JPS59208408A - 表面検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば半導体ウェハなどの被検査物表面のゴ
ミ、傷等の欠陥を検査する表面検査方法及びその装置に
関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、例えば半導体ウェハのシリコンウェハなどの表面
検査は、作業者の目視による方法がほとんどであった。

また、最近、被検査物からの反射光を利用した各種のウ
ェハ表面検査装置が市販されている。これらの装置の検
出原理は、被検査物表面に白色光又はレーザ光を照射し
、表面からの反射光を光電変換器によシ検出し、その出
力電圧に対して、１個又は複数個の閾値を設定し、ゴミ
。

傷等の欠陥を検出し、大きさの分類を行っている。

しかるに、従来の目視による方法では、作業者に個人誤
差があシ、定量化が困難であった。また、熟練を委し疲
労度の大きい作業であった。しかも、集積回路の微細化
が進んでくると１μｍ以下の欠陥の検出は困難である。

他方、上記各種表面検査方法社、第１図に示すように、
一定の閾値ＶＴを設定して異常ピーク値（Ｐ＋）、　（
Ｐｓ）、　（Ｐｓ）を検出している。しかし、被検査物
の場合による表面の光沢。

反射率等の差異に基因して、出力信号のレベルが全体的
に増加傾向となったり、逆に減少傾向となったり、ある
いは大きく波うつととがある。とのようか場合、閾値Ｖ
Ｔが一定であると、棹１図の異常ピーク値ｐ、、ｐ８の
みならず、これらの近傍である正常領域をも欠陥部位で
あると誤認してしまう問題があった。

〔発明の目的〕

本発明け、上記事情を参酌してなされたもので、被検査
物表面の物性が異なっても、確実に欠陥部位を検出する
ことのできる表面検査方法及びその装置を提供するとと
を目的とする。

〔発明の概要〕

被検査物に走査光を照射し、その拡散反射光を光電変換
することにより拡散反射光の強度に対応したレベルを有
する検出信号を得るとともに、各走査位置ごとの仮想平
均値を走査順序に従って重み付き平均を累積して行うこ
とによシ算出し、各走査位置ごとに上記検出信号の出力
値と上記仮想平均値との差を欠陥判定のための閾値と比
較することにより表面欠陥の検出を行うようにしたもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第２図は、本実施例の表面検査装置の全体構成を示すも
ので、この表面検査装置は、欠陥の有無を示す検出信号
を得るための検出信号生成部（１）と、この検出信号生
成部（１）から出力された検出信号に対して各種処理を
行う信号処理部（２）と、この信号処理部（２）から出
力されたディジタル信号を一時的に記憶させておく一時
メモリ部（３）と、この一時メモリ部（３）に格納され
ているデータに基づいて欠陥判定を行う例えばマイクロ
コンピュータなどの演算制御部（４）と、との演算制御
部（４）における欠陥検出結果を表示する例えばＣＲＴ
　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ　）　。

プリンタ等の表示部（５）とから構成されている。上記
検出信号生成部（１）は、第３図に示すように、被検査
物である円板状のシリコンウェハ・（以下、単にウェハ
と記す。）（６）を例えば真空チャックなどで着脱自在
にかつ同軸に載置する円盤状の載置台（力を有している
。この載置台（力面上には、積分球（８）が配設されて
いる。この積分球（８）内部には球状の中空部（８ａ）
が形成されている。この中空部（８ａ）の内球面には、
酸化→グネシウム等が被着され、拡散面となっている。

