JPH05218163A

JPH05218163A - 異物検査方法及びその装置

Info

Publication number: JPH05218163A
Application number: JP4098095A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morioka; 洋森岡; Minoru Noguchi; 稔野口; Yoshimasa Oshima; 良正大島; Yukio Kenbo; 行雄見坊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-12-11
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ウェハの異物検査方法に関し、特に搬送途中の
ウェハ上の異物を実時間で検出する。【構成】半導体製造工程の量産ラインにおいて、異物検
査装置を小型にし、半導体製造ラインの処理装置の入出
力口あるいは処理装置間の搬送系に載置する。また、屈
折率変化型のレンズアレイ、空間フィルタ、パターン情
報除去回路により、ウェハ上の繰り返しパターン部上の
異物を検出する装置を構成し、搬送途中のウェハ上異物
検査を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程の量産
立上げ及び量産ラインにおいて発生する異物を検出し、
分析して対策を施す半導体製造工程における異物発生状
況解析方法及びその装置、または半導体基板上の異物を
検査する異物検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造工程では半導体基板
（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡
などの不良原因になり、さらに半導体素子が微細化して
半導体基板中に微小な異物が存在した場合にこの異物が
キャパシタの絶縁膜やゲート酸化膜などの破壊の原因に
もなる。これらの異物は搬送装置の稼動部から発生する
ものや、人体から発生するものや、プロセスガスによる
処理装置内で反応生成されたものや薬品や材料等に混入
されているものなどの種々の原因により種々の状態で混
入される。

【０００３】従来のこの種の半導体基板上の異物を検出
する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報
に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射
して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する
異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半
導体基板の検査結果と比較することにより、パターンに
よる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物検査を可
能にするものが、また、特開昭６３−１３５８４８号公
報に開示されているように、半導体基板上にレーザを照
射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生す
る異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレー
ザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭ
Ｒ）などの分析技術で分析するものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導
体製造工程の量産立上げ時と量産ラインは区別されてお
らず、量産立上げ作業で使用した検査装置がそのまま量
産ラインでも適用されており、量産ラインでは異物発生
をいち早く感知し対策を施す必要があるが、従来の検査
装置がスタンドアロ−ン型であり、製造ラインで処理し
た半導体基板を検査装置の箇所に持ち込んで異物の検査
をするものであった。したがって、半導体基板の搬送、
異物検査に時間を要したため、検査の頻度を十分な値ま
であげることは難しかった。

【０００５】これは、従来技術の装置規模が大きいうえ
に検査時間も長くかかり、これらの従来装置を用いて実
時間モニタを実現するには、大規模な装置を数多く並べ
る必要がありこれは事実上困難であった。現実的には、
１ロット、あるいは数ロットあるいは１日毎に１枚の半
導体基板を検査するのが限界であった。このような頻度
の異物検査では、異物の発生を十分に早く感知したとは
いえない。すなわち、量産ラインに対し、理想的な実時
間サンプリングには程遠いものであった。さらに、量産
ラインの工程数及び設備を低減するためには必要にして
十分な箇所に必要十分なモニタを設置する必要があると
いう問題があった。

【０００６】ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１
つに、これらの異物の発生原因を究明して対策を施す作
業があり、それには発生異物を検出して元素種などを分
析することが発生原因探求の大きな手がかりになる。一
方、量産ラインでは、これらの異物の発生をいち早く感
知し対策を施す必要がある。異物発生から異物発生の感
知まで時間が経過した場合不良の発生数は大きくなり歩
留りは下がる。従って、高い歩留りを維持するためには
異物発生からその感知までの経過時間を短縮することが
欠かせない。つまり、異物検査の効果を最大限に出すた
めには、モニタのサンプリングタイムを短くすることが
必要であり、理想的には、量産ラインに対し実時間のサ
ンプリングが望ましい。

【０００７】本発明の目的は、処理装置の入口、または
該出口、または、複数の処理装置の間の搬送系に設置し
て実時間で半導体基板上の異物の発生状況を検出できる
ようにした量産ラインの半導体製造工程における異物発
生状況解析方法及びその装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の量産ラインにお
ける異物検査装置は、上記実時間サンプリングを実現す
るものであり、異物モニタリング装置を小型にし、半導
体製造ラインの処理装置の入出力口あるいは処理装置間
の搬送系中に載置できるように構成した。即ち本発明
は、複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラインにお
いて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズアレイま
たはマイクロレンズ群から構成された結像光学系と該結
像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと
上記結像光学系の結像位置に配置された検出器とを備え
て半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタ
リング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、
または複数の処理装置の間の搬送系に設置して該処理装
置による半導体基板上の異物の発生状態を検出すること
を特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析
装置である。

【０００９】また、本発明は、半導体基板上の異物を検
査する装置において、半導体基板に対してほぼ短波長で
平面波で直線状の形状に照明する照明系と、該照明系に
よって照明された半導体基板からの反射光像を結像する
結像光学系と、該結像光学系の途中に半導体基板上の繰
り返しパターンからの回折光を遮光するように設置され
た空間フィルターと、結像された光像を検出する検出器
と、検出器で検出された信号の内半導体基板上で繰り返
して発生する信号を消去する消去手段と、該消去手段に
よって消去されなかった信号に基いて半導体基板上の異
物を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする
異物検査装置である。また、本発明は、上記異物検査装
置において、上記結像光学系として屈折率変化型のレン
ズアレイで構成したことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】半導体製造工程の量産立上げ時には材料、プロ
セス、装置、設計等の評価、改良（デバック）を行なう
ために高価で高性能な評価設備により各プロセス、設備
等を評価し、量産時には生産ラインの工程数及び設備を
できる限り低減し特に検査、評価の項目を減らして設備
の費用および検査、評価に要する時間を短縮するように
する。それには量産立上げ時の評価が円滑、迅速に進む
ようにサンプリング半導体基板を工夫した異物検出分析
システムを用いて異物の発生原因を究明して材料入手時
の検査仕様を変更したり設備の発塵源の対策を立て、そ
の結果がそれぞれの材料、プロセス、装置等にフィード
バックされて発塵しやすいプロセスの仕様を発塵に対し
て強い素子の設計仕様としたりすると同時に、量産ライ
ンの検査、評価の仕様作りに利用され異物の発生しやす
い箇所に必要に応じて半導体基板上の異物モニタを設置
したり、特定箇所の特定の異物の増減のみをモニタする
仕様としたりする。

【００１１】上記のように量産立上げ時と量産ラインを
分けることにより、量産立上げ時の異物の検出、分析、
評価装置を効率よく稼動させることができて量産立上げ
を迅速にできるとともに、量産ラインで用いられる異物
の検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装
置にして量産ラインの軽量化が図られる。

【００１２】また、本発明の上記量産ラインのモニタリ
ング装置において、高速小型でかつ従来の大型の装置と
同等の機能を持つ検査装置を現状の技術で解決するため
に、以下の方法に着目した。まず、メモリの繰り返し性
に着目した。従来から繰り返しパターンを除去し欠陥を
検出する方法は知られている。この方法は確実に検出性
能を確保できる。しかし、この方法は上記のモニタリン
グ装置を実現する上で好都合なことは触れられていな
い。さらに、この場合のモニタは半導体基板上の全ての
点をモニタする必要はなくある特定の比率で半導体基板
上を監視していればよく、繰り返しパターンの多いメモ
リの製造では、このメモリの繰り返し部だけをモニタす
るだけでも効果は大きいことに着目した。

【００１３】繰り返しパターンでは、コヒーレント光を
照射するとある特定の方向にだけ光が射出する。すなわ
ちメモリの場合は繰り返し部分から特定の方向に射出す
る光を空間フィルタによって遮光することができ、繰り
返して発生することがない異物を高感度で検出すること
ができる。この際、空間フィルタとして液晶を用いれば
液晶のオンオフで空間フィルタの形状を任意に変更でき
るため任意の繰り返しパターンの検査を自動でできるこ
とになる。

【００１４】上記手段で半導体製造時の歩留りが向上す
るのは以下の理由による。半導体基板上の異物個数の厳
密な検出実験により、異物個数は徐々に増減するもので
はなく、突発的に増減するものであることが新たに判明
した。従来は、異物の個数は徐々に増減するものと考え
られていたため、上述したようにロットで１枚ないし１
日１枚等の頻度で異物検査されていた。ところが、この
検査頻度では突発的な異物の増加が見落とされたり、増
加したまましばらくたってから検出されたりすることに
なり、相当数の不良が発生することになる。すなわち、
量産ラインでは異物の発生をいち早く感知し対策を施す
必要があり、異物発生から異物発生の感知まで時間が経
過した場合不良の発生数は大きくなり歩留りは下がる。
従って、異物発生からその感知までの経過時間を短縮す
ることにより高い歩留りを維持することができる。つま
り、モニタのサンプリングタイムを短くすること、理想
的には、実時間のサンプリングにより、異物検査の効果
を最大限にだすことができる。

【００１５】さらに、従来装置では半導体基板を抜き取
って検査しており、この際には半導体基板上に新たな異
物が付着することになり、やはり歩留りを低下させる。
本発明による異物検査装置では半導体基板を抜き取らな
いで検査できるためこの半導体基板への異物付着による
歩留り低下もなくすことができる。

【００１６】

【実施例】図１は半導体製造工程の量産立上げ及び量産
ラインの異物検査方法及びその装置の構成ブロック図の
一例を図１に示す。

【００１７】図１において、この半導体製造工程の量産
立上げ及び量産ラインの異物検査装置は、露光装置１１
エッチング装置１２と洗浄装置１３とイオン打込装置１
４とスパッタ装置１５とＣＶＤ装置１６等から成る半導
体製造装置群１０と、温度センサ２１と搬送系内異物モ
ニタ２２と圧力センサ２３と処理装置内異物モニタ２４
等から成るセンシング部２０およびそのセンシング部コ
ントロールシステム２５と、ガス供給部３１と水供給部
３２からなるユーティリティ群３０と、水質サンプリン
グウェハ４１とガスサンプリングウェハ４２と装置内サ
ンプリングウェハ４３とデバイスウェハ４４と雰囲気サ
ンプリングウェハ４５から成るサンプリング部４０と、
ウェハ異物検出部５１とパターン欠陥検出部５２から成
る検出部５０と、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）と２次イ
オン質量分析装置（ＳＩＭＳ）６２と走査形トンネル顕
微鏡／分光装置（ＳＴＭ／ＳＴＳ）６３と赤外分光分析
装置６４等から成る分析部６０と、異物致命性判定シス
テム７１と微小異物原因究明システム７２と汚染源対策
システム７３とから成る対応システム７０とより構成さ
れる。またこれらの構成要素はライン対応のオンライン
異物検査システム８１と量産立上げライン対応のオフラ
イン異物検査システム８２とに分けられ、これらをあわ
せて半導体製造工程の量産立上げおよび量産ライン異物
検査システム８０を成す。

