JPH01217243A - 異物検出方法及びその装置 - 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〕 半導体ＬＳＩウェハ、ガラスマスク、磁気ディスク面板
等の試料上の異物検出方法及びその装置を提供するにあ
る。

〔従来の孜術〕

従来、異物検出装置としては、ジャーナルオンエレクト
ロニクスマテイリアルス第５巻、ｉｉ号１９７４年１月
「デイφアールやオスワールド、ア９レーザスキャンテ
クニークフォアエレクトロニツクマテイリアルスサーフ
エイスエバリュエイション」（Ｊ　、　ｏｆ’　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　、　Ｖｏｌ、
５　、４１１９７４−１　°Ｄ　、　Ｒ、Ｏｚｗａｌｄ
、　：　Ａ　Ｌａ５ｅｒ　５ｃａｎ　Ｔｅｃ−ｈｎｉｑ
ＬＬｅ　ｆｏｒ　ＥｌｅｃｔｒｏｒＬｉｃ　Ｍａｔｅｒ
ｉａｌｓ　Ｓｕ、ｒｆａｃｇ　Ｅｕａ−１ｔＬａｔｉｏ
ｎ、”　）等が知られ℃いる。

従来の異物検出原理を第１２〜１４図に示す。

？８射照明光学系Ｂはレーザ光源１．集光レンズ２、偏
光プリズム３．フィールドレンズ４　、　／［長板５．
対物レンズ６より成る。

検出光学系は遮光板８．Ｍ像レンズ９．検出器１０より
成る。

レーザ光源１より出力されたレーザ光１１はＳ偏光であ
り、偏光プリズム３を通過し、フィールドレンズ４の絞
り４α内でレーザスポット１１αとなる。

フィールドレンズ４を通過したレーザ光１１は３仮長板
５を通過し対物レンズ６により試料７上にレーザスポッ
ト１１ｃを形成する。

試料７上に異物かない場合には、試料表面からのレーザ
反射光（′４次回折光）１１は再び対物レンズ６　、、
＜ｉｓ板５．フィールドレンズ４を通過し、偏光プリズ
ム３で１００％反射した故、遮光板８の遮光部８αで遮
光される。ここで、フィールドレンズ４は、絞り６αに
おけるレーザ光１１の拡かり１１．６を遮光部８αに結
像投影している。遮光板８は例えは透明ガラス上に不透
明膜を中心部に形成し、遮光部８αを得る。

、、１ し、で／４阪長板５をレーザ照明光１１が通過し、更に
レーザ反射光１１か通過すると、照明′ｙｔ１１のＳ偏
光か反射光１１ではＰ偏光に変化するので、偏光プリズ
ム３により反射光１１は１００％反射される。

試料Ｚ上に異物１３がある場合には、照明光１１が異物
１３を照射すると異物から散乱光（高次回折光）１２が
発生し、これは対物レンズ６の紋り６α内の全面に拡か
り、前述の反射光１１と同一の光路を戻る。

異物１３はその表面が微小な凹凸の形状を呈しており、
散乱光１２の偏光は解消され、ＳとＰの両方を有する。

散乱光１２のＰｇＡ元１２ｂは偏光プリズム６で反射し
た後、遮光板８の遮光部８αより外側の透明部を通過し
て、結像レンズ９で集光されて検出器１０に至る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、次のような■〜■の課題を有
していた。

■　Ｓ偏光１２αは偏光プリズム３と果元レンズ２を通
過した後、レーザ光＠１に戻り、集光するが、これはレ
ーザ光源１への報音となりレーザ発奈モードに悪影響を
及はし、この結果、レーザ寿命の低下やレーザ出力の不
女麓（フラツキ′３ｆＡ家）等を紹き、異物検査装置の
信頼性を低下させる。

■　又、散乱光１２のうちＰ偏光１２ｂは検出できるか
、Ｓ偏光１２αを検出することか出来す、検出感度が十
分に得られない。

■　更に、レーザスポット１１Ｃは点状であるので試料
７上を２次元的に走査する為に落射照明元学系光路中に
レーザ走査手段Ｃ図省略）を設ける必要があり、光学系
の複細さを招いていた。