そして、中空部（８ａ）の下端部は、載置台（力上面に
対して開口するとともに、積分球（８）の上部には貫通
孔（８ｂ）が穿設され、外部と中空部（８ａ）とを連絡
している。しかして、積分球（８）直上には、レーザ光
源（９）が設けられ、レーザ光０１を、図示せぬ光学系
２貫通孔（８ｂ）及び中空部（８ａ）を経由して、載置
台（７）に載置されたウニノ・（６）表面に照射するよ
うになっている。また、積分球（８）の中空部（８ａ）
側部には、光電変換器０１）が取付けられ、ウェハ（６
）からの拡散反射光を受光して、受光量に対応した大き
さの検出信号Ｓｒに変換するよう釦なっている。しかし
て、前記載置台（７）は、直流モータ（１２＋により回
転駆動されるとともに、ステッピングモータθ３）によ
り、半径方向に一定距離ずつ移動されるようになってい
る。さらに、上記直流モータ（１２１には、ロータリエ
ンコーダＯａが連結され、載置台（力の１回転ごとに、
回転スタート信号Ｒ８を演算制御部（４）に出力すると
ともに、例えば１回転につき３６００パルスの回転位置
信号Ｉ（、ｐを同期信号として信号処理部（２）及び一
時メモリ部（３）に出力するようになっている。つぎに
、信号処理部（２）は、アナログ検出信号ＳＩをディジ
タル値に変換するアナログ−ディジタル（Ａ／］））変
換器０９を有している（第４図か照）。このＡ／Ｄ変換
器（Ｉ５）のデータ出力側は、第１のラッチＯｅの入力
側に接続されている。さらに、Ａ／ｌ）変換器０つから
は、Ａ／Ｄ変換の終了を示す信号を出力するだめのスト
ローブ線０ηが、第１のＡＮＤゲートＯ１１，笛２のＡ
ＮＤゲート０湧及び第１のラッチ０６）の入力側に接続
されている。さらに、第１のラッチ（１０の出力側は、
加算器＆ｌＪ　、第１の切換回路Ｑυ及び引算器（社）
の入力側に接続されている。

上記加算器（至）のデータ出力側は、割算器（２漠のデ
ータ入力側に接続されている。さらに、加算器（澗から
は、加膳二終了を示す信号を出力するだめのストローブ
線＠が割算器０、りに接続されている。また、割算器（
ハ）には、任意の除数を入力するためのｇＨのディジタ
ルスイッチ（２３ａ）が４８　＆、？されている。

一方、上記加算器（２１のデータ入力側には、乗算器（
２５１のデータ出力側が接続されている。さらに、この
乗算器Ｑ（支）からは、乗算終了を示す隼号を出力する
だめのストローブ線Ｑ６）が加算器（２０）に接続され
ている。壕だ、乗算器０１分の入力側け、ＯＴＬゲート
（２７）を介して第１．第２のＡ、ＮＩ）ゲート（１樽
、０９）の出力側に接続され演算制御信号を入力するよ
うに疫っている。また、乗算器（２つには、第２のディ
ジタルスイッチ（２５ａ）が接続されイ「意の可みを乗
算器（２５１に入力できるようになっている。しかして
、割算器Ｑ３１のデータ出力側は、第２のラッチＱユの
データ入力側に接続されている。また、割算器ｅ：（１
からは、割算終了を示す信号を出力するためのストロー
ブ線翰が第２のラッチ（２印及び引算器（ハ）に接続さ
れている。さらに、第２のラッチ（ハ）のデータ出力側
は、引算器（２ツ及び第２の切換回路−のデータ入力側
に接続されている。そして、第１．第２の切換回路Ｑ１
）、（至）のデータ出力側は、乗算器Ｑ５）のデータ入
力側に接続されている。さらに、第１のＡＮＤゲート（
Ｉ樽の入力側は、第１の信号線０１）を介してデコーダ
Ｃ３３の出力側に接続されている。また、第２のＡＮＤ
ゲー）（１１の入力側は、第２の信号線Ｏｊを介してデ
コーダ０力に、また引算終了信号を出力するストローブ
線０４）を介して引算器＠に接続されている。そして、
第２のＡＮＩ）ゲー）　１１１の出力側は、第２の切換
回路（至）に、さらにＭｌのＡＮＤ）ゲー）（１８）の
出力側は、第１の切換回路（２Ｉ）に接続されている。

