JPH03148049A - 欠陥検査装置 - 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〕 本発明は、欠陥検査装置、特に、゛１色導体Ｌ　Ｓ　Ｉ
ウェハ、ガラスマスク等の試料面上の微小異物を高感度
で検出する技術に関し、例えば、半導体集積回路装置の
製造方法に利用して有効な技術に関する。

なお、本書において、栄に「ウェハ」というときは、原
則として、半導体ウェハ、マスク、レチクルその他の集
積回路製造用板状物を広く含むものとする。

また、単に「欠陥」というときは、原則として、外来異
物、異物その他に起因するパターン自体の欠陥の両方を
含むものとする。

更に、単に「集積回路装置」というときは、原則として
、半導体集積回路（モノリシックＩＣ）、半導体ウェハ
上に形成する単体トランジスタ、ザファイア又はガーネ
ント等の絶縁板上に形成する集積回路等を広く含むもの
とする。

〔従来の技術〕

一般に、半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化
が増々進み、回路パターンの線幅は１μｍ程度又はそれ
以下になっている。このような半導体デバイスを高歩留
りで製造するためには、試料表面の付着異物を検査し、
各種プロセス装置の清浄度を定量的に把握し、的確シこ
プロセスを管理する必要がある。

従来からの異物検査装置は、大別して２つのカテゴリー
にわけられる。第１は、あらかじめ記憶された標準パタ
ーンとの比較を行う画像比較方式であり、精度は高いが
スループットが低く、高価である。第２は、偏光を利用
するもので、精度は中程度であるが、スルーブン］・が
高く価格も中程度である。

なお、従来のパターン付ウェハの異物検査装置は、例え
ば、日本国出願公開公報特開昭５４−１０１３９０号、
同５９−１８６３２４号、同５９６５４２８号、同５５
−１２４００８号、および、日本国出願特願昭６２−３
１１９０４号に開示されている。

特開昭５４−１０１３９０号公報には、レーザ光源と、
該レーザ光を斜めから照射する手段と、レンズによるフ
ーリエ変換面に設置した空間フィルタおよび結像光学系
とを備えていることを特徴とする異物検査装置が開示さ
れている。この装置は、パターンからの反射光は一般的
に視野内で同一方向かあるいは２〜３方向の組合わせで
構成されていることに着目し、この方向による回折光を
フーリエ変換面に設置した空間フィルタで遮光すること
により、異物からの反射光だけを通過させて、異物を検
出するように構成されている。

また、特開昭５９−１８６３２４号公報には、レーザ光
源と、斜め上方からレーザ光を照射し走査する手段と、
散乱光を複数の方向から検出するための複数の検出手段
とを備えているホトマスクの異物検査装置が開示されて
いる。この異物検査装置においては、「パターンエツジ
部で生しる散乱光は、３つの受光素子のうち、確実に１
つの素子ではほとんど受光されない」のに対し、「異物
からは無指向に散乱光が発生ずるので、各受光素子の受
光量はほぼ同程度になるＪことを利用して論理積を得て
、パターンと異物とを弁別するように構成されている。

特開昭５９−６５４２８号公報には、直線偏光レーザ照
射手段と、特定の入射角度で該レーザ光を入射する手段
と、偏光板およびレンズを用いた結像光学系とを備えて
いることを特徴とする異物検査装置が開示されている。

この装置では、直線偏光を照射した際、パターンと異物
とではその散乱光の偏光方向が異なることを利用して異
物だけを輝かせ、パターン上の異物を検出するように構
成されている。

特開昭５５−１２４００８号公報には、透過光又は反射
光ムこより被検体の欠陥ムこよる情報光の空間周波数成
分のうち、その成分が被検査体による情報光の同し空間
周波数成分の強度よりも大きい空間周波数帯域を通過さ
ゼ、残りの周波数成分の通過を阻止することを特徴とす
る欠陥検査装置が開示されている。この装置においては
、スペクトル分布の特性を利用して被検査体からの情報
光のなかから、欠陥に対応する情報光のみを分離抽出す
るように構成されている。

特願昭６１−３１１９０４号公報には、直線偏光レーザ
を斜方照射し、型切領域の垂直上方に設けた検出光学系
内の空間周波数領域において、所望の限られた部分に偏
光板もしくは当該部分を通過する光の偏光状態を変化さ
せる光学素子により、パターンのフーリエ変換像を成す
特定の偏光成分のを遮光して異物を検出するように構成
されている欠陥検査装置が開示されでいる。

更に、日本国出願公開公報特開昭５５−９９７３５号に
は、検出した各偏光成分を加算処理するパターン付ウェ
ハの異物検査装置が開示されている。

更に、日本国出願公開公報特開昭６１−１０４２４３号
、及び米国特許第４１４００１９号には、両方向からの
波長の異なるレーザからの２段の斜方入射による照明光
によりウェハをジクザグにスキャンして、その反射光を
ラインセンサで受けることにより画素を微細化し、各偏
光成分等を割算処理するパターン付ウェハの異物検査装
置が開示されている。

なお、！！（［２の技術を開示したものとして、日本国
出願公開公報特開昭６２−２２３６４９号、特開昭６２
−２２３６５０号、特開昭６２−２２３６５１号、特開
昭６３−８２３４８号、特開昭６４−３５４５号、及び
、日本国出願特願昭６３４１９９９号等がある。

更に、類似の偏光を用いた技術については日本出願特願
昭６２−２７２９５８号、同特願昭６２２７９２３８号
、同特願昭６３−３２３２７６号等がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＬＳＩ製造工程においては、多数枚のマスクが用られて
、フォトリソグラフィの手法によりシリコン基板上にパ
ターンが順次形成される。しかし、パターン形成中の異
物による欠陥、フォトプロセス中に混入する異物による
欠陥により電極、保護膜等にピンホールや断線などが発
生ずる。そして、電極間のショート等のパターン不良発
生の問題はＬＳＩが高集積化され、配線パターンが微細
化に進むに従い、より小さな異物が問題となる。