【００１８】したがって、図に示すように、量産立上げ
時と量産ラインを分けることにより、量産立上げ時の異
物の検出、分析、評価装置を効率よく稼動させることが
できて量産立上げを迅速にできるとともに、量産ライン
で用いられる異物の検査、評価設備を必要最小限の簡便
なモニタリング装置にして量産ラインの軽量化が図られ
る。

【００１９】次に、オンライン異物検査システム８１の
オンラインモニタである搬送系内異物モニタ２２と処理
装置内異物モニタ２４について、一実施例を示す。図２
は半導体製造装置群１０の中でも特に大量不良の多い枚
葉式ＣＶＤ装置１６の搬送系にオンラインモニタである
異物モニタ１０１を適用した例である。異物モニタ１０
１を有するローダ１０２と予備室１０３と反応室１０４
と加熱部１０５とガスシステム１０６とコントローラ１
０７と上位ＣＰＵ１０８から構成されている。ローダ部
１０２に置かれたローダカセット１０９から予備室１０
３に製品ウェハ１１１を搬送し、ゲートバルブ１１２を
閉じ、予備室１０３を排気する。次に、ゲートバルブ１
１３を開け、予備室１０３と反応室１０４の製品ウェハ
１１１を交換し、ゲートバルブ１１３を閉じ、反応室１
０４で膜生成を開始する。膜生成中に予備室１０３を大
気圧に戻し、ゲートバルブ１１２を開け、製品ウェハ１
１１を回収し、アンローダカセット１１０に搬送する途
中で、異物モニタ１０１で製品ウェハ１１１上の異物を
計測する。ゲートバルブ１１２直前に異物モニタ１０１
を配し、膜生成前後の異物を比較しても良い。

【００２０】次に、異物モニタ１０１の構成について図
３より説明する。まず、異物モニタ１０１の異物検査開
始側に設けたウェハ回転方向検出器１２１で製品ウェハ
１１１のオリフラの方向を検出し、製品ウェハ１１１の
回転方向を検出する。その後、異物検出光学系１２２で
製品ウェハ１１１上の異物検査を全面において行う。次
に異物モニタ１０１より得られた異物情報を異物情報処
理系１２３で処理し、異物の異常発生があれば、アラー
ム等で知らせる、あるいは装置停止機能１２４により装
置本体１２５を停止することができる。また、キーボー
ド１２６とＣＲＴ１２７により異物表示を行なう。さら
に、異物解析システム１２８と連動されており、データ
のやり取りが可能である。例えば、システム１２８より
製品ウェハ１１１の名前、場所、サンプリング等ほしい
データの命令を送信することにより、異物情報処理系１
２３よりそれらのデータを得ることができる。ここで、
本異物モニタ１０１では、異物検出光学系１２２は異物
情報処理系１２３とは別体に成っており、さらに、ステ
ージ系を有しておらず、処理装置の搬送系を利用する構
成と成っている。しかし、もちろんステージ系を有する
構成も可能である。したがって、本異物モニタ１０１の
外形寸法は、幅Ｗ、奥行きＬ、高さＨがそれぞれ１ｍ以
内、あるいは、本異物モニタ１０１の幅Ｗがウェハの幅
Ｗｗより短く、小型を可能にしている。また、本異物モ
ニタ１０１は、自動較正機能を有しており、製造装置間
及び工程間で製品ウェハ表面の反射率が異なるので、反
射率を自動計測し、異物検出光学系の照明光量にフィー
ドバックすることにより対処でき、めんどうな較正を必
要としない。さらに、異物検出光学系１２２の検出レン
ズの焦点深度ｄは次式から算出され、０．１〜０．５mm
と深いため自動焦点を必要としない。

【００２１】

【数１】ｄ＝０．５λ／(ＮＡ)² （数１）ここで、λは光の波長、ＮＡは検出レンズの開口数であ
る。さらに、小型なので、ユニット交換が可能であり、
装置への搭載及びセッティングが容易な構造に成ってお
り、メンテナンスが楽である。

【００２２】図４よりウェハ回転方向検出器１２１の検
出方法について説明する。数個以上の発光点１３１を有
する照明系の下を製品ウェハ１１１がウェハ移動方向１
３３に沿って通過し、１３２の位置から１３４の位置に
移動する。図にウェハ回転方向検出器２１の照明系の発
光点から出た照明光の製品ウェハ１１１上の軌跡１３５
を示す。発光点Ａの場合、照明光が製品ウェハ１１１に
当たる時間Asと製品ウェハ１１１からはずれる時間Aeを
測定し、これを他の発光点Ｂ〜Ｇについても行う。以上
のデータと製品ウェハ１１１の移動時間により製品ウェ
ハ１１１のオリフラの方向を求め、製品ウェハ１１１の
回転方向を計算する。また、製品ウェハ１１１の回転方
向の検出方法として、スクライブエリア検出、チップ検
出、アライメントマーク等特殊マーク検出がある。

【００２３】したがって、本異物モニタ１０１は、ウェ
ハ回転方向検出器１２１で得られた製品ウェハ１１１の
回転方向と、図５に示すように、オリフラの延長線Ｘ軸
とそれと直交し製品ウェハ１１１の外周と接するＹ軸の
交点を仮想原点１４１とするオリフラ基準の座標あるい
は回路パターン１４２の延長線の交点を仮想原点１４３
とする回路パターン１４２基準の座標により、製品ウェ
ハ１１１上の検出した異物の位置の情報を得ることがで
きる異物座標管理が可能である。

【００２４】また、装置内の発塵分布を知るため、図６
に示すように、各製品ウェハ１１１の回転方向が様々な
方向１４２、１４３、１４４、１４５で搬送されてきて
も、１４５のように、搬送方向１５０と製品ウェハ１１
１の外周が接するｘ軸とそれと直行し製品ウェハ１１１
の外周が接するｙ軸から成る製品ウェハ１１１の回転方
向によらない装置基準の異物座標管理も有している。装
置内に発塵があれば、１４６のように規則的な異物分布
を示す。

【００２５】さらに、本異物モニタ１０１のウェハ回転
方向検出器１２１は、製品ウェハ１１１の回転方向を検
出すると同時に製品ウェハ１１１の搬送速度を求めるこ
とができるので、製品ウェハ１１１の搬送速度に同期し
て検出器、例えば、ＣＣＤリニアセンサのスキャンスピ
ードが変えられるように成っている。したがって、製品
ウェハ１１１の搬送速度によらず、安定した検出性能が
得られる。

【００２６】図７に製品ウェハ１１１上の異物検査が高
速でかつ構造が小型である空間フィルタを用いた異物検
出光学系１２２の構成図の一実施例を示す。斜方照明光
学系１５１と検出光学系１５２から成る。斜方照明光学
系１５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成っ
ている。検出光学系１５２は検出レンズとしてレンズア
レイ１５３、レンズアレイのフーリエ変換面に空間フィ
ルタ１５４、レンズアレイの結像位置に検出器１５５か
ら成っている。

【００２７】図８に斜方照明光学系１５１の構成図を示
す。ここで、斜方照明とは製品ウェハ１１１の法線１６
３からθ傾けた方向１６４より照明することを意味す
る。照明光源として小型で高出力の半導体レーザ１６１
を用い、アナモルフィックプリズム１６２で高輝度コヒ
ーレント光照明を可能にしている。製品ウェハ１１１上
をコヒーレント光照明することにより検出レンズ１５３
のフーリエ変換面において製品ウェハ１１１のパターン
のシャープなフーリエ変換像が得られるためである。さ
らに、アナモルフィックプリズム１６２は照明アレイの
隣接照明成分が影響しない広領域照明を可能にしてい
る。隣接照明光の影響があると、検出レンズ１５３のフ
ーリエ変換面において、隣接照明によるパターンのフー
リエ変換像がずれて重なりフーリエ変換像の面積が増
え、空間フィルタのフィルタ部分の面積も増えることに
なり、空間フィルタを通過する異物からの散乱光量が少
なくなり、異物検出性能が低下するからである。

【００２８】図９に検出光学系１５２の検出幅を示す。
検出光学系１５２の検出幅１７０は製品ウェハ１１１の
幅と同一であり、製品ウェハ１１１の送り１５６の１ス
キャン１５６のみで製品ウェハ１１１の全面を一括で検
査することができ、高速検査が可能となる。

【００２９】図１０に検出器１５５としてＣＣＤリニア
センサを用いた場合を示す。製品ウェハ１１１の幅を一
括で検出するため、図のようにＣＣＤリニアセンサ１７
１をちどり状に配置する。また、センサの重なり部分と
なる１７２についてはＢ列を削除し、Ａ列のデータを有
効とする。

【００３０】図１１に空間フィルタ１５４の構成図を示
す。レンズアレイ１５３の各レンズ素子１８１にそれぞ
れの空間フィルタ１８２が対応する。

【００３１】図１２に空間フィルタ１５４の詳細図を示
す。製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンか
らの回折光１９１はレンズアレイ１５３のフーリエ変換
面上の空間フィルタ１５４位置では規則的な像１９２と
なる。したがって、図に示すような空間フィルタ１５４
で製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンを遮
光することができ、検出器であるＣＣＤリニアセンサ１
５５には取り込まれない。

【００３２】空間フィルタ１５４には、製品ウェハ１１
１の繰返しパターンのフーリエ変換像を乾板に焼き付け
て作成する乾板方式の空間フィルタを用いる。したがっ
て、空間フィルタ１５４の焼き付けた部分は製品ウェハ
１１１の規則性のある繰返しパターンからの光は通過し
ない。または、液晶を用いた液晶方式の空間フィルタが
ある。まず、製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパ
ターンからの回折光１９１のレンズアレイ１５３のフー
リエ変換面上の空間フィルタ１５４位置での規則的な像
１９２をＴＶモニタ等により検出し、像１９２に対応し
た液晶素子の位置を記憶させる。次に、記憶された液晶
素子部分に電圧を加えることにより、その部分に当った
光を遮蔽することができる。したがって、各工程の製品
ウェハ毎の像に対応した駆動液晶素子を記憶し、フォー
マット化することにより、各工程の製品ウェハ毎の液晶
のオンオフによる空間フィルタが可能となる。

【００３３】図１３に各工程の製品ウェハ１１１に対応
した乾板方式による空間フィルタ群1001を示す。各工程
の製品ウェハ１１１に対応した空間フィルタを乾板方式
により作成し、図のようにリニアガイドステージ等の移
動機構により交換し、検出レンズ１５３に対して位置決
めすることにより、全ての工程の製品ウェハ１１１に対
応することができる。

