JPH01121740A - 光学的表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は鏡面状の表面をもつ試料のその表面を光ビー
ムで走査し、試料表面の凹凸や付着した異物などで生じ
た散乱光を受光して、これらの凹凸や異物の付着の有無
や存在の程度を光学的に検査する装量に関し、特に高い
清浄度を必要とする半導体製造プロセスにおける半導体
基板の表面の光学的検査装置に関する。

〔従来の技術〕

上述の光学的検査装置においては精度の高い検査を行う
上で、検査領域を設定するための試料の位置決めや試料
の移動速度の再現性ができるだけ正確であることが要求
される。

この種の光学的表面検査装置における光ビームの走査方
式には、試料を回転させながら直線方向にも移動させ、
固定した光ビームで渦巻状に走査する方式と、試料を直
線方向に移動させ、移動方向に垂直な直線上に一定周期
で光ビームを動かして走査する方式の二方式がある。

第６図は渦巻状に走査を行う従来の光学的検査装置の要
部構成の一例を示したものである。

第６図（ａ）において光投射手段１は光源２と集光レン
ズ３とを備えており、光源２から投射された平行光束４
は集光レンズ３によって円板状の試料５の表面に垂直で
かつスポット状に集光する光ビーム６として投射される
。試料５の表面に凹凸や微粒子の付着のような異常箇所
７があり、これを光ビーム６が照射するとパルス状の散
乱光８を生ずる。この散乱光８は試料５の表面に対して
斜めに配置された光検出器９で受光され、受光量に応じ
たパルス状の電気信号１０を出力する。異常箇所７が存
在しない場合は光ビーム６は正反射し、正反射光の方向
は試料５の表面に対して垂直なのでこの正反射光は光検
出器９には入射しない。

試料５は駆動速度制御系１８１と回転速度制御系１８２
とを備えた駆動装置１８で駆動される回転ステージ１１
に搭載され、その回転ステージ１１の軸１２まわりに回
転しながらさらに矢印で示すＰ方向に直線状に移動させ
られる。すなわちこの例では回転ステージ１１は走査手
段と相対的移動手段とを兼ねている。光投射手段１は固
定されているので、この移動によって光ビーム６は試料
５の表面を第６図（ｂｌに示すように渦巻ぎ状に走査し
、軸じの位置で定められる検査領域について電気信号１
０のパルス状成分をパルス計数回路からなる信号処理手
段１６で計数し、計数結果１７を出力して検査を行う。

第７図は第２の従来例として、直線上を移動する光ビー
ムで走査を行う装置の要部斜視図を示したものである。

この例においては光投射手段１は走査手段をも兼ねてお
り、試料５に対して垂直あるいはある角度をもつ面を走
査面１３とし、その走査面１３内で光ビーム６の投射方
向を周期的に変じて試料５の表面を走査する。試料５の
表面と走査面１３との交線が走査）ｉｉ！１４である。

試料５の近傍には走査線１４と平行な円筒レンズからな
る光入射面を備え、入射した光を光フアイバー束で集光
する集光装置１５が試料５表面の異常箇所７からのパル
ス状の散乱光８のみを受光する角度で配置されている。

この集光装置１５に光検出器９が接続されて−おり、散
乱光８によるパルス状の電気信号１０を出力し、これを
信号処理手段１６で計数し、計数結果１７を得る。

試料５は駆動速度制御系１９１を備えた駆動装置１９で
駆動される支持機構加によって走査線１４と交わる矢印
Ｑ方向に直線的に移動し、これによって試料５は全面に
わたって光ビーム６で走査される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述の光学的表面検査装置においては、通常光ビーム６
がある一個の異常箇所７を走査する回数は硫体的に１回
以下あるいは複数回であることが多く、電気信号１０の
パルス状成分の計数結果はそのままでは実際の異常箇所
数を示さない。そこで計数結果を実際の異常箇所数に対
して校正した上で検査が行われる。走査の周期は一定で
あるため、試料５の表面の検査領域全体が走査される回
数は試料５の移動速度が異なると、それに応じて異なっ
てくる。このため単位長当りの走査線数すなわち走査線
密度は試料５の移動速度によって異なり、同一の異常箇
所７が走査される回数すなわち異常箇所の検知数は試料
５の移動速度の影響を受ける。

したがって電気信号１０のパルス状成分の計数結果を実
際の異常箇所数に対して校正を行りた場合の移動速度と
同一の移動速度をその後の検査においても正確に保つこ
とが必要とされ、このために駆動装置１８や１９には移
動速度を不変に保つ駆動速度制御系１８１　、１９１や
回転速度制御系１８２を備えなければならない、あるい
は検査のつど異常箇所数が既知である試料を用いて校正
を行なわねばならない。

第６図に示した従来例では試料の移動機構である回転ス
テージ１１が回転運動と直線運動の二種類の運動によっ
て移動するため、それぞれの運動における速度を不変に
保つ必要があり、駆動装置１８には駆動速度制御系１８
１と回転速度制御系１８２の２系統の制御系が必要とな
る。