更に、プロセス装置でのウェハの異物付着杖況はパター
ンの有無ムこより違うことがある。また、初期工程から
最終工程と工程を経るに従い異物がパターン欠陥にどの
ように影響し、ＬＳＩの不良に結びつくかなどを定量的
に解析するのにパターン付異物検査装置が使われる。し
かし、パターン付き貰物検査の場合、製造工程を経るに
従って、パターンからの散乱光による検出信号レベルが
高０ くなり、異物の検出感度が低下する問題がある。

試料がパターンを有する場合の異物検出技術において、
照明光によるパターンからの散乱光を遮光し、異物散乱
光のみを検出することがポイントになる。

しかし、前記特開昭５４−１０１３９０号公報に開示さ
れている技術では、微小異物からの散乱光が微弱となり
、パターンと区別して検出することが困難である。

また、特開昭５９−６５４２８号公報に開示されている
技術により、微小異物を検出することは可能であるが、
遮光パターンが限られるため、同一の空間フィルタで遮
光すると、複雑なパターンあるいは多種類の工程を経た
パターンを遮光することができず、異物のみの検出を実
行することができない。

前記の特開昭５５−１２４００８号公報においては、規
則パターン（メツシュ）と不規則パターン（異物）とを
分別するのに、フーリエ変換面の各成分の通過ｅｌ！Ｉ
ｉ及び素子領域が同心円状に形成されているため、パタ
ーン形状が複雑になると、欠陥の情報光のみならず、パ
ターンからの情報光も検出され、その結果、微小欠陥の
みの抽出が困難となる。

前記の特願昭６２−３１１９０４号公報においては、パ
ターン形状に対応する空間フィルタが開示されているが
、パターンのフーリエ変換像に対応する部分は、ある特
定の偏光成分を遮光するように配置した偏光板もしくは
入射光の偏光状態を変化させる光学材料で形成され、他
の部分は、入射光の偏光状態を保持したまま通過させる
光学材料で形成された空間フィルタにより構成されてい
る。また、あらかじめ記憶しておいた隣接チップの同一
場所での記憶画像同士を比較し、その差画像をもって異
物を検出するように構成されている。

この偏光板もしくは偏光状態を変化させる空間フィルタ
においては、複雑なパターンになると、パターンからの
散乱光も検出されるため、検出率が低下されてしまう。

この検出率低下の問題を克服するためには、画像比較を
併用した構成が必要になり、非常に複雑になる。この画
像比較が用いられた装置は、インライン用としては高価
となり、経済的に不利になる。

本発明の目的は、これらの課題を解決するため、半導体
ウェハ試料等に付着した微小異物のみを検出して、パタ
ーンから弁別することができる欠陥検査技術を提供する
ことにある。

本発明の一つの目的は、高速かつ高精度のパターン付ウ
ェハの欠陥検査装置及びそれを用いた集積回路技術を提
供することにある。

本発明の一つの目的は、比較的簡単な装置で微細異物等
を高速かつ高精度で検知するウニ八検査技術を提供する
ことにある。

本発明の一つの目的は、偏光を利用したウェハ欠陥検査
技術を改良して、微小寸法のパターン付ウェハの欠陥検
査のスルーブツトを向上することにある。

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
。

〔課題を解決するための手段〕

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
を説明すれば、次の通りである。

すなわち、異物のみを検出するために、欠陥検査装置は
以下の手段を備えている６ 検出光学系のレーザ照明による種々のパターンからの散
乱光を遮光するために分岐された光路のうち、どちらか
一方の光路上に複数枚が挿入さ札パターンに応じて最適
の形状に設定されている空間フィルタ。

空間フィルタでの散乱光遮光による出力信号低下に対応
するため、照明光学系ムこ挿入されている高ＮＡ比（Ｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ　　ＡｐｅａｔｗｅＳ）の集光レンズ
。

検出領域（画素）を小さくすることにより、１画素内の
パターンからの散乱光検出レベルを低下させる複数の検
出光学系。

検出光学系の各々に設置されている一次元又は二次元固
体撮像光電変換素子の出力信号を量子化処理する手段。

〔作用〕

前記した手段によれば、次のような作用が奏される。

（１）　　日本国公開公報特開昭５４−１０１３９０号
、５！１１−１８６３２４号に記載されているように、
異物とパターンの違いは、パターンの反射光は指向性が
あるのに対し、異物の反射光は指向性がない点である。

これは、パターンからの反射は回折現象が支配的であり
、異物からの反射は散乱現象が支配的である理由による
。パターンからの反射光は、特定の方向に極めで高い指
向性で回折する。

よって、レンズの高開口比と、照明レーザ光のスポット
形状によって決まる遮光部を有する空間フィルタとによ
り、特定のパターンからの反射光が遮光されるため、異
物検出感度が向上する。

（２）固体撮像光電変換素子の検出領域（画素）を小さ
くすることにより、パターンの検出領域を分割すること
ができるため、１画素内へのパターンからの散乱光検出
信号が低下される。

（３）検出光学系の一次元又は二次元固体描像素子の検
出出力信号を加算処理し、その処理された信号を量子化
処理回路で２値化することにより、パターンよりも微小
異物が強調されるため、微小異物が安定に検出される。

（４）パターンからの散乱光による検出信号レベルを低
くするために、パターン形状に応じた複数の形状の異な
る空間フィルタを用いることにより、各工程に応じた最
適の異物検出感度を得ることができる。

