JP3941863B2 - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハ等の基板表面の異物を検出する表面検査方法及び表面検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造する場合、ウェーハ等基板表面に付着する微細な異物が製品品質に大きく影響する。この為、半導体素子の製造工程で基板表面の表面検査が実施される。又、半導体素子は増々高密度化が進み、製造プロセスも複雑化し、ウェーハ表面には種々の膜が形成される様になっている。
【０００３】
表面検査装置は基板表面に検査光を照射し、受光検出器により基板からの反射散乱光を受光することによって異物の検出を行っている。基板からの反射光は基板表面に形成される膜質、膜厚によって反射特性が変化する。この為、Ｓ／Ｎ比を向上させ、表面検査の検出精度を向上させる為には、膜質に対応した検査条件を設定することが要求される。
【０００４】
又、前記受光検出器で検出する反射光には、異物による散乱反射光だけでなく、基板表面自体からの散乱反射光も含まれている。この基板表面自体からの散乱反射光はノイズとなり、異物の検出精度を低下させる要因となっていた。
【０００５】
基板表面自体からの散乱反射光を除去し、検出精度を向上させる表面検査装置として、特開２００１−２０８６９７で示されるものがある。
【０００６】
該特開２００１−２０８６９７の発明はレーザ光線を基板に照射して反射された場合、基板表面の散乱反射により偏光状態が変更されることに着目したものである。Ｓ偏光のレーザ光線を基板に照射すると、基板表面からは楕円偏光のレーザ光線が反射される。受光系に偏光板を配置し、該偏光板を通して散乱反射光を受光する様にし、該偏光板を回転して受光検出器の受光レベルの最も低くなる状態（基板表面での反射光が最も低減する状態）を求め、偏光板をこの状態で回転位置に位置決めし、基板の表面検査を行う様にしたものである。
【０００７】
偏光板により基板表面からの散乱反射光を低減させることで、異物により生じる散乱反射光と基板表面からの散乱反射光の比、即ちＳ／Ｎ比が増大し、検出精度が向上するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
基板表面に於ける散乱反射光には、基板表面に形成された膜の種類により複数の偏光成分が含まれることが分っている。この場合、上記従来の表面検査装置の様に、基板表面からの散乱反射光が最も低くなる偏光板の回転位置を求めることで反射光の影響を除去する方法では、基板表面からの散乱反射光が極小値となる偏光板の回転位置が複数となってしまう。更に、異物よる散乱反射光も偏光板の回転位置により検出光量が影響を受けることが分っている。この為、偏光板を回転して基板表面での散乱反射光が最も低減する状態で異物の表面検査を行っただけでは充分な検出精度が得られないという問題を有していた。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、受光反射光のＳ／Ｎ比を改善し、表面検査精度の向上を図るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行う表面検査方法に係るものである。
【００１１】
又、本発明は、被検査面に検査光を照射する投光光学系と、異物を有する被検査面からの散乱反射光を受光する受光部と、受光光軸上に設けられ前記受光部の受光偏光角を変更する受光偏光角変更手段と、該受光偏光角変更手段により受光偏光角を変更して得られる受光部からの受光出力により、Ｓ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する演算部とを具備する表面検査装置に係り、又前記演算部は、被検査面に所定の角度で検査光を照射し、異物による散乱反射光と、被検査表面による散乱反射光をそれぞれ受光部で検出し、異物による散乱反射光出力と、被検査表面による散乱反射光出力に基づきＳ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する表面検査装置に係り、又前記演算部は、受光偏光角を変更して、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となる点を求めて前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する表面検査装置に係るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は表面検査装置の基本構成を示している。
【００１４】
図中、１は基板走査機構部であり、該基板走査機構部１は基板（ウェーハ）２を保持するウェーハチャック３、該ウェーハチャック３を回転する回転モータ４を具備し、該回転モータ４は水平方向に移動するスライドステージ２０（図２参照）に設けられ、該スライドステージ２０はスライドモータ２１（図２参照）により水平方向に移動される。
【００１５】
又、図中、６はレーザ光線発光部、７は投光光学系、８は受光部を示している。前記レーザ光線発光部６から発せられたレーザ光線は、前記投光光学系７により前記ウェーハ２表面に照射される様になっている。