【００３４】図１４に乾板方式によるアンド空間フィル
タ２２１を示す。数種類の工程の空間フィルタのアンド
を取ることにより、空間フィルタの数を減らすことがで
き、一つのアンド空間フィルタ２２２、２２３で数種類
の工程の製品ウェハ１１１の繰返しパターンからの光を
遮蔽することができる。したがって、アンド空間フィル
タ２２１を用いることにより、工程の多い場合でも空間
フィルタの数を減らすことができ、装置構成を簡単化す
ることができる。また、この方法は、液晶方式の空間フ
ィルタにも利用でき記憶するフォーマットの数を減らす
ことができる。しかし、全ての工程の空間フィルタのア
ンドを取り、１個のアンド空間フィルタも可能である
が、アンド空間フィルタを通過する異物からの散乱光量
が少なくなり、異物検出性能が低下する。

【００３５】次に、図１５に部分検査による異物検出光
学系１２２の構成図の一実施例を示す。検出レンズとし
てマイクロレンズ群２３１を用い、各マイクロレンズ２
３１のフーリエ変換面に空間フィルタ２３２を配置し、
さらに、検出器としてＣＣＤリニアセンサ２３３を配置
する。したがって、解像度の高いマイクロレンズ２３１
を用いることにより、レンズアレイ１５３を用いるよ
り、さらに微小の異物を検出することができる。ただ
し、この方式においては、検出レンズとしてマイクロレ
ンズ２３１ではなく、もちろん従来のレンズを用いた場
合でも検査が可能である。部分検査の一実施例としてマ
イクロレンズ群２３１のピッチを製品ウェハ１１１のチ
ップの間隔に合わせることにより、検査領域を有効にす
ることができる。

【００３６】しかし、図１６の斜線部に示すように、マ
イクロレンズ群２３１一列だけでは製品ウェハ１１１上
の部分検査となり、異物のモニタリング機能は果たせる
が、製品ウェハ１１１の全面を検査することはできな
い。ここで、２３６はマイクロレンズ２３１が１個の検
出幅である。しかし、製品ウェハ１１１を数スキャンす
ることにより、製品ウェハ１１１の全面検査が可能とな
る。または、図１７に示すようにマイクロレンズ２４１
を２列あるいは数列のちどり状に配置することにより、
製品ウェハ１１１の１スキャン１５６のみで全面検査が
可能となる。尚、マイクロレンズ２４１のフーリエ変換
面に空間フィルタ２４２を配置し、さらに、検出器とし
てＣＣＤリニアセンサ２４３を配置している。

【００３７】また、図１５において、他の実施例とし
て、斜方照明系１５１にパルス発光レーザを用いて製品
ウェハ１１１上を広領域かつ高照度で照明する。さら
に、検出器として２次元ＣＣＤセンサあるいはＴＶカメ
ラ２３３を用いれば広領域で検出することができる。こ
こで、斜方照明系１５１において、パルス発光を行う場
合は、検出器もそれに同期させて検出する。

【００３８】以上において、空間フィルタを用いる場合
は、各製品ウェハ１１１の回転方向が一定で搬送されて
くる場合は、例えば、装置の搬送系途中にオリフラ位置
合せ機構を設置し、空間フィルタの方向に製品ウェハ１
１１の方向を合せることにより、空間フィルタ検出が可
能となる。しかし、各製品ウェハ１１１の回転方向が様
々な方向で搬送されてくる場合は、製品ウェハ１１１の
繰返しパターンの方向も変わるため、製品ウェハ１１１
の回転方向に合せ空間フィルタも回転する必要がある。
図１５、図１７に示すマイクロレンズを用いると、隣接
する空間フィルタは独立しているため、個々の空間フィ
ルタを製品ウェハ１１１の回転方向に合せ回転すれば良
い。しかし、レンズアレイを用いる場合は、隣接する空
間フィルタは連なっているため、図１８に示すように製
品ウェハ１１１の回転方向（オリフラの回転位置）２５
１に合せ異物検出光学系１２２（２５３）を２５４のよ
うに回転し、２５２の方向にする必要がある。もちろん
マイクロレンズを用いる場合でも、製品ウェハ１１１の
回転方向２５１に合せ異物検出光学系１２２を回転して
も良い。ここで、２５１の方向と２５２の方向は同一で
ある。回転角は最大４５°であり、図１８の場合、回転
する分、検出幅が長くなる。

【００３９】また、空間フィルタを用いる場合は、製品
ウェハ１１１上の規則的な繰返しパターン部の検査を行
うことはできるが、それ以外の部分は検査できない。し
たがって、製品ウェハ１１１上の規則的な繰返しパター
ン部以外は、ソフト等で無効データあるいは検出禁止エ
リアとする。しかし、この場合、製品ウェハ１１１上の
全ての点を異物をモニタするのではなく、ある特定の比
率で製品ウェハ１１１上を監視しているが、繰り返しパ
ターンの多いメモリの製造では、このメモリの繰り返し
部だけをモニタするだけでも効果は大きい。

【００４０】次に、図１９に白色光照明による異物検出
光学系１２２の構成図の一実施例を示す。白色光による
斜方照明系２６１と検出光学系２６２としてレンズアレ
イ１５３と検出器１５５から成っている。この方式を用
いると、空間フィルタ方式に比べ異物の検出性能は低下
する。しかし、図２０に示すように白色光照明検出２７
１は空間フィルタを用いないレーザ照明検出２７２に比
べて検出性能は高く、また、製品ウェハ１１１上の規則
的な繰返しパターン部に限定せず、全面を検査すること
ができる。ここで、異物からの検出出力は製品ウェハ１
１１上の全てのパターンのピーク値を基準２７３にとっ
ている。

【００４１】次に、図２１にウェハ比較検査による異物
検出光学系の構成図の一実施例を示す。斜方照明光学系
１５１と検出光学系１５２から成る。斜方照明光学系１
５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成ってい
る。検出光学系１５２は検出レンズとしてレンズアレイ
１５３あるいはマイクロレンズ群、検出レンズ１５３の
フーリエ変換面に空間フィルタ１５４、検出レンズ１５
３の結像位置に検出器１５５、さらに、検出器からの検
出信号を画像処理する画像処理系２８０から成ってい
る。まず、製品ウェハ１１１の１枚目を検出し画像とし
てメモリ２８２に記憶する。次に、２枚目の製品ウェハ
１１１を検出した検出画像２８１と１枚目の記憶画像２
８２を比較回路２８３により比較することにより、異物
の顕在化を行なう。３枚目以降の製品ウェハ１１１検出
画像２８１は、１枚目もしくは直前の２枚目の記憶画像
２８２と比較する。本実施例では、空間フィルタ１５４
を用いてパターンの情報を少なくしている。したがっ
て、本異物検出光学系で検出する前にオリフラ位置合せ
機構等を設置し、全ての製品ウェハ１１１の回転方向を
空間フィルタの回転方向に合わせる。

【００４２】図２２に異物モニタ１０１を用いた半導体
ＦＡ（Factory Automation）のシステム図を示す。製品
ウェハ１１１を一貫処理可能な一貫処理ステーション２
９１、各種特殊処理に対応した各種ジョブステーション
２９２、検査ステーション２９３、解析ステーション２
９４から構成されており、各ステーションはクリーント
ンネル中の搬送系により結合されている。一貫処理ステ
ーション２９１と各種ジョブステーション２９２におい
て、特に大量不良の可能性の高いＣＶＤ装置やエッチン
グ装置などには異物モニタ１０１を搭載して、装置内の
異物監視を行なう。また、２９６、２９７のようにステ
ーションの出入口の搬送系に異物モニタ１０１を搭載し
て、ステーション全体における異物監視を行なう。

【００４３】なお、本発明は量産立上げ時においても、
量産ラインの監視に有効であることは当然である。

【００４４】次に本発明に係る小型異物モニタの他の具
体的実施例を図２３から図３２を用いて説明する。

【００４５】以下、本実施例の構成を図２３を用いて説
明する。本実施例は、半導体レーザ１１１１、コリメー
タレンズ１１１２、ｘ拡散レンズ１１１３、集光レンズ
１１１４、ｙ拡散レンズ１１１５、ミラー１１１６より
構成される照明光学系１１１０と、結像レンズ１２１
１，１２２１、空間フィルター１２１２，１２２２、偏
光板１２１３，１２２３、１次元検出器１２１４，１２
２４より構成される検出光学系１２１０と、ウエハ搬送
手段１３０１、自動焦点検出器１３１２、自動焦点位置
決め機構１３１３より構成されるステージ系１３００
と、Ａ／Ｄ変換器１４１１、閾値回路１４１２、２次元
画像切り出し回路１４１３、パターン異物判断回路１４
１４、パターン情報メモリ１４１８，１４１６、異物情
報メモリ１４１７，１４１５より構成される信号処理系
１４０１と、ＦＦＴ回路１５１１、繰り返し部除去回路
１５１２、データメモリ１５１３、マイクロコンピュー
タ１５１５、データ表示系１５１６、異常表示アラーム
１５１７より構成されるデータ処理系１５０１とにより
構成される。

【００４６】照明光学系１１１０では、半導体レーザ１
１１１から射出した光が、コリメータレンズ１１１２に
より平面波になりｘ拡散レンズ１１１３によりｘ方向の
み広げられる。ｘ拡散レンズ１１１３より射出した光は
集光レンズ１１１４によりｘ方向は平行な光束つまり平
面波に、ｙ方向は集光される。その後ｙ拡散レンズ１１
１５によりｙ方向のみ平行光束まで拡散される。結果的
に、ｘ，ｙ方向とも平行光束つまり平面波でありｙ方向
に長い直線上のビームとなり、ウエハ（半導体基板）１
００１上を照明する。

【００４７】図２４に照明光学系１１１０をｘ方向から
見た構成を示し、図２５にｙ方向から見た構成を示す。
ｙ方向には、ウエハ（半導体基板）１００１上の照明エ
リアを十分照明できるだけ広がり、ｘ方向には十分な照
度になるよう絞り込んでいる。ただし、照明は平面波す
なわちｘ方向にもｙ方向にも平行な光束になっている。

【００４８】ここで、本実施例では、ｘ，ｙ方向とも平
行光束つまり平面波にして照明しているが、近似的に平
面波になる光学系であればよい。また、ここでは、磁界
ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光を
照射している。これにより、異物からの散乱光をパター
ンからの散乱光に対して相対的に向上する効果がある。
但し、必ずしもｓ偏光である必要はなく、その他の直線
偏光あるいは楕円、円偏光であっても本発明の目的を達
成する上では差し支えない。

【００４９】検出光学系１２１０では、ウエハ１００１
上の検査位置１００２から射出した光束を結像レンズ１
２１１，１２２１により、空間フィルター１２１２，１
２２２、偏光板１２１３，１２２３を通して、１次元検
出器１２１４，１２２４上に結像する。偏光板１２１
３，１２２３は、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直な
光（Ｓ偏光）を遮光している。この偏光板は、異物から
の散乱光をパターンからの散乱光に対して相対的に向上
する効果がある。但し、必ずしも必要ではなく、省いて
も本発明の目的を達成する上では差し支えない。

