JPH0435025B2 - - Google Patents

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JPH0435025B2
JPH0435025B2 JP22571484A JP22571484A JPH0435025B2 JP H0435025 B2 JPH0435025 B2 JP H0435025B2 JP 22571484 A JP22571484 A JP 22571484A JP 22571484 A JP22571484 A JP 22571484A JP H0435025 B2 JPH0435025 B2 JP H0435025B2
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Mitsuyoshi Koizumi
Yoshimasa Ooshima
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/792,320 priority patent/US4740079A/en
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Publication of JPH0435025B2 publication Critical patent/JPH0435025B2/ja
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704Angular selective
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    • G01N2021/4721Multiangle measurement using a PSD
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    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/9501Semiconductor wafers

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体LSIウエハまたはマスク特に
LSI製造中間工程でのパターン付ウエハ上等の微
小異物を高速、高感度で検出する異物検査に好適
な検出方法及びその装置に関する。 〔発明の背景〕 従来のウエハ上の異物検出装置では、()レ
ーザ光の一次元高速走査と試料の並進低速移動の
組み合せや()試料の高速回転と並進低速移動
との組合せによるら線状走査を用いて、試料全面
の走査・検出を行つていた。又、特開昭57−
80546(公知例1)では自己走査型一次元光電変換
素子アレイの電気的走査と試料低速移動を組み合
せて上記()と同等の走査を実現している。更
に、A.D.Gara:Automatic Mcrocircuit and
Wafer Inspecticon,Electroics Test,Vol.4,
No.5,May 1981.pp.60−70(公知例2)は試料ウ
エハの半径位置に自己走査型一次元光電変換素子
アレイを配置し、これと試料の回転移動を組み合
せて上記()と同等の走査を実現している。 しかし、公知例1,2の方法では、個々の光電
変換素子絵素の隣接部に存在する不感帯が異物を
走査した場合の異物の“見逃し”を避けることが
出来ない。厳密にこれを避ける為には、不感帯を
カバーする様に複数の光電素子アレイを重複して
設置する必要がある。これは必要以上に信号処理
回路量を多くして、かつ信頼性を低下させる原因
となる。しかし、光電素子アレイを重複しなくて
も上記不感帯幅に比べて検出すべき異物の大きさ
が十分大きい場合や、光電変換素子絵素幅の合計
に比べ不感帯幅の合計が無視出来る程度に小さい
場合には、上記“見逃し”は大きな問題とならな
い。公知例1,2の方法ではこのような観点から
不感帯による“見逃し”は無視している。 〔パターン付ウエハ上の異物検出〕 LSI製造の中間工程でのパターン付ウエハ上の
異物検査作業は、製品歩留り向上、信頼性向上の
為に不可欠である。この作業の自動化は特開昭55
−149829、特開昭54−101390、特開昭55−94145、
特開昭56−30630等の一連の特許に示されている
様に偏光を利用した検出方法により実現されてい
る。この原理を第43図〜第50図を使用して説
明する。 第43図に示す如く、照明光4をウエハ1表面
に対して傾斜角度φで照射したのみでは、パター
ン2と異物3から同時に反射光と散乱光5,6が
発生するので、パターン2から異物3のみを弁別
して検出することは出来ない。そこで照明光4と
して、偏光レーザ光を使用し、異物3を検出する
工夫を行つた。 第44図aに示す如く、ウエハ1上に存在する
パターン2にS偏光レーザ光4を照射する。(こ
こで、レーザ光4の電気ベクトル10がウエハ表
面に平行な場合をS偏光レーザ照明と呼ぶ)一般
にパターン2の表面凹凸は微視的に見ると照明光
の波長に比べ十分小さく、光学的に滑らかである
ので、その反射光5もS偏光成分11が保たれ
る。従つて、S偏光遮光の検光子13を反射光5
光路中に設置すれば、反射光5は遮光され、光電
変換素子7には到達しない。一方、第44図bに
示す如く、異物3からの散乱光6にはS偏光成分
11に加えてP偏光成分12も含まれる。これ
は、異物3表面は粗く、偏光が解消される結果、
P偏光成分12が発生するからである。従つて、
検光子13を通過するP偏光成分14を光電変換
素子7により検出すれば、異物3の検出が出来
る。 ここでパターン反射光は、第43図に示す様に
レーザ光4に対してパターン2の長手方向となす
角度が直角の場合には、反射光5は検光子13に
より完全に遮光されるが、この角度が直角と異な
る場合は完全には遮光されない。この考察は計測
自動制御学会論文集のVol.17,No.2,p232.〜
p242,1981.に述べている。これによれば、この
角度が直角より±30°以内の範囲のパターンから
の反射光のみが、ウエハ上方に設置した対物レン
ズに入射するので、この範囲のパターン反射光5
は検光子13により完全には遮光されないが、そ
の強度は2〜3μm異物散乱光と弁別出来る程度
に小さいので、実用上問題とならない。 ここで偏光レーザ4の傾斜角度φは1°〜3°程度
に設定している。これは以下に示す理由による。
第45図に示す実験では、S偏光レーザ4に対す
る2μmφ異物散乱光の検光子13通過成分14
の強度Vsとパターン反射光5の検光子通過成分
強度Vpを対物レンズ9(倍率40×,N.A=0.55)
を用いて測定した。実験結果を第46図に示す。
これはレーザ傾斜角度φを横軸にとり、異物・パ
ターンの弁別比Vs/Vpをプロツトした。同図よ
り傾斜角度φが5°以下の場合にVsはVpと容易に
弁別出来るので、安定な異物検出が可能となる。
又、設計的な事柄を考慮すると、φ=1°〜3°が最
適である。(特開昭56−30630参照) ここで、レーザ光源15は左右から2ケ用いて
いるのは、異方性を有する散乱光を発生する異物
に対して安定な検出を可能とする目的からで 次に、この検出原理を用いた異物検査方法を第
47図〜第50図に説明する。 第47図aに示す様に、検出範囲を制限する為
にスリツト8を試料結像面に設ける。これにより
スリツト8の開口部の試料上への投影面積8aの
範囲内の散乱光のみが一度に検出されるので、こ
の面積内でのパターン反射光P成分の積算強度1
4pに比べて異物散乱光P成分14dが十分大き
ければ、異物3が安定に検出出来る。故に、この
面積8aは検出すべき異物の大きさ(2〜3μm)
と同程度の大きさにすれば、検出感度が最適とな
るが、第50図bに示す様な走査回数が多くな
り、長時間の検査時間を有する。逆に開口面積8
aを大きくすると、短時間に検査が出来るが、検
出感度が劣化する結果となる。これを考慮して、
現在では面積8aを10×200μm2として、2〜3μm
の異物を約2分で(150cm〓ウエハの場合)検査し
ている。この様子を第48図、第49図を用いて
説明する。 まず、第48図ではウエハ表面の平面図aと断
面図bを示す。パターン2には()パターンの
僅かな凹みや()レーザ光4の照射方向に対し
て直角以外の角度を有する個所があり、この個所
の各々から僅かな散乱光P成分14pが発生す
る。一方、0.5〜2μm程度の大きさの小異物3a