本発明の目的は、従来技術の課題を解決すべく、異物検
出の性■上向上を図るようにした異物検出方法及びその
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明は、落射照明系に７リンドリカルレンズ等の
一次元的に集束する光学系を設置して試料上に吻状落射
照明を行うようにしたことにある。

また第２の発明は、レーザ散乱光を反射鏡で反射させ、
レーザ光源に戻らないようにしたことにある。

更［第３の発明は、試料上ｆ光を照明する照明光学系と
、試料から反射して（る光を集光する集光レンズ系と、
該集光レンズ系から得られる光を異なった特性に分岐し
て各々一次元固体撮像索子で絵素に対応させて電気信号
に変換する複数の検出光学系と、該検出光学系の各々の
一次元向体撮像素子からの絵素に対応する出力を同期さ
せて行なわせる駆動手段と、該駆動手段によって同期出
力された信号を加算する加算手段と、該カム舅手段によ
って加算された出力信号を重子化する量子化手段と、該
量子化手段によって量子化された信号にもとづいて異物
を検出する検出手段とを備え付けたことを特徴とする異
物検出装置にある。

〔作用〕

本発明は異物検出において、落射照明系により試料上に
線状落射照明を行うことにより機械的な定食手段を不要
にして簡素化するようにしたことにある。

また本発明は試料から反射してくる光を異なった特性に
分岐して各々一次元固体撮像素子で絵素に対応させて電
気信号に変換する複数の検出光学系と、該検出光学系の
各々の一次元固体撮像累子からの絵素に対応する出力を
同期させて行なわせる駆動手段と、該駆動手段によって
同期出力された信号を７１［ＩＮする加算手段とを備え
付けたので、異物の検出感度を著しく向上させることが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図乃至第８図に示す−笑施例に基い
て説明する。基板７に対して祿状落射照明を行５洛射照
明系Ｂは、レーザ光源１．集光レンズ２．偏光プリズム
６、フィールドレンズ４゜１／４波長板５．対物レンズ
６、シリンドリカルレンズ１４及び中央部にスリットを
有する反射鏡１５より構成されている。基板７１Ｃ対し
て斜方から照明を行う斜方照明光学系Ａは、レーザ光源
２０及び来元レンズ１９により構成している。検出糸Ｃ
は、０次回新党を遮光する泗光部１８αを有する遮光板
１８゜結像レンズ９及び一次元固体熾稼索子１０αとか
ら構成している。検出系りは、反射腕１５で反射した散
乱光を結像レンズ１３で結像して一次元固体撮像素子１
７で撮像するように構成している。

上記構成により、レーザ散乱ｉ１２αは反射鏡１５で反
射され、レーザｆ、源１に至らないよつＶＣなっており
、レーザ出力か安定となる。一方反射蜆１５により反射
された散乱光１２ｃＬは一次元固体蕩像索子により形成
された検出器１７で検出され、異物検出感度か向上する
ようになっている。

また溶射照明ホ１３／こは、一次元的に集束させる光学
素子であるシリンドリカルレンズ１４を設置し、レーザ
照明光１１を試料７上で縁状スポット１１ｊに絞るので
、Ｙ方向の走査手段が不要となる。

更に斜方照明光学系Ａを配置して、これによる異物散乱
光も検出器１０αと１７で同時に検出することにより、
落射照明Ｂのみの場合に散乱光１２０発生が少ない微小
異物も安定に検出できる。

上記のように落射照明系Ｂではレーザ光源１゜集光レン
ズ２を経たレーザ光１１はシリンドリカルレンズ１４を
通過すると、線状レーザスポット１１Ｃを反射鏡１５の
間隙部に形成する。ここで間隙部の幅はスポット１１Ｃ
の幅より備かに広くする。史にレーザ光１１はフィール
ドレンズ４０軟り４α内に線状スボツ）１１ｄを形成し
、対物レンズ６０紋り６α内に線状スボッ）　１１ｇを
形成する。対物レンズ６を通過の後、試料７ｔｌＣＮＩ
Ｍ状スポット１１ｊが来光される。