【００５０】また、検出光学系の結像レンズ１２１１
は、図２６に示したような通常のレンズを用いても、あ
るいは、図２７に示したような屈折率変化型のレンズア
レイを用いてもよい。いずれの場合も、照明光学系１１
１０として、図２４及び図２５に示したような平面波を
照明できるような光学系を用いる場合、空間フィルター
１２１２，１２２２をはじめとした構成上の相違点はな
い。

【００５１】図２８に照明光学系及び検出光学系の平面
図を示す。検出光学系１２１０，１２２０，１２３０，
１２４０，１２５０，１２６０および１次元検出器１２
１４，１２２４，１２３４，１２４４，１２６４を複数
配置し、ウエハの直径Ｌ全域をカバーできるようにして
いる。また、各照明光学系１１１０，１１２０，１１３
０，１１４０，１１５０，１１６０はそれぞれ１次元検
出器１２１４〜１２６４の検出エリアを照明するように
配置している。この構成で、ウエハ全域を平行光束すな
わち平面波で照明できる。この構成では、一つの検査領
域にたいして一つの照明方向から照明している。この構
成により、空間フィルタ−の効果が十分に発揮される。
仮に一つの照明領域が複数の方向から照明された場合、
空間フィルタ−上でこれら複数の照明による回折パタ−
ンが重複するため空間フィルタ−による遮光領域を大き
くする必要がある。このように遮光領域を大きくした場
合、この遮光領域により検出すべき光信号をも遮光して
しまうことになる。一つの方向から照明することにより
これを防ぐことができる。

【００５２】ステージ系１３００では、ウエハ１００１
をウエハ搬送手段１３０１上に載置した後、ウエハ搬送
手段１３０１はｘ方向に移動する。ここで、ウエハ搬送
手段１３０１は、他の処理装置、具体的には、成膜装
置、エッチング装置、露光装置などの半導体製造検査装
置のもつ搬送系である。もちろん、本発明の異物検査装
置が、この搬送手段を持ち合わせていてもよい。また、
自動焦点検出系１３１２により、ウエハ１００１と本発
明による装置との距離が測定され、その結果を基に自動
焦点制御系１３１３によりウエハ１００１と本発明によ
る装置との距離が最適になるよう制御される。この制御
は検査開始前に１度だけされれば十分であるが、ウエハ
搬送手段１３０１の精度によっては、検査中に実時間で
制御される必要がある場合もある。

【００５３】信号処理系１４１０では、１次元検出器１
２１４からの検出信号をＡ／Ｄ変換器１４１１、閾値回
路１４１２を通過し、２値化された１ビットの信号が５
×５の２次元画像切り出し回路１４１３に送られ、図に
示した論理式によるパターン異物判定回路１４１４によ
りパターンと異物が判定される。すなわち、中央の点の
論理値をＰ（０、０）とすると、以下の式（数２）が成
立するときｐ（０，０）の信号を異物と判断し、以下の
式（数３）が成立するときパターンと判断する。

【００５４】

【数２】

【００５５】

【数３】

【００５６】判断された結果は、１次元検出器１２１４
の基本クロックから求められる座標信号によりパターン
メモリ１４１５および異物メモリ１４１６に格納され
る。ここで、閾値回路１４１２から異物メモリ１４１６
までの回路は、３系統等の複数用意してあり、閾値回路
１４１２の閾値を段階的に変えておく。このような回路
構成により必要十分な機能を有しながら回路規模が小型
になるという効果を持つ。ここで、この信号処理系は
各検出光学系１２１０〜１２６０の信号を処理するた
め、信号処理系１４１０〜１４６０が設けられている。

【００５７】データ処理系１５０１では、異物メモリ１
４１６のデータからＦＦＴ回路１５１１により異物マッ
プデータがフーリエ変換され、繰り返し部除去回路１５
１２によりチップ間の繰り返し部が除去される。こうし
て得られた異物データは異物メモリ１５１３に座標及び
閾値が格納されると共に、この異物数が許容範囲より大
きい場合、アラーム１５１７より警報信号が出される。
この警報信号が出された場合、作業者は、ラインの動作
を止めると共に、異物の発生原因を追求し、対策を施
す。また、マイクロコンピュータ５１５より指令するこ
とにより、異物のマップデータ、座標データ等が表示系
１５１６に出力される。また、本発明では、パターンの
データもメモリ１４１６に格納されている。このデータ
は、このパターン部では異物検査を実施していないこと
を意味する。従って、パターンデータの全体面積に対す
る比率は、検査面積比率を意味する。この検査面積比率
が、所定の値より小さい場合は、検査装置のエラーある
いは、ウエハプロセスのエラーの可能性がある。従っ
て、この場合も、アラーム１５１７より警報を出す。

【００５８】図５１に、信号処理系１４１０とデータ処
理系１５０１の機能を兼ねた異物パターン判断系を示
す。データ処理系１５０１では、ウエハ内のチップの繰
り返し性を利用してチップ周辺の非繰り返しパターンを
識別除去している。この機能は、図５１に示した回路に
よっても達成される。

【００５９】この実施例は、２次元画像切り出し回路１
４１３に替えて画像切り出し回路１４２０をもつ。画像
切り出し回路１４２０は切り出し部１４２１、１４２２
及び被判断部１４２３より構成される。この切り出し部
１４２１、１４２２は、被判断部１４２３に対して試料
上でのチップピッチｐ離れた位置の画像を切り出せるよ
うに配置されている。ここで、ウエハは、回転誤差Δ
α、チップ転写誤差、結像倍率誤差、２値化による誤差
などによるチップ間隔誤差Δｐを持っているため、画像
切り出し部１４２１、１４２２は被判断部１４２３に対
して概ね±Δα、±Δｐの余裕を持っている。この値
は、実験的に、あるいは装置の製作精度を基に設計され
ればよい値であるが、本実施例の場合画素サイズを７μ
ｍとして、Δｐを１．５画素、Δαを０．５度とし、ピ
ッチが１０ｍｍ程度として、Δｗ（＝Δα・ｐ）を１
２．５画素としている。この画像切り出し回路１４２０
から切り出された信号は、図２３に示した信号処理系に
準じて処理される。２次元切り出し回路１４１３では切
り出された正方形の周辺部を式１に従ってロの字形に論
理積を取るのに対し、切り出し部１４２１、１４２２の
全域にわたって論理積が取られる。すなわち、２次元切
り出し回路１４１３では切り出された正方形の周辺部を
Ｐ（ｉ，ｊ）としているのに対し、切り出し部１４２
１、１４２２では切り出された全域をＰ（ｉ，ｊ）とし
ている。このＰ（ｉ，ｊ）の形状が異なるだけでパター
ンの判断は式１で、異物の判断は式２で示される。

【００６０】この構成では、ＦＦＴ回路１５１１および
繰り返し部除去回路１５１２を省略することができる。

【００６１】以下、動作を図２３ないし図３２により説
明する。

【００６２】本発明では、超微細パターンの形成された
超ＬＳＩ上の異物を高速高精度でしかも小型の装置で検
査するため、パターンの繰り返し性に着目している。従
来の装置では、ウエハの全面積を高速高精度で検査する
ため、高性能の大型の装置が用いられていた。ところ
が、半導体生産の歩留りを向上するためには、必ずし
も、全面積に付いて異物検査をするよりも、むしろ、全
面積検査を犠牲にして、全ウエハ検査を実施した方が良
いという結果が判明した。従来装置を用いる限り、ウエ
ハを適当な頻度でサンプリングして検査するしかなく、
この検査方法では、一度、不良が発生したとき大量の不
良をつくり込んでしまう可能性がある。このような、全
ウエハ検査をする場合、ウエハの全面積を検査しなくて
も、装置発塵、プロセス発塵等の不良を発見できる。

【００６３】そこで、メモリーに代表されるＬＳＩに
は、繰り返しのパターンが大きな比率で存在することに
着目した。ＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ等では、８０％以上、マ
イクロコンピュータ、カスタムＬＳＩ等でも多くの場
合、３０％以上である。このような比率で有れば、この
繰り返し部だけの検査で十分である。繰り返し部の欠
陥、異物の検査では、光学的なフィルターリングを用い
た非繰り返し部の強調検出技術が有効である。そこで、
この技術を適した。この方法は、空間フィルターの作成
方法が課題である。

【００６４】図２９に示したような基本パターン１０１
０の繰り返しパターンに図２３に示した装置で光を照明
した場合、図３０に示したような規則的な回折パターン
１０１１が空間フィルター１２１２，１２２２で観察さ
れる。この回折パターン１０１１は図２９に示したパタ
ーンからの回折にによるものである。ここで、図２９上
に異物１０１２が存在した場合、この異物１０１２から
の回折光は、規則的な回折パターン１０１１とは異なっ
た不規則な形状になり、例えば図３０上のパターン１０
１３のように観察される。そこで、この空間フィルター
１２１２，１２２２上で回折パターン１０１１を遮光す
るようなフィルターを設ければ、パターン１０１４の情
報は削除され１次元検出器１２１４，１２２４上では、
異物１０１２の情報のみが図１１のように観測される。
すなわち本発明により、異物１０１２のみが選択的に検
出されたことになる。

【００６５】ここで、パターン１０１４のピッチｐと回
折パターン１０１１のピッチθ（観測点２から結像レン
ズ１２１１，１２２１へ入射する回折パターンの角度で
示している。）との関係は、照明光学系１１１０の射出
する光の波長λとして以下の式（数４）で示される。

【００６６】

【数４】sinθ＝λ／ｐ（数４）従って、ｐが小さいほどθは大きくなる。すなわち、Ｌ
ＳＩがより微細化し、ｐが小さくなるほど回折パターン
のθは大きくなり結像レンズ２１１に入射する回折パタ
ーンは減少し空間フィルターの形状は簡単になるという
利点がある。

【００６７】また、同じ製品の場合、基本パターン１０
１０の形状は変わっても位置ピッチは変わらないため回
折パターンの基本的な形状は変わらない。つまり、同じ
製品を検査する限り、回折パターンの形状はほぼ変わら
ず、従ってこれを遮光する空間フィルターの形状もほぼ
変わらないという特徴を有する。この特徴を利用し、各
製品毎に各工程の回折パターンの形状を測定しそれら全
ての回折パターンを遮光するような空間フィルターを作
成しても、そのフィルターが結像レンズの開口全てを遮
光するようなことはないことに着目した。このように各
工程毎の回折パターンをすべて遮光するようなフィルタ
ーを用いることにより空間フィルターの交換を省くこと
ができる。また、特にメモリの製造ラインでは製品が少
なく製品の変更も少ないため効果的である。

