JPH02183147A - 微小異物検査装置 - 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、平面基板、例えばウェハなどの表面上の微
小異物の有無、大きさなどを自動的に検査する微小異物
検査装置に関する。

〔従来の技術］ ウェハ面上の微小異物検査装置として、ウェハ面上に一
本ないし数本の光ビームを斜め方向から照射し、その照
射視野内に存在した微小異物からの散乱光を光電素子に
入射させ、微小異物の有無、大きさ等をウェハとビーム
とを相対的に移動させ、自動的に判定する形式−のちの
がある、また、Ｘ線回折装置を備え、微小異物の・定性
分析を行なうものもある。更に、パターン付きウェハの
パターンエッヂからの反射光と微小異物からの散乱光を
、偏光を利用して双方を識別可能とし、パターン付きの
ウェハにおける微小異物の検出を可能とするものもある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、散乱光を得るために対物レン
ズの外側から斜めにレーザビーム等を照射する方法が採
られている。（第６図参照）この構成の場合、微小異物
検査装置の対物の作動距離が非常に短いので、斜め方向
からの照射が困難であり、当然ながら照射効率が低かっ
た。

また、１本ないし数本の光ビームの照射であるので、微
小異物が複雑な形状をしていると、その散乱光の方向に
より微小異物の大きさを判断する際、検出感度に問題が
あった。

本発明の目的は微小異物の検出感度を向上させ、且つ、
小型化した微小異物検出装置を提供することにある。

〔課題を解決する為の手段］ 上記目的の為に本発明では、所定の入射角を持たせ３６
０°方向から平面基板（２９）を照射させるために、リ
ング状の光ビームを絞り込んでスポット光と成し、前記
平面基板（２９）を照射する第１照射手段（３，１１，
１５，１７，２１，２３）と、 前記平面基板（２９）に、その表面に垂直な方向から前
記スポット光の照射位置に重なるように励起光を照射す
る第２照射手段（４，６，１６，１Ｂ、１９．２０）と
、 前記平面基板（２９）を載置して２次元的に移動し、前
記スポット光によって前記平面基板（２９）を２次元的
に走査させる走査手段（３０）と、前記スポット光によ
る前記平面基１（２９）からの散乱光と、前記励起光に
よる前記平面基板（２９）からの螢光とを受光すると共
に、前記散乱光と前記螢光とを波長分離して、各々の光
電変換信号を出力する受光手段（２５，２６，２７）と
、 前記散乱光の光電変換信号から前記平面基板上の微小異
９１Ｊ（８）の存否を、また前記螢光の光電変換信号か
ら前記平面基板上の有機物の存否をそれぞれ判定し、表
示する演算手段（２８）と、前記励起光の照射による前
記螢光を分光し、スペクトルの特徴を判断して微小異物
（８）の定性分析する手段とを具備したことを課題解決
の手段とするものである。

更には、前記第１照明手段の光ビームと前記第２照明手
段の励起光は対物レンズ（５）を共有し、該対物レンズ
（５）内の前記光ビームと前記励起光の光路をそれぞれ
別に成したことを課題解決の手段とするものである。

〔作　用〕

本発明によれば第１照明手段のスポット光による散乱光
と、第２照明手段の励起光による螢光とを検出している
ので、微小異物の存否と共に、有機物の存否も知ること
ができる。従って、微小異物の無機物か有機物かを識別
できるばかりでなく、平面基板上のレジストの残りを検
出することもできる。

さらに、パターン付ウェハにおいて、散乱光を用いて微
小異物を検出する構成の場合には、パターンでの散乱光
と微小異物での散乱光とを識別できないため、微小異物
の検出ができなかったが、励起光による螢光検出によれ
ば、ウェハ上にパターンがあっても有機物（有機物のご
み、レジスト等）を識別することができる。

Ｍｉｅ散乱理論によれば、微小金属球に対し光ビームの
入射方向の散乱光（前方散乱光）が最も強く、微小金属
球に対し垂直方向光ビームを基準とすると、斜め方向光
ビームはその成す角が９０゜に近づくにつれてその強度
が弱くなるといわれている。したがって散乱光を検出す
る場合、前記その成す角が９０°よりなるべく鋭角で散
乱光を取り込んだ方が効率が良い。