第７図の従来例に示す移動機構は一方向の直線運動であ
って、第６図のものにくらべて著しく簡単となってはい
るが、その直線運動速度を不変に保つ駆動速度制御系１
９１を欠かすことができない。

したがりてこれらの従来例に示した光学的表頁検査装置
は正確に制御されたその装置固有の移動速度をもつ試料
移動機構を装置の一部として備える必要があり、光学系
と光検出器ならびにその信号処理系の部分だけを独文さ
せて既存の生産ラインの試料搬送系（たとえばベルト式
ウェハ搬送装置）に適宜設置して用いることはきわめて
困難であった。

この発明は従来の光学的表面検査装置において必要であ
った装置専用の試料移動機構を不要とし、光学的表面検
査装置の構成を簡単化するとともに送り速度を異にする
既存の試料搬送装置への適用が可能で、しかもその送り
速度が一定でない場合においてもその影響を受けること
のない装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は試料表面の異常個所で生じた散乱光を受光し
た光検出器の出力する電気信号のパルス状成分の計数値
と光ビームの走査線密度との間には常に比例関係が成立
すること、ならびに試料の移動速度が一定でない場合で
あっても短い時間内においては一定とみな、せることに
着目して異常箇所数を正確に求めようとするものである
。

すなわち信号処理手段に光ビームの走査回数計数手段と
試料の移動距離計測手段と電気信号のパルス状成分を計
数する計数回路とを接続した演算手段とを備えて、検査
領域全体にわたる光ビームの走査回数をいくつかに分割
した短時間内の複数回数の走査毎に走査回数と試料の移
動距離と電気信号のパルス状成分数とを測定し、測定さ
れた走査回数と試料の移動距離とからその複数回数の走
査における走査線密度を算出する。一方あらかじめ異常
箇所数既知の基準試料によってその既知の異常箇所数と
等しいパルス状成分数の測定値を与える走査線密度を基
準走査線密度として求めておき、走査線密度とパルス状
成分計数値との比例関係を用いて前記の測定したパルス
状成分計数値を基準走査線密度に対する値に換算する。

試料の異常箇所数は各複数回数の走査毎に求めたこれら
の換算した値を総和することによって算出する。

（作用〕 試料全体にわたる光ビームの走査回数をいくつかに分割
した複数回数の走査における所要時間が短いと、試料の
移動速度が一様でなくともその所計数値との間には比例
関係が成文する。このため前記の複数回数の走査におけ
る走査回数測定値を試料の移動距離測定値で除して走＾
度を算出し、成分の計数値すなわち実際の異常箇所数に
換算されて算出される。各複数回数の走査毎に算出され
たこれらの換算値の総和を演算すれば試料の異常箇所数
が求められる。

走＾度もパルス状成分の計数値もともに試料パルス状成
分の計数値に対して同じように作用するので換算の演算
においてその作用は打ち消される。このため算出された
異常箇所数は試料の移動速度が異なっても、一定でなく
てもその影響を受けない。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例の構成図である。光投射手段
２１からは細く集束された光ビームが投射される。この
光ビームはビームエキスパンダη。

回転多面９２３．　　ｆ・θレンズ冴で構成される点線
で囲まれた走査手段５を介して試料５上に集束する光ビ
ーム６となって、試料５の表面を走査する。

ビームエキスパンダｎは入射した細い光ビームを数ｔｎ
程度の幅をもつ平行光束加に整え、回転多面鏡ｎはその
平行光束加を反射してその軸まわりに回転する光ビーム
ごとする。ｆ・θレンズＵは入射した光ビームｎの回転
角速度と出射する光ビーム６の走査速度とが比例関係に
あるレンズで、光ビーム６を常に試料５の表面に集束さ
せながら一定の周期で直線状にその表面を走査させる。

試料５上に凹凸あるいは異物の付着などの異常箇所７が
あるとそこでパルス状の散乱光８を生ずる。この散乱光
８は一点鎖線で囲んだ光検出手段Ｚで検出される。

光検出手段路においては光の入射面に円筒レンズを備え
た入射集光系器で散乱光８を受光し、受光された散乱光
８は光フアイババンドルＩに入射し、出射集光系３１を
介して光検出器＆に入射し。

光検出器！の出力する電気信号１０にパルス状の成分を
与える。

試料５の表面は鏡面状に仕上げられているので、試料５
の表面を照射する光ビーム６は入射集光系器には入射し
ない角度で正反射するように投射される。このため入射
集光系器したがって光検出器ｎには試料５の表面からの
きわめて微弱な散乱光と異常箇所７による散乱光８のみ
が入射する。

試料５は２点鎖線で囲まれた相対的移動手段蕊を構成す
る試料台具に搭載され、試料台あは試料台駆動装置あに
よつて光ビーム６の走査方向と垂直な方向に駆動される
ので、これによって光ビーム６は試料５の全面を走査し
て検査を行うことができる。

