JPH10115593A - 異物検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ウエハ表面の粗さや異物の大きさに
関わらず、異物による信号を抽出して高精度な異物検出
を行う。 【解決手段】ウエハ１にレーザビームＬを照射し、この
ときにウエハ１の表面に生じた散乱光のうちウエハ１の
表面を構成する物質固有の波長を持つラマン散乱光成分
を分光フィルタ３０により除去し、このラマン散乱光成
分の除去された散乱光を受光素子３１により受光し、そ
の電気信号に基づいて演算制御回路３３において異物の
存在位置及びその大きさを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハや液晶基板上に存在する微細な異物を検出する異物検
査方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば膜付きの半導体ウエハ（以下、ウ
エハと省略する）に対する異物検査方法は、ウエハ表面
にレーザビームを照射し、かつこのレーザビームを走査
してウエハ表面の全面に照射する。

【０００３】レーザビームをウエハ表面に照射すると、
このウエハ表面には散乱光が発生するので、この散乱光
を光検出器で検出する。この散乱光は、ウエハ表面に存
在する異物によって生じるが、ウエハ表面の粗さによる
凹凸形状によっても生じる。

【０００４】ところで、ウエハ表面上にパターンを形成
する場合に問題となる異物の大きさは、一般にウエハ表
面に形成される膜表面の凹凸の大きさよりも大きく、か
つレーザビームを照射したときに生じる散乱光は、膜表
面の凹凸により生じたものに比べて異物によって生じた
ものの方がその強度が高い。

【０００５】このような事から膜表面の凹凸により生じ
た散乱光強度と異物によって生じた散乱光強度との差を
利用して、閾値を設けることにより膜表面により生じた
散乱光と異物によって生じた散乱光とを区別し、異物の
大きさやその位置を検出している。

【０００６】図５はかかる異物検査装置の構成図であっ
て、特開平７−３１３７５６号公報に記載されている技
術である。ウエハ１は、図６に示すようにＲテーブル２
及びθテーブル３によってＲ方向（水平な一方向）に進
退自在で、かつθ方向に回転自在となっている。

【０００７】このうちＲテーブル２は、パルスモータ４
の回転軸にボール捩子５を連結し、このボール捩子５に
螺合してＲ方向に進退する直進テーブル６から構成され
ている。

【０００８】又、θテーブル３は、Ｒテーブル２の直進
テーブル６上の支柱に設けられ、パルスモータ７と、こ
のパルスモータ７の回転軸に連結された回転テーブル８
とから構成されている。

【０００９】ウエハ１の斜め上方には、レーザ発振器９
が配置され、このレーザ発振器９から出力されたレーザ
ビームＬがビームエキスパンダ１０、対物レンズ１１を
通し、図６に示すようにウエハ１に対して鉛直方向に対
して略６０°の斜め上方から照射される。

【００１０】このとき、Ｒテーブル２及びθテーブル３
の各パルスモータ４、７が同期的に駆動することによ
り、ウエハ１はθ方向に回転しながらＲ方向に直進する
ので、レーザビームＬは、ウエハ１に対して同心円状に
全面走査する。

【００１１】このようにレーザビームＬがウエハ１に照
射されると、その照射点では、ウエハ１表面に存在する
異物やウエハ表面の欠陥・傷、或いはウエハ１の下地等
によって散乱光が生じる。

【００１２】この散乱光は、図７に示すように結像レン
ズ系１２によって一部集光され、ラマン分光系１３に入
射する。このラマン分光系１３は、ウエハ表面に生じ散
乱光をレイリー散乱光とラマン散乱光とに分光し、この
うちレイリー散乱光を第１のセンサ１４に導き、ラマン
散乱光を第２のセンサ１５に導く。