【００６８】ここで、本発明では、結像レンズ１２１
２，１２２２に屈折率変化型のレンズアレイを用いると
装置をさらに小型に構成できる。屈折率変化型レンズア
レイは、小型の光学系が構成できるためファクシミリ、
電子複写機等に用いられている。光学系を小型にすると
いう目的を達成する為にはこの屈折率変化型のレンズア
レイは効果的である。しかしながら本発明では空間フィ
ルターを用いる必要がある。従来、屈折率変化型のレン
ズアレイにもフーリエ変換面があり空間フィルターを用
いることができることは着目されていなかった。本発明
では、この屈折率変化型のレンズアレイに空間フィルタ
ーを用いることができることに着目して、屈折率変化型
のレンズアレイを用いた小型の異物モニターを実現し
た。空間フィルターの構成、作用は上述したものと同一
であり、各レンズ１つ１つに上述の空間フィルターを設
置すればよい。またこの屈折率変化型のレンズアレイの
空間フィルターの位置は図３１に示すようにレンズの射
出側の端面になる。

【００６９】図３２に空間フィルターの形状を示す。特
に、最も簡便にかつ任意のパターンに対し効果を出すに
は図３２（ａ）に示した直線上のものがよい。また、こ
の直線上の空間フィルターよりパターンとの弁別性能を
出すには図３２（ｂ）に示した様な形状のものが必要に
なる。さらに、製品内の各工程全てで使用できる形状の
１例を図３２（ｃ）に示す。

【００７０】図３３に異物の検出例を示す。

【００７１】ここで高速小型の異物検査装置を実現する
上で、この空間フィルターを用いた方法は従来技術（特
許公開昭和６２−８９３３６号）に示した偏光検出法よ
り適している。この理由を図３４、３５、３６を用いて
説明する。

【００７２】試料に光を照明し異物からの散乱光を検出
する方法では、試料表面に形成されたパターンからの散
乱光がノイズになる。このノイズは、図３４（ｃ）に示
したように検出器２００６の画素（１つの信号として検
出される最小単位）サイズが大きいほど大きくなる。ノ
イズ源になるパターンは試料上ほぼ全面に形成されてい
るため、ノイズは画素サイズに比例して大きくなる。

【００７３】一方で、画素数が多いほど検査時間がかか
るため、高速検査を実現するためには画素サイズを大き
くする必要がある。したがって、画素サイズを大きくし
て、ノイズレベルも小さくする必要がある。このノイズ
レベルを小さくする方法として、小泉他、「ＬＳＩウエ
ハパターンからの反射光の解析」、計測自動制御学会論
文集、１７−２、７７／８２（１９８１）に、偏光を利
用した方法が解析されている。これによれば、偏光を利
用することによって、パターンからの散乱光（ノイズ）
を減衰させることができる。ところがこの方法による散
乱光の減衰率は、上記論文に解析されている通り、検出
器の方向に依存する。このため、結像光学系を用いたよ
うに様々な方向に射出した光を集光する場合、それぞれ
の減衰率を積分すると減衰率は０．１％から０．０１％
程度になる。

【００７４】これに対し、本出願の空間フィルターを用
いた方法では、減衰率を０．００１％から０．０００１
％にできる。この理由を図３５、３６を用いて説明す
る。繰り返しパターンの形成されたウエハ２００１を照
明光２００２で照明し、照明した領域をレンズ系２００
３、２００５を用いて検出器２００６に結像する。ここ
で、空間フィルター２００４を載置したフーリエ変換面
でのパターンからの射出光の強度分布を図３６に示す。
繰り返しパターンからの射出光はパターンのピッチに応
じた位置に集中する。この集中の比率を算出した例とし
て、複スリットの場合の回折光強度分布が久保田宏著、
「応用光学」（岩波）に説明されている。これによれ
ば、スリットの数（本出願では同時に照明される繰り返
しパターンの数）が多くなれば、集中の比率が大きくな
る。この比率はフーリエ変換Ｆ［］を用いても算出でき
る。照明されたパターンの形状をａ（ｘ，ｙ）とする
と、空間フィルターの位置の光強度分布はＦ［ａ（ｘ，
ｙ）］となる。空間フィルターの形状をｐ（ｕ，ｖ）と
すると、ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］が、空間フ
ィルターを通過する光となる。また空間フィルターに相
補的な図形の形状を￣ｐ（ｕ，ｖ）とすると、￣ｐ
（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］は、空間フィルターに
よって遮光される光成分である。この２つの成分の比率
が先の減衰率になる。パターンの繰り返し数が３の時の
この減衰率を算出すると０．００１％程度である。繰り
返し数が５の時０．０００１％程度になり、さらに繰り
返し数を多くすれば減衰率は低下する。従って、偏光を
用いるよりも減衰率を低くでき、パターンノイズを低減
できることになる。

【００７５】以上の計算は、パターン形状及びその他の
条件が理想的な場合であって、現実の実験結果とは必ず
しも一致しない可能性がある。しかしながら、偏光方式
よりも１桁から３桁減衰率が低下し、パターンノイズを
低減できるという実験結果を得ている。

【００７６】次に本発明の小型異物モニタの他の実施例
を図３４から図４７を用いて説明する。図３４に異物検
出器の検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す。小
型異物モニタの課題として高速・小型化がある。同図
（ａ）に異物検出光学系を示す。ウェハ２００１上のパ
ターンと異物からの散乱光を検出レンズ２００３を通し
て、検出器２００６で検出する。検出器２００６からの
検出信号は検出器２００６の１画素毎に出力される。同
図（ｂ）に検出器２００６の１画素に相当するウェハ上
の大きさが小画素の場合と大画素の場合を示す。検出時
間Ｔはウェハの面積Ｓ、検出器のデータ取り込み時間
ｔ、検出器の画素サイズｗ、検出器の画素数ｎとして以
下の式（数５）で示される。

【００７７】

【数５】Ｔ＝（Ｓ・ｔ）／（ｗ・ｎ）（数５）式（数５）より、高速・小型を実現するためには、ｗを
大きくすることと、ｎを増やして並列処理を行うことが
最も有効である。しかし、同図（ｃ）に示すように、ｗ
を大きくすると、ｗに比例してウェハ２００１上のパタ
ーンからのノイズレベルも増加する。したがって、ｗを
大きくして、異物検出性能を維持するためには、パター
ンからのノイズレベルを低減する必要がある。

【００７８】そこで、次に、パターンからのノイズレベ
ルを低減するために、空間フィルタ法によるノイズ低減
の効果について説明する。図３５は空間フィルタを用い
た異物検出光学系の構成図を示す。検出レンズ２００３
のフーリエ変換面に空間フィルタ２００４を設置してい
る。ノイズであるウェハ２００１上の繰返し性のあるメ
モリパターンからの回折光２００７は、検出レンズ２０
０３を通過後、空間フィルタ２００４で遮光する。ま
た、ウェハ２００１上の異物からの散乱光２００８は検
出レンズ２００３、空間フィルタ２００４、結像レンズ
２００５を通過して検出器２００６で検出される。

【００７９】ここで、図３５の空間フィルタ２００４面
におけるパターン回折光２００７のｘ方向の光強度分布
を図３６に示す。同図において、空間フィルタ２００４
の透過部分（Ａ）と遮光部分（Ｂ）に相当するパターン
回折光２００７の光強度の比、即ちＡ：Ｂは１：１０⁵
となり、空間フィルタ２００４を設置することにより、
パターンノイズを１／１０⁵に低減することができる。
従来の異物検査装置に用いられた偏光フィルタ法では、
パターンノイズ低減は１／１０²であるため、検出器の
画素サイズが同一であれば、ノイズ低減レベルは１０³
向上し、異物検出感度も向上する。したがって、異物検
出感度の目標設定を従来の異物検査装置の性能以下にす
ることにより、検出器の画素サイズの大画素化を行うこ
とができ、異物検出光学系の高速・小型化が可能とな
る。

【００８０】なお、空間フィルタで遮光できるパターン
は繰返し性のあるメモリパターンであり、メモリパター
ン部以外はソフト等で無効データあるいは検出禁止エリ
アとする。

【００８１】図３７に空間フィルタ法を適応した場合の
異物検出光学系における弁別比を示す。ここで、異物検
出系光学系における検出レンズ２００３は結像レンズも
兼ねているため、結像レンズを必要としない。検出器２
００６からの検出信号分布より、異物の検出信号をＳ、
パターンノイズをＮとすると弁別比をＳ／Ｎで表す。次
に、図３８に検出器の画素サイズと弁別比の関係を示
す。ここでは、異物として２μｍ標準粒子の例を示す。
異物をパターンから安定して弁別するためには、弁別比
１以上を必要とする。したがって、同図より、２μｍ標
準粒子をパターンから弁別して検出するためには、検出
器の画素サイズは20μｍ以下であれば良いことがわか
る。

【００８２】次に、図３９に照明領域と検出領域を示
す。検査時間Ｔは、検査幅Ｌｘ、Ｌｙ、検出器の画素サ
イズｗ、検出器の読みだしクロック周波数ｆとして以下
の式（数６）で示される。

【００８３】

【数６】Ｔ＝（Ｌｘ・Ｌｙ／ｗ²）・（１／ｆ）（数６）また、有効照明光強度Ｐは、照明パワーＰ₀、照明幅Ｗ
ｘ、Ｗｙとして以下の式（数７）で示される。

【００８４】

【数７】Ｐ＝Ｐ₀・（ｗ・Ｌｘ）／（Ｗｘ・Ｗｙ）（数７）ここで、Ｗｘ≒Ｌｘであるため、式（数７）は式（数
８）で示される。

【００８５】

【数８】Ｐ＝Ｐ₀・（ｗ／Ｗｙ）（数８）総照明光量Ｐｔは式（数６）と式（数８）より、式（数
９）で示される。

【００８６】

【数９】Ｐｔ＝Ｔ・Ｐ＝Ｐ₀・（Ｌｘ・Ｌｙ／Ｗｙ）・（１／（ｗ・ｆ））＝Ｋ₁・（１／（ｗ・ｆ））（数９）したがって、検出信号強度Ｉは、異物信号係数Ｋ₂と式
（数９）より、式（数１０）で示される。

【００８７】

【数１０】Ｉ＝Ｋ₂・Ｐｔ＝Ｋ₁・Ｋ₂・（１／（ｗ・ｆ））（数１０）式（数１０）より、Ｉはｗ・ｆの関数となる。

【００８８】以上の結果を基に、図４０に装置仕様を決
定するための性能図を示す。画素サイズと検査時間の関
係、画素サイズと弁別比の関係、画素サイズ・検出器の
クロック周波数と検出信号の関係の３図により装置仕様
を決定する。例えば、２０秒の検査時間を実現するため
に、画素サイズと検査時間の関係より、検出器のクロッ
ク周波数を２ＭＨｚに設定すれば、検出器の画素サイズ
は13μｍで良い。その時、画素サイズと弁別比の関係よ
り、２μｍ異物のパターンからの弁別比は２であり、パ
ターンから弁別することができる。最後に、画素サイズ
・検出器のクロック周波数と検出信号の関係より、２μ
ｍ異物の検出信号は、画素サイズ・クロック周波数で決
まり、60mVであり、検出器で検出可能である。以上の様
に、３つの性能図により、装置の検出異物寸法と検査時
間の仕様を任意に決定することができる。

