JPH0787208B2 - 面板欠陥検出光学装置 - Google Patents

面板欠陥検出光学装置

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JPH0787208B2
JPH0787208B2 JP29222786A JP29222786A JPH0787208B2 JP H0787208 B2 JPH0787208 B2 JP H0787208B2 JP 29222786 A JP29222786 A JP 29222786A JP 29222786 A JP29222786 A JP 29222786A JP H0787208 B2 JPH0787208 B2 JP H0787208B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、シリコンウエハ面板の表面の欠陥を検出す
る光学装置に関するものである。
[従来の技術] 半導体の材料であるシリコンウエハ面板には、種々の欠
陥があり、これより製造されるICの品質を低下するの
で、面板欠陥検出装置により検査されている。
最近においては、ICの集積密度がますます高度となり欠
陥の検査が厳密となってきている。
面板の欠陥には多様な種類があり、たとえば、表面に付
着した微小な塵埃、染み、異物による擦り傷、微小な凹
部(ピット)、または比較的広い範囲に亘る凹部や希薄
な曇り膜(ヘイズ欠陥という)、あるいはスリップライ
ンといわれる面板の半径方向に延びた1種のすじ線など
さまざまである。これらの各種の欠陥に対して、従来に
おいては検出技術が十分でないためもあって、必ずしも
それぞれが的確に検出されていなかった。しかし、上記
した検査の厳密化に対応してこれらを検出することは当
然必要である。
さて、面板の表面欠陥に対して効果的な検出方法とし
て、レーザ光を照射して欠陥による散乱光を受光する方
法が従来から行われているが、欠陥の光学的性質、形
状、大きさなどに対してそれぞれ適応する光学系の構成
方法がある筈である。そこで、従来開発されているも
の、あるいはそれらに改善を加えたものについて、欠陥
の種別に対して検討して効果的な検出方法を適用するこ
とが必要である。
しかしながら、種々の欠陥に対して別個の検出装置を使
用することは不能率である。従って、これらを一つの装
置にまとめて一元的に検査することが望ましい。
[発明の目的] この発明は、上記に鑑みてなされたもので、各種の表面
欠陥を散乱光について特徴を抽出し、それぞれに対して
効果的な検出光学系(受光器)を検討し、それらを一装
置にまとめて一元的に各種の欠陥を検出できる装置を提
供することを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] この発明はシリコンウエハ面板の表面をレーザビームに
より走査して、表面の欠陥による散乱光を検出する面板
欠陥検出光学装置であって、レーザビームを投受光レン
ズにより面板表面にレーザスポットを形成する。このレ
ーザスポットに接近した位置に、散乱光を広い角度範囲
に亘って受光する第1の受光器を設ける。また、面板表
面が水平状態におけるレーザビームの反射光軸の近傍の
散乱光を、上記の投受光レンズにより集束し、集束され
た散乱光を受光する第2の受光器により構成されてい
る。
上記第1の受光器は、受光面が上記レーザスポットを指
向した複数のオプチカルファイバを設け、これらのオプ
チカルファイバを一括して第1の光電子増倍管に接続し
たものである。
また、上記の第2の受光器は、上記反射光軸を中心とし
て、レーザビームの正反射光を遮光する空間フィルタ
と、上記の投受光レンズにより集束された散乱光を受光
する第2の光電子増倍管よりなるものである。
[作用] この発明による面板欠陥検出光学装置においては、レー
ザ光源、投光受光レンズなどは1組で共用する。受光器
としては、面板に付着した微粒子または曇り膜などによ
り広い角度範囲に分布する散乱光を発生する欠陥に対し
て、レーザスポットに接近した位置に設けた第1の受光
器で受光する。また、面板表面の微小なピット、擦り
傷、スリップライン、および比較的大きい面積で極めて
浅い凹部など、微小な角度の斜面を形成している欠陥に
対しては、反射光軸の近傍に散乱光が集中する性質があ
るので、第2の受光器で受光する。これらは、それぞれ
対応する欠陥を有効に検出でき、一元的な面板検査を行
うことができるものである。
[実施例] 第1図、第2図、第3図および第4図はこの発明の基礎
として、面板表面に存在する各種の欠陥に対して、照射
したレーザビームによる散乱光の性質を検討するための
モデル図である。
第1図において、レーザ光源2よりのレーザビーム3は
ミラー4により光軸が変換され、投光レンズ5により面
板1の表面にレーザスポットSを形成する。この場合、
欠陥を平均的に一様に照射するために、レーザビームは
表面に対して垂直またはほぼ垂直に投光される。レーザ
スポットSまたは面板1が移動して表面の走査がなされ
るが、表面に欠陥が存在しないときは、レーザビームは
正反射光3a(以下においては、正反射光3aは、表面に欠
陥が存在しないときのものとする)として垂直、または