【００１６】
尚、図１に於ける投光光学系７は一例として、低入射角θ1 で照射されるレーザ光線９と高入射角θ2 で照射されるレーザ光線１０とが共通のレーザ光線発光部６により供給される構成となっている。
【００１７】
前記投光光学系７は前記２のレーザ光線９，１０を所要の入射角で前記ウェーハ２に照射させる。
【００１８】
レーザ光線９はミラー等の偏向光学部材１１，１２，１３により前記ウェーハ２表面に所要の入射角θ1 で入射する様に偏向されると共に、ビームエキスパンダ１４により光束の形状が整えられ、又レンズ群１５により前記ウェーハ２表面に集光される。
【００１９】
レーザ光線１０はミラー等の偏向光学部材１６，１７により前記ウェーハ２表面に所要の入射角θ2 で入射する様に偏向されると共に、ビームエキスパンダ１８により光束の形状が整えられ、又レンズ群１９により前記ウェーハ２表面に集光される。
【００２０】
前記受光部８は第１受光センサ２３と、第２受光センサ２４、第３受光センサ２５とを具備する。第１受光センサ２３は前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０の前記ウェーハ２の表面上で反射された直接反射光を受光し、ウェーハ２の高さ方向の位置を検出する。第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は、前記レーザ光線９、レーザ光線１０が前記ウェーハ２表面に於いて散乱反射された場合の散乱反射光を受光する所定の位置に配置されている。前記第２受光センサ２４の受光光軸上には偏光板２６が回転自在に支持され、該偏光板２６は回転位置の制御が可能なＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等の受光偏光角設定モータ３１により回転可能となっており、前記偏光板２６の受光偏光角は角度検出器３２により検出され、検出された受光偏光角は演算部２８に入力される。尚、上記偏光板２６は前記第３受光センサ２５の受光光軸上に配置されていてもよい。
【００２１】
前記第１受光センサ２３で受光された反射光は電気信号に変換され、第１信号処理部２７で増幅、Ａ／Ｄ変換される等所要の信号処理がなされた後、前記演算部２８に入力される。該演算部２８では前記第１信号処理部２７からの信号を基にウェーハ２の高さ方向の位置を演算する。
【００２２】
前記第２受光センサ２４、前記第３受光センサ２５で受光された散乱反射光は第２信号処理部２９で増幅され、Ａ／Ｄ変換される等所要の信号処理がなされた後、前記演算部２８に入力される。
【００２３】
小さい入射角θ1 では、異物による散乱反射光の影響が大きくなり、大きい入射角θ2 では前記ウェーハ２表面での散乱反射の影響が大きくなる。従って、検査光の入射角を適宜選択した上で、前記第２受光センサ２４、及び前記第３受光センサ２５に於ける受光結果を得ることで、受光信号中のウェーハ２表面での散乱反射成分、即ちノイズ成分、或は異物による散乱反射成分、即ち信号成分を求めることができる。
【００２４】
尚、図２に於いて、３３は表示部、３４はプリンタ、３５は操作パネルである。
【００２５】
前記構成に係る表面検査装置による基板の表面検査について説明する。
【００２６】
先ず、表面検査時の機構部の作動の概略を説明する。
【００２７】
前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０或は両方をウェーハ２に照射した状態で、前記回転モータ４により前記ウェーハ２を定速回転し、更に前記スライドモータ２１により前記スライドステージ２０を定速移動する。前記ウェーハ２の回転と前記スライドステージ２０の移動により、前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０の照射点は渦巻状に前記ウェーハ２の全面を走査する。前記第１受光センサ２３は走査中の前記ウェーハ２表面からの反射光を、前記第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は前記ウェーハ２表面からの散乱反射光を受光し、前記第２信号処理部２９、前記第１信号処理部２７を経て前記演算部２８に受光信号を入力する。前記第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は、図示しないＮＤフィルタを光路中に挿脱可能とすることで、散乱反射光に対する検出感度を高感度用、低感度用と切替え可能としている。
【００２８】
本表面検査装置では前記偏光板２６を回転し、異物による散乱反射成分の信号比（Ｓ／Ｎ比）が最大となる回転位置で前記偏光板２６を保持して表面検査を行う。
【００２９】
該偏光板２６の回転位置は、表面検査が実行される前段階の検査条件設定工程で決定される。
【００３０】
既知の粒径を有する異物（パーティクル）が、既知の密度で付着された較正用ウェーハが用意される。又、該較正用ウェーハには、膜種、膜厚等表面検査が実施されるウェーハに合致したものが用意される。
【００３１】
上記した様に、異物による散乱反射光、基板表面の散乱反射光は、反射光軸上に配設した前記偏光板２６を通して受光した場合、該偏光板２６の受光偏光角で受光量が変動する。
【００３２】
