JP3894388B2 - 表面検査装置 - Google Patents

Description

【０００４】
【発明の属する技術分野】
【０００５】
本発明は、ウエハなどの検査対象物の表面上の異物（本明細書においてはキズその他を含む広義の用語である）を検査する表面検査装置に関する。
【従来の技術】
【０００６】
従来、検査対象物の表面上の異物を検査する表面検査装置において、異なる位置に２個以上のセンサーを配置して、広いダイナミックレンジを確保して、異物検査をおこなっている。そのためのセンサーとしては、例えばフォトマルチプライヤ等の光電変換素子を使用している。
【０００７】
例えば、図１に示すように、表面検査装置において、異なる位置に２個のセンサーを配置する。一方は感度の低いセンサー１で、他方は感度の高いセンサー２である。これらのセンサー１，２は、いずれもフォトマルチプライヤである。
【０００８】
これらのセンサー１，２を使用して、検査対象物３の表面上の異物４を検査する。矢印５は、光の走査方向を示している。多数の矢印６は、光の入射方向を示している。
【０００９】
そのように複数（例えば２個）のフォトマルチプライヤ１，２を使用する場合、通常、２個のフォトマルチプライヤ１，２は、それらの感度特性の高い順に序列を決めておき、まず感度の高いフォトマルチプライヤ２を使用し、感度の高いフォトマルチプライヤ２が飽和状態になるか、もしくはスレッショルド信号を越えたときに、感度の低いフォトマルチプライヤ１によって信号を処理するのが一般的である。
【００１０】
図１に示す検出状態のとき、検査対象物の表面に異物が存在しなければ、２個のフォトマルチプライヤ１，２は、同一の光量を受光して、受光する光の強度（散乱光の強さ）は、フォトマルチプライヤ１，２の感度の高低に応じて所定の倍率になる。仮に検査対象物の表面に異物が存在したとしても、異物が小さくて、光の散乱に指向性がないと、２個のフォトマルチプライヤ１，２は、同一の光量を受光して、受光する光の強度（散乱光の強さ）は、フォトマルチプライヤ１，２の感度の高低に応じて所定の倍率になる。このような場合、まず感度の高いフォトマルチプライヤ２を使用し、感度の高いフォトマルチプライヤ２が飽和状態になるか、もしくはスレッショルド信号を越えたときに、初めて感度の低いフォトマルチプライヤ１によって信号を処理すれば、適切な検査が行える。
【００１１】
図２は、感度の高いフォトマルチプライヤ２が飽和状態になる前の状態を示している。感度の高いフォトマルチプライヤ２の光強度（斜線の部分）と、感度の低いフォトマルチプライヤ１の光強度（斜線の部分）とは、所定の倍率関係になる。
【００１２】
ところが、感度の高いフォトマルチプライヤ２が飽和状態になると、２個のフォトマルチプライヤ１，２が受光する同一の光量が増加しているにもかかわらず、感度の高いフォトマルチプライヤ２の光強度（斜線の部分）は一定の値にとどまる一方、感度の低いフォトマルチプライヤ１の光強度（斜線の部分）は増加していく。そのため、２個のフォトマルチプライヤ１，２が同一の光量を受光しているにもかかわらず、受光する光の強度（散乱光の強さ）が、フォトマルチプライヤ１，２の感度の高低に応じて所定の倍率関係にならない。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高い感度を有するフォトマルチプライヤ２は、検査対象物（ウエーハ）上の小さい異物からの散乱光を測定する場合、飽和状態になる前であることが多いので、適切な検査が行える。
【００１４】
しかし、予想を超えた大きな異物の場合に、散乱に指向性があると、非常に多量の散乱光が感度の低いフォトマルチプライヤ１に片寄って受光されることがある。このような場合には、感度の高いフォトマルチプライヤ２が飽和状態になっていないにもかかわらず、感度の低いフォトマルチプライヤ１が強い光強度になる。その結果、本来の異物の大きさとは異なる信号が検出されてしまう。
【００１５】
本発明の目的は、大きな異物で散乱に指向性があっても、正確に検査が行える表面検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の解決手段の１つは、請求項１に記載の表面検査装置である。
【００１７】
本発明の別の解決手段は、請求項６に記載の表面検査装置である。
【００１８】