〔実施例〕

以下、便宜上、複数の実施例に分割して説明するが、各
実施例は、別々のものでなく、各々が各々の詳細又は変
形例であり、いずれか一方で説明したものは、原則とし
て、くりかえしの説明は省略する。又、図面の参照番号
の下２桁が同一のものは、同一の又は同様の作用効果（
機能）をなすものとする。ただし、そうでない記載ある
ものＬＬこの限りでない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例である異物検査装置に使用さ
れている散乱光遮光用の光学系を示す模式図、第１０図
はその異物検査装置である。

この実施例１の異物検査装置は第１０図に示されている
ように、照明光学部２０と、試料１を走査させるための
Ｘ　（Ｙ）ステージ１３　（１４）と、θ方向に回転さ
せるθステージ１６と、自動焦点合わせ機構（図示せず
）を備えているステージ駆動部２２と、レーザ光源５を
レンズ６（高ＮＡ比のレンズ）により集光し、試料Ｉに
検査光としてのレーザ光を照射する照射部２１と、試料
１表面より反射された散乱光を集光し、これを検出する
検出部２５と、検出部２５より検出された検出信号を処
理する処理回路２９とを備えている。

次に各構成要素について説明する。

ステージ駆動部２２は、試料Ｉをθステージ１６上面に
セットし位置決めピン１９により位置決め後、真空で吸
着することにより試料１を固定するように構成されてい
る。Ｘステージ１３のリニアモータ１５に併設されたリ
ニアスケール（図示せず）と、Ｙステージ１４のエンコ
ーダ１７とにより、座標位置情報がＣＰＵ３０へ逐次入
力される。

照射部２１は、レーザ光源５をレンズ６により集光して
試料１表面に照射するように構成されている。試料１の
表面全面を検査するために、Ｘ・Ｙ走査が実行される。

この時、試料】表面の高さが変動すると、レーザ光源５
による照明位置が変動することにより、異物検出性能が
低下されるため、自動焦点合わせ機構（ステージ駆動部
２２内に具備）が必要である。これには、特開昭５８−
７０５４０号公報に開示されているような投影縞パター
ンコントラスト検出方式が使用されているが、説明はそ
れにゆする。

検出部２５は、試料１表面より反射された散乱光を対物
レンズ２により集光し、分岐光学素子４で途中光路を分
岐させ、リレーレンズ３番こより検出器１０Ａ、ＬＯＢ
の受光面に結像させるように構成されている。ここでは
、固体撮像光電変換素子１０が用いられている。

また、検出部２５の検出器１０Ａの光路途中（対物レン
ズ２のフーリエ変換面Ｆ）には、バタン１１からの散乱
光を遮光するためムこ空間フィルタ７Ａ、７Ｂ、７Ｃを
有するホルダ２３が具備されている。ボルダ２３には、
遮光部８の幅が異なる空間フィルタ７Ａ、７Ｂと、遮光
部８が無い空間フィルタ７Ｃが具備されており、切換機
構２４により異物１２とパターン１１との弁別及び充分
なＳ／Ｎ比を有する検査条件が選択し得るようになって
いる。

第１図に示されている光学系において、レーザ光′ａ５
からの検査光としてのレーザ光はレンズＧ（高ＮＡ比の
レンズ）により集光されて試料ｌに照射される。試料１
上で反射された散乱光は対物レンズ２により集光される
。散乱光は途中、分岐光学素子４により分岐され、リレ
ーレンズ３により検出器１０Ａ、ＩＯＢ上に結像される
。対物レンズ２のフーリエ変換面Ｆ（検出光学系Ａ又は
検出光学系ｒ３どちらか一方）には、空間フィルタ７が
具備されており、パターン１】からの散乱光は空間フィ
ルタフの遮光部８により遮光される。

検出器１０Ａ、ＬＯＢはソノ検出信号Ｖ、−Ｖ、が加算
回１２６で加算処理されて信号ＶＡ４□が得られるよ・
）になっている。信号Ｖ　ＡＩ　Ｉｔは量子北回！２７
で２値化され、量子化信号Ｖ、が得られる。

量子化信号■。が発生ずると、リニアモータ１５Ｌこ併
設のリニアスケールと、エンコーダ】７との座標出力が
異物座標メモリ回路２８に記憶さ演検査が終了すると、
表示回路３】に異物座標が送信され、異物マツプが表示
される。

この間の信号の流れを説明すると、第１２図のとおりで
ある。

すなわち、ライン・センサＩＯＡ及びＩＯＢで検知され
た特異信号、すなわちピーク信号は、それぞれ第１２図
（ｂ）に示されているウェハｌ上の各異物１２ａ〜Ｉ　
２ｄＬこ対応じている。

第１２図（ｃ）には、空間フィルタ処理が施されたＰ波
からなる光信号シこ基づく電気信号ｖ４が示されており
、異物に関するピーク信号が特に強調されている。

一方、第１２図（ｄ）には、偏光ビーム・スプリッタ４
により反射されたＳ波からなる光信号に基づく電気信号
Ｖ、が示されており、■いと比較して、パターンの特異
点がやや強調されている。この信号Ｖ、の場合は、異物
による反射と、パターンの特異点により反射とが両方と
も、ピーク信号として出力される。

第１２図（ｅ）には、前記電気信号ｖＡとＶ□との和、
すなわち、ｖ、＋Ｖ、＋が示されている。このような和
では、バックグランドと異物に対応するピーク信号の差
が、はぼ２倍になるので、バックグランドと、しきい値
ｖ　ｔｂと微小ピーク間の差が比較的大きくなるので、
微小異物も比較的余裕をもって検出することができる。

