JPH10300685A

JPH10300685A - 異物分析方法および装置

Info

Publication number: JPH10300685A
Application number: JP9113946A
Authority: JP
Inventors: Haruo Yoshida; 春雄吉田
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】検査対象物の表面に存在する異物の検出およ
び組成分析を高精度で行う。【解決手段】半導体基板９を載置するテーブル１は、
異物の検出・組成分析時には矢印Ａ方向に移動される。
テーブル１の上方には、半導体基板９上の微小な異物を
レーザ光の照射により光学的に検出する異物検出装置２
と、検出した異物の組成を分析する組成分析装置３とが
配置される。組成分析装置３は、荷電粒子線照射手段４
と、荷電粒子線が異物に照射されることにより発生する
特性Ｘ線を検出する組成分析用検出器５とを有する。荷
電粒子線照射手段４からの荷電粒子線の焦点位置は、矢
印Ａ方向に対して、異物検出装置２からのレーザ光の焦
点位置よりも下流に位置する。異物が検出されると、テ
ーブル１の移動により異物が移動してくる位置に荷電粒
子線が照射されるように荷電粒子線照射手段４及びテー
ブル１が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造に用いられる半導体基板などの検査対象物上の異物
を検出し、かつ、その異物の物質成分を分析する異物分
析方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程におい
て、半導体基板の表面に付着している微小な異物を検出
し、その異物の組成を分析するには、レーザ光を用いた
光学的な異物検出装置、および電子線のような荷電粒子
線を用いた分析装置が用いられている。これら異物検出
装置と分析装置とは別個の装置であり、それぞれ真空容
器内に配置される。

【０００３】異物を検出し、その組成を分析するには、
まず、異物検出装置により半導体基板上の異物を検出
し、検出された異物の位置情報を記憶しておき、その
後、分析装置に半導体基板を載せ替えて先の位置情報に
基づいて異物上に荷電粒子線を照射し、異物の組成を分
析する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような異物の検出および組成分析手法では、半導体基
板の載せ替えや、各装置の真空引きなどに多大な時間を
要するので、時間の制約のない故障解析研究には適する
が、高いスループットを必要とする製造ライン内での使
用には適しない。

【０００５】そこで本出願人等は、スループットの向上
を目的として、特願平８−３１６２２４号において、図
９に示すように、ＸＹテーブル１０１上に載置された検
査対象物１０２の表面に存在する異物を光学的に検出す
る異物検出装置１０２からのレーザビームの焦点位置
と、上記検査対象物１０２に電子ビームを照射する走査
型電子銃１０４からの電子ビームの焦点位置とが検査対
象物表面で一致するように、異物検出装置１０２と走査
型電子銃１０４とを配置した構成を提案した。そして、
走査型電子銃１０４からの電子ビームが異物に照射され
ることによって生じる二次電子を二次電子検出器１０６
で検出して異物の外形形状を観察し、特性Ｘ線をＸ線検
出器１０５で検出して異物の組成を分析する。これによ
り、異物の組成を分析するときの位置出しの手間が省け
るため、異物の検出および分析のスループットが向上す
る。

【０００６】しかし、上記先願の異物分析装置において
も、さらに改善すべき点がある。

【０００７】すなわち、異物検出装置と走査型電子銃と
が上記のように配置されているので、異物検出装置の光
学的プロービングのためのレンズ系、電子ビームを制御
する走査型電子銃の鏡筒の先端部、二次電子検出器およ
び組成分析のためのＸ線検出器などが、限られた空間内
に集中する。従って、全ての機器を本来の最適な位置関
係に配置することはできず、最適な位置から少し外れた
位置に配置せざるを得ない。具体的には、分解能を上げ
るために異物検出装置のレンズ系を検査対象に近接させ
るためには、走査型電子銃の鏡筒の先端から検査対象ま
での距離（ワーキングディスタンス）を大きくとらざる
を得ない。

【０００８】ところが、ワーキングディスタンスを大き
くとれば、走査型電子銃と二次電子検出器とで構成され
る電子顕微鏡としての分解能が低下する。しかも、検査
対象に電子ビームを照射して発生する特性Ｘ線により組
成分析を行う場合には、電子ビームの焦点を絞れなくな
ってしまう。このように、各機器の配置の制限から、異
物の観察・分析の機能が制約されてしまうことがある。

【０００９】また、異物分析装置においては、検査対象
の移動はＸＹテーブルによって行われる。半導体製造工
程では、検査対象である半導体基板は直径が２０ｃｍか
ら３０ｃｍ、さらには３７．５ｃｍへと大きくなり、一
方で、半導体の集積度の向上に伴い、検出すべき異物の
粒径は、６４Ｍｂｉｔで０．１２μｍ、２５６Ｍｂｉｔ
で０．０８μｍ、１Ｇｂｉｔで０．０６μｍと小さくな
る。そのため、このような微小な異物の検出に適したレ
ーザビームおよび電子ビームの径とする必要があるの
で、ＸＹテーブルの移動回数は非常に多くなり、基板全
面の検査には指数関数的に多大な時間を要する。また、
パターンを形成した基板では、パターンと異物との識別
のために更に長い時間を要する。

