JPH0772716B2

JPH0772716B2 - 異物検査装置

Info

Publication number: JPH0772716B2
Application number: JP60145761A
Authority: JP
Inventors: 俊明谷内; 亮二根本; 洋一竹花; 和美神山; 博相川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-04
Filing date: 1985-07-04
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPS6211132A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、被検査物の表面の付着異物を自動的に検出
するための異物検査装置に関する。

［従来の技術］半導体デバイスの製造に用いられるウエハ、マスク、レ
チクル、ペリクルのペリクル膜などは、異物の付着を極
度に嫌うため、異物検査装置を用いて表面の異物検査を
行っている。

そのような異物検査装置としては、例えばウエハの表面
に光ビームを照射し、ウエハ面からの乱反射光を受光素
子で受光して電気信号に変換し、この電気信号に基づき
ウエハ面における異物の存否などを判定する型式のもの
がある。

［解決しようとする問題点］異物検査装置において、ウエハ等の被検査物における付
着異物が容易に除去可能な種類のものであるか否かの判
別は、一種の異物分析であるが、従来の異物検査装置の
場合、それを顕微鏡観察によって調べるか、別途にクリ
ーニングなどを行ってから再検査するなどの面倒な手順
を踏む必要があった。しかし、別途クリーニングなどを
行う場合で、特に、除去不可能な異物を検出する場合に
は一度のクリーニングでは不足で何度かクリーニングし
た後に再検査をする必要がある。このクリーニングによ
り別の異物が付着する可能性が高いので再検査したとき
に、付着異物が除去可能な異物であったのか、除去不可
能な異物であったのか判別し難い。

［発明の目的］この発明は、このような従来技術の問題点を解決するも
のであって、除去不可能な異物の情報をより正確にかつ
効率よく得ることにより、除去不可能な異物の発生状態
を把握することができる異物検査装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］この目的を達成するために、この発明にあっては、被検
査物の表面の異物を自動的に検出する異物検査装置にお
いて、被検査物の表面に異物を吹き飛ばすための清浄気
体の噴流を吹き付けるノズルと、被検査物の周囲の浮遊
異物を排除するための清浄気体の流れを被検査物の周囲
に生じさせる清浄気体発生手段と、被検査物を所定の方
向に螺旋走査し被検査物の表面の異物を検出しかつ前記
所定の方向とは逆方向にも被検査物を走査することがで
きる検査部とを備え、ノズルおよび清浄気体発生手段と
を作動させかつ前記所定の方向とは逆方向にノズルが被
検査物を走査して被検査物の表面のクリーニングを行う
クリーニング動作モードを有していて、被検査物を検査
し、異物が所定値以上であるときにクリーニング動作モ
ードに入り、被検査物を再検査することによりクリーニ
ングできない異物の情報を得るものである。

［作用］このように、クリーニング動作モードにおいては、検査
時の走査方向とは逆方向に螺旋走査を行うので、検査を
し、その結果に応じて連続的にクリーニング動作モード
に入ることができ、被検査物をクリーニングした後に検
査スタート時点の螺旋走査初期状態から再検査をクリー
ニング処理に続いて連続的に行うことができる。これに
より、検査の効率を向上させることができる。

特に、信頼性高い除去不可能な異物の情報を得るために
は、何度もクリーニングと再検査とを繰り返すことが必
要になる。そこで、前記のようにクリーニング動作モー
ドを逆方向の螺旋走査とすることが除去不可能な異物情
報をより効率よく得るために有効である。

ところで、ある半導体製造工程でウエハに付けられた傷
とか、洗浄しても取ることのできない固着異物が生成さ
れているときには、そのような異物が発生する製造工程
を探し出してその原因を分析し、それが発生しないよう
な方策を採らなければ半導体製品の製造歩留まりの向上
は期待できない。特に、高密度集積化ICの不良発生の原
因の１つがそのような異物の関与によるからである。