と2μm以上の大異物3bからは、上記(),
()の個所の各々に比べて大きな強度のP成分
14dが発生する。 第49図には、開口8aが試料上を走査した場
合の光電変換素子7の信号出力を示す。同図aで
はP成分14p(回路パターン)及び14d(異
物)の試料上の分布を示す。この分布上を開口8
aが走査すると同図bに示す映像信号出力VP
得、これを二値化すると同図cに示す欠陥信号が
得られる。この例では小異物3aとパターン2の
エツジからの出力が同一であるので、破線で示す
閾値はこの出力より高い位置に設定せざるを得な
いので、この結果、大異物のみの検出に限定され
る。 しかし、256KbitメモリーLSIに代表される高
集積LSIの製造においては、1μmの大きさの異物
の存在が製品歩留りに大きく影響するので、1μ
m異物の検出感度が必要となる。これは第47図
に示す装置で開口8aを5×5μm2以下に制限す
れば、前記(),()の散乱光P成分の積算効
果が、開口8aが10×200μm2の場合に比べて低
減されるので、その結果、1μm異物検出が可能
となる。しかし、この場合、検査時間が約40倍と
なり、製造スループツトとの同期が取れず、実用
化に問題がある。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、微細な小異物を回路パターン
と弁別して高速に検査することができるようにし
た異物検出方法及びその装置を提供することにあ
る。 〔発明の概要〕 即ち本発明は、回路パターンを有する試料上の
微小異物を検出する方法において、上記試料表面
に向けて少なくとも一つのレーザ光を照射し、該
試料表面からの散乱光を検出して、レーザ光の偏
光を利用して異物が強調された第1の信号と、回
路パターンが強調された第2の信号とを得、該第
1の信号と第2の信号とを、更に異物が強調され
るように比較して微小異物を検出することを特徴
とする異物検出方法であり、また本発明は、回路
パターンを有する試料上の微小異物を検出する装
置において、上記試料表面に向けて少なくとも一
つのレーザ光を照射し、該試料表面からの散乱光
を検出して、レーザ光の偏光を利用して異物が強
調された第1の信号と、回路パターンが強調され
た第2の信号とを得る光学手段と、該光学手段に
よつて得られる第1の信号と第2の信号とを、更
に異物が強調されるように比較して微小異物を検
出する比較手段とを備えたことを特徴とする異物
検出装置である。また、本発明は、異物に対して
散乱効果の大きな偏光レーザ照明に加えて、散乱
効果の小さな照明との2種照明を行う。前者照明
による散乱光は異物で発生し易く、後者照明によ
る散乱光はパターンで発生し易いことに着目し
て、両者散乱光信号の比を検出することにより、
微細な異物を更に安定・高感度に検出できるよう
にしたことにある。 又、本発明では個々の画絵の受光部の大きさが
5×5μm2(試料面上に換算)程度以下の複数の
光電変換固体撮像素子を使用し、各々の素子から
の出力信号を同時に並列比較処理することによ
り、高速性を劣化せずに、高感度に異物検査を行
うことにある。 〔発明の実施例〕 第1図〜第13図を用いて本発明の実施例を詳
述する。 第1図では、従来例第50図のスリツト8に代
り、固体撮像素子アレイ20を用いる様子を示
す。 第2図は固体撮像素子アレイ20の例を説明す
る。受光部20aはシリコンフオトダイオードや
GaAsPフオトダイオードであり、このうちで特
にPIN接合型のものが、高速応答性、高感度、の
特性を有し、本発明の用途に最適である。各々の
受光部20a(画素)の大きさの幅は500μmであ
り、隣接する画素の間には幅50μmの不感帯があ
る。画素数は40ケを有している場合、例えば検出
系の総合倍率100倍(対物レンズ9の倍率40×と
リレーレンズ(図示せず)の倍率2.5×の場合)
とすれば、1画素の大きさは試料面上で5×5μ
2となり、結局5×220μm2の範囲を検出しなが
ら走査していることになり、従来と同程度の検査
速度となる。 この固体撮像素子アレイ20の効果を第3図に
説明する。比較の為、第50図に示す従来例を同
図右d,e,fに示す。同図左a,b,cには簡
単の為、画素数を5ケ(i,j,k,l,m)と
している。同図aは固体撮像素子アレイ20で走
査する状態を示し、bはそれによつて得られる映
像信号(Si1,Sj1,Sk1,Sl1,Sm1)を示し、c
は閾値VTHで2値化した信号(Si2,Sj2,Sk2
Sl2,Sm2)を示す。画素kの出力信号Sk1を閾値
VTHで二値化すれば、二値化信号Sk2は小異物3
aでも“1”となり、従来に比べて、感度向上が
得られる。 第4図には、固体撮像素子アレイ20の各々の
画素の信号処理方法を示す。画素i〜nの各々の
出力は二値化回路21で並列に同時二値化され
て、二値化信号(“1”)はOR回路22に導か
れ、少なくても一つの画絵で異物が検出された場
合にOR回路の出力は“1”となり、異物メモリ
23に入力する。この方法により、40ケの画素出
力は同時並列処理され、自己走査型撮像素子を用
いた場合に比べて大幅な検査速度及び検出感度の
向上が計れる。 しかしながら、固体撮像素子アレイ20の不感
帯20bは以下に説明する欠点を生じさせる。こ
の解決策を第5図〜第9図に示す。 第5図及び第7図に示す様に、固体撮像素子ア
レイ20の配列方向と走査方向とが直角の場合
で、画素iとjの間の不感帯20bと小異物3c
の関係が同図の様な場合には、小異物3cを見逃
してしまう。(第5図の場合aからbに走査され
る。)そこで、第6図及び第8図に示す如く、固
体撮像素子アレイ20の配列方向と走査方向とを
適当な角度(例えば45度)を有するようにすれ
ば、上記見逃しを避けることが出来る。(第6図
の場合aからb,bからcと走査される。)この
角度は、画絵20aの形状が矩形の場合には必ず
しも45°とする必要は無い。 第8図では小異物3cは画素j,kにより重複
して検出されるので結果としてダブルカウントさ
れる。しかし、このダブルカウントを避ける方法
として特開昭56−132549や特開昭56−118187や特
開昭57−66345や特開昭56−126747や特開昭56−
118647で述べている方法を用いればよい。 第9図は、ら線状走査の場合での本発明の適用
例を示す。 第10図は実施例の全体構成を示す。ウエハ1
は真空チユーブ41でウエハチヤツク40に吸着
されながら、Xステージ46及びYステージ49
によりXY方向に移動する。固体撮像素子アレイ
20で検出された異物情報は二値化回路21、
OR回路22を経て異物メモリ23を包含する制
御回路32に至り、表示装置33で表示される。 本発明では画素の大きさを5×5μm2程度以下
にしているので、ウエハ表面のうねりに起因する
焦点ずれが検査中に発生すると、異物検出感度が
著しく低下する。そこで、自動焦点検出部30に
より、検査中に焦点ずれ量を検出して、焦点機構
用モータ43のドライバー31にフイードバツク
するため構成を用いることが不可欠である。この
自動焦点機能の原理は第22回SICE学術講演会前
刷集のp223〜p224に発表し、及び特開昭58−
70540に記載されている通りであるが、第11図
〜第13図を用いてこの原理を説明する。この方
法は、試料上のパターンに影響されずに安定に自
動焦点を行うことに特徴があるので、本発明には
最適である。 第11図には自動焦点検出部30の主要部を示
す。縞パターンガラス板上の縞パターン60a,
60bは各々対物レンズ9により試料上に投影さ
れるが、各々の合焦点位置は撮像素子アレイ20
の合焦点に対して若干上がりすぎ及び下がりすぎ
に設定されている。各々の縞パターン60a,6
0bの試料上の像は対物レンズ9で拡大され半透
過ミラー34,62で反射され、撮像素子61の
上に結像される。 第12図aはウエハ下りすぎ(Z<0)の場
合、撮像素子61上に結像される投影縞パターン
を示し、第12図dは第12図aに示す場合にお
ける撮像素子61で検出される映像信号波形を示
す。第12図bは合焦点位置(Z=0)の場合、
撮像素子61上に結像される投影パターンを示
し、第12図cは第12図bに示す場合における
撮像素子61で検出される映像信号波形を示す。
第12図eはウエハ上りすぎ(Z>0)の場合、
撮像素子61上に結像される投影縞パターンを示
し、第12図fは第12図cに示す場合における
撮像素子61で検出される映像信号波形を示す。 従つて、撮像素子61の検出信号は撮像素子ア