好ましくは、低感度用のセンサー（低感度で使用するセンサー）と高感度用のセンサー（高感度で使用するセンサー）が光電変換素子であって、それぞれ別々にデータ処理する機構を有する。高感度用のセンサーが飽和もしくはスレッショルド信号レベル以上になった場合、低感度用のセンサーの同時刻の信号を関連付けたまま処理する機構を設ける。高感度用のセンサーのスレッショルド信号レベルや、低感度用のセンサーのアクティブスライスは可変にする。
【発明の実施の形態】
【００１９】
本発明による表面検査装置においては、つぎのような処理形態を採用するのが好ましい。
【００２０】
異なる位置に配置した単数又は複数のセンサーにそれぞれ感度の違いによる序列をつける。たとえば、特定のセンサーを異なる位置に配置して、それらの各位置で感度を変えることもできるし、複数の互いに異なるセンサーを使用して、各センサーごとに感度を変えることもできる。
【００２１】
以下の説明では便宜上、複数の互いに感度の異なるセンサーを使用して各位置ごとに感度を変える形態を代表例とする。
【００２２】
任意の２個以上のセンサーが高感度と、低感度の関係をもつようにデータ処理を関連付ける。
【００２３】
低感度センサーにおいて、高感度センサーの飽和もしくはスレッショルド信号レベルに相当するレベルを決める。そのレベルを越えたところでアクティブスライスを低感度センサーに設定する。
【００２４】
異物の散乱光強度に応じて、諸条件の組合せによって、低感度センサー側や高感度センサー側のデータが処理される。その組合せの例を次に示す。
【００２５】
Ａ）高感度センサーのデータとして処理されるための条件
異物の散乱光強度に応じて、高感度センサーが飽和していない、または高感度センサーのスレッショルド信号レベルを越えていない、もしくは低感度センサーのアクティブスライスを越えていない、といった諸条件の組合せによって、高感度センサー側のデータが使用されて処理される。その条件をまとめると、次のとおりである。
【００２６】
（Ａ１）高感度センサーが飽和していない。又は高感度センサーがスレッショルド信号レベルを越えていない。
【００２７】
（Ａ２）低感度センサーがアクティブスライスを越えていない。
【００２８】
Ｂ）低感度センサーのデータとして処理されるための条件
異物の散乱強度に応じて、高感度センサーが飽和している、もしくは高感度センサーがそのスレッショルド信号を越えている、または低感度センサー側のアクティブスライスを越えていない、といった諸条件の組合せによって、低感度センサー側のデータが使用されて処理される。その条件をまとめると、つぎのとおりである。
【００２９】
（Ｂ１）高感度センサーが飽和している。又は高感度スレッショルド信号を越えている。
【００３０】
（Ｂ２）低感度センサー側のアクティブスライスを越えていない。
【００３１】
Ｃ）低感度センサーのデータとして処理されるための別の条件
異物の散乱光強度により高感度センサーが飽和していない、高感度センサーのスレッショルド信号レベルを越えていない、しかし低感度センサーのアクティブスライスを越えている、といった諸条件の組合せによって、低感度センサー側のデータとして処理される。その条件をまとめると、つぎのとおりである。
【００３２】
（Ｃ１）高感度センサーが飽和していない。または高感度センサーがスレッショルド信号レベルのレベルを越えていない。
【００３３】
（Ｃ２）低感度センサー側のアクティブスライスを越えている。
【００３４】
Ｄ）低感度センサーのデータとして処理されるための別の条件
一番一般的に現れる状況であるが、異物の散乱光強度により高感度センサーがスレッショルド信号レベルを超えているか、又は飽和していて、低感度センサーが低感度センサー側のアクティブスライスを越えているという条件の下では、低感度センサー側のデータとして処理される。
【００３５】
前述の４つのデータ処理の手法により、この種のセンサーがもつ原理上の飽和による問題や、異なる位置への配置による散乱の指向性による問題を解決することができる。しかも、ダイナミックレンジ拡大のメリットを失うことなく、異物からの散乱光を正しく処理できる。また、異物の大きさを正しく判定できる。
【実施例】
【００３６】
図６は、本発明による螺旋走査方式の表面検査装置の一例を示している。
【００３７】