すなわち、第１２図（ｅ）の４ｇＩのピークはｖｔｈよ
り大きいので、“１　”となり、それ以外のバックグラ
ンドは、“θ″″となり、２値量子化が行われる。

次に作用を説明する。

第１１図は本発明の一実施例に適用する半導体デバイス
の製造工程の概略を示したフロー図である。

この製造工程においては、各工程（素子分離工程、素子
形成工程、配線工程）において、各製造装置Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄ・・・が用いられて、拡散→イオン打ち込み→デポ
ジション→ホトレジ→エツチング→レジスト剥離等のプ
ロセスが操り返されることにより、シリコンウェハ１上
に順次パターンが形成されて行く。

この製造工程おいて、異物検査工程は各パターン形成後
に異常ウェハの除去をメインに適用される。又、プロセ
ス中の発塵の多い製造装置を摘出するのにも利用される
。これにより、歩留りを確保して量産体制を整える期間
の短縮と併せて、置屋時での大量不良発生を未然に防止
することができる。さらに、工程間の異物推移、あるい
は、工程を経るに従い異物がパターン欠陥等にどのよう
に影響しているかなどを定量的に解析し、問題の摘出を
行う等のにも利用される。

第２図はパターンと異物からの散乱光分布を示す説明図
である。

本実施例において、パターン１１からの散乱光を遮光す
る空間フィルタ７は、遮光部８、透過部９より形成され
ている。第２図（ａ）〜（ｃ）はパターン直線部１１ａ
にレーザ光を照射させた時の対物レンズ２のフーリエ変
換面Ｆの回折光分布を示したもので、フーリエ変換面Ｆ
の中央に狭い回折光が生じる。この回折光の幅Ｗは試料
上へのレーザ光スポットのＸ方向（Ｘ方向は前記第２図
（ｃ）に表示されている。）の幅により決まる。

第２図（ｄ）〜（ｆ）はパターンコーナ部１１ｂにレザ
光を照射させた時のフーリエ変換面Ｆの回折光の状態で
、パターン直線部１１ａよりも回折光の幅Ｗ２が広くな
る。これは、パターンコーナ１１ｂによりレーザ光の回
折光が指向性を失うためである。

第２図（６）〜（ｉ）はパターンｌｌｃにレーザを照射
さセた時であるが、対物レンズ２には入らないので、こ
の場合、回折光は検出されない。

第２図０）〜（１）は異物１２にレーザを照射した時で
、フーリエ変換面Ｆの全面に渉り回折光が広がる。これ
は、異物１２からの散乱光は指向性がないためである。

以上より、遮光部８が幅Ｗを有する空間フィルタ７によ
りパターンコーナｌｌｂからの散乱光は遮光される。又
、パターンｌｌｃは対物レンズ２に入らないので、フー
リエ変換面Ｆに回折光が出ない。このため、パターンＩ
ｌｃば検出されない。

よって、異物１２の検出りこ影響のあるパターンコーナ
ｌｌｂのみを考慮すればよい。

ウェハの製造工程によりパターン１１は種類（材料）と
形状が異なるために、散乱光分布は異なってくる。その
ために、各パターン工程及びパターン形状に最適な遮光
用の空間フィルタ７Ａ、７Ｂ、７Ｃと、複数必要になる
。

第３図は、パターン形状による散乱光分布と遮光用の空
間フィルタフの遮光部８の形状の相違を示す説明図であ
る。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、第３図（ｄ）に示すようにパ
ターンコーナｌｌｂの角部の丸みＲが小さい時の回折光
分布を示すものであり、その回折分布が第３図（ｂ）に
示されている。第３図（ｂ）において、フーリエ変換面
Ｆの回折光の輻Ｗ、は狭いため、遮光部８は第３図（＝
１）に示すようにＷｌで完全に遮光される。

しかし、第３図（ｈ）、（１）に示されているようにパ
ターンコーナｌｌｂが、第３図（ｂ）に示されている場
合に比べて大きいと、フーリエ変換面Ｆの回折光は第３
図（［）、（ｊ）に示されているように広がる。

このため、第３図（ｅ）、（ｉ）に示されているように
、遮光部８の幅を広くしないと、第３図（ｈ）、（１）
に示されているようなパターンコーナｌｌｂは遮光する
ことができない。

そこで、第３図（ｈ）、（１）に示されているようなパ
ターン形状では、空間フィルタ７の遮光部８の幅Ｗを広
くする必要がある。

第４図は、本実施例による異物検査をウェハ製造工程へ
適用した場合におけるパターン工程の相違による検出出
力を示した線図である。

試料ウェハの表面が鏡面あるいは全面酸化膜等の場合は
、パターンの凹凸がないので、量子化レベルはｎ十へＶ
で検出される。ΔＶはｎに対する余裕値である。この場
合、空間フィルタ７Ｃが用いられる。

試料ウェハが拡散工程■、■のパターンの場合は、遮光
部８の幅がＷｌの空間フィルタ７Ａが用いられる。この
場合、パターン■１からの検出出力が量子化レベルｖ１
以下にあり、第４図（ａ）に示されているように、パタ
ーン１１と微小異物（０゜５〜１μｍ）の弁別は可能で
ある。

しかし、試料ウェハが配線工程の場合は、空間フィルタ
７Ａを用いると、パターン１１からの検出出力が量子化
レベルよりも大きくなるため、パターン１１と微小異物
（０，５〜１μｍ）との弁別は不可能である。

そこで、第４図（ｂ）に示されているように、遮光部８
０幅がＷ、の空間フィルタ７Ｂを用いられる。

これにより、配線工程からのパターン検出出力は量子化
レベル■、より小さくなるため、パターン】１と微小異
物（０，５〜１μｍ）との弁別が可能になる。この場合
、全体の検出出力が低下する。

この結果、空間フィルタ７Ａが使用される第４６ 図（ａ）の場合と同一の検査速度で量子化レベルをＶ２
に下げると、第４図の）に示されているように、微小異
物（（１５〜ｌｔＩｍ）のＳ／Ｎ比が低下する。これは
、遮光部８の幅がＷ２からＷ、へ広くなることにより、
微小異物からの散乱光の遮光される割合が多くなるため
である。