【００８９】図４１は空間フィルタ法を用いた異物検出
光学系の装置構成を示す図である。異物検出光学系は、
製品ウェハ２００１の一軸走査２０１０で製品ウェハ２
００１全面が検査可能な構成に成っている。そのため、
異物検出光学系は照明光学系２０１１と検出光学系２０
１３に分け、それぞれユニット構成に成っている。検査
対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下に説明す
る。例えば、８ユニットでウェハ２００１全幅を検査す
るためには、１ユニットの照明領域及び検出領域２０１
２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検査対象ウ
ェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのうち６ユニ
ットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系２０１３
は、検出レンズ２０１４、検出レンズ２０１４のフーリ
エ変換面に設置された空間フィルタ２０１５、検出器と
してリニアセンサ２０１６で構成されている。検出レン
ズ２０１４の外形寸法が検出幅より大きい場合は、本実
施例の同図に示すようにちどり状に配置することにより
ウェハ２００１全幅を確保することができる。また、検
出レンズ２０１４の外形寸法が検出幅以下の場合、ある
いは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検査の場合
には直線状に配置することができる。ここで用いている
空間フィルタ２０１５は検出光学系２０１３がちどり状
の場合は４ユニット構成を２組使用し、検出光学系２０
１３が直線状の場合は８ユニット構成を１組使用する。
リニアセンサ２０１６からの検出信号は異物検出処理
（別体）２０１７で処理され、異物データとして出力す
る。

【００９０】なお、検出光学系２０１３がちどり状の場
合は２組、検出光学系２０１３が直線状の場合は１組の
空間フィルタ２０１５の交換は、ウェハ２００１の品種
間により行う必要があるが、工程にはほとんど依存せ
ず、１品種ウェハを１種類の空間フィルタ２０１５で対
応可能である。

【００９１】次に本実施例のうちの仕様の一例を示す。
照明光学系は、照明光源として波長７８０ｎｍ、出力２
００ｍＷの半導体レーザを用い、照明光入射角度は上方
から６０°でウェハ上の２６×１ｍｍ²の領域を照明す
る。検出光学系は、検出レンズとして投影レンズ（５０
ｍｍＦ２．８を用い、検出倍率１倍（検出ＮＡ＝０．
１）で検出する。検出器には画素サイズ１３μｍ、画素
数２０４８、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセン
サ、あるいは、異物弁別性能の高い画素サイズ７μｍ、
画素数４０９６、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセ
ンサを用いる。

【００９２】次に、図４２はパターンノイズ光のウェハ
回転角度による影響を示す一例図である。ウェハ２００
１が回転すると、ウェハ２００１のパターンからの回折
光もウェハ２００１に応じて回転する。したがって、異
物検出光学系２０２１に対してウェハ２００１が回転し
ていると、異物検出光学系２０２１の空間フィルタの遮
光部分からウェハ２００１のパターンからの回折光が漏
れてくる。したがって、パターンからの回折光の漏れ光
すなわちパターンノイズ光は、空間フィルタの遮光幅と
ウェハの回転角度の関数となる。ここで、ウェハの回転
角度θは、異物検出光学系２０２１の中心線２０２０と
ウェハ２００１の中心線２０００の角度を表す。しか
し、空間フィルタの遮光幅を広げると異物からの散乱光
も減光するため、最適幅を求める必要がある。そこで、
従来のプリアライメント装置ではウェハの回転角度を±
２°以内に抑えることができるので、異物検出性能、例
えば、２μｍ異物をパターンから弁別して検出できる空
間フィルタの遮光幅を最適幅とした場合のウェハの回転
によるパターンノイズ光の変化の一例を同図に示す。

【００９３】異物検査のモニタとしての機能を有するた
めには、できるだけ焦点深度の深い異物検出系が必要で
ある。

【００９４】焦点深度は、検出画素サイズの大きさによ
り、検出レンズのＮＡから計算される焦点深度より大き
い値を得ることができる。

【００９５】検出画素サイズが検出異物サイズより十分
小さければ、焦点深度ｄは、検出レンズの開口数に依存
し、光の波長λ、検出レンズの開口数ＮＡとして以下の
式（数１１）で示される。

【００９６】

【数１１】ｄ＝0.5・λ／(ＮＡ)² （数１１）式（数１１）において、例えば、λ＝780nm、ＮＡ＝0.1
の場合はｄ＝39μｍとなる。また、検出画素サイズが検
出異物サイズより十分大きければ、焦点深度は、検出画
素サイズに依存する。この場合、検出画素サイズを相当
解像度ａ’とすると、相当開口数ＮＡ’との関係は以下
の式（数１２）で示される。

【００９７】

【数１２】ａ’＝0.61・λ／ＮＡ’ （数１２）さらに、式（数１２）におけるＮＡ’を式（数１１）の
ＮＡに代入すると、実際の焦点深度ｄが得られる。例え
ば、ａ’＝13μｍとすると、ＮＡ’＝0.037となり、ｄ
＝285μｍとなる。

【００９８】したがって、検出器の大画素化により、異
物検出系の焦点深度を深くする効果がある。

【００９９】図４３はウェハステージの高さによる異物
検出出力の変化を示す一例図である。λ＝780nm、ＮＡ
＝0.1、検出画素サイズ13μｍを用いた場合の５μｍ異
物の検出出力の変化を示している。同図より、焦点深度
は±70μｍである。この値は検出レンズの開口数から得
られる値（39μｍ）と検出画素サイズから得られる値
（285μｍ）の間の値に成っている。したがって、13μ
ｍの検出画素サイズは５μｍ異物に対して十分大きくな
いが、焦点深度を深くしている。

【０１００】以上のように、検出レンズの開口数を小さ
くすることと、検出画素サイズを大きくすることによ
り、焦点深度を深くすることができ、ウェハの搬送系の
高さ方向の位置制御をラフにすることが可能である。

【０１０１】次に、本小形異物モニタリング装置に用い
る照明光学系の１ユニットの構成を示す。ウェハ上を片
側は検査領域を十分照明できるように広げ、片側は十分
な照度になるように絞り込み、線状照明が可能な構成と
なっている。照明光源が点光源であれば、両側とも平面
波すなわち平行な光束ができる。ここで、照明光を平行
光にすると、検出光学系の空間フィルタ位置の像をシャ
ープにすることができ、空間フィルタによるパターンの
遮光性能を高くし、異物検出性能も高くすることができ
る。しかし、例えば、照明光源として小形の半導体レー
ザを用いる場合、高出力になるにしたがって、発光点の
片側の長さが長くなる。したがって、片側は平面波すな
わち平行な光束はできない。そこで、それに対応した照
明光学系の実施例を２種類示す。ただし、ウェハ上の線
状照明のうち、ビームの長い方向をｙ方向、ビームの短
い方向をｘ方向とする。

【０１０２】１つ目の方式の構成を図４４に示し、同図
（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方
向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１
の発光点２１００の長い方向がｘ方向、発光点２１００
の短い（点光源に近い）方向がｙ方向である。ただし、
ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明になる
ようにλ／２板を挿入する。

【０１０３】同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１
０１から射出した光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６
を用い、光束を絞ってウェハ２００１上を照明する。同
図（ｂ）のｙ方向は、半導体レーザ２１０１から射出し
た光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６を用い、光束を
広げ平行光にする。この方式はｘ方向の光束を容易に絞
り込むことができるので、照明の高照度化が可能であ
る。この方法では、ｘ方向の光束を平行光ではなくある
角度をもって絞り込むため検出光学系の空間フィルタ面
におけるｘ方向の回折パターンは長くなるが、図３２に
示すような直線状の空間フィルタ−を用いることによっ
てパタ−ンからの回折光を遮光することができる。図４
５は図４４の照明光学系を用いた場合の検出検出光学系
の空間フィルタ面におけるウェハ上の回折パターンの平
面図の一例を示す。ウェハ上のパターンからの回折パタ
ーンの１点の大きさは、ｘ方向は照明の開口数に依存し
ｘ１＝数ｍｍ、ｙ方向は平行光であるためｙ１＝数μｍ
になり、ｙ方向のみシャープな光となる。ウェハの向き
により同図（ａ）に示すようにｙ方向のピッチｐｙがｘ
方向のピッチｐｘより短い場合には空間フィルタの遮光
率が高くなり、異物からの検出出力も低下する。そこ
で、ウェハを９０°回転することにより、ウェハ上のパ
ターンからの回折パターンは同図（ｂ）に示すようにな
り、ｙ方向のピッチは同図（ａ）におけるｐｘと同一で
あり、空間フィルタの遮光性能を向上することができ
る。このように、ｙ方向に回折パターンのピッチの長い
方がくるようにウェハの向きを予め設定することによ
り、異物からの検出出力を更に向上することができる。
このウエハの最適な向きは、予めデ−タとして入力する
ことができる。また、一度回折パターンの向きを見てウ
ェハの最適な向きを検出し、以後はその最適な向きの上
方を用いる。

【０１０４】２つ目の方式の構成を図４６に示し、同図
（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方
向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１
の発光点２１００の短い（点光源に近い）方向がｘ方
向、発光点２１００の長い方向がｙ方向である。ただ
し、ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明に
なるようにλ／２板を挿入する。

【０１０５】同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１
０１から射出した光はレンズ２２０２〜レンズ２２０７
を用い、光束を絞って平行光にする。同図（ｂ）のｙ方
向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２
２０２〜レンズ２２０７を用い、光束を広げウェハ２０
０１上を照明する。しかし、ｘ方向の発光点２１００の
長さが数十μｍと長いため、平行光にすることができな
い。ここで光源２１００は、レンズ２２０２〜レンズ２
２０７、結像レンズ２０１４を通して空間フィルタ２０
１５の位置に結像する。この総合結像倍率は空間フィル
タの遮光性能より数十μｍ以下が最適であるため、１倍
前後になるようにする。

【０１０６】図４７に図４６の照明光学系を用いた場合
の検出検出光学系の空間フィルタ面におけるウェハ上の
パターンからの回折パターンの平面図の一例を示す。空
間フィルタ面におけるウェハ上のパターンからの回折パ
ターンの１点の大きさは、ｘ方向は平行光であるためｘ
２＝１００μｍ程度、ｙ方向は照明光源の大きさに比例
するのでｙ２＝数十μｍになり、ウェハの向きに依ら
ず、ｘ方向、ｙ方向とも比較的シャープな光が得られ、
空間フィルタの遮光性能を高くすることができる。