【００１０】しかも、ＸＹテーブルの重量は一般的に数
ｋｇ程度であり、高速移動しようとすると、大きな慣性
力が作用するので位置決め精度が悪くなる。そこで、高
精度の位置決めを実現するためにＸＹテーブルを低速で
移動させると、多大な時間を要する。このことは、結果
的にスループットの限界をもたらす。

【００１１】さらに、副次的な問題として、ＸＹテーブ
ルの激しい移動は機械的な接触面の摩耗をもたらし、微
小異物の発生源ともなるので、ＸＹテーブルの移動回数
はできる限り少ない方が望ましい。

【００１２】そこで本発明は、検査対象の異物検出およ
び組成分析を高精度で行える異物分析方法および装置を
提供することを目的とする。また本発明は、異物検出お
よび組成分析を高スループットで行える異物分析方法お
よび装置を提供することを第２の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の異物分析方法は、光源からレーザ光を検査対象
物に照射して光学的に異物を検出する異物検出装置と、
走査型の荷電粒子線照射手段から検査対象物に荷電粒子
線を照射して検査対象物の組成を分析する組成分析装置
とを用い、検査対象物を移動台上に載置し、前記移動台
を前記異物検査装置から前記組成分析装置へと移動させ
つつ、前記異物検出装置で前記検査対象物表面の異物が
検出されたら、異物が検出されたときに得られる異物の
位置情報に基づいて、前記移動台の移動により前記異物
が移動されてくる位置に荷電粒子線の照射位置が一致す
るように、前記前記荷電粒子線照射手段および前記移動
台の位置を制御し、荷電粒子線を前記異物に照射して前
記異物の組成を分析する。

【００１４】また、本発明の異物分析装置は、検査対象
物が載置される移動台を移動させながら前記検査対象物
上の異物を検出し、検出された異物の組成を分析する異
物分析装置であって、光源からレーザ光を前記検査対象
物に照射して前記検査対象物上の異物を検出する異物検
出装置と、前記異物検出装置による異物検出動作時の前
記移動台の移動方向に対して前記異物検出装置の下流に
配置され、走査型の荷電粒子線照射手段から検査対象物
に荷電粒子線を照射して検査対象物の組成を分析する組
成分析装置と、前記異物検出装置で前記検査対象物表面
の異物が検出されたら、異物が検出されたときに得られ
る異物の位置情報に基づいて、前記移動台の移動により
前記異物が移動されてくる位置に荷電粒子線の照射位置
が一致するように、前記荷電粒子線照射手段および前記
移動台の位置を制御する組成分析位置制御部とを有す
る。

【００１５】上記のとおり構成された本発明では、移動
台を移動させつつ、異物検出装置で検査対象物上の異物
を検出し、さらに、検出された異物の組成を組成分析装
置で分析する。つまり、異物検出装置から照射されるレ
ーザ光の焦点位置と、組成分析装置から照射される荷電
粒子線の焦点位置とは一致していない。従って、異物検
出装置および組成分析装置の配置の自由度が大きくな
り、それぞれの本来の機能を発揮できる位置に両者を配
置することができる。しかも、異物が検出されたら、移
動台の移動により異物が移動されてくる位置に、組成分
析装置から照射される荷電粒子線の照射位置が一致する
ように、荷電粒子線の照射位置および移動台の位置を制
御するので、異物の検出から分析までに必要な移動台の
移動が少なくてすむ。

【００１６】特に、荷電粒子線の照射位置の制御の際
に、荷電粒子線照射手段による荷電粒子線の走査範囲内
にあるときは荷電粒子線照射手段のみで位置制御した
り、異物の検出を、レーザ光の焦点位置を移動台の移動
方向と直交する方向に掃引して行うことで、移動台の移
動をさらに少なくすることができる。

【００１７】異物を検出する方法としては、レーザ光が
異物に照射されたときに生じる散乱光を検出する方法
や、レーザ光が異物に照射されたときに生じる偏光成分
の比の変化を検出する方法や、光学的ヘテロダイン検波
を利用する方法などがある。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明の異物分析装置の一実施形
態の構成を示す図である。

【００２０】図１において、水平面内で移動されるテー
ブル１上には、検査対象である半導体基板９が載置され
る。本実施形態では、半導体基板９の表面に付着してい
る微小な異物の検出および組成分析を、半導体基板９を
図示矢印Ａ方向に移動させながら行う。なお、テーブル
１は、少なくとも矢印Ａ方向に移動できるものであれ
ば、ＸＹテーブルであてＴもよいし回転テーブルであっ
てもよい。テーブル１の上方には、半導体基板９上の異
物を検出するための異物検出装置２と、検出した異物の
組成を分析するための組成分析装置３とが配置される。
これらはすべて、不図示の真空容器内に収納されてい
る。