図３、図４は、較正用ウェーハにレーザ光線を照射し、前記受光部８の前記偏光板２６を回転して得られた受光偏光角と前記第２受光センサ２４の受光出力の関係を示している。図３、図４中実線で示す線図はウェーハ表面に形成された膜がＡｌ８０００、破線で示す線図はＰｏｌｙ３０００である。尚、Ａｌ８０００，Ｐｏｌｙ３０００の前部のアルファベット（Ａｌ，Ｐｏｌｙ）は膜の材質を表し、後部の数字（８０００，３０００）はオングストロームを単位とした膜厚を表している。
【００３３】
図３はＰＳＬ粒子（標準粒子）により生じる散乱反射光に基づく前記第２受光センサ２４の受光出力であるＰＳＬ粒子散乱出力であり、Ａｌ８０００、Ｐｏｌｙ３０００の受光偏光角がそれぞれ１０°、２０°で極大値が現れることが分る。
【００３４】
又、図４は較正用ウェーハ表面で生じる散乱反射光に基づく前記第２受光センサ２４の受光出力であるウェーハ表面散乱出力であり、Ａｌ８０００の場合、受光偏光角が−３０°以下、２０°、５０°以上でそれぞれ極小値が現れ、Ｐｏｌｙ３０００の場合は受光偏光角がそれぞれ−３０°、３０°〜４０°で極小値が現れることが分る。
【００３５】
図３、図４の結果を比較すると、Ａｌ８０００の場合、Ｐｏｌｙ３０００の場合共に、極大値が現れる受光偏光角度、極小値が現れる受光偏光角度は一致してなく、更に、極小値は何度も現れることが分る。
【００３６】
次に、図５は、図３、図４の検出結果を基に作成されたＰＳＬ粒子／ウェーハ表面散乱出力比（Ｓ／Ｎ比）を示している。該Ｓ／Ｎ比の線図では、Ａｌ８０００の場合、受光偏光角が２０°で極大値が現れ、又Ｐｏｌｙ３０００の場合は受光偏光角が３０°で極大値が現れることが分る。図５で得られる極大値の位置は図３で得られるＰＳＬ粒子散乱出力の極大値の受光偏光角よりずれており、又ウェーハ表面散乱出力の極小値の１つと必ずしも一致するものではない。更に、極大値は１箇所にのみ現れる。
【００３７】
従って、例えばＡｌ８０００の場合、前記偏光板２６の受光偏光角を２０°に設定し、被検査体（ウェーハ）の表面検査を行えば、最もＳ／Ｎ比が高くなる状態で検査が実施されるので、検査精度も向上する。
【００３８】
上記の様に受光偏光角に伴う変化を、ウェーハの表面散乱反射出力に関してのみでなく、ＰＳＬ粒子散乱反射出力に関しても信号処理することで、図３、図４更に図５の結果が得られ、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる前記偏光板２６の受光偏光角を求めることができる。
【００３９】
又、該偏光板２６の受光偏光角を決定する場合、前記演算部２８により前記受光偏光角設定モータ３１を所定角度毎に回転し、前記偏光板２６の所定角度毎のＰＳＬ粒子散乱出力、ウェーハ表面散乱出力を求め、更に前記演算部２８に於いて、Ｓ／Ｎ極大値での前記偏光板２６の角度が記憶され、該角度が実際の表面検査に反映される。
【００４０】
レーザ光線を前記ウェーハ２表面に照射して得られる第２受光センサ２４の受光出力は、ノイズ及び信号を含んだものであり、上記した様に前記偏光板２６を回転し、受光偏光角を変えると受光出力中のＳ／Ｎ比は変化する。
【００４１】
較正用ウェーハを用いて得られる受光出力のＳ／Ｎ比の状態、即ちノイズの分離状態をヒストグラムで確認する。
【００４２】
図６は横軸に異物の粒径、縦軸に異物の検出度数を示し、又図中Ａの粒径が較正用ウェーハに塗布されたパーティクルである。
【００４３】
図６中の実線で示される曲線（ヒストグラム曲線と称す）は、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる回転位置に前記偏光板２６が設定された場合を示している。
【００４４】
Ｓ／Ｎ比が最も高くなる状態では、ノイズが分離され、ピーク値が粒径Ａに現れる。粒径が小さくなるにつれ減少し、極小値が現れた後増大する。極小値は粒子検出信号とノイズとの境界を示し、極小値が現れた後の信号（度数）はノイズ成分である。即ち、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、ノイズ成分と信号成分が分離されると、極小値、極大値が現れる。又、極大値の位置は既知のパーティクルの粒径である。
【００４５】
図示していないが、前記偏光板２６を回転することで、受光出力のＳ／Ｎ比が変化し、ヒストグラム曲線も変化する。図６中の実線の状態から、前記偏光板２６を回転すると、受光出力中のノイズ成分が多くなり、ノイズの分離状態が悪化する。この為、ヒストグラム曲線は、極大値と極小値の差が少なくなり、ノイズ成分が多い極端な状態を示すと図６中破線で示す状態となる。
【００４６】
従って、前記偏光板２６を所定角度毎に回転し、回転位置毎にヒストグラム曲線を求め、該ヒストグラム曲線で極大値、極小値が最も顕著に現れる前記偏光板２６の回転位置を求めれば、該回転位置のＳ／Ｎ比が最も大きくなる位置である。
【００４７】
尚、受光出力のＳ／Ｎ比が最も大きくなる状態でなくとも、極小値での度数をｈｌ、極大値での度数をｈｐとすると、ｈｌ／ｈｐが略０．７以上であればＳ／Ｎ比が最大となったと判断してよい。
【００４８】
而して、ｈｌ／ｈｐが略０．７以上となる様に前記偏光板２６の回転位置が決定される。
【００４９】
