JPH0517482B2

JPH0517482B2 -

Info

Publication number: JPH0517482B2
Application number: JP58164069A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Ogawa; Masaaki Kano; Hiroshi Yamaji
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-09-08
Filing date: 1983-09-08
Publication date: 1993-03-09
Also published as: JPS6056208A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体ウエハ等の被検査物表面に存
在するゴミ、傷等の欠陥を検査する表面検査装置
に関する。

（従来の技術）従来、例えば半導体装置用のシリコンウエハ等
の表面検査は作業者の目視による方法がほとんど
であつた。また、最近、光の反射光を利用した各
種のウエハ表面検査装置が、開発、市販されてい
る。これらの装置の検出原理は、第１図に示すよ
うに被検査物１表面に白色光源またはレーザの光
源２から光ビーム３を照射し表面からの正反射光
４及び散乱光５を光電変換器６，６により検出
し、その出力電圧に対して１個あるいは複数の閾
値を設定し、ゴミ、傷等の欠陥を検出し、大きさ
の分類を行つていた。

しかるに、従来の目視による方法では、作業者
に個人誤差があり、定量化が困難であつた。ま
た、熟練を要する疲労度の大きい作業であつた。
しかも、集積回路の微細化に伴い、1μm以下の欠
陥の有無の判別が種々のプロセスの評価に必要と
なつてくるが、目視検査では1μm以下の検出は困
難である。

他方、上記各種表面検査装置では、第２図に示
すように、一定の閾値V_Tを設定して検出してい
るため、被検査物が異なつた場合の出力信号の基
準レベルが変われば（例えば、鏡面状態の場合の
出力信号V_Iと膜形成されたウエハの場合の出力
信号V_II）、これに対応して閾値も変化させる必要
がある。そのため、予め学習的にその閾値変動の
レベルを決定しておかなければならず、作業性が
すこぶる低くなつていた。また、被検査物にソリ
があつた場合も同様の問題が生じる。これらの場
合、検出される欠陥の大きさの分類は定量的では
なくなり、毎回標準サンプルによる校正が必要と
なる。

（発明が解決しようとする課題）そこで、本発明は、被検査物が変わつても予め
閾値を学習的に求めたり校正したりすることな
く、正確かつ定量的に欠陥を検出することができ
る表面検査装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段及び作用）本発明は、上記課題を参酌してなされたもので
あり、下記構成を具備することを特徴とする表面
検査装置である。すなわち、 (イ) 被検査物を載置するターンテーブルと、前記
ターンテーブルを回転駆動させる第１のモータ
と、前記第１のモータに隣接して前記ターンテ
ーブルの回転位置を示す回転位置信号を出力す
る回転位置検出器と、前記ターンテーブルの回
転に同期して前記ターンテーブルを半径方向に
移動させる第２のモータとからなる搬送部。

(ロ) 前記ターンテーブルに載置された被検査物に
光を照射する光照射部。

(ハ) 前記被検査物からの散乱光を集光して受光量
に対応した大きさの電気信号に変換する光検出
部。

(ニ) 前記光検出部からの電気信号を上記回転位置
信号と同期してアナログ−デジタル変換し上記
アナログ−デジタル変換された散乱光データを
順次所定のアドレスに記憶する一時メモリ部。

(ホ) 前記第１のモータに制御信号を発して回転駆
動させるとともに、回転位置検出器からの出力
に基づいて前記第１のモータの回転に同期して
前記第２のモータを駆動させて、前記被検査物
上を同心円状に走査させる制御部。

(ヘ) 前記一時メモリ部に記憶された散乱光データ
の平均値と予め設定された値とを加算して閾値
を設定する閾値設定手段と、一時メモリ部の各
アドレスに記憶された散乱光データを前記閾値
と比較して欠陥の有無判定を行い欠陥データを
出力する欠陥判定手段と、被検査物上で区切ら
れた所定領域ごとにその領域内での欠陥データ
の最大値を記憶保持する記憶手段とからなる演
算部。

