JP5349742B2 - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検査物の表面検査方法および表面検査装置に関する。

被検査物の表面検査方法および表面検査装置の例として、例えば、特許文献１記載のようなウェーハ表面検査方法および検査装置が挙げられる。レーザ光源から出力するレーザビームは、レンズ系により、レーザスポットＳｐ（以下スポットＳｐ）となり、ウェーハの表面に略垂直又は斜めに投射され、ウェーハの移動に応じてウェーハの表面をスパイラル状に走査し、その結果、ウェーハの全面が走査される。ウェーハの表面に異物ｅがあると広範囲な角度（方向）に散乱光Ｓｅを発生する。その一部は、集光レンズにより集光されて光電変換器である複数の光電子増倍管（以下ＰＭＴ）に受光される。複数のＰＭＴに入射した光はここで電気信号に変換され、変換された電気信号（受光信号）は、データ処理される。データ処理の結果、異物ｅの個数と大きさ、その位置を示す異物データが生成され、プリンタあるいはディスプレイ（図示せず）等に異物の状態がマップ表示される。

特開平９−３０４２８９号公報

上記従来技術では、被検査物の所定領域（例えば、エッジ領域）からの回折光の影響を受けノイズ成分が高くなり異物からの信号が埋もれるため、当該領域の欠陥を検出することは困難である。

本発明の目的は、被検査物の表面を光で検査する際に、検査物から発生するノイズ成分の影響を防止する検査方法及び検査装置を提供することである。

本発明の一つの特徴は、光を被検査物に照射し、被検査物から発せられる光を受光して検査する方法において、照射した光が被検査物の所定領域を照射した場合に、受光の量を変化させることである。

本発明の他の特徴は、前記所定領域が被検査物のエッジ領域であることである。

本発明の更に他の特徴は、前記受光の量を変化させるために、照射される光の量を変化させること、及び／又は、受光の感度を変化させることである。

本発明の更に他の特徴は、前記受光の量を変化させるために、被検査物エッジ領域からの回折光を受ける方向を外した方向から受光することである。

本発明の更に他の特徴は、前記受光の量を変化させるために、被検査物エッジ領域からの回折光が少なくなるように受光することである。

本発明の更に他の特徴は、前記被検査物の上部から略垂直方向に前記光を照射する投光光学系及び／又は前記被検査物の斜めから前記光の照射する投光光学系を有し、前記受光のために複数の受光器を有し、前記複数の受光器から回折光の影響を受けにくい角度の受光器を選択することである。

本発明の更に他の特徴は、前記光がレーザ光であることである。

本発明の更に他の特徴は、前記被検査物は、半導体ウェーハ又は絶縁体ウェーハであることである。

本発明の更に他の特徴は、表面検査装置として、複数の受光器を有する受光系と、被検査物の表面に対して光を照射する投光光学系と、前記投光光学系からの光の照射により、前記複数の受光器が検出した信号を演算して異物を識別し、被検査物上の前記光の位置に応じて、前記複数の受光器の中から少なくとも１以上の受光器を選択する手段とを有することである。

本発明の更に他の特徴は、前記受光系が、被検査物の表面を基準とした仰角が３０°以下の角度をなす低角度受光系と、前記低角度受光系よりも大きな仰角をなす高角度受光系とを有し、前記投光光学系が、前記被検査物の上部から略垂直方向にレーザ光を照射する第１の投光光学系と、前記被検査物の斜め方向から偏光したレーザ光を照射する第２の投光光学系とを有し、前記第１の投光光学系からのレーザ光の照射により、前記低角度受光系及び前記高角度受光系が検出した信号を演算して欠陥と異物を識別し、かつ前記第２の投光光学系からの偏光したレーザ光の照射により、前記低角度受光系が検出した信号に基づき異物を識別することである。

本発明の更に他の特徴は、前記第１の投光光学系の前記レーザ光による走査と前記第２の投光光学系による走査とを切り換える光学系切り換え機構を備えたことである。

本発明の更に他の特徴は、表面検査装置において、前記光の前記被検査物上の位置を検知する検知装置を有し、前記複数の受光器は、被検査物エッジ領域の回折光の影響を受けない角度に配置された受光器を有し、前記検知装置の出力に応じて、前記複数の受光器の中から受光器の選択を制御するデータ処理装置を有することである。