レイ20が合焦点の場合には、縞パターン60a
と60bに対応する個所で等しくなるので両者の
差信号は零となる。 一方、上がりすぎ(又は下がりすぎ)の場合に
は、撮像素子61の合焦点からのずれと差信号の
出力の大きさが対応するので、第13図に示すサ
ーボ信号が得られる。同図では試料面がアルミ面
の場合と複雑なパターン(メモリーセル面)の場
合で差信号の実測例を示す。これにより、±0.5μ
m以内の焦点合せが可能となるので、対物レンズ
9の倍率40×の場合には、安定した異物検出が可
能となる。自動焦点機構として、例えば第10図
に示すような、モータ43、斜面45、球44、
板バネ42を用いる構成が簡単である。 次に本発明の請求範囲に対応する説明を第14
図〜第29図を用いて説明する。 まず、第14図、第15図を用いて基本的な原
理を述べる。第47図の方法において、検光子1
3を取り除き、偏光ビームスプリツタ150を設
置すると第14図となる。ここで、スリツト8
H,8Lは試料上の同一点を検出している。偏光
ビームスプリツタ150は、P偏光成分を反射
し、S偏光成分を通過させる特性を有するので、
光電変換素子7Lの出力Vpは第47図(第49
図)と同一となる。これを第15図a,bに写
す。一方、第15図cのように走査されて光電変
換素子7Hからの出力Vsは第15図dに示す如
くとなる。a,bとc,dを比較すると、a,b
では異物の方がパターンに比べ出力が高くなり、
c,dではパターンの方が出力が高くなる。そこ
で、両者の出力比Vp/Vsをアナログ比較回路1
00で演算し(第15図eに示す)、二値化回路
101において閾値mで二値化すると(第15図
fに示す)、(第49図における二値化では検出不
可能であつた)小異物3aの検出が可能となるこ
とが判る。又、前述した固体撮像素子アレイ20
H,20Lを光電変換素子7H,7Lの代りに用
いれば、検出感度向上が計れる。この場合には、
アナログ比較回路100と二値化回路101は複
数個用いてアナログ比較を同時に並列的に行う必
要がある(第16図参照)。 以上の照明・検出法を()型照明と呼ぶ。 次に第17図及び第18図を用い、()型照
明を説明する。これは、第46図に示す傾斜角度
φによる異物とパターンの出力特性を利用して第
17図に示す如く、例えば同時に低角度S偏光照
明光15L(波長λ1)と高角度S偏光照明光(波
長λ2)15Hを同一試料点に照明して、色分解用
分岐プリズムと検光子151H,151LでP成
分のみをアレイ20H,20Lにより検出・比較
する方法である。アレイ20H,20Lの出力と
二値化法を第18図に示す。 第18図aは、異物3a,3bが存在する例え
ばSi上に斜め下側よりレーザ光を照射した場合を
示す。同図bはその場合の出力信号VLを示し、
同図cはその二値信号を示す。第18図dは例え
ばSi上に斜め上側よりレーザ光を照射した場合を
示す。同図eはその場合の出力信号VHを示す。
第18図fはVL/VHの信号波形を示し、同図gはそ の二値信号を示す。 上記、照明・検光条件は第30図aでモデル化
して表す。()型照明においては、上記のS偏
光照明光15L,15Hの使用のみに限らず、第
30図b〜h、第31図a〜dに示す種々の照明
光・検光の条件を用いることも出来る。この中
で、異物の方を強調する照明・検光条件Lには(イ)
S偏光照明でP偏光成分の検光又は(ロ)P偏光照明
でP偏光成分の検光のいずれの条件を用いてい
る。この理由は後で詳しく述べる。 一方、パターンの方を強調する照明・検光の条
件Hは、上記(イ),(ロ)以外の場合ならよいので必ず
しも偏光を用いなくてもよい。(即ち通常のハロ
ゲンランプ等のインコヒーレント光を用いてもよ
く、これは第30図a〜h及び第31図a〜dで
S+Pの記号で示す。) 上記、色分解用分岐プリズムは、特開昭55−
149829や特開昭56−43539で述べているダイクロ
イツクプリズム(又はミラー)を設けることや、
光分岐用プリズム(半透過ミラー)と色フイルタ
又は干渉フイルタを組み合せて用いてもよい。 また、照明光15H,15LはHe−Neレーザ
(λ=6.328Å)やGaAlAsレーザダイオード(λ
=7.800〜8.300Å)やInGaAsPレーザダイオード
(λ=13.000Å)やArレーザ(例えば4580Å)の
中から異なる2種を選択すれば、レンズ系15
bLにより試料面で絞られるので高い照度が得ら
れ、検出が更に安定になる。 上述した様に、()型照明では、異物強調照
明(L)には(イ)又は(ロ)の条件を満たし、かつパタ
ーン強調照明(H)と異物強調照明(L)は異な
る波長(λ1,λ2)であることが必須の条件とな
る。 ここで、色分解の代わりに、特開昭57−66345
に示す如く、時分割検出を行い(L),(H)での
検出出力を比較する方式を用いれば、照明・検光
を構成部品が簡単になる。この場合には照明は一
種でアレイ20も1ケで足りるが、検光子にはポ
ツケルセル等の高速検光特性切換え機能を有する
光素子が不可欠である。 次に第19図〜第28図を用いて本発明の実施
例を説明する。 第19図は第16図に示す信号処理回路の詳細
を示す。これは第4図と同様な方法である。 第20図〜第22図は第10図、第20図と同
様であるが、異なる点は、照明光15H、レンズ
系15bHと光分岐プリズム150、色フイルタ
151H,151L、アレイ20H、アナログ比
較回路100を追加した点である。 第23図〜第28図を用いてアナログ比較方法
を更に詳述する。 第23図及び第24図は第17図の条件を用
い、実験した結果を示す。実験ではパターン2の
出力14pに関しては、パターン2を照明光4
H,4Lのウエハ表面への投影方向に対して直角
より角度η回転させながらパターン出力VL,VH
を測定した。一方、異物は0.7,1,2μmの標準
粒子を用いて(この場合は回転をする必要はな
い)VL,VHを測定した。この測定値を第24図
に示す。これよりパターンの任意の角度において
も、パターンからの出力比(白丸印)VL/VH
m(図中の破線の傾きの逆数)より小さい事が判
る。一方、黒丸印で示す異物の出力比VL/VH
mより大きい。 第24図の異物とパターンの出力特性を考慮し
て電気回路により両者を弁別する方法を第25図
〜第28図に説明する。 第25図、第26図ではアナログ割算回路を用
いた例を示す。出力比VL/VHはアナログ割算回
路100で演算され、VL/VH>mの場合二値化
回路101により“1*”が出力される。ここで注
意することは、出力比演算において、VHが小さ
い場合には演算誤差が大きくなり、演算結果が不
安定となる(例えば、VHが零の場合、VL/VH
∞となる)ことである。これを避ける方法として
二値化回路104でVL>VTH(VTHは0.5μm程度の
異物に対応するVLの値)の場合(“1**”)に限り
VL/VHの演算結果を有効“1”とすればよい。
これは二値化回路104とAND回路103によ
り具現化される。 第27図、第28図はアナログ減算回路105
を用いた例を示す。この場合には、H又はLの照
明光強度の調整やアレイ20H又は20Lの出力
増幅器(図示せず)のゲインを調整し、m=1
(傾き45度)とすることが肝要である。アナログ
減算回路105の結果VL−VHは二値化回路10
4の出力が“1**”の場合(VL>VTH)に限り有
効とすることは同様である。 以上のアナログ割算・減算の代わりに出力を
A/D変換して、デイジタル値で演算してもよ
い。 第29図は()型照明を示す。この場合には
照明光15H,15Lは各々波長λ1,λ2を有し、
色分解光学系として例えば光分岐プリズム15
0、色フイルタ151H,151Lを用いてい
る。ここで照明系の半透過ミラー15Cは15
H,15Lの照明光を合成する為に用いる。 以上、(),(),()型の照明・検光条件
においては、異物を強調する条件(L)は前記
(イ),(ロ)の条件を用いることが必須である。一方、
パターンを強調する条件(H)第30図a〜h〜
第31図a〜dに示す様に種々考えられる。次に
示す第1表は()()()型条件における第
30図のa〜h′第31図a〜dの適用可否を表わ
すものである。
[Field of Application of the Invention] The present invention is particularly applicable to semiconductor LSI wafers or masks.