上記構成を備えた表面検査装置によれば、各被
検査物ごとに基準値を自動的に抽出・演算して定
め、その基準値に対して欠陥検出するための複数
のレベルを加算して閾値を設定しているため、被
検査物が異なつたり被検査物にソリがあつたりす
ることによつて、散乱光強度の変動があつた場合
でも、各被検査物ごとに閾値を標準サンプルによ
り校正する必要がなく表面欠陥を正確に検出する
ことができる。

さらに、一時メモリ部を設けたために、複数の
トラツク分のデータをサンプリング、記憶した
後、それらについて欠陥検出を行い、さらに画素
ごとにデータをまとめることができ、被検査物全
表面の測定データを１度に記憶する必要がなくメ
モリ容量が少なくてすむ。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して詳解す
る。

第３図は、本実施例の表面検査装置を示す構成
図である。本装置は、搬送部１５と、光照射部８
と、光検出部１２と、一時メモリ部２２と、演算
制御部２１とから構成されている。

上記搬送部１５は、被検査物１０を載置するタ
ーンテーブル１６と、ターンテーブル１６を回転
駆動させる直流モータ１８と、ターンテーブル１
６の回転位置を検出するロータリー・エンコーダ
１９と、ターンテーブルを半径方向に移動させる
ステツピングモータ２０とから構成されている。
ターンテーブル１６は、真空チヤツクなどの図示
しない機構によつて被検査物１０を着脱可能に載
置固定し、その底面で直流モータ１８に直結する
軸受部１７にて軸支されている。直流モータ１８
は、演算制御部２１からの制御信号C_Dを受けて
作動し、ターンテーブル１６を所定速度で回転駆
動させるようになつている。ロータリー・エンコ
ーダ１９は、直流モータ１８に隣接しており、タ
ーンテーブル１６の回転開始を示す回転スタート
信号R_Sやターンテーブル１６の回転位置を示す
回転位置信号R_Pを出力するようになつている。
ステツピングモータ２０は、軸受部１７の半径方
向にて連結されており、直流モータ１８の回転に
同期して演算制御部２１から出力される制御信号
C_Sによつてターンテーブル１６を半径方向に所定
量（以下、１回の移動量を１トラツクとする。）
だけ移動させるようになつている。なお、ステツ
ピングモータ２０には、リミツトスイツチ（図示
しない）などの位置検出機構が隣設されており、
所定位置にてターンテーブル１６を停止できるよ
うになつている。しかして、後述する光照射部８
からのレーザ光は、被検査物１０表面をその中心
から外周に向つて（あるいはその逆方向で）同心
円状に全面走査するようになつている。なお、本
実施例では、直流モータ１８１回転当たり3600パ
ルスの周期で回転位置信号R_Pを発生させるもの
とするが、任意に選択してもよい。また、位置検
出機構はターンテーブル１６の回転を検出できる
ものであればロータリー・エンコーダ１９でなく
てもよく、例えば、ターンテーブル１６側面にマ
ーキングされた白黒の縞を光反射を利用してその
通過を検出するような構成であつてもよい。

上記光照射部８は、レーザ発振器９と、レンズ
系１１とから構成され、搬送部１５の鉛直上方に
設置されており、レーザ発振器９にて発されるレ
ーザ光をレンズ系１１にて集光して、ターンテー
ブル１６上に載置された被検査物１０表面を微小
なスポツト径で照射するようになつている。な
お、光源は、レーザに限定されるものではなく、
後述する光電変換器１４で検出できる光を発する
ものであればよい。