本発明によれば、被検査物の表面を光で検査する際に、検査物から発生するノイズ成分の影響を防止する検査方法及び検査装置を提供することができる。

本発明の表面検査方法及び表面検査装置は、半導体ウェーハやウェーハ状物体，絶縁体ウェーハ（例えば、サファイアガラスウェーハ，石英ガラスウェーハなど）などの被検査物へ適用できる。一例として半導体ウェーハの表面検査に適用した実施例を次に説明する。

半導体ＩＣの素材となるシリコンウェーハは、高純度の多結晶シリコンから造られる。それは、引き上げ方法により単結晶シリコンのインゴットを作り、これをスライスして薄板とし、その表面及びウェーハ外周端部を研磨し鏡面に仕上げる。さらに、表面に付着した異物を洗浄して製作される。

これらの、製作過程において、ウェーハ外周端部に異物やクラックが発生する場合がある。このウェーハ外周端部の異物及びスクラッチ等の欠陥は、特に、大口径化(３００mm)したウェーハなどでは、致命欠陥となる可能性が高く、表面検査の必要性が求められている。

しかし、従来技術のウェーハ表面検査装置では、ウェーハの表面と外周端部（エッジ領域）の表面状態が異なるため、これらの異物や欠陥の検出を困難とする現象が発生する。

上記従来技術では、被検査物のエッジ領域からの回折光の影響が、検出信号のノイズ成分として増加し、該ノイズ成分に異物や欠陥の信号が埋もれて、エッジ領域の欠陥検出を困難とする。本実施例の目的は、被検査物の表面を光で検査する際に、検査物から発生するノイズ成分の影響を防止する検査方法及び検査装置を提供することである。具体的には、被検査物のエッジ領域における検査感度低下をおさえ、エッジ領域を検査可能とする検査方法及び検査装置を提供することである。

本実施例のウェーハ表面検査装置は、ウェーハ表面内を同一感度で、中心部から外周部までを検査する。よって、ウェーハ外周部の回折光の影響によりノイズの信号が高くなる領域を、非検査領域として検査領域から除外することにより、ノイズの影響を避けることができる。但し、前述のごとく検査領域より除外するため、異物や欠陥情報を得ることができなくなる。そこで、本発明では、照射光の位置を略一定に制御し、ウェーハのほぼ面中心を軸に回転させながら略一定の方位へ直線移動することで、ウェーハエッジ領域からの回折光の方向（方位）が、常に略同一方向（方位）へ放射される特性を生かし、ウェーハエッジ領域の回折光の影響を受けない角度（方向）にも受光器を配置し、複数の受光器の中から検査領域（位置）に応じて、少なくとも１以上の受光器の選択や検査領域の選択を可能としている。また、複数の受光器から得られる検出信号（電気信号）の中から、所望の異物・欠陥情報や検査領域及び検査条件等に応じて、１以上の電気信号の選択や、各々の電気信号の変換処理及び電気信号間での演算処理等の制御も可能としている。

本実施例によれば、被検査物のエッジ領域における感度低下をおさえ、エッジ領域を検査可能とする検査方法及び検査装置を提供できる。

図面により更に実施例を説明する。図１は、被検査物として半導体ウェーハとウェーハのエッジ領域からの回折光の強度をあらわした概念図であり、それぞれ、図１（ａ）は、ウェーハのエッジ領域回折光の上面図、図１（ｂ）は、ウェーハのエッジ領域回折光の側面図、図１（ｃ）は、異物の散乱光の状態を示す。

