JP5589023B2 - 半導体ウェハの異物検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハなどの検査対象物からの応答信号により異物検査を行う半導体ウェハの異物検査装置に関し、特に、その検出回路における信号検出技術に関する。

図５により、本発明者が本発明の前提として検討した従来の半導体ウェハの異物検査装置の検出回路の概要について説明する。図５は従来の半導体ウェハの異物検査装置の検出回路の概要を示す図である。

すなわち、従来の半導体ウェハの異物検査装置では、回転させた半導体ウェハ１０４に照射光としてレーザ光１０１を照射し、半導体ウェハ１０４上に存在する異物等からの散乱反射光１０２を光電子増倍管（ＰＭＴ：Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ Ｔｕｂｅ）１０３によって検出する。

ＰＭＴ１０３は、入射光を光電子増倍作用により増倍し、入射光強度に応じて電流を出力するものであり、異物等からの散乱反射光１０２をもとに異物検出信号電流として出力する。

Ｉ−Ｖ変換回路２００および検出回路３００からなる検出部では、異物検出信号電流に基づき、抵抗２０１と演算増幅器２０２とで構成したＩ−Ｖ変換回路２００において検出電圧信号に変換する。

さらに、検出回路３００おいて、検出電圧信号を増幅回路３０１で増幅し、電圧をＡ／Ｄ変換器３０２を用いてデジタル値に変換する。その後、デジタル値を出力コードとしてデータ処理回路（図示せず）に出力して異物等の判別を行う。

一般に、微小粒径の異物からの散乱反射光強度は、異物の直径の約６乗に比例するといわれている。従って、光を照射しその散乱反射光によって異物を検出する場合、検査対象半導体ウェハ上の異物が小さくなるほど検出信号は微小になり、これを検出する検出回路３００では検出信号の振幅範囲に応じて広いダイナミックレンジが要求される。

さらに、半導体ウェハの検査時間を短縮するため、半導体ウェハの回転数を上げることにより半導体ウェハ表面を走査する速度が速くなり、検出信号の時間あたりの変化率が増大し、検出部では高速化も要求される。

ところで、一般に、Ａ／Ｄ変換器３０２は、速度とダイナミックレンジの間に基本的なトレードオフの関係が存在し、高速化にともなってＡ／Ｄ変換器３０２のダイナミックレンジは減少し、最小分解能が増大する傾向にある。

そのため、従来では、特開平８−１４５８９９号公報（特許文献１）に記載の技術のように、検出電流を異なる増幅倍率で増幅する複数の増幅器を並列に配置して、複数の増幅器出力のうち適切なレンジの出力によってダイナミックレンジ拡大を実現する方法が提案されている。

特開平８−１４５８９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、複数の増幅器で受け持つレンジ毎にＡ／Ｄ変換回路を配置することで、高速化により各Ａ／Ｄ変換回路のダイナミックレンジが制限された状態においても、検出部全体としてダイナミックレンジの拡大が実現できる。

ただし、微小な異物に対しては検出信号に雑音が重畳することにより、検出回路の増幅倍率を高くしても信号検出精度の向上が図れないという問題がある。特に、一定の回転数で回転する半導体ウェハからの異物検出信号は異物の半径位置に応じて、例えば図６に示すように信号周波数成分が変化するため、高周波の信号成分を有する半導体ウェハからの外周信号を検出できるように検出特性を定めた場合、信号成分が低周波数に集中する半導体ウェハからの内周信号での検出では、検出回路の周波数帯域は不必要に広い帯域となり混入雑音の抑制ができずに検出精度が悪化するという問題がある。

本発明は以上のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出信号の条件に応じて検出回路特性を可変制御することにより、高精度な信号検出を行うことができる検出回路および、これを用いた半導体ウェハの異物検査装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、代表的なものの概要は、反射光検出器で検出された信号を増幅し、かつ増幅の応答特性が制御信号により制御される増幅回路と、増幅回路により増幅された信号を所定のコードに変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、反射光と相関を有する半導体ウェハの情報に基づいて、制御信号を生成する制御回路とを備えたものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、代表的なものによって得られる効果は、半導体ウェハの異物検査装置の検出回路において、異物位置情報をもとに検出信号の条件に応じた最適な応答特性で信号検出を行うことができ、異物検出の高精度化を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の検出回路における周波数特性を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成を示す構成図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハの異物検査装置の演算回路の構成を示す構成図である。 従来の半導体ウェハの異物検査装置の検出回路の概要を示す図である。 従来の半導体ウェハの異物検査装置の検出回路の周波数特性を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
図１により、本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成を示す構成図である。