光源１１０と、この光源１１０からの光を測定物の表面１１１に照射する照射光学系１１２と、照射光学系１１２で照射された測定物１１１表面から反射された散乱光を受光して散乱光強度の受光信号を形成する第１受光光学系１１３と、受光光学系１１３で受光された光を散乱光強度の受光信号として出力する低感度受光部１１４と、照射光学系１１２で照射された測定物１１１表面から反射された散乱光を受光して散乱光強度の受光信号を形成する第２受光光学系１１５と、第２受光光学系１１５で受光された光を散乱光強度の受光信号として出力する高感度受光部１１６と、検査対象物１１１の表面と照射光学系１１２並びに第１及び第２受光光学系１１３、１１５とに相対的な直線変位を与える直線変位部１１７と、検査対象物１１１の表面と照射光学系１１２及び第１及び第２受光光学系１１３、１１５とに相対的な回転変位を与える回転変位部１１８とを有し、照射された光が測定物１１１の表面上を螺旋走査するように構成されている。直線変位部１１７と回転変位部１１８には、それぞれモーター１１９、１２０が接続されている。
【００３８】
図６の表面検査装置において、低感度受光部の受光方向と高感度受光部の受光方向とは、測定対象物の異物の散乱光の指向性に依存する。ベアのウエハ膜のつけられていないウエハを対象とした場合、図７と図８に示す位置関係となる。すなわち、照射光のウエハによる反射光から、水平面内又は垂直面内において、その照射光のウエハによる反射光に近い側に低感度、遠い側に高感度受光方向を設定する。
【００３９】
本発明による表面検査装置は、膜付きのウエハにおけるフィルム面の散乱光に影響されずに検出対象物の表面上の異物を検出するのに適している。
【００４０】
本発明による表面検査装置においては、例えば、図１に示すように、異なる位置に２個以上のセンサー１，２を配置する。一方は低感度用のセンサー１で、他方は高感度用のセンサー２である。これらのセンサー１，２は、いずれもフォトマルチプライヤである。
【００４１】
これらのセンサー１，２を使用して、矢印５の方向に光を走査させ、かつ、矢印６の方向に光を入射させることにより、検査対象物３の表面上の異物４を検査する。
【００４２】
本発明による表面検査装置においては、低感度用のセンサー１にアクティブスライス１０を設定する。そのアクティブスライス１０は、高感度用のセンサー２のスレッショルド信号レベル１１よりも高い値にする。
【００４３】
例えば、低感度センサー１において、高感度センサー２の飽和もしくはスレッショルド信号レベル１１に相当するレベル１２を決め、そのレベル１２を少し（たとえばレベル１２と区別し得る程度）越えたところでアクティブスライス１０を低感度センサー１に設定する。
【００４４】
図２に示すように、検査対象物３の表面に異物４が存在しないか、仮に検査対象物３の表面に異物４が存在したとしても、異物４が小さいときなどは、２個のセンサー１，２は、ほぼ同一の光量を受光して、受光する光の強度８ａ，８ｂ（散乱光の強さ）は、センサー１，２の感度の高低に応じて所定の倍率になる。このような場合は、感度の高いセンサー２を使用し、その感度の高いセンサー２からの信号を処理する。
【００４５】
なお図２乃至図４中、低感度センサーにより得られた信号レベルを８ａとして、高感度センサーにより得られた信号レベルを８ｂとして示してある。
【００４６】
つまり、次に示す諸条件をみたすとき、高感度センサー２側のデータが使用されて処理されるのである。
【００４７】
（１）高感度センサー２が飽和していない。又は高感度センサー２がスレッショルド信号レベルを越えていない。
【００４８】
（２）低感度センサー１がアクティブスライスを越えていない。
【００４９】
大きな異物４が存在し、かつ、異物４での光散乱に指向性があると、非常に多量の散乱光が感度の低いセンサー１に片寄って受光され、その結果、感度の高いセンサー２が飽和状態になっていなかったりスレッショルド信号レベル１１を越えていないにもかかわらず、感度の低いセンサー１が強い光強度の状態になる。図３は、そのような事態の一例を示している。
【００５０】
図３においては、感度の高いセンサー２の信号レベル８ｂはスレッショルド信号レベルを越えておらず、かつ飽和状態にもなっていない。このとき、もし仮に２個のセンサー１，２がほぼ同一の光量を受光して、受光する光の強度（散乱光の強さ）がセンサー１，２の感度の高低に応じて所定の倍率になるとするならば、低感度センサー１では、図２に示すように散乱光強度が非常に低いレベルになければならない。ところが、図３の例では、低感度センサー１の散乱光強度は非常に高いレベルにある。