そこで、検査速度を第４図（ａ）の場合に比べて低下さ
せることにより、検出器１０（ここでは、固体撮像光電
変換素子）への蓄積光量が上げられ、Ｓ／Ｎ比が向上さ
れる。あるいは、レーザ光ａＩ５を含む照射部のレンズ
Ｇを高ＮＡ比のレンズが用いられることにより、照射さ
れる全体光量が上げられ、異物１２からの散乱光遮光割
合が下げられ（透過部９を通過する光量を維持する。）
、もって、Ｓ／Ｎ比を向上さゼることもできる。

次に、検出器の検出画素の大きさと、パターン寸法との
関係について、第５図、第６図を用いて説明する。

第５図（ｂ）に示されているような多層パターンｃ、ｔ
。

パターン１１の段差が大きく、パターン１】が多７ 層になるため、第５図（ａ）に示されているように、検
出器の画素りが１５μｍ口の場合、複数のパターンコー
ナｌｌｂからの出力が得られるので、画素りにおける検
出出力は大きくなる。そこで、画素Ｅのように、検出画
素寸法を５μｍ口と小さくすることにより、パターンコ
ーナＩｌｂは１ケになるため、画素りに比べて検出出力
を小さく縮小することができる。

第６図（ａ）には、画素Ｅが５μｍ口の場合が示されて
おり、１画素には１ケのパターンコーナ１１ｂからの散
乱光のみが検出されるので、第６図（ｃ）に示されてい
るようムこ、パターンコーナＩｌｂの検出出力は微小異
物１２の検出出力より小さくなる。この場合、１画素を
５μｍ口としたため、】画素内のパターンコーナＩｌｂ
の数が少なくなるので、微小異物１２とパターン１１と
の弁別が可能になる。

しかし、第６図（ｂ）に示されているように、画素りを
１５μｍ口と大きくすると、１画素には複数のパターン
コーナｔｔｂが入るため、第６図（ｈ）に８ 示されているように、パターンコーナＩｌｂからの検出
出力は微小異物１２の検出出力より大きくなる。

このように、画素を大きくしてウェハ試料表面を走査す
ると、複数のパターンコーナＩｌｂからの散乱光を検出
するため、異物検出出力がその中に埋もれてしまい、異
物１２とパターン１１との弁別を実行することができな
い。

次に、本実施例Ｉによる異物とパターンとの検出出力相
関を、第７図、第８図、第９図について説明する。

第７図には、第１図に示されている光学系より空間フィ
ルタ７を除いた場合（空間フィルタ無の状態）の異物と
パターンとの検出出力相関が示されており、中形および
大形の異物１２ｂ、１２ｃと、パターンｌｌａ、Ｉｌｂ
との弁別は可能であるが、微小異物１２ａとパターンｌ
ｌａ、Ｉｌｂとの弁別は不可能である。

第８図には、検出光学系へ〇方（検出出力ｖＡ側）に空
間フィルタ７が挿入された場合が示されており、パター
ンｌｌａ、Ｉｌｂからの散乱光が空間フィルタフの遮光
部８により遮光されるため、微小異物１２ａ並びに中形
および大形の異＠ｆｆＬ２ｂ、１２ｃについてもパター
ンｌｌａ、Ｉｌｂと弁別することができる。

一方、検出光学系Ｂｔ！ｌｌに空間フィルタ７が挿入さ
れた場合は、検出出力Ｖ、Ｖ、の処理が逆に実行される
ことにより、検出光学系Ａ側に空間フィルタ７が挿入さ
れた場合と同じように異物１２とパターン１１との弁別
が可能になる。

第９図には、検出光学系Ａ、　Ｂ　（検出出力■６、ｖ
１側両方）共に空間フィルタ７が挿入された場合、■、
側のパターンＬｌａ、ｌｌｂからの検出出力が空間フィ
ルタフの遮光部８により遮光されるため、異物１２ａ、
Ｌ２ｂの検出出力と逆転してしまい、その結果、異物と
パターンと弁別を実行することができなくなる。

よって、検出光学系Ａ又はＢのどちらか一方に空間フィ
ルタ７を具備することにより、微小異物】２とパターン
１１との弁別が可能である。

前記実施例によれば次の効果が得られる。

（］）　　レンズの開口比と、照明レーザ光スポット形
状によって決まる遮光部を有する空間フィルタとにより
、特定のパターンからの反射光が遮光されるため、異物
検出感度を向上させることができる。

０）　固体撮像光電変換素子の検出領域（画素）を小さ
くすることにより、パターンの検出領域を分割すること
ができるため、１画素内へのパターンからの散乱光検出
信号を低下させることができる。

（３）検出光学系Ａ、Ｂの一次元又は二次元固体撮像素
子の検出出力信号を加算処理し、その処理された信号を
量子化処理回路で２値化することにより、パターンより
も微小異物を強調させることができるため、微小異物を
安定に検出することができる。

（４）パターンからの散乱光による検出信号レベルを低
くするために、パターン形状に応じた複数の形状の異な
る空間フィルタを用いることにより、各工程に応した最
適の異物検出感度を得ることができる。