図１において、半導体ウェハの異物検査装置は、検査対象物である半導体ウェハ１０４をウェハ保持機構（図示せず）により保持して回転動作させるモータ１０５と、モータ１０５を移動制御すると共に、移動量を元に検査対象となる半導体ウェハ１０４の半径情報１０６（検査対象物からの応答信号と相関を有する情報）を出力する移動機構（図示せず）と、半導体ウェハ１０４に照射するレーザ光１０１と、半導体ウェハ１０４にレーザ光１０１を照射することで半導体ウェハ１０４上に異物等（図示せず）が存在する場合に発生する散乱反射光１０２を検出し、散乱反射光１０２の強度に応じて電流を出力する反射光検出器である光電子増倍管（ＰＭＴ）１０３と、光電子増倍管（ＰＭＴ）１０３が出力する信号電流を抵抗２０１と演算増幅器２０２とで構成し電圧に変換して出力するＩ−Ｖ変換回路２００と、Ｉ−Ｖ変換回路２００が出力した電圧を増幅回路３０１で増幅しＡ／Ｄ変換器３０２で所定のコードに変換して出力する検出回路３００と、検出回路３００の出力コードを入力し、異物等の判別を行うデータ処理回路（図示せず）とで構成される。

さらに、検出回路３００は、半径情報１０６を元に増幅回路３０１の応答特性を制御する制御信号３０４を出力する制御回路３０３を備えている。

次に、図１、図２、図６により、本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の動作について説明する。図２は本発明の実施の形態１に係る半導体ウェハの異物検査装置の検出回路における周波数特性を示す図である。

まず、異物検査装置では、半導体ウェハ１０４上にレーザ光１０１を照射するとともに、半導体ウェハ１０４を回転動作させ、かつ半導体ウェハ１０４の半径位置を変更するようにモータ１０５を移動することで、半導体ウェハ１０４の表面に照射されるレーザ光１０１の軌跡は螺旋状となり、これにより半導体ウェハ１０４の全面検査を行う。

半導体ウェハ１０４の回転数を一定とし半導体ウェハ１０４の半径位置を変えた場合、半導体ウェハ１０４の外周におけるレーザ光１０１の照射点での線速度は速く、ウェハ表面異物からの散乱反射光１０２の周波数成分は、図６に示すように高周波域に集中し、また、半導体ウェハ１０４の内周では線速度が遅くなるため半導体ウェハ１０４の表面異物からの散乱反射光１０２の周波数成分は、図６に示すように低周波域に集中する。すなわち、検査対象である半導体ウェハ１０４の半径位置に応じて検出信号の周波数成分は変化する。

そこで、本実施の形態では、半導体ウェハ１０４の半径情報１０６を元に制御回路３０３と制御信号３０４とを介して増幅回路３０１の応答特性を、例えば、図２に示すように半導体ウェハ１０４の半径位置に対応して制御している。

すなわち、従来の信号成分とは無関係な応答特性である検出回路に対し、本実施の形態では、信号成分と相関のある情報を元に信号成分の変化に応じて検出回路３００の応答特性を可変制御することで、検出目的である信号成分以外の雑音成分を抑制し、高精度な信号検出が可能となる。

なお、本実施の形態における半導体ウェハの異物検査装置について、上記では動作原理について図１および図２に示したように簡略化して説明したが、Ｉ−Ｖ変換回路２００において抵抗２０１を可変抵抗素子や可変容量素子を用いて制御することで、検出回路全体の応答特性を制御する構成としてもよい。

また、図２では半導体ウェハ半径位置に対して検出回路３００の周波数帯域と利得とを同時に変化させているが、検出信号と相関のある検査対象の速度を検出して制御することに加え、検出信号あるいは検出回路特性の補正を含めて検出回路３００の応答特性を最適な状態にすることが重要であり、検出目的に応じて周波数帯域のみあるいは利得のみを可変制御すればよいことはいうまでもない。