該偏光板２６の回転位置が決定されると、被検査体であるウェーハ２の表面検査が実施される。受光出力のＳ／Ｎ比は最も高くなる様に設定されているので、高精度の表面検査が可能である。
【００５０】
図７に於いて、検査条件設定工程について説明する。
【００５１】
ＰＳＬ粒子（標準粒子）が塗布されたウェーハ２をウェーハチャック３に保持させる。
【００５２】
前記操作パネル３５からウェーハ表面に形成された膜の種類、測定対象粒径、レーザ光線の照射強度等表面検査に必要なパラメータを設定する。
【００５３】
初期受光偏光角を設定する。
【００５４】
レーザ光線を照射し、前記ウェーハ２を回転、スライドさせ全面走査し、測定を行う。
【００５５】
測定の結果からヒストグラムを求め、ノイズの分離状態を求め、分離状態が例えばｈｌ／ｈｐが略０．７以上かどうかが判断され、ｈｌ／ｈｐ＜０．７であると受光偏光角が所定角度回転変更され、再度表面検査が行われる。
【００５６】
分離状態が例えばｈｌ／ｈｐ＞０．７以上が得られると、この時の受光偏光角が保存され、検査条件設定工程が終了する。
【００５７】
実際の表面検査は、得られた受光偏光角に前記偏光板２６が保持されて実施される。
【００５８】
本発明では、膜質、膜厚に拘らず実際の受光出力のＳ／Ｎ比が最も大きくなる状態で、偏光板２６の位置を設定し、表面検査を行うので、特性の不明な膜種、膜厚のウェーハ２に対しても精度の高い表面検査の実施が可能である。
【００５９】
尚、受光偏光角の変更は偏光板の回転でなく、偏光面の回転制御を電気的に行える液晶等を用いた液晶偏光フィルタの様な光学素子を用いてもよい。
【００６０】
（付記）
本発明は下記の態様を含む。
【００６１】
（付記１）受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行う表面検査方法。
【００６２】
（付記２）前記Ｓ／Ｎ比の最大は標準粒子散乱出力と基板表面散乱出力に基づき求められる付記１の表面検査方法。
【００６３】
（付記３）前記Ｓ／Ｎ比の最大はヒストグラムで得られる極小値、極大値が明確に分離されたことで得られる付記１の表面検査方法。
【００６４】
（付記４）被検査面に検査光を照射する投光光学系と、異物を有する被検査面からの散乱反射光を受光する受光部と、受光光軸上に設けられ前記受光部の受光偏光角を変更する受光偏光角変更手段と、該受光偏光角変更手段により受光偏光角を変更して得られる受光部からの受光出力により、Ｓ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する演算部とを具備することを特徴とする表面検査装置。
【００６５】
（付記５）前記演算部は、被検査面に所定の角度で検査光を照射し、異物による散乱反射光と、被検査表面による散乱反射光をそれぞれ受光部で検出し、異物による散乱反射光出力と、被検査表面による散乱反射光出力に基づきＳ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する付記４の表面検査装置。
【００６６】
（付記６）前記演算部は、受光偏光角を変更して、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となる点を求めて前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する付記４の表面検査装置。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行うので、膜質、膜厚に拘らず受光出力のＳ／Ｎ比が最大の状態で表面検査が行え、特性の不明表面性状を有する基板表面に対しても精度の高い表面検査の実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す骨子図である。
【図２】同前実施の形態を示すブロック図である。
【図３】ＰＳＬ粒子（標準粒子）による散乱反射光と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図４】ウェーハ表面からの散乱反射光と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図５】ＰＳＬ粒子（標準粒子）による散乱反射光とウェーハ表面からの散乱反射光との受光出力比と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図６】ヒストグラム曲線を示す図である。
【図７】検査条件設定工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 基板走査機構部
２ ウェーハ
３ ウェーハチャック
６ レーザ光線発光部
７ 投光光学系
８ 受光部
９ レーザ光線
１０ レーザ光線
２３ 第１受光センサ
２４ 第２受光センサ
２５ 第３受光センサ
２６ 偏光板
２７ 第１信号処理部
２８ 演算部
２９ 第２信号処理部
３１ 偏光角設定モータ
