JPH11242003A - 異物検出装置およびフォーカス調整方法ならびにフォーカス調整用プレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザの焦点位置を検出表面に簡単に合せるこ
とのできるフォーカス調整方法を提供する。 【解決手段】試料表面と概ね同一な面に設けられた、高
さがレーザ２の焦点深度内であるプレート１を、レーザ
２で照射するとともにプレート１の角がレーザ２のビー
ムスポットを横切るように往復移動させて、プレート１
の角で生じた散乱光を光検出器４で検出するようにし、
該検出結果に基づいて、プレート１の角で生じる散乱光
の光強度が、シングルピークで、かつ、最大になるよう
に、試料表面に対するレーザ２の位置を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面（例えば
ウェーハ表面）に付着した異物をレーザを用いて光学的
に検出する異物検出装置およびそのような異物検出装置
において行われるフォーカス調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模化、微細化が進む半導体製造プロ
セスにおいて、表面付着異物（パーティクル）の管理は
製造管理上最も重要な要素である。例えば、ＬＳＩ製造
プロセスでは、ウェット工程、デポジション工程、リソ
グラフ工程、拡散、イオン注入工程およびメタライズ工
程などの各工程で数多くの装置が介在するが、ミラーウ
ェーハから回路素子が形成されていく過程でのウェーハ
表面の汚染、各工程で介在する装置での汚染は、回路パ
ターンや素子の破壊、線路の破断の要因となる。このよ
うな汚染の８０〜９０％は無機汚れ、すなわちパーティ
クルによるものである。

【０００３】上記のような付着異物を検出する装置とし
ては、レーザ光でウェーハ表面を走査し、異物からの散
乱光を検出することにより、ウェーハ表面の付着異物の
位置およびサイズに関する情報を取得する異物検出装置
がある。また、付着異物の発生原因を解析するためには
異物の形状、組成などの情報を得る必要があるため、電
子顕微鏡を用いた観察装置を組み合わせて、異物の形
状、組成などの情報を得るようにした装置も提案されて
いる。

【０００４】上記の電子顕微鏡を用いた観察装置を組み
合わせた異物検出装置には、検出された異物の位置情報
に基づいてウェーハ上の付着異物を電子顕微鏡の視野付
近に移動して異物の観察を行うものの他、異物検出を行
う光学系の検出位置がそのまま電子顕微鏡の観察位置と
なるように構成したものがある。前者は、検出した異物
を電子顕微鏡の視野内に入るように移動する分、分析に
時間がかかるが、後者は、検出位置がそのまま観察位置
となるため、前者に比べて分析時間が短い他、コストの
面でも有利となる。いずれの装置においても、異物の検
出は、高速に、かつ、観察時に異物が正確に電子顕微鏡
の視野内に入るように高分解能に行う必要がある。

【０００５】後者の異物検出装置における異物検出光学
系の一例として、ウェーハ上の付着異物のおおよその位
置を検出するための第１のレーザと、該第１のレーザを
用いて検出された異物についてその位置をさらに高分解
能に検出するための第２のレーザ（例えばスポット径φ
が１０μｍ程度である。）を備えたものがある。この異
物検出光学系では、はじめに、スポット径の大きな第１
のレーザを用いて異物のおおよその位置が検出される。
次いで、スポット径の小さな第２のレーザを用いてその
検出された異物の位置が高分解能に検出される。最後
に、第２のレーザの強度分布がガウス分布であることを
利用して、散乱光強度が最大となる箇所を探索する。こ
のようにすることで、１μｍ程度の分解能で異物の位置
を特定することができ、電子顕微鏡での観察が可能とな
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】スポット径φが１０μ
ｍ程度の小さなレーザを用いて高分解能に異物の位置を
検出する場合、そのレーザの焦点深度は非常に浅いもの
となるため、スポット位置での光強度分布がガウス分布
になるようにレーザを配置することは非常に困難であ
る。レーザの焦点位置が異物の検出の対象となるウェー
ハの表面からずれてしまった場合、スポット径φが１０
μｍよりも大きくなってしまい、その光強度分布もガウ
ス分布にはならくなってしまう。この場合、検出された
異物の位置は不正確なものとなり、電子顕微鏡による観
察もできなくなってしまう。このようなことから、簡単
にレーザの焦点を検出表面に合せることのできるフォー
カス調整技術の開発が課題となっていた。