この様子を第２図に示す。

試料７上に異物がない場合、反射光１１は照明光１１と
全（同一の光路を戻り偏光プリズム５に至る。

ここで、前述の理由により偏光プリズム５で反射した反
射光１１は光路Ｃに設置された遮光板１８の蛛状遇光ｓ
１８αで遮光される。

試料７上の異物が線状スポット１１ｆの端部に存在する
場合、この異物からの散乱光１２の結像を第”３図に説
明する。

散乱光１２は絞り６α内に全面に拡がり、対物レンズ６
を通過の後、軟り４α内に結像１２ｄとなる。

散乱光１２で偏光プリズム５により反射された散乱光１
２．６は遮光板１８を通過した後、結像レンズ９により
検出器１０α上結像１２ｊとなる。ここで全ての散乱光
１２ｂはｉ元板１８の線状遮光部１８αより外側の透明
部を通過する。これは散乱−Ｘ１２，６は１次回折光以
上の高次回折光であるので、その拡かり１２４は零次回
折光（試料表面からの反射光１１）の分布１８αより外
１１１に分布するからである。

散乱光１２で１ＪＩＩ１元プリズム５を通過した散乱光
１２αは、反射鏡１５で反射し、光路り中に設置された
結像レンズ１３により検出器１７上の鮎稼１２ｊとなる
。ここで、上記理由により全ての散乱光１２αは反射鏡
１５で反射するので、光源１へ尿るレーザ光１２はない
。

第１〜６図の照明光１１１反射光１１．散乱光１２０偏
光を第４図に整理する。

落射照明光１１はＳ偏光−（Ｘ方向に直蛛偏光）であり
、試料７表面からの反射光１１はＰ偏光（Ｙ方向に＠緘
偏光）となる。この時の／４阪炎板の作用は前述した。

異物散乱光１２はＳ偏光とＰ偏光と混合であり、偏光プ
リズム３で反射した散乱光１２ｂと反射鏡１５で反射し
た散乱光１２αは谷々検出器１０αと１７に至る。

次に第１図と第５図を用いて斜方照明光字糸Ａの効果を
説明する。第５図（α）は正面図、第５図［ｂｌは第５
図（α）の側面図である。

大きさ１μｍ程度の様々な形状を呈する微小異物１５か
らの散乱光１２を安定に得るためには落射照明Ｂのみで
は十分でない。そこで、斜方照明Ａを設け、線状レーザ
スボッ）１１ｊと試料Ｚ上の同一位置に巣２の線状レー
サスポットを形成し、異物からの散乱光１２を検出糸Ｃ
とＤで同時に検出することが必要となる。

以上の様に落射照明Ｂと斜方照明Ａで同時に試料７の同
一位置を照明して、試料表面からの散乱光１２を検出系
ＣとＤで幼率艮（夜出すれは異物の見逃しを低減できる
。

第６図及び第７図を用いて以上の要点を整理する。第６
図では落射照明光１１１Ｃよる試料７からの反射′″に
、１１を笑腺で示し、異物１３からの散乱光１２を破腺
で示す。反射ｆｔ、ｉｉは遮光板１８Ｋまり完全に遮光
され、全ての散乱ｆｔ、１２は検出器１０α、１７に、
至る。

同様［第７図は斜方照明Ａによる異物散乱光１２が検出
器１０α、　１７ｖｃ至る株子を示す。

この様に本発明では落射照明Ｂと斜方照明Ａによる異物
１３からの散乱光を有効に検出することができ、かつ試
料表面からの反射光を完全に遮光できるので異物検出感
度か従来に比べて比隋的に向上する。