３２ 角度検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハ等の基板表面の異物を検出する表面検査方法及び表面検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を製造する場合、ウェーハ等基板表面に付着する微細な異物が製品品質に大きく影響する。この為、半導体素子の製造工程で基板表面の表面検査が実施される。又、半導体素子は増々高密度化が進み、製造プロセスも複雑化し、ウェーハ表面には種々の膜が形成される様になっている。
【０００３】
表面検査装置は基板表面に検査光を照射し、受光検出器により基板からの反射散乱光を受光することによって異物の検出を行っている。基板からの反射光は基板表面に形成される膜質、膜厚によって反射特性が変化する。この為、Ｓ／Ｎ比を向上させ、表面検査の検出精度を向上させる為には、膜質に対応した検査条件を設定することが要求される。
【０００４】
又、前記受光検出器で検出する反射光には、異物による散乱反射光だけでなく、基板表面自体からの散乱反射光も含まれている。この基板表面自体からの散乱反射光はノイズとなり、異物の検出精度を低下させる要因となっていた。
【０００５】
基板表面自体からの散乱反射光を除去し、検出精度を向上させる表面検査装置として、特開２００１−２０８６９７で示されるものがある。
【０００６】
該特開２００１−２０８６９７の発明はレーザ光線を基板に照射して反射された場合、基板表面の散乱反射により偏光状態が変更されることに着目したものである。Ｓ偏光のレーザ光線を基板に照射すると、基板表面からは楕円偏光のレーザ光線が反射される。受光系に偏光板を配置し、該偏光板を通して散乱反射光を受光する様にし、該偏光板を回転して受光検出器の受光レベルの最も低くなる状態（基板表面での反射光が最も低減する状態）を求め、偏光板をこの状態で回転位置に位置決めし、基板の表面検査を行う様にしたものである。
【０００７】
偏光板により基板表面からの散乱反射光を低減させることで、異物により生じる散乱反射光と基板表面からの散乱反射光の比、即ちＳ／Ｎ比が増大し、検出精度が向上するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
基板表面に於ける散乱反射光には、基板表面に形成された膜の種類により複数の偏光成分が含まれることが分っている。この場合、上記従来の表面検査装置の様に、基板表面からの散乱反射光が最も低くなる偏光板の回転位置を求めることで反射光の影響を除去する方法では、基板表面からの散乱反射光が極小値となる偏光板の回転位置が複数となってしまう。更に、異物よる散乱反射光も偏光板の回転位置により検出光量が影響を受けることが分っている。この為、偏光板を回転して基板表面での散乱反射光が最も低減する状態で異物の表面検査を行っただけでは充分な検出精度が得られないという問題を有していた。
【０００９】
本発明は斯かる実情に鑑み、受光反射光のＳ／Ｎ比を改善し、表面検査精度の向上を図るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行う表面検査方法に係るものである。
【００１１】
又、本発明は、被検査面に検査光を照射する投光光学系と、異物を有する被検査面からの散乱反射光を受光する受光部と、受光光軸上に設けられ前記受光部の受光偏光角を変更する受光偏光角変更手段と、該受光偏光角変更手段により受光偏光角を変更して得られる受光部からの受光出力により、Ｓ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する演算部とを具備する表面検査装置に係り、又前記演算部は、被検査面に所定の角度で検査光を照射し、異物による散乱反射光と、被検査表面による散乱反射光をそれぞれ受光部で検出し、異物による散乱反射光出力と、被検査表面による散乱反射光出力に基づきＳ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する表面検査装置に係り、又前記演算部は、受光偏光角を変更して、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となる点を求めて前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する表面検査装置に係るものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は表面検査装置の基本構成を示している。
【００１４】
図中、１は基板走査機構部であり、該基板走査機構部１は基板（ウェーハ）２を保持するウェーハチャック３、該ウェーハチャック３を回転する回転モータ４を具備し、該回転モータ４は水平方向に移動するスライドステージ２０（図２参照）に設けられ、該スライドステージ２０はスライドモータ２１（図２参照）により水平方向に移動される。
【００１５】
又、図中、６はレーザ光線発光部、７は投光光学系、８は受光部を示している。前記レーザ光線発光部６から発せられたレーザ光線は、前記投光光学系７により前記ウェーハ２表面に照射される様になっている。
【００１６】
尚、図１に於ける投光光学系７は一例として、低入射角θ1 で照射されるレーザ光線９と高入射角θ2 で照射されるレーザ光線１０とが共通のレーザ光線発光部６により供給される構成となっている。
【００１７】
前記投光光学系７は前記２のレーザ光線９，１０を所要の入射角で前記ウェーハ２に照射させる。
【００１８】