一方、デコーダ０力邊の入力側は、カウンタ（３５）の
出力側に接続されている。このカウンタ６つ及びＡ／Ｄ
変換器（１騰ハ、前記ロータリエンコーダ■に接続され
、回転位置信号）ＬＰを入力するようになっている。し
かして、第１．第２のラッチＯｅ、弼、第１．第２のＡ
、ＮＤゲート賭、財力、加算器翰９割算器Ｃ３）、第１
゜第２のディジタルスイッチ（２３ａ）、　（２５ａ）
　、乗算器（ハ）、ＯＲゲート（２η、第１．第２の切
換回路（２］）、Ｃ’ＩＯ＋、　　　。

デコーダＣ３２＋及びカウンタＣＯＧは、仮想平均値算
出回路（財）を構成している。一方、引劾器（２湧のデ
ータ出力側は、一時メモリ部（３）に接続されている、
３この一時メモリ部（３）にては、引算器曽から出力さ
れたデータを回転位置と対応した所定の痛地に記憶する
ように力っている。そうして、前記演算制御部（４）に
ては、一時メモリ部（３）に記憶された所要のデータを
読み出し、後述する欠陥検出のだめのデータ処理が行わ
れる。同期に、前記直流モータ（１２）及びステッピン
グモータ（１３）を駆動するための信号Ｃｓ　、　ｃＤ
を出力するとともに、回転スタート信号ａＳに基づき演
算制御信号８０を信組処理部（２）及び一時メモリ部（
３）に出力するようになっている。さらに表示部（５）
は、演算制御部（４）の一部ガすデータメモリ部に格納
された欠陥データを読み出し、ウニノ・（６）の欠陥分
布及び欠陥数を表示す為ものである。

つぎに、上記構成の表面検査装置を用いた本発明の表面
検査方法について述べる。

まず、載置台（力士にウェハ（６）を同軸となるように
載置する。ついで、レーザ光（１０）をレーザ光源（９
）からウェハ（６）に照射する。同時に、演算制御部（
４）から直流モータ０りに信号Ｃｓを印加して起動し、
一定の速度で、載置台（７）を回転する。すると、ロー
タリエンコーダαａからは、回転スタート信号Ｒ８が演
算制御部（４）に出力される。一方、ウェハ（６）にて
反射した拡散光は光電変換器ａυにて変換され、受光量
に対応した大きさの出力レベルをもつ検出信号８１に変
換される。そして、回転スタート信号Ｒ８を入力した演
算制御部（４）からは、演算制御信号Ｓ。

がカウンタ（ト）に出力され、　Ａ／Ｄ変換器（１５１
とカウンタ（至）は作動を開始する。しかして、カウン
タ０８にては、ロータリエンコーダ０４から出力された
回転位置信号ＲＰのパルス数を計数する。そして、まず
第１見目のパルスを示す信号がカウンタ（ト）からデコ
ーダＧつに出力されると、デコーダ０２からは論理「１
」の信号が第１の信号線０１）を経由して第１のＡＮＤ
ゲートＯＩに出力される。とのとき、Ａ／Ｄ変換器Ｕ最
にては、回転位置信号ＲＰに同期して、アナログ値であ
る検出信号ＳＩをＡ／Ｄ変換し、ディジタル値Ａ、を第
１のラッチ（１６１に出力する。このＡ／Ｄ変換終了と
ともに、論理「１」の信号がストローブ１１！０７）を
経由して、第１のラッチ（１１及び第１のＡＮＤゲー）
０１に出力される。すると、第１のラッチ（ＩＩにては
、ディジタル値Ａ１がラッチされるとともに、第１のＡ
ＮＤゲート（国からは、論理「１」の信号が、第１の切
換回路ｃ！１）及びＯＲゲー）　（２７）を経て乗算器
（ハ）に出力される。しかして、第１のラッチθｅから
け、ディジタル値Ａ１が、第１の切換回路Ｃ１）、加算
器（イ）及び引算器ｃ２湯に出力される。一方、論理「
１」の信号を入力した第１の切換回路Ｑ１１は閉成し、
ディジタル値Ａ、を乗算器（ハ）に出力する。との乗算
器（ハ）にては、ＯＲゲート＠からの論理「１」の信号
の入力と同時に、縞１のディジタルスイッチ（２３ａ）
により設定されている重みＷ（例えＶｉ２；この値は、
検出信号Ｓ■の波形のうねりと検出目標であるパルスの
周波数の違いをもとに、実験的に決定する。）とディジ
タル値Ａ１との乗算が行われ、その積（ＰＩ−Ａ、ｘＷ
）が加算器−に出力される。さらに、乗算器＠における
乗算終了とともに、論理「１」の信号がストローブ線（
イ）を経て、加算器−に出力され、この加算器−にては
積Ｐ、とＡ、とが加算される。加算終了と同時に、ス）
ａ−ブ線（財）を経て、論理ｒｌＪの信号が割算器（ハ
）に出力される。すると、割算器０４）にては、加算器
（イ）から出力された和（８ｕ＋＝Ｐ＊　＋　Ａｔ　）
が、あらかじめ第２のディジタルスイッチ（２３ａ）に
より設定されている除数Ｄ（重みＷに１を加えた数）に
より除され、その商Ｑ１が第２のラッチ（ハ）に出力さ
れる。この商Ｑ１は第１回目のデータの仮想平均値とな
るものである。同時に、割算器（至）からは、論理「１
」の信号がストローブｉ＄ｉ！０１を経て、第２のラッ
チ（ハ）及び引算器（財）に出力される。その結果、第
２のラッチ（ハ）にては、商Ｑ１がラッチされるととも
に、引算器（２″ＩＪにては第２のラッチ（２）から出
力された商Ｑ、によシ第１のラッチａｂ＋から出力され
たディジタル値ＡＩの引算が行われる。