図１（ａ）に示すように、レーザ光ｃを半径ｒのウェーハ１の面上に照射する。ウェーハ１のエッジ領域ｄであるウェーハ端部にレーザ光ｃが照射されるとウェーハ１の直径方向に強い回折光ａが生じる。ウェーハ１の接線方向には弱い（小さい）回折光ｂが生じる。この強い回折光ａは、照射光の位置が一定に制御され、ウェーハ１が矢印で示す方向に回転しながら略一定の方位へ直線移動するため、常にウェーハ１の直径方向に存在する。したがって、後述する受光器に対し常に同じ方向となる。この回折光ａの影響により、異物である微粒子の散乱光Ｓｅが埋もれ、望ましい検出信号が得られない。図１（ｂ）に示すように、ウェーハのエッジ領域回折光の側面からみると、レーザ光ｃが、ウェーハ１のエッジ領域ｄであるウェーハ端部にて強い回折光を生じさせる。図１（ｃ）に示すように、レーザビームＬＴがレーザスポットＳｐでウェーハに照射され、ウェーハ１の表面に異物ｅが存在すると、異物ｅにより広範囲な角度（方向）に散乱光Ｓｅを発生する。レーザスポットＳｐの照射される位置がエッジ領域ｄの場合には、前述したように、回折光の影響により、異物ｅの散乱光Ｓｅが埋もれ、望ましい検出信号が得られない。これを解消できる検査方法及び検査装置を次に説明する。

図２は、検査装置の検出光学系の簡略構成図であり、それぞれ、図２（ａ）は、受光器の配置上面図、図２（ｂ）は、光学系の配置側面簡略構成図、図２（ｃ）は、受光器の詳細図を示す。

図２により、ウェーハ表面検査装置の構成を説明する。表面検査装置は、図２（ｂ）に示すように、回転テーブル２１と直線移動機構２２と、検査光学系３，データ処理装置
５２などよりなる。検査対象となるウェーハ１は、回転テーブル２１に載置される。このウェーハ１の上部に配置された検査光学系３は、レーザ発振器を備えたレーザ光源３１を有している。これから出力するレーザビームＬＴは、コリメータレンズ３２により平行にされ、第１の投光光学系ではミラー３３１により反射し、集束レンズ３４で収束されたレーザスポットＳｐ（以下スポットＳｐ）として、ウェーハ１の表面へ略垂直に投射される（垂直照射）。また、第２の投光光学系ではレーザビームＬＴの光路からミラー３３１を移動し、ミラー３３２及びミラー３５により反射され、集束レンズ３６で集束されたレーザスポットＳｐ（以下スポットＳｐ）として、ウェーハ１の表面に斜めに投射される（斜方照射）。垂直照射又は斜方照射されたレーザスポットＳｐは、ウェーハ１の移動に応じてウェーハを走査する。ウェーハ１は、回転テーブル２１，直線移動機構２２により回転するとともに回転速度に応じて半径方向（Ｘ方向：図中の矢印方向）に移動する。これらにより、スポットＳｐは、ウェーハ１の表面をスパイラル状に走査し、その結果、ウェーハ１の全面が走査される。なお、回転テーブル２１，直線移動機構２２の駆動は、駆動制御回路５１を介して、データ処理装置５２により制御される。

前述したように、図１（ｃ）に示すように、ウェーハ１の表面に異物ｅが存在すると、スポットＳｐは異物ｅにより、広範囲の角度（方向）に散乱光Ｓｅを発生する。図２(ｃ)に示すように、その一部は、集光レンズ３７又は３８により集光されて光電変換器である光電子増倍管（以下ＰＭＴ）３７１〜３８６に受光される。ＰＭＴ３７１〜３８６へ入射した光はここで電気信号に変換され、変換された電気信号（受光信号）は、異物検出回路４に入力される。異物検出回路４は、片側増幅の差動増幅器により所定の閾値Ｖ_ＴＨと受光信号とを比較して、閾値Ｖ_ＴＨを超えた成分を増幅する。これによりノイズ成分が除去された検出信号がデータ処理装置５２に入力される。

検出信号は、データ処理装置５２に設けられたＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）（図示せず）によりメモリ（図示せず）に一旦記憶され、演算装置（ＭＰＵ）（図示せず）が所定のプログラムを実行することにより検出データがその走査位置（検出位置）のデータとともにデータ処理される。その結果、検出値に応じて異物ｅの大きさが判定される。さらに異物の個数がカウントされる。さらに、ＭＰＵが所定のプログラムを実行することで、異物ｅの個数と大きさ、その位置を示す異物データが生成され、プリンタ（図示せず）あるいはディスプレイ（図示せず）等に出力され、異物の状態がマップ表示される。

