が悪くなり、散乱光強度から正確な異物の大きさを特定することが困難となっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような技術的課題を解決するためになされたものであり、
レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光の偏光角を可変させる偏光成分可変手段と、被検査物表面に照射された前記レーザ光の散乱光を検出する検出系と、この検出系により検出された前記散乱光の強度に基いて前記被検査物表面の傷もしくは異物を検出する検出手段とを備え、前記被検査物表面に照射される前記レーザ光の偏光状態が、前記被検査物表面の状態に応じてＰ偏光もしくはＳ偏光いずれか一方に切り替え可能に設けられており、前記被検査物が表面に鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハの場合はＰ偏光のレーザ光を照射し、前記被検査物が表面に金属膜をもつ半導体ウエハの場合はＳ偏光のレーザ光を照射するよう設定可能に構成されている異物検査装置を提供する。
このとき前記レーザ光は、前記被検査物表面に対して５°乃至２０°の角度で入射されるように構成されていることが好ましい。
また本発明は、検査される表面が鏡面である半導体ウエハもしくは検査される表面に酸化膜または金属膜を有する半導体ウエハの前記検査される表面の傷もしくは異物を検出する検出工程において、上記の異物検査装置を用いるＤＲＡＭの製造方法を提供する。
【００１０】
【作用】
本発明の異物検査装置及び異物検査方法は上記した従来例のうち第３の従来例の光源にＰ偏光やＳ偏光を用いる簡易な構成や信号処理方法により傷や異物の検出感度を高めることを達成し、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上の０．１μｍ以下の傷や異物や、金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上の０．２μｍ以下の大きさの傷や異物を検出できる様にしている。
また、Ｐ偏光とＳ偏光との切り換えをして、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハウエハ上の０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出はＰ偏光を用いて行い、傷や異物の検出感度を高めている。金属膜の表面被膜をもつ半導体ウエハ上の０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出はＳ偏光を用いて行い、傷や異物の検出感度を高めている。
そして、異物の粒径の範囲によりＰ偏光による検出データとＳ偏光による検出データとを選択して採用することにより傷や異物の検出感度を高めている。
【００１１】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。被検査体の半導体ウエハ２は、θテーブル２４とＸテーブル２５とを組み合わせた載置台２６の上に載置されている。また光照射系は直線偏光を出力するＡｒ＋ レ−ザ発振器２７（波長：４８８ｎｍ）、１／２ 波長板２８、反射ミラー２９、集光レンズ３０から構成されている。レ−ザ発振器２７から出力した直線偏光の光束は１／２ 波長板２８を通過し反射ミラー２９で反射した後、集光レンズ３０により半導体ウエハ２上に小さなレ−ザスポット３１となるように集光される。１／２ 波長板２８は光軸を中心に回転することによりレ−ザ発振器２７で発振したレ−ザ光の偏光方向も回転させる働きがあることを利用して前記レ−ザ光を半導体ウエハ２に対して、Ｐ（Ｐａｒａｌｌｅｌ）偏光に調節する。なお使用する偏光角が決まっている場合（ここではＰ偏光）には予め１／２ 波長板２８を、光軸を中心に回転させずに所定角に固定して設けても良い。
光受光系はファイバプレート３２と光電子増倍管３３とを組み合わせて構成されている。光受光系は図２に示すようにレ−ザ照射位置に対して角度φ２ （ここでφ２ は略２５°）の位置に配置されている。また、光受光系は異物による側方散乱を測定している。
【００１２】
光受光系に受光された散乱光は光電子増倍管３３で電気信号に変換される。光電子増倍管３３から出力されている電気信号は増幅部３４により増幅された後、検出部３５で演算し、異物や傷の有無やその位置を検出する。半導体ウエハ２はθテーブル２４により回転しながらＸテーブル２５により半導体ウエハ２の直径方向に直線運動する。その結果レ−ザスポット３１は、図示しない制御装置により載置台２６を制御すると、螺旋状に半導体ウエハ２の全面を走査することとなる。
レ−ザスポット３１が半導体ウエハ２の表面を走査する際、異物や傷がスポット内にある場合は強い散乱光が前記光受光系に検出されるが、異物や傷がスポット内にない場合にも半導体ウエハ２本体の弱い散乱光（ノイズ）が前記光受光系に検出される。ここで前記の強い散乱光により信号成分（Ｓ成分）が検出され、前記の弱い散乱光により雑音成分（Ｎ成分）が検出される。
ところで異物や傷による散乱光分布は照射光の偏光方向で異なる。図２に示すレ−ザ照射位置に対する角度φ２ を変化させた時の異物や傷による散乱光の強度分布の様子を図３に示す。Ｐ偏光の場合には半導体ウエハ２の表面に近接した領域、即ち角度φ２ の小さな領域に散乱光の強度分布の極大値が存在する。それに対してＳ（Ｓｅｎｋｒｅｃｈｔ） 偏光の場合には半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域に散乱光の強度分布の極大値が存在する。その位置が半導体ウエハ２上で異物や傷の存在する場所であると検出される。
【００１３】
また半導体ウエハ２本体の散乱光は図３に示すようにＰ偏光、Ｓ偏光、ランダム偏光ともに半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域ほど散乱光の強度が大きくなる。なお光強度の単位は相対的強度を使用するので図３では特に明記しないことにする。図３の結果より前記の強い散乱光による信号成分（Ｓ成分）と、前記の弱い散乱光による雑音成分（Ｎ成分）との強度比、つまり異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を求めると、図４のようになる。
本発明と近い構成の第３の従来例においては、照射光の偏光方向は考慮せず、ランダム偏光を照射していた。ここでランダム偏光の偏光方向は統計的にＰ偏光とＳ偏光との偏光方向の略中間即ち略４５°方向と考えられる。その結果異物や傷による散乱光の強度分布は、図３に示すようにＰ偏光とＳ偏光とのそれぞれの強度分布の平均となりＰ偏光、Ｓ偏光それぞれ単独の場合に比べて急激な変化はしない。要するに散乱光の強度分布の極大部分が突出しないため異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を高くすることができずそのため検出感度の向上を図ることもできなかった。
【００１４】
図３および図４に示される結果より半導体ウエハ２本体の弱い散乱光が半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域ほど散乱光の強度が大きくなる性質があるためにランダム偏光やＳ偏光を半導体ウエハ２の表面に照射してもそれぞれ散乱光の強度分布の極大部分が半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域に存在するために異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を高くすることができないことが分かる。 それに対してＰ偏光を半導体ウエハ２の表面に照射して半導体ウエハ２の表面に近接した領域、即ち角度φ２ の小さな領域の散乱光を受光して異物や傷のより高い検出信号のＳ／Ｎ を得ることができるのが分かる。故にこの様な異物検出装置の構成とすると、検出感度を高めて従来より小さい０．１μｍ以下の傷や異物を検出することが可能となる。なお、本実施例における被検査体の半導体ウエハ２は、鏡面をもっていたり、酸化膜などの表面被膜をもつものが望ましい。
また、本発明はこの第１の実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。第２の実施例としては、レ−ザスポット３１の走査を第１の実施例のようにθテーブル２４で半導体ウエハ２を回転させながらＸテーブル２５で半導体ウエハ２を移動させることで螺旋状に行っていたが、ＸＹテーブルを用いて半導体ウエハ２をＸＹ方向に走査することが考えられる。
【００１５】
また第３の実施例としては、第１の実施例では光受光系はファイバプレート３２を用いて散乱光の集光を行っているが、ファイバプレート３２ではなくてレンズを用いた光学系（図示せず）を設計して散乱光の集光を行うことも考えられる。
次に本発明の第４の実施例を図５に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。本実施例はレーザ照射系３６と、制御系３７と、走査系３８と、検出系３９と、信号処理系４０とによって構成されている。
レーザ照射系３６は、直線偏光を出力するＡｒ＋ レーザ発振器４１と、ビームエキスパンダ４２で拡大され、１／２ 波長板４３を通過し、反射ミラー４４と集光レンズ４５とによって半導体ウエハ４６の表面上に小さなスポットの照射面（以下、レーザスポットと記す）４７を形成するように集光される。
この際、１／２ 波長板４３は制御回路４８からの制御信号（第１の信号）により図示しないモータによって回転される。そして、この１／２ 波長板４３の動きによって１／２ 波長板４３を透過するレーザ光の偏光方向を自由に変えることができる。
【００１６】
制御系３７はコンピュータ４９と、インタフェース回路５０と、制御回路４８とによって構成されている。この制御系３７は、１／２ 波長板４３を透過するレーザ光の偏光方向を変える信号（第１の信号）と、検出系３９において、検出器５３と検出器５４とを選択する信号（第２の信号）と、走査系３８の運動を制御する信号（第３の信号）とを出力する。
走査系３８は、半導体ウエハ４６を搭載している載置台５１と、θテーブル５２と、Ｘテーブル５３とによって構成されている。レーザスポット４７は固定されているので、θテーブル５２とＸテーブル５３との動作によって半導体ウエハ４６の全面が走査されることとなる。
具体的には、制御系３７からの制御信号（第３の信号）によりθテーブル５２は所定の速度で回転運動をし、Ｘテーブル５３は所定のピッチで直線運動をする。これらの組み合わせにより、レーザスポット４７が螺旋状に半導体ウエハ４６の全面を走査するのである。
検出系３９（第１の実施例における光受光系）は、検出器５４と、検出器５５とによって構成されている。そして、検出器５４はファイバプレート５６と、光電子増倍管５７とによって構成され、検出器５５はファイバプレート５８と、光電子増倍管５９とによって構成されている。なお、ファイバプレート５６・５８と、光電子増倍管５７・５９との動作は第１の実施例と同様である。
【００１７】
そして図６に示すようにレーザスポット４７の照射位置を中心として、検出器５４は、半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ が略３５°、レーザ入射面に対してθ１ が略９０°の位置に配置される。ここでレーザ入射面とは、レーザ入射光と、レーザ反射光とによって形成される面に対して垂直な面のことを指す。また検出器５５は、半導体ウエハ４６の表面に対してφ４ が略８０°、レーザ入射面に対してθ２ が略１３５°の位置に配置される。
次に半導体ウエハ４６が鏡面をもつ種類か、酸化膜の表面被膜をもつ種類か、金属膜の表面被膜をもつ種類かによって、制御系３７が検出系３９における検出器５４と検出器５５とを選択する信号（第２の信号）を出力して検出器５４と、検出器５５との一方を動作させる。ここで半導体ウエハ４６の種類は本発明の異物検査装置において自動的に識別されるかもしくは、予め測定者が入力しておくものとする。
