JPH039246A - ウエハ異物検査装置 - 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、被検査面上の異物検査を行うための異物検
査装置に関し、さらに詳細には、パターン付きの半導体
ウェハの表面などの異物検査に好適な異物検査装置に関
する。

［従来の技術］ このような異物検査を行う装置として、被検査面に光を
照射し、その散乱光の光電変換信号を閾値と比較するこ
とによって、被検査面の光照射点における異物の有無を
判定するものがある。しかし、この装置をパターン付き
の半導体ウェハに適用した場合、パターンのエツジでも
光が散乱するため、異物とパターンとを弁別することが
できない。

そこで、パターン付きウェハの異物検査に適用可能な異
物検査装置として、ウェハ表面に斜め方向からＳ偏光を
照射し、その散乱光のＰ偏光成分を抽出し、その光電変
換信号を閾値と比較することにより、Ｓ偏光照射点にお
ける異物の有無を判定する構成の装置がある。すなわち
、異物の表面は微小の凹凸があるためにその散乱光は偏
光（電界ベクトル）が変化してＰ偏光成分を多く含むが
、パターンのエツジ而はミクロ的には平滑であるので、
その散乱光のＰ偏光成分は異物の場合よりも遥に少ない
、ということを検出原理としたものである。

しかし、このような偏光を利用した異物検査装置でも、
３μｍ径程度までの異物が検出限界であって、近年のＬ
ＳＩウェハなどに適用するには不十分であり、更に微小
な異物を検出できる装置が必要とされる。

そこで、出願人は、Ｓ偏光ビームをウェハ表面に斜めに
照射し、その垂直方向への反射光のＰ偏光成分とＳ偏光
成分の比により異物検出判定を行う発明（特開昭８２−
２８１０４４号）や比で異物かパターンかを検出する発
明（特開昭６１−１０４２４３号公報及び特開昭６１−
１０４２４４号）、波長分離ミラーを使用する発明（特
開昭６３−２９Ｅ３３４８号）を特許出願している。

［解決しようとする課題］ しかしながら、パターンが微細化されるにつれて、異物
とパターンとの弁別は、ノイズ等の影響もあって次第に
判別し難くなるばかりである。

この発明の［１的は、このような従来技術の欠点を解決
するものであって、装置構成が比較的部り１で微小な異
物を検出することができるウェハ異物検査装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するためになされた、この発明によるウ
ェハ異物検査装置の構成は、ウェハの表面にＳ偏光ビー
ムを斜めに照射する光ビーム照射手段と、ウェハの表面
から上方へ向かう光ビームの反射光を集光する光学系と
、この光学系の光路中に挿入された波長分離ミラー、ビ
ームスプリッタ等の前記り方に光の一部を透過させ、前
記上方と異なる上方の方向に光の一部を反射させる光反
射・透過手段と、この光反射・透過手段を透過した光の
成分及びこれにより反射された光の成分がそれぞれ入射
される第１及び第２の充電変換器と、光反射・透過手段
と第１及び第２の充電変換器のいずれか一方との間に設
けられ、Ｌとしてウェハに形成されたパターン像の光を
透過させる空間フィルタと、第１光電変換器の出力信号
と第２光電変換器の出力信号とを比較することにより異
物検出をするための判定を行う判定手段とを備えるもの
である。

［作用］ このようなウェハ異物検査装置は、主としてウェハに形
成されたパターン像の光を透過させる空間フィルタをい
ずれか一方の光路に挿入しているので、空間フィルタが
挿入されたー・方の光路のパターン像についての光量が
他方より大きくなる。

そこで、第１光電変換器の出力信号と第２充電変換器の
出力信号の差或は比をとってこれらを比較することによ
りパターン付きのウェハにあっても容易に微小な異物を
検出することができ、パターンと異物との判別が容易と
なる。

［実施例］ 以下、図面を参照し、この発明の一実施例について説明
する。

第１図は、この発明によるウェハ異物検査装置の−・実
施例の概略斜視図、第２図は、空間フィルタを挿入する
位置の説明図、第３図は、その空間フィルタの作用につ
いての説明図、第４図は、その光電変換素子における検
出信号の説明図である。

１０は検査対象のウェハであり、これは検査中に図示し
ないＸＹステージによりＸ方向及びＹ方向に送られる。

１１及び１２は、第１の光ビーム照射手段としてのＳ偏
光レーザ発振器であり、波長が約８３０ｎｍのＳ偏光レ
ーザビームをウェハ１０の表面に低い照射角θｌで斜め
に照射する。この照射角θｌは例えば１６から３°の範
囲に選ばれ、この実施例では約２°となっている。

１３及び１４は、第２の光ビーム照射手段としてのレー
ザ発振器であり、ウェハ１０の表面の前記Ｓ偏光レーザ
ビームの照射領域に、波長が約７８０ｎｍのレーザビー
ムを高い照射角θ２で斜めに照射する。この照射角０２
はθｌより充分に人き（選ばれ、この実施例では約３３
．６°となっている。