そこで、この発明では、前記の構成で示したように、除
去できない異物か、否かを判定するために、一度検査し
たウエハに対してウエハを複数回吹き付け洗浄し、再検
査して除去できない異物の情報を得る。この異物情報か
ら、例えば、吹き付け洗浄前の異物の分布状態と洗浄後
の異物の分布状況とから除去できない異物の分布状態が
ウエハの周辺部に集中しているのか、特定の隅の部分に
多く発生しているのか、ということが分かり、さらにそ
の内容を、例えば顕微鏡観測することなどそれが吹き付
け洗浄でも除去できない皮膚脂肪の付着あるいは擦過痕
などによるものか、というようなことを把握することが
できる作用効果がある。

なお、クリーニング動作モードにあっては、ノズルによ
り吹き付けられる清浄気体の噴流によって、被検査物の
表面上の除去容易な異物は吹き飛ばされ、このようにし
て吹き飛ばされた異物が被検査物の周囲に滞留している
と、被検査物に再び付着する可能性があり、そのような
再付着を防止しないと、クリーニングにより被検査物表
面を逆に汚染してしまう虞がある。この点に関し、この
発明にあっては、清浄気体発生手段により作られた清浄
気体の流れにより、被検査物の表面から吹き飛ばされた
異物が運び出されるため、被検査物への再付着は防止さ
れる。しかして、除去容易な異物を被検査物表面から確
実に除去することができる。

［実施例］以下、図面を参照し、この発明の一実施例について詳細
に説明する。

第１図は、この発明によるウエハ用異物検査装置の光学
系部分などの構成を簡略化して示す斜視図である。この
図において、10はＸ方向に摺動可能にベース12に支持さ
れたＸステージである。このＸステージ10には、ステッ
ピングモータ14の回転軸に直結されたスクリュー16が螺
合しており、ステッピングモータ14を作動させることに
より、Ｘステージ10をＸ方向に進退させることができ
る。18はＸステージ10のＸ方向位置ｘに対応したコード
信号を発生するリニアエンコーダである。

Ｘステージ10には、Ｚステージ20がＺ方向に移動可能に
取り付けられている。その駆動手段は図中省略されてい
る。また、Ｚステージ20には、被検査物としてウエハ30
が載置される回転ステージ22が回転可能に支持されてい
る。

この回転ステージ22は、DCモータ24が連結されており、
これを作動させることにより回転されるようになってい
る。このDCモータ24には、回転ステージ22の回転方向位
置θに対応したコード信号を出力するロータリエンコー
ダが内蔵されている。

なお、ウエハ30は、回転ステージ22に負圧吸着により位
置決め固定されるが、そのための手段は図中省かれてい
る。

このウエハ用異物検査装置は、偏光レーザ光を利用して
ウエハ30上の異物を自動的に検査するものであり、ウエ
ハ30の上面（被検査面）に、Ｓ偏光レーザ光が照射され
る。そのために、Ｓ偏光レーザ発振器36,38が設けられ
ている。各Ｓ偏光レーザ発振器36,38は、ある波長のＳ
偏光レーザ光を発生するもので、例えば波長が8300オン
グストロームの半導体レーザ発振器である。

そのＳ偏光レーザ光は、Ｙ方向よりウエハ30の上面に小
さな照射角度φ（例えば約２度）で照射される。このよ
うに照射角度が小さいため、円形断面のＳ偏光レーザ光
のビームを照射した場合、ウエハ面におけるスポットが
長く延びてしまい、十分な照射密度を得られない。そこ
でＳ偏光レーザ発振器36,38の前方にシリンドリカルレ
ンズ40,42を配置し、Ｓ偏光レーザ発振器36,38から出た
ほぼ円形断面のＳ偏光レーザ光ビームを、Ｚ方向につぶ
れた扁平な断面形状のビームに絞ってからウエハ面に照
射するようにしている。

ここで、ウエハ面に照射されたＳ偏光レーザ光の反射レ
ーザ光は、その照射スポット内にパターンが存在すれ
ば、Ｚ方向にも反射されるが、そのパターンの面は微視
的に平滑であるため、反射レーザ光はほとんどＳ偏光成
分だけである。これに対し、異物の表面には一般に微小
な凹凸があるため、照射スポット内に異物が存在する
と、照射されたＳ偏光レーザ光は散乱して偏光方向が変
化し、反射レーザ光には、Ｓ偏光成分の外に、Ｐ偏光成
分がかなり含まれることになる。ブランク膜付きウエハ
や鏡面ウエハの場合も同様である。