この引算の結果である差（Ｂ１＝　ＡＩ　　Ｑｔ　）は
、一時メモリ部（３）に出力され、回転位置（走査位置
）に対応した所定の番地に格納される。かくて、回転位
置信号ＲＰの第１見目のパルスに同期した信号処理が完
了すると、第２発註のパルスに同期した信号処理が行わ
れる。すなわち、第２発註のパルスを示す信号がカウン
タ０１からデコーダ０りに出力されると、デコーダＣ３
２１からは、第２の信号線（ハ）を経由して論理「１」
の信号が第２のＡＮＤゲート０に出力される。一方、Ａ
／Ｄ゛変換器（１５１にては検出信号Ｓ■が新たにＡ／
Ｄ変換され、ディジタル値Ａ、が第１のラッチａのにラ
ッチされる。このとき、嬉２のＡＮＤゲート四には、ス
トローブ線面、　Ｃ１４）を介して論理「１」の信号が
入力しているので、この第２のＡＮＤゲー）　Ｑｌから
は、論理「１」の信号が第２の切換回路（至）及びＯＲ
ゲート（財）を介して乗算器ＣＩ！５１に出力される。

すると、第２の切換回路（至）は閉成しく逆に、第１の
切換回路（２＋）は開成する。）、第２のラッチ（ハ）
から出力されている仮想平均値を示す商Ｑｓ−ｉｔ乗算
器（ハ）に出力される。この乗算器（ハ）にては、前と
同様にして、重みＷと前に演算した商Ｑ１との乗算が行
われ、その積（Ｐ２　＝　Ｑｓ　Ｘ　Ｗ　）が加算器−
に出力される。この加算器翰にては、前と同様にして、
積Ｐ、と第１のラッチ（１６１から出力されたディジタ
ル値Ａ、とが加算され、その和（８ｕｔ　＝　Ｐｔ　＋
Ａｔ　）が割算器（財）に出力される。この割算器（ハ
）にては、前と同様にして、除数りにより除され、その
商Ｑｔが第２のラッチ（ハ）に出力される。この商Ｑ、
は、第２回目の仮想平均値となるものである。しかして
、引算器（イ）にては、第１のラッチα０から出力され
たディジタル値Ａ！から第２のラッチ（財）から出力さ
れた商Ｑ意を引算し、その差（Ｂ＊　＝　Ａｔ　　Ｑｔ
　）を一時メモリ部（３）に出力し、回転位置（走査位
ｗ、）に対応した所定の番地に格納する。かくて、回転
位置信号ＲＰの第３結目以降の信号処理は、第２見目と
全く同様にして行う。そうして、ウェハ（６）の−回転
分の検査が終了すると、演算制御部（４）からステッピ
ングモータ０に信号ｃＤを出力して起動し、載置台（７
）を半径方向に１トラック分移動して、前と同様の検査
を行う。このような半径方向の移動を繰返すことにより
、レーザ光Ｑ〔を同心円的に走査して、ウェハ（６）全
面を検査する。ところで、上記仮想平均値ｑ：　（ｔ　
＝　１１・・・、ｎ）は、ウェハ（６）上の各走査位置
ごとに走査順序に従っていわゆる重み付は平均を累積し