上記光検出部１２は、中空で内面が酸化マグネ
シウムなどの拡散面で形成された球面をなす積分
球１３と、その外周面に固設された光電変換器１
４とから構成されており、ターンテーブル１６の
真上に隣接配置されている。積分球１３の上方に
は光照射部８からのレーザ光を通す貫通穴が設け
られており、光照射時には、被検査物１０からの
反射散乱光を積分球１３が集光して、光電変換器
１４が光の強度に応じた電圧信号を出力するよう
になつている。なお、光検出部１２は、散乱光を
検出するものであれば他の手段であつてもよく、
積分球１３に限定されるものではない。

上記一時メモリ部２２は、光電変換器１４から
入力した電圧信号をデジタル信号に変換するアナ
ログ−デジタル（以下、Ａ／Ｄとする。）変換器
２３と、このデジタル信号を一時記憶するメモリ
部２４とから構成されている。電圧信号をＡ／Ｄ
変換するタイミングは回転位置信号R_Pに同期し
ており、デジタル信号は被検査物１０上の極座標
位置（トラツク位置と回転位置）に対応した所定
のアドレス上に順次記憶されるようになつてい
る。なお、メモリ部２４は、一度に複数のトラツ
ク分のデジタル信号値を記憶できる程度の容量を
有している（本実施例では、ｎトラツク分のデー
タを記憶できる容量を有するものとする。）。

上記演算制御部２１は、CPU（Central
Processing Unit）部２５と、データメモリ部２
６とから構成され、上記各部と電気的に接続され
ている。CPU部２５は、直流モータ１８に対し
制御信号C_Dを出力してターンテーブル１６を回
転駆動させるとともに、ターンテーブル１６が１
回転するごとにステツピングモータ２０に制御信
号C_Sを出力してターンテーブル１６を半径方向に
１トラツク分移動させて、レーザ光を被検査物１
０表面上を同心円状に全面走査させるようになつ
ている。また、CPU部２５は、回転スタート信
号R_Sを入力して一時メモリ部２２に対しＡ／Ｄ
変換および一時記憶の制御信号を出力するととも
に、メモリ部２４に記憶されたデジタル信号値を
入力して後述するデータ処理を行うようになつて
いる。データメモリ部２６は、データ処理の結果
検出された欠陥に関するデータを、例えば欠陥の
大きさごとに分類するなどして、所定のアドレス
に記憶するようになつている。

なお、本実施例においては、演算制御部２１に
はCRTデイスプレイやプリンタなどの表示部２
７が接続されており、データメモリ部２６からの
欠陥信号を読み出し、被検査物１０表面上の欠陥
分布や欠陥の大きさ別の個数などを表示できるよ
うになつている。

次に、上記構成の表面検査装置の作動につい
て、第４図に示すフローチヤートに基づいて詳解
する。

レーザ光は、常時レンズ系１１を介して微小ス
ポツト状に絞られて被検査物１０上を照射できる
状態にしておく。また、被検査物１０からの散乱
光を検出する積分球１３及び光電変換器１４も常
時検査可能な状態にしておく。

まず、被検査物１０をターンテーブル１６上に
載置し、図示していない機構（例えば真空チヤツ
ク等）により固定する（ブロツク２８）。

つぎに、CPU部２５は、制御信号C_Sを出力し
て、ステツピングモータ２０を駆動させてターン
テーブル１６を半径方向に移動させ、レーザ光の
照射位置が被検査物１０の中心からｒだけ離れた
位置で停止させる（ブロツク２８a′）。

つぎに、CPU部２５は、制御信号C_Dを出力し
て、直流モータ１８によつてターンテーブル１６
を回転駆動させる（ブロツク２８b′）。

この間、光検出部１２は、上記半径ｒの位置で
被検査物１０が一周する期間内での散乱反射光を
集光して、光電変換器１４からはその強度に応じ
た電圧信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２３は回転
位置信号R_Pに同期して電圧信号をＡ／Ｄ変換し
て、メモリ部２４はこのデジタル信号値を被検査
物１０表面上の座標位置に対応した所定のアドレ
スに順次書き込む（ブロツク２８c′）。