信号処理系４０はハードウエア部と、ソフトウエア部とによって構成されている。ハードウエア部は検出された半導体ウエハ４６からの散乱光による信号を、この信号のインタフェース回路５０における分解能を上げるために増幅する増幅回路６０と、この信号をＡ／Ｄ 変換してその結果をコンピュータ４９に取り込むためのインタフェース回路５０と、コンピュータ４９とによって構成されている。ソフトウエア部はコンピュータ４９に取り込んだ前記の散乱光による信号（ディジタル値）を演算処理し、異物の有無と、異物の位置と、異物の大きさとを判別するデータ処理プログラムにより構成されている。
【００１８】
本実施例の作用は次のとおりである。まず、被検査体である半導体ウエハ４６の種類（鏡面をもつ半導体ウエハ、酸化膜をもつ半導体ウエハ、金属膜を持つ半導体ウエハ）をコンピュータ４９に登録する。そして制御系３７はレーザ照射系３６と、走査系３８と、検出系３９とに対して適切な制御信号を送る。図７にその具体的な選択処理の制御の流れを示すが、以下に詳解する。
まず、レーザ照射系３６に対しての制御信号（第１の信号）について説明する。被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハと登録されるとＰ偏光を選択する第１の信号が制御系３７により出力される。そしてこの第１の信号に従って図示しないモータが回転して、１／２ 波長板４３は光軸を中心に所定の角度まで回転する。この回転によって半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態がＰ偏光となる。
一方、被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、金属膜をもつ半導体ウエハと登録されると、Ｓ偏光を選択する第１の信号が制御系３７により出力される。そしてこの第１の信号に従って図示しないモータが回転して、１／２ 波長板４３は光軸を中心に所定の角度まで回転する。この回転によって半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態がＳ偏光となる。
【００１９】
次に、検出系３７に対しての制御信号（第２の信号）について説明する。被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハと登録されると検出器５４を動作させる第２の制御信号が制御系３７により出力される。
一方、被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、金属膜をもつ半導体ウエハと登録されると、検出器５５を動作させる第２の制御信号が制御系３７により出力される。このように半導体ウエハ４６の種類別に散乱光による信号を検出する検出器５４・５５が自動的に切り替えられる。
偏光状態と、検出器の選択が完了すると、半導体ウエハ４６に対するレーザ光の走査と異物の検査とをする。制御系３７からの第３の制御信号によりθテーブル５２は所定の速度で回転運動を始める。また、θテーブル５２が回転し始めるとＸテーブル５３は所定のピッチで直線運動を始める。この組み合わせにより、レーザスポット４７は螺旋状に半導体ウエハ４６の表面を走査する。
この際レーザスポット４７の照射面に異物が存在すると、この異物によってレーザ光が強く散乱される。選択された検出器５４もしくは検出器５５は、この散乱光を検出する。そして、この散乱光による信号はそれぞれ光電子増倍管５７もしくは光電子増倍管５９で光電変換され、さらに増幅回路６０で検出信号が増幅され、インタフェース回路５０を経由してコンピュータ４９に取り込まれる。
【００２０】
そして、データ処理プログラムで処理をされ散乱光による信号の強さから異物の大きさを推定し、θテーブル５２とＸテーブル５３との走査位置から異物の存在位置を逆算する。このような走査の繰り返しにより半導体ウエハ４６の全面を走査しながら散乱光の検出をして半導体ウエハ４６の表面に付着する異物の個数とこれらの位置や大きさなどの情報が得られることとなる。
最後に、上述した本実施例の作用により、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハにおいての０．１μｍ以下の異物の検出や、金属膜をもつ半導体ウエハにおいての０．２μｍ以下の異物の検出が可能であることを具体的なデータをもって説明する。
まず最初に、Ｓ／Ｎ を用いて異物の検出の可否を判断する基準について説明する。レーザスポット４７が半導体ウエハ４６の表面を走査する際に異物がレーザスポット４７の照射面に入っている場合には、この異物からの散乱光による信号が検出される。これを信号成分（Ｓ）とする。また、レーザスポット４７が半導体ウエハ４６の表面を走査する際に異物がレーザスポット４７の照射面に入っていない場合には、半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による信号が検出される。これを雑音成分（Ｎ）とする。
【００２１】
このように検出された信号成分（Ｓ）と雑音成分（Ｎ）との比、即ちＳ／Ｎは本発明の異物検査装置の検出感度を決定する最も重要なパラメータであり、一般的にはＪＩＳ 規格（ＪＩＳ Ｂ ９９２４）のパルス実用可測粒径に規定されているＳ／Ｎ ≧３という条件が成立することが、異物の検出が可能であるという判断の基準となるのである。
故に、半導体ウエハ４６上の異物を検査する際には、信号成分（Ｓ）が大きく、雑音成分（Ｎ）が小さくなるように測定を行うことが望ましい。しかし異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布は、半導体ウエハ４６表面の材質や半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態によって大きく異なるために、この二点を考慮しなければ信号成分（Ｓ）が大きく、雑音成分（Ｎ）が小さくなるように測定を行うことは難しい。
ここで測定値を示す。図８（ａ）は鏡面をもつ半導体ウエハ（鏡面ウエハ）にＰ偏光を照射したときのＳ／Ｎ と、検出系３７が半導体ウエハ４６表面に対して成す角度φ３ との関係を示すグラフである。半導体ウエハ４６表面には直径０．１μｍ以下の異物が付着しているとする。また図８（ｂ）はＳ偏光を照射したときのＳ／Ｎ と、検出系３７が半導体ウエハ４６表面に対して成す角度φ４ との関係を示すグラフである。ここではそれぞれ前記レーザ入射面に対してθは略４５°（後方散乱）、θは略９０°（側方散乱）、θは略１３５°（前方散乱）としたときの様子を示している。これらのグラフは半導体ウエハ４６上の異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布状態を示したものとなっている。
【００２２】
これらの測定値により半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合において、半導体ウエハ４６上の異物を測定する際のＳ／Ｎ が３以上の空間分布領域が分かり、この領域内のＳ／Ｎ のピークを示す位置に検出系３７を配置すれば半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合にも０．１μｍ以下の異物の検出を最適な検出感度で行うことができる。
図８（ａ）・図８（ｂ）の測定値から、半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合においては、Ｐ偏光を照射し検出器（即ち検出器５４）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ を略３５°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθを略９０°（θ１ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
他の条件の半導体ウエハ４６についても上述した測定と同じ測定をする。ここで各々の半導体ウエハ４６表面には直径０．２μｍ以下の異物が付着しているとする。半導体ウエハ４６が酸化膜をもつ場合（酸化膜付ウエハ）の測定結果を図９（ａ）・図９（ｂ）に示し、また半導体ウエハ４６が金属膜をもつ場合（金属膜付ウエハ）の測定結果を図１０（ａ）・図１０（ｂ）に示す。これらのグラフも半導体ウエハ４６上の異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布状態を示したものとなっている。そしてこれらの結果についても半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合と同様の解析をする。
【００２３】
その結果半導体ウエハ４６が酸化膜をもつ場合においては、Ｐ偏光を照射し検出器（即ち検出器５４）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ を略３５°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθは略９０°（θ１ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
また、半導体ウエハ４６が金属膜をもつ場合においては、Ｓ偏光を照射し検出器（即ち検出器５５）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ４ を略８０°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθは略１３５°（θ２ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
以上の測定結果から、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハを測定する場合にはＰ偏光を照射し検出器５４を用いて検出を行い、金属膜をもつ半導体ウエハを測定する場合にはＳ偏光を照射し検出器５５を用いて検出を行うと良いことが明確であるので、上述した構成により半導体ウエハ４６の種類によって自動的に偏光状態と検出器５４・５５とを選択する様にして半導体ウエハ４６の種類によらず最良の感度で異物検出ができるようにした。
【００２４】
ここで、以上に詳解してきた第４の実施例の変形例としてレーザスポット４７の走査を第４の実施例のように、θテーブル５２で半導体ウエハ４６を回転させながらＸテーブル５３で半導体ウエハ４６を移動させることで螺旋状に行っていたがＸＹテーブルを用いて半導体ウエハ４６をＸＹ方向に走査することも考えられる（第５の実施例）。
さらに、第４の実施例において検出系３９はファイバプレート５６・５８を用いて散乱光の集光を行っているが、ファイバプレート５６・５８ではなくてレンズを用いた光学系（図示せず）を用いて散乱光の集光を行うことも考えられる（第６の実施例）。
ここまでを、まとめると下記の［表１］のようになる。
【表１】
ところで、第４の実施例、第５の実施例、第６の実施例においては、検出系３９は二個の検出器５４・５５を用いずに一個の検出器を図示しない移動手段によって、測定対象である半導体ウエハの種類に応じてφ方向やθ方向などの位置を移動させて使用しても差支えない。そして、半導体ウエハ４６の種類に対応してφとθとを適切な角度に設定した複数個の検出器を用いても良いし、図示しない移動手段によって、複数個の検出器について、測定対象である半導体ウエハの種類に応じてφとθとが可変であるようにしても良い。即ち、φとθとは上記の数値に限定されるものではない。なぜならば上記の実施例では鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハを測定する場合には側方散乱光を用い、金属膜をもつ半導体ウエハ測定する場合には前方散乱光を用いているが、他の種類の半導体ウエハに対する測定には測定用の散乱光の種類（前方散乱光、側方散乱光、後方散乱光）を変える場面も考えられるからである。
【００２５】