て行ったものであって、この方法によれば、検出信号ｓ
Ｉに異常ピーク値が存在していても、異常ピーク値が除
去された波形を得ることができる。つまり、検出信号Ｓ
■にうねりと異常ピークが重畳されている場合に、本実
施例の重み付は平均を累積して行った場合には、異常ピ
ーク部分が除去され、うねりのみが存在している波形を
得ることができる。しかして、ウェハ（６）全面の検査
を終了すると、演算制御部（４）にては、一時メモリ部
（３）から差Ｂｉ（ｉ＝１．２．・・・、ｎ）つ−！、
妙各走奔位置におゆる受光量を示すディジタル値Ａ１（
””Ｌ　２＋・・・＋”）から仮想平均値Ｑｉを引いた
ときの差値について、あらかじめ設けである閾値ＢＴに
より２値化する。

すなわち、差Ｂｉのうち閾値ＢＴを越えたものを欠陥領
域と判定する。このように、各検出位置における受光量
データをその検出位置における仮想的平均値により引算
し、その差について２値化処理を行っているので、欠陥
の存在に基因する異常ピーク値を正確に把握することが
できる。したがって、検出信号の全体レベルが漸増又は
漸減したすしても、ウェハ（６）の表面性状が場所によ
り異なることによって、欠陥部位を看過したり、正常部
位を欠陥部位と誤認することがなくなり、検査精度が顕
著に向上する。たとえば、第５図は、検出信号ｓＩの出
力レベルＡｊ（ｉ　＝１．・・・、ｎ）を示すものであ
るが、出力レベルＡｉが全体的に漸増している。このよ
うな場合に、−律的な閾値で欠陥判定を行うと、異常ピ
ーク値Ｐ、、　Ｐ、、　Ｐ、以外の部分も欠陥と判定し
てしまい検査精度が著しく低下する。そこで。

検出信号ＳＮの出力レベルＡ１に対して前述した重み付
き平均を累積して行う処理をしたものが第６図であり０
この第６図においては、異常ピーク値は消去されている
。ついで、各走査位置ごとに出力レベル（ディジタル値
）Ａｉと出力レベル（仮想平均値）Ｑ量の差をとったも
のが第７図であって、この図においては異常ピーク値Ｐ
、、　Ｐ、、　Ｐ、に対応する検出位置のみが異常ピー
ク値Ｐ、、　Ｐ、、　Ｐ、となっていて、ピーク値Ｐ、
、　Ｐ、、　Ｐ、以外の走査位置における出力値はゼロ
点近傍でばらついている。したがって、第７図において
、閾値ＢＴで２値化した場合、異常ピーク値Ｐ；、Ｐ；
、Ｐ＝のみを確実に把握することができる。かくて、演
算制御部（４）における欠陥判定結果は、表示部（５）
にてウェハ（６）上の欠陥分布として表示されるととも
に、欠陥の個数が表示される。最後に、載置台（力の回
転を停止し、ウェハ（６）を取りはずして検査終了とな
る。