光検出手段路の出力する電気信号１０は実線で囲まれた
信号処理手段あに与えられる。信号処理手段あは図示の
ように領域設定手段ｒ、パルス計数手段あ、走査回数計
数手段３９．移動距離計測手段７１に接続された演算手
段旬を備えている。

後に詳しく述べるように領域設定手段３７は光ビーム６
が試料５を走査するつど、試料５とその検査領域とを走
査する時間の幅をもつ矩形波パルスをそれぞれ信号５５
ａと信号５９息として出力する。信号５９ａはパルス計
数手段あに与えられ、上記の矩形波パルスの幅に相当す
る時間だけ計数ゲートを開き、電気信号１０のパルス状
成分を計数する。一方矩形波パルスとしての信号５５ａ
は走査回数計数手段に与えられ、光ビームが試料５を走
査する走査回数が計数される。この実施例においては、
この信号５５ａは移動距離計測手段７１にも与えられる
。この実施例における移動距離計測手段７１は信号５５
ａとしての矩形波パルスの幅を測定する時間計測回路で
構成され、時間測定用のクロ、クパルスを計数して円形
の試料５表面の走査時間を測定する。この走査時間は試
料５を形成する円の弦長としての走査線長と比例関係に
あるので、この後演算手段によって試料５の移動方向に
対する上記の円の中心からの距離を算出して試料５の移
動距離を得るようになっている。

一つの走査が終了すると領域設定手段ｒからパルス状の
走査終了信号７０ａが演算子段切に与えられる。演算子
段切はこの走査終了信号７０ａを受けて走査回数計数手
段器からはその走査までの走査回数ｊ、移動距離計測手
段７１からは走査時間計測用のグロックパルスの計数値
Ｘｊ、パルス計数手段謔からはその走査において計数さ
れたパルス状成分の計数＊Ｎｊをそれぞれデータ３９ａ
　、７４ａ　、６８ｍとして読みとって記憶した後、リ
セット信号７４ｂと６８ｂとをそれぞれ移動距離計測手
段７１とパルス計数手段間とに送って、計数内容をクリ
アする。

試料５についての全走査を終了すると、領域設定手段３
７からパルス状の検査終了信号６２ａが演算手段物に与
えられる。演算手段槌はこの信号を受けて演算を実行し
、リセット信号３９ｂを走査回数計数手段３９に送って
計数内容をクリアする。

演算子段切においてはあらかじめ校正によって得た基準
走査密度ｎＯｓ試料５の縁から検査領域までの距離ｄ、
試料の直径り、全走査回数Ｓをい（つかの複数回数の走
査回数に等分する数ｍ、走査時間計測用のクロ、クバル
スの周期τ。、走査速度Ｖが定数として記憶されている
。これらの定数と全走査回数Ｓ、前述の各走査回数ｊ、
走査時間計測用クロ、クバルスの計数値Ｘｊ、パルス成
分の計数値Ｎｊを用いて下記の演算を行い、検査領域の
異常箇所数Ｎｏを算出する。

１）試料５の臘から検査領域までの走査回数５ＩＳｌ＝
３　（ｄ／Ｄ　）　　　　　　　　　　　（１）２）検
査領域の全走査回数Ｓをｍ等分した複数回数の走査回数
５ｃ Ｓｃ　＝　（Ｓ　−２８ｓ　）／ｍ　、　　　　　　　
　（２）３）１番目の複数回数の走査のはじめの走査回
数５（ｉｌ）と終りの走査回数５（１２）４）１番目の
複数回数の走査におけるパルス状成分の計数値Ｎ１ ５）走査回数５（ｉｌ）と５（ｔ２）とにおける走査線
の円板状の試料５の端部からの距離ＹＳ（ｉｌ）と”５
（ｔｚ） ６）ｉ番目の複数回数の走査における試料５の移動距離
Ａ１ Ａｒ　＝　Ｉ　Ｙｓ（ｉｔ）　　Ｙｓ（ｔｚ）ｌ　　　
　　　　（６）（１＝１．２．・・・ｓ　”　） ７）検査領域における異常箇所数Ｎ。

（７１式で算出された異常箇所数Ｎ、は検査結果４６と
して出力される。

上記各式の成立する根拠については後に述べる。

この発明においては演算手段初において（７１式による
演算を行うことで試料の移動速度が異なったり検査中に
変動したりすることによる影響を除いている。

この（７）式は試料５の移動速度に変動があっても短時
間内であればその移動速度は一定とみなせ葛とと、また
その移動速度が一定であれば一つの異常箇所７が走査さ
れる回数は走査線密度に比例し、したがってパルス状成
分の計数値が確率的に走査線密度に比例するという考え
方にもとづいて導かれたものである。