更にφやθだけでなく、偏光はＰ偏光とＳ偏光とに限定されることはない。他の種類の半導体ウエハに対する測定には偏光の偏光角を変えることも考えられる。要するに本発明の異物検出装置によれば半導体ウエハが、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ場合や金属膜をもつ場合に限らず、様々な種類の半導体ウエハの測定ができるのである。
さて次に、半導体ウエハに対する照射光の入射角について本発明の第７の実施例を例にして述べる。まず、本発明の第７の実施例の概略構成図を図１１に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。本実施例はレーザ照射系６１と、走査系６２と、検出系６３と、信号処理系６４とによって構成されている。
レーザ照射系６１は直線偏光を出力するレーザ発振器６５と、ビームエキスパンダ６６と、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下では、ＰＢＳと記す）６７と、反射ミラー６８と、集光レンズ６９とによって構成されている。
ここでレーザ発振器６５から出射した光束はビームエキスパンダ６６で拡大され、ＰＢＳ６７でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光とＳ偏光との双方は反射ミラー６８…と集光レンズ６９・６９とによって半導体ウエハ７０の表面上にレーザスポット７１・７２としてそれぞれ集光される。
【００２６】
図１２及び図１３に示すとおり、Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束との双方は共に半導体ウエハ７０の表面に対して角度φ５ が略５°乃至略２０°の角度で入射されるようにレーザ照射系６１を設定する。この際Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束との双方は、検出時に影響を及ぼさないために、シャッタ７３によってお互いに遮断されている。
走査系６２は半導体ウエハ７０を載置している載置台７４と、θテーブル７５と、Ｘテーブル７６とによって構成されている。Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束とによる双方のレーザスポット７１・７２は固定されているのでθテーブル７５とＸテーブル７６との動作によって半導体ウエハ７０の全面が走査されることとなる。つまりθテーブル７５が所定の速度で回転し、更にＸテーブル７６が所定のピッチで直線運動することによって半導体ウエハ７０の全面が螺旋状に走査されるのである。なお、シャッタ７３は半導体ウエハ７０の走査の際にも検出器７７と検出器７８との間に位置するものとなっている。
検出系６３は検出器（第１の検出器）７７と検出器（第２の検出器）７８とから構成される。各検出器７７・７８はファイバプレート７９・８０によって半導体ウエハ７４から発生する散乱光を集光し、光電子増倍管８１・８２によってこの散乱光を検出する。なお、ここでは検出器７７はレーザスポット７１からの散乱光を検出するように配置されており、検出器７８はレーザスポット７２からの散乱光を検出するように配置されている。
【００２７】
図１２に示すとおり検出器７７は、Ｐ偏光の光束によるレーザスポット７１を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ６ が略１０°乃至略５０°の角度で配置され、Ｐ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ３ が略７０°乃至略１１０°の角度で配置されている。
一方、図１３に示すとおりＳ偏光の光束によるレーザスポット７２を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ７ が略１０°乃至略２０°の角度で配置され、Ｓ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ４ が略１１５°乃至略１５５°の角度で配置されている。
信号処理系６４はハードウエア部とソフトウエア部とによって構成されている。ハードウエア部は検出された半導体ウエハ７０からの散乱光による信号を、この信号のインタフェース回路８４における分解能を上げるために増幅する増幅回路８３と、この信号をＡ／Ｄ 変換してその結果をコンピュータ８５に取り込むためのインタフェース回路８４と、コンピュータ８５とによって構成されている。ソフトウエア部はコンピュータ８５に取り込んだ前記の散乱光による信号（ディジタル値）を演算処理し、異物の有無と、異物の位置と、異物の大きさとを判別するデータ処理プログラムにより構成されている。なお、このコンピュータ８５は図示しない制御手段によって走査系６２の制御も行っている。
【００２８】
本実施例の作用は次のとおりである。まず、レーザ発振器６５から出射したレーザ光はＰＢＳ６７によりＰ偏光の光束とＳ偏光の光束とに分けられ、反射ミラー６８…と集光レンズ６９・６９とによって被検査体である半導体ウエハ７０表面に対して角度φ５ が略５°乃至略２０°の角度で入射され、レーザスポット７１・７２を形成する。
ここでφ５ が略５°乃至略２０°の角度となる理由は、異物の存在しない半導体ウエハ７０の表面からも、半導体ウエハ７０の表面に生じている微小な粗さ（表面粗さ）によって散乱光が生じてしまうためである。これが雑音成分（ノイズ）として検出される。この雑音成分を少なく押さえてＳ／Ｎ を向上させるには、レーザ光の入射角φ５ が大きい（半導体ウエハ７０の表面に対して６０°乃至８０°くらい）よりもレーザ光の入射角φ５ が小さい（半導体ウエハ７０の表面に対して５°乃至２０°くらい）のほうが良くなるためである。模式図を図１４に示す。
一方、半導体ウエハ７０は載置台７４の上に載置されており、θテーブル７５が所定の速度で回転し、更にＸテーブル７６が所定のピッチで直線運動することによって半導体ウエハ７０の全面をレーザスポット７１・７２が半導体ウエハ７０の表面を螺旋状に走査される。
【００２９】
この際レーザスポット７１・７２の照射面に異物が存在すると、この異物によってレーザ光が強く散乱される。検出器７７によりＰ偏光の光束によるレーザスポット７１内で発生した散乱光は検出され、検出器７８によりＳ偏光の光束によるレーザスポット７２内で発生した散乱光は検出される。
このようにして検出された散乱光による信号は、それぞれ光電子増倍管８１・８２で光電変換され、さらに増幅回路８３で検出信号が増幅され、インタフェース回路８４を経由してコンピュータ８５に取り込まれる。
そして、データ処理プログラムで処理をされ散乱光による信号の強さから異物の大きさを推定し、θテーブル７５とＸテーブル７６との走査位置から異物の存在位置を逆算する。このような走査の繰り返しにより半導体ウエハ７０の全面を走査しながら散乱光の検出をして半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の個数とこれらの位置や大きさなどの情報が得られることとなる。
このとき、半導体ウエハ７０の表面に形成された金属膜の厚さが、略４００ｎｍのときには、半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の直径が略０．２μｍ未満の異物は検出器７７からの信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．２μｍ以上の異物は検出器７８からの信号によって特定される。
【００３０】
加えて、半導体ウエハ７０の表面が鏡面であったり、半導体ウエハ７０の表面に酸化膜が形成されている場合には半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の直径が略０．１μｍ未満の異物は検出器７７からの信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．１μｍ以上の異物は検出器７８からの信号によって特定される。金属膜の方が表面粗さが大きいので雑音成分も大きくＳ／Ｎ が低くなる。よって検出可能異物の直径も大きくなってしまう。
ここで、半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の大きさによって異なる偏光角のレーザ光を用いる理由を図１５及び図１６を用いて説明する。
図１５は被検査物表面にレーザを入射させる時の被検査物の表面上の空間における光の干渉現象を示している。入射光は被検査物表面で反射されるが、このとき入射光と反射光とは干渉し、図１６に示す干渉領域内（網かけ部）では、干渉波（干渉光）は定在波となっており、この定在波領域内に異物が存在すると、この異物によって定在波の光は散乱される。散乱光強度は定在波の光強度に比例するので、定在波の光強度の大きい方が散乱光を検出しやすい。
【００３１】
しかし、定在波の光強度（定在波強度）は、被検査物表面からの高さ（Ｚ方向の距離）によって図１５に示すように周期的に変化する。この光強度の変化を拡大して図１５に表面が鏡面を持つ半導体ウエハ（Ｓｉウエハ）にＡｒ＋ レーザ（波長：４８８ｎｍ）を照射した場合を例にして示す。この図１６から、被検査物表面から略０．２μｍまでの高さの領域では、Ｐ偏光の入射による定在波強度が強く、略０．２μｍより大きい高さの領域では、Ｓ偏光の入射による定在波強度が強いことが分かる。この結果から、鏡面を持つＳｉウエハにおいては、このウエハの表面に付着する異物の直径が略０．２μｍ未満の異物はＰ偏光による散乱光の信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．２μｍ以上の異物はＳ偏光による散乱光の信号によって特定される。この検出信号の選択はコンピュータ８５において行う。Ｓｉウエハの表面に金属膜が形成されていたり、Ｓｉウエハの表面に酸化膜が形成されている場合にも、このウエハの表面に付着する異物の直径の閾値が異なるだけであり、異物の直径がこの閾値を越えるか越えないかによって、参照データをＰ偏光に基づくものかＳ偏光に基づくものかを判断するという作業には変わりはない。
【００３２】
また使用するレーザがＡｒ＋ レーザではなくてＨｅ−Ｃｄ レーザ（波長：４４２ｎｍ）やＨｅ−Ｎｅ レーザ（波長：６３３ｎｍ）などの他の種類のレ−ザを用いた際にもレーザ波長に依存する定在波強度分布の周期が変化するために、この異物の直径の閾値が異なるが、処理自体には変化はない。
ここで、検出器を配置する際には前述したように図１２及び図１３に示すような角度配置にするのであるが、この理由は、検出対象の異物の大きさによって散乱光の空間分布特性が異なるためである。
即ち、異物の直径が前記の閾値よりも小さい場合には、図１２に示すように検出器８１は、Ｐ偏光の光束によるレーザスポット７１を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ６ が略１０°乃至略５０°の角度（表面近傍）で配置されＰ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ３ が略７０°乃至略１１０°の角度（側方散乱）で配置されている。これは、これらの方向に散乱光が強く発生するからである。
一方、図１３に示すようにＳ偏光の光束によるレーザスポット７２を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ７ が略１０°乃至略２０°の角度（反射光近傍）で配置され（入射角φ５ が略１０°乃至略２０°の角度であるため）、Ｓ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ４ が略１１５°乃至略１５５°（前方散乱）の角度で配置されている。これも、これらの方向に散乱光が強く発生するからである。
【００３３】
ここで、φ６ ・φ７ の角度の大きさの下限が略１０°であるのは検出器の大きさを考慮しているためであり、可能であるならば更に小さな角度（略５°くらい）であることが望ましい。そしてθ４ の角度の大きさの上限が略１５５°であるのは正反射光を避けるためであり、理想的には１８０°が望ましい。