図２（ａ）に光電子増倍管(ＰＭＴ)３７１〜３８６の上方から見た配置の一例を示した。図２（ｂ）にＰＭＴ３７１〜３８６の側方からから見た配置の一例を示した。本検査装置は、２つのグループからなる受光光学系を有し、ウェーハ上のビームスポットからみて、ＰＭＴ３７１〜３７４のグループのウェーハ平面に対する仰角がＰＭＴ３８１〜３８６のグループの仰角（ウェーハ面を基準として）より高い（大きい）配置となっている。そこで、ＰＭＴ３７１〜３７４を高角度受光器と称する。また、ＰＭＴ３８１〜３８６を低角度受光器と称する。低角度受光器の仰角は、ウェーハ面を基準として、略３０度以下、望ましくは５度から２０度の範囲に設定されることが、欠陥の散乱光がほとんど入射せず付着した異物の散乱光を主に受光できるという観点から望ましい。高角度受光器の仰角は、ウェーハ面を基準として、略３０度以上、望ましくは３５度から６５度の範囲に設定されることが、欠陥の散乱光を強く受光できるという観点から望ましい。この異物や欠陥は、投光光学系と受光光学系との組合せにより、さらに高精度の弁別が可能になる。異物の検出においては、第２の投光光学系である斜方照射と低角度受光器の組合せが好ましい。また、欠陥の検出では、受光光学系を高角度受光器とし、識別すべきウェーハ１の欠陥の種類に応じて、第１の投光光学系若しくは第２の投光光学系の組合せを選択することが好ましい。また、ミラー３３１からハーフミラーへのミラー切替機構（図省略）により、第１の投光光学系と第２の投光光学系を同時に照射し、ウェーハ１からの散乱光を低角度受光器と高角度受光器で検出することで、異物と欠陥の弁別と、高速検査を可能にできる。

なお、上方から見ると６個のＰＭＴ３８１〜３８６のグループではそれぞれのＰＭＴが概略６０度の角度をもって配置されている。４個のＰＭＴ３７１〜３７４のグループでは、それぞれのＰＭＴが概略９０度の角度をもって配置されている。そして、ＰＭＴ３７２と３７４は、被検査物であるウェーハの直径方向（強い回折光が生じる方向）と上方から見て同一線上又は平行線上に配置されている。

図２に一例を示すように、ウェーハの表面を基準とした仰角が３０°以下の角度をなす低角度受光系と、前記低角度受光系よりも大きな仰角をなす高角度受光系と、前記ウェーハの上部から略垂直方向にレーザ光を照射する第１の投光光学系と、前記ウェーハの斜め方向から偏光したレーザ光を照射する第２の投光光学系と、前記第１の投光光学系からのレーザ光の照射により、前記低角度受光系及び前記高角度受光系が検出した信号を演算して欠陥と付着異物を識別し、かつ前記第２の投光光学系からの偏光したレーザ光の照射により、前記低角度受光系が検出した信号に基づき付着異物を識別するウェーハ表面検査装置において、前記第１の投光光学系の前記レーザ光による走査と前記第２の投光光学系による走査とを切り換える光学系切り換え機構を備え、検出された前記欠陥あるいは前記付着異物をディスプレイの画面上にマップ表示することができる。

レーザ光による走査(スキャン)が被検査物であるウェーハのエッジ領域に入る前に回折光を受けない（又は回折光の影響の少ない）角度の受光器（光電子増倍管３７１，３７３，３８３，３８６）を選択し、選択された受光器の信号に基づき測定することにより、エッジ領域の回折光によるノイズの影響を受けず（又は影響を小さくでき）に、異物や欠陥などの信号を得ることができる。またエッジ領域の範囲を知るために、ウェーハの走査機構に位置センサ（図示せず）を有し、この位置センサからの信号に基づき、あらかじめ入力した又は光学的センサにより取得した被検査物である半導体ウェーハの大きさ情報にもとづき、データ処理装置５２おいて、ビームスポットがエッジ領域の近傍にある（又は接近している）ことを判定する。その後、予め定めた受光器の作動（機能）、又は、データ処理装置５２が停止すべきと判定した受光器の作動（機能）を停止する。又は、受光器からの信号の取得を停止してもよい。位置センサとしては直線移動機構２２に組み込まれた駆動用モータに設けたエンコーダー（図示せず）を利用してもよい。また、ウェーハを光学的に撮影し、撮影画像を既知の解析技術で解析し、ウェーハの位置又はビームスポットの位置を算出してもよい。例えば、ビームスポット位置が固定されされている場合は、ウェーハの位置に基づいて、エッジ領域であるか否か判定する。