このような現象に着目し、このウエハ用異物検査装置に
おいては、ウエハ面からのＺ方向への反射レーザ光に含
まれるＰ偏光成分のレベルに基づき、異物を検出する。

再び第１図を参照する。ウエハ面からの反射レーザ光
は、対物レンズ44とスリット46を経由し、Ｓ偏光カット
フィルタ（偏光板）48によりＰ偏光成分だけが抽出され
てホトマルチプライヤ50へ入射する。後述するように、
ホトマルチプライヤ50の出力信号（検出信号）のレベル
に基づき、ウエハ面上のスリット46の視野内における異
物の存否が判定される。

ここで、異物検査は、前述のようにウエハを回転させつ
つＸ方向（半径方向）に送りながら行われる。そのよう
なウエハ30の回転移動に従い、Ｓ偏光レーザ光のスポッ
トはウエハ30の上面を外側より中心へ向かって螺旋状に
移動する。スリット46の視野は、常にそのスポット内に
含まれ、スポットに追従して移動する。すなわち、ウエ
ハ面は螺旋走査されながら検査される。

次にクリーニングのための手段について説明する。52は
送風装置であり、外気を取り込み、その外気から内部の
除塵フィルタにより浮遊異物を除去したものを、前方に
設置されたイオン化装置54へ送り込む。このイオン化装
置は、送り込まれた空気をイオン化し、それを回転ステ
ージ22側へ吐出する。回転ステージ22を介しイオン化装
置54に対向させて、排気ダクト56が配置されている。こ
の排気ダクトは、回転ステージ22の周囲の空気を吸引
し、異物検査装置の外部、好ましくは異物検査装置の設
置空間外へ排出するものである。このような構成によ
り、回転ステージ22の周囲、従って回転ステージ22にセ
ットされたウエハ30の周囲に、イオン化および除塵を施
された清浄空気の流れ、好ましくは層流が作られる。

回転ステージ22の近傍には、ウエハ面に清浄気体として
窒素ガスを噴出するノズル58が配設されている。このノ
ズル58は、Ｓ偏光レーザ光の照射点に向けられている。
ノズル58は、配管60と電磁弁62を介し、窒素ガス供給装
置64に接続されている。

次に、この異物検査装置の信号処理および制御系につい
て、第２図を参照して説明する。

前記ホトマルチプライヤ50から出力される検出信号は、
増幅器100により増幅されてからレベル比較回路102に入
力される。検出信号のレベルが、ある閾値を越えると、
レベル比較回路102の出力信号が“1"レベルとなる。こ
の出力信号は、データ処理システム130とのインターフ
ェイスを司るインターフェイス回路108に入力される。

また、インターフェイス回路108には、前記ロータリエ
ンコーダおよびリニアエンコーダ18から、各時点におけ
る回転角度位置θおよびＸ方向（半径方向）位置ｘの情
報を示す信号（２進コード）が、バッファ回路110,112
を介し入力される。

前記インターフェイス回路108への各入力コードは、一
定の周期でインターフェイス回路108内部のあるレジス
タに取り込まれ、そこに一時的に保持される。

さらに、インターフェイス回路108の内部には、データ
処理システム130よりステッピングモータ14、DCモータ2
4および電磁弁62の制御情報がセットされるレジスタも
ある。このレジスタにセットされた制御情報に従い、モ
ータコントローラ116によりステッピングモータ14,24の
駆動制御が行われ、また電磁弁ドライバ117により電磁
弁62の駆動制御が行われる。

データ処理システム130は、マイクロプロセッサ131、プ
ログラムやデータなどを記憶するためのメモリ132、バ
ス133、検査結果データなどを保存するためのフロッピ
ーディスク装置134と、そのコントローラ136、その他、
図示されていないが、オペレータとの対話を行うための
キーボードやCRTディスプレイ装置、ウエハの異物マッ
プなどを印刷出力するためのＸ−Ｙプロッタなどから構
成されている。