【０１０７】次に本発明の小型異物モニタの偏光検出法
による異物検出光学系の他の実施例を図４８から図４９
を用いて説明する。

【０１０８】偏光検出法はメモリパターンに限定しない
でウェハ全面の全てのパターンから異物を弁別して検出
することが可能である。

【０１０９】図４８は検出レンズとして屈折率変化型の
レンズアレイを用いた異物検出光学系の構成図を示す。
斜方照明光学系３００２と検出光学系３００３から成
る。斜方照明光学系３００２は図に示すように１個以上
の照明アレイに成っている。検出光学系３００３は検出
レンズとして屈折率変化型のレンズアレイ３００４、偏
光素子として偏光板３００５、屈折率変化型のレンズア
レイ３００４の結像位置に検出器３００６から成ってい
る。照明アレイによりウェハ全幅を照明する線状照明に
し、ウェハ全幅を検出する。したがって、ウェハ３００
１の一軸走査３０１０でウェハ３００１全面を検査でき
る。照明アレイ３００２の照明角度は水平方向から数度
上方より行い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直にな
るような直線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射
する。また、ウェハ３００１上のパターン及び異物から
の散乱光は、屈折率変化型のレンズアレイ３００４を通
過後、偏光板３００５でＰ偏光（磁界ベクトルが照明の
入射面に平行な成分の直線偏光）のみを通過させ、パタ
ーンからの散乱光を減じ異物からの散乱光を強調させ
て、検出器３００６で検出する。

【０１１０】図４９は検出レンズとして通常のレンズを
用いた異物検出光学系の装置構成図を示す。異物検出光
学系は、製品ウェハ３００１の一軸走査３１１０で製品
ウェハ３００１全面が検査可能な構成に成っている。そ
のため、異物検出光学系は照明光学系３１１１と検出光
学系３１１３に分け、それぞれユニット構成に成ってい
る。検査対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下
に説明する。例えば、８ユニットでウェハ３００１全幅
を検査するためには、１ユニットの照明領域及び検出領
域３１１２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検
査対象ウェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのう
ち６ユニットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系
３１１３は、検出レンズ３１１４、偏光板３１１５、検
出器としてリニアセンサ３１１６で構成されている。検
出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅より大きい場合
は、本実施例の同図に示すようにちどり状に配置するこ
とによりウェハ３００１全幅を確保することができる。
また、検出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅以下の場
合、あるいは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検
査の場合には直線状に配置することができる。照明ユニ
ット３１１１の照明角度は水平方向から数度上方より行
い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直
線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射する。ま
た、ウェハ３００１上のパターン及び異物からの散乱光
は、検出レンズ３１１４を通過後、偏光板３１１５でＰ
偏光（磁界ベクトルが照明の入射面に平行な成分の直線
偏光）のみを通過させ、パターンからの散乱光を減じ異
物からの散乱光を強調させて、リニアセンサ３１１６で
検出する。リニアセンサ３１１６からの検出信号は異物
検出処理（別体）３１１７で処理され、異物データとし
て出力する。

【０１１１】図５０に本発明の位置付けと機能を示す。
ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１つに、異物の
発生原因を究明して対策を施す作業があり、それには発
生異物を検出して元素種などを分析することが発生原因
探求の大きな手がかりになる。一方、量産ラインでは、
これらの異物をいち早く感知し対策を施す必要がある。
異物発生からその感知までの時間が経過した場合、不良
の発生数は大きくなり歩留まりは下がる。したがって、
高い歩留まりを維持するためには異物発生からその感知
までの経過時間を短縮することが欠かせない。また、ウ
ェハ上の異物個数の厳密な検出実験により、異物個数は
徐々に増減するものではなく、突発的に増減することが
新たに判明した。同図（ａ）にＣＶＤ等の処理装置内で
発生する製品ウェハ上の異物数の時間推移を示す。同図
（ｂ）に従来方式を示す。従来装置はスタンドアローン
型であり、量産ラインで処理したウェハを検査装置の個
所に持ち込んで異物の検査をする抜取り検査であった。
したがって、ウェハの搬送、異物検査に時間を要したた
め、検査の頻度すなわちサンプリングは、同図（ａ）に
示すように、１ロット、あるいは数ロット、あるいは１
日毎に１枚であり、検査枚数に限界があった。このよう
なサンプリングでは突発的な異物の増加が見落とされた
り、増加したまましばらく経ってから検出されたりする
ことになり、相当数の不良（ドカ不良）が発生すること
になる。すなわち、このようなサンプリングでは、異物
の発生を十分に早く感知したとはいえない。そこで、同
図（ｃ）に示すように、異物モニタリング装置を小型に
した小形異物モニタを処理装置の入出力口あるいは処理
装置間の搬送系中に載置し、小形異物モニタからの異物
データを異物管理システムに取り込むことにより、異物
管理を枚葉で行うことができる。したがって、本小形異
物モニタを用いることにより、同図（ａ）に示すよう
に、モニタのサンプリングタイムを短くでき、枚葉の実
時間サンプリングが可能で、異物検査の効果を最大限に
出すことができる。

【０１１２】本発明の機能としては次の５項目があ
る。、処理装置の搬送系に取付け可能な大きさ、すなわ
ち、小形であり、ウェハの枚葉検査ができる高速検査が
可能であり、処理装置毎の異物管理ができるように処理
装置のオプションになりうる安価な価格である。また、
モニタであるためセッティングが容易でメンテナンスフ
リーになっている。

【０１１３】以下、空間フィルターの実施例を図５２か
ら図５５を用いて説明する。この空間フィルターは、液
晶表示素子を用いて構成しても良いが、液晶素子の場
合、特定の偏光方向の光だけしか使用できない。また、
光の減衰率が小さいためパターンからの回折光を十分に
遮光できない問題がある。そこで、空間フィルターを金
属板等を用い機械的に構成するのが良い。

【０１１４】空間フィルターは、図４４、４５で説明し
たように直線状のパターンの集合で構成される。（もち
ろん空間フィルターは図４５（ａ）に示したような点の
集合を遮光するように一回り大きい点の集合であるのが
望ましいが、ここで示したような直線の集合であっても
十分その機能は果たし、かつ構成が単純であるという効
果もある。）この直線状パターンのピッチと位相を合わ
せればよい。図５２にこの金属板を用いたピッチ可変空
間フィルター１２７０の一実施例を示す。

【０１１５】この実施例は、照明光学系１１１０、検出
光学系１２１０、ステージ系１３００、信号処理系１４
０１データ処理系１５０１より構成される点は、図２３
に示した実施例と同じである。

【０１１６】ここで半導体レーザ１１１１の射出口１０
２１が図５２に示すように縦長に配置された場合、図４
４の照明系を用いると、空間フィルターの直線方向は、
図５２に示したように照明光束の入射面に平行になる。
この場合、空間フィルターの位置合わせとして、空間フ
ィルターの中心にある直線状パターンを基準にして直線
状パターンのピッチを合わせるだけでよい。この場合、
空間フィルターのピッチ可変機構は単純に構成できる。

【０１１７】図５２のピッチ可変空間フィルター１２７
０の構成を図５３に示す。ピッチ可変空間フィルター１
２７０は、金属あるいは金属酸化物あるいはプラスチッ
ク等の遮光率の高い材料で形成された複数の直線上パタ
ーン１２７１、ばね状支持具１２７２、支持具１２７
３、固定手段１２７４、ねじ１２７５、ネジ駆動手段１
２７６、より構成される。ここで、ネジ１２３５には、
１２７７部に右ネジ、１２７８部に左ネジが形成されて
いる。ここで、ネジ駆動手段１２７６によりねじ１２７
５を回転させることにより直線状パターン１２７１間の
ピッチを変えることができる。この、ネジ駆動手段１２
７６の駆動は、ウエハ搬入時に、ウエハ上のチップピッ
チｐと同時にチップ内のセルピッチｄを受け取ることに
より、直線上パターン１２７１間のピッチが算出された
値に従って制御される。ここで、ばね状支持具１２７２
はゴムであってもよい。

【０１１８】またここで、この空間フィルター１２７０
のピッチは広いダイナミックレンジで変えることは難し
い。例えば、ピッチを１／１０にする場合、ねじ１２７
５は空間フィルターとして必要な長さの１０倍の長さが
必要になるからである。そこで、空間フィルター１２７
０を複数個重ねて設置しておき、ピッチを小さく変化さ
せる場合は、重ねたまま先の可変機構で可変し、大きく
変化させる場合は重ねたそれぞれの空間フィルターをず
らすことによって小さなピッチを実現できる。もちろん
必要に応じ、可変機構とずらすことを同時にもできる。

【０１１９】ここで、空間フィルター１２７０の中央部
の直線状パターン１２７９は、他の直線状パターンより
太く構成されるのが望ましい。これは、中央部の回折光
すなわち０次回折光は光強度が強く回折光の強度分布の
幅がひろいため、十分に回折光を遮光するためには幅の
広い直線状パターンを必要とするためである。

【０１２０】また、ここでは、駆動機構の一実施例を示
したが、本発明を実施するに当たって、ここに示した実
施例である必要はなく、遮光性の高い直線状パターン１
２７１を駆動する構成であれば他の駆動機構であっても
良い。具体的には、図５４に示すような構成であっても
よい。この実施例では、直線状パターン１２７１はリン
ク１２９１で支持されており、リンク駆動機構１２９２
でリンク１２９１の傾きを変えることによりピッチを変
える構成である。

【０１２１】また、空間フィルターのピッチが大きくで
きる方向、すなわちウエハ上のパターンのピッチｄが小
さい方向にウエハの向きを設定すれば尚良い。

【０１２２】図５５、５６に示すように、照明光学系１
１１０として、図４５に示した光学系を用いた場合、空
間フィルターの中央部にやや大きめの直線状空間フィル
ター１２７９を照明の入射面に平行に配置し、これに垂
直に直線状パターンを配置する必要がある。この場合、
空間フィルターの位置合わせとしてピッチと位相を調整
する必要がある。照明の入射角をα、直線状回折パター
ンの射出角をθn、照明光の波長をλ、ウエハ上のパタ
ーンの基本ピッチをｄとすると、以下の式が成り立つ。

【０１２３】

【数１３】ｓｉｎ（α−θn）＝n・λ／ｄ（数１３）従って、この式（数１３）を成立するような可変機構を
構成する必要がある。具体的には、図５５に示したピッ
チ可変空間フィルター１２７０を９０度回転した方向に
配置し、ピッチの調整の他に、ピッチ可変空間フィルタ
ー１２７０全体を直線状パターン１２７１に垂直な方向
に移動することによって、位相を調整する。この位相の
調整は位相調整手段１２８１により行う。また、この構
成では、空間フィルターの中心位置に照明の入射面に平
行にやや太め具体的には、直線状パターンの１から３倍
程度の遮光板を配置するとよい。