The present invention relates to a detection method and apparatus suitable for foreign particle inspection that detects microscopic foreign particles on patterned wafers, etc., at high speed and with high sensitivity during LSI manufacturing intermediate steps. [Background of the Invention] Conventional foreign particle detection devices on wafers detect linear particles by () a combination of one-dimensional high-speed scanning of a laser beam and low-speed translational movement of a sample, and () a combination of high-speed rotation and low-speed translational movement of a sample. Scanning was used to scan and detect the entire surface of the sample. Also, JP-A-57-
80546 (known example 1) combines electrical scanning of a self-scanning one-dimensional photoelectric conversion element array and low-speed sample movement to achieve scanning equivalent to the above (). Furthermore, ADGara: Automatic Microcircuit and
Wafer Inspection, Electronics Test, Vol.4,
No. 5, May 1981, pp. 60-70 (known example 2), a self-scanning one-dimensional photoelectric conversion element array is placed at the radial position of the sample wafer, and this is combined with rotational movement of the sample to achieve the above (). Achieves equivalent scanning. However, in the methods of Known Examples 1 and 2, it is impossible to avoid "missing" a foreign object when the dead zone existing in the adjacent portion of each photoelectric conversion element picture element scans the foreign object. In order to strictly avoid this, it is necessary to install a plurality of photoelectric element arrays in an overlapping manner so as to cover the dead zone. This causes an unnecessarily large amount of signal processing circuitry and a decrease in reliability. However, even if the photoelectric element arrays are not overlapped, the size of the foreign object to be detected is sufficiently large compared to the above dead zone width, or the total dead zone width is small enough to be ignored compared to the total photoelectric conversion element pixel width. In that case, the above-mentioned "missing" will not be a big problem. From this point of view, the methods of Known Examples 1 and 2 ignore "missing" due to the dead zone. [Detection of foreign objects on patterned wafers] Inspection of foreign objects on patterned wafers during the intermediate process of LSI manufacturing is essential for improving product yield and reliability. The automation of this work was published in Japanese Patent Publication No. 55
-149829, JP-A-54-101390, JP-A-55-94145,
This is realized by a detection method using polarized light, as shown in a series of patents such as Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-30630. This principle will be explained using FIGS. 43 to 50. As shown in FIG. 43, if only the illumination light 4 is irradiated onto the surface of the wafer 1 at an inclination angle φ, reflected light and scattered lights 5 and 6 will be generated from the pattern 2 and the foreign matter 3 at the same time. It is not possible to distinguish and detect only 3. Therefore, a device was devised to detect the foreign matter 3 by using polarized laser light as the illumination light 4. As shown in FIG. 44a, a pattern 2 existing on a wafer 1 is irradiated with S-polarized laser light 4. (Here, when the electric vector 10 of the laser beam 4 is parallel to the wafer surface, it is called S-polarized laser illumination.) In general, the surface irregularities of the pattern 2 are microscopically small enough compared to the wavelength of the illumination light, and the optical Since the reflected light 5 is smooth, the S-polarized light component 11 is maintained in the reflected light 5 as well. Therefore, the reflected light 5
If installed in the optical path, the reflected light 5 is blocked and does not reach the photoelectric conversion element 7. On the other hand, as shown in FIG. 44b, the scattered light 6 from the foreign object 3 includes a P-polarized light component 12 in addition to the S-polarized light component 11. This is because the surface of the foreign object 3 is rough and the polarization is canceled.
This is because the P-polarized light component 12 is generated. Therefore,
If the P-polarized light component 14 passing through the analyzer 13 is detected by the photoelectric conversion element 7, the foreign object 3 can be detected. Here, as shown in FIG. 43, when the angle between the longitudinal direction of the pattern 2 and the laser beam 4 is at right angles, the reflected light 5 is completely blocked by the analyzer 13, but as shown in FIG. If this angle is different from the right angle, light will not be completely blocked. This discussion is published in Proceedings of the Society of Instrument and Control Engineers, Vol.17, No.2, p232.
It is stated on p242, 1981. According to this, only the reflected light from the pattern whose angle is within ±30° from the right angle enters the objective lens installed above the wafer, so the pattern reflected light within this range 5
Although the light is not completely blocked by the analyzer 13, its intensity is small enough to be distinguished from the 2-3 μm foreign object scattered light, so it does not pose a practical problem. Here, the inclination angle φ of the polarized laser 4 is set to about 1° to 3°. This is for the reason shown below.
In the experiment shown in FIG.
The intensity Vs of the pattern reflected light 5 and the intensity Vp of the component passing through the analyzer of the pattern reflected light 5 are calculated using the objective lens 9 (magnification 40×, NA=0.55).
Measured using The experimental results are shown in FIG.
This plotted the laser inclination angle φ on the horizontal axis and plotted the foreign matter/pattern discrimination ratio Vs/Vp. As shown in the figure, when the inclination angle φ is 5° or less, Vs can be easily distinguished from Vp, so stable foreign object detection is possible.
Moreover, considering design matters, φ=1° to 3° is optimal. (Refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-30630.) The reason why two laser light sources 15 are used from the left and right is to enable stable detection of foreign objects that generate anisotropic scattered light. Next, a foreign substance inspection method using this detection principle will be explained with reference to FIGS. 47 to 50. As shown in FIG. 47a, a slit 8 is provided on the sample imaging surface to limit the detection range. As a result, only the scattered light within the projected area 8a of the opening of the slit 8 onto the sample is detected at a time, so that the integrated intensity of the pattern reflected light P component within this area is 1
If the foreign matter scattered light P component 14d is sufficiently large compared to 4p, the foreign matter 3 can be stably detected. Therefore, this area 8a is the size of the foreign object to be detected (2 to 3 μm)
If the size is about the same as , the detection sensitivity will be optimal, but the number of scans will be increased as shown in FIG. 50b, and the inspection time will be long. On the other hand, the opening area is 8
If a is increased, inspection can be performed in a short time, but the detection sensitivity will deteriorate. Considering this,
Currently, the area 8a is 10 x 200μm2, and it is 2 to 3μm.
It takes about 2 minutes to detect foreign particles (for 150cm wafers). This situation will be explained using FIG. 48 and FIG. 49. First, FIG. 48 shows a plan view a and a cross-sectional view b of the wafer surface. The pattern 2 includes () slight depressions in the pattern and () portions having angles other than perpendicular to the irradiation direction of the laser beam 4, and a small amount of scattered light P component 14p is generated from each of these portions. On the other hand, a small foreign particle 3a with a size of about 0.5 to 2 μm
And from the large foreign matter 3b of 2 μm or more, the above (),
A P component 14d having a larger intensity than each of the locations in parentheses is generated. FIG. 49 shows the signal output of the photoelectric conversion element 7 when the aperture 8a scans over the sample. Figure a shows the distribution of P components 14p (circuit pattern) and 14d (foreign matter) on the sample. Opening 8 on this distribution
When a is scanned, a video signal output V P shown in b of the same figure is obtained, and when this is binarized, a defect signal shown in c of the same figure is obtained. In this example, since the output from the small foreign object 3a and the edge of pattern 2 are the same, the threshold shown by the broken line must be set at a higher position than this output, and as a result, the detection is limited to only large foreign objects. Ru. However, in the manufacturing of highly integrated LSIs such as 256Kbit memory LSIs, the presence of foreign matter as small as 1μm greatly affects product yield, so 1μm
m Foreign object detection sensitivity is required. This means that if the aperture 8a is limited to 5×5 μm 2 or less in the device shown in FIG. As a result, it becomes possible to detect 1 μm foreign matter. However, in this case, the inspection time increases by about 40 times, making it impossible to synchronize with the manufacturing throughput, which poses a problem in practical application. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a method and apparatus for detecting foreign matter that can distinguish minute foreign matter from circuit patterns and inspect them at high speed. [Summary of the Invention] That is, the present invention provides a method for detecting minute foreign matter on a sample having a circuit pattern, which includes: irradiating at least one laser beam toward the sample surface and detecting scattered light from the sample surface. By using the polarization of the laser beam, a first signal in which the foreign matter is emphasized and a second signal in which the circuit pattern is emphasized are obtained. A foreign matter detection method is characterized in that a minute foreign matter is detected by comparison in such a way that the irradiate with at least one laser beam, detect the scattered light from the surface of the sample, and generate a first signal in which foreign matter is emphasized using the polarization of the laser beam, and a second signal in which the circuit pattern is emphasized. the first signal and the second signal obtained by the optical means, and a comparing means for detecting minute foreign matter by comparing the first signal and the second signal obtained by the optical means so that the foreign matter is further emphasized. This is a foreign object detection device characterized by the following. Further, the present invention performs two types of illumination, including polarized laser illumination that has a large scattering effect on foreign objects and illumination that has a small scattering effect. Focusing on the fact that scattered light from the former illumination is likely to be generated by foreign objects, and scattered light from the latter illumination is likely to be generated by patterns, by detecting the ratio of the two scattered light signals,
The aim is to enable even more stable and highly sensitive detection of minute foreign matter. Furthermore, in the present invention, a plurality of photoelectric conversion solid-state image sensors each having a light-receiving area size of about 5 x 5 μm 2 (converted to the sample surface) or less are used, and the output signals from each element are simultaneously transmitted. By performing parallel comparison processing, foreign matter inspection can be performed with high sensitivity without deteriorating high speed performance. [Embodiments of the Invention] Examples of the present invention will be described in detail using FIGS. 1 to 13. FIG. 1 shows how a solid-state image sensor array 20 is used in place of the slit 8 in the conventional example shown in FIG. FIG. 2 explains an example of the solid-state image sensor array 20. The light receiving part 20a is a silicon photodiode or
GaAsP photodiodes, and among these, PIN junction type photodiodes have characteristics such as high-speed response and high sensitivity, and are most suitable for the use of the present invention. The width of each light receiving portion 20a (pixel) is 500 μm, and there is a dead zone of 50 μm width between adjacent pixels. When the number of pixels is 40, for example, the total magnification of the detection system is 100x (when the magnification of the objective lens 9 is 40x and the magnification of the relay lens (not shown) is 2.5x).