すなわち検査領域の全走査回数をｍ等分してその各々の
Ｓｃ回の走査における所要時間を短いものとする。その
うちの１番目のＳｃ回の走査においてパルス状成分の計
数値Ｎｉ　、試料の移動距離−！ｉを得たとすれば、走
査線密度ｎ１はｎ１＝ｓｃμｉであるからＮｉとｎｉと
の比例関係によってＮｉはで与えられる。には定数であ
る。１８１式においてパルス状成分の計数値Ｎｉが実際
の異常箇所数Ｎｏｉに等しい場合の走査線密度は基準走
査線密度ｎ（１であるから Ｎｏｉ　＝　ｋｎ（１・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（９）で
ある、（８１（９）の両式からｋを消去してＮｏ１＝（
ｎｏ／ｎｉ　）Ｎｔ ＝　（ｎｏ／５ｃ）ＮｉＪｉ　　ｍｓ＋ｍ＊＋＋ｍｍｍ
ｍｍ＋　（１０）を得る。（１０式は走査線密度ｎ　ｉ
　：　Ｓｃ／Ｊｔの場合に得られた計数値Ｎｉを基準走
査線密度ｎｌの場合における値に換算するものである。

Ｎｌとｎｉとは比例関係にあって試料５の移動速度は両
者に同じように作用するため、Ｎｌとｎｌとがそれぞれ
分子と分母の関係にある（１０）式の演算でその影響は
打ち消されてＮｏｉの値は試料の移動速度が異なっても
その影響を受けない、（１０式のＮｏｌのｌについての
総和をとることによって（７）式で与えられる関係が導
かれる。

第２図は（８）式に示した比例関係が成文することを第
１図に示した装置を用いて実験的に確認した結果である
。ここではパルス状成分計数値Ｎに相当する値としてこ
のＮと実際の異常箇所数Ｎｏとの比である検出率ｖ＝Ｎ
／Ｎｏを用いている。試料５は直径１０ｃｒｎのシリコ
ンウェハーであうて、その表面に直径０．５１８μｍの
ポリスチレンラテックス球を均一に分散させて異常箇所
とし、実際の数Ｎ、は顕微鏡で目視計数し、第１図に示
した装置で試料の移動速度を一定に保って得た計数値Ｎ
を上記のＮｏで割って検出率りを求めた。一方試料の移
動速度を異ならせてそのつど上記のシリコンウェハーに
対する全走査回数Ｓを求め、これから走査線密度ｎを導
き、横軸にｎとＳ、縦軸にηをとって両者の関係を得た
。ηとｎあるいはダとＳとの間には明らかに原点を通る
直線関係すなわち比例関係が成文することが示されてい
る。第２図について得た回帰直線は１０００回以上の走
査回数についてはであり、ＩＦ　＝　１００％に対する
基準走査線密度ｎ６として、ｎ６　＝　２２３．８／ｃ
ＩＲあるいは５ｏ＝２２３８を得ている。この値は光ビ
ーム６が試料表面に作るスポ。

トの径ｒを実測し、このｒで値をシリコンウェハーの直
径りを割った値Ｄ／ｒ、すなわち光ビームが試料面を重
なることなく、また隙間をあけることなく走査する場合
の値と一致している。

第３図はこの実施例における計測手段あの具体構成を説
明する前提として、試料５の表面とそれを走査する光ビ
ーム６による走査線の一つおよびその走査によって得ら
れる光検出器部からの電気信号１０の波形とを示したも
のである。第３図（ａ）は試料台あ上の試料５の平面図
で、矢印で示した試料５の移動方向Ｑと直交して光ビー
ム６によって走査線４１が形成されている。

試料５の緑から距離ｄまでの斜線を施した周辺領域４２
は試料５の取扱いの際に保持具°が触れる領域て、多数
の異物の付着が予想されるため検査の対象とならない領
域である。したがって斜線を施してない領域が検査領域
４３となる。光ビーム６は試料台Ｕ上の点０に投射され
て走査線４１に沿りて走査を開始し、試料５の表面を走
査した後ふたたび試料台Ｕを照射し点０”で走査を終了
する。試料５の表面に付着した微粒子７０１　、７０２
　、７０３はいずれも第１図における異常箇所７に相当
する０点０と点０°間の距離００”はどの走査において
も不変である。

第３図（ｂ）に示す電気信号１０の波形において、走査
の繰り返し周期は時刻ｔｏｏから時刻ｔｏ１までの間の
一定時間Ｔｏであり、光ビームの走査は時刻ｔｏからｔ
ｏの間の一定時間Ｔにおいて行われる。