１５はウェハ１０の表面からのほぼ垂直方向への反射光
を集光する対物レンズであり、これによって集光された
反射光は光軸が一致した中継レンズ１６に入射する。こ
の中継レンズ１６及び対物レンズ１５は、ウェハからの
反射光を垂直方向へ透過させて集光させる前記光学系を
構成している。

１７は波長分離ダイクロイックミラーであり、１８は偏
光ビームスプリッタである。これらは図示しない機構に
より、前記光学系（対物レンズ１５及び中継レンズ１８
ｉ）により集光された反射光の光路の途中に選択的に挿
入されるものである。

すなわち、波長分離ダイクロイックミラー１７を図示の
位置に移動させて使用するか、又は同じ位置に偏光ビー
ムスプリフタ１８を移動させて使用するかを選択できる
ようになっている。

１９は、空間フィルタであって、例えば、円形の縞状パ
ターンが形成されていて、直線状のパターン像は通過さ
せるが、異物のような円形に分散するパターン像はほと
んど通過させないようなフィルタである。

２０は、中継レンズであり、波長分離ダイクロイックミ
ラー１７或は偏光ビームスプリッタ１８を経て空間フィ
ルタ１９を通過した光を集光させて第１の光電変換素子
２１の受光面上に結像される。この第１の光電変換素子
２１は、−次元イメージセンサ等による第１の受光器で
あり、例えば、ｐｉｎシリコンホトダイオードアレイが
用いられ、その出力は、判定回路２４に人力される。

また、２２は、中継レンズであり、波長分離ダイクロイ
ックミラー１７或は偏光ビームスプリッタ１８により反
射されて水平方向に分離された光を集光させて、第２の
光電変換素子２５の受光部にに結像させる。この第２の
光電変模索Ｔ−２３は、第１の光電変換素子２１と同様
な第２の受光器である。

また、図に示すように、波長分離ダイクロイックミラー
１７が光路中に挿入された場合、集光された反射光の８
３０ｎｍ彼長成分が波長分離ダイクロイ１クミラ−１７
を透過して充電変換素子２１に入射し、７８０ｎＩＩ波
長成分が波長分離ダイクロインクミラー１７により反射
されて他方の光電変換素子２３に入射する。

他方、波長分離ダイクロインクミラー１７が光路外に出
され、代わりに偏光ビームスプリッタ１８が光路中に挿
入された場合、集光された反射光のＰ偏光成分が偏光ビ
ームスプリッタ１８を透過して光電変換素子２１に入射
し、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１８により反射
されて充電変換素子２３に入射する。そして、これら充
電変換素子２１．２３の出力信号はそれぞれ判定回路２
４に人力する。この判定回路２４は、光電変換素子２１
の出力信号と、充電変換素子２３の出力信号との比によ
り異物検出判定を行う回路である。

ここで、空間フィルタ１９は、第２図に示すように、対
物レンズ１５と中継レンズ１６とからなる光学系の焦点
距離をｆｌ　とし、中継レンズ２０の焦点距離ｆ２とす
ると、前記光学系（対物レンズ１５．中継レンズ１Ｂ）
の光電変換素子２１側の焦点と中継レンズ２０のウェハ
１０側の焦点とを重ねて、この重ねた焦点の位置に配置
する。その結果、空間フィルタ１９を介して得られる映
像のうち、ウェハ１０に形成されたパターンについての
映像は、第３図の（ａ）に示すような縞状のフーリエ像
となる。一方、異物の場合には、同図（ｂ）に示すよう
にぼやけた円形のいフーリエ像となる。この像は、円形
に広がって分散し、その光強度が弱いフーリエ像となる
。

すなわち、前者のパターンの場合には、その縞状の像が
結像位置を中心に離散するようなラインパターンが得ら
れ、後者の異物の場合には、それより低い光レベルでぼ
やけた像が得られる。そこで、これらの検出信号につい
て判定回路２４で、不要成分、ノイズ成分を除去すると
、第３図の光電変換素子２１では同図（ａ）に示すよう
にパターンのラインに対応して高いレベルの検出信号Ａ
が得られ、光電変換素子２３では同図（ｂ）に示すよう
にパターンのラインに対応して高いレベルの検出信号Ｂ
が得られる。そこで、これら検出信号の差（Ｃ＝Ｂ−Ａ
）或は比（Ｃ＝Ｂ／Ａ）を採ると、同図の（Ｃ）或は（
ｄ）に示すように、異物についての検出信号Ｃを得るこ
とができる。

以上のことから、光電変換素子２１では、Ｐ偏向成分を
受光し、そのＰ偏向成分がパターンの場合には大きくな
り、異物のＰ偏向成分はこれより小さくなる。一方、あ
る大きさ以下の微小異物についてはパターンと異物との
Ｐ／Ｓ比関係が逆転してパターンの方が異物よりもＰ／
Ｓの比が大きい。そこで、異物とパターンとのＰ／Ｓ比
は、前記によりさらに助長される。