レーザ光線９はミラー等の偏向光学部材１１，１２，１３により前記ウェーハ２表面に所要の入射角θ1 で入射する様に偏向されると共に、ビームエキスパンダ１４により光束の形状が整えられ、又レンズ群１５により前記ウェーハ２表面に集光される。
【００１９】
レーザ光線１０はミラー等の偏向光学部材１６，１７により前記ウェーハ２表面に所要の入射角θ2 で入射する様に偏向されると共に、ビームエキスパンダ１８により光束の形状が整えられ、又レンズ群１９により前記ウェーハ２表面に集光される。
【００２０】
前記受光部８は第１受光センサ２３と、第２受光センサ２４、第３受光センサ２５とを具備する。第１受光センサ２３は前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０の前記ウェーハ２の表面上で反射された直接反射光を受光し、ウェーハ２の高さ方向の位置を検出する。第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は、前記レーザ光線９、レーザ光線１０が前記ウェーハ２表面に於いて散乱反射された場合の散乱反射光を受光する所定の位置に配置されている。前記第２受光センサ２４の受光光軸上には偏光板２６が回転自在に支持され、該偏光板２６は回転位置の制御が可能なＡＣサーボモータ、ステッピングモータ等の受光偏光角設定モータ３１により回転可能となっており、前記偏光板２６の受光偏光角は角度検出器３２により検出され、検出された受光偏光角は演算部２８に入力される。尚、上記偏光板２６は前記第３受光センサ２５の受光光軸上に配置されていてもよい。
【００２１】
前記第１受光センサ２３で受光された反射光は電気信号に変換され、第１信号処理部２７で増幅、Ａ／Ｄ変換される等所要の信号処理がなされた後、前記演算部２８に入力される。該演算部２８では前記第１信号処理部２７からの信号を基にウェーハ２の高さ方向の位置を演算する。
【００２２】
前記第２受光センサ２４、前記第３受光センサ２５で受光された散乱反射光は第２信号処理部２９で増幅され、Ａ／Ｄ変換される等所要の信号処理がなされた後、前記演算部２８に入力される。
【００２３】
小さい入射角θ1 では、異物による散乱反射光の影響が大きくなり、大きい入射角θ2 では前記ウェーハ２表面での散乱反射の影響が大きくなる。従って、検査光の入射角を適宜選択した上で、前記第２受光センサ２４、及び前記第３受光センサ２５に於ける受光結果を得ることで、受光信号中のウェーハ２表面での散乱反射成分、即ちノイズ成分、或は異物による散乱反射成分、即ち信号成分を求めることができる。
【００２４】
尚、図２に於いて、３３は表示部、３４はプリンタ、３５は操作パネルである。
【００２５】
前記構成に係る表面検査装置による基板の表面検査について説明する。
【００２６】
先ず、表面検査時の機構部の作動の概略を説明する。
【００２７】
前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０或は両方をウェーハ２に照射した状態で、前記回転モータ４により前記ウェーハ２を定速回転し、更に前記スライドモータ２１により前記スライドステージ２０を定速移動する。前記ウェーハ２の回転と前記スライドステージ２０の移動により、前記レーザ光線９、又は前記レーザ光線１０の照射点は渦巻状に前記ウェーハ２の全面を走査する。前記第１受光センサ２３は走査中の前記ウェーハ２表面からの反射光を、前記第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は前記ウェーハ２表面からの散乱反射光を受光し、前記第２信号処理部２９、前記第１信号処理部２７を経て前記演算部２８に受光信号を入力する。前記第２受光センサ２４、第３受光センサ２５は、図示しないＮＤフィルタを光路中に挿脱可能とすることで、散乱反射光に対する検出感度を高感度用、低感度用と切替え可能としている。
【００２８】
本表面検査装置では前記偏光板２６を回転し、異物による散乱反射成分の信号比（Ｓ／Ｎ比）が最大となる回転位置で前記偏光板２６を保持して表面検査を行う。
【００２９】
該偏光板２６の回転位置は、表面検査が実行される前段階の検査条件設定工程で決定される。
【００３０】
既知の粒径を有する異物（パーティクル）が、既知の密度で付着された較正用ウェーハが用意される。又、該較正用ウェーハには、膜種、膜厚等表面検査が実施されるウェーハに合致したものが用意される。
【００３１】
上記した様に、異物による散乱反射光、基板表面の散乱反射光は、反射光軸上に配設した前記偏光板２６を通して受光した場合、該偏光板２６の受光偏光角で受光量が変動する。
【００３２】
図３、図４は、較正用ウェーハにレーザ光線を照射し、前記受光部８の前記偏光板２６を回転して得られた受光偏光角と前記第２受光センサ２４の受光出力の関係を示している。図３、図４中実線で示す線図はウェーハ表面に形成された膜がＡｌ８０００、破線で示す線図はＰｏｌｙ３０００である。尚、Ａｌ８０００，Ｐｏｌｙ３０００の前部のアルファベット（Ａｌ，Ｐｏｌｙ）は膜の材質を表し、後部の数字（８０００，３０００）はオングストロームを単位とした膜厚を表している。
【００３３】