またこのようにして採取したデータによると図１７に示すように線形特性の良い検出強度曲線が得られることで検出強度曲線から正確に異物の粒径を求めることができる。これを図１８を用いて説明する。図１８（ａ）では被検査物表面に直径０．１μｍ（異物Ａとする）、０．４μｍ（異物Ｂとする）、０．６μｍ（異物Ｃとする）の異物が存在していることを示している。
レーザスポットを走査した結果として、図１８（ｂ）には検出器７７で検出されたＰ偏光の入射による散乱光信号を示し、図１８（ｃ）には検出器７８で検出されたＳ偏光の入射による散乱光信号を示す。図１８（ｂ）・図１８（ｃ）により直径０．１μｍの異物の検出には信号Ａを用いるが、直径０．４μｍ及び直径０．６μｍの異物の検出にはそれぞれ信号Ｂ及び信号Ｃを用いるのではなく、それぞれ信号Ｂ´及び信号Ｃ´を用いると良いことが分かる（図１８（ｄ）に示す）。
【００３４】
ここまでを、まとめると下記の［表２］のようになる。
【００３５】
【表２】
ここで上記の実施例の全てに当てはまることであるが、Ａｒ＋ レーザではなくてＨｅ−Ｃｄ レーザ（波長：４４２ｎｍ）やＨｅ−Ｎｅ レーザ（波長：６３３ｎｍ）などの他の種類のレ−ザを用いることも出来る。
そして直線偏光を出力するレ−ザを使用するのではなくてランダム偏光を出力するレ−ザに偏光子を組み合わせてＰ偏光やＳ偏光を発生させても良い。また受光素子は光電子増倍管３３・５７・５９・８１・８２ではなく半導体光センサなどに変えても良い。
加えて被検査体は半導体ウエハを例に挙げたが検査対象はこれに限定されず、液晶基板でも良いし、曲面部を有するものでも本発明の異物検査装置を用いることは可能である。
その理由は巨視的に見れば曲面でも、微視的に見れば平面となるのでレ−ザスポット３１・４７・７１・７２のスポット径を小さくすることで検査対象の曲面を平面と同様にして検査ができるためである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、異物の検出感度を上げることが可能となる。
また本発明によると、半導体の製造において従来まで検出が困難であった異物などの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、ファイバプレートおよび光電子倍増管と半導体ウエハとの位置関係を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、光受光系の配置角度と散乱光の強度の関係とを示すグラフ。
【図４】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、光受光系の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図５】本発明の第４の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図６】本発明の第４の実施例の異物検査装置における、各検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図。
【図７】本発明の第４の実施例の異物検査装置における、半導体ウエハ（被検査物）の種類による偏光状態および検出器の選択の処理の流れを示すフローチャート。
【図８】本発明の第４の実施例の異物検査装置で鏡面ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図９】本発明の第４の実施例の異物検査装置で酸化膜付ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図１０】本発明の第４の実施例の異物検査装置で金属膜付ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図１１】本発明の第７の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図１２】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図（その１）。
【図１３】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図（その２）。
【図１４】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、レーザ光の入射角度が大きい場合とレーザ光の入射角度が小さい場合の散乱光の強度と検査時刻の関係とを示すグラフ。
【図１５】半導体ウエハの表面における入射光と反射光による光の干渉を示す概略図。
【図１６】半導体ウエハの表面における定在波強度の分布と異物の直径の関係を示すグラフ。
【図１７】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、異物の直径と散乱光の強度と検出器の選択を示すグラフ。
【図１８】本発明の第７の実施例の異物検査装置において、（ａ）は異物Ａ乃至異物Ｃの大きさを示す模式図、（ｂ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する第１の検出器の出力信号と検査時刻との関係を示すグラフ、（ｃ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する第２の検出器の出力信号と検査時刻との関係を示すグラフ、（ｄ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する異物検出結果と検査時刻との関係を示すグラフ。
【図１９】第１の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２０】第２の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２１】第３の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２２】第４の従来例の異物検査装置における、ラインセンサと半導体ウエハとの位置関係を示す側面図。
【図２３】第５の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２４】従来例の異物検査装置における、異物の直径と散乱光の強度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１・２６・５１・７４…載置台
２・４６・７０…半導体ウエハ
３・２７・４１・６５…レ−ザ発振器
４・６６…コリメートレンズ
５…ガルバノミラー
６・１４・１６・２２…集光光学系
７…ラインセンサ
８・９・１３・１７…受光素子
１０・１８…測定回路
１１…ＸＹテーブル
１２…容器
１５…ハーフミラー
１９…ＸＹテーブル制御装置
２０…ＸＹθテーブル
２１・２９・４４…反射ミラー
２３・３５…検出部
２４・５２・７５…θテーブル
２５・５３・７６…Ｘテーブル
２８・４３…１／２ 波長板
３０・４５・６９…集光レンズ
３１・４７・７１・７２…レーザスポット
３２・５６・５８・７９・８０…ファイバプレート
３３・５７・５９・８１・８２…光電子増倍管
３４…増幅部
３６・６１…レーザ照射系
３７…制御系
３８・６２…走査系
３９・６３…検出系
４０・６４…信号処理系
４２・６６…ビームエキスパンダ
４８…制御回路
４９・８５…コンピュータ
５０・８４…インタフェース回路
５４・５５・７７・７８…検出器
６０・８３…増幅回路
６７…偏光ビームスプリッタ
６８…反射ミラー
７３…シャッタ
【産業上の利用分野】
本発明は異物検査に係り、特に半導体ウエハ上や液晶基板上の微細な異物の検出を行う異物検査装置及び異物検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面検査に用いられる装置にはレ−ザ光を被検査体の表面に照射し、その散乱光を受光して被検査体の表面の形状測定や異物の検査を行うものがある。
これらの検査に用いられる技術としてまずフライングスポット法と呼ばれる方法がある。このフライングスポット法は、例えばレ−ザ光源から出力された平行レ−ザ光をレンズ系で絞った後に光走査手段によりその光ビームを被検査体表面に照射して走査し、この被検査体表面からの反射レ−ザ光または透過光を受光検出系により受光して光電変換する。そして光電変換後の電気信号を処理して検査結果を得るものである。
図１９はフライングスポット法を適用した異物検査装置の構成図である（第１の従来例）。載置台１上には半導体ウエハ２が載置されている。一方、レ−ザ発振器３から出力されたレ−ザ光がコリメートレンズ４により平行光に形成されガルバノミラー５へ送られる。このガルバノミラー５は平行光を走査して集光光学系６を通して半導体ウエハ２の表面に所定範囲の角度で照射する。このとき、集光光学系６は平行光をスポット光に成形する。従って半導体ウエハ２にはレーザスポット光が走査される。
【０００３】
また半導体ウエハ２の上方にはラインセンサ７および各受光素子８・９が配置されている。ラインセンサ７は半導体ウエハ２からの正反射レ−ザ光を受光する位置に配置され、また各受光素子８・９は半導体ウエハ２からの散乱光を受光する位置に配置されている。これらラインセンサ７および各受光素子８・９から出力された電気信号は測定回路１０に送られ、この測定回路１０は各電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着などの有無を判断する。
次に他の技術として図２０に示す検査装置がある（第２の従来例）。ＸＹテーブル１１上には半導体ウエハ２が載置されている。そして半導体ウエハ２のわずか上方には容器１２が配置されている。この容器１２は半円球状に形成され、その内面には複数の受光素子１３が設けられている。一方、ＸＹテーブル１１の上方にはレ−ザ発振器３が配置されている。このレ−ザ発振器３より出力されたレ−ザ光は集光光学系１４、ハーフミラー１５および容器１２を通って半導体ウエハ２に照射される。
この場合レ−ザ光は半導体ウエハ２に対して垂直方向に照射される。これにより半導体ウエハ２からの散乱光は各受光素子１３により受光される。また半導体ウエハ２からの正反射光はハーフミラー１５に到達し、このハーフミラー１５で反射して集光光学系１６を通って受光素子１７で受光される。そして、各受光素子１３・１７から出力される電気信号は測定回路１８に送られ、この測定回路１８は各電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着などの有無などを判断する。この場合散乱光を受光した受光素子１３の位置により半導体ウエハ２の表面の傷や異物の位置が測定される。
【０００４】
なお、ＸＹテーブル１１はＸＹテーブル制御装置１９により制御駆動されてレ−ザ光が半導体ウエハ２上を走査するものとなっている。
更に弊社の先願である特開平３−１２８４４５号公報の開示技術では図２１および図２２に示すようになっている（第３の従来例）。図２１に示すようにＸＹθテーブル２０上に半導体ウエハ２が載置されている。
一方レ−ザ発振器３が備えられ、このレ−ザ発振器３から出力されるレ−ザ光の光軸上にはコリメートレンズ４、反射ミラー２１が順次配置されている。この反射ミラー２１の反射レ−ザ光路上にはガルバノミラー５が配置されている。このガルバノミラー５により走査されたレ−ザ光は集光光学系２２を介して半導体ウエハ２の表面上に照射される。この場合、ガルバノミラー５により走査されたレ−ザ光の走査平面は半導体ウエハ２の表面に対して垂直になっている。
また、この半導体ウエハ２の上方には各ラインセンサ７が配置されている。これらラインセンサ７はレ−ザ光の走査方向に対して平行でかつ図２２のようにレ−ザ光の照射位置に対して角度φ１ （５°≦φ１ ≦４０°）の角度の散乱光を受光する位置に配置されている。これらのラインセンサ７から出力される電気信号は検出部２３に送られている。
【０００５】