【０００７】本発明の目的は、レーザの焦点を検出表面
に簡単に合せることのできる異物検出装置およびフォー
カス調整方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の異物検出装置は、焦点位置に収束されるビ
ームスポットの光強度分布がガウス分布であるように光
学系が組み込まれているレーザと、前記レーザで試料表
面を照射したときの付着異物からの散乱光を検出する光
検出手段とを有し、散乱光を基に前記異物の位置を特定
する異物検出装置において、前記試料表面と概ね同一な
面に設けられた、高さが前記レーザの焦点深度内である
突起と、前記突起の角が前記レーザのビームスポットを
横切るように前記突起を移動するステージと、を有し、
前記光検出手段が前記突起の角で生じた散乱光を検出
し、前記試料表面に対する前記レーザの位置が、前記光
検出手段にて検出される前記突起の角で生じた散乱光の
光強度が、シングルピークで、かつ、最大になるよう
に、調整可能であることを特徴とする。

【０００９】本発明のフォーカス調整方法は、焦点位置
に収束されるビームスポットの光強度分布がガウス分布
であるように光学系が組み込まれているレーザで試料表
面を照射し、該表面の付着異物からの散乱光を検出する
ことで異物の位置を特定する場合の前記レーザのフォー
カス調整方法において、前記試料表面と概ね同一な面に
設けられた、高さが前記レーザの焦点深度内である突起
を、前記レーザで照射するとともに前記突起の角が前記
レーザのビームスポットを横切るように移動させて、前
記突起の角で生じた散乱光を検出するようにし、該検出
結果に基づいて、前記突起の角で生じる散乱光の光強度
がシングルピークで、かつ、最大になるように、前記試
料表面に対する前記レーザの位置を調節することを特徴
とする。 （作用）詳しくは後述の実施形態で説明するが、ビーム
スポットの光強度分布がガウス分布であるレーザを、高
さがレーザの焦点深度内である突起に対して照射して、
その突起の角にて生じる散乱光を検出した場合、検出さ
れる光強度がシングルピークで、かつ、最大であれば、
レーザビームの焦点が突起が設けられた面に対して合う
ことになる。本発明では、このことが利用される。

【００１０】上述したように構成される本発明では、試
料表面と概ね同一な面に突起が設けられているので、そ
の突起の角で生じる散乱光の光強度がシングルピーク
で、かつ、最大になるように調節されたレーザは、試料
表面に対してレーザビームの焦点が合うことになる。

【００１１】

【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。

【００１２】はじめに、本発明の異物検出装置において
行われるレーザのフォーカス調整の原理について図１を
参照して説明する。

【００１３】図１に示す光学系では、ＸＹステージ５上
に設けられたプレート１を照射するようにレーザ２が設
けられており、このレーザ２の傍に、プレート１におい
て生じる散乱光を検出するための光検出器４が設けられ
ている。レーザ２はＺステージ３に支持されており、プ
レート１が設けられた面に対して垂直方向に移動できる
ようになっている。このレーザ２のスポット径φは、例
えば１０μｍ程度である。プレート１の厚さ（ＸＹステ
ージ５からプレート１の上面までの高さ）は、レーザ２
の焦点深度内、例えば数μｍ程度である。

【００１４】レーザ２でプレート１を照射して、ＸＹス
テージ５を用いてプレート１を左右に往復運動させる
と、光検出器４では、プレート１の角で生じた散乱光が
検出される。レーザ２のビームが検出面（ここでは、プ
レート１が設けられている面）でフォーカスされている
場合は、ビームスポットでの光強度分布は、図２（ａ）
に示すようなシングルピークのガウス分布になる。この
場合、プレート１を左右に往復運動して散乱光を検出す
ると、光検出器４では、図２（ｂ）に示すように、光強
度の大きなシングルピークの信号が検出されることにな
る。

【００１５】一方、レーザ２のフォーカスが合っていな
い場合は、図３（ａ）に示すように、検出面でのビーム
スポット径が大きなものとなり、その光強度分布には複
数のピークが現れる。この場合、プレート１を左右に往
復運動して散乱光を検出すると、光検出器４では、図３
（ｂ）に示すように、複数の光強度の小さなピークを持
つ信号が検出されることになる。