【００１３】一般に、レーザビームＬなどの光を照射さ
れた異物から生じる散乱光は、レイリー散乱光（弾性散
乱光）とラマン散乱光（非弾性散乱光）とに分類され
る。このうちレイリー散乱光は、入射光が異物表面で光
学的に反射又は回折して生じる散乱光であり、吸収によ
るエネルギー損失を伴わないで、入射光と同一の波長成
分を持っている。このレイリー散乱光の光強度の絶対値
は、通常異物の大きさの２乗乃至６乗倍に比例する。

【００１４】ラマン散乱光は、入射光と、入射された異
物表面の分子又は原子の熱振動中の横波モードとの相互
作用（すなわち、光学フォノンとの非弾性散乱）によっ
て生じる散乱光である。この相互作用の際のエネルギー
の授受によって波長シフト現象が生じる。この波長のシ
フト量は、各物質に固有のものであることが知られてい
る（約数十ｎｍ程度）。ラマン散乱光の光強度の絶対値
は、レイリー散乱光に比べて約１０^-4乃至１０^-3倍程度
の微弱なものとなっている。

【００１５】第１のセンサ１４は、レイリー散乱光の受
光量に応じた第１の検査信号を出力する。この第１の検
査信号は、増幅回路１６、ノイズ除去回路１７を通って
閾値比較回路１８に送られる。

【００１６】この閾値比較回路１８は、第１の検査信号
と所定の閾値Ｖ_r とを比較し、第１の検査信号のピーク
点が所定の閾値Ｖ_r を越えたところを異物の存在すると
ころと判断し、その都度検出信号をスペクトル分析回路
１９及び演算制御回路２０に送出する。

【００１７】一方、第２のセンサ１５は、ラマン散乱光
の受光量に応じた第２の検査信号を出力する。この第２
の検査信号は、増幅回路２１を通してスペクトル分析回
路１９に送られる。

【００１８】このスペクトル分析回路１９は、閾値比較
回路１８から出力される各検出信号によって付勢され、
これら検出信号の発生時刻における第２の検査信号をス
ペクトル分析し、それぞれの波長シフト量及び散乱光強
度の半値幅を求める。

【００１９】演算制御回路２０は、閾値比較回路１８か
ら出力される各検出信号及びスペクトル分析回路１９に
より求められた波長シフト量及び散乱光強度の半値幅に
基づいて種々処理を行い、異物の存在位置等を求める。
なお、演算制御回路２０には、表示系２２、入力系２３
及び補助記憶装置２４が接続されている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記装
置では、異物による散乱光とウエハ１の膜表面による散
乱光とを所定の閾値を用いて分別しているので、検出す
べき異物の大きさと、その異物により生じる散乱光の強
度とを予め知らなければならない。

【００２１】又、異物の大きさが同じであっても、その
異物を構成する物質が異なると、その散乱光の強度が変
わるので、閾値の設定が困難となる。さらに、異物の大
きさがウエハ１の膜表面の凹凸の大きさよりも小さい
と、異物によって生じる散乱光の強度が膜表面の凹凸に
より生じる散乱光の強度よりも小さくなり、閾値による
分別は困難となる。

【００２２】そこで本発明は、被検査体表面の粗さや異
物の大きさに関わらず、異物による信号を抽出して高精
度な異物検出ができる異物検査方法及びその装置を提供
することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、被検
査体表面に検査光を照射し、被検査体表面に生じる散乱
光に基づいて被検査体表面に存在する異物を検出する異
物検査方法において、被検査体表面に生じる散乱光を波
長別に分光し、この分光された光の波長のうち異物に固
有の波長に基づいて異物を検出する異物検査方法であ
る。

【００２４】請求項２によれば、請求項１記載の異物検
査方法において、被検査体表面に生じた散乱光のうち被
検査体表面を構成する物質固有の波長を持つラマン散乱
光成分を除去し、このラマン散乱光成分の除去された散
乱光に基づいて異物を検出する。