この検出部２３は各電気信号を受けてこれらの電気信号から半導体ウエハ２の表面の傷や異物の付着の有無などを判断する機能を有している。
ところで、特開昭６４−３５４５ 号公報の第２頁左上欄第１２行目乃至第２頁右上欄第４行目には、所定の平面内において回転されるパターンつきウエハ表面の所定の部位にＳ（Ｓｅｎｋｒｅｃｈｔ） 偏光を照射すると同時に、Ｐ（Ｐａｒａｌｌｅｌ）偏光を照射しつつ走査し、その反射光に含まれる所定の偏光成分の光量を検出してパターンに付着した異物を検出する技術が開示されている（第５の従来例）。この公開特許公報には、この異物検査装置の図は示されていないが、開示内容から考えると図２３に示すような装置になると考えられる。
加えて、特開昭６４−３５４５ 号公報や、特開平５−１８８８９ 号公報に開示されているような、複数の光検出器を備え、各々で検出された光強度の比を求めて異物を検査するという、検査装置もある（第６の従来例）。これらの装置は第５の従来例の欠点を解消するものされている。
更には、特開昭６１−１８０１２８ 号公報や、特開平２−２８４０４７号公報には板状物に偏光を照射し、その結果生じた反射光や散乱光を偏光手段により偏光にした後検出して、これらの結果から異物を検査するという検査装置も示されている（第７の従来例）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような構成の従来の異物検査装置では、以下に述べるような問題点が発生してくる。
まず、近年の開発需要では、より記憶容量の高い半導体や磁性体が求められており、これらの開発製品では非常に細かい傷や異物、例えば０．１μｍ程度の大きさのものでさえ、製品の品質に支障を来たしてしまう。
それに対して、上記の第１の従来例および第２の従来例では、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では０．３μｍ以上の大きさの傷や異物を検出することしかできない。そして金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では０．５μｍ以上の大きさの傷や異物を検出することしかできない。
即ち上記の第１の従来例および第２の従来例では受光素子８・９・１３に入射するごく一部の正反射光と０．１μｍ程度の大きさの傷や異物との区別が不可能であるので、０．１μｍ程度の大きさの傷や異物をもノイズとして検出してしまう。
また第３の従来例については鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では０．１μｍ程度の大きさの傷や異物を検出できるようになったがランダム偏光を光源に用いているために０．１μｍ程度の大きさの傷や異物の散乱光だけではなく半導体ウエハ２本体の散乱光をも受光素子８・９・１３で検出してしまうため０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が困難であるという欠点がある。そして金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では、同様にして０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が困難であるという欠点がある。
【０００７】
しかし、現在開発中の６４Ｍ ＤＲＡＭ以降の世代の半導体の製造工程では鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上では略０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が必要であり、更に金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上では、略０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出が必要となっていた。故に、従来の異物検査装置に比べて半導体ウエハ上の傷や異物の検出感度の向上が望まれていた。
また第５の従来例乃至第７の従来例について言及すると、まず第５の従来例については、表面にパターンが単層状に形成されているウエハのみに限定して検出できるものであるので多層状のパターンには対応できず、また反射光に含まれている所定の偏光成分を抽出する工程を経なければならなかった。
第６の従来例については、検出器を必ず複数設置しなければならないのに加えてＰ偏光とＳ偏光との検出強度の比をとるという処理が必要であったので装置の構成及び信号処理の方法が複雑なものとなっていた。
第７の従来例については、反射光や散乱光を偏光手段により偏光にした後それぞれの偏光成分について異物を検出しなければならなかったので装置の構成が複雑及び信号処理の方法が複雑なものとなっていた。
【０００８】
更には、従来の方法では図２４に示すように、特定の範囲の粒径の異物（ここでは略０．１μｍ乃至略０．２μｍ）に対しては線形特性の良い検出強度曲線が得られるが、それより大きな粒径の異物に対しては検出強度曲線の線形特性が悪くなり、散乱光強度から正確な異物の大きさを特定することが困難となっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような技術的課題を解決するためになされたものであり、
レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光の偏光角を可変させる偏光成分可変手段と、被検査物表面に照射された前記レーザ光の散乱光を検出する検出系と、この検出系により検出された前記散乱光の強度に基いて前記被検査物表面の傷もしくは異物を検出する検出手段とを備え、前記被検査物表面に照射される前記レーザ光の偏光状態が、前記被検査物表面の状態に応じてＰ偏光もしくはＳ偏光いずれか一方に切り替え可能に設けられており、前記被検査物が表面に鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハの場合はＰ偏光のレーザ光を照射し、前記被検査物が表面に金属膜をもつ半導体ウエハの場合はＳ偏光のレーザ光を照射するよう設定可能に構成されている異物検査装置を提供する。
このとき前記レーザ光は、前記被検査物表面に対して５°乃至２０°の角度で入射されるように構成されていることが好ましい。
また本発明は、検査される表面が鏡面である半導体ウエハもしくは検査される表面に酸化膜または金属膜を有する半導体ウエハの前記検査される表面の傷もしくは異物を検出する検出工程において、上記の異物検査装置を用いるＤＲＡＭの製造方法を提供する。
【００１０】
【作用】
本発明の異物検査装置及び異物検査方法は上記した従来例のうち第３の従来例の光源にＰ偏光やＳ偏光を用いる簡易な構成や信号処理方法により傷や異物の検出感度を高めることを達成し、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハ上の０．１μｍ以下の傷や異物や、金属膜などの表面被膜をもつ半導体ウエハ上の０．２μｍ以下の大きさの傷や異物を検出できる様にしている。
また、Ｐ偏光とＳ偏光との切り換えをして、鏡面や酸化膜をもつ半導体ウエハウエハ上の０．１μｍ以下の大きさの傷や異物の検出はＰ偏光を用いて行い、傷や異物の検出感度を高めている。金属膜の表面被膜をもつ半導体ウエハ上の０．２μｍ以下の大きさの傷や異物の検出はＳ偏光を用いて行い、傷や異物の検出感度を高めている。
そして、異物の粒径の範囲によりＰ偏光による検出データとＳ偏光による検出データとを選択して採用することにより傷や異物の検出感度を高めている。
【００１１】
【実施例】
本発明の第１の実施例を図１に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。被検査体の半導体ウエハ２は、θテーブル２４とＸテーブル２５とを組み合わせた載置台２６の上に載置されている。また光照射系は直線偏光を出力するＡｒ＋ レ−ザ発振器２７（波長：４８８ｎｍ）、１／２ 波長板２８、反射ミラー２９、集光レンズ３０から構成されている。レ−ザ発振器２７から出力した直線偏光の光束は１／２ 波長板２８を通過し反射ミラー２９で反射した後、集光レンズ３０により半導体ウエハ２上に小さなレ−ザスポット３１となるように集光される。１／２ 波長板２８は光軸を中心に回転することによりレ−ザ発振器２７で発振したレ−ザ光の偏光方向も回転させる働きがあることを利用して前記レ−ザ光を半導体ウエハ２に対して、Ｐ（Ｐａｒａｌｌｅｌ）偏光に調節する。なお使用する偏光角が決まっている場合（ここではＰ偏光）には予め１／２ 波長板２８を、光軸を中心に回転させずに所定角に固定して設けても良い。
光受光系はファイバプレート３２と光電子増倍管３３とを組み合わせて構成されている。光受光系は図２に示すようにレ−ザ照射位置に対して角度φ２ （ここでφ２ は略２５°）の位置に配置されている。また、光受光系は異物による側方散乱を測定している。
【００１２】
光受光系に受光された散乱光は光電子増倍管３３で電気信号に変換される。光電子増倍管３３から出力されている電気信号は増幅部３４により増幅された後、検出部３５で演算し、異物や傷の有無やその位置を検出する。半導体ウエハ２はθテーブル２４により回転しながらＸテーブル２５により半導体ウエハ２の直径方向に直線運動する。その結果レ−ザスポット３１は、図示しない制御装置により載置台２６を制御すると、螺旋状に半導体ウエハ２の全面を走査することとなる。
レ−ザスポット３１が半導体ウエハ２の表面を走査する際、異物や傷がスポット内にある場合は強い散乱光が前記光受光系に検出されるが、異物や傷がスポット内にない場合にも半導体ウエハ２本体の弱い散乱光（ノイズ）が前記光受光系に検出される。ここで前記の強い散乱光により信号成分（Ｓ成分）が検出され、前記の弱い散乱光により雑音成分（Ｎ成分）が検出される。
ところで異物や傷による散乱光分布は照射光の偏光方向で異なる。図２に示すレ−ザ照射位置に対する角度φ２ を変化させた時の異物や傷による散乱光の強度分布の様子を図３に示す。Ｐ偏光の場合には半導体ウエハ２の表面に近接した領域、即ち角度φ２ の小さな領域に散乱光の強度分布の極大値が存在する。それに対してＳ（Ｓｅｎｋｒｅｃｈｔ） 偏光の場合には半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域に散乱光の強度分布の極大値が存在する。その位置が半導体ウエハ２上で異物や傷の存在する場所であると検出される。
【００１３】
また半導体ウエハ２本体の散乱光は図３に示すようにＰ偏光、Ｓ偏光、ランダム偏光ともに半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域ほど散乱光の強度が大きくなる。なお光強度の単位は相対的強度を使用するので図３では特に明記しないことにする。図３の結果より前記の強い散乱光による信号成分（Ｓ成分）と、前記の弱い散乱光による雑音成分（Ｎ成分）との強度比、つまり異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を求めると、図４のようになる。
本発明と近い構成の第３の従来例においては、照射光の偏光方向は考慮せず、ランダム偏光を照射していた。ここでランダム偏光の偏光方向は統計的にＰ偏光とＳ偏光との偏光方向の略中間即ち略４５°方向と考えられる。その結果異物や傷による散乱光の強度分布は、図３に示すようにＰ偏光とＳ偏光とのそれぞれの強度分布の平均となりＰ偏光、Ｓ偏光それぞれ単独の場合に比べて急激な変化はしない。要するに散乱光の強度分布の極大部分が突出しないため異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を高くすることができずそのため検出感度の向上を図ることもできなかった。
【００１４】