【００５１】
このような場合は、感度の低いセンサー１を使用し、その感度の低いセンサー１からの信号を処理する。
【００５２】
つまり、次に示す諸条件をみたすとき、低感度センサー１側のデータが使用されて処理されるのである。その条件をまとめると、つぎのとおりである。
【００５３】
（１）高感度センサー２が飽和していない。または高感度センサー２がスレッショルド信号レベルを越えていない。
【００５４】
（２）低感度センサー１側の光強度がアクティブスライスを越えている。
【００５５】
なお、図３においては、符号１５は、低感度センサー１のスレッショルド信号レベルを示している。
【００５６】
図４に示すように、異物の散乱光強度に応じて、高感度センサー２が飽和しているか、高感度センサー２がそのスレッショルド信号を越えている場合、低感度センサー１側の光強度がアクティブスライスを越えていなければ、低感度センサー１側のデータが使用されて処理される。その条件をまとめると、つぎのとおりである。
【００５７】
（１）高感度センサー２が飽和している。もしくは高感度センサー２がそのスレッショルド信号を越えている。
【００５８】
（２）低感度センサー１側の光強度がアクティブスライスを越えていない。
【００５９】
図５に示すように、異物の散乱光強度に応じて、高感度センサー２が飽和しているか、高感度センサー２がそのスレッショルド信号を越えている場合で、低感度センサー１側の光強度がアクティブスライスを越えている場合は、低感度センサーのデータが使用されて処理される。
【００６０】
その条件をまとめると次のとおりである。
【００６１】
（１）高感度センサー２が飽和しているか、高感度センサー２がそのスレッショルド信号を越えている。
【００６２】
（２）低感度センサー１側の光強度がアクティブスライスを越えている。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、異なる複数の位置で複数のセンサー（光電変換素子）を用いても、散乱の指向性による飽和を問題にすることなく測定可能になり、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００６４】
また、異物からの正しい散乱光を的確に処理でき、異物の大きさを正確に判定できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】 ２個のセンサーを使用して検査対象物の表面を検査する状況を概念的に示す説明図。
【図２】 異物がないときや、異物が小さく、かつ散乱光に指向性がないときの、２種類のセンサーの光感度を示す説明図。
【図３】 異物が大きく、かつ、散乱光に指向性があるときの、２種類のセンサーの光感度を示す説明図。
【図４】 別の条件のときの２種類のセンサーの光感度を示す説明図。
【図５】 さらに別の条件のときの２種類のセンサーの光感度を示す説明図。
【図６】 本発明に使用する表面検査装置の概略を示す図。
【図７】 散乱光の指向性による依存関係を示す右側面図。
【図８】 散乱光の指向性による依存関係を示す平面図。
【符号の説明】
【００６６】
１，２ センサー
３ 検査対象物
４ 異物
１０ アクティブスライス
１１ スレッショルド信号レベル
１２ レベル

Claims (10)

1. 光を検査対象物の表面に走査して検査対象物の表面上の異物を検査する表面検査装置において、感度の異なる２個以上のセンサーを異なる位置に配置し、高感度用のセンサーにはスレッショルド信号レベルを設定し、低感度用のセンサーにはアクティブスライスを設定し、そのアクティブスライスを、高感度用のセンサーのスレッショルド信号レベルよりも高いレベルに設定し、