図３はＰＳＬ粒子（標準粒子）により生じる散乱反射光に基づく前記第２受光センサ２４の受光出力であるＰＳＬ粒子散乱出力であり、Ａｌ８０００、Ｐｏｌｙ３０００の受光偏光角がそれぞれ１０°、２０°で極大値が現れることが分る。
【００３４】
又、図４は較正用ウェーハ表面で生じる散乱反射光に基づく前記第２受光センサ２４の受光出力であるウェーハ表面散乱出力であり、Ａｌ８０００の場合、受光偏光角が−３０°以下、２０°、５０°以上でそれぞれ極小値が現れ、Ｐｏｌｙ３０００の場合は受光偏光角がそれぞれ−３０°、３０°〜４０°で極小値が現れることが分る。
【００３５】
図３、図４の結果を比較すると、Ａｌ８０００の場合、Ｐｏｌｙ３０００の場合共に、極大値が現れる受光偏光角度、極小値が現れる受光偏光角度は一致してなく、更に、極小値は何度も現れることが分る。
【００３６】
次に、図５は、図３、図４の検出結果を基に作成されたＰＳＬ粒子／ウェーハ表面散乱出力比（Ｓ／Ｎ比）を示している。該Ｓ／Ｎ比の線図では、Ａｌ８０００の場合、受光偏光角が２０°で極大値が現れ、又Ｐｏｌｙ３０００の場合は受光偏光角が３０°で極大値が現れることが分る。図５で得られる極大値の位置は図３で得られるＰＳＬ粒子散乱出力の極大値の受光偏光角よりずれており、又ウェーハ表面散乱出力の極小値の１つと必ずしも一致するものではない。更に、極大値は１箇所にのみ現れる。
【００３７】
従って、例えばＡｌ８０００の場合、前記偏光板２６の受光偏光角を２０°に設定し、被検査体（ウェーハ）の表面検査を行えば、最もＳ／Ｎ比が高くなる状態で検査が実施されるので、検査精度も向上する。
【００３８】
上記の様に受光偏光角に伴う変化を、ウェーハの表面散乱反射出力に関してのみでなく、ＰＳＬ粒子散乱反射出力に関しても信号処理することで、図３、図４更に図５の結果が得られ、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる前記偏光板２６の受光偏光角を求めることができる。
【００３９】
又、該偏光板２６の受光偏光角を決定する場合、前記演算部２８により前記受光偏光角設定モータ３１を所定角度毎に回転し、前記偏光板２６の所定角度毎のＰＳＬ粒子散乱出力、ウェーハ表面散乱出力を求め、更に前記演算部２８に於いて、Ｓ／Ｎ極大値での前記偏光板２６の角度が記憶され、該角度が実際の表面検査に反映される。
【００４０】
レーザ光線を前記ウェーハ２表面に照射して得られる第２受光センサ２４の受光出力は、ノイズ及び信号を含んだものであり、上記した様に前記偏光板２６を回転し、受光偏光角を変えると受光出力中のＳ／Ｎ比は変化する。
【００４１】
較正用ウェーハを用いて得られる受光出力のＳ／Ｎ比の状態、即ちノイズの分離状態をヒストグラムで確認する。
【００４２】
図６は横軸に異物の粒径、縦軸に異物の検出度数を示し、又図中Ａの粒径が較正用ウェーハに塗布されたパーティクルである。
【００４３】
図６中の実線で示される曲線（ヒストグラム曲線と称す）は、Ｓ／Ｎ比が最も高くなる回転位置に前記偏光板２６が設定された場合を示している。
【００４４】
Ｓ／Ｎ比が最も高くなる状態では、ノイズが分離され、ピーク値が粒径Ａに現れる。粒径が小さくなるにつれ減少し、極小値が現れた後増大する。極小値は粒子検出信号とノイズとの境界を示し、極小値が現れた後の信号（度数）はノイズ成分である。即ち、Ｓ／Ｎ比が大きくなり、ノイズ成分と信号成分が分離されると、極小値、極大値が現れる。又、極大値の位置は既知のパーティクルの粒径である。
【００４５】
図示していないが、前記偏光板２６を回転することで、受光出力のＳ／Ｎ比が変化し、ヒストグラム曲線も変化する。図６中の実線の状態から、前記偏光板２６を回転すると、受光出力中のノイズ成分が多くなり、ノイズの分離状態が悪化する。この為、ヒストグラム曲線は、極大値と極小値の差が少なくなり、ノイズ成分が多い極端な状態を示すと図６中破線で示す状態となる。
【００４６】
従って、前記偏光板２６を所定角度毎に回転し、回転位置毎にヒストグラム曲線を求め、該ヒストグラム曲線で極大値、極小値が最も顕著に現れる前記偏光板２６の回転位置を求めれば、該回転位置のＳ／Ｎ比が最も大きくなる位置である。
【００４７】
尚、受光出力のＳ／Ｎ比が最も大きくなる状態でなくとも、極小値での度数をｈｌ、極大値での度数をｈｐとすると、ｈｌ／ｈｐが略０．７以上であればＳ／Ｎ比が最大となったと判断してよい。
【００４８】
而して、ｈｌ／ｈｐが略０．７以上となる様に前記偏光板２６の回転位置が決定される。
【００４９】
該偏光板２６の回転位置が決定されると、被検査体であるウェーハ２の表面検査が実施される。受光出力のＳ／Ｎ比は最も高くなる様に設定されているので、高精度の表面検査が可能である。
【００５０】
図７に於いて、検査条件設定工程について説明する。
【００５１】
ＰＳＬ粒子（標準粒子）が塗布されたウェーハ２をウェーハチャック３に保持させる。
【００５２】
前記操作パネル３５からウェーハ表面に形成された膜の種類、測定対象粒径、レーザ光線の照射強度等表面検査に必要なパラメータを設定する。
【００５３】
初期受光偏光角を設定する。
【００５４】
レーザ光線を照射し、前記ウェーハ２を回転、スライドさせ全面走査し、測定を行う。
【００５５】
測定の結果からヒストグラムを求め、ノイズの分離状態を求め、分離状態が例えばｈｌ／ｈｐが略０．７以上かどうかが判断され、ｈｌ／ｈｐ＜０．７であると受光偏光角が所定角度回転変更され、再度表面検査が行われる。