【００２１】異物検出装置２は、レーザ光を発するレー
ザ光源、レーザ光源からのレーザ光をサイズを１０μｍ
程度に細く絞り込む光学レンズ系およびレーザ光を検出
する光検出部などで構成される。一方、組成分析装置３
は、電子線やイオン線などの荷電粒子線を照射する荷電
粒子線照射手段４と、荷電粒子線が照射された物質の組
成を分析するためにその物質から発生した特性Ｘ線を検
出する組成分析用検出器５と、荷電粒子線が照射された
物質の外形形状を観察するためにその物質から発生した
二次的な荷電粒子線を検出する荷電粒子線検出器６とを
有する。荷電粒子線照射手段４は、サイズを０．１μｍ
程度に細く絞った荷電粒子線によって物体の表面のある
範囲を走査できる走査型のもので、荷電粒子線発生源、
集束レンズ系、荷電粒子線の走査系などで構成される。

【００２２】異物検出装置２から照射されるレーザ光の
焦点位置および荷電粒子線照射手段４から照射される荷
電粒子線の焦点位置は、テーブル１上の半導体基板表面
とされる。さらに、異物の検出および組成分析動作時の
半導体基板９の移動方向（矢印Ａ方向）に対して、荷電
粒子線照射手段４からの荷電粒子線の焦点位置が、異物
検出装置２からのレーザ光の焦点位置よりも下流に位置
するように、異物検出装置２および組成分析装置３が配
置される。

【００２３】次に、本実施形態の異物分析装置の動作に
ついて説明する。

【００２４】テーブル１の駆動により半導体基板９を矢
印Ａ方向に移動させながら、異物検出装置２のレーザ光
源で半導体基板９の表面にレーザ光を照射する。レーザ
光が半導体基板９上の異物に照射されると、異物により
散乱光が発生し、この散乱光を異物検出装置２の光検出
部で観測することにより、半導体基板９上の異物が検出
される。

【００２５】異物が検出されると、その検出信号は検出
情報処理部７に出力される。また、検出情報処理部７に
は、テーブル１の位置情報が入力されており、検出情報
処理部７は、異物検出装置２の異物検出信号とテーブル
１の位置情報とから得られる、異物が検出されたときの
異物の検出位置情報を組成分析位置制御部８に出力す
る。組成分析位置制御部８は、検出位置情報に基づき、
半導体基板９の移動により異物が荷電粒子線照射手段４
の下方に移動されるまでの間に、異物が移動されてくる
べき位置に荷電粒子線の焦点位置が一致するように、荷
電粒子線照射手段４の走査系およびテーブル１を制御す
る。つまり、荷電粒子線は、荷電粒子線照射手段４およ
びテーブル１の両者の制御により、異物が移動されてく
る位置で待ち受けていることになるので、テーブル１の
少ない移動、かつ、短時間で荷電粒子線を効率的に異物
に照射することができる。

【００２６】ここで、焦点位置の移動距離が荷電粒子線
照射手段４での制御が可能な範囲にある場合には荷電粒
子線照射手段４のみで焦点位置の制御を行い、テーブル
１の移動をさらに少なくしている。また、それを越える
距離である場合には、大まかな移動はテーブル１で行っ
て微細な移動は荷電粒子線照射手段４の焦点位置の制御
で行う。

【００２７】異物に荷電粒子線が照射されると、異物か
らは二次的な荷電粒子線および特性Ｘ線が発生する。二
次的な荷電粒子線を荷電粒子線検出器６で検出すること
で、異物の外形形状が観察できる。また、特性Ｘ線を組
成分析用検出器５で検出・分析することで、異物の組成
分析を行うことができる。

【００２８】以上説明したように、異物の検出および組
成分析時の半導体基板９の移動方向に対して上流に異物
検出装置２を配置し、下流に組成分析装置３を配置する
ことで、異物検出装置２の光学系を半導体基板９に近接
して配置してもワーキングディスタンスを小さくとるこ
とが可能となる。その結果、異物検出装置２および組成
分析装置３の本来の機能を発揮できる位置関係に、異物
検出装置２および組成分析装置３を配置することができ
るようになり、観察および分析の本来の機能の制約がな
くなる。つまり、異物検出装置２および組成分析装置３
の持つ機能を十分に発揮した高精度の異物検出および組
成分析が可能となる。

【００２９】また、荷電粒子線の焦点位置の制御は、大
まかな移動についてはテーブル１で行い、微細な移動に
ついては荷電粒子線照射手段４の制御で行うので、重量
の大きなテーブル１の移動回数を大幅に減少させること
ができる。その結果、異物の検出および組成分析のスル
ープットの制約が軽減される。