ほぼ垂直上方に反射する。もし欠陥が存在するときは、
散乱光が生ずるが、欠陥の性質、形状により散乱光の強
度ないしは分布状態が異なる。
第2図(a)は面板に塵埃などの微粒子6が付着した場
合で、モデル化して微粒子6を球形と仮定してある。微
粒子6に比較してレーザスポットSの直径が十分大きい
ものとすると、微粒子6の表面が曲面であるため、散乱
光7は広い角度範囲に分布する。空気中に浮遊する球形
の微粒子による光の散乱現象については、詳細な研究が
なされており、その分布強度はレーザの波長、球の半径
その他により複雑である。微粒子が面板に付着した場合
はなお複雑である。現実では塵埃などの付着物の形状は
球形でなく、また光学的特性が種々に分かれるので、さ
らに複雑であろう。しかし、広い角度範囲にランダムに
分布するものとして差し支えない。
第2図(b)は面板に染み、かすみなどによる曇り膜が
かかった状態、すなわちヘイズ欠陥8で、この場合は散
乱光9は無方向性で強度分布はほぼ一様とみてよい。以
上により、微粒子欠陥6およびヘイズ欠陥8に対して
は、欠陥以外の表面よりの正反射光を除いて、広い角度
範囲の受光を行うことが必要である。この広角度範囲の
受光を行うためには、散乱場所すなわちスポットSに接
近した位置に受光器を設けることが有利である。
第3図(a)は微小な凹部でピット欠陥10とよばれ、そ
の断面はシリコン結晶がへき開して一定の角度の斜面を
形成している。ただし、図はモデル化した単純な二辺で
あるが、実際は斜面が段階となっている場合が多い。図
(b)はスリップライン欠陥12を示すもので、スリップ
ラインは面板の半径方向に生じた1種のすじで、その断
面はピット欠陥10と同様にへき開により浅い段差の凹凸
をなしている。異物などによる表面の擦り傷(スクラッ
チ)の場合も断面はへき開の特徴を示すことが多い。こ
れらのピット欠陥、スリップライン欠陥およびスクラッ
チ欠陥にレーザビーム3が照射されたときは、斜面によ
る散乱光11が発生し、種々の方向の成分が互いに干渉す
る。これは波動光学でいう回折であって、欠陥がない場
合の正反射光3aが図(c)に示すように、単一の第0次
ビーム(イ)であるに対して、散乱光11では図(d)に
示すように、回折により第0次ビーム(イ)が減少し、
代わりに高次のビームが現れる。通常、高次ビームのう
ちで第1次ビーム(ロ)が最も大きい。また、第0次ビ
ーム(イ)に対する第1次ビーム(ロ)の傾斜角δは、
レーザの波長と欠陥の大きさなどにより決まるもので、
欠陥が微小なときはδは小さく光軸に接近している。従
って、光軸3aに接近した位置において、第0次ビーム
(イ)を除き、第1次ビーム(ロ)を受光することが、
これらの欠陥に対して有効である。
第4図は面板の一部に面積は大きいが、深さが非常に浅
い凹面欠陥13がある場合である。この場合は表面の傾斜
角度が非常に小さいので、散乱光14は正反射光の光軸3a
の近傍に集中している。そこで、上記のピット欠陥10な
どと同様な受光方法が効果的である。この場合、光軸近
傍の散乱光、または第1次ビームに対しては、スポット
Sからやや離れた位置で受光することが、正反射光と分
離するのに有利である。
以上により、シリコンウエハ面板の表面に存在する各種
の欠陥の散乱光の性質、特に分布特性について検討した
が、上記の各種の欠陥を二つのグループに分けることが
できる。第1のグループとしては、微粒子欠陥、ヘイズ
欠陥のごとく、比較的広範囲に散乱光が分布するものと
し、第2グループとしては、ピッ欠陥など正反射光の光
軸の近傍に集中するものである。これら二つのグループ
のそれぞれに対して適応する上述した位置に受光器を設
けることにより、欠陥がグループ別に効果的に検出でき
ることとなる。
第5図は、上記の所論にもとずくこの発明の面板欠陥検
出光学装置の構成の概念図である。
図において、レーザ光源2よりのレーザビーム3はミラ
ー4により光軸を変換し、投受光レンズ16により集束さ
れて、小さい入射角θで面板1を照射する。散乱光のう
ち、第1グループの欠陥に対しては、レーザスポットS
に接近して複数のオプチカルファイバ15の受光面をスポ
ットSを指向するように配置して、これらを光電子増倍
管15aに接続して第1の受光器を構成する。第2グルー
プの欠陥に対しては、投受光レンズ16で、正反射光の光
軸3aの近傍の散乱光を集束して、第2の受光器18がこれ
を受光する。ここで、正反射光は光軸3aを中心とする空
間フィルタ17により遮光して、第2の受光器18に過大な
光量が入力することを防止し、検出感度を保持する。な
お、第1および第2の受光器は、いずれも正反射光、ま
たは第0次光を遮断しており、その意味で暗視野受光方
式である。
第6図(a),(b)および(c)は、この発明による
面板欠陥検出光学装置の実施例における構成図を示す。
図(a)において、レーザ光源2よりのレーザビーム3
はダイクロイッミラー19により、不用な波長の波がカッ
トして必要な波が反射され、楕円エキスパンダ20により
所定の半径を有する断面が楕円形のビーム3bに変換され
る。ミラー4もまたダイクロイックのものを使用して雑
光を除去し、投受光レンズ16により、面板1の表面にス