   （Ａ）高感度用のセンサーが飽和していない、又は高感度用のセンサーがスレッショルド信号レベルを越えていない、という条件、且つ、低感度用のセンサー側のアクティブスライスを越えていない、という条件を満たす場合は、高感度用のセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｂ）高感度用のセンサーが飽和している、又は高感度用のセンサーがスレッショルド信号レベルを越えている、という条件、且つ、低感度用のセンサー側のアクティブスライスを越えていない、という条件を満たす場合は、低感度用のセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｃ）高感度用のセンサーが飽和していない、又は高感度用のセンサーがスレッショルド信号レベルを越えていない、という条件、且つ、低感度用のセンサー側のアクティブスライスを越えている、という条件を満たす場合も、低感度用のセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｄ）高感度用のセンサーが飽和している、又は高感度用のセンサーがスレッショルド信号レベルを超えているという条件、且つ、低感度用のセンサー側のアクティブスライスを越えている、という条件を満たす場合も、低感度用のセンサー側のデータが使用されて処理される
   ことを特徴とする表面検査装置。
2. 低感度用のセンサーと高感度用のセンサーが、それぞれ別々にデータ処理する機構を持つ請求項１に記載の表面検査装置。
3. センサーが光電変換素子である請求項１または２に記載の表面検査装置。
4. 高感度用のセンサーのスレッショルド信号レベルが可変であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面検査装置。
5. 低感度用のセンサーのアクティブスライスが可変であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
6. 光を検査対象物の表面に走査して検査対象物の表面上の異物を検査する表面検査装置において、異なる複数の位置でセンサーを感度を変えて使用し、少なくとも１つの位置では低感度で使用するセンサーが検査対象物の表面から散乱光を受光し、他の少なくとも１つの位置では高感度で使用するセンサーが検査対象物の表面から散乱光を受光し、高感度で使用するセンサーにはスレッショルド信号レベルを設定し、低感度で使用するセンサーにはアクティブスライスを設定し、そのアクティブスライスを、高感度で使用するセンサーのスレッショルド信号レベルよりも高いレベルに設定し、
   （Ａ）高感度で使用するセンサーが飽和していない、又は高感度で使用するセンサーがスレッショルド信号レベルを越えていない、という条件、且つ、低感度で使用するセンサー側のアクティブスライスを越えていない、という条件を満たす場合は、高感度で使用するセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｂ）高感度で使用するセンサーが飽和している、又は高感度で使用するセンサーがスレッショルド信号レベルを越えている、という条件、且つ、低感度で使用するセンサー側のアクティブスライスを越えていない、という条件を満たす場合は、低感度で使用するセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｃ）高感度で使用するセンサーが飽和していない、又は高感度で使用するセンサーがスレッショルド信号レベルを越えていない、という条件、且つ、低感度で使用するセンサー側のアクティブスライスを越えている、という条件を満たす場合も、低感度で使用するセンサー側のデータが使用されて処理され、
   （Ｄ）高感度で使用するセンサーが飽和している、又は高感度で使用するセンサーがスレッショルド信号レベルを超えている、という条件、且つ、低感度で使用するセンサー側のアクティブスライスを越えている、という条件を満たす場合も、低感度で使用するセンサー側のデータが使用されて処理される
   ことを特徴とする表面検査装置。
7. 低感度で使用するセンサーと高感度で使用するセンサーが、それぞれ別々にデータ処理する機構を持つ請求項６に記載の表面検査装置。
8. センサーが光電変換素子である請求項６または７に記載の表面検査装置。
9. 高感度で使用するセンサーのスレッショルド信号レベルが可変であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の表面検査装置。
10. 低感度で使用するセンサーのアクティブスライスが可変であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の表面検査装置。

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