メモリ部２４で被検査物１０上の半径ｒ位置に
おける１周分のデータの書き込みが完了すると、
CPU部２５では、閾値T₁，T₂，T₃を求めるため
のデータ処理を行う。それには、まず半径ｒにて
１回転した間に得られた全データ（X₁，X₂，…，
X_o）の平均値V_A次式により求める（ブロツク２
８d′）。

V_A＝（X₁＋X₂＋X₃＋…＋X_o）／ｎつぎに、このV_Aに、経験則などによつて予め
設定された値L₁，L₂，L₃（但し、L₁＜L₂＜L₃）を
それぞれ加算することによつて、各閾値T₁，T₂，
T₃を求める（ブロツク２８e′）。例えば、第５図
に示すように、最も小さい欠陥（1.0μm以下）を
検出するレベルをL₁とすると、T₁（＝V_A＋L₁）
は最も小さい欠陥を検出する閾値となる。同様
に、さらに大きい欠陥を検出する場合は、L₁よ
りも大きなレベルL₂，L₃を設定しているので、
V_AにレベルL₂，L₃を加算することによつて閾値
T₂，T₃が求められる。

つぎに、CPU部２５からの信号C_Sによりステ
ツピングモータ２１を駆動してターンテーブル１
６を半径方向に移動させ、レーザビームが被検査
物１０の中心を照射する位置にて停止させる（ブ
ロツク２９）。

つぎに、CPU部２５からの信号C_Dによりター
ンテーブル１６回転用の直流モータ１８を回転さ
せる（ブロツク３０）。そして、ステツピングモ
ータ２０を駆動して、ターンテーブル１６を１ト
ラツク分だけ半径方向に移動させる（ブロツク３
１）。このとき、１トラツクは、レーザ光のスポ
ツト径ｄを予め測定しておき、その80〜90％すな
わち（0.8〜0.9）×ｄとする。

つぎに、第５図に示すように、ターンテーブル
１６の回転により、ロータリー・エンコーダ１９
は回転スタート信号R_S（１パルス／１回転）を
CPU部２５に出力する（ブロツク３２）。

Ａ／Ｄ変換器２３は、ターンテーブル１６が１
回転する間に、光電変換器１４からの電圧信号を
Ａ／Ｄ変換してメモリ部２４へのデータ書込みを
開始する（ブロツク３３）。ここで、Ａ／Ｄ変換
およびデータ書込みは、ロータリー・エンコーダ
１９からの回転位置信号R_P（3600パルス／１回
転）と同期して行われ、メモリ部２４は被検査物
１０上で回転角0.1度ごとに得られたデジタル信
号値を被検査物１０上の座標位置に対応した所定
のアドレスに順次記憶する。

ターンテーブル１６が１回転してメモリ部２４
がこの間のデータ（3600個）を書き込み終わる
と、CPU部２５は制御信号C_Sを出力してターン
テーブル１６をさらに半径方向に１トラツク分移
動させる。そして、再び回転スタート信号R_Sを
入力して、同様に１回転分の3600個のデータを書
き込む（ブロツク３４）。

このように、ターンテーブル１６が１回転する
ごとに１トラツク分だけ半径方向に移動させてデ
ータ書込みを行い、所定のｎトラツク分を走査す
る（ブロツク３５）。この結果、第６図に示すよ
うに、被検査物１０面を半径方向には同心円状に
ｎトラツク、円周方向には中心角で0.1度ずつ分
割された小領域ごとに光検出部１２から電圧信号
が出力され、第７図に示すように、メモリ部２４
には上記各電圧信号をＡ／Ｄ変換したデータX_o.〓
が順次所定のアドレス位置に書き込まれている。