実施例２ 第１３図〜第２１図に基づいて、本発明の実施例２であ
る異物検査装置を説明する。

第１９図は、本発明の実施例２であるパターン付ウェハ
の異物又は欠陥の検査装置の光学処理部を示す構成図で
ある。

第１９図においで、２０１は被検査ウェハ、２０２ａは
複数の対物レンズ及びリレーレンズなどからなる対物レ
ンズ群（ＮＡｏ、４５、倍率８０）、２１５はウェハの
移動及びスキャンを行うための３種のステージからなる
ウェハステージ昆２１６はウェハを吸着しθ方向の回転
を行うθステージ、２１３はＸ方向のスキャンのための
Ｘステージ、２１４はＹ方向のスキャンを行うためのＹ
ステージ、である。２０８ａ及び２０９ａは、ウェハ面
とのなす角５°の低角度で入射する８３０　ｎｍ　（４
０ｍｗ）の半導体レーザよりなる照射光源であり、Ｓ波
のみを放射する。２０８ｂ及び２０９ｂは、ウェハ面と
のなす角３３″′の高角度で入射する７　８０　ｎｍ　
（３０ｍｗ）の半導体レーザよりなる殖財光源であり、
Ｓ波のみを放射する。

これは、低角度で異物を強調し、高角度でパターンを強
調することによって、三者のコントラストをつけるため
である。２０４は偏光ビームスプリッタであり、紙面を
反射面としたときのＰ波を透過し、Ｓ波を直角方向に反
射して分離させる。２１０ｂはＳ波を受けて検知する約
５０個の画素よりなる１次元イメージセンサ、２０３は
フーリエ変換面、すなわち、前記対物レンズ群の後焦点
面（焦平面）、２０７ａ−ｃは、フーリエ変換面に挿入
される空間周波数フィルタ、２１０ａはＰ波をその上に
結像させて検知するための約５０個の画素よりなる１次
元イメージセンサである。

第１３図は前記ウェハ周辺の要部を示す上面図である。

第１３図において、２０１は被検査ウェハであ。

す、パターン面が上向きになっている。２１５は前記ウ
ェハ、ステージ群である。２０８及び２゜９は、それぞ
れ低角度及び高角度がらなり、レーザ照射点２３Ｇを対
称中心として、１８０”回転対称に設けられた各レーザ
照射光源である。光源を両側に設けるのは検出信号のパ
ターン配向依存性を低減させるためである。

第１４図は前記レーザー光源２０８及び２０９の詳細を
示す垂直断面図である。

第１４図において、２０５は半導体レーザ、２０２ｂは
高ＮＡの集光レンズ群でレーザ発光をもらさず集光し得
るように開口数を大きくとっである。２１８ｂはＳ波（
紙面に直角方向に電気ベクトルが振動する光波）のみを
透過する偏光器、２３１はリレーレンズである。

第１５図はウェハ全面を検査するためにレーザで全面を
ジグザグにスキャンする様子を示すウェハ上面図である
。

第１５図において、２０１は被検査ウェハで、その上側
主面には多数（１０〜１０００個）の集積回路が形成さ
れている。２３２はスキャンの始点、２３３はスキャン
の終点、２３４ａはレーザ照射光である。

第１６図ばウェハ上のレーザ照射領域を示すつエバ上面
拡大図である。

第１６図において、２０１は被検査ウェハ上面、２３６
はレーザ照射領域で、レーザは２次元カラス強度分布を
もつので半値幅で示すと、Ｗは１０〜２０μｍ、Ｉ−は
２５０１ｔ　ｍである。２１０はラインセンサ２１０ａ
又は２１０ｂを説明のためにウェハ而に逆投射したもの
である。２３４ａ及び２３４ｂは照射レーザ光、２３５
はスキャン方向である。スキャンはウェハ全面をカバー
するように、２割はどオーバ・ラップされて移動される
。

第１７図は説明のために、ラインセンサ２１０ａ及び２
１０ｂの１画素領域を逆投射したウェハ上面を示す拡大
図である。

ここでは、標準的な異物及びパターンの特異部（欠陥で
はない）の分布が示されている。本実施例では、２３７
の如く１画素内にパターン特異部と異物の両方がはいら
ないように５μｍＸ５μｍ（Ｌ　ｐ　＝　５μｍ）の正
方形ピクセル（画素）を用いている。一方、２３８のよ
うな広い画素を用いると、両カテゴリーの特異点をＩｉ
ｌ’ｉｉ素に含むため、−１μｍ程度の異物とパターン
を高速で弁別することができない。

第１８図は特異点からの光信号のうち、パターン信号と
異物信号とを弁別する原理を説明するための特異信号分
布相関図である。

第１８図りこおいて、ｖＡは一つの特異点から得られた
センサ２１０ａによる検知信号（信号の処理上、一定の
増幅がなされている。）の強度、Ｖ８は前記同一の特異
点から得られたセンサ２１０ｂによる検知信号（信号の
処理上、一定の増幅がなされている。）の強度、Ｌ、　
、Ｌｍ、Ｌ３ばノイズ、小異物、中興物、大異物間の弁
別しきい値強度である。パターン・ルールがＬｕｍ前後
で、１μｍ前後までの異物を検出する場合、Ｌ　、　、
Ｌ２、Ｌ、はそれぞれ１７ｚｍ、２μｍ、３〜５１ｚｍ
の異物サイズに対応じている。ノイズ領域は一般的なバ
ンクグランド・ノイズを示す。パターン領域は回路・デ
バイス・パターンのエツジやコーナ部からの反射に対応
じている。異物信号領域はウェハ上の欠陥や異物による
信号に対応じている。

Ｍ”、Ｍ、及びＭ−はパターンと異物を最適に区分する
ために実験的に可変とした弁別直線の傾きの例を示す。

これらは、被検査製品の品種工程の状態などによって最
適に異物の弁別が可能なように実験的に設定変更される
。

第２０図は、第１８図の信号処理に対応する異物検査装
置の信号処理回路であり、第１０図の２６及び２７に対
応する。

第２０図において、Ｖ、’＋　Ｖ、　、Ｌ、−Ｌｘは第
１８図と同しであり、Ｉ／Ｍは第１８図の傾きＭの逆数
である。２５２〜２５３．２５５〜２５７はコンパレー
タ、２５８は乗算器、２５４はリニア加算器、２５９〜
２６１はＡＮＤ回路又はゲートである。０５、ＯＮ及び
Ｏ４はそれぞれ小異物出力、中興物出力、及び大異物出
力で第１０図の異物座標メモリ２Ｂに供給される。ここ
で、小異物出力に対する演算は特異点信号が直＆ｉｊＭ
、ｌ！：Ｌ−１−ｔとＸ軸で囲まれたｔ＝ＭＭにはいる
ときは、出力“１　”を出すようになっている。すなわ
ち、Ｌ　１　＜　Ｖ　Ａ　＜　Ｌ　ｘ で、かつ、 の図上領域にある場合は、出力“１°゛が出される。