走査速度は一定であるため、横軸方向の経過時間ｔは走
査距離に対応するので、各時刻に対して第３図（ａ）に
示す走査線上の位置を括弧内に対応させて示した。

時刻ｔｏｏとｔｏとの間では、まだ光ビーム６が投射さ
れないため、電気・信号１０のレベルは光検出器！ある
いはその増、幅器の雑音信号で定まる雑音レベル偶にあ
る０時刻ｔｏで光ビーム６が試料台Ｕの表面に投射され
はじめる１試料台Ｕの表面は比較的強い散乱光を生じ、
したがって電気信号１０のレベルはレベルｖｌまで上昇
する。時刻ｔ１において光ビーム６が試料５の表面に投
射されるようになると、散乱光が急激に減少して電気信
号１０のレベルはこれにともないレベルｖ２まで低下す
る。さらに時刻”２　ｅ　ｔＳ　ｅ　’４において光ビ
ーム６が微粒子７０１　、７０２　、７０３を照射する
と、そのつどパルス状の散乱光を生じ電気信号１０にパ
ルスｂ！、ｂｚ、ｂ３ヲ生ずるが、これらの散乱光のレ
ベルは試料台あ表面からの散乱光のレベルにくらべて微
弱であり、シタ力ってパルスｂｌ　＊　Ｊ　＋　ｂＳの
波高値のレベルＶｐはｖｌよりも小さい。

電気信号１０は上記のように光ビーム６が試料５の表面
を走査する時間帯丁１１こおいてレベルの低下を示すの
で、これを利用してレベルｖｌよりやや低いレベルに所
定レベル４５としてのＶＳＩをあらかじめて定めておき
、走査時間Ｔの間で電気信号１０がレベルＶａｔを下ま
わる時刻ｔ！において試料の一方の縁が、またその状態
からふたたびレベルＶ、□を上まわる時刻ｔ＝において
他方の緑が検知され、時刻ｔ、とｔｓの間の時間ＴＩに
おいて試料５の表面が走査される。また第３図（ａ）の
ｐ、　ｘｌあるいはＰ、Ｘ２間の距離ｄが走査される時
間をｆとすれば、時刻ｔ１＋τと時刻ｔ＠　　ｒ＝ｔｔ
＋Ｔｔ−τとの間のＴＬ−２Ｔが検査領域の走査時間と
なる。

一方試料５の移動方向については、走査回数と試料の移
動距離とが比例関係にあるため、光ビーム６が最初に検
知した試料５の縁ｐ３．ｐ４からそれぞれ距離ｄまでの
斜線を施した領域ＰｓＸｓ　。

ｐ４ｘ４を光ビーム６が走査する回数８１は、全走査回
数をＳ、試料５の直径をＤとすれば、下記の昇揚する（
１）式 ％式％（１） によって与えられる。したがって検査領域はＳ１°＋１
回目から５−８１回目まで走査されることになり、その
間の走査回数はＳ−２８１向となる。

これをｍ等分して（２１式に示すＳｃが定められる°。

この実施例では通常円形であるシリコンウェハーを試料
５としている。直径が普通は５ないし１０３のシリコン
ウェハーでは、全走査回数が５００ないし２０００の範
囲となる移動速度が望ましく、Ｓｃはｍが１０１！度で
あるように選定される。

１番目の複数回数の走査のはじめの走査回数５（ｔｌ）
と終りの走査回数５（ｉ２）とを示す（３１式と、その
走査におけるパルス状成分の計数値を示す（４１式は自
明であり説明するまでもない。

前に記した試料５としてのシリコンウェハーはほとんど
正確な円であるため、第３図において走査線４１の試料
表面の長さｐ１ｐ！は試料５を形成する直径りの円の弦
長であり、試料５の移動方向におけるこの円の中心Ｃと
の距離Ｙは Ｙ＝ゐ［７ｉ弓２　　・・・・・・・・・・・・・（１
２）で与えられる。

したがって１番目の複数回数の走査のはじめの走査と終
りの走査の老香回数５（ｉｌ）、５（ｉ２）　　におけ
るそれぞれのＰ　ｔ　Ｐ　ｚ　長さを測定してＹｓ　（
ｉ　ｚ　）　＊ｙｓ（ｉｓ）　　を求め、（６）式に示
すようにこれらの差から１番目の複数回数の走査におけ
る試料５の移動距離２五を得ることができる。

この実施例ではＰＩＦ、の長さは第３図に示す電気信号
１０が所定のレベルＶＳｔを下まわっている時間Ｔ１を
測定することによって求めている０時間測定用の周期τ
Ｃのクロ、クバルスによる計数をＸ、光ビームの走査速
度をＶとすれば Ｐ、Ｐ２＝ｖＴ１　＝ｖτ。Ｘ　・・曲・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・（１３）であり、　　（
１２）式と（１３）式とから（５）式に示すＹＳ（１１
）とＹｓ（ｉｌ）とが導かれる・ なお（５１、（６）式の演算においてはＸｓ（１２）　
　の値はＸｓ（ｉｚ）およびＤ／（ｖｔｃ）の値と逐次
比較され、Ｘｓ　（ｉｚ　）≠Ｘ５（ｉｔ）あるいはＸ
ｓ（ｉ冨）≠Ｄ／（Ｖｒｃ）と判断された場合はＹｓ　
ｃ　ｉ　ｚ　＞　　を負の値として扱うようにしている
。