【００２５】請求項３によれば、被検査体表面に検査光
を照射し、被検査体表面に生じる散乱光に基づいて被検
査体表面に存在する異物を検出する異物検査装置におい
て、被検査体表面に生じる散乱光を波長別に分光する分
光光学系と、この分光光学系により分光された光の波長
のうち異物に固有の波長の散乱光を受光する受光素子
と、この受光素子により光電変換された電気信号に基づ
いて異物の存在位置及び大きさを検出する演算制御手段
と、を備えた異物検査装置である。

【００２６】請求項４によれば、請求項３記載の異物検
査装置において、分光光学系は、被検査体表面に生じた
散乱光のうち被検査体表面を構成する物質に固有の波長
を持つラマン散乱光成分を除去し、異物によるラマン散
乱光を抽出する。

【００２７】このような異物検査方法及びその装置であ
れば、物質に光を照射したときに生じる散乱光には、そ
の物質に固有の波長を持つ被弾性散乱光（ラマン散乱
光）が含まれる。すなわち、単一の成分を持つ物質にレ
ーザビームを照射した場合、ラマン散乱光は一意に決定
するので、成分の異なる複数の物質に同時にレーザビー
ムを照射した場合、物質の種類に応じて異なる波長の散
乱光が生じる。

【００２８】従って、被検査体表面に生じる散乱光を波
長別に分光、すなわち被検査体表面を構成する物質に固
有の波長を持つラマン散乱光成分を除去し、このラマン
散乱光成分の除去された散乱光に基づいて異物を検出す
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。本発明の異物検査方
法は、被検査体、例えばウエハ表面に検査光としてレー
ザビームを照射し、ウエハ表面に生じる散乱光に基づい
てウエハ表面に存在する異物を検出する場合、ウエハ表
面に生じる散乱光を波長別に分光し、この分光された波
長のうち異物固有の波長に基づいて異物を検出する。

【００３０】具体的には、ウエハ表面に生じた散乱光の
うちウエハ表面を構成する物質に固有の波長を持つラマ
ン散乱光成分を除去し、このラマン散乱光成分の除去さ
れた散乱光に基づいて異物を検出する。

【００３１】図１はかかる異物検査方法を適用した異物
検査装置の構成図である。なお、図５と同一部分には同
一符号を付してある。ウエハ１は、図２に示すように走
査系としてのＲテーブル２及びθテーブル３によってＲ
方向に進退自在で、かつθ方向に回転自在となってい
る。

【００３２】このうちＲテーブル２は、パルスモータ４
の回転に応動してＲ方向に進退する直進テーブル（一軸
テーブル）６から構成されている。又、θテーブル３
は、直進テーブル６上の支柱６ａに設けられ、パルスモ
ータ７と、このパルスモータ７の回転軸に連結された回
転テーブル８とから構成されている。

【００３３】一方、ウエハ１の斜め上方には、レーザ発
振器９が配置されている。このレーザ発振器９は、例え
ばＡｒ⁺レーザ等のレーザビームＬを出力するレーザ光
源である。なお、このレーザ発振器９は、例えば出力３
００ｍＷ、波長４８８ｎｍに設定されている。

【００３４】このレーザ発振器９から出力されるレーザ
ビームＬの光路上には、投光系としてビームエキスパン
ダ１０及び対物レンズ１１が配置されている。このうち
ビームエキスパンダ１０は、対物レンズ１１の直前に配
置され、レーザビームＬの径を例えば１０倍乃至２０倍
程度に拡大した平行光に変換して対物レンズ１１に導く
ものである。

【００３５】対物レンズ１１は、レーザビームＬを例え
ば１０μｍ×１μｍの略楕円形状に集光して、ウエハ１
上の所定の走査点を鉛直方向に対して略６０°の斜め上
方から照射するものとなっている。

【００３６】結像レンズ系１２は、レーザビームＬのウ
エハ１に対する照射方向に対して略垂直方向で、かつレ
ーザビームＬの走査点に対して仰角略３０°の方向に配
置され、ウエハ１にレーザビームＬを照射したときに生
じる散乱光の一部を集光して、分光フィルタ３０に導く
ものとなっている。