【００３０】以上説明した例では、異物検出装置２から
のレーザ光の焦点位置が固定の場合について説明した
が、より効率的な方法として、その焦点位置を掃引して
異物を検出する方法もある。以下に、異物検出用の光の
焦点位置を掃引して異物を検出する方法について説明す
る。

【００３１】図２は、異物検出用の光の焦点位置を掃引
して異物を検出する場合の異物検出装置の構成を示す図
である。

【００３２】図２において、コヒーレントなレーザ光を
発する光源２１からの光束は、コリメートレンズ２２で
平行光束とされた後、高速回転する多面鏡であるポリゴ
ンミラー２３で反射されて周期的に振られ、掃引され
る。ポリゴンミラー２３を出射した掃引光束は、ビーム
スプリッタ２４を経てｆθレンズ１５により焦点が絞ら
れて半導体基板９の表面に照射される。半導体基板９に
照射された光束は半導体基板９で反射されて同一経路を
戻り、ビームスプリッタ２４を経てｆθレンズ２６で再
び焦点が絞られて、位置読み取りのためのイメージセン
サ２７に入力する。イメージセンサ２７は、１次元リニ
アセンサであってもよいし２次元エリアセンサであって
もよい。

【００３３】ｆθレンズ２５，２６は、ポリゴンミラー
２３で反射したレーザ光束を結像させる「走査光学系」
に用いられる。ここで、ｆθレンズと一般レンズ（平行
光束を焦点に収束させるために一般的に用いられる凸レ
ンズであり、ここではｆθレンズと区別するために「一
般レンズ」という）との、焦点位置および走査速度の違
いについて、図３を用いて説明する。なお、以下の説明
において、レンズの焦点距離をｆ、光束の入射角（走査
角）をθとする。

【００３４】図３（ｂ）に示すように、一般レンズ２９
０の場合は、結像の位置Ｙは、Ｙ＝ｆ・ｔａｎθで表さ
れる。このようなレンズを走査光学系に用いると、入射
角θを等角速度で変化させても、検査対象物平面上では
結像の位置Ｙの走査速度は光軸付近では遅くなり、周辺
では速くなってしまう。しかも、焦点距離は一般レンズ
２９の中心から一定の半径上を移動するため、周辺にお
いては検査対象物平面の手前で結像してしまう。

【００３５】これに対してｆθレンズ２５，２６は、図
３（ａ）に示すように、結像の位置Ｙが入射角θと焦点
距離ｆに比例するもので、平面上での走査速度が一定で
ある。しかも、周辺において平面の手前で結像してしま
うという問題もない。従って、本実施形態では、異物検
出用の焦点レンズおよび位置読み取り用の焦点レンズと
して、それぞれｆθレンズ２５，２６を用いている。

【００３６】なお、位置検出のためのパラメータである
ポリゴンミラー２３から検査対象物平面上までの距離、
ポリゴンミラー２３の回転速度（すなわち検査対象物平
面上での走査速度）、ビームスプリッタ２４から各ｆθ
レンズ２５，２６の焦点までの距離および位置関係、テ
ーブル１の移動速度は既知とする。

【００３７】また、ビームスプリッタ２４から各ｆθレ
ンズ２５，２６の焦点までの距離およびこれらの位置関
係から、検査対象物平面上での走査位置（ｆθレンズ２
５の焦点位置）と位置読み取り用のｆθレンズ２６の焦
点位置とは一定の比例関係があり、検査対象物平面上で
の走査とイメージセンサ２７上の走査とは対応するもの
とする。走査によりｆθレンズ１５の焦点位置が異物の
位置と一致して光強度が変化すれば（すなわち散乱光と
して検出されれば）、その情報は直ちにビームスプリッ
タ２４、ｆθレンズ２６を介してイメージセンサ２７に
伝わり、位置検出信号となる。そして、イメージセンサ
２７からの位置検出信号および走査光学系の位置情報と
いったイメージセンサ情報、ポリゴンミラー２３の位置
や回転速度などのポリゴンミラー情報、テーブル１の送
り速度などのテーブル情報を検出情報処理部７で演算
し、組成分析のための組成分析位置制御部８（図１参
照）に帰還する。

【００３８】次に、異物検出用の光を掃引させて異物を
検出する場合の荷電粒子線の焦点位置の制御について、
図１および図４を参照して説明する。

【００３９】図４の（ａ）は、異物を検出した時刻ｔ＝
ｔ0 における異物の位置と荷電粒子線焦点位置との関係
を示し、図４の（ｂ）は、時刻ｔ0 からｔ1 時間経過後
の異物の位置と荷電粒子線焦点位置との関係を示す。ま
た、図４において、横軸（ｘ軸）は半導体基板９の移動
方向を示し、縦軸（ｙ軸）は異物検出装置２からのレー
ザ光の焦点位置の掃引軌跡を示す。半導体基板４の移動
方向とレーザ光の焦点位置の掃引方向とは直交してい
る。