Then, the size of one pixel is 5×5μ on the sample surface.
m 2 , which means that an area of 5×220 μm 2 is being scanned while being detected, and the inspection speed is about the same as that of the conventional method. The effects of this solid-state image sensor array 20 will be explained with reference to FIG. For comparison, the conventional example shown in FIG. 50 is shown at d, e, and f on the right side of the figure. For simplicity, the number of pixels in a, b, and c on the left side of the figure is 5 (i, j, k, l, m). In the figure, a shows the scanning state with the solid-state image sensor array 20, b shows the video signals (Si 1 , Sj 1 , Sk 1 , Sl 1 , Sm 1 ) obtained thereby, and c
is the signal (Si 2 , Sj 2 , Sk 2 ,
Sl 2 , Sm 2 ). The output signal Sk 1 of pixel k is the threshold
If you binarize with V TH , the binarized signal Sk 2 will be small foreign matter 3.
Also, a is "1", and sensitivity is improved compared to the conventional method. FIG. 4 shows a signal processing method for each pixel of the solid-state image sensor array 20. The outputs of each of the pixels i to n are simultaneously binarized in parallel in a binarization circuit 21, and the binarized signals (“1”) are led to an OR circuit 22 to detect foreign objects in at least one picture. When detected, the output of the OR circuit becomes “1” and is input to the foreign object memory 23. With this method, the outputs of 40 pixels are processed simultaneously in parallel, and inspection speed and detection sensitivity can be significantly improved compared to when a self-scanning image sensor is used. However, the dead zone 20b of the solid-state image sensor array 20 causes a drawback as described below. This solution is shown in FIGS. 5-9. As shown in FIGS. 5 and 7, when the arrangement direction of the solid-state image sensor array 20 and the scanning direction are perpendicular, a dead zone 20b and a small foreign object 3c between pixels i and j
If the relationship is as shown in the figure, the small foreign object 3c will be overlooked. (In the case of FIG. 5, scanning is performed from a to b.) Therefore, as shown in FIGS. 6 and 8, the arrangement direction of the solid-state image sensor array 20 and the scanning direction are set at an appropriate angle (for example, 45 degrees) By having this, the above-mentioned oversight can be avoided. (In the case of FIG. 6, scanning is performed from a to b and from b to c.) This angle does not necessarily need to be 45° if the shape of the picture 20a is rectangular. In FIG. 8, the small foreign object 3c is detected redundantly by pixels j and k, resulting in double counting. However, as a way to avoid this double counting, there are ways to avoid this double counting.
You can use the method described in 118647. FIG. 9 shows an example of application of the invention in the case of spiral scanning. FIG. 10 shows the overall configuration of the embodiment. Wafer 1
is attracted to the wafer chuck 40 by the vacuum tube 41, while the X stage 46 and Y stage 49
to move in the XY direction. Foreign object information detected by the solid-state image sensor array 20 is transmitted to a binarization circuit 21,
The signal passes through the OR circuit 22 to a control circuit 32 including a foreign object memory 23, and is displayed on a display device 33. In the present invention, the pixel size is set to be approximately 5×5 μm 2 or less, so if defocusing due to wafer surface undulation occurs during inspection, the foreign object detection sensitivity will be significantly reduced. Therefore, it is essential to use a configuration in which the automatic focus detection section 30 detects the amount of defocus during inspection and provides feedback to the driver 31 of the focus mechanism motor 43. The principle of this autofocus function was announced on pages 223 to 224 of the preprint collection of the 22nd SICE Academic Conference, and
70540, this principle will be explained using FIGS. 11 to 13. This method is ideal for the present invention because it is characterized by stable automatic focusing without being affected by the pattern on the sample. FIG. 11 shows the main parts of the automatic focus detection section 30. Striped pattern 60a on the striped pattern glass plate,
60b are each projected onto the sample by the objective lens 9, but each focal point position is determined by the imaging element array 20.
The focus point is set slightly too high and low relative to the focal point. Each stripe pattern 60a, 6
The image 0b on the sample is magnified by the objective lens 9, reflected by the semi-transmissive mirrors 34 and 62, and formed on the image sensor 61. FIG. 12a shows the projected fringe pattern imaged on the image sensor 61 when the wafer is too low (Z<0), and FIG. 12d shows the projected fringe pattern detected by the image sensor 61 in the case shown in FIG. 12a. This shows the video signal waveform. Fig. 12b shows the case of the focal point position (Z=0),
A projection pattern formed on the image sensor 61 is shown, and FIG. 12c shows a video signal waveform detected by the image sensor 61 in the case shown in FIG. 12b.
Figure 12e shows when the wafer is too high (Z>0),
The projection fringe pattern imaged on the image sensor 61 is shown, and FIG. 12f shows the video signal waveform detected by the image sensor 61 in the case shown in FIG. 12c. Therefore, when the image sensor array 20 is in focus, the detection signal of the image sensor 61 corresponds to the striped pattern 60a.
and 60b, so the difference signal between the two becomes zero. On the other hand, in the case of too much rise (or too much fall), the deviation from the in-focus point of the image sensor 61 corresponds to the magnitude of the output of the difference signal, so that the servo signal shown in FIG. 13 is obtained. The figure shows an example of actual measurement of the difference signal when the sample surface is an aluminum surface and when the sample surface has a complicated pattern (memory cell surface). This results in ±0.5μ
Since focusing within m is possible, stable foreign object detection is possible when the objective lens 9 has a magnification of 40x. As an automatic focusing mechanism, a motor 43, a slope 45, a ball 44, as shown in FIG.
The configuration using the plate spring 42 is simple. Next, the explanation corresponding to the claims of the present invention will be explained in the fourteenth section.
This will be explained using FIGS. First, the basic principle will be described using FIGS. 14 and 15. In the method shown in FIG.
14 is obtained by removing 3 and installing a polarizing beam splitter 150. Here, slit 8
H and 8L detect the same point on the sample. Since the polarizing beam splitter 150 has a characteristic of reflecting the P-polarized light component and passing the S-polarized light component,
The output Vp of the photoelectric conversion element 7L is shown in Fig. 47 (Fig. 49).
(Figure). This is shown in Figures 15a and b. On the other hand, the output Vs from the photoelectric conversion element 7H after being scanned as shown in FIG. 15c becomes as shown in FIG. 15d. Comparing a, b and c, d, a, b
Then, the foreign object has a higher output than the pattern,
For patterns c and d, the output is higher in the pattern. Therefore, the output ratio Vp/Vs of both is calculated by the analog comparison circuit 1.