【００３７】この分光フィルタ３０は、ウエハ１表面に
生じる散乱光を波長別に分光する、すなわちウエハ１表
面に生じた散乱光のうちウエハ１表面を構成する物質固
有の波長を持つラマン散乱光成分を除去し、ウエハ１の
表面上に存在する異物によるラマン散乱光を抽出する作
用を有している。

【００３８】具体的に分光フィルタ３０は、トリプルポ
リクロメータ、ダブルポリクロメータ又はモノクロメー
タ等の分光器で構成され、入射光と同一波長の散乱光す
なわちレイリー散乱光を遮断し、ラマン散乱光のうちス
トークス光を抽出するものとなっている。このストーク
ス光の波長λ_s は、λ_s ＝４８８ｎｍ＋ΔλかつΔλ＞
０を満たすものとなっている。

【００３９】受光素子３１は、分光フィルタ３０により
抽出された異物によるラマン散乱光を受光し、その光強
度に応じた電気信号に変換する機能を有している。この
受光素子３１は、例えば光電子増倍管又はフォトダイオ
ード等の受光素子、電流・電圧変換回路等を組み合わせ
て構成されたデバイスである。

【００４０】この受光素子３１の出力端子には、増幅回
路３２を介して演算制御回路３３が接続されている。こ
の演算制御回路３３は、受光素子３１から出力された電
気信号を入力し、この電気信号のピークレベルに基づい
て異物の存在位置（Ｒ、θ）及び大きさを検出する機能
を有している。

【００４１】この場合、異物の存在位置は、走査系の各
パルスモータ４、７に供給する各パルス信号を計数する
ことによってウエハ１上のレーザビームＬの走査点の位
置（Ｒ、θ）から求める。

【００４２】又、異物の存在位置は、回転ステージ８の
移動量、すなわちＲテーブル２とθテーブル３の各変位
をこれらＲテーブル２とθテーブル３とにそれぞれ備え
られた各変位センサにより検出し、この回転ステージ８
の移動量と受光素子３１の出力信号との時間軸を等しく
して比較することにより求められる。

【００４３】異物の大きさは、電気信号のピークレベル
と複数の閾値Ｖ_r1、Ｖ_r2、Ｖ_r3、…（Ｖ_r1＜Ｖ_r2＜Ｖ_r3
＜…）とを比較することにより求める。なお、演算制御
回路３３には、検査結果等を表示するためのＣＲＴディ
スプレイ等の表示系２２、検査等の条件を入力するため
のコンソール等の入力系２３及び演算制御プログラムや
検査結果等を記憶するためのディスク装置等の補助記憶
装置２４が接続されている。

【００４４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。レーザ発振器９からレーザビームＬが出
力されると、このレーザビームＬは、ビームエキスパン
ダ１０によりそのビーム径が例えば１０倍乃至２０倍程
度に拡大された平行光に変換され、次の対物レンズ１１
により例えば１０μｍ×１μｍの略楕円形状に集光され
て、ウエハ１に対し鉛直方向に対して略６０°の斜め上
方から照射される。

【００４５】このとき、Ｒテーブル２及びθテーブル３
の各パルスモータ４、７は、演算制御回路３３からの各
駆動制御信号を受けて同期的に駆動する。これらパルス
モータ４、７の駆動によりウエハ１は、θ方向に回転し
ながらＲ方向に直進する。これにより、レーザビームＬ
は、ウエハ１に対して同心円状に全面走査する。

【００４６】このようにレーザビームＬがウエハ１に照
射されると、その照射点では、ウエハ１表面に存在する
異物やウエハ表面の欠陥・傷、或いはウエハ１の下地等
によって散乱光が生じる。