従来の異物検査で落射照明Ｂと斜方照明Ａを同時に使用
できなかった椎田を以下に述べる。従来装置では試料上
のレーザスポット１１Ｃで点状であるだめに、照明光路
Ｂ又はＡにレーザ足置手段を設けている。しかしながら
、本発明の様に照明ＢとＡを同時に使用する為には光路
Ｂ中の走査と光路Ａ中の走査の同期を完全に取り、試料
上の２つのレーザスポット１１Ｃが走査中にずれが生じ
させないことが必要であるが、これが困難である。

本発明では線状し−ザスボツ）　１１ｆの結像位置１２
ｆに検出器である一次元固体煉像素子１０αと１７を設
け、これらの素子の同期走査を行い、上記問題点を解決
した。これは２ケの素子を共通の駆動回路によりＹ方向
に走査することにより簡単に実現出来る。

更に試料７を搭載している送りステージ２２のＸ方向の
送りと組み合せ、試料上を２次元的に走査することが出
来る。

第８図（α）に示す様に試料７αが矩形の場合は、試料
７αをＸＹ方向にジグザグ送りを行う。同図ψ）の様に
試料７ｂが円形の場合は、解決レーザスポット１１ｊの
長手方向を試料７ｂの半径方向に一玖させて、試料７ｂ
をＯ方向にら威状送りを行う。

以上の様にレーザスボッ）　１１ｆを線状にすることに
より、従来の点状レーザスボッ）　１１（？走査の場合
に比べてＸ（０）方向の走査回数を低減出来るので、Ｘ
（Ｏ）方向の走査速度を低減出来る。

これにより自動焦点機能（図示せず）にＪＩＪ！、Ｘさ
れる応答速度が遅（なる利点も生する。

第９．１０図により、２ケの検出器（一次元固体偉像素
子）１０α、１７を用いる長所を説明する。

第９（α）図に示す様に、異物１３α〜１３ｄがＹ方向
に一列に存在する場合、試料７をＸ方向に送るとレーザ
スポット１１ｆにより、第９図（７５）に示すように、
各々の異ｖｌＪ１３α〜１５ｄからの散乱光１２が発生
する。これは第９図（α）に示すように検出器１０α。

（１７）の画素■〜■上ｖＯ結塚するので、ｍＩ索■〜
■を走査し、検出器１０αからの第９図［Ｃ１に示す出
力玲と検出器１７からの第９図（ｃｌに示す出力屹を得
る。ところで出力Ｖ。とＶｄを独立ｖＬｆｊｔ子化する
場合には、微小異物１５ｃ　、　１３ｄからの出力は閾
値ＶＴＥ以下であり、検出できない。

そこで、第９図ｆＣ１に示すように出力Ｖ。とＶ、ｌを
加算して出力Ｖｃ＋ｄ、を作り、閾値ＶＴＨにより量子
化すると、量子化信号Ｖ９において異物１５ｃ　、　１
３ｄの見逃しがな（なる。

以上述べた本発明の特徴を使用した一実施例を第１０図
に示す。

制御回路２１は検出器用駆動回路２７と送りステージ用
駆動回路２８に指令を送る。送りステージ２２にはエン
コーダ２９が搭載されており、試料７の座標位置を異物
座標メモリ回路２５に送る。

検出器１０αと１７の出力Ｖ。、　Ｖ（１は加算回路２
３で加算処理されて信号Ｖｃ＋ｔｉを得る。

信号Ｖｃ＋ｔＬは量子化回路２４で２値化され、量子化
信号Ｖ９を得る。

４６号Ｖｑが発生すると、エンコーダ２９０座標出力が
メモリ回路２５に記憶され、検査が終了すると表示回路
２６に異物座標が送信され、異物マツプが表示される。

以上説明した様に、本発明によりＬＳＩ鏡面ウェハ、ａ
気ディスク面板用素材等の表面上の微小異物の安定検出
が可能となる。

以上では１次元固体撮像累子１０α、１７をＣＣＤ（Ｃ
ｈｔｂｒｌｅｄ　Ｃｏｗｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の
直列出力型の素子で説明した。