【００１６】上述のように、フォーカスが合っている場
合は、光強度の大きなシングルピークの信号が検出さ
れ、フォーカスが合っていない場合には、複数の光強度
の小さなピークを持つ信号が検出されることから、この
違いを利用することにより、レーザ２のフォーカスを調
整することができる。例えば、図１に示した光学系で
は、光検出器４にて検出される散乱光が、シングルピー
クで、光強度が最大になるよにＺステージを移動させれ
ば、簡単、かつ、正確にレーザのフォーカス調整を行え
ることになる。

【００１７】次に、上述したレーザのフォーカス調整原
理を異物検出装置に適用した実施形態について説明す
る。

【００１８】（第１の実施形態）図４は、本発明の第１
の実施形態の異物検出装置の概略構成を示す図である。
この異物検出装置は、ＸＹステージ１１上に固定された
ウェーハ１０の表面を照射するようにレーザ１２が設け
られており、このレーザ１２の傍に、ウェーハ１０の表
面に付着した異物において生じる散乱光を検出するため
の光検出器１４が設けられている。レーザ１２はＺステ
ージ１３によって支持されており、光軸方向に移動でき
るようになっている。このレーザ１２のスポット径φ
は、例えば１０μｍ程度である。ＸＹステージ１１上に
は、フォーカス調整用プレートである突起プレート１５
が設けられており、この突起プレート１５を用いて上述
したようなフォーカス調整が行われる。この突起プレー
ト１５は、上面がウェーハ１０表面と概ね同一面である
プレートと該プレート上面に設けられた突起からなる。
その突起の高さは、レーザ２の焦点深度内で、具体的に
は数μｍである。

【００１９】この異物検出装置では、まず、レーザ１２
で突起プレート１５を照射するとともにＸＹステージ１
１を用いて突起プレート１５を左右に往復運動させ、突
起プレート１５の突起の角で生じた散乱光を光検出器１
４で検出する。このとき、往復運動は突起プレート１５
の突起の角がビームスポットを横切るように微小振幅で
行う。そして、Ｚステージ１３を移動させ、光検出器１
４にて検出される散乱光の光強度が、シングルピーク
で、かつ、最大になるような位置にレーザ１２をセット
する。これにより、レーザ１２が、突起プレート１５の
プレート面上でフォーカスされる。

【００２０】ここでは、突起プレート１５のプレート上
面はウェーハ１０表面と概ね同一面となるように構成さ
れているので、このレーザ１２の焦点がウェーハ１０表
面に対して合うことになる。このようにしてレーザ１２
のフォーカス調整が行われた後、ＸＹステージ１１を用
いてウェーハ１０を移動し、レーザ１２でウェーハ１０
表面を走査して付着異物の検出を行う。

【００２１】上述のフォーカス調整において、Ｚステー
ジ１３によるレーザ１２の調整は、光検出器１４の出力
信号を参照してオペレータが調整するようにしてもよい
し、不図示のコンピュータが光検出器１４の出力信号に
基づいてＺステージ１３の駆動部を自動制御するように
してもよい。

【００２２】また、このレーザのフォーカス調整では、
突起プレート１５のプレート上面とウェーハ１０表面と
は完全に同一面にする必要はなく、レーザ１２の焦点深
度を考慮した範囲で多少のずれがあって構わない。

【００２３】また、図４に示した異物検出装置に観察装
置を組み合わせて、検出した異物の形状、組成などの情
報を得るようにすることもできる。観察装置としては電
子顕微鏡を使用することができ、この場合は、電子銃の
電子ビーム照射位置がレーザ１２の焦点位置と合致する
ように設置され、２次電子検出器または反射電子検出器
を用いて、検出した異物の観察が行われる。さらに、Ｘ
線検出器やオージェ電子検出器などを設置して、検出し
た異物の観察を行うようにしても構わない。また、その
ような電子顕微鏡に代えて、原子間力顕微鏡を組み合わ
せて、異物形状を観察するようにしてもよい。