【００４７】この散乱光は、結像レンズ系１２によって
一部集光され、分光フィルタ３０に入射する。この分光
フィルタ３０は、結像レンズ系１２によって一部集光さ
れた散乱光のうちウエハ１表面を構成する物質固有の波
長を持つラマン散乱光成分を除去し、ウエハ１の表面上
に存在する異物によるラマン散乱光のうちストークス光
を抽出する。

【００４８】受光素子３１は、分光フィルタ３０により
抽出された異物によるラマン散乱光を受光し、その光強
度に応じた電気信号に変換して出力する。例えば、図３
に示すようにウエハ１の膜表面１ａ上に微細な各異物
Ａ、Ｂ、すなわち膜表面１ａの凹凸よりも小さな異物Ａ
及び大きな異物Ｂが存在する場合、レーザビームＬが走
査されると、これら膜表面１ａ、異物Ａ及び異物Ｂによ
りそれぞり散乱光が生じる。

【００４９】これら散乱光の波長は、それぞれ膜表面１
ａ、異物Ａ、異物Ｂを構成する物質固有の波長となって
いる。これら散乱光は、結像レンズ系１２によって一部
集光され、分光フィルタ３０に入射し、この分光フィル
タ３０により膜表面１ａを構成する物質固有の波長を持
つラマン散乱光成分が除去され、各異物Ａ、Ｂによるラ
マン散乱光のうちストークス光が抽出される。

【００５０】受光素子３１は、これら異物Ａ、Ｂによる
ラマン散乱光を受光し、その光強度に応じた電気信号に
変換して出力する。図４(a) は分光フィルタ３０を透過
しない場合の散乱光を受光したときの受光素子３１の出
力信号を示しており、膜表面１ａにより生じた散乱光に
よる出力信号、異物Ａにより生じた散乱光による出力信
号、異物Ｂにより生じた散乱光による出力信号が現れて
いる。

【００５１】一方、同図(b) は分光フィルタ３０を透過
した場合の散乱光を受光したときの受光素子３１の出力
信号を示しており、膜表面１ａにより生じた散乱光が除
去され、各異物Ａ及び異物Ｂによりそれぞれ生じた散乱
光による各出力信号のみが現れている。

【００５２】従って、ウエハ１の膜表面１ａ上に、この
膜表面１ａを構成する物質以外の異物が存在しなければ
受光素子３１に出力レベルはなく、一方、各異物Ａ、Ｂ
が存在する場合に受光素子３１に出力レベルが現れる。

【００５３】このような受光素子３１の出力信号は、増
幅回路３２により増幅されて演算制御回路３３に送られ
る。この演算制御回路３３は、受光素子３１から出力さ
れた電気信号を入力し、この電気信号のピークレベルに
基づき、走査系の各パルスモータ４、７に供給する各パ
ルス信号を計数してウエハ１上のレーザビームＬの走査
点の位置（Ｒ、θ）から各異物Ａ、Ｂの存在位置を求め
る。

【００５４】又、これら異物Ａ、Ｂの存在位置（Ｒ、
θ）は、上記の如くＲテーブル２とθテーブル３の各変
位を検出して回転ステージ８の移動量を求め、この回転
ステージ８の移動量と受光素子３１の出力信号との時間
軸を等しくして比較することにより求められる。

【００５５】これと共に演算制御回路３３は、電気信号
のピークレベルと複数の閾値Ｖ_r1、Ｖ_r2、Ｖ_r3、…とを
それぞれ比較することにより各異物Ａ、Ｂの大きさを検
出する。

【００５６】なお、これら異物Ａ、Ｂの存在位置（Ｒ、
θ）及びその大きさは、演算制御回路３３によりＣＲＴ
ディスプレイ等の表示系２２に表示され、ディスク装置
等の補助記憶装置２４に記憶される。