その他のサイズの異物に対しては、単に直線Ｌ　ｘとり
、の間か、Ｌ、より大きいかのみで、その間ならば、０
□がＯＬに出力゛″１″″を出すようになっている。

第２１図は、本実施例の検知信号の処理状況を説明する
ための信号処理説明図である。

第２１図において、前記各ゲートのｖＬｌ、はしきい値
、２１０ａ及び２１０ｂは、リニア・センサ、２０１ば
ウェハ、２１２Ｗ−Ｚば前記ウェハ主面上の回路、又は
デバイス・パターンのエツジ等、２１２ａ及び２１２ｂ
は小異物を示す。

特異信号の弁別は２種の検知信号Ｖヶ及びｖＩｌを実効
的に割算操作することにより、第２１図（ｅ）に示され
でいるように、異物信号のみを（小異物）特に強調する
ようにして行われる。電気的には、第２０図における加
算器の出力が、８ ＶＩＩ Ｖ、−＞ＶＬ、。

（Ｖ　Ｌｂばゲート２６０のしきい値）で、かつ、Ｌ、
＜Ｖａ＜Ｌｘ のときにのみ、ゲート２６０が”　１　”を出力する。

このデジタル出力を第２１図げ）ムこ示す。このように
、空間周波数フィルタ等により、特に異物反射を強調し
た出力ＶＡとパターンの特異点による反射を強調した検
出出力■８の実効的な比又は商を算出することによって
、バックグランドその他異物以外と、異物による信号の
差異を明確にした後に２値化を行うので、確実かつ高速
で小異物の検出が可能になる。

このような装置によって、６インチで０．８〜１．３μ
ｍルールのウェハを約５分で全面の検査が実効可能とな
った。

本発明の装置を適用する半導体集積回路、特に、２層Ａ
１２ＮポリＳｉ（又はポリサイド）Ｂｉｐｏｌａｒ　　
＆　　ＣＭＯ３混成ＳＲＡＭのウニハエ程及びその縦構
造については、日本国出願特願昭６３−１３６０９６　
（１９８８年６月２日出願）番こ記載されているので、
本願第１１図とこれをもって本実施例の記述にかえる。

本発明の検査は、第１Ｎポリシリコンのパターニング完
了後、第２層のポリＳ４のバターニング完了後、コンタ
クト・ボール完了後、スルーホール（第１層及び第２層
ＡＩ配線間の接続孔）形成完了後等において有効に実施
される。この場合、例えば２００個／ウェハ以上の異物
密度のウェハは工程から除去することにより、生産効率
を大幅にアンプすることができる。

以上、本発明をベスト・モードについて説明したが、本
発明はパターン付ウェハ等の円型板状物に限定されるこ
となく、マスク又はレチクルその他の板状物及びパター
ンのないウェハ等にも適用可能なことはいうまでもない
。