以上のことから、判定回路２４では、パターンについて
の検出信号と丸物検出信号とが得られる。

なお、以上の構成のウェハ異物検査装置においては、パ
ターン表面のグレインが大きいウェハの異物検査を行う
場合、波長分離ダイクロイックミラー１７を光路中に挿
入する。また、Ｓ偏光レーザ発振器１１，１２とレーザ
発振器１３，１４を同時に動作させる。

このようにすれば、光電変換素子２１には、低い照射角
θｌで照射されたレーザビームの反射光だけが入射する
。他方の光電変換素子２３には、高い照射角θ２で照射
されたレーザビームの反射光だけが入射する。したがっ
て、検査対象のウェハの種類に適した異物検出判定を行
うことができる。

他方、パターンの段差が小さいウェハの異物検査を行う
場合、偏光ビームスプリッタ１８を光路中に挿入し、ま
た、Ｓ偏光レーザ発振器１１，１２だけを動作させる。

この場合、低照射角θｌで照射されたＳ偏光レーザビー
ムの反射光のＰ偏光成分が充電変換素子２３に入射し、
そのＳ偏光成分が光電変換素子２１に入射する。したが
って、検査対象のウェハに適した異物検出判定を行うこ
とができる。

このように、このウェハ異物検査装置は、検査すべきウ
ェハの種類に適した異物検出判定方法に切り換えること
ができる。

ここで、特開昭６１−１０３５９６号、特願昭６２−２
６１０４４号等と同様に、パターンと異物とでは、ある
大きさ以下の微小異物についてはパターンの方が異物よ
りもＰ／Ｓの比が大きいが、微小異物でない場合には、
空間フィルタの位置を実施例とは逆に反射側の光路に挿
入して、Ｐ／Ｓ比七採ってもよい。また、充電変換素子
２１の手前にＳ偏カットフィルタ、光電変換素子２３の
手前にＰ偏カットフィルタを設けてＰ／Ｓ成分の比を採
り異物を検出するようにしてもよい。

さらに、空間フィルタを選択的に挿入するようにして、
空間フィルタを挿入したときのＰ／Ｓ比とそうでないと
きのＰ／Ｓ比の両者を採取して、両者の和或は積、さら
に、両者による異物検出が重なった点を異物として検出
してもよい。

以上、一実施例について説明したが、この発明では、低
照射角と高照射角との切換えを行わず、これらの中間角
度位置に１つのＳ偏向レーザを発振器を設けてもよい。

このような場合に、単に、ハーフミラ−を設けるだけで
もよい。

実施例では、波長分離ミラー又はビームスプリブタを透
過する反射光の透過方向をほぼ垂直方向に採っているが
、これは、上方の方向であればよく、分離されるもう一
方の反射光の方向は、この上方の方向とは異なる方向に
あればよい。

また、実施例では、波長分離ミラー又はビームスプリン
タを透過した先側に空間フィルタを挿入しているが、反
射された先側に空間フィルタを挿入してもよいことはも
ちろんである。なお、この発明は、実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々に変
形して実施し得るものである。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この発明は、主として
ウェハに形成されたパターン像の光を透過させる空間フ
ィルタをいずれか一方の光路に挿入しているので、空間
フィルタが挿入された一方の光路のパターン像について
の光量が他方より大きくできる。

その結果、第１光電変換器の出力信号と第２光７区変換
器の出力信号の差或は比をとってこれらを比較すること
によりパターン付きのウェハにあっても容易に微小な異
物を検出することができ、パターンと異物との判別が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明によるウェハ異物検査装置の一実施
例の概略斜視図、第２図は、空間フィルタを挿入する位
置の説明図、第３図は、その空間フィルタの作用につい
ての説明図、第４図は、その光電変換素子における検出
信号の説明図である。 １０・・・ウェハ、１１，１２・・・低角度照射用Ｓ偏
光レーザ発振器、１３．１４・・・高角度照射用レーザ
発振器、１５・・・対物レンズ、１６・・・中継レンズ
、１７・・・波長分離ダイクロイブクミラー１８・・・
偏光ビームスプリッタ、１９・・・空間フィルタ、２０
．２２・・・中継レンズ、 ２１．２３・・・光電変換素子・、２４・・・判定回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ウェハの表面にＳ偏光ビームを斜めに照射する光
   ビーム照射手段と、前記ウェハの表面から上方へ向かう
   前記光ビームの反射光を集光する光学系と、この光学系
   の光路中に挿入された波長分離ミラー、ビームスプリッ
   タ等の前記上方に光の一部を透過させ、前記上方と異な
   る上方の方向に光の一部を反射させる光反射・透過手段
   と、この光反射・透過手段を透過した光の成分及びこれ
   により反射された光の成分がそれぞれ入射される第１及
   び第２の光電変換器と、前記光反射・透過手段と第１及
   び第２の光電変換器のいずれか一方との間に設けられ、
   主として前記ウェハに形成されたパターン像の光を透過
   させる空間フィルタと、第１光電変換器の出力信号と第
   ２光電変換器の出力信号とを比較することにより異物検
   出をするための判定を行う判定手段とを備えることを特
   徴とするウェハ異物検査装置。