この異物検査装置は、動作モードとして、ウエハを１回
検査する通常モード、印刷結果を異物マップなどの形で
Ｘ−Ｙプロッタで印刷出力したり、CRTディスプレイ装
置で表示したりするモードなどの他に、異物個数が所定
数を越えた場合に、ウエハのクリーニングを行って再検
査するクリーニング再検査モードがある。

このクリーニング再検査モードが、この発明に直接関係
するので、そのモードでの動作に付いて、以下説明す
る。

回転ステージ22の所定位置にウエハ30がセットされ、詳
細は省略するが、ウエハ自動セット機構からのセット完
了割込み信号がインターフェイス回路108を介してマイ
クロプロセッサ131に与えられると、マイクロプロセッ
サ131はメモリ132上の検査処理プログラム132Aに従い、
クリーニング再検査モーダの処理の実行を開始する。そ
の処理の流れをのフローチャートに沿って説明する。

まず、マイクロプロセッサ131は、Ｘステージ10および
回転ステージ22を所定位置に位置決めさせるためのモー
タ制御情報を、インターフェイス回路108の内部レジス
タにセットする（ステップ200）。このモータ制御情報
に従い、モータコントローラ116がステッピングモータ1
4,24を制御し、各ステージを所定位置に移動させる。

次にマイクロプロセッサ131は、インターフェイス回路1
08を介して、モータコントローラ116に対して走査開始
を指示する（ステップ205）。この指示を受けたモータ
コントローラ116は、前述の螺旋走査のためのモータ1
4、24の駆動を開始する。

マイクロプロセッサ131は、RAM132上のＰカウンタ132C
に３を書き込む（ステップ210）。

以上の準備処理を終了すると、実際の検査処理が始ま
る。

まず、マイクロプロセッサ131は、RAM132上のＮカウン
タ132Dをクリアし（ステップ215）、インターフェイス
回路108の特定の内部レジスタの内容、すなわち、検出
信号のレベル比較結果信号と、走査位置x,θのコードを
順次読込み、入力バッファ132の特定エリアに書き込む
（ステップ220）。そして、その比較結果信号について
のゼロ判定を行う（ステップ230）。比較結果信号がゼ
ロならば、その時の走査位置には異物が存在しないと判
定し、ステップ220に戻る。

比較結果信号がゼロでなければ、その時の走査位置と、
既に検出されてメモリ132上の異物テーブル132Gに格納
されている他の異物の位置とを比較する（ステップ23
5）。この比較が不一致ならば、新しい異物が検出され
たと判断し、その異物のＮカウンタ132Dに１を加え（ス
テップ240）、異物の位置の情報を、異物テーブル132G
のＮ番目のエントリに格納する（ステップ245）。

ステップ235の比較が一致した場合、既に検出済みの異
物の一部が再度検出されたものと判断し、現在検出され
た異物の情報は異物テーブル132Vには格納しない。

これと並行して、マイクロプロセッサ131は、インター
フェイス回路108より取り込んだ走査位置情報により、
走査終了位置まで走査が進んだかチェックしている（ス
テップ225）。走査終了と判定すると、マイクロプロセ
ッサ131は、インターフェイス回路108を通じて、モータ
コントローラ116に対し走査停止指示を送る（ステップ2
50）。この指示に応答して、モータコントローラ116は
ステッピングモータ14,24の駆動を停止する。

次にマイクロプロセッサ131は、Ｎカウンタ132Dの値
（異物個数）を所定値ｎと比較する（ステップ255）。
Ｎ≦ｎならば、異物テーブル132Gに格納されている異物
の情報を、ウエハ識別情報とともにフロッピーディスク
コントローラ136へ転送し、フロッピーディスク装置134
へ格納させ（ステップ260）、検査処理を終了する。

ステップ255においてＮ＞ｎならば、Ｐカウンタの値を
ゼロ判定する（ステップ265）。ゼロならば（クリーニ
ングと検査を３回繰り返した場合）、ステップ260へ進
む。

Ｐカウンタの値がゼロでなければ、Ｐカウンタから１を
減算し（ステップ270）、ウエハ面のクリーニングを実
行させる（ステップ280）。このクリーニングの詳細に
ついては、後述する。