【００２４】上述した異物検出装置において、レーザ１
２の他に、ビームスポット径の大きな第２のレーザを設
け、該第２のレーザでウェーハ上の付着異物のおおよそ
の位置を検出した後、レーザ１２を用いてその検出され
た異物についてその位置をさらに高分解能に検出するよ
うにしてもよい。こうすることにより、異物検出時間を
短縮できる。

【００２５】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態の異物検出装置の概略構成を示す図である。
この異物検出装置は、フォーカス調整用プレートとし
て、突起プレート１５の代わりに、ダミーウェーハの表
面に高さがレーザの焦点深度内である突起（突起プレー
ト１５の突起に相当する。）が設けられたフォーカス調
整用ウェーハ１６が用いられている以外は、上述の第１
の実施形態の装置と同様の構成のものである。

【００２６】この異物検出装置では、まず、ＸＹステー
ジ１１にフォーカス調整用ウェーハ１６を固定してレー
ザ１２のフォーカス調整を行う。フォーカス調整は、レ
ーザ１２でフォーカス調整用ウェーハ１６を照射すると
ともにＸＹステージ１１を用いてフォーカス調整用ウェ
ーハ１６を左右に往復運動させ、フォーカス調整用ウェ
ーハ１６の突起１７の角で生じた散乱光を光検出器１４
で検出する。そして、上述の第１の実施形態の場合と同
様、Ｚステージ１３を移動させ、光検出器１４にて検出
される散乱光の光強度が、シングルピークで、かつ、最
大になるような位置にレーザ１２をセットする。

【００２７】レーザ１２のフォーカス調整が終わると、
フォーカス調整用ウェーハ１６に代えて異物検出対象で
あるウェーハをＸＹステージ１１上に固定し、該ウェー
ハ表面をレーザ１２で走査して付着異物の検出を行う。

【００２８】本実施形態の異物検出装置においても、上
述の第１の実施形態の場合と同様、電子顕微鏡や原子間
力顕微鏡等を用いた観察装置を組み合わせることができ
る。

【００２９】また、コンピュータが光検出器１４の出力
信号に基づいてＺステージ１３の駆動部を制御すること
によりフォーカス調整の自動化を行うこともできる。

【００３０】さらに、レーザ１２の他に、ビームスポッ
ト径の大きな第２のレーザを設け、該第２のレーザでウ
ェーハ上の付着異物のおおよその位置を予め検出するよ
うにしてもよい。

【００３１】以上説明した第１および第２の実施形態の
異物検出装置では、ウェーハを固定するステージとして
ＸＹステージ１１を用いているが、これに代えて回転ス
テージを用いることもできる。回転ステージを用いた場
合のフォーカス調整の一例を図６に示す。

【００３２】このフォーカス調整では、ウェーハが搭載
される回転ステージ２１上に前述の図４に示した突起プ
レート１５（あるいは、前述の図５に示したフォーカス
調整用ウェーハ１６）を固定して、レーザ１２で突起プ
レート１５を照射するとともに回転ステージ２１を用い
て突起プレート１５をその角がビームスポットを横切る
ように回転方向に往復移動または連続回転させる。そし
て、突起プレート１５の突起の角で生じた散乱光を光検
出器１４で検出し、この光検出器１４にて検出される散
乱光の光強度が、シングルピークで、かつ、最大になる
ような位置にレーザ１２をセットする。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように構成される本発明に
おいては、試料表面と概ね同一な面に設けられた突起か
らの散乱光を検出するといった簡単な手法で、試料表面
に対してレーザビームの焦点を正確に合せることができ
るという効果がある。

【００３４】加えて、レーザの焦点位置を検出表面に正
確に合せることのできるので、従来のものより異物の位
置を正確に検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザのフォーカス調整の原理を説明
するための図である。

【図２】（ａ）はフォーカスが合っている場合のビーム
スポットの光強度分布、（ｂ）は（ａ）に示すビームス
ポットで散乱光を検出した場合の光強度の大きなシング
ルピークの信号を示す図である。

【図３】（ａ）はフォーカスが合っていない場合のビー
ムスポットの光強度分布、（ｂ）は（ａ）に示すビーム
スポットで散乱光を検出した場合の光強度の小さな複数
のピークを有する信号を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態の異物検出装置の概略
構成を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の異物検出装置の概略
構成を示す図である。