00 (shown in Fig. 15 e) and binarized with a threshold value m in the binarization circuit 101 (shown in Fig. 15 f). ) It can be seen that it is possible to detect small foreign objects 3a. Moreover, the solid-state image sensor array 20 described above
If the photoelectric conversion elements 7H and 20L are used in place of the photoelectric conversion elements 7H and 7L, the detection sensitivity can be improved. In this case,
It is necessary to use a plurality of analog comparison circuits 100 and binarization circuits 101 to simultaneously perform analog comparison in parallel (see FIG. 16). The above illumination/detection method is called ()-type illumination. Next, the ()-type illumination will be explained using FIGS. 17 and 18. For example, as shown in FIG . 17, by using the output characteristics of the foreign matter and the pattern due to the inclination angle φ shown in FIG. In this method, the same sample point is illuminated with (wavelength λ 2 ) 15H, and only the P component is detected and compared using arrays 20H and 20L using a color separation branching prism and analyzers 151H and 151L. The outputs of the arrays 20H and 20L and the binarization method are shown in FIG. FIG. 18a shows a case where a laser beam is irradiated diagonally from below onto, for example, Si where foreign substances 3a and 3b are present. Figure b shows the output signal V L in that case,
Figure c shows the binary signal. FIG. 18d shows a case in which, for example, a laser beam is irradiated onto Si from an obliquely upper side. Figure e shows the output signal VH in that case.
FIG. 18f shows the signal waveform of V L /V H , and FIG. 18g shows its binary signal. The above illumination and analysis conditions are modeled and shown in FIG. 30a. ( ) type illumination is not limited to the use of the above-mentioned S-polarized illumination lights 15L and 15H, but also various illumination light and analysis conditions shown in FIGS. 30b to 30b and 31a to d. You can also do it. Among these, lighting/analysis condition L that emphasizes foreign matter is (a)
Either condition is used: analysis of P-polarized light component using S-polarized illumination, or (b) analysis of P-polarized light component using P-polarized light illumination. The reason for this will be explained in detail later. On the other hand, the illumination/analysis condition H that emphasizes the pattern may be any case other than the above (a) and (b), so it is not necessarily necessary to use polarized light. (In other words, incoherent light such as a normal halogen lamp may be used, and this is shown by the symbols S+P in FIGS. 30a-h and 31a-d.) 1977-
Providing a dichroic prism (or mirror) as described in 149829 and JP-A-56-43539,
A light branching prism (semi-transmissive mirror) and a color filter or an interference filter may be used in combination. In addition, the illumination lights 15H and 15L are generated by a He-Ne laser (λ=6.328Å) or a GaAlAs laser diode (λ
= 7.800 to 8.300 Å), InGaAsP laser diode (λ = 13.000 Å), and Ar laser (e.g. 4580 Å), the lens system 15
Since the bL focuses the illuminance at the sample surface, high illuminance can be obtained, making detection even more stable. As mentioned above, in type () illumination, the foreign object emphasizing illumination (L) satisfies the conditions (a) or (b), and the pattern emphasizing illumination (H) and the foreign object emphasizing illumination (L) have different wavelengths (λ 1 , λ 2 ) is an essential condition. Here, instead of color separation, JP-A-57-66345
As shown in FIG. 2, if a method is used in which time-division detection is performed and the detection outputs at (L) and (H) are compared, the components for illumination and light analysis can be simplified. In this case, one type of illumination and one array 20 are sufficient, but the analyzer must include an optical element such as a Pockel cell that has a high-speed analysis characteristic switching function. Next, an embodiment of the present invention will be described using FIGS. 19 to 28. FIG. 19 shows details of the signal processing circuit shown in FIG. 16. This is a method similar to that shown in FIG. 20 to 22 are similar to FIGS. 10 and 20, but the differences are illumination light 15H, lens system 15bH, light branching prism 150, color filters 151H, 151L, array 20H, and analog comparison circuit. This is the point where 100 is added. The analog comparison method will be explained in further detail using FIGS. 23 to 28. 23 and 24 show the results of an experiment using the conditions shown in FIG. 17. In the experiment, regarding the output 14p of pattern 2, pattern 2 was
The pattern outputs V L , V H are rotated by an angle η from a right angle to the projection direction of H, 4L onto the wafer surface .
was measured. On the other hand, as for foreign matter, V L and V H were measured using standard particles of 0.7, 1, and 2 μm (in this case, rotation was not necessary). The measured values are shown in FIG. From this, it can be seen that at any angle of the pattern, the output ratio (white circle) V L /V H from the pattern is smaller than m (the reciprocal of the slope of the broken line in the figure). On the other hand, the output ratio V L /V H of foreign matter indicated by a black circle is larger than m. A method of discriminating between the foreign matter and the pattern using an electric circuit in consideration of the output characteristics of the foreign matter and the pattern shown in FIG. 24 will be explained with reference to FIGS. 25 to 28. FIGS. 25 and 26 show an example using an analog division circuit. The output ratio V L /V H is calculated by the analog divider circuit 100, and when V L /V H >m, the binarization circuit 101 outputs "1 * ". It should be noted here that in the output ratio calculation, if V H is small, the calculation error will be large and the calculation result will be unstable (for example, if V H is zero, V L /V H =
∞). As a way to avoid this, the binarization circuit 104 only applies the signal when V L > V TH (V TH is the value of V L corresponding to a foreign object of about 0.5 μm) (“1 ** ”).
The calculation result of V L /V H may be set as valid "1".
This is realized by the binarization circuit 104 and the AND circuit 103. 27 and 28 show the analog subtraction circuit 105
An example using . In this case, the intensity of the H or L illumination light and the gain of the output amplifier (not shown) of the array 20H or 20L are adjusted, and m=1
It is important that the angle is 45 degrees. The result V L −V H of the analog subtraction circuit 105 is the result of the binarization circuit 10
Similarly, it is valid only when the output of No. 4 is "1 ** " (V L > V TH ). Instead of the analog division/subtraction described above, the output may be A/D converted and the calculation may be performed using digital values. FIG. 29 shows ( ) type illumination. In this case, the illumination lights 15H and 15L have wavelengths λ 1 and λ 2 , respectively,
For example, a light branching prism 15 is used as a color separation optical system.
0, color filters 151H and 151L are used. Here, the semi-transparent mirror 15C of the illumination system is 15
It is used to combine H and 15L illumination lights. As mentioned above, in the (), (), () types of illumination/analysis conditions, the condition (L) that emphasizes foreign objects is as described above.
It is essential to use conditions (a) and (b). on the other hand,
Conditions for emphasizing patterns (H) Figure 30 a~h~
Various methods can be considered as shown in FIGS. 31a to 31d. Table 1 shown below shows whether or not a to h' in FIG. 30 and a to d in FIG. 31 are applicable under ()()() type conditions.