ポットSを形成する。この場合は、走査形式として面板
1を回転する形式として、図(c)に示すように、面板
1のθ方向の回転により、楕円スポットSが面板1の表
面を走査する。
第1の受光器15はオプチカルファイバ15aを前記のよう
に配置し、それらの端末を一括して第1の光電子増倍管
15bbに接続したものである。図(b)はオプチカルファ
イバ15aの配置の断面を示すもので、例として2重の同
心円上に12本のオプチカルファイバが、配列されてお
り、広角度範囲で散乱光7または9を受光する。オプチ
カルファイバの配列は勿論これに限られるものでなく、
さらに効果的な広角度の受光ができるものならいかなる
ものでも差し支えない。
第2の受光器18は第2の光電子増倍管によるもので、こ
れに対しては、第2グループの欠陥による散乱光11また
は14を投受光レンズ16と受光レンズ21により集束し、焦
点の位置にピンホール22を設けて、雑光を除去し、また
上記と同様に空間フィルタ17を設けて正反射光を除去す
る。
[発明の効果] 以上の説明により明らかなように、この発明による面板
欠陥検出光学装置においては、様相の異なる各種の欠陥
について、散乱光の分布の特徴を検討し、これらを2つ
のグループに分けて、それぞれに適応する2組の受光器
を設けたものであり、これらにより検出された欠陥デー
タはさらにデータ処理装置において、可能な限り個別の
欠陥に分離され、従来以上の精度に高い面板の検査に利
用される。なお、装置の構成はレーザ光源、投光光学系
および投受光レンズが共用され一装置により一元的に、
効率的な検査が行われるもので、面板欠陥検査に寄与す
るところが大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図および第4図は、この発明によ
る面板欠陥検出光学装置において、各種の欠陥による散
乱光の分布の特徴を検討するための散乱光の分布図で、
第1図は面板に欠陥が存在しない場合の図、第2図
(a)は微粒子欠陥に対する分布図、第2図(b)はヘ
イズ欠陥に対する分布図、第3図(a)はピット欠陥に
対する分布図、第3図(b)はスリップライン欠陥に対
する分布図、第3図(c)および(d)は第3図(a)
および(b)の散乱光の波動光学による分布の説明図、
第4図は凹面欠陥に対する分布図である。第5図はこの
発明による面板欠陥検出光学装置の概念を示す構成図、
第6図(a)および(b)はこの発明による面板欠陥検
出光学装置の実施例における構成図、第6図(c)は第
6図(a)における面板の走査を示す図である。 1……面板、2……レーザ光源、3……レーザビーム、
3a……正反射光(光軸)、3b……楕円ビーム、4,19……
ミラー、5……投光レンズ、6……微粒子欠陥、7,9,1
1,14……散乱光、8……ヘイズ欠陥、10……ピット欠
陥、12……スリップライン欠陥、13……凹面欠陥、15…
…第1の受光器、15a……オプチカルファイバ、15b……
光電子増倍管、16……投受光レンズ、17……空間フィル
タ、18……第2の受光器(光電子増倍管)、20……楕円
エキスパンダ、21……受光レンズ、22……ピンホール。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−231405(JP,A) 特開 昭62−11133(JP,A) 特開 昭63−131052(JP,A) 特開 昭63−143830(JP,A) 特開 平1−165941(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコンウエハ面板の表面をレーザビーム
    により走査して、該表面に存在する欠陥による散乱光を
    受光して欠陥を検出する面板欠陥検出装置において、レ
    ーザ光源よりのレーザビームを投受光レンズにより上記
    表面にほぼ垂直方向に投光して該表面にレーザスポット
    を形成し、該レーザスポットに接近した位置に、該表面
    の欠陥による散乱光を、広い角度範囲に亘って受光する
    第1の受光器を設け、かつ水平状態の該表面における上
    記投光されたレーザビームの反射光軸の近傍に散乱する
    上記散乱光を、上記投受光レンズにより集束し、該集束
    された散乱光を受光する第2の受光器とよりなることを
    特徴とする、面板欠陥検出光学装置。
  2. 【請求項2】受光面が上記レーザスポットを指向した複
    数のオプチカルファイバを設け、該オプチカルファイバ
    を一括して第1の光電子増倍管に接続してなる、上記第
    1の受光器を有する、特許請求の範囲第1項記載の面板
    欠陥検出光学装置。
  3. 【請求項3】上記投光されたレーザビームの反射光軸を
    中心として、該レーザビームの正反射光を遮光する空間
    フィルタと、上記投受光レンズにより集束された散乱光
    を受光する第2の光電子増倍管よりなる上記第2の受光
    器を有する、特許請求の範囲第1項記載の面板欠陥検出
    光学装置。
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