【０１２４】直線状パターンの太さは、実験的に求める
のがよいが、設計的には、照明系の光源１１１１の空間
フィルター上での像の大きさの１割から２割増しに設定
されるべきである。但し、空間フィルターの調整機構の
精度を考慮する場合、さらに大きな余裕を設ける必要が
ある。

【０１２５】また、図２３の構成は６チャンネルの並列
で説明しているが、６チャンネルでなくても良く、ウエ
ハのサイズ、検査時間等の仕様により決定されるもので
ある。

【０１２６】ここでは、図４４、４５に示した光学系で
照明光学系を構成した場合の空間フィルター機構を説明
したが、ここに、説明しない他の照明系を用いた場合で
あっても機械的な空間フィルターを用いることによっ
て、遮光率を向上できるため、パターンからの回折光を
効率的に遮光でき、異物の検出感度を向上することがで
きる。

【０１２７】また、空間フィルターのピッチ及び幅をさ
らに細かくしたい場合、ここに示した機械構成では精度
が不足することになる。この場合、「マイクロメカニズ
ム」として紹介されている方法を用いて可変空間フィル
ターを作ることができる。

【０１２８】以上の構成は、製品のチップ間ピッチ、セ
ルピッチ等のデータを受け取ることにより、自動的に空
間フィルターのピッチを変えることができるため、空間
フィルターを製品毎に交換する手間が省けるという効果
を有する。

【０１２９】空間フィルターを製品毎に作成しておき、
この空間フィルターを自動的に交換してもよい。その一
例を図１３に示す。この方法は、図２８に示した検出器
１２５４、１２３４、１２１４の３つのフィルターを一
つの基板上に設置し、これを交換するものである。

【０１３０】

【発明の効果】本発明によれば、異物検査装置をライン
に導入することで、ラインを通過するウェハ全てを検査
することができ、異物の増加を実時間で検出できる。こ
れにより、異物発生による大量の不良品の生産を未然に
防止することができ歩留りを向上できる。

【０１３１】また、本発明によれば、半導体製造工程の
量産ラインにおいて簡便なモニタリング装置だけで異物
をモニタリングすることにより、生産ラインを軽量化し
て製造コストの低減を可能にする。さらに、モニタリン
グ装置は異物検査を実時間で実施できるため、不良の作
り込みを最小限にでき、製品の歩留り向上に大きく寄与
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半導体製造工程の量産
立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装置の構
成ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す異物モニタを搭載した
枚葉式ＣＶＤ装置の平面図である。

【図３】異物モニタの構成図である。

【図４】ウェハ回転方向検出器の検出方法を示す図であ
る。

【図５】異物座標管理のための製品ウェハ基準の座標を
示す図である。

【図６】異物座標管理のための装置基準の座標を示す図
である。

【図７】異物検出光学系の構成図である。

【図８】斜方照明光学系の構成図である。

【図９】検出光学系の検出幅を示す図である。

【図１０】検出器の構成図である。

【図１１】空間フィルタの構成図である。

【図１２】空間フィルタの詳細図である。

【図１３】各工程の製品ウェハに対応した乾板方式によ
る空間フィルタ群の構成図である。

【図１４】乾板方式によるアンド空間フィルタの構成図
である。

【図１５】部分検査による異物検出光学系の構成図であ
る。

【図１６】部分検査による異物検出光学系の検出エリア
を示す図である。

【図１７】２列に配置したマイクロレンズ方式による異
物検出光学系の構成図である。

【図１８】レンズアレイを用いた場合のウェハ回転によ
る空間フィルタ検出方法を示す図である。

【図１９】白色光照明による異物検出光学系の構成図で
ある。

【図２０】白色光照明による異物検出性能を示す図であ
る。

【図２１】ウェハ比較検査による異物検出光学系の構成
図である。

【図２２】異物モニタを用いた半導体ＦＡのシステム図
である。

【図２３】本発明に係る異物検査装置の一実施例を示す
ブロック図である。

【図２４】図２３においてｘ方向からみた照明光学系の
側面図である。

【図２５】図２３においてｙ方向からみた照明光学系の
側面図である。

【図２６】図２３における結像レンズの一実施例を示す
図である。

【図２７】図２３における結像レンズの一実施例を示す
図である。

【図２８】図２３に示す光学系の配列を示す平面図であ
る。

【図２９】ウエハ上パターンを示す平面図である。

【図３０】回折パターンを示す平面図である。

【図３１】屈折率変化型レンズを示す図である。

【図３２】空間フィルターを示す平面図である。

【図３３】異物の検出例を示す図である。

【図３４】検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す
図である。

【図３５】空間フィルタを用いた異物検出光学系の構成
図である。

【図３６】空間フィルタ面における光強度分布を示す図
である。

【図３７】異物件卯光学系における弁別比を示す図であ
る。

【図３８】検出画素サイズと弁別比の関係を示す図であ
る。

【図３９】照明領域と検出領域を示す図である。

【図４０】装置仕様を決定するための性能図である。

【図４１】異物検出光学系の装置構成を示す図である。

【図４２】パターンノイズ光のウェハ回転角度による影
響を示す一例図である。

【図４３】ウェハステージ高さによる異物検出出力の変
化を示す一例図である。

【図４４】照明ユニットの側面図である。

【図４５】空間フィルタ面における回折パターンの平面
図である。

【図４６】照明ユニットの側面図である。

【図４７】空間フィルタ面における回折パターンの平面
図である。

【図４８】偏光検出による異物検出光学系の構成図であ
る。

【図４９】偏光検出による異物検出光学系の装置構成図
である。

【図５０】本発明の位置付けと機能を示す図である。

【図５１】信号処理系の実施例を示すブロック図であ
る。

【図５２】可変空間フィルターを用いた本発明の一実施
例を示す構成図である。

【図５３】図５２に示す場合の可変空間フィルターの具
体的構成図である。

【図５４】図５２に示す場合の可変空間フィルターの他
の具体的構成図である。

【図５５】可変空間フィルターを用いた本発明の他の一
実施例を示す構成図である。

【図５６】図５５に示す場合の可変空間フィルターの具
体的構成図である。

【符号の説明】

10…半導体製造装置群、20…センシング部、24…真空内
異物モニタ、30…ユーティリティ群、40…サンプリング
部、50…検出部、60…分析部、63…STM/STS、70…対応
システム、80…半導体製造工程の量産立上げおよび量産
ライン異物検査システム、81…オンライン異物検査装置
システム、82…オフライン異物検査システム、101…異
物モニタ、111…製品ウェハ、121…ウェハ回転方向検出
器、122…異物検出光学系、123…異物情報処理系、124
…装置停止機能、128…異物解析システム、151…斜方照
明光学系、152…検出光学系、153…レンズアレイ、154
…空間フィルタ、155…検出器、201…空間フィルタ群、
221…アンド空間フィルタ、231…マイクロレンズ群、28
0…画像処理系、1110…照明光学系、1210…検出光学
系、1410…信号処理系、1211,1221…結像レンズ、1212,
1222…空間フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者見坊行雄神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造工程において、量産立上げ時の
異物の検出・分析・評価システムを量産ラインから分離
してそのシステムの結果を量産ラインにフィードバック
し、量産ラインでは異物モニタリング装置でモニタリン
グして半導体基板上の異物の発生状態を検出することを
特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析方
法。
【請求項２】上記異物モニタリング装置を、半導体製造
ラインの所定の処理装置の入口、または該出口、または
処理装置間の搬送系に設置し、半導体基板上の異物を実
時間でサンプリングすることを特徴とする請求項１記載
の半導体製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項３】上記異物モニタリング装置において、異物
の異常発生が検出された場合、アラ−ム等で知らせる
か、あるいは異物の異常発生を起こしている処理装置本
体を停止させることを特徴とする請求項２記載の半導体
製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項４】上記異物モニタリング装置は、半導体基板
上に発生する異物の位置情報を得て異物の発生状態を検
出することを特徴とする請求項２記載の半導体製造工程
における異物発生状況解析方法。
【請求項５】複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラ
インにおいて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズ
アレイまたはマイクロレンズ群から構成された結像光学
系と該結像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フ
ィルタと上記結像光学系の結像位置に配置された検出器
とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異
物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または
該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置して
該処理装置による半導体基板上の異物の発生状態を検出
することを特徴とする半導体製造工程における異物発生
状況解析装置。
【請求項６】上記異物モニタリング装置は、半導体基板
上に発生する異物の位置情報を検出してその位置情報を
記憶させる手段を有することを特徴とする請求項５記載
の半導体製造工程における異物発生状況解析装置。
【請求項７】上記異物モニタリング装置の空間フィルタ
は、形状を任意に変更可能に構成したことを特徴とする
請求項５記載の半導体製造工程における異物発生状況解
析装置。
【請求項８】複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラ
インにおいて、照明アレイから成る斜方照明系と検出レ
ンズとしてレンズアレイまたはマイクロレンズ群と検出
レンズのフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと検
出レンズの結像位置に配置された検出器とを備えて半導
体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング
装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または
複数の処理装置の間の搬送系に設置し、上記異物モニタ
リング装置における半導体基板を走査するステージとし
て上記処理装置あるいは搬送系の移動ステージとするこ
とを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解
析装置。
【請求項９】半導体基板上の異物を検査する装置におい
て、半導体基板に対してほぼ短波長で平面波で直線状の
形状に照明する照明系と、該照明系によって照明された
半導体基板からの反射光像を結像する結像光学系と、該
結像光学系の途中に半導体基板上の繰り返しパターンか
らの回折光を遮光するように設置された空間フィルター
と、結像された光像を検出する検出器と、検出器で検出
された信号の内半導体基板上で繰り返して発生する信号
を消去する消去手段と、該消去手段によって消去されな
かった信号に基いて半導体基板上の異物を検出する異物
検出手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項１０】上記結像光学系として、屈折率変化型の
レンズアレイで構成したことを特徴とする請求項９記載
の異物検査装置。
【請求項１１】半導体基板を所定の方向に移動させる移
動手段と、前記半導体基板表面に斜め方向から該移動方
向に交わる方向に長手方向を有するように帯状の光を照
射する照明手段と、該照明手段によって照射された帯状
の光からの散乱反射光を結像させるためのレンズアレイ
と、前記半導体基板上の繰り返しパターンからの回折光
を遮光するように設置された空間フィルターと、前記レ
ンズアレイにより結像された光像を検出するリニアセン
サと、該リニアセンサで検出された信号の内半導体基板
上で繰り返して発生する信号を消去する消去手段とを備
え、該消去手段によって消去されなかった信号に基いて
半導体基板上の異物を検出することを特徴とする異物検
査装置。