クリーニングを終了すると、マイクロプロセッサ131
は、ウエハを所定位置へ位置決めさせるためのモータ制
御情報をモータコントローラ116へ与える（ステップ29
5）。その位置決めが完了すると、マイクロプロセッサ1
31は、走査開始をモータコントローラ116へ指示する
（ステップ297）。そして、ステップ215以降の処理を開
始する。

ステップ280のクリーニング動作について、第４図のフ
ローチャートを参照し説明する。

クリーニング動作には、全面的クリーニングモードと局
所的クリーニングモードとがある。

まず全面的クリーニングモードについて説明する。この
モードでは、マイクロプロセッサ131は、インターフェ
イス回路108を介して、電磁弁開指示を電磁弁ドライバ1
17に与える（ステップ300）。この指示に応答して、電
磁弁ドライバ117は、電磁弁62を励磁して電磁弁を開
く。これにより、窒素ガス供給装置64よりノズル58へ窒
素ガスが供給され、ノズル58の先端より、ウエハ面へ窒
素ガス噴流がが吹き付けられるようになる。

なお、送風機52、イオン化装置54、排気ダクト56、およ
び窒素ガス供給装置64は、常時作動している。

またマイクロプロセッサ131は、逆方向走査させるため
のモータ制御情報を、インターフェイス回路108を介し
てモータコントローラ116へ与える（ステップ305）。モ
ータコントローラ116は、前記異物検査時と逆方向の螺
旋走査が行われるように、ステッピングモータ14,24を
駆動する。

一定時間を経過すると（ウエハ30の全面のクリーニング
が終了している）、マイクロプロセッサ131は、電磁弁6
2の閉成を電磁弁ドライバ117に指示し（ステップ31
0）、次にモータコントローラ116に対し走査停止を指示
し（ステッピングモータ315）、クリーニング動作を終
了する。

このようにして、ウエハ30の全面にわたって、窒素ガス
の噴流を吹き付け、異物の除去を試みる。この噴流によ
ってウエハ面に生じた静電気は、周囲のイオン化された
清浄空気の層流により除去され、ウエハ面より吹き飛ば
された異物は、周囲の清浄空気の層流により排気ダクト
56に運ばれ、排気ダクト56により排出される。このよう
にして、ウエハ面の全面的なクリーニングが実行され
る。

次に局所的クリーニングモードについて説明する。この
モードの場合、マイクロプロセッサ131は、異物テーブ
ルのＮ（Ｎカウンタの値）番目のエントリから異物の位
置情報を読み出し（ステップ320）、その位置情報に対
応する位置への位置付けをモータコントローラ116に指
示する（ステップ325）。位置決めが完了すると、マイ
クロプロセッサ131は、電磁弁62を一定時間開かせるよ
うに電磁弁ドライバ117に指示し（ステップ330）、その
一定時間を経過すると、Ｎカウンタを１だけデクリメン
トし（ステップ335）、Ｎカウンタのゼロ判定を行う
（ステップ340）。Ｎカウンタがゼロでなければ、ステ
ップ320へ戻り、ゼロならばステップ295へ進む。

このように、異物の部分についてだけ窒素ガスの噴流を
吹き付け、その異物の除去を試みる。清浄空気の層流を
ウエハの周囲に作ってあるとはいっても、吹き飛ばされ
た異物の再付着の可能性は皆無ではないため、このモー
ドのように、窒素ガス噴流の吹き付けを必要最小限の範
囲についてだけ行うのが、好ましい場合がある。

以上説明したように、この実施例においては、検査によ
り検出された異物数が所定数ｎを越えた場合、クリーニ
ングの後、再度検査が行われる。このクリーニングと検
査の回数は、最高３回である。これにより、除去可能な
異物を除去し、残った異物に関する情報を得ることがで
きる。