【００４０】異物検出装置２から出射されるレーザ光を
上記のような方法で掃引し、時刻ｔ＝ｔ０において、位
置（ｘ0，ｙ0）で異物を検出したとする。また、この時
点での組成分析装置３からの荷電粒子線の焦点位置は
（ｘ1，ｙ1）に存在しており、半導体基板９はｘ軸方向
に速度ｖ＝（ｘ1−ｘ0）／（ｔ1−ｔ0）で移動している
ものとする。

【００４１】異物を検出した時刻からｔ１時間が経過す
ると、半導体基板９の移動により異物は位置（ｘ1，ｙ
0）へ移動する。この間に、異物検出の位置情報は検出
情報処理部７を介して組成分析位置制御部８に伝えられ
る。組成分析位置制御部８は、荷電粒子線の焦点位置が
ｙ軸上においてｙ1 からｙ0 となるように、荷電粒子線
照射手段４の走査系およびテーブル１を制御する。

【００４２】ここで、焦点位置の移動距離が荷電粒子線
照射手段４での制御が可能な範囲にある場合には荷電粒
子線照射手段４のみで焦点位置の制御を行い、それを越
える距離である場合には、大まかな移動はテーブル１で
行って微細な移動は荷電粒子線照射手段４の焦点位置の
制御で行う。なお、テーブル１の移動精度が不十分で厳
密な位置合わせができない場合には、テーブル１の移動
位置を、異物の位置に最も近い座標に設定し、異物位置
を含む矩形領域を荷電粒子線で掃引すればよい。このよ
うに、異物を検出する際のレーザ光の焦点位置を掃引す
ることで、テーブル１の移動をより少なくして異物を検
出することができる。

【００４３】（異物検出について）以上説明した実施形
態では、レーザ光を検査対象物表面に照射し、異物に起
因する散乱光を検出することで異物を検出するものを例
に挙げて説明したが、本発明に適用される異物検出はこ
れに限るものではない。以下に、本発明に適用可能な異
物検出手法の種々の例について説明する。なお、以下に
説明するものは、レーザ光の焦点位置が固定の場合およ
び掃引する場合のいずれにも適用できる。

【００４４】〈偏光比検出〉図５は、レーザ光が異物に
照射されることによって生じる偏光成分の比の変化から
異物を検出する異物検出装置の概略ブロック図である。
なお、図５においては、光学信号を実線で示し、電気信
号を破線で示している。このとこは、以下の図６〜図８
でも同様である。

【００４５】図５において、光源３１からの直線偏光光
束は、コリメートレンズ３２で平行光束とされた後、偏
光板３３によりｐ偏光光またはｓ偏光光が選択的に透過
する。偏光板３３から出射した光束は、焦点レンズ３４
で焦点が絞られて検査対象物表面に照射され、そこで反
射される。反射した光束は、対物レンズ３５で再び焦点
が絞られて偏波ビームスプリッタ３６に入射する。偏波
ビームスプリッタ３６は、入射した光束をｐ偏光光とｓ
偏光光とに分け、それぞれの偏光光を光検出器である光
電変換器３６ａ，３６ｂに入射させる。そして、各光電
変換器３６ａ，３６ｂから出力された検出信号の比を入
力比演算器３７で求め、その結果を検出信号として出力
する。

【００４６】検査対象物の表面が平坦な場合には、入力
比演算器３７からの検出信号は、ある一定の値をとる。
ところが、検査対象物表面に異物があり、その異物に直
線偏光が照射されると、反射の前後でｐ偏光光とｓ偏光
光との割合が変化する。その結果、各光電変換器３６
ａ，３６ｂから出力される信号の比も変わるので、入力
比演算器３７からの検出信号も変化し、これによって異
物を検出することができる。

【００４７】ここで、検査対象物表面で反射することに
より生じる偏光光の割合は、反射する表面の形状等に依
存し、結果的に、入力比演算部３７から出力される信号
は検査対象物表面の形状等に応じて変化する。従って、
検査対象物表面に凹凸状のパターンが形成されている場
合であっても、パターンと異物とを容易に識別すること
ができる。

【００４８】〈ヘテロダイン散乱光検出〉図６は、光学
的ヘテロダイン検波を利用した異物検出装置の概略ブロ
ック図である。

【００４９】図６において、光源４１からの光束は、コ
リメートレンズ４２で平行光束とされた後、ビームスプ
リッタ４３で２つに分けられる。一方の光束は、焦点レ
ンズ４４で焦点が絞られて検査対象物表面に照射され
る。また、ビームスプリッタ４３で分けられたもう一方
の光束は、反射鏡で反射した後、周波数シフタ４６で変
調され、さらにビームスプリッタ４７を介して光電変換
器４８に入射する。