又、特開昭６１−１０４２４２号公報、特開昭６１−１
０４６５９号公報９％開昭６１−１０４６５８　号公報
に見られる様な並列型素子を用いると、更なる異物検出
感度向上、イｇ頼性向上が図れる。この場合には第１１
図に示す如く、素子１０α、１７の各々の画素（■〜■
）から加算回路（２５−１〜２５−１Ｌ　）へ配線を行
い、量子化回路（２４−１〜２４−ｎ　）をルケ設置す
る必要かある。

第１１図は並列型素子（１０αと１７）を使用した場合
において第１０図に示す２６〜２５までの検出イ６号処
理回路を示した図である。

シ 第１３図異物検査装置の構成を示すブロック図、第９図
は落射照明による異物散乱光の光路図、第１０１廖斜方
照明による異物散乱光の光路図。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれは、機械的に定食す
る慎栴を簡素化することかできる。また本発明によれば
、異物を高感度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の異物検出装置の一実施例を示す斜視図
、第２図（αｌ　、　［ｂｌ　、　（Ｃｌ〜σ）は各々
第１図に示す照明光学系Ｂの光路を示す側面図、平面図
及び一部所面図、第５図（ａｔ　、　（ｂｔ　、　（Ｃ
１〜ｔｙ＋は各々第１図に示す異物からの散乱光を検出
する光路の側面図、平面図及びその散乱の拡がりを示す
一部断面図、第４図は第２図及び第３図に示す光路にお
ける偏光状態を示す光路図、第５図は第１図に示す斜方
照明系Ａによる異物からの散乱光を検出する偏光状態を
示せ光路図、第６図及び第７図は各々２つの検出器で異
物からの散乱光を検出する場合の良さを説明するための
図、第８図は第１図に示す装置において試料の送り方法
を示す図、第９図（ｃｚｌは第１図に示す装置において
異物）と検出器との関係を示す図、第９図ｆｉｌは異物
からの散乱光を示す側面図、第９図（−）は検出器から
得られる映１＃！佃。 号数形と加算した映像侶′＋−ｆ波形と所定の開成で２
値化した２憧化侶号阪形とを示した図、第１０図は第１
図に示す装置に接続された信号処理装置の一実施例を示
す構成図、第１１図は第１０図に示す装置の他の一実施
例を示す構成図、第１２図は従来技術の異物検出装置を
示す斜視図、第１３図は第１２図に示す装置において試
料からの反射光の状態を示す図、第１４図は第１２図に
示す装置において異物からの散乱光の状態を示す図であ
る。 １・・・レーザ光源　　　　２・・・集光レンズ６・・
・偏光プリズム　　　４・・・フィールドレンズ５・・
・３阪長板　　　　　６・・・対物レンズ７・・・試料
　　　　　　　８，１８・・・遮光板９．１３・・・結
像レンズ １０　、１７・・・検出器（一次元固体撮像素子）１４
　　・・・シリンドリカルレンズ １５　　・・・反射鏡　　　　　１９　　・・・集光レ
ンズ２０　　・・・レーザ光源　　　２１　　・・・制
御回路２２　　・・・送りステージ　　２３　　・・・
刀ａＸ回路２４　　・・・量子化回路　　　２５　　・
・・典物挫標メモリ２６　　・・・異物表示回路　　２
７・・・硬出器用駆動回路２８　　・・・送りステージ
用駆動回路２９　　・・・エンコーダ 代理人　弁理士　小　川　勝　男 第８図 （αつ 第１３目 菟１４以