エッジ領域のみ検査する場合は、測定開始ポジションをエッジ領域の手前とするとともに、ノイズ成分を受けないように、受光器を選択することにより、エッジ領域のみの測定が可能となる。そして、エッジ領域以外の検査（測定）と組み合わせることによりウェーハ全体の検査（測定）が可能となる。受光器を選択する方法の一例としては、ノイズ成分が入射する方向の受光器を、過大入力を避けるために、受光器をＯＦＦ状態にすることが望ましい。又は受光器の感度が低い状態としてもよい。

図３を用いて、ウェーハエッジ領域の定義を説明する。ウェーハ１に照射されるレーザビームＬＴのレーザスポットＳｐの周縁部が、ウェーハの平面から傾斜が始まる部分に差し掛かると、回折光が強くなり検出に影響が出始める。このように回折光が強まる部分からウェーハ端部までをウェーハエッジ領域とする。図３に示すように、例えばウェーハのエッジ領域の場合、ウェーハの半径ｒ−約３mmからウェーハの半径ｒmmまでの領域を想定することが望ましい。

本実施例では、レーザ光をウェーハ表面に照射し、ウェーハを回転させウェーハの表面の微粒子を検査する方法において、ウェーハのエッジ領域（ウェーハの半径ｒ−３mm）を、感度低下を最小限におさえるように、回折光ができるだけ入射しない受光器を用いて、異物である微粒子を検出することが望ましい。

前述の実施例では、また、レーザ光をウェーハ表面に照射し、ウェーハを回転させウェーハの表面の微粒子を検査する方法において、既知であるウェーハエッジ領域からの回折光の方向は、回転に対して常に略同一となるため、回折光を受ける角度を除いた部分に受光器を配置することが望ましい。前述の実施例では、受光器が図１（ａ）に示す強い回折光ａを受光しないように光電子増倍管３７１，３７３，３８３，３８６を選択し測定（検査）した。また、受光器の数，配置は、強い回折光ａを避けるように、適宜設定してもよい。

また、前記ウェーハの上部から略垂直方向に前記レーザ光の照射する投光光学系を有し、受光器の組合せにより、回折光の影響を受けにくい角度の受光器を選択する手段を有することが望ましい。また、前記ウェーハの斜めから前記レーザ光の照射する投光光学系を有し、受光器の組合せにより、回折光の影響を受けにくい角度の受光器を選択する手段を有することが望ましい。また、光電変換器を有しウェーハエッジ領域の回折光の影響を受けない角度にも受光器を配置し、選択を可能にすることが望ましい。これらを実現するために、前記ウェーハをレーザ光により走査する、回転ステージ２１と直線ステージ２２からなる走査機構と前記光電変換器（ＰＭＴ）から検出信号を受けて微粒子を検出するデータ処理装置を有することが望ましい。

以上述べたように、例えば、従来のウェーハ表面検査装置は、ウェーハのエッジ領域による回折光のため、ウェーハ外周部分を非検査領域とし、異物の検査が困難であった。また、ウェーハ外周部分を検査領域としようとしても、回折光により、受光器を損傷してしまう可能性もあった。そのため、ウェーハの致命欠陥を見落とす可能性があった。これを改善するために、エッジ領域を測定する場合、ノイズとなる回折光の影響を受けない角度の受光器を選択することにより、感度低下を最小限おさえた検査を可能にできる。上記解決手段を採用することにより、従来測定ができなかった又は困難であった、外周部の異物の管理が可能となり、ウェーハの致命欠陥の見落としがなくなり、ＩＣの不良低減が可能となる。上記ノイズ成分を少なくするために、前記受光の量を変化させるのであるが、その他の例としては、照射される光の量を変化させること、例えば、光源の出力を絞ること又は、照射系の途中にフィルタ等の減光手段を有してもよい。以上本発明の実施例を説明したが、本願発明の範囲を外れない範囲で、種々の変形例が考えられることは言うまでも無い。

上記したように、エッジ領域等の所定領域を有する被検査物を検査する際の課題を解決するものであり、半導体ウェーハのみならず、ウェーハ状物体，絶縁体ウェーハなどの被検査物への利用が可能である。