図３および図４に示される結果より半導体ウエハ２本体の弱い散乱光が半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域ほど散乱光の強度が大きくなる性質があるためにランダム偏光やＳ偏光を半導体ウエハ２の表面に照射してもそれぞれ散乱光の強度分布の極大部分が半導体ウエハ２の表面から隔離した領域、即ち角度φ２ の大さな領域に存在するために異物や傷の検出信号のＳ／Ｎ を高くすることができないことが分かる。 それに対してＰ偏光を半導体ウエハ２の表面に照射して半導体ウエハ２の表面に近接した領域、即ち角度φ２ の小さな領域の散乱光を受光して異物や傷のより高い検出信号のＳ／Ｎ を得ることができるのが分かる。故にこの様な異物検出装置の構成とすると、検出感度を高めて従来より小さい０．１μｍ以下の傷や異物を検出することが可能となる。なお、本実施例における被検査体の半導体ウエハ２は、鏡面をもっていたり、酸化膜などの表面被膜をもつものが望ましい。
また、本発明はこの第１の実施例に限定されるものではなく種々の変形が可能である。第２の実施例としては、レ−ザスポット３１の走査を第１の実施例のようにθテーブル２４で半導体ウエハ２を回転させながらＸテーブル２５で半導体ウエハ２を移動させることで螺旋状に行っていたが、ＸＹテーブルを用いて半導体ウエハ２をＸＹ方向に走査することが考えられる。
【００１５】
また第３の実施例としては、第１の実施例では光受光系はファイバプレート３２を用いて散乱光の集光を行っているが、ファイバプレート３２ではなくてレンズを用いた光学系（図示せず）を設計して散乱光の集光を行うことも考えられる。
次に本発明の第４の実施例を図５に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。本実施例はレーザ照射系３６と、制御系３７と、走査系３８と、検出系３９と、信号処理系４０とによって構成されている。
レーザ照射系３６は、直線偏光を出力するＡｒ＋ レーザ発振器４１と、ビームエキスパンダ４２で拡大され、１／２ 波長板４３を通過し、反射ミラー４４と集光レンズ４５とによって半導体ウエハ４６の表面上に小さなスポットの照射面（以下、レーザスポットと記す）４７を形成するように集光される。
この際、１／２ 波長板４３は制御回路４８からの制御信号（第１の信号）により図示しないモータによって回転される。そして、この１／２ 波長板４３の動きによって１／２ 波長板４３を透過するレーザ光の偏光方向を自由に変えることができる。
【００１６】
制御系３７はコンピュータ４９と、インタフェース回路５０と、制御回路４８とによって構成されている。この制御系３７は、１／２ 波長板４３を透過するレーザ光の偏光方向を変える信号（第１の信号）と、検出系３９において、検出器５３と検出器５４とを選択する信号（第２の信号）と、走査系３８の運動を制御する信号（第３の信号）とを出力する。
走査系３８は、半導体ウエハ４６を搭載している載置台５１と、θテーブル５２と、Ｘテーブル５３とによって構成されている。レーザスポット４７は固定されているので、θテーブル５２とＸテーブル５３との動作によって半導体ウエハ４６の全面が走査されることとなる。
具体的には、制御系３７からの制御信号（第３の信号）によりθテーブル５２は所定の速度で回転運動をし、Ｘテーブル５３は所定のピッチで直線運動をする。これらの組み合わせにより、レーザスポット４７が螺旋状に半導体ウエハ４６の全面を走査するのである。
検出系３９（第１の実施例における光受光系）は、検出器５４と、検出器５５とによって構成されている。そして、検出器５４はファイバプレート５６と、光電子増倍管５７とによって構成され、検出器５５はファイバプレート５８と、光電子増倍管５９とによって構成されている。なお、ファイバプレート５６・５８と、光電子増倍管５７・５９との動作は第１の実施例と同様である。
【００１７】
そして図６に示すようにレーザスポット４７の照射位置を中心として、検出器５４は、半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ が略３５°、レーザ入射面に対してθ１ が略９０°の位置に配置される。ここでレーザ入射面とは、レーザ入射光と、レーザ反射光とによって形成される面に対して垂直な面のことを指す。また検出器５５は、半導体ウエハ４６の表面に対してφ４ が略８０°、レーザ入射面に対してθ２ が略１３５°の位置に配置される。
次に半導体ウエハ４６が鏡面をもつ種類か、酸化膜の表面被膜をもつ種類か、金属膜の表面被膜をもつ種類かによって、制御系３７が検出系３９における検出器５４と検出器５５とを選択する信号（第２の信号）を出力して検出器５４と、検出器５５との一方を動作させる。ここで半導体ウエハ４６の種類は本発明の異物検査装置において自動的に識別されるかもしくは、予め測定者が入力しておくものとする。
信号処理系４０はハードウエア部と、ソフトウエア部とによって構成されている。ハードウエア部は検出された半導体ウエハ４６からの散乱光による信号を、この信号のインタフェース回路５０における分解能を上げるために増幅する増幅回路６０と、この信号をＡ／Ｄ 変換してその結果をコンピュータ４９に取り込むためのインタフェース回路５０と、コンピュータ４９とによって構成されている。ソフトウエア部はコンピュータ４９に取り込んだ前記の散乱光による信号（ディジタル値）を演算処理し、異物の有無と、異物の位置と、異物の大きさとを判別するデータ処理プログラムにより構成されている。
【００１８】
本実施例の作用は次のとおりである。まず、被検査体である半導体ウエハ４６の種類（鏡面をもつ半導体ウエハ、酸化膜をもつ半導体ウエハ、金属膜を持つ半導体ウエハ）をコンピュータ４９に登録する。そして制御系３７はレーザ照射系３６と、走査系３８と、検出系３９とに対して適切な制御信号を送る。図７にその具体的な選択処理の制御の流れを示すが、以下に詳解する。
まず、レーザ照射系３６に対しての制御信号（第１の信号）について説明する。被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハと登録されるとＰ偏光を選択する第１の信号が制御系３７により出力される。そしてこの第１の信号に従って図示しないモータが回転して、１／２ 波長板４３は光軸を中心に所定の角度まで回転する。この回転によって半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態がＰ偏光となる。
一方、被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、金属膜をもつ半導体ウエハと登録されると、Ｓ偏光を選択する第１の信号が制御系３７により出力される。そしてこの第１の信号に従って図示しないモータが回転して、１／２ 波長板４３は光軸を中心に所定の角度まで回転する。この回転によって半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態がＳ偏光となる。
【００１９】
次に、検出系３７に対しての制御信号（第２の信号）について説明する。被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハと登録されると検出器５４を動作させる第２の制御信号が制御系３７により出力される。
一方、被検査体である半導体ウエハ４６の種類が、金属膜をもつ半導体ウエハと登録されると、検出器５５を動作させる第２の制御信号が制御系３７により出力される。このように半導体ウエハ４６の種類別に散乱光による信号を検出する検出器５４・５５が自動的に切り替えられる。
偏光状態と、検出器の選択が完了すると、半導体ウエハ４６に対するレーザ光の走査と異物の検査とをする。制御系３７からの第３の制御信号によりθテーブル５２は所定の速度で回転運動を始める。また、θテーブル５２が回転し始めるとＸテーブル５３は所定のピッチで直線運動を始める。この組み合わせにより、レーザスポット４７は螺旋状に半導体ウエハ４６の表面を走査する。
この際レーザスポット４７の照射面に異物が存在すると、この異物によってレーザ光が強く散乱される。選択された検出器５４もしくは検出器５５は、この散乱光を検出する。そして、この散乱光による信号はそれぞれ光電子増倍管５７もしくは光電子増倍管５９で光電変換され、さらに増幅回路６０で検出信号が増幅され、インタフェース回路５０を経由してコンピュータ４９に取り込まれる。
【００２０】
そして、データ処理プログラムで処理をされ散乱光による信号の強さから異物の大きさを推定し、θテーブル５２とＸテーブル５３との走査位置から異物の存在位置を逆算する。このような走査の繰り返しにより半導体ウエハ４６の全面を走査しながら散乱光の検出をして半導体ウエハ４６の表面に付着する異物の個数とこれらの位置や大きさなどの情報が得られることとなる。
最後に、上述した本実施例の作用により、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハにおいての０．１μｍ以下の異物の検出や、金属膜をもつ半導体ウエハにおいての０．２μｍ以下の異物の検出が可能であることを具体的なデータをもって説明する。
まず最初に、Ｓ／Ｎ を用いて異物の検出の可否を判断する基準について説明する。レーザスポット４７が半導体ウエハ４６の表面を走査する際に異物がレーザスポット４７の照射面に入っている場合には、この異物からの散乱光による信号が検出される。これを信号成分（Ｓ）とする。また、レーザスポット４７が半導体ウエハ４６の表面を走査する際に異物がレーザスポット４７の照射面に入っていない場合には、半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による信号が検出される。これを雑音成分（Ｎ）とする。
【００２１】
このように検出された信号成分（Ｓ）と雑音成分（Ｎ）との比、即ちＳ／Ｎは本発明の異物検査装置の検出感度を決定する最も重要なパラメータであり、一般的にはＪＩＳ 規格（ＪＩＳ Ｂ ９９２４）のパルス実用可測粒径に規定されているＳ／Ｎ ≧３という条件が成立することが、異物の検出が可能であるという判断の基準となるのである。
故に、半導体ウエハ４６上の異物を検査する際には、信号成分（Ｓ）が大きく、雑音成分（Ｎ）が小さくなるように測定を行うことが望ましい。しかし異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布は、半導体ウエハ４６表面の材質や半導体ウエハ４６上のレーザスポット４７での偏光状態によって大きく異なるために、この二点を考慮しなければ信号成分（Ｓ）が大きく、雑音成分（Ｎ）が小さくなるように測定を行うことは難しい。
ここで測定値を示す。図８（ａ）は鏡面をもつ半導体ウエハ（鏡面ウエハ）にＰ偏光を照射したときのＳ／Ｎ と、検出系３７が半導体ウエハ４６表面に対して成す角度φ３ との関係を示すグラフである。半導体ウエハ４６表面には直径０．１μｍ以下の異物が付着しているとする。また図８（ｂ）はＳ偏光を照射したときのＳ／Ｎ と、検出系３７が半導体ウエハ４６表面に対して成す角度φ４ との関係を示すグラフである。ここではそれぞれ前記レーザ入射面に対してθは略４５°（後方散乱）、θは略９０°（側方散乱）、θは略１３５°（前方散乱）としたときの様子を示している。これらのグラフは半導体ウエハ４６上の異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布状態を示したものとなっている。
【００２２】
これらの測定値により半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合において、半導体ウエハ４６上の異物を測定する際のＳ／Ｎ が３以上の空間分布領域が分かり、この領域内のＳ／Ｎ のピークを示す位置に検出系３７を配置すれば半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合にも０．１μｍ以下の異物の検出を最適な検出感度で行うことができる。
図８（ａ）・図８（ｂ）の測定値から、半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合においては、Ｐ偏光を照射し検出器（即ち検出器５４）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ を略３５°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθを略９０°（θ１ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