なお、上記実施例においては、重みＷが２の場合を例示
しているが、前述したように検出信号の波形特性に応じ
て任意の数を選択してよい。ちなみに、第８図は第５図
に示す出力データに関して重みＷ＝３を採用した場合の
仮想平均値からの差を示しているが、この場合も第７図
と同じく、異常ピーク値Ｐ４．ＰＩｌ、Ｐ、のみを閾値
ＢＴ′により確実に把捉することができる。さらに、被
検査物はシリコンウェハに限ることなくすべての表面欠
陥検出に適用することができる。さらに、走査型電子顕
微鏡の出力信号に対しても本発明の表面検査方法を適用
することができる。さらに、レベルの異なる複数の閾値
を設定することにより、欠陥の有無の検出のみならず、
欠陥の大きさを分類するようにしてもよい。さらにまた
、光源としてはレーザ光に限ることなく光電変換器で検
出できる光ならば何でもよい。さらに、上記実施例にお
いては、レーザ光（ＩＧはウェハ（６）に対して極座標
的に走査しているが、Ｘ−Ｙテーブルを利用して、直角
座標的に走査してもよい。この場合の位置検出は、Ｘ−
Ｙテーブル駆動用のステッピングモータを動かすための
パルス信号を利用する。また、ディジタル値Ａｉと仮想
平均値Ｑｉとは、信号処理部（２）によりハード的に求
めているが、演算速度を度外視するのであれば、演算制
御部（４）にて直接ソフト的に求めるようにしてもよい
。

〔発明の効果〕

本発明の表面検査方法及びその装置によれば、被検査物
が異った場合、あるいは被検査物が同一であってもそシ
があった＃）場所によって表面性状が異なる場合におい
て、拡散反射光の強度の変動があっても、その都度欠陥
のない場合における仮想平均出力レベルを勢出し、この
仮想平均出力レベルに基づいて欠陥判定をするようにし
ているので、欠陥の検１４日１イ度が大幅に向上する。

オだ、欠陥検出のための閾値設定を検査条件が変動する
たびに逐一調整する必要がなくなるので検査能率が向上
するとともに、検査員の負担が軽減する。したがって、
本発明を集イＩ！ｌｒ［ｌ″Ｉ回路製造における検査工
程に導入するととＫＪ：ｌｌ）、集積回路の品質及び歩
留を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の表面欠陥検査法の欠点を説明するだめの
グラフ、第２図は本発明の表面検査装置の一実施例の回
路構成図、第３図は第２図における検出信号生成部の要
部説明図、第４図は第２図における信号処理部の回路構
成を示すブロック図、第５図乃至第８図は本発明の表面
検査方法の一実施例における信号処理を説明するだめの
グラフである。 （１）：検出信号生成部１　　　（２）　：信号処理部
。 （３）ニ一時メモリ部、　　　　（４）　：演算制御部
。 （６）：ウエハ（被検査物）、　　（９）：レーザ光源
。 （ＩＩ：レーザ光、　　　　ｅｌｌ）：光電変換器。 ０５１：アナログ−ディジタル変換器。 ０２１：引算器。 （３６）　：仮想平均値算出回路。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 （ほか１名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）下記構成を具備することを特徴とする表面検査方
   法。 ０）被検査物に光を照射して上記被検査物表面を走萱す
   る方法 （ロ）上記光の上記被検査物表面からの反射光を受光し
   て光電変換し検出信号を得る方法 （ハ）上記検出信号に基づいて上記被検査物表面の特定
   の短資位置ごとに仮想平均値を算出する方法 に）上記出力値と上記仮想平均値との差を閾値と比較し
   比較結果に基づいて上記被検査物表面の欠陥検出を行う
   方法
2. （２）仮想平均値は各走査位置ごとに走査順序に従って
   重み付は平均を累積して求めることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の表面検査方法。
3. （３）下記構成を具備することを特徴とする表面検査装
   置。 （イ）被検査物を支持してレーザ光を上記被検査物表面
   に沿って走査しながら照射するとともに上記被検査物表
   面からの反射光を受光して光電変換し検出信号を得る検
   出信号生成部←）上記検出信号を入力し上記被検査物表
   面の特定のレーザ光走査位置ごとにディジタル出力値に
   変換するアナログ−ディジタル変換器と、上記ディジタ
   ル出力値に基づいて上Ｈピ各走査位置ごとの仮想平均値
   を算出する仮想平