被検査物として半導体ウェーハとウェーハのエッジからの回折光の強度をあらわした概念図であり、それぞれ、（ａ）は、ウェーハのエッジ領域回折光の上面図、（ｂ）は、ウェーハのエッジ領域回折光の側面図、（ｃ）は、異物の散乱光の状態を示す。 検出光学系の簡略構成図であり、それぞれ、（ａ）は、受光器の配置上面図、（ｂ）は、光学系の配置側面簡略構成図、（ｃ）は、受光器の詳細図を示す。 本発明の実施例におけるエッジ領域の説明図である。

符号の説明

１…ウェーハ、２…回転・直線移動機構、３…検査光学系、４…異物検出回路、５１…駆動回路、５２…データ処理装置、３７１〜３７４，３８１〜３８６…光電子増倍管。

Claims (9)

1. 光を円形の被検査物に照射し、前記被検査物から発せられた光を受光して検査する方法において、
   前記被検査物の直径方向に発せられた光、及び前記被検査物の接線方向に発せられた光を受光し、
   照射した光が被検査物のエッジ領域を照射した場合に、前記直径方向での受光の量を変化させることを特徴とする表面検査方法。
2. 請求項１において、
   前記受光の量を変化させることは、照射される光の量を変化させること、及び／又は、受光の感度を変化させることであることを特徴とする表面検査方法。
3. 請求項１において、
   前記受光の量を変化させることは、前記直径方向に配置された受光器をオフ状態とすることであることを特徴とする表面検査方法。
4. 請求項１において、
   前記受光の量を変化させることは、被検査物エッジ領域からの回折光が少なくなるように受光することを特徴とする表面検査方法。
5. 請求項１において、
   前記被検査物の上部から略垂直方向に前記光を照射する投光光学系及び／又は前記被検査物の斜めから前記光を照射する投光光学系を有し、前記受光のために複数の受光器を有し、
   さらに、前記複数の受光器には、前記被検査物の直径方向に配置された受光器、及び前記被検査物の接線方向に配置された受光器が含まれ、
   前記複数の受光器から前記被検査物の接線方向に配置された受光器を選択することを特徴とする表面検査方法。
6. 複数の受光器を有する受光系と、
   円形の被検査物に対して光を照射する投光光学系と、
   前記投光光学系からの光の照射により、前記複数の受光器が検出した信号を演算して異物を識別し、被検査物上の前記光の位置に応じて、前記複数の受光器を選択する手段と、を有し、
   さらに、前記複数の受光器には、前記被検査物の直径方向に配置された受光器、及び前記被検査物の接線方向に配置された受光器が含まれ、
   前記被検査物のエッジ領域が前記光によって照射された場合には、前記直径方向に配置された受光器の感度を下げる、又は前記直径方向に配置された受光器をオフ状態とし、
   前記接線方向に配置された受光器の信号を用いて前記エッジ領域の検査を行うことを特徴とする表面検査装置。
7. 請求項６において、
   前記受光系は、被検査物の表面を基準とした仰角が３０°以下の角度をなす低角度受光系と、前記低角度受光系よりも大きな仰角をなす高角度受光系とを有し、
   前記投光光学系は、前記被検査物の上部から略垂直方向にレーザ光を照射する第１の投光光学系と、前記被検査物の斜め方向から偏光したレーザ光を照射する第２の投光光学系とを有し、
   前記第１の投光光学系からのレーザ光の照射により、前記高角度受光系が検出した信号を演算して欠陥を識別し、かつ前記第２の投光光学系からの偏光したレーザ光の照射により、前記低角度受光系が検出した信号に基づき異物を識別することを特徴とする表面検査装置。
8. 請求項７において、
   前記第１の投光光学系の前記レーザ光による走査と前記第２の投光光学系による走査とを切り換える光学系切り換え機構を備えたことを特徴とする表面検査装置。
9. 請求項６又は７において、
   前記光の前記被検査物上の位置を検知する検知装置を有し、
   前記複数の受光器は、前記エッジ領域の回折光の影響を受けない角度に配置された受光器を有し、
   前記検知装置の出力に応じて、前記複数の受光器の選択を制御するデータ処理装置を有する表面検査装置。

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