つぎに、メモリ部２４に記憶されたｎトラツク
分のデータについて処理を行い、その結果をデー
タメモリ部３６に記憶保持する（ブロツク３６）。
まず、ｎトラツク分の全データX_o.〓を上記閾値
T₁，T₂，T₃により予め欠陥の大きさ別に分類す
る。すなわち、最も小さい欠陥（1.0μm以下）を
検出するために全データに対して、前記閾値T₁
（＝V_A＋L₁）と比較し、この閾値T₁より大きい
データを欠陥データとする。さらに大きい欠陥を
検出するために、全データを閾値T₂（＝V_A＋L₂）
及び閾値T₃（＝V_A＋L₃）と比較し、これらの閾
値T₂，T₃より大きいデータを欠陥データとし、
大きさ別に分類する。つぎに、検出された欠陥デ
ータを、極座標上で中心角によつて区切られた所
定領域ごとに処理して、データメモリ部２６に書
き込む。すなわち、第５図及び第６図において、
10トラツク分の領域を中心角1°ごとに区切られた
領域を１画素として、各画素内のデータX_o.〓のう
ち最も大きい欠陥データY_N.Rをその画素における
欠陥データとしてデータメモリ部２６に書き込む
ようにする。例えば、中心角1°と10トラツクとで
囲まれた１画素のデータはX₁≦_o≦_10.1≦〓≦₁₀であ
り、その欠陥データY_N.RはY_1.1＝Max
（X₁≦_o≦_10.1≦〓≦₁₀）となる。

このデータ処理を走査したｎトラツク分の全領
域について行つた後、さらにターンテーブル１６
を半径方向に１トラツクだけ移動させてブロツク
３１乃至３６の工程をｎトラツクごとに繰り返し
行い、被検査物１０全面についてその欠陥データ
をデータメモリ部２６に書き込み、処理を終了す
る（ブロツク３７）（第８図参照）。

表示部２７では、データメモリ部２６の欠陥デ
ータY_N.Rより被検査物１０上の欠陥分布を表示す
るとともに欠陥の大きさ別の個数について表示す
る。（ブロツク３８）。

最後に、ターンテーブル１７の回転を停止し
（ブロツク３９）、ターンテーブル１７を元の位置
に戻し、被検査物１０を取り外して検査終了とな
る（ブロツク４０）。

以上のように、本実施例の表面検査装置によれ
ば、各被検査物１０ごとに被検査物１０の任意に
選択された半径ｒ位置での１周分のデータの平均
値V_Aを求め、この平均値V_Aに対して欠陥検出す
るための複数のレベルL₁，L₂，L₃を加算して閾
値T₁，T₂，T₃を設定している。このため、被検
査物１０が異なつた場合や被検査物１０にソリが
あつた場合などのように、欠陥のない場合に対し
て散乱光強度の変動があつた場合でも、各被検査
物１０ごとに閾値を標準サンプルにより校正する
必要がなく、表面欠陥を正確に検出することがで
きる。また、平均値V_Aは、被検査物１０表面か
らの一部のデータに基づいて算出しているので、
迅速に求めることができる。さらに、一時メモリ
部２２を設けたため、複数トラツク分のデータを
サンプリングし一時メモリ部２２に記憶した後、
上記データを中心角などで区切られた所定領域ご
とに順次読み出して欠陥判定を行い、上記所定領
域（１画素）ごとに欠陥データをまとめることが
できる。したがつて、被検査物１０全表面の測定
データを１度に記憶する必要がなく、メモリ容量
が少なくてすむ。

なお、上記実施例においては、平均値V_Aの算
出は、実際の検査前に、被検査物１０の特定半径
ｒ位置における１周分のデータに基づいている
が、実際の検査過程において得られメモリ部２４
に格納された全データのうちから、特定の半径の
１周分のデータを取り出し平均値V_Aを算出して
も良い。さらに、複数の異なる半径位置における
１周分のデータでなく、被検査物１０に関する全
データのうちから任意に選択された例えば1000個
のデータにより、平均値V_Aを求めるようにして
も良い。要するに、平均値V_Aを被検査物１０に
関する全データのうちから任意に選択されたデー
タに基づいて算出するのであれば、本発明の要旨
の範囲内である。