【００５０】ここで、検査対象物表面に異物があり、そ
の異物に、焦点レンズ４５で焦点が絞られた光束が照射
されると、散乱光が生じる。散乱光は対物レンズ４５で
焦点が絞られ、反射鏡で反射した後、ビームスプリッタ
４７を透過して光電変換器４８に入射する。

【００５１】すなわち、光電変換器４８には、異物に当
って散乱した光（プロービング光）と、周波数シフタ４
６を経由した参照光とが入射する。プロービング光の周
波数と参照光の周波数とは、周波数シフタ４６の周波数
だけ異なる。光電変換器４８には上記のように２つの光
が入射するが、その出力信号は、（プロービング光と参
照光の積）と（２つの光信号の周波数差）との積の電気
信号に変換される。これが光学的ヘテロダイン検波であ
り、プロービング光と参照光の波面がΔθ≦λ／２ｄ
（ここで、Δθはプロービング光と参照光とがなす角
度、λはプロービング光の波長（≒参照光の波長）、ｄ
は光電変換器４８の光電面の幅である）の場合に成り立
つ。すなわち、雑音となる散乱光は拾わずに、信号とな
る散乱光を選択してプロービングするので、Ｓ／Ｎ比が
向上する。それに加え、光電変換器４８の出力を周波数
シフタ４６の周波数で同期検波することで光電変換器４
８自体の１／ｆ雑音が低減され、更にＳ／Ｎ比が向上す
る。

【００５２】〈ヘテロダイン偏光光検出〉図７は、同じ
く光学的ヘテロダイン検波を利用したものであるが、レ
ーザ光束から１つの偏光面を選択して検査対象物に照射
し、その偏光面の偏光成分の減少具合から検査対象物表
面の異物の有無を検出するものである。

【００５３】図７において、光源５１からの直線偏光光
束は、コリメートレンズ５２で平行光束とされた後、偏
光板５９ａによりｐ偏光光のみが選択的に透過し、さら
にビームスプリッタ５３で２つに分けられる。分けられ
たｐ偏光光のうちの一方は、焦点レンズ５４で焦点が絞
られて検査対象物表面に照射される。また、ビームスプ
リッタ５３で分けられたもう一方のｐ偏光光は、反射鏡
で反射した後、周波数シフタ５６で変調される。変調さ
れたｐ偏光光は、λ／２板６０で偏光面が９０°回転さ
れてｓ偏光光とされた後、ビームスプリッタ５７を介し
て光電変換器５８に入射する。

【００５４】検査対象物表面に異物があり、その異物
に、焦点レンズ５４で焦点が絞られたｐ偏光光束が照射
されると、散乱光が生じる。また、この散乱によって、
ｐ偏光光の一部がｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光を含
んだ散乱光は、対物レンズ５５で焦点が絞られ、反射鏡
で反射した後、偏光板５９ｂによってｐ偏光成分のみが
選択的にビームスプリッタ５７に入射され、ビームスプ
リッタ５７を透過して光電変換器５８に入射する。

【００５５】すなわち、光電変換器５８には、異物に当
って散乱した光（プロービング光）と周波数シフタ５６
を経由した参照光とが入射する。さらに、光電変換器５
８の出力および周波数シフタ５６の発振器の出力はミキ
サ６１に入力される。ミキサ６１は、相互の差（あるい
は和）周波数にあたる中間周波数を検出信号として出力
し、その出力をヘテロダイン検波することにより感度を
向上させる。

【００５６】ここで、上述したように、ｐ偏光光が異物
に照射されて散乱が生じると、ｐ偏光光の一部がｓ偏光
光に変換される。この割合は、被照射面の形状等に依存
し、結果的に、ビームスプリッタ５７に入射されるｐ偏
光光の強度も変化する。従って、ミキサ６１から出力さ
れヘテロダイン検波される信号も検査対象物表面の形状
等に応じて変化し、異物を高感度で識別することができ
る。

【００５７】〈ヘテロダイン偏光比検出〉図８も光学的
ヘテロダイン検波を利用したものであるが、さらに、直
線偏光の２つの偏光成分の比の変化から異物を検出する
ものである。

【００５８】図８において、光源７１からの光束はコリ
メートレンズ７２で平行光束とされた後、ビームスプリ
ッタ７３で２つに分けられる。一方の光束は、焦点レン
ズ７４で焦点が絞られて検査対象物表面に照射される。
また、ビームスプリッタ７３で分けられたもう一方の光
束は、偏波ビームスプリッタ７６ａでさらにｐ偏光光と
ｓ偏光光とに分けられる。ｓ偏光光は、周波数シフタ７
７ｂで変調された後、光電変換器７８ａに入射する。ｐ
偏光光は、周波数シフタ７７ａで変調された後、光電変
換器７８ｂに入射する。