【表】【table】

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、異物検出
の高速性を維持しつつ、対象物体上に存在する微
小異物の検出を高感度かつ安定に行うことの出来
る効果を奏する。
As explained above, according to the present invention, it is possible to detect minute foreign objects present on a target object with high sensitivity and stability while maintaining high speed of foreign object detection.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の異物検出装置の一実施例を示
す構成図、第2図は第1図に示す固体撮像素子の
詳細を示す斜視図、第3図は本発明と従来例との
比較を説明するための図、第4図は第1図に示す
固体撮像素子の信号処理回路を示す図、第5図は
不感帯と異物との位置関係を示す図、第6図は本
発明での不感帯と異物との位置関係を示す図、第
7図は第5図における固体撮像素子のウエハとの
相対的走査方向を示す図、第8図は第6図におけ
る固体撮像素子のウエハとの相対的走査方向を示
す図、第9図は固体撮像素子のウエハとの相対的
らせん状走査を示す図、第10図は第1図に示す
実施例を更に具体的に示した構成図、第11図は
第10図に示す自動焦点検出部を示す斜視図、第
12図は自動焦点検出を説明するための図、第1
3図は第11図に示す自動焦点検出部から得られ
る差出力と焦点ずれとの関係を示した図、第14
図は本発明の基本原理を示す斜視図、第15図は
第14図においてウエハ上を走査する状態及び第
14図に示す装置において得られる出力信号を示
す図、第16図は第14図において光電変換素子
として固体撮像素子アレイを用い()型照明の
場合を示す斜視図、第17図は()型照明の場
合を示す斜視図、第18図は第17図に示す装置
で得られる出力信号等を示す図、第19図はアナ
ログ比較回路を詳細に示した図、第20図は第1
7図に示す実施例を更に具体化して示した斜視
図、第21図は第20図の正面図、第22図は第
21図に示されていない信号処理回路もブロツク
で示した図、第23図は回路パターンと異物から
の反射光の状態を示す図、第24図はそれにもと
づいて得られる出力VHとVLとの実験関係データ
を示す図、第25図はVH/VLの結果を示す図、
第26図は第25図に示すVH/VLを実現するた
めのアナログ割算回路を示す図、第27図はVL
−VHの結果を示す図、第28図は第27図に示
すVL−VHを実現するためのアナログ減算回路を
示す図、第41図は実験装置を示す斜視図、第4
2図はS/N比を示す実験データのグラフ、第4
3図はウエハを示す断面図、第44図は照射され
たレーザ光に対するウエハ上の回路パターンと異
物からの反射状態を示す図、第45図は従来の異
物検出方法の第1例を示す概略斜視図、第46図
は第45図で傾斜角度φを変化させた場合の出力
比Vs/Vpの測定データを示すグラフ、第47図
は従来の異物検出方法の第2例を示す概略斜視
図、第48図はウエハ上の回路パターンと異物か
らの反射状態を示す図、第49図は第47図に示
す如くスタツトを相対的にウエハ上を走査して得
られる映像信号の関係等を示す図、第50図は第
47図に示す第2例と同様に従来の異物検出方法
を示す概略斜視図である。第29図は()型照
明を示す斜視図、第30図及び第31図は種々の
照明・検光の組ま合せを示す図、第32図はパタ
ーンの入射光〓と反射光〓を示す斜視図、第33
図は入射光・反射光の偏光を示す斜視図、第34
図は係数s(φ),p(φ)の計算例を示すグラフ、
第35図はパターンのプロフイールを示す斜視
図、第36図はパターン反射光〓の方向と線分
RQの軌跡を示す斜視図、第37図は反射光〓と
対物レンズとの関係を示す斜視図、第38図はS
偏光照明の場合(入射光A〔0,−1,0〕,E
〔1,0,0〕の場合)の反射光Bの偏光を示す
斜視図、第39図、第40図は偏光成分強度分布
を示す平面図(n=1.45及びn=4.2)。 符号の説明、1……ウエハ、2……パターン、
3……異物、4……照明光、5……反射光、6…
…散乱光、7……光電変換素子、9……対物レン
ズ、10……S偏光、11……S偏光成分、1
2,14……P偏光成分、13……検光子、15
……偏光レーザ光源、20……光電変換用固体撮
像素子アレイ、20a……受光部、20b……不
感帯、21……二値化回路、22……OR回路、
23……異物メモリ、30……自動焦点検出部、
150……偏光ビームスプリツタ(又は色分解プ
リズム又はダイクロイツクミラー又は光分岐プリ
ズム)、100……アナログ比較回路、101,
104,105……二値化回路、103……
AND回路、151H,151L……色フイルタ
(又は干渉フイルタ、又は検光子)。
Fig. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the foreign object detection device of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing details of the solid-state image sensor shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a comparison between the present invention and a conventional example. FIG. 4 is a diagram showing the signal processing circuit of the solid-state image sensor shown in FIG. 1, FIG. 5 is a diagram showing the positional relationship between the dead zone and a foreign object, and FIG. 7 is a diagram showing the relative scanning direction of the solid-state imaging device with respect to the wafer in FIG. 5, and FIG. 8 is a diagram showing the relative scanning direction of the solid-state imaging device with respect to the wafer in FIG. 6. 9 is a diagram showing the relative spiral scanning of the solid-state image sensor with respect to the wafer. FIG. 10 is a block diagram showing the embodiment shown in FIG. 1 in more detail. The figure is a perspective view showing the automatic focus detection section shown in FIG. 10, FIG. 12 is a diagram for explaining automatic focus detection,
Figure 3 is a diagram showing the relationship between the difference output obtained from the automatic focus detection section shown in Figure 11 and the focus shift, and Figure 14.
15 is a perspective view showing the basic principle of the present invention, FIG. 15 is a diagram showing a state in which the wafer is scanned in FIG. 14 and an output signal obtained by the apparatus shown in FIG. 14, and FIG. A perspective view showing the case of ( )-type illumination using a solid-state image sensor array as a photoelectric conversion element, Fig. 17 is a perspective view showing the case of ( )-type illumination, and Fig. 18 shows the output obtained by the device shown in Fig. 17. Figure 19 is a diagram showing the analog comparison circuit in detail, Figure 20 is a diagram showing the signals etc.
7 is a perspective view showing the embodiment shown in more detail, FIG. 21 is a front view of FIG. 20, FIG. 22 is a diagram showing the signal processing circuit not shown in FIG. Figure 23 is a diagram showing the state of the circuit pattern and reflected light from a foreign object, Figure 24 is a diagram showing experimental relationship data between the outputs V H and V L obtained based on this, and Figure 25 is a diagram showing the relationship between V H /V L Figure showing the results of
Figure 26 shows an analog divider circuit for realizing V H /V L shown in Figure 25, and Figure 27 shows V L
Figure 28 is a diagram showing the analog subtraction circuit for realizing V L -V H shown in Figure 27. Figure 41 is a perspective view of the experimental equipment.
Figure 2 is a graph of experimental data showing the S/N ratio.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer, FIG. 44 is a diagram showing a circuit pattern on the wafer and the state of reflection from a foreign object in response to irradiated laser light, and FIG. 45 is a schematic diagram showing a first example of a conventional foreign object detection method. A perspective view, FIG. 46 is a graph showing measurement data of the output ratio V s /V p when the inclination angle φ is changed in FIG. 45, and FIG. 47 is a schematic diagram showing a second example of the conventional foreign object detection method. A perspective view, FIG. 48 is a diagram showing the circuit pattern on the wafer and the state of reflection from a foreign object, and FIG. 49 is a diagram showing the relationship between video signals obtained by scanning the wafer relatively with the static as shown in FIG. 47. FIG. 50 is a schematic perspective view showing a conventional foreign object detection method similar to the second example shown in FIG. 47. Figure 29 is a perspective view showing () type illumination, Figures 30 and 31 are diagrams showing various combinations of illumination and analysis, and Figure 32 is a perspective view showing incident light and reflected light of the pattern. Figure, No. 33
The figure is a perspective view showing the polarization of incident light and reflected light.
The figure is a graph showing an example of calculating the coefficients s(φ) and p(φ),
Figure 35 is a perspective view showing the profile of the pattern, and Figure 36 is the direction and line segments of the pattern reflected light.
A perspective view showing the trajectory of RQ, Fig. 37 is a perspective view showing the relationship between the reflected light and the objective lens, and Fig. 38 is a perspective view showing the trajectory of RQ.
In the case of polarized illumination (incident light A [0, -1, 0], E
FIGS. 39 and 40 are plan views showing the polarization component intensity distribution (n=1.45 and n=4.2). Explanation of symbols, 1...Wafer, 2...Pattern,
3... Foreign matter, 4... Illumination light, 5... Reflected light, 6...
...Scattered light, 7...Photoelectric conversion element, 9...Objective lens, 10...S polarized light, 11...S polarized light component, 1
2, 14... P polarized light component, 13... Analyzer, 15
... Polarized laser light source, 20 ... Solid-state image sensor array for photoelectric conversion, 20a ... Light receiving section, 20b ... Dead zone, 21 ... Binarization circuit, 22 ... OR circuit,
23... Foreign object memory, 30... Automatic focus detection section,
150...Polarizing beam splitter (or color separation prism or dichroic mirror or light branching prism), 100...analog comparison circuit, 101,
104, 105...Binarization circuit, 103...