他の条件の半導体ウエハ４６についても上述した測定と同じ測定をする。ここで各々の半導体ウエハ４６表面には直径０．２μｍ以下の異物が付着しているとする。半導体ウエハ４６が酸化膜をもつ場合（酸化膜付ウエハ）の測定結果を図９（ａ）・図９（ｂ）に示し、また半導体ウエハ４６が金属膜をもつ場合（金属膜付ウエハ）の測定結果を図１０（ａ）・図１０（ｂ）に示す。これらのグラフも半導体ウエハ４６上の異物からの散乱光による信号成分（Ｓ）と半導体ウエハ４６の表面粗さからの散乱光による雑音成分（Ｎ）との空間分布状態を示したものとなっている。そしてこれらの結果についても半導体ウエハ４６が鏡面をもつ場合と同様の解析をする。
【００２３】
その結果半導体ウエハ４６が酸化膜をもつ場合においては、Ｐ偏光を照射し検出器（即ち検出器５４）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ３ を略３５°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθは略９０°（θ１ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
また、半導体ウエハ４６が金属膜をもつ場合においては、Ｓ偏光を照射し検出器（即ち検出器５５）を半導体ウエハ４６の表面に対してφ４ を略８０°の位置に配置し、前記レーザ入射面に対してθは略１３５°（θ２ となる）の位置に配置すれば最良の感度で異物検出ができることが分かる。
以上の測定結果から、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハを測定する場合にはＰ偏光を照射し検出器５４を用いて検出を行い、金属膜をもつ半導体ウエハを測定する場合にはＳ偏光を照射し検出器５５を用いて検出を行うと良いことが明確であるので、上述した構成により半導体ウエハ４６の種類によって自動的に偏光状態と検出器５４・５５とを選択する様にして半導体ウエハ４６の種類によらず最良の感度で異物検出ができるようにした。
【００２４】
ここで、以上に詳解してきた第４の実施例の変形例としてレーザスポット４７の走査を第４の実施例のように、θテーブル５２で半導体ウエハ４６を回転させながらＸテーブル５３で半導体ウエハ４６を移動させることで螺旋状に行っていたがＸＹテーブルを用いて半導体ウエハ４６をＸＹ方向に走査することも考えられる（第５の実施例）。
さらに、第４の実施例において検出系３９はファイバプレート５６・５８を用いて散乱光の集光を行っているが、ファイバプレート５６・５８ではなくてレンズを用いた光学系（図示せず）を用いて散乱光の集光を行うことも考えられる（第６の実施例）。
ここまでを、まとめると下記の［表１］のようになる。
【表１】
【００２５】
更にφやθだけでなく、偏光はＰ偏光とＳ偏光とに限定されることはない。他の種類の半導体ウエハに対する測定には偏光の偏光角を変えることも考えられる。要するに本発明の異物検出装置によれば半導体ウエハが、鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ場合や金属膜をもつ場合に限らず、様々な種類の半導体ウエハの測定ができるのである。
さて次に、半導体ウエハに対する照射光の入射角について本発明の第７の実施例を例にして述べる。まず、本発明の第７の実施例の概略構成図を図１１に示すとともに、以下に本実施例の構成を詳解する。本実施例はレーザ照射系６１と、走査系６２と、検出系６３と、信号処理系６４とによって構成されている。
レーザ照射系６１は直線偏光を出力するレーザ発振器６５と、ビームエキスパンダ６６と、偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ：以下では、ＰＢＳと記す）６７と、反射ミラー６８と、集光レンズ６９とによって構成されている。
ここでレーザ発振器６５から出射した光束はビームエキスパンダ６６で拡大され、ＰＢＳ６７でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光とＳ偏光との双方は反射ミラー６８…と集光レンズ６９・６９とによって半導体ウエハ７０の表面上にレーザスポット７１・７２としてそれぞれ集光される。
【００２６】
図１２及び図１３に示すとおり、Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束との双方は共に半導体ウエハ７０の表面に対して角度φ５ が略５°乃至略２０°の角度で入射されるようにレーザ照射系６１を設定する。この際Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束との双方は、検出時に影響を及ぼさないために、シャッタ７３によってお互いに遮断されている。
走査系６２は半導体ウエハ７０を載置している載置台７４と、θテーブル７５と、Ｘテーブル７６とによって構成されている。Ｐ偏光の光束とＳ偏光光束とによる双方のレーザスポット７１・７２は固定されているのでθテーブル７５とＸテーブル７６との動作によって半導体ウエハ７０の全面が走査されることとなる。つまりθテーブル７５が所定の速度で回転し、更にＸテーブル７６が所定のピッチで直線運動することによって半導体ウエハ７０の全面が螺旋状に走査されるのである。なお、シャッタ７３は半導体ウエハ７０の走査の際にも検出器７７と検出器７８との間に位置するものとなっている。
検出系６３は検出器（第１の検出器）７７と検出器（第２の検出器）７８とから構成される。各検出器７７・７８はファイバプレート７９・８０によって半導体ウエハ７４から発生する散乱光を集光し、光電子増倍管８１・８２によってこの散乱光を検出する。なお、ここでは検出器７７はレーザスポット７１からの散乱光を検出するように配置されており、検出器７８はレーザスポット７２からの散乱光を検出するように配置されている。
【００２７】
図１２に示すとおり検出器７７は、Ｐ偏光の光束によるレーザスポット７１を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ６ が略１０°乃至略５０°の角度で配置され、Ｐ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ３ が略７０°乃至略１１０°の角度で配置されている。
一方、図１３に示すとおりＳ偏光の光束によるレーザスポット７２を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ７ が略１０°乃至略２０°の角度で配置され、Ｓ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ４ が略１１５°乃至略１５５°の角度で配置されている。
信号処理系６４はハードウエア部とソフトウエア部とによって構成されている。ハードウエア部は検出された半導体ウエハ７０からの散乱光による信号を、この信号のインタフェース回路８４における分解能を上げるために増幅する増幅回路８３と、この信号をＡ／Ｄ 変換してその結果をコンピュータ８５に取り込むためのインタフェース回路８４と、コンピュータ８５とによって構成されている。ソフトウエア部はコンピュータ８５に取り込んだ前記の散乱光による信号（ディジタル値）を演算処理し、異物の有無と、異物の位置と、異物の大きさとを判別するデータ処理プログラムにより構成されている。なお、このコンピュータ８５は図示しない制御手段によって走査系６２の制御も行っている。
【００２８】
本実施例の作用は次のとおりである。まず、レーザ発振器６５から出射したレーザ光はＰＢＳ６７によりＰ偏光の光束とＳ偏光の光束とに分けられ、反射ミラー６８…と集光レンズ６９・６９とによって被検査体である半導体ウエハ７０表面に対して角度φ５ が略５°乃至略２０°の角度で入射され、レーザスポット７１・７２を形成する。
ここでφ５ が略５°乃至略２０°の角度となる理由は、異物の存在しない半導体ウエハ７０の表面からも、半導体ウエハ７０の表面に生じている微小な粗さ（表面粗さ）によって散乱光が生じてしまうためである。これが雑音成分（ノイズ）として検出される。この雑音成分を少なく押さえてＳ／Ｎ を向上させるには、レーザ光の入射角φ５ が大きい（半導体ウエハ７０の表面に対して６０°乃至８０°くらい）よりもレーザ光の入射角φ５ が小さい（半導体ウエハ７０の表面に対して５°乃至２０°くらい）のほうが良くなるためである。模式図を図１４に示す。
一方、半導体ウエハ７０は載置台７４の上に載置されており、θテーブル７５が所定の速度で回転し、更にＸテーブル７６が所定のピッチで直線運動することによって半導体ウエハ７０の全面をレーザスポット７１・７２が半導体ウエハ７０の表面を螺旋状に走査される。
【００２９】
この際レーザスポット７１・７２の照射面に異物が存在すると、この異物によってレーザ光が強く散乱される。検出器７７によりＰ偏光の光束によるレーザスポット７１内で発生した散乱光は検出され、検出器７８によりＳ偏光の光束によるレーザスポット７２内で発生した散乱光は検出される。
このようにして検出された散乱光による信号は、それぞれ光電子増倍管８１・８２で光電変換され、さらに増幅回路８３で検出信号が増幅され、インタフェース回路８４を経由してコンピュータ８５に取り込まれる。
そして、データ処理プログラムで処理をされ散乱光による信号の強さから異物の大きさを推定し、θテーブル７５とＸテーブル７６との走査位置から異物の存在位置を逆算する。このような走査の繰り返しにより半導体ウエハ７０の全面を走査しながら散乱光の検出をして半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の個数とこれらの位置や大きさなどの情報が得られることとなる。
このとき、半導体ウエハ７０の表面に形成された金属膜の厚さが、略４００ｎｍのときには、半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の直径が略０．２μｍ未満の異物は検出器７７からの信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．２μｍ以上の異物は検出器７８からの信号によって特定される。
【００３０】
加えて、半導体ウエハ７０の表面が鏡面であったり、半導体ウエハ７０の表面に酸化膜が形成されている場合には半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の直径が略０．１μｍ未満の異物は検出器７７からの信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．１μｍ以上の異物は検出器７８からの信号によって特定される。金属膜の方が表面粗さが大きいので雑音成分も大きくＳ／Ｎ が低くなる。よって検出可能異物の直径も大きくなってしまう。
ここで、半導体ウエハ７０の表面に付着する異物の大きさによって異なる偏光角のレーザ光を用いる理由を図１５及び図１６を用いて説明する。
図１５は被検査物表面にレーザを入射させる時の被検査物の表面上の空間における光の干渉現象を示している。入射光は被検査物表面で反射されるが、このとき入射光と反射光とは干渉し、図１６に示す干渉領域内（網かけ部）では、干渉波（干渉光）は定在波となっており、この定在波領域内に異物が存在すると、この異物によって定在波の光は散乱される。散乱光強度は定在波の光強度に比例するので、定在波の光強度の大きい方が散乱光を検出しやすい。
【００３１】