第４図は信号処理手段側の回路構成の一例を示したブロ
ック図である。また第５図は第４図の回路構成の各部分
における信号の波形図である。以下第４図の各部分の動
作を第５図の波形−とともに説明する。

第４図において光検出器部の出力する電気信号１０ハ、
ローパスフィルタ５１によって白色雑音を除去された信
号５１ａとなり、それぞれ破線の枠で囲んだ領域設定手
段３７とパルス計数手段あとに与えられる。領域設定手
段ｍにおいては、まずコンパレータ５２．単安定マルチ
パイプレーダＳ、インバータ５４．ＡＮＤゲート５５で
構成される系統によって、光ビーム６が試料５の表面を
走査している時間帯ＴＩに等しい時間幅をもつ矩形波の
信号５５１を得る。

この系統では信号５１ａのレベルをコンパレータ５２で
所定のレベルＶ８１と比較し、Ｖ）Ｖｓｚの場合には高
レベルｒＨＪ　、　Ｖ＜Ｖｓｌの場合は低レベル「Ｌ」
となる出力信号５２ａを得る。単安定マルチバイブレー
タ団は信号５２ａが高レベル「Ｈ」にあればトリガされ
て時間幅が走査時間′ｒに等しい矩形波を信号５３ａと
して出力する。一方インパータヌは信号５２忌の極性を
反転させて信号５４ａとし、仁れらの信号５３ａと信号
５４ａとをＡＮＤゲート５５に与えて時間幅Ｔｌの矩形
波を信号５５ａとして出力する。光ビーム６が試料５を
走査しない場合はＴＩ：”Ｏで、信号５５ａは低レベル
ｒＬＪのままである。

この信号５５ａは走査のつと矩形波として出力されるの
で、これを論理パルスとしてパルス計数回路である走査
回路計数手段３９で計数して走査回数を求める。

信号５５ａはまた破線運んだ移動距離計測手段７１のＡ
ＮＤゲート７３の一方の入力として与えられる。

この移動距離計測手段７１は時間計測回路として構成さ
れており、発振器７２の発生するクロ、クパルス信号７
２ａが上記のＡＮＤゲート７３の他方の入力として与え
られている。したがうて信号５５ａを形成する矩形波の
幅に相当する時間すなわち光ビーム６が試料５の表面を
走査する時間に相当するクロ、クバルス数Ｘがパルス計
数回路７４で計数される。その計数値はデータ７４ａと
して演算手段栃に与えられて既に説明した手順によって
試料の移動距離が導かれる。

信号５５ａはさらに領域設定手段３７において一点鎖線
で囲んだ検査領域設定系統部と試料検知系統５７にも与
えられる。

検査領域設定系統部においては、時刻ｔ１から２丁時間
後に文上り光ビーム６の走査方向における検査領域４３
の走査時間Ｔ１−２τを時間幅とする矩形波の信号５９
２が走査のつど出力される。遅延回路詔は晴間＠Ｔｌの
矩形波である信号５５ａに所定の時間おくれτ！＝２ｆ
を与えて信号５８ａとし、その信号５８ｍと前記の信号
５５ａとを与えられたＡＮＤグー）５９は時間幅Ｔ１ｆ
ｔ＝Ｔｔ　　２τの矩形波を信号５９ａとして出力する
。光ビームが試料５を走査せず、信号５５鷹が低レベル
ｒＬＪにある場合は信号５９息も低レベルｒＬＪのまま
である。

この信号５９ａはパルス計数手段あに与えられて、検査
領域４３が走査されるＴ１−２τ時間計数ゲートを開く
ゲート信号の役目を果す。

信号５９ｍはさらにインバータθにも与えられて極性を
反転し、光ビーム６が試料５の検査領域４３の走査を終
了した時刻ｔ５で室上る信号６９ａとなって単安定マル
チバイブレータ７０をトリガしてパルス状の走査終了信
号７０ａを演算手段切に与える。

試料検知系統５７は光ビーム６が試料５の走査を完了す
ると演算手段旬の演算を開始させるパルス信号６２ａを
出力する。

単安定マルチバイブレータ■は信号５５ａによってトリ
ガされ、時間幅Ｔ２が走査周期Ｔｏより長いすなわちＴ
Ｉ＞Ｔｏであるような矩形波を信号６０ａとして出力す
る。この単安定マルチバイブレータωは再トリガが可能
な機能を与えられているので、光ビーム６゛が試料５の
走査を繰り返すと、走査開始のつど信号６０ｍの矩形波
の文下り時点以前に再トリガされ続け、走査が行われて
いる間は信号５Ｑａは高レベル「Ｈ」の状態を継続する
。この信号６０ａはインバータ６１を介して極性の反転
した信号６１Ｍに変換される。このため信号６１ａは光
ビーム６が試料５を走査している間は低レベルｒＬＪを
維持し、走査を終了すると高レベルｒＨＪに転する信号
となる。