AND circuit, 151H, 151L...color filter (or interference filter, or analyzer).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回路パターンを有する試料上の微小異物を検
出する方法において、上記試料表面に向けて少な
くとも一つのレーザ光を照射し、該試料表面から
の散乱光を検出して、レーザ光の偏光を利用して
異物が強調された第1の信号と、回路パターンが
強調された第2の信号とを得、該第1の信号と第
2の信号とを、更に異物が強調されるように比較
して微小異物を検出することを特徴とする異物検
出方法。 2 上記レーザ光として直線偏光レーザ光を用い
て試料表面に対して傾斜角度を有して照射し、試
料表面からの散乱光を偏光分解して第1の光電変
換素子から第1の信号を得ると共に第2の光電変
換素子から第2の信号を得ることを特徴する特許
請求の範囲第1項記載の異物検出方法。 3 上記レーザ光として複数のレーザ光を用いて
試料表面に対して異なる傾斜角度で異なる波長で
もつて照射し、試料表面からの散乱光を色分解し
て第1の光電変換素子から第1の信号を得ると共
に第2の光電変換素子から第2の信号を得ること
を特徴する特許請求の範囲第1項記載の異物検出
方法。 4 回路パターンを有する試料上の微小異物を検
出する装置において、上記試料表面に向けて少な
くとも一つのレーザ光を照射し、該試料表面から
の散乱光を検出して、レーザ光の偏光を利用して
異物が強調された第1の信号と、回路パターンが
強調された第2の信号とを得る光学手段と、該光
学手段によつて得られる第1の信号と第2の信号
とを、更に異物が強調されるように比較して微小
異物を検出する比較手段とを備えたことを特徴と
する異物検出装置。 5 上記光学手段を、上記レーザ光を複数にして
試料表面に対して異なる傾斜角度で異なる波長で
もつて照射する照射光学系と、試料表面からの散
乱光を色分解して第1及び第2の光電変換素子に
分岐する色分解・分岐光学素子とで構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の異物検
出装置。 6 上記色分解・分岐光学素子を、光分岐プリズ
ム又は半透明鏡と色フイルタとで構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第5項記載の異物検出
装置。 7 上記色分解・分岐光学素子を、ダイクロイツ
クプリズム又はダイクロイツクミラーで構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の異
物検出装置。 8 上記色分解・分岐光学素子は、更に検光子を
有することを特徴とする特許請求の範囲第6項ま
たは第7項記載の異物検出装置。 9 上記光学手段を、上記レーザ光を直線偏光レ
ーザ光にして試料表面に対して傾斜角度を有して
照射する直線偏光照射光学系と、試料表面からの
散乱光を偏光分解して第1及び第2の光電変換素
子に分岐する偏光分解・分岐光学素子とで構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第4項記載の
異物検出装置。 10 上記偏光分解・分岐光学素子を、偏光ビー
ムスプリツタで構成したことを特徴とする特許請
求の範囲第9項記載の異物検出装置。 11 上記偏光分解・分岐光学素子を、光分岐プ
リズム又は半透明鏡と検光子とで構成したことを
特徴とする特許請求の範囲第9項記載の異物検出
装置。 12 上記光学手段を、上記レーザ光を複数にし
て試料表面に対して同一傾斜角度で異なる波長で
もつて照射する照射光学系と、試料表面からの散
乱光を色分解して第1及び第2の光電変換素子に
分岐する色分解・分岐光学素子とで構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の異物検
出装置。 13 上記色分解・分岐光学素子を、光分岐プリ
ズム又は半透明鏡と色フイルタとで構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第12項記載の異物
検出装置。 14 上記色分解・分岐光学素子を、ダイクロイ
ツクプリズム又はダイクロイツクミラーで構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第13項記載
の異物検出装置。 15 上記色分解・分岐光学素子は、更に検光子
を有することを特徴とする特許請求の範囲第13
項または第14項記載の異物検出装置。 16 上記比較手段は、割算手段で構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の異物検
出装置。 17 上記比較手段は、第2の信号が零近傍のと
き上記割算手段の出力を無視するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第16項記載の
異物検出装置。 18 上記比較手段は、減算手段で構成したこと
を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の異物検
出装置。 19 上記比較手段は、第2の信号が零近傍のと
き上記減算手段の出力を無視するように構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第18項記載の
異物検出装置。
[Claims] 1. A method for detecting minute foreign matter on a sample having a circuit pattern, in which at least one laser beam is irradiated toward the sample surface, scattered light from the sample surface is detected, and the laser beam is detected. A first signal in which the foreign matter is emphasized using polarization of light and a second signal in which the circuit pattern is emphasized are obtained, and the first signal and the second signal are further combined to further emphasize the foreign matter. A method for detecting foreign objects characterized by detecting minute foreign objects by comparing 2 Using a linearly polarized laser beam as the laser beam, irradiate the sample surface at an inclined angle, polarize the scattered light from the sample surface, and obtain a first signal from the first photoelectric conversion element. 2. The foreign object detection method according to claim 1, wherein the second signal is obtained from the second photoelectric conversion element at the same time. 3 Using a plurality of laser beams as the laser beams, the sample surface is irradiated with different wavelengths at different inclination angles, and the scattered light from the sample surface is color-separated to produce a first signal from the first photoelectric conversion element. 2. The foreign object detection method according to claim 1, wherein the second signal is obtained from the second photoelectric conversion element. 4. In an apparatus for detecting minute foreign matter on a sample having a circuit pattern, at least one laser beam is irradiated toward the sample surface, scattered light from the sample surface is detected, and the polarization of the laser beam is used. an optical means for obtaining a first signal in which foreign matter is emphasized and a second signal in which a circuit pattern is emphasized; What is claimed is: 1. A foreign object detection device comprising: comparison means for detecting minute foreign objects by comparing such that the foreign objects are emphasized. 5. The optical means includes an irradiation optical system that irradiates the sample surface with a plurality of laser beams at different wavelengths at different inclination angles, and a first and second laser beam that color-separates the scattered light from the sample surface. 5. The foreign object detection device according to claim 4, comprising a color separation/branching optical element branching into a photoelectric conversion element. 6. The foreign object detection device according to claim 5, wherein the color separation/branching optical element is composed of a light branching prism or a semi-transparent mirror and a color filter. 7. The foreign object detection device according to claim 6, wherein the color separation/branching optical element is composed of a dichroic prism or a dichroic mirror. 8. The foreign object detection device according to claim 6 or 7, wherein the color separation/branching optical element further includes an analyzer. 9 The optical means includes a linearly polarized light irradiation optical system that converts the laser light into a linearly polarized laser light and irradiates the sample surface at an inclination angle, and a linearly polarized light irradiation optical system that converts the laser light into a linearly polarized laser light and irradiates the sample surface with a tilt angle, and polarization decomposition of the scattered light from the sample surface. 5. The foreign object detection device according to claim 4, further comprising a polarization splitting/branching optical element branching to a second photoelectric conversion element. 10. The foreign object detection device according to claim 9, wherein the polarization splitting/branching optical element is constituted by a polarization beam splitter. 11. The foreign object detection device according to claim 9, wherein the polarization splitting/branching optical element is composed of a light branching prism or a semi-transparent mirror and an analyzer. 12 The optical means includes an irradiation optical system that irradiates the sample surface with a plurality of laser beams at different wavelengths at the same inclination angle, and a first and second laser beam that color-separates the scattered light from the sample surface. 5. The foreign object detection device according to claim 4, comprising a color separation/branching optical element branching into a photoelectric conversion element. 13. The foreign object detection device according to claim 12, wherein the color separation/branching optical element is composed of a light branching prism or a semi-transparent mirror and a color filter. 14. The foreign object detection device according to claim 13, wherein the color separation/branching optical element is composed of a dichroic prism or a dichroic mirror. 15 Claim 13, wherein the color separation/branching optical element further includes an analyzer.
15. The foreign object detection device according to item 1 or 14. 16. The foreign object detection device according to claim 4, wherein the comparing means is constituted by a dividing means. 17. The foreign object detection device according to claim 16, wherein the comparing means is configured to ignore the output of the dividing means when the second signal is near zero. 18. The foreign object detection device according to claim 4, wherein the comparison means is comprised of a subtraction means. 19. The foreign object detection device according to claim 18, wherein the comparison means is configured to ignore the output of the subtraction means when the second signal is near zero.
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