第２図は、ウェハ上の微小異物（８）の散乱光の方向性
と強度を表わしている。ウェハ面上の微小異物（８）に
垂直に光ビームが照射された時、ウェハ面（９）で反射
された前方散乱光（１２）、後方散乱光（１３）の様子
を表わしている。尚ここでは、散乱光の円の大きさを強
度に比例させて模式的に表わしている。

第３図は本発明による装置における微小異物（８）の散
乱光（１２）、（１３）の収集効率を表わしており、第
４図は従来の装置における微小異物（８）の散乱光（１
２）、（１３）の収集効率を表わしている。第３図、第
４図共に対物レンズＮＡ（１４）内の斜線部が有効散乱
光を示す。

本発明は前記の通り、第３図の如く構成されており、第
１照明手段の光ビームは、ウェハ面（９）に垂直な方向
に対し９０°よりも鋭角に照射され、微小異物（８）か
らの散乱光はウェハにより反射される前方散乱光（１２
）、後方散乱光（１３）を効率良く対物レンズで集める
ことができるので散乱光の収集効率を増すことができ、
検出感度の向上が図れる。

また散乱光を得るための第１照明手段の光ビームは、リ
ング状の光ビームを絞ってスポット光となしており、そ
れ故、３６０°方向から照明出来るので、形状に対する
検出感度が影響を受けない。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例であって、水銀ランプ（もし
くはキセノンランプ等）（１５）より発せられた励起光
（１）は、照明光学系（１７）により、照射絞り（２３
）を通り、励起フィルタ（２１）により、所定の波長幅
を持ってダイクロイックミラー（３）で落射され、暗視
野対物レンズ（５）の集光レンズ（１１）で集光され、
スキャンニングステージ（３０）上のウェハ（２９）面
上へスポット状に照射される。

また、半導体レーザ（もしくは気体レーザ等）（１６）
より発せられた第１照明手段の光ビーム（２）は照明光
学系（１８）により集光され、強度分布をリング状に変
換する光学素子（１９）によりリング状に変換され、ダ
イクロイックミラー（２０）により反射され、リング状
の全反射ミラー（４）により暗視野対物レンズ（５）の
球面の全反射ミラー（６）でスキャンニングステージ（
３０）上のウェハ（２９）面上にスポット状に照射され
る。このときの励起光（１）と第１照明手段の光ビーム
（２）は、スポット状に照明される以前は互いに光路を
異にする。

ウェハ（２９）面上に螢光を発する微小異物（８）があ
る場合、励起光（１）により螢光（７）を発し、第１照
明手段の光ビーム（２）により散乱光（１０）を発し、
螢光（７）、散乱光（１０）の両方共、集光レンズ（１
１）に入射する。

螢光（７）と散乱光（１０）は、再びダイクロインクミ
ラー（３）を通り吸収フィルタ（２２）、測光絞り（２
４）を通り充電素子（２６）、（２７）に達する。この
時、螢光（７）と散乱光（１０）は、波長の違いにより
ダイクロイックミラー（２５）によって、各々、波長に
対応した充電素子（２６）、（２７）に達する。光電素
子（２６）、（２７）の出力信号は演算表示装置ｆ（２
８）に入力され演算処理、表示が行なわれる。

また、ダイクロイックミラー（３）と（２５）との間に
分光器（３１）を挿入することにより、螢光（７）を発
する微小異物（８）の定性分析を可能としている。

第５図は本発明による第１照明手段の光ビーム（２）及
び励起光（１）の照射方法を示した図である。励起光（
１）をハーフミラ−又はダイクロイックミラー（３）に
より、暗視野対物レンズ（５）に入射させ、ウェハ（９
）面上の微小異物（８）に照射させると共に、第１照明
手段の光ビーム（２）は、ハーフミラ−もしくはダイク
ロインクミラー（３）と同じ角度で付いているリング状
の全反射ミラー（４）で反射され、暗視野対物レンズ（
５）に入射し、暗視野対物レンズ（５）内の球面の全反
射ミラー（６）により、微小異物（８）に対し、３６０
°の方向から角度θを持ってリング状の第１照明手段の
光ビーム（２）をスポットとなし照射される。