【００５９】検査対象物表面に異物があり、その異物
に、焦点レンズ７４で焦点が絞られた光束が照射される
と、散乱光が生じる。散乱光は対物レンズ７５で焦点が
絞られ、偏波ビームスプリッタ７６ｂでｐ偏光光とｓ偏
光光とに分けられる。

【００６０】偏波ビームスプリッタ７６ｂで分けられた
ｓ偏光光は、光電変換器７８ａに入射する。すなわち、
光電変換器７８ａには、ｓ偏光成分のみのプロービング
光と周波数シフタ７７ｂを経由したｓ偏光成分のみの参
照光とが入射する。光電変換器７８ａの出力および周波
数シフタ７７ｂの発振器の出力はミキサ７９ａに入力さ
れ、相互の差（あるいは和）周波数にあたる中間周波数
がｓ検出信号として出力され、その出力をヘテロダイン
検波することにより感度を向上させる。

【００６１】一方、偏波ビームスプリッタ７６ｂで分け
られたｐ偏光光は、光電変換器７８ｂに入射する。すな
わち、光電変換器７８ｂには、ｐ偏光成分のみのプロー
ビング光と周波数シフタ７７ａを経由したｐ偏光成分の
みの参照光とが入射する。光電変換器７８ｂの出力およ
び周波数シフタ７７ａの発振器の出力はミキサ７９ｂに
入力され、相互の差（あるいは和）周波数にあたる中間
周波数がｐ検出信号として出力され、その出力をヘテロ
ダイン検波することにより感度を向上させる。

【００６２】そして、図５に示したものと同様に、各光
電変換器７８ａ，７８ｂから出力された高感度の検出信
号の比、すなわちｐ／ｓを入力比演算器８０で求め、そ
の結果を検出信号として出力して、出力の変化から異物
を検出する。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、移動台
の移動によって検査対象物を移動させつつ、異物検出装
置で異物を検出し、そ異物の組成を組成分析装置で分析
するように構成されているので、異物検出および組成分
析を、それぞれの装置が持つ機能を十分に発揮して高精
度で行うことができる。しかも、異物が検出されたら、
移動台の移動により異物が移動されてくる位置に、組成
分析装置から照射される荷電粒子線の照射位置が一致す
るように、荷電粒子線の照射位置および移動台の位置を
制御するので、異物の検出から分析までに必要な移動台
の移動を少なくすることができ、高いスループットを実
現することができる。

【００６４】特に、荷電粒子線の照射位置の制御の際
に、荷電粒子線照射手段による荷電粒子線の走査範囲内
にあるときは荷電粒子線照射手段のみで位置制御した
り、異物の検出を、レーザ光の焦点位置を移動台の移動
方向と直交する方向に掃引して行うことで、移動台の移
動をさらに少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異物分析装置の一実施形態の構成を示
す図である。