【００５７】このように上記一実施の形態においては、
ウエハ１の表面に生じた散乱光のうちウエハ１の表面を
構成する物質固有の波長を持つラマン散乱光成分を除去
し、このラマン散乱光成分の除去された散乱光に基づい
て異物を検出するようにしたので、ウエハ１の膜表面１
ａの粗さ（凹凸）や異物Ａ、Ｂの大きさに関わらず、す
なわち膜表面１ａの凹凸形状よりも大きい異物Ａや小さ
な異物Ｂであっても、これら異物Ａ、Ｂによる信号のみ
を抽出して、これら異物Ａ、Ｂの存在位置及びその大き
さを求めて高精度な異物検出ができる。

【００５８】すなわち、各異物Ａ、Ｂを検出する際のノ
イズ成分となるウエハ１の膜表面１からの散乱光を除去
することで、ウエハ１の膜表面１ａの粗さに関わらず、
任意の大きさの異物Ａ、Ｂを精度高く検出できる。

【００５９】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、レ
ーザ発振器９は、Ａｒ⁺レーザに限らず、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ、Ｋｒレーザ、半導体レーザ、赤外や紫外のパルス
レーザなどのラマン散乱光を得ることができるレーザで
あればよい。

【００６０】又、レーザビームＬのウエハ１への入射角
は、６０°に限らず、ラマン散乱光の得られる角度であ
ればよい。又、特定の物質の異物により生じる散乱光の
波長のみを分光フィルタ３０で抽出すれば、その特定の
物質の異物のみの存在位置及びその大きさを検出するこ
とができる。

【００６１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、被
検査体表面の粗さや異物の大きさに関わらず、異物によ
る信号を抽出して高精度な異物検出ができる異物検査方
法及びその装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる異物検査装置の第１の実施の形
態を示す構成図。

【図２】ウエハに対するレーザビームの照射を示す図。

【図３】異物の存在するウエハ表面に対するレーザビー
ムの照射を示す図。

【図４】膜表面と各異物により生じた散乱光による出力
信号を示す図。

【図５】従来の異物検査装置の構成図。

【図６】ウエハに対するレーザビームの照射を示す図。

【図７】ウエハ表面に生じる散乱光を示す図。

【符号の説明】

１…ウエハ、 ２…Ｒテーブル、 ３…θテーブル、 ９…レーザ発振器、 １０…ビームエキスパンダ、 １１…対物レンズ、 １２…結像レンズ系、 ３０…分光フィルタ、 ３１…受光素子、 ３３…演算制御回路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体表面に検査光を照射し、前記被
   検査体表面に生じる散乱光に基づいて前記被検査体表面
   に存在する異物を検出する異物検査方法において、 前記被検査体表面に生じる散乱光を波長別に分光し、こ
   の分光された光の波長のうち前記異物に固有の波長に基
   づいて前記異物を検出することを特徴とする異物検査方
   法。
2. 【請求項２】 前記被検査体表面に生じた散乱光のうち
   前記被検査体表面を構成する物質に固有の波長を持つラ
   マン散乱光成分を除去し、このラマン散乱光成分の除去
   された散乱光に基づいて前記異物を検出することを特徴
   とする請求項１記載の異物検査方法。
3. 【請求項３】 被検査体表面に検査光を照射し、前記被
   検査体表面に生じる散乱光に基づいて前記被検査体表面
   に存在する異物を検出する異物検査装置において、 前記被検査体表面に生じる散乱光を波長別に分光する分
   光光学系と、 この分光光学系により分光された光の波長のうち前記異
   物に固有の波長の散乱光を受光する受光素子と、 この受光素子により光電変換された電気信号に基づいて
   前記異物の存在位置及び大きさを検出する演算制御手段
   と、を具備したことを特徴とする異物検査装置。
4. 【請求項４】 前記分光光学系は、前記被検査体表面に
   生じた散乱光のうち前記被検査体表面を構成する物質に
   固有の波長を持つラマン散乱光成分を除去し、前記異物
   によるラマン散乱光を抽出することを特徴とする請求項
   ３記載の異物検査装置。