なお、前記実施例においては、Ｖ、−Ｖ、相関図上での
地域分類を行う例を示したが、直接■。

／ｖ、の信号を算出して、異物とパターンの弁別を実行
するよう゛にしてもよい。

〔発明の効果〕

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
て得られる効果を面単に説明すれば、次の通りである。

以上説明したように、本発明によれば、ＬＳＩウェハ等
の微小凹凸パターン表面上ムこおける微小異物の安定検
出が可能になり、異物検査装置の信転性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である異物検査装置における
散乱光遮光用光学系を示す模式図、第２図はそのパター
ンと異物からの散乱光分布を示す説明図、 第３図はそのパターン形状による散乱光分布と遮光用の
空間フィルタの遮光部の形状相違を示す説明図、 第４図はその実施例による異物検査をウェハ製造工程へ
適用した場合におけるパターン工程の相違による検出出
力を示す線図、 第５図及び第６図はその検出画素におけるパタンと異物
との関係を示す各説明図、 第７図、第８図及び第９図はその異物とパターンの検出
出力の関係を示す各線図〜 第１０図はその異物検査装置の概要を示す模式第１１図
は’Ｐ−８体デバイスの製造工程を示す概略フロー図、 第１２図は信号処理の概要を示すデータ処理説明図であ
る。 第１３図は異物検査装置のウェハ・ステージ部を示す上
面図、 第１４図はその照射光源の詳細構造を示す断面模式図、 第１５図はそのレーザ光照射経路を示ずウェハ上面図、 第１６図はウェハ上におけるレーザ光照射領域及びその
スキャン方向等を示すウェハ上面図、第１７図はライン
ーセンサの１画素に対応するウェハ上のｔＨＭ及びウェ
ハ上のパターン並びに異物又は欠陥の分布状況を示すウ
ェハ上面図、第１８図は本発明の実施例２である欠陥の
検査装置の信号処理原理を示す信号分布図、第１９図は
その装置の光学処理部を示す全体構成図、 第２０図はその電気信号処理部を示す全体図、第２１図
はその信号処理の状況を示すデータ処理説明図である。 ■・・・試料ウェハ（被検査物）、２・・・対物レンズ
、３・・・リレーレンズ、４・・・分岐光学素子、５・
・・レーザ光線、６・・・レンズ、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ・
・・空間フィルタ、８・・・遮光部、９・・・透過部、
１０・・・固体撮像光電変換素子、ＩＯＡ、ｌ０Ｂ−・
・検出器、１１・・・パターン、ｌｌａ・・・パターン
直線部、Ｉｌｂ・・・パターンコーナ、ｌｌｃ・・・パ
ターン、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、ｌ　２　ｄ−・・異
物、１３　・Ｘステージ、１４・・・Ｙステージ、１５
−・・リニアモータ、１６・・・θステージ、】７・・
・エンコーダ、】９・・・位置決めビン、２０・・・照
明光学部、２１・・−照射部、２２・・・ステージ駆動
部、２３・・・ホルダ、２４・・・切換１１ｔＬ２５・
・・検出部、２６・・・加算回路、２７・−・量子化回
路、２８・・・異物座標メモリ回路、２９−・−処理回
路、３０・・・ＣＰＵ、３１・・・表示回路、２０１・
・・ウェハ（被検査物）、２０２ａ、２０２ｂ・・・対
物レンズ群、２０３・・・フーリエ変換面、２０４・・
・偏光ビームスプリッタ、２０５・・・半導体レーザ、
２０７ａ、２０７ｂ、２０７　ｃ−空間周波数フィルタ
、２０８ａ、２０９　ａ−・・レーザ照射光ｆｉ（Ｓ波
）、２０８ｂ、２０９ｂ・・・レーザ照射光源、２１０
・・・ラインセンサ、２１０ａ、２１０ｂ・・・１次元
イメージセンサ、２１２ａ、２１２　ｂ　・−・小異物
、２１２Ｗ〜２１２Ｚ・・・ウェハ主面上の回路又はデ
バイス・パターンのエツジ、２１３・・・Ｘステージ、
２１４・・・Ｙステージ、２１５・・・ウェハステージ
群、２Ｌ６・・・θステージ、２１８ｂ・・・偏光器（
Ｓ波）、２３１・・・リレーレンズ、２３２・・・スキ
ャンの始点、２３３・・・スキャンの終点、２３４ａ、
２３４ｂ・・・レーザ照射光、２３５・・・スキャン方
向、２３６・・・レーザ照射点、２３７・・・狭い画素
、２３Ｂ・・・広い画素、２５２．２５３．２５５．２
５７・・・コンパレータ、２５９．２ＧＯ１２６１−Ａ
　Ｎ　ＤＮｌｌｒ又はゲート、Ｏｓ・−・小異物出力、
０．・・・中興物出力、ＯＬ・−・大異物出力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下の手段を備えていることを特徴とする欠陥検査
   装置。 （ａ）被検査物を保持するためのステージ手段、（ｂ）
   被検査物の被検査部に検査光を照射するための照明手段
   、 （ｃ）被検査物の被検査部に対向して設けられ、被検査
   部の像を所定の位置に結像するための対物レンズ手段、 （ｄ）前記レンズ手段を含む光学系内において、前記レ
   ンズ手段により集光された前記被検査物における元光学
   情報を、光学的手段により第１及び第２の光学情報に分
   割するための光スプリッター手段、 （ｅ）前記第１及び第２の光学情報をそれぞれ電気信号
   に変換し、第１の光学情報に対応する第１の電気信号情
   報、及び、第２の光学情報に対応する第２の電気信号情
   報をそれぞれ出力するための第１及び第２のセンサー手
   段、 （ｆ）前記レンズ手段の前記第１の光学情報に対応する
   第１のフーリエ変換面に設けられ、このフーリエ変換面
   において、前記第１の光学情報のうち、欠陥又はパター
   ンにもとづく情報のいずれか一方を相対的に強調させる
   ための第１のフィルタ手段、 （ｇ）前記第１及び第２の電気信号情報に対して所定の
   演算処理を施すことにより欠陥による信号を弁別するた
   めの電気信号弁別手段。 ２、前記請求項第１項の欠陥検査装置において、前記照
   明手段は、前記ウェハのパターン面に対して斜方より検
   査光を入射させるように構成されている。 ３、請求項第１項の欠陥検査装置において、前記第１の
   フィルタ手段は、パターンからの低次の回折光を実質的
   に遮蔽することにより、相対的に欠陥からの回折光を強
   調させるような遮蔽又は変換部分を有する。 ４、請求項第２項の欠陥検査装置において、前記第１の
   フィルタは前記フーリエ変換面内において、前記検査光
   の入射面に光学的に対応する面に平行で、前記フーリエ
   変換面におけるフィールドを横断する所定の幅をもつ帯
   状遮蔽部よりなり、低次の回折光を実質的に遮蔽するこ
   とにより相対的に欠陥からの回折光を強調するように構
   成されている。 ５、請求項第４項の欠陥検査装置において、前記照明手
   段の検査光はＰ波成分よりもＳ波成分の強度が大きくな
   るように構成されている。 ６、請求項第５項の欠陥検査装置において、前記検査光
   は実質的にＳ波成分のみから構成されている。 ７、請求項第５項又は６項の欠陥検査装置において、前
   記スプリッター手段は実質的にＰ波成分のみを第１の光
   学情報とし、実質的にＳ波成分のみを第２の光学情報と
   すべく、分離するように構成されている。 ８、請求項第１項から第７項のいずれかひとつの請求項
   の欠陥検査装置は、更に以下の手段（ｈ）を備えており
   、必要に応じてフィルタ手段を交換可能に構成されてい
   る。 （ｈ）前記第１のフィルタ手段と異なる仕様の第２のフ
   ィルタ手段。 ９、請求項第１項から第８項のいずれかひとつの欠陥検
   査装置において、前記第１のセンサ手段の出力に対応す
   る第１の電気信号情報が、その強度に応じて複数の帯域
   に分割した後に前記演算処理を施されるように構成され
   ている。