したがって走査が終了するとこの信号６１ａは単安定マ
ルチバイブレータ６２をトリガし、パルス状の検査終了
信号６２Ｊ１を演算手段（社）に与える。

一方パルス計数手段あにおいては、まず信号５１ａとそ
の信号５１ａをローパスフィルタ田に与えてパルス成分
を除いた信号６３ａとがコンパレータＢで比較され、信
号５１ａと信号６３！との差のパルス成分のみが信号６
４ａとして出力される。

第５図に示す例においては信号６４ａはパルス成分ｂｌ
、ｂ！、ｂ３のみを含んでおり、この信号６４ｍはさら
にコンパレータ田で比較的低レベルのしきいレベルＶＩ
２と比較され、パルス成分の波高値ｖｐがＶｐ＞Ｖｓｚ
であれば矩形波パルスの信号６５ｍが出力される。

信号６５ａは遅延回路６６９２の所定の時間お（れτを
与えられ、信号６６ａとしてＡＮＤゲー）６７に入る。

ＡＮＤゲート６７は同時に与えられた信号５９ａによっ
て時刻ｔｓ＋２τからｔｓ＋Ｔｔまでの間のＴ！−２τ
時間開かれる計数ゲートとして作動し、次に記すように
信号６５ｉｉのうちの検査領域４３内の走査で得た部分
に相当する信号６７ｍ＠パルス計数回路田に与える。こ
れにより検査領域４３中の微粒子７０２によって得られ
たパルス信号（ｂ２）のみが計数される。

ここで信号６５ａと信号６７ｍとの関係について説明す
る０時刻ｔ１からの経過時間をｔとし、信号６５ａと６
６ａをそれぞれｆ　ｌｔｌ　、　ｇ（ｔ）として示すと
、ｇ（ｔｌ＝　ｆ　（ｔ−ｔ　）　　　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）で
ある、信号６７ａはＡＮＤゲー）６７によって信号６６
１すなわちｇｌｔ）のｔ　＝ｔ　１＝２τとｔ＝：Ｔ、
との間のものとなる。（９式によって ｇ（τｘ）＝ｆ（τｔ　　ｙ）＝＝ｆ（２ｙ−τ）＝ｆ
（τ）となる。

走査回数計数手段３９．計数回路部、および計数回路７
４と演算手段栃との間のデータ３９ｍ　、６８ｍ　、７
４ａとリセット信号３９ｂ　、６８ｂ　、７４ｂとにつ
いては既に第１図において説明した通りである。

この実施例においては検査領域全体にわたる走査回数を
ｍ等分して“複数回数の走査回数Ｓｃを得ているが、必
ずしも等分する必要はなく、それぞれ異なる複数回数の
走査回数５ｃｉ（ｉ＝１ｅ２＊・・・。

ｍ）を与えるようにｍ分割するだけでもよい。

、まえ試料、。移動距離Ｊｉも。。実−例。ようＥＣ電
気信号１０を処理する方式でなく、直接試料５の移動距
離あるいは移動速度を測定する方式の移動速度計測手段
によ、て測定してよいことはもちろんである。この場合
はこの検査装置に試料５の移動距離あるいは移動速度を
直接測定するセンサを移動距離測定手段として設ける場
合と、相対的移動手段側にこれらセンサを設は演算手段
に″その出力を接続するように構成してもよい、たとえ
ば第１図に示す試料台Ｕの表面に試料５の移動方向に沿
って一定間隔のパーシードを取りつけ、このノ（−コー
ドとこれを読みとる光センサとその出力）（ルスを計数
する計数回路とで簡単に移動距離計測手段を構成するこ
とができる。

このような移動距離計測手段は、試料５がその表面を走
査する走査線の長さからその移動距離を算出することが
困難な形状をもつ場合に必要となる。

〔発明の効果〕

この発明によれば光ビームで鏡面状の試料表面を走査し
、異常箇所で生じたパルス状の散乱光を光検出手段で受
光して、その光検出手段の出力信号のパルス状成分を信
号処理手段におけるパルス計数回路で計数して異常箇所
数を検査する表面検査装置において、信号処理手段が走
査回数計数手段と試料の移動距離計測手段とパルス計数
回路とを接続した演算手段を備えて、検査領域全体にわ
たる走査回数をい（つかに分割した複数回数の走査毎に
走査回数と試料の移動″距離と電気信号のパルス状成分
数とを測定し、測定された走査回数と試料の移動距離と
からその複数回の走査における走査線密度を算出し、そ
の走査線密度の値と基準走査線密度の値を用いて、測定
されたパルス状成分の計数値を基準走査線密度に対する
値に換算し各複数回数の走査毎に求めたこれらの換算値
の総和を算出して異常箇所数を得るようにしている。

基準走査線密度は上記のパルス状成分の計数値が実際の
異常箇所数と等しくなる場合の走査線密度であり、また
各複数回数の走査毎の所要時間は短かく、その間におけ
る試料の移動速度したがって走査線密度は試料の移動速
度が一様でない場合においても一定とみなすことができ
る。このため上記の換算と総和とによって得た異常箇所
数は試料の移動速度が異なり、しかも変動するような場
合においても、これらとは関係なく実際の異常箇所数を
得ることが可能となる。