なお、他の動作モードは、この発明の要旨とは直接関係
しないので、その説明を省略する。

ここで、この発明は前記実施例だけに限定されるもので
はなく、適宜変形して実施し得るものである。

例えば、前記実施例では、清浄気体吹き付け用ノズルを
固定し、ウエハ側を移動させたが、ノズル側を移動させ
てもよい。また、ノズルをウエハ面に対して垂直に設
け、揺動させながら清浄気体の噴流をウエハ面に吹き付
けさせるようにしてもよい。その清浄気体も、窒素ガス
に限らない。

異物個数と関係なく、検査に先立ち無条件にクリーニン
グを行わせることも可能である。ただし、クリーニング
により異物を散らす危険もあるため、前記実施例のよう
に、異物個数が所定数を越えた場合に限り、クリーニン
グを実行させるのが一般に得策である。

また、偏光レーザ光以外の光ビームを利用する同様なウ
エハ用異物検査装置にも、この発明は適用可能である。

さらに、この発明は、ウエハ以外の被検査物、例えばマ
スク、レチクル、ペリクル膜などの表面における異物を
検査する装置にも適用できるものである。

［発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、クリーニング
手段とクリーニング動作モードを異物検査装置に設けて
いるので、異物検査装置の外部でクリーニングをしなく
て済む。その結果、被検査物に別途異物が付着するよう
なことがなくなる。また、何度でもクリーニングが可能
になり、除去不可能な異物だけが残り、再検査により、
より正確に除去不可能な異物の情報を得ることができ
る。しかも、被検査物の表面に清浄気体の噴流を吹き付
けるとともに、被検査物の周囲に清浄気体の流れを作る
ことにより、被検査物表面のクリーニングがなされるた
め、除去容易な異物を簡単に被検査物から除去でき、除
去困難な異物だけの情報を得ることができるため、異物
の発生原因分析を効率化できる、などの効果を得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による異物検査装置の光学系部分など
を示す概略斜視図、第２図は同異物検査装置の信号処理
および制御系を示す概略ブロック図、第３図は検査処理
の概略フローチャート、第４図はクリーニング動作のフ
ローチャートである。 10……Ｘステージ、14,24……DCモータ、22……回転ス
テージ、30……ウエハ、36,38……Ｓ偏光レーザ発振
器、44……対物レンズ、46……スリット、48……Ｓ偏光
カットフィルタ、50……ホトマルチプライヤ、52……送
風機、54……イオン化装置、56……排気ダクト、58……
ノズル、62……電磁弁、64……窒素ガス供給装置、100
……増幅器、102……レベル比較回路、108……インター
フェイス回路、116……モータコントローラ、117……電
磁弁ドライバ、130……データ処理システム、131……マ
イクロプロセッサ、132……メモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根本亮二神奈川県足柄上郡中井町久所300番地日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者竹花洋一東京都小平市上水本町1450番地株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者神山和美神奈川県足柄上郡中井町久所300番地日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者相川博神奈川県足柄上郡中井町久所300番地日立電子エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開昭56−150827（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−102233（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査物の表面の異物を自動的に検出する
異物検査装置において、前記被検査物の表面に異物を吹
き飛ばすための清浄気体の噴流を吹き付けるノズルと、
前記被検査物の周囲の浮遊異物を排除するための清浄気
体の流れを前記被検査物の周囲に生じさせる清浄気体発
生手段と、前記被検査物を所定の方向に螺旋走査して前
記被検査物の表面の異物を検出しかつ前記所定の方向と
は逆方向にも前記被検査物を走査することができる検査
部とを備え、前記ノズルおよび前記清浄気体発生手段と
を作動させかつ前記所定の方向とは逆方向に前記ノズル
が前記被検査物を走査して前記被検査物の表面のクリー
ニングを行うクリーニング動作モードを有し、前記被検査物を検査し、前記異物が所定値以上であると
きに前記クリーニング動作モードに入り、前記被検査物
を再検査することによりクリーニングできない異物の情
報を得ることを特徴とする異物検査装置。
【請求項２】清浄気体発生手段により被検査物の周囲に
流される清浄気体はイオン化された気体であり、クリー
ニング動作モードと再検査とが繰り返し行われることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異物検査装置。
【請求項３】清浄気体の噴流は、被検査物の表面の検出
された異物の部分に局所的に吹き付けられることを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の異物
検査装置。