励起光（１）及び第１照明手段の光ビーム（２）の照射
により発せられた螢光（７）・散乱光（１１）は、励起
光（１）が通った暗視野対物レンズ（５）の光路を通り
、ハーフミラ−もしくはダイクロイックミラー（３）を
通過し、光電検出される。

ここで、ダイクロイックミラー（３）、（２５）の特性
と励起光（１）、斜め方向光ビーム（２）及び螢光（７
）、散乱光（１０）の関係を説明する。

水銀ランプ（もしくはキセノンランプ等）より発せられ
て後、励起された励起光（１）の波長をλ１、半導体レ
ーザー（もしくは気体レーザ等）より発光された斜め方
向光ビーム（１９）の波長をλ、とし、励起光（１）の
微小異物への照射による螢光（７）の波長をλ１、斜め
方向光ビーム（１９）の微小異物への照射による散乱光
（１０）の波長をλ４とすると、 λ、＝λ４　　　λ１〈λ、〈λ４ の関係を持させた。

また第１図←示すグイクロイックミラー（３）、（２５
）において、グイクロイックミラー（３）は励起光（１
）の波長λ１を反射し、螢光（７）の波長λ１、散乱光
（１０）の波長λ４を透過する特性を有し、グイクロイ
ックミラー（２５）は散乱光（１０）の波長λ４を透過
し、螢光（７）の波長λ、を反射する特性を有するよう
にした。

なお、光学素子（１９）の−例を第７図に示す。

光ファイバを束ねたバンドルファイバの出射側をリング
状に構成して、より照射効率を上げたものである。

〔発明の効果］ 以上の様に本発明によれば、微小異物の粒径（もしくは
大きさ）、及び螢光を発するか否かを同時に測定するこ
とができる。また、ウェハ全面を走査しながら上記の測
定を行ない、ウェハ上の微小異物を螢光強度、散乱光強
度により種分けすることができる。

螢光を発する微小異物に対しては、それを分光したスペ
クトルの波形を解析することにより、微小異物の定性分
析が可能となる。

また、散乱光を得るために微小異物へ光ビームを照射す
るが、その手段を変更したことにより検出強度が向上し
、且つ装置が小型化する利点がある。

したがって、デバイスの欠陥の原因となるウェハ上の微
小異物を測定し、定性分析が行なえることから、半導体
製造装置における発塵等の微小異物による歩留り低下の
問題を解決するに、相当なる力を発揮する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例の光学系を示す図、 第２図は、垂直入射における微小異物の散乱光の方向性
と強度を示す図、 第３図は、本発明における微小異物の散乱光の収集効率
を示す図、 第４図は、従来の装置における微小異物の散乱光の収集
効率を示す図、 第５図は、本発明による光ビームの照射方法を示す図、 第６図は、従来の光ビームの照射方法を示す図、第７図
は、光ビームをリング状の強度分布にするための光学素
子の一例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １・・・・・・励起光 ２・・・・・・第１照明手段の光ビーム３・・・・・・
グイクロイックミラー ４・・・・・・全反射ミラー ５・・・・・・暗視野対物レンズ ６・・・・・・全反射ミラー ７・・・・・・螢光 ８・・・・・・微小異物 １０・・・・・・散乱光 １２・・・・・・前方散乱光 １３・・・・・・後方散乱光 １４・・・・・・対物レンズＮＡ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光軸を中心とするリング状の光ビームを絞り込んで、平
   面、基板上でスポット光と成す第１照明手段と、 前記平面基板にその表面に垂直な方向から、前記スポッ
   ト光の照射位置に重なるように励起光を照射する第２照
   明手段と、 前記平面基板を載置して２次元的に移動し、前記スポッ
   ト光によって前記平面基板を２次元的に走査させる走査
   手段と、 前記スポット光による前記平面基板からの散乱光と、前
   記励起光による前記平面基板からの螢光とを受光すると
   共に、前記散乱光と前記螢光とを波長分離して、各々の
   光電変換信号を出力する受光手段と、 前記散乱光の光電変換信号から前記平面基板上の微小異
   物の存否を、また前記螢光の光電変換信号から前記基板
   上の有機物の存否をそれぞれ判定し、表示する演算手段
   とを有することを特徴とする微小異物検査装置。