（実施の形態２）
図３により、本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成および動作について説明する。図３は本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハの異物検査装置の構成を示す構成図、図４は本発明の実施の形態２に係る半導体ウェハの異物検査装置の演算回路の構成を示す構成図である。

実施の形態２では、検出回路３００において、演算回路３０５を備えることが主な特徴であり、その他の部分については実施の形態１の構成と同様である。

図３において、検出回路３００では、固定の応答特性を有する増幅回路３０１の出力電圧をＡ／Ｄ変換器３０２で所定のコードに変換し、Ａ／Ｄ変換器３０２の出力したコードを制御回路３０３からの制御信号３０４に応じて演算回路３０５で演算処理してコードを出力する。

演算回路３０５における演算内容は、Ａ／Ｄ変換器３０２の出力コードと演算回路３０５の出力コードの間で、例えば図２に示す応答特性を有し、制御信号３０４に応じて応答特性を可変制御する演算処理を行う。

演算回路３０５の構成例を図４に示す。演算回路３０５では、入力データ４０１を動作クロック（図示せず）に従って遅延回路４１１〜４１５で順次遅延し、遅延回路４１１〜４１５の出力データとＲＡＭ４１３の出力データとを各乗算回路４２１〜４２５で乗算し、乗算回路４２１〜４２５の出力データを加算回路４３２で加算して出力データ４０２を得る。

図４は、一般に有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ構成として知られており、乗算回路への係数に応じて回路の周波数特性などの応答特性が変化する。従って、演算回路３０５に配設したＲＡＭ４３１のアドレス入力に制御信号３０４を入力し、制御信号３０４に応じてＲＡＭ４３１の出力データを変化させることで、図２に示した応答特性を演算回路３０５で実現することが可能となる。

なお、演算回路３０５での演算処理は、例えば、検出回路３００の出力コードを入力し、異物等の判別を行うデータ処理回路（図示せず）内で行うことも可能であり、制御回路３０３からの制御信号３０４をデータ処理回路に入力し、データ処理回路内での処理において、制御信号３０４により図２に示した応答特性を考慮した異物等の判定を行うようにしてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明は、高精度な信号検出を実現することが可能であり、その用途を半導体ウェハを検査対象とする異物検査装置に限定することなく、検査対象物からの応答信号を検出する各種検出回路への応用が可能である。

１０１…レーザ光、１０２…異物等からの散乱反射光、１０３…光電子増倍管（ＰＭＴ）、１０４…半導体ウェハ、１０５…モータ、１０６…半径情報、２００…Ｉ−Ｖ変換回路、２０１…抵抗、２０２…演算増幅器、３００…検出回路、３０１…増幅回路、３０２…Ａ／Ｄ変換器、３０３…制御回路、３０４…制御信号、３０５…演算回路、４０１…入力データ、４０２…出力データ、４１１〜４１５…遅延回路、４２１〜４２５…乗算回路、４３１…ＲＡＭ、４３２…加算回路。

Claims (1)

1. 一定の回転数で回転する半導体ウェハに照射光を照射し、前記半導体ウェハからの反射光を検出して、検出した前記反射光に基づいて、前記半導体ウェハ上の異物を検出する半導体ウェハの異物検査装置であって、
   前記反射光を検出する反射光検出器と、
   前記反射光検出器で検出された電流信号を電圧信号に変換して出力し、かつ変換の利得および周波数帯域が制御信号により制御される変換回路と、
   前記変換回路から出力された電圧信号を増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路により増幅された信号を所定のコードに変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、
   前記反射光と相関を有する前記半導体ウェハの位置情報に基づいて、前記制御信号を生成する制御回路と、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力された前記コードに基づいて、前記半導体ウェハ上の異物を検出するデータ処理回路と、を備え、
   前記制御回路は、前記半導体ウェハ上の第一の検査位置を検査する場合は、第一の利得および第一の周波数帯域となるように前記制御信号を生成し、
   前記第一の検査位置より内周側に位置し、レーザ光照射の線速度が前記第一の検査位置より遅くなる第二の検査位置を検査する場合の第二の利得および第二の周波数帯域は、それぞれ前記第一の利得および前記第一の周波数帯域より低くなるように前記制御信号を生成する、
   ことを特徴とする半導体ウェハの異物検査装置。

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