【図２】異物検出用の光の焦点位置を掃引させる場合の
異物検出装置の構成を示す図である。

【図３】ｆθレンズと一般レンズとの違いを説明するた
めの図である。

【図４】異物検出用の光を掃引させて異物を検出する場
合の荷電粒子線の焦点位置の制御を説明するための図で
ある。

【図５】レーザ光が異物に照射されることによって生じ
る偏光成分の比の変化から異物を検出する異物検出装置
の概略ブロック図である。

【図６】光学的ヘテロダイン検波を利用して異物を検出
する異物検出装置の概略ブロック図である。

【図７】光源からのレーザ光のうち１つの偏光成分を選
択し、光学的ヘテロダイン検波を利用して異物を検出す
る異物検出装置の概略ブロック図である。

【図８】光学的ヘテロダイン検波を利用し、ｐ偏光光と
ｓ偏光光との比の変化から異物を検出する異物検出装置
の概略ブロック図である。

【図９】本出願人等の先願による異物分析装置の構成を
示す図である。

【符号の説明】

１テーブル２異物検出装置３組成分析装置４荷電粒子線照射装置５組成分析用検出器６荷電粒子線検出器７検出情報処理部８組成分析位置制御部９半導体基板２１，３１，４１，５１，７１光源２２，３２，４２，５２，７２コリメートレンズ２３ポリゴンミラー２４，４３，４７，５３，５７，７３ビームスプリ
ッタ２５，２６ｆθレンズ２７イメージセンサ２９一般レンズ３３，５９ａ，５９ｂ偏光板３４，４４，５４，７４焦点レンズ３５，４５，５５，７５対物レンズ３６，７６ａ，７６ｂ偏波ビームスプリッタ３６ａ，３６ｂ，４８，５８，７８ａ，７８ｂ光電
変換器３７，８０入力比演算器４６，５６，７７ａ，７７ｂ周波数シフタ６０ λ／２板６１，７９ａ，７９ｂミキサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からレーザ光を検査対象物に照射し
て光学的に異物を検出する異物検出装置と、走査型の荷
電粒子線照射手段から検査対象物に荷電粒子線を照射し
て検査対象物の組成を分析する組成分析装置とを用い、検査対象物を移動台上に載置し、前記移動台を前記異物検査装置から前記組成分析装置へ
と移動させつつ、前記異物検出装置で前記検査対象物表面の異物が検出さ
れたら、異物が検出されたときに得られる異物の位置情
報に基づいて、前記移動台の移動により前記異物が移動
されてくる位置に荷電粒子線の照射位置が一致するよう
に、前記前記荷電粒子線照射手段および前記移動台の位
置を制御し、荷電粒子線を前記異物に照射して前記異物の組成を分析
する異物分析方法。
【請求項２】前記荷電粒子線の照射位置の制御の際に
は、前記荷電粒子線照射手段による荷電粒子線の走査範
囲内にあるときは、前記荷電粒子線照射手段のみで位置
制御する請求項１に記載の異物分析方法。
【請求項３】前記異物検出手段は、前記レーザ光の焦
点位置を前記移動台の移動方向と直交する方向に掃引し
て異物を検出する請求項２に記載の異物分析方法。
【請求項４】前記光源からのレーザ光を前記検査対象
物上の異物に照射したときに生じる散乱光を検出するこ
とで、前記異物を検出する請求項２または３に記載の異
物分析方法。
【請求項５】前記光源からのレーザ光を前記検査対象
物上の異物に照射したときに生じる偏光成分の比の変化
を検出することで、前記異物を検出する請求項２または
３に記載の異物分析方法。
【請求項６】前記光源からのレーザ光を２つに分け、
一方を前記検査対象物に照射するとともに他方を変調
し、前記検査対象物に照射されたレーザ光が前記異物に
照射されて散乱した光と前記変調された光との光学的ヘ
テロダイン検波によって前記異物を検出する請求項２ま
たは３に記載の異物分析方法。
【請求項７】前記光源からのレーザ光の直線偏光成分
のうちｐ偏光光またはｓ偏光光のいずれか一方のみを選
択し、該選択された偏光光を２つに分け、一方を前記検
査対象物に照射するとともに他方を変調し、前記検査対
象物に照射された偏光光が前記異物に照射されて散乱し
た光から更に前記選択された偏光光と同じ偏光光を選択
し、該選択された偏光光と前記変調された偏光光との光
学的ヘテロダイン検波によって前記異物を検出する請求
項２または３に記載の異物分析方法。
【請求項８】前記光源からのレーザ光を２つに分け、
一方を前記検査対象物に照射するとともに他方をｐ偏光
光とｓ偏光光とに分けて各偏光光をそれぞれ変調し、前
記検査対象物に照射されたレーザ光が前記異物に照射さ
れて散乱した光をｐ偏光光とｓ偏光光とに分け、該分け
られたｐ偏光光と前記変調されたｐ偏光光との光学的ヘ
テロダイン検波、および、該分けられたｓ偏光光と前記
変調されたｓ偏光光との光学的ヘテロダイン検波を行
い、それぞれの光学的ヘテロダイン検波で得られた信号
の比の変化から前記異物を検出する請求項２または３に
記載の異物分析方法。
【請求項９】検査対象物が載置される移動台を移動さ
せながら前記検査対象物上の異物を検出し、検出された
異物の組成を分析する異物分析装置であって、光源からレーザ光を前記検査対象物に照射して前記検査
対象物上の異物を検出する異物検出装置と、前記異物検出装置による異物検出動作時の前記移動台の
移動方向に対して前記異物検出装置の下流に配置され、
走査型の荷電粒子線照射手段から検査対象物に荷電粒子
線を照射して検査対象物の組成を分析する組成分析装置
と、前記異物検出装置で前記検査対象物表面の異物が検出さ
れたら、異物が検出されたときに得られる異物の位置情
報に基づいて、前記移動台の移動により前記異物が移動
されてくる位置に荷電粒子線の照射位置が一致するよう
に、前記荷電粒子線照射手段および前記移動台の位置を
制御する組成分析位置制御部とを有する異物分析装置。
【請求項１０】前記組成分析位置制御部は、前記荷電
粒子線照射手段による荷電粒子線の走査範囲内にあると
きは、前記荷電粒子線照射手段のみを位置制御する請求
項９に記載の異物分析装置。
【請求項１１】前記異物検出装置は、前記レーザ光の
焦点位置を前記移動台の移動方向と直交する方向に掃引
して異物を検出する請求項１０に記載の異物分析装置。
【請求項１２】前記異物検出装置は、前記光源からの
レーザ光が前記検査対象物に照射されることによって生
じる散乱光を検出する光検出器を有し、該光検出器は、
１次元または２次元のイメージセンサである請求項１１
に記載の異物分析装置。