【図６】本発明の他の実施形態の、回転ステージを用い
た異物検出装置の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ プレート ２，１２ レーザ ３，１３ Ｚステージ ４，１４ 光検出器 ５，１１ ＸＹステージ １０ ウェーハ １５ 突起プレート １６ フォーカス調整用ウェーハ ２１ 回転ステージ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点位置に収束されるビームスポットの
   光強度分布がガウス分布であるように光学系が組み込ま
   れているレーザと、前記レーザで試料表面を照射したと
   きの付着異物からの散乱光を検出する光検出手段とを有
   し、散乱光を基に前記異物の位置を特定する異物検出装
   置において、 前記試料表面と概ね同一な面に設けられた、高さが前記
   レーザの焦点深度内である突起と、 前記突起の角が前記レーザのビームスポットを横切るよ
   うに前記突起を移動するステージと、を有し、 前記光検出手段が前記突起の角で生じた散乱光を検出
   し、 前記試料表面に対する前記レーザの位置が、前記光検出
   手段にて検出される前記突起の角で生じた散乱光の光強
   度が、シングルピークで、かつ、最大になるように、調
   整可能であることを特徴とする異物検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の異物検出装置におい
   て、 前記レーザを光軸方向に移動可能に支持する第２のステ
   ージと、 前記光検出手段にて検出される前記突起の角で生じた散
   乱光の光強度が、シングルピークで、かつ、光強度が最
   大になるように、前記第２のステージを制御する制御手
   段と、をさらに有することを特徴とする異物検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の異物検出装置におい
   て、 前記突起を往復移動するステージが前記試料が固定され
   るステージであり、該ステージ上に、上面が前記試料表
   面と概ね同一面であるプレートが設けられ、該プレート
   上面に前記突起が設けられたことを特徴とする異物検出
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の異物検出装置におい
   て、 前記試料がウェーハで、前記突起を往復移動するステー
   ジが前記ウェーハが固定されるステージであり、該ステ
   ージ上に、前記ウェーハ表面と概ね同一な面を有するダ
   ミーウェーハが設けられ、該ダミーウェーハ表面に前記
   突起が設けられたことを特徴とする異物検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の異物検出装置において、 ビームスポット径が前記レーザより大きな第２のレーザ
   をさらに有し、前記第２のレーザにより前記異物または
   突起のおおよその位置を検出することを特徴とする異物
   検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
   記載の異物検出装置において、 前記異物を観察する電子顕微鏡をさらに有し、前記電子
   顕微鏡の観察位置が前記レーザの焦点位置と合致するよ
   うに構成されたことを特徴とする異物検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
   記載の異物検出装置において、 前記異物を観察する原子間力顕微鏡をさらに有し、前記
   原子間力顕微鏡の観察位置が前記レーザの焦点位置と合
   致するように構成されたことを特徴とする異物検出装
   置。
8. 【請求項８】 焦点位置に収束されるビームスポットの
   光強度分布がガウス分布であるように光学系が組み込ま
   れているレーザで試料表面を照射し、該表面の付着異物
   からの散乱光を検出することで異物の位置を特定する場
   合の前記レーザのフォーカス調整方法において、 前記試料表面と概ね同一な面に設けられた、高さが前記
   レーザの焦点深度内である突起を、前記レーザで照射す
   るとともに前記突起の角が前記レーザのビームスポット
   を横切るように移動させて、前記突起の角で生じた散乱
   光を検出するようにし、該検出結果に基づいて、前記突
   起の角で生じる散乱光の光強度がシングルピークで、か
   つ、最大になるように、前記試料表面に対する前記レー
   ザの位置を調節することを特徴とするフォーカス調整方
   法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に
   記載の異物検出装置、または請求項８に記載のフォーカ
   ス調整方法において用いられるフォーカス調整用プレー
   トであって、 上面が試料表面と概ね同一面であるプレートと、該プレ
   ート上面に設けられた、高さが前記試料表面を照射する
   レーザの焦点深度内である突起とからなるフォーカス調
   整用プレート。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載のフォーカス調整用プ
    レートにおいて、 前記プレートが、前記試料であるウェーハの表面と概ね
    同一な面を有するダミーウェーハであるフォーカス調整
    用プレート。