また、１画素にデータをまとめる際、ｎトラツ
クと中心角の組合せで極座標にしてまとめたが、
Ｘ，Ｙ軸からなる直角座標表示でも良い。

また、欠陥有無判定は、全データをいつたんメ
モリ部２４に格納したのち行つているが、例え
ば、１回転分のデータごとに、メモリ部２４への
データの格納処理と並行して、CPU部２５にて
欠陥有無判定処理を行うようにしても良い。

［発明の効果］以上詳記したように本発明に係る表面検査装置
によれば、各被検査物ごとに基準値を自動的に検
出してその基準値に対して欠陥検出するための複
数のレベルを加算して閾値を設定しているため、
被検査物が異なつた場合や被検査物にソリがあつ
た場合など、欠陥のない場所の散乱光強度の変動
があつた場合でも、各被検査物ごとに閾値を標準
サンプルにより校正する必要がなく表面欠陥を正
確に検出することができる。

したがつて、本発明に係る表面検査装置を集積
回路製造における検査工程に導入した場合、検査
能率及び検査精度が顕著に向上し、集積回路の品
質及び歩留の改善に寄与するところが多く、大き
な工業的効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の表面検査装置を説明するための
図、第２図は従来の表面検査方法の欠点を説明す
るためのグラフ、第３図は本発明の一実施例に係
る表面検査装置の全体構成を示す図、第４図は第
３図の表面検査装置の作動を説明するためのフロ
ーチヤートを示す図、第５図はデータサンプリン
グを示すタイミングチヤートを示す図、第６図は
被検査物表面におけるデータサンプリング領域を
示す図、第７図は一時メモリ部におけるデータ書
き込み例を示す図、第８図はデータメモリにおけ
る画素ごとの欠陥データ書き込み例を示すグラフ
である。８……光照射部、１０……被検査物、１２……
光検出部、１５……搬送部、１６……ターンテー
ブル、１８……直流モータ（第１のモータ）、１
９……ロータリ・エンコーダ（回転位置検出器）、
２０……ステツピングモータ（第２のモータ）、
２１……演算制御部、２２……一時メモリ部、２
７……表示部。

Claims

【特許請求の範囲】１下記構成を具備することを特徴とする表面検
査装置。 (イ) 被検査物を載置するターンテーブルと、前記
ターンテーブルを回転駆動させる第１のモータ
と、前記第１のモータに隣接して前記ターンテ
ーブルの回転位置を示す回転位置信号を出力す
る回転位置検出器と、前記ターンテーブルの回
転に同期して前記ターンテーブルを半径方向に
移動させる第２のモータとからなる搬送部。 (ロ) 前記ターンテーブルに載置された被検査物に
光を照射する光照射部。 (ハ) 前記被検査物からの散乱光を集光して受光量
に対応した大きさの電気信号に変換する光検出
部。 (ニ) 前記光検出部からの電気信号を上記回転位置
信号と同期してアナログ−デジタル変換し上記
アナログ−デジタル変換された散乱光データを
順次所定のアドレスに記憶する一時メモリ部。 (ホ) 前記第１のモータに制御信号を発して回転駆
動させるとともに、回転位置検出器からの出力
に基づいて前記第１のモータの回転に同期して
前記第２のモータを駆動させて、前記被検査物
上を同心円状に走査させる制御部。 (ヘ) 前記一時メモリ部に記憶された散乱光データ
の平均値と予め設定された値とを加算して閾値
を設定する閾値設定手段と、一時メモリ部の各
アドレスに記憶された散乱光データを前記閾値
と比較して欠陥の有無判定を行い欠陥データを
出力する欠陥判定手段と、被検査物上で区切ら
れた所定領域ごとにその領域内での欠陥データ
の最大値を記憶保持する記憶手段とからなる演
算部。