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、落射照明光学系により試料上に線状落射照明を行い
   、この線状照明領域からの散乱光を検出光学系により集
   光し、上記線状方向に配列方向を向けた一次元固体撮像
   素子により受光して映像信号に変換し、この映像信号に
   より試料上の異物を検出することを特徴とする異物検出
   方法。 ２、上記試料が半導体ウェハであることを特徴とする請
   求項１記載の異物検出方法。 ３、上記試料が磁気ディスクであることを特徴とする請
   求項１記載の異物検出方法。 ４、落射照明光学系により試料上に線状落射照明を行い
   、この線状照明領域からの散乱光の内０次回折光を遮光
   手段で遮光し、この遮光された散乱光を検出光学系によ
   り集光し、上記線状方向に配列方向を向けた一次元固体
   撮像素子により受光して映像信号に変換し、この映像信
   号により試料上の異物を検出することを特徴とする異物
   検出方法。 ５、上記試料が半導体ウェハであることを特徴とする請
   求項４記載の異物検出方法。 ６、上記試料が磁気ディスクであることを特徴とする請
   求項４記載の異物検出方法。 ７、落射照明光学系により試料上に所定の方向に直線偏
   光させた線状落射照明を行い、この線状照明領域からの
   散乱光を集光させ、この散乱光の内、偏光分離手段によ
   ってある直線偏光成分と他の直線偏光成分とに分離し、
   更に各々遮光手段により０次回折光を遮光して各々上記
   線状方向に配列方向を向けた一次元固体撮像素子で受光
   して映像信号に変換し、これら映像信号を加算手段で加
   算して得られる映像信号に基いて試料上の異物を検出す
   ることを特徴とする異物検出方法。 ８、試料上に線状落射照明を行う落射照明光学系と、上
   記試料を線状落射照明の長手方向と交叉する方向に走査
   する走査手段と、上記落射照明光学系により照明された
   線状落射照明領域からの０次回折光を遮光し、他の回折
   光の内少くとも１部を集光させる検出光学系と、該検出
   光学系で得られる線状の回折光を受光して映像信号に変
   換する一次元固体撮像素子と、該一次元固体撮像素子か
   ら得られる映像信号を量子化する量子化手段と、該量子
   化手段によって得られる量子化信号にもとづいて異物を
   検出する検出手段とを備え付けたことを特徴とする異物
   検出装置 ９、試料上に光を照明する照明光学系と、試料から反射
   してくる光を集光する集光レンズ系と、該集光レンズ系
   から得られる光を分離して各々一次元固体撮像素子で絵
   素に対応させて電気信号に変換する複数の検出光学系と
   、該検出光学系の各々の一次元固体撮像素子からの絵素
   に対応する出力を同期させて行なわせる駆動手段と、該
   駆動手段によって同期出力された信号を加算する加算手
   段と、該加算手段によって加算された出力信号を量子化
   する量子化手段と、該量子化手段によって量子化された
   信号にもとづいて異物を検出する検出手段とを備え付け
   たことを特徴とする異物検出装置。 １０、一次元固体撮像素子が直列出力型であることを特
   徴とする請求項５記載の異物検出装置。 １１、一次元固体撮像素子が並列出力型であることを特
   徴とする請求項５記載の異物検出装置。 １２、試料上に線状落射照明を行う落射照明光学系と、
   該落射照明光学系により照明された線状落射照明領域か
   らの０次回折光を遮光する遮光手段と、該遮光手段で遮
   光されない回折光を受光して映像信号に変換すべく上記
   線状方向に配列方向を向けて設置された一次元固体撮像
   素子と、該一次元固体撮像素子から得られる映像信号に
   基いて試料上の異物を検出する検出手段とを備え付けた
   ことを特徴とする異物検出装置。 １３、上記試料上の線状落射照明領域に更に斜方より光
   を照明する斜方照明手段を備え付けたことを特徴とする
   請求項１２記載の異物検出装置。 １４、試料上に所定の方向に直線偏光された光を落射照
   明する落射照明手段と、上記試料からの異なる偏光を有
   する反射光を偏光分離させる偏光分離光学手段と、該偏
   光分離光学手段で分離された反射光の各々について０次
   回折光を遮光する遮光手段と、該遮光手段で遮光されな
   い回折光の各々を受光して映像信号に変換する複数の検
   出器と、該複数の検出器の各々より得られる映像信号に
   基いて試料上の異物を検出する検出手段とを備え付けた
   ことを特徴とする異物検出装置。 １５、上記落射照明領域に更に斜方から光を照明する斜
   方照明手段を備え付けたことを特徴とする請求項１４記
   載の異物検出装置。