このため従来のように光投射手段、走査手段。

光検出手段、信号処理手段を試料の移動速度が一定に制
御された相対的移動手段と一体化する必要がなくなり、
装置の小形化と低コスト化が図れる。

したがって試料の移動速度がそれぞれに異なり。

しかもそれが−様でないような既存の製造ラインに対し
ても必要箇所に適宜設置できるようになる。

たとえば半導体製造ラインに対してはシリコンウェハー
の微粒子汚染状況のインライン検査や半導体與造装置の
ローダ−、アンローダ一部への設置による半導体製造装
置内部発塵監視などの幅広い適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は異常箇所の
計数値と走査線密度との比例関係を異常箇所の計数値と
実際の異常箇所数との比である検出率と走ｌ線密度との
比例関係で実証した結果を示すグラフ、第３図１ａｌ　
、　（ｂｌは試料と一つの走査線とを示す平面図とその
走査における電気信号の波形図、第４図は計測手段の回
路構成を示すプロ。 り図、第５図は第４図の回路構成の各部における信号の
波形図、第６図、第７図は夫々従来技術における光学的
検査装置の例を示す要部構成図である。 １．２１・・・光投射手段、５・・・試料、６・・・光
ビーム、７・・・異常箇所、７０１　、７０２　、７０
３・・・微粒子、８・・・散乱光、１０・・・電気信号
、５・・・走査手段、お・・・相対的移動手段、Ｕ・・
・試料台、あ・・・試料台駆動装置、１６．３６・・・
信号処理手段、郭・・・パルス計数手段、３９・・・走
査回数計数手段、４０・・・演算手段、４３・・・検査
領域、６８．７４・・・パルス計数回路、　７１・・・
移動距離計測手段。 走査線’！＠　ｎ（本／ｃｍ） 第２図 →　（０）　（Ｒ）　　　　　　　　　　　（Ｐ２）　
（０）第３図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光ビームを投射する光投射手段と、その光ビームで
   鏡面状の試料表面を直線的に所定の周期で繰り返して走
   査する走査手段と、その走査手段と前記の試料とを走査
   方向と交わる方向にそれぞれ相対的に移動させる相対的
   移動手段と、前記の光ビームの試料表面ならびにその試
   料表面以外の領域で生じた散乱光を検出する光検出手段
   と、その光検出手段の出力する電気信号を処理してその
   電気信号のうち試料表面に設定された所定の検査領域に
   おける異常箇所で生じた散乱光にもとづくパルス状成分
   をパルス計数回路で計数してその計数結果を出力する信
   号処理手段とを備えて前記の試料表面を検査する装置に
   おいて、信号処理手段が光ビームの走査回数計数手段と
   試料の移動距離計測手段と前記のパルス計数回路とを接
   続した演算手段を備え、検査領域全体にわたる光ビーム
   の走査回数を分割した複数回数の走査毎に走査回数と試
   料の移動距離と電気信号のパルス状成分計数値とを測定
   し、測定された走査回数と試料の移動距離とからその複
   数回数の走査における走査線密度を算出し、あらかじめ
   異常箇所数既知の基準試料によって求めておいたその既
   知の異常箇所数と等しいパルス状成分数の測定値を与え
   る基準走査線密度と前記の算出した走査線密度とから前
   記の測定したパルス状成分計数値をその基準走査線密度
   に対する値に換算し、異常箇所数を各複数回数の走査毎
   に求めた前記の換算した値の総和として算出することを
   特徴とする光学的表面検査装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、走査回
   数計数手段が信号処理手段の一部をなす矩形波の計数回
   路よりなり、光ビームが試料表面を走査する場合に光検
   出手段の出力する電気信号が所定のレベルを下まわるこ
   とにもとづいて形成される矩形波を計数することを特徴
   とする光学的表面検査装置。 ３）特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の装置に
   おいて、試料が円板状であることを特徴とする光学的表
   面検査装置。 ４）特許請求の範囲第３項記載の装置において、試料移
   動距離計測手段が信号処理手段の一部をなす時間計測回
   路とそれに接続された演算手段とよりなり、時間計測回
   路は光ビームの複数回の走査毎にその複数回の走査のは
   じめの走査と終りの走査において光検出手段の出力する
   電気信号が光ビームの試料表面の走査によって所定のレ
   ベルを下まわっている間の時間をそれぞれ計測し、演算
   手段はこれらの計測された時間に既知量としての光ビー
   ムの走査速度を乗じて、はじめの走査と終りの走査にお
   ける試料表面の走査線の長さを算出しさらにこれら二つ
   の走査線の長さと既知量としての円板状の試料の円の径
   とから前記の二つの走査線のそれぞれと前記の円の中心
   との距離を算出し、これら算出された距離の差として試
   料の移動距離を求めることを特徴とする光学的表面検査
   装置。