しかし、定在波の光強度（定在波強度）は、被検査物表面からの高さ（Ｚ方向の距離）によって図１５に示すように周期的に変化する。この光強度の変化を拡大して図１５に表面が鏡面を持つ半導体ウエハ（Ｓｉウエハ）にＡｒ＋ レーザ（波長：４８８ｎｍ）を照射した場合を例にして示す。この図１６から、被検査物表面から略０．２μｍまでの高さの領域では、Ｐ偏光の入射による定在波強度が強く、略０．２μｍより大きい高さの領域では、Ｓ偏光の入射による定在波強度が強いことが分かる。この結果から、鏡面を持つＳｉウエハにおいては、このウエハの表面に付着する異物の直径が略０．２μｍ未満の異物はＰ偏光による散乱光の信号によって特定される。また、この場合の直径が略０．２μｍ以上の異物はＳ偏光による散乱光の信号によって特定される。この検出信号の選択はコンピュータ８５において行う。Ｓｉウエハの表面に金属膜が形成されていたり、Ｓｉウエハの表面に酸化膜が形成されている場合にも、このウエハの表面に付着する異物の直径の閾値が異なるだけであり、異物の直径がこの閾値を越えるか越えないかによって、参照データをＰ偏光に基づくものかＳ偏光に基づくものかを判断するという作業には変わりはない。
【００３２】
また使用するレーザがＡｒ＋ レーザではなくてＨｅ−Ｃｄ レーザ（波長：４４２ｎｍ）やＨｅ−Ｎｅ レーザ（波長：６３３ｎｍ）などの他の種類のレ−ザを用いた際にもレーザ波長に依存する定在波強度分布の周期が変化するために、この異物の直径の閾値が異なるが、処理自体には変化はない。
ここで、検出器を配置する際には前述したように図１２及び図１３に示すような角度配置にするのであるが、この理由は、検出対象の異物の大きさによって散乱光の空間分布特性が異なるためである。
即ち、異物の直径が前記の閾値よりも小さい場合には、図１２に示すように検出器８１は、Ｐ偏光の光束によるレーザスポット７１を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ６ が略１０°乃至略５０°の角度（表面近傍）で配置されＰ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ３ が略７０°乃至略１１０°の角度（側方散乱）で配置されている。これは、これらの方向に散乱光が強く発生するからである。
一方、図１３に示すようにＳ偏光の光束によるレーザスポット７２を中心に半導体ウエハ７０の表面に対してφ７ が略１０°乃至略２０°の角度（反射光近傍）で配置され（入射角φ５ が略１０°乃至略２０°の角度であるため）、Ｓ偏光の光束によるレーザ入射面に対してはθ４ が略１１５°乃至略１５５°（前方散乱）の角度で配置されている。これも、これらの方向に散乱光が強く発生するからである。
【００３３】
ここで、φ６ ・φ７ の角度の大きさの下限が略１０°であるのは検出器の大きさを考慮しているためであり、可能であるならば更に小さな角度（略５°くらい）であることが望ましい。そしてθ４ の角度の大きさの上限が略１５５°であるのは正反射光を避けるためであり、理想的には１８０°が望ましい。
またこのようにして採取したデータによると図１７に示すように線形特性の良い検出強度曲線が得られることで検出強度曲線から正確に異物の粒径を求めることができる。これを図１８を用いて説明する。図１８（ａ）では被検査物表面に直径０．１μｍ（異物Ａとする）、０．４μｍ（異物Ｂとする）、０．６μｍ（異物Ｃとする）の異物が存在していることを示している。
レーザスポットを走査した結果として、図１８（ｂ）には検出器７７で検出されたＰ偏光の入射による散乱光信号を示し、図１８（ｃ）には検出器７８で検出されたＳ偏光の入射による散乱光信号を示す。図１８（ｂ）・図１８（ｃ）により直径０．１μｍの異物の検出には信号Ａを用いるが、直径０．４μｍ及び直径０．６μｍの異物の検出にはそれぞれ信号Ｂ及び信号Ｃを用いるのではなく、それぞれ信号Ｂ´及び信号Ｃ´を用いると良いことが分かる（図１８（ｄ）に示す）。
【００３４】
ここまでを、まとめると下記の［表２］のようになる。
【００３５】
【表２】
そして直線偏光を出力するレ−ザを使用するのではなくてランダム偏光を出力するレ−ザに偏光子を組み合わせてＰ偏光やＳ偏光を発生させても良い。また受光素子は光電子増倍管３３・５７・５９・８１・８２ではなく半導体光センサなどに変えても良い。
加えて被検査体は半導体ウエハを例に挙げたが検査対象はこれに限定されず、液晶基板でも良いし、曲面部を有するものでも本発明の異物検査装置を用いることは可能である。
その理由は巨視的に見れば曲面でも、微視的に見れば平面となるのでレ−ザスポット３１・４７・７１・７２のスポット径を小さくすることで検査対象の曲面を平面と同様にして検査ができるためである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によると、異物の検出感度を上げることが可能となる。
また本発明によると、半導体の製造において従来まで検出が困難であった異物などの検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、ファイバプレートおよび光電子倍増管と半導体ウエハとの位置関係を示す側面図。
【図３】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、光受光系の配置角度と散乱光の強度の関係とを示すグラフ。
【図４】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、光受光系の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図５】本発明の第４の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図６】本発明の第４の実施例の異物検査装置における、各検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図。
【図７】本発明の第４の実施例の異物検査装置における、半導体ウエハ（被検査物）の種類による偏光状態および検出器の選択の処理の流れを示すフローチャート。
【図８】本発明の第４の実施例の異物検査装置で鏡面ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図９】本発明の第４の実施例の異物検査装置で酸化膜付ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図１０】本発明の第４の実施例の異物検査装置で金属膜付ウエハを測定した場合における、検出器の配置角度と異物検出信号のＳ／Ｎ とを示すグラフ。
【図１１】本発明の第７の実施例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図１２】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図（その１）。
【図１３】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、検出器と、レーザ入射面と、半導体ウエハとの位置関係を示す概略図（その２）。
【図１４】本発明の第１の実施例の異物検査装置における、レーザ光の入射角度が大きい場合とレーザ光の入射角度が小さい場合の散乱光の強度と検査時刻の関係とを示すグラフ。
【図１５】半導体ウエハの表面における入射光と反射光による光の干渉を示す概略図。
【図１６】半導体ウエハの表面における定在波強度の分布と異物の直径の関係を示すグラフ。
【図１７】本発明の第７の実施例の異物検査装置における、異物の直径と散乱光の強度と検出器の選択を示すグラフ。
【図１８】本発明の第７の実施例の異物検査装置において、（ａ）は異物Ａ乃至異物Ｃの大きさを示す模式図、（ｂ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する第１の検出器の出力信号と検査時刻との関係を示すグラフ、（ｃ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する第２の検出器の出力信号と検査時刻との関係を示すグラフ、（ｄ）は異物Ａ乃至異物Ｃに対する異物検出結果と検査時刻との関係を示すグラフ。
【図１９】第１の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２０】第２の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２１】第３の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２２】第４の従来例の異物検査装置における、ラインセンサと半導体ウエハとの位置関係を示す側面図。
【図２３】第５の従来例の異物検査装置を示す概略構成図。
【図２４】従来例の異物検査装置における、異物の直径と散乱光の強度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１・２６・５１・７４…載置台
２・４６・７０…半導体ウエハ
３・２７・４１・６５…レ−ザ発振器
４・６６…コリメートレンズ
５…ガルバノミラー
６・１４・１６・２２…集光光学系
７…ラインセンサ
８・９・１３・１７…受光素子
１０・１８…測定回路
１１…ＸＹテーブル
１２…容器
１５…ハーフミラー
１９…ＸＹテーブル制御装置
２０…ＸＹθテーブル
２１・２９・４４…反射ミラー
２３・３５…検出部
２４・５２・７５…θテーブル
２５・５３・７６…Ｘテーブル
２８・４３…１／２ 波長板
３０・４５・６９…集光レンズ
３１・４７・７１・７２…レーザスポット
３２・５６・５８・７９・８０…ファイバプレート
３３・５７・５９・８１・８２…光電子増倍管
３４…増幅部
３６・６１…レーザ照射系
３７…制御系
３８・６２…走査系
３９・６３…検出系
４０・６４…信号処理系
４２・６６…ビームエキスパンダ
４８…制御回路
４９・８５…コンピュータ
５０・８４…インタフェース回路
５４・５５・７７・７８…検出器
６０・８３…増幅回路
６７…偏光ビームスプリッタ
６８…反射ミラー
７３…シャッタ
Claims (7)
- レーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光の偏光角を可変させる偏光成分可変手段と、被検査物表面に照射された前記レーザ光の散乱光を検出する検出系と、この検出系により検出された前記散乱光の強度に基いて前記被検査物表面の傷もしくは異物を検出する検出手段とを備え、前記被検査物表面に照射される前記レーザ光の偏光状態が、Ｐ偏光もしくはＳ偏光のいずれか一方に切換可能に設けられており、前記被検査物が表面に鏡面をもつ半導体ウエハもしくは酸化膜をもつ半導体ウエハの場合はＰ偏光のレーザ光を照射し、前記被検査物が表面に金属膜をもつ半導体ウエハの場合はＳ偏光のレーザ光を照射するよう設定可能に構成されていることを特徴とする異物検査装置。
- 前記レーザ光源は、Ａｒ＋レーザ発振器であることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
- 前記レーザ光源は、Ｈｅ−Ｃｄレーザ発振器であることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
- 前記レーザ光源は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器であることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
- 前記検出系は、ファイバプレートと光電子増倍管とを備えていることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
- 前記レーザ光は、前記被検査物表面に対して５°乃至２０°の角度で入射されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の異物検査装置。
- 検査される表面が鏡面である半導体ウエハもしくは検査される表面に酸化膜または金属膜を有する半導体ウエハの前記検査される表面の傷もしくは異物を検出する検出工程において、請求項１乃至６いずれかに記載の異物検査装置を用いることを特徴とするＤＲＡＭの製造方法。
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