【００５６】
分離状態が例えばｈｌ／ｈｐ＞０．７以上が得られると、この時の受光偏光角が保存され、検査条件設定工程が終了する。
【００５７】
実際の表面検査は、得られた受光偏光角に前記偏光板２６が保持されて実施される。
【００５８】
本発明では、膜質、膜厚に拘らず実際の受光出力のＳ／Ｎ比が最も大きくなる状態で、偏光板２６の位置を設定し、表面検査を行うので、特性の不明な膜種、膜厚のウェーハ２に対しても精度の高い表面検査の実施が可能である。
【００５９】
尚、受光偏光角の変更は偏光板の回転でなく、偏光面の回転制御を電気的に行える液晶等を用いた液晶偏光フィルタの様な光学素子を用いてもよい。
【００６０】
（付記）
本発明は下記の態様を含む。
【００６１】
（付記１）受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行う表面検査方法。
【００６２】
（付記２）前記Ｓ／Ｎ比の最大は標準粒子散乱出力と基板表面散乱出力に基づき求められる付記１の表面検査方法。
【００６３】
（付記３）前記Ｓ／Ｎ比の最大はヒストグラムで得られる極小値、極大値が明確に分離されたことで得られる付記１の表面検査方法。
【００６４】
（付記４）被検査面に検査光を照射する投光光学系と、異物を有する被検査面からの散乱反射光を受光する受光部と、受光光軸上に設けられ前記受光部の受光偏光角を変更する受光偏光角変更手段と、該受光偏光角変更手段により受光偏光角を変更して得られる受光部からの受光出力により、Ｓ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する演算部とを具備することを特徴とする表面検査装置。
【００６５】
（付記５）前記演算部は、被検査面に所定の角度で検査光を照射し、異物による散乱反射光と、被検査表面による散乱反射光をそれぞれ受光部で検出し、異物による散乱反射光出力と、被検査表面による散乱反射光出力に基づきＳ／Ｎ比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する付記４の表面検査装置。
【００６６】
（付記６）前記演算部は、受光偏光角を変更して、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となる点を求めて前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する付記４の表面検査装置。
【００６７】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、受光出力のＳ／Ｎ比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行うので、膜質、膜厚に拘らず受光出力のＳ／Ｎ比が最大の状態で表面検査が行え、特性の不明表面性状を有する基板表面に対しても精度の高い表面検査の実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す骨子図である。
【図２】同前実施の形態を示すブロック図である。
【図３】ＰＳＬ粒子（標準粒子）による散乱反射光と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図４】ウェーハ表面からの散乱反射光と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図５】ＰＳＬ粒子（標準粒子）による散乱反射光とウェーハ表面からの散乱反射光との受光出力比と受光偏光角度との状態を示す線図である。
【図６】ヒストグラム曲線を示す図である。
【図７】検査条件設定工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 基板走査機構部
２ ウェーハ
３ ウェーハチャック
６ レーザ光線発光部
７ 投光光学系
８ 受光部
９ レーザ光線
１０ レーザ光線
２３ 第１受光センサ
２４ 第２受光センサ
２５ 第３受光センサ
２６ 偏光板
２７ 第１信号処理部
２８ 演算部
２９ 第２信号処理部
３１ 偏光角設定モータ
３２ 角度検出器
Claims (2)
- 受光部に受光偏光角変更手段を有し、標準粒子が塗布された基板表面からの散乱反射光を前記受光偏光角変更手段により受光偏光角を変え受光し、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となった状態に受光偏光角を設定し、表面検査を行う表面検査方法。
- 被検査面に検査光を照射する投光光学系と、異物を有する被検査面からの散乱反射光を受光する受光部と、受光光軸上に設けられ前記受光部の受光偏光角を変更する受光偏光角変更手段と、該受光偏光角変更手段により受光偏光角を変更して得られる受光部からの受光出力により、個々の受光偏光角毎にヒストグラムを求め、求めたヒストグラムを比較することで極小値、極大値の比が最大となる前記受光偏光角変更手段の受光偏光角を演算する演算部とを具備することを特徴とする表面検査装置。
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