JPH05209841A - 異物検出方法およびその装置 - Google Patents

異物検出方法およびその装置

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JPH05209841A
JPH05209841A JP366892A JP366892A JPH05209841A JP H05209841 A JPH05209841 A JP H05209841A JP 366892 A JP366892 A JP 366892A JP 366892 A JP366892 A JP 366892A JP H05209841 A JPH05209841 A JP H05209841A
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foreign matter
diffraction grating
optical system
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JP366892A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Akiyama
伸幸 秋山
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】パターン付ウェハ上の異物検出を目的として、
半導体レーザを斜方から照明し、長さ1.8mm、幅30μmの
領域を均一に照明することを目的とする。 【構成】発光部の長さが160μm、幅1μmの半導体レー
ザを第1結像レンズ4で回折格子5上に結像し、その回
折光を主光線とする光軸上に第2結像レンズ6を設け
て、回折格子上の実像をウェハ上に結像して照明領域2
を得る。回折格子5に当るレーザ光をP偏光とし、中間
に2分の1波長板8を設けてS偏光としてウェハ上を斜
方照明する。照明領域2中のパターンや異物は対物レン
ズ9により検出されリニアセンサ12上に結像し、電気信
号に変換される。 【効果】ウェハ上に狭い帯状照明ができ、照度が大幅に
向上する。またウェハが上下方向に微小量変化しても、
照明領域は長手方向(y方向)に動き、x方向には動かな
いので、検出に及ぼす影響が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にパターン付ウェハ
上の微小な異物を検出するのに好適な異物検出方法およ
びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】パターン付ウェハ上異物検査を例にとる
と、従来技術としては例えば、特開昭55−14982
9号公報に見られるように、図4でウェハ1をレーザ51
a,51b及び波長の異なる他のレーザ52a,52bで照明し
て上方から対物レンズ9でウェハ面上の回折光を検出
し、光電変換素子53a,53bで電気信号に変換するもの
である。
【0003】また回折格子を使用する従来技術として
は、例えば特開昭61−100930号公報に見られる
ように図5でウェハ1上の合わせマーク56を斜めから検
出する技術がある。斜方照明光57を合わせマークに当て
て、レンズ58で斜めから合わせマークを検出する。合わ
せマーク56の実像を回折格子5上に結像させ、この像を
リレーレンズ60で拡大して、光電変換器61で検出するも
のである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した異物検査
装置では対物レンズ9の下の検出領域は0.1mm以下と小
さかったため、レーザを集光して、その検出領域を照明
することができた。しかし図1に示した最近の異物検査
装置では、対物レンズ9の検出視野が広くなってきてい
る。従来技術では、このように広い検出視野に対応する
ような斜方照明については考慮されていないという課題
を有していた。
【0005】本発明の目的は上記従来技術の課題を解決
すべく、対物レンズの検出視野が広くなっても、十分な
照度が得られる斜方照明をして試料上の異物を高感度で
検出することができるようにした異物検出方法およびそ
の装置を提供すことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、発光部が線状又は点列となっている半導
体レーザ光の第1の実像を回折格子の上に結像させ、該
回折格子の上に結像された第2の実像をレンズにより試
料上に結像させるべく、前記回折格子による回折光を試
料上に長さ0.5mm以上(特に1mm以上)、幅8μm以上の
帯状にして斜方照明し、試料上の異物から反射する散乱
光を光電変換手段を有する検出光学系で受光して信号と
して検出し、該信号に基づいて試料上の異物を検出する
ことを特徴とする異物検出方法である。
【0007】また、本発明は、前記異物検出方法におい
て、前記半導体レーザ光をP偏光として前記回折格子に
入射することを特徴とする。また、本発明は、前記異物
検出方法において、前記回折格子からの回折光をS偏光
にして試料上に結像させることを特徴とする。また、本
発明は、発光部が線状又は点列となっている半導体レー
ザ光源、回折格子、前記半導体レーザ光源の発光部の第
1の実像を前記回折格子の上に結像させる第1の結像光
学系、前記回折格子の上に結像された第2の実像を試料
上に結像させる第2の結像光学系を備え、前記回折格子
による回折光を試料上に長さ0.5mm以上幅10μm以上の帯
状にして斜方照明する斜方照明光学系と、試料上の異物
から反射する散乱光を受光して信号として検出する光電
変換手段を有する検出光学系とを備え、該信号に基づい
て試料上の異物を検出するように構成したことを特徴と
する異物検出装置である。
【0008】また、本発明は、前記異物検出装置におい
て、前記斜方照明光学系の第1の結像光学系として、半
導体レーザ光をP偏光として回折格子に入射するように
構成したことを特徴とする。また、本発明は、前記異物
検出装置において、前記斜方照明光学系の第2の結像光
学系として、S偏光にして試料上に結像させるように構
成したことを特徴とする。また、本発明は、前記異物検
出装置において、前記斜方照明光学系の第2の結像光学
系として、2分の1波長板を設けたことを特徴とする。
【0009】
【作用】図1に示した最近の異物検査装置では、対物レ
ンズ9の検出視野が約1mm〜1.5mm以上と広くなってき
ている。そのため照明もこの長さだけ必要であり照明領
域の長さを1mm以上(但し幅は10μm程度でよい)にする
ことが要求される。
【0010】ところで、点光源の光では照度不足となる
ため直線状の光源を有する強力な半導体レーザを使用す
る。このような照明において、図6に示すように半導体
レーザの発光部14を結像レンズ70に対して平行に配置す
ると、発光部14の上下端の像は点65〜点66に作られ、試
料(ウェハ)上には68a〜67a〜69aのように広がる。
これを上下から見ると68b〜67b〜69bとなり点67bで
は狭い領域に集光するが、それ以外の点では集光せず広
がってしまう。これでは目的とする照明が得られない。
【0011】そこで、本発明は、前記構成により、試料
上において長さ1mm以上、幅10μm程度の領域を斜めか
ら強力に照明することを可能にし、パターン付ウェハ等
の試料上の0.5μm以下の微小異物を高感度で検出す
ることができる。
【0012】
【実施例】まず、本発明の原理について図4及び図5を
用いて説明する。即ち、強力な斜方照明を実現するため
図4で光源に例えば長さ160μm、幅1μmの発光部14
を有する半導体レーザを使用し、これを図4のように斜
めに置き、結像レンズ70でウェハ上に結像すると照明領
域2aが得られる。しかし発光部14を図4のように配置
すると、レーザ光71は発光部に垂直に射出するので、結
像レンズ70に入射しない。そこで図5のように発光部14
の第1実像を、結像レンズ72で回折格子5の上に結像さ
せ、この第2実像16の方向を図4の発光部14と同じに
し、回折光73の方向を斜方照明光の方向と一致させ、結
像レンズ70で第2実像16の像をパターン付ウェハ1の上
に形成することにより、パターン付ウェハ1の上におい
て長さ1.5mm以上、幅10μm程度の領域を斜めから強力に
照明することが達成される。
【0013】図5で回折格子5の回折面を結像レンズ72
の光軸に対して垂直に設ければ、半導体レーザの発光部
14は回折面上に収差なく結像する。次に回折格子5の格
子数を最適なものにすれば1次回折光を回折光73の方向
に一致させることができる。また回折格子5の溝の形状
を最適化すると共に、レーザの偏光方向をP偏光(後述
する。)とすることによって、入射光の40%を回折光73
として利用することができる。これにより第2実像16を
パターン付ウェハ面上に結像することができ、高照度斜
方照明が可能となる。
【0014】次に本発明の実施例を図1および図2を用
いて説明する。本発明の全体構成を図1を用いて説明す
る。パターン付ウェハ1上の領域2を斜め上方から半導
体レーザ3で、第1結像レンズ4、回折格子5、第2結
像レンズ6、ミラー7、2分の1波長板8を介して照明
する。この照明系は後方にも配置されており、前後2方
向から照明する。ウェハ上の回路パターン及び異物での
回折光は対物レンズ9で集光され、チューブレンズ10で
焦点11上に結像し、照明領域2の像が焦点11上に形成さ
れる。この位置に1次元リニアイメージセンサ12を設け
ることによって照明領域2の像が電気信号に変換され
る。照明領域の寸法は長さ1.8mm、幅30μmである。(原
理的には長さ1.5mm、幅10μm程度で良いが余裕を見て大
きくしている)。また1次元リニアイメージセンサの検
出長さは、ウエハ上で換算して1.5mmである。
【0015】ウェハ1はx方向(図1の13の方向)に往
復運動するので、1回の走査でウェハ上の幅1.5mmがx
方向に帯状に検出される。
【0016】次に上記した構成を更に詳細に説明する。
図2で半導体レーザの発光部14は長さ160μm、幅1μm
であるので、長手方向を上下にして固定する。第1結像
レンズ4の倍率を1.05倍にして回折格子5の上に発光部
14の像(長さ168μm)を結像する。この時のレーザの偏
光方向は15に示すようにP偏光(レーザの電界の振動方
向と、レーザの光路がなす面とが平行の場合をP偏光と
呼ぶ)とする必要がある。これがS偏光(レーザの電界
の振動方向とレーザの光路がなす面とが垂直の場合をS
偏光と呼ぶ)の場合には、回折格子の回折効率が1/10
になってしまう。
【0017】回折格子には1mmの間に1230本の溝を作っ
たものを用いる。この時のピッチは0.813μmになる。回
折格子によってレーザ光は図2でθ1の方向に進む。回
折格子のピッチをp、レーザの波長をλとするとθ1
式(数1)で表される。
【0018】 sin(90°−θ1°)=λ/p ……………………………(数1) 本実施例ではλ=0.78μmだからθ1は16.3°となる。即
ち図2で発光部14の像は回折格子面上に作られるが、レ
ーザ光の方向は回折格子面に対して16.3°の方向にな
る。
【0019】次に第2結像レンズ6の焦点距離は30mmで
あり、第2実像16〜第2結像レンズ6の距離は39mm、第
2結像レンズ6〜第3実像17の距離は130mmであるか
ら、第2実像16に対する第3実像17の横倍率は130/39=
3.33倍となる。また tanθ2=tanθ1/3.33 ……………………………………(数2) となるからθ1=16.3°の時θ2=5.0°となる。更に第
2実像16の長さをl1、第3実像17の長さをl2とすると
式3が成立する。
【0020】 l2/l1=(3.33×sin16.3°)/sin5°=10.7 ……(数3) l=0.168mmだからl2=1.8mmとなり、目的とした長さ
の照明が可能となっている。
【0021】ウェハ面への照明はS偏光である必要があ
る。その理由はP偏光の場合にはウェハ面上の多層膜の
影響を大きく受け、ウェハ上の回路パターン及び異物か
らの回折光がS偏光照明時の1/4になるためである。
そのため図2で2分1波長板8を光路中に設け、レーザ
光の偏光方向を18のようにS偏光にしている。
【0022】以上の実施例ではレーザ光の照明方向を図
1でウェハ1のオリエンテーションフラット20に直角と
しているが、これは直角以外の方向から照明してもよい
ことは明らかである。
【0023】また以上の実施例では半導体レーザの発光
部が直線状の場合を説明したが、半導体レーザの発光部
は点列又は短い線状発光部の集合でもよいことは明らか
である。
【0024】前記実施例によれば、幅30μm程度、長さ
1.5〜3.0mm程度のS偏光照明が可能となる。
【0025】ところで、半導体レーザの発光部21を水平
にして、結像レンズ22でウェハ上に結像させる場合を図
3に示す。この場合は、ウェハ1が例えば微小量降下し
た時には、照明領域2は照明領域23に移動してしまい、
図1に示す一次元リニアイメージセンサ12では検出でき
なくなる。更に図3の場合ではウェハ1上の照明領域2
の幅方向が広く(200〜300μm)なるため照明領域が広く
なり照度が大幅に低下する。しかし、前記実施例によれ
ば、ウェハが多少上下しても照明位置が余り変化せず、
図1の対物レンズ1で検出することが可能となる。これ
は図1で照明領域の長手方向に斜方照明しているため、
ウェハが上下しても、ウェハ1上の照明領域は長手方向
に多少変化するだけで済み、幅方向には位置が変化しな
いからである。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パターン付ウェハ等の試料上を斜方照明する場合、半導
体レーザの発光部を斜めから投影して、試料上に結像さ
せることができるため、照明領域を帯状に狭めて照度を
向上させることができ、その結果試料上の0.5μm以下の
微小異物を高感度で検出することができる効果を奏す
る。また本発明によれば、試料が多少上下しても、その
影響を受けることなく、微小異物を高感度で検出するこ
とができる効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の異物検査装置におけるレーザ斜方照明
系の一実施例を示す構成図である。
【図2】図1に示すレーザ斜方照明系の光路図である。
【図3】ウエハの上下位置変動によって照明領域が大巾
に変動する斜方照明法を説明するための図である。
【図4】本発明に係る目的とするレーザ斜方照明の原理
を説明するための図である。
【図5】本発明に係るレーザ斜方照明の原理を説明する
ための図である。
【図6】従来の異物検査装置を示した概略構成図であ
る。
【図7】従来のウエハ上のマーク斜方検出法を説明する
ための図である。
【図8】レーザ斜方照明系の一例を示した図である。
【符号の説明】
1…ウェハ、2…照明領域、3…半導体レーザ、5…回
折格子 8…2分の1波長板、14…半導体レーザの発光部、15,
18…レーザの偏光方向

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光部が線状又は点列となっている半導体
    レーザ光の第1の実像を回折格子の上に結像させ、該回
    折格子の上に結像された第2の実像をレンズにより試料
    上に結像させるべく、前記回折格子による回折光を試料
    上に帯状にして斜方照明し、試料上の異物から反射する
    散乱光を光電変換手段を有する検出光学系で受光して信
    号として検出し、該信号に基づいて試料上の異物を検出
    することを特徴とする異物検出方法。
  2. 【請求項2】前記帯状が長さ0.5mm以上幅8μm以上であ
    ることを特徴とする請求項1記載の異物検出方法。
  3. 【請求項3】前記半導体レーザ光をP偏光として前記回
    折格子に入射することを特徴とする請求項1記載の異物
    検出方法。
  4. 【請求項4】前記回折格子からの回折光をS偏光にして
    試料上に結像させることを特徴とする請求項1記載の異
    物検出方法。
  5. 【請求項5】発光部が線状又は点列となっている半導体
    レーザ光源、回折格子、前記半導体レーザ光源の発光部
    の第1の実像を前記回折格子の上に結像させる第1の結
    像光学系、前記回折格子の上に結像された第2の実像を
    試料上に結像させる第2の結像光学系を備え、前記回折
    格子による回折光を試料上に帯状にして斜方照明する斜
    方照明光学系と、試料上の異物から反射する散乱光を受
    光して信号として検出する光電変換手段を有する検出光
    学系とを備え、該信号に基づいて試料上の異物を検出す
    るように構成したことを特徴とする異物検出装置。
  6. 【請求項6】前記斜方照明光学系の第1の結像光学系と
    して、半導体レーザ光をP偏光として回折格子に入射す
    るように構成したことを特徴とする請求項5記載の異物
    検出装置。
  7. 【請求項7】前記斜方照明光学系の第2の結像光学系と
    して、長さ0.5mm以上幅8μm以上の帯状にして試料上に
    結像させるように構成したことを特徴とする請求項5記
    載の異物検出装置。
  8. 【請求項8】前記斜方照明光学系の第2の結像光学系と
    して、S偏光にして試料上に結像させるように構成した
    ことを特徴とする請求項5記載の異物検出装置。
  9. 【請求項9】前記斜方照明光学系の第2の結像光学系と
    して、2分の1波長板を設けたことを特徴とする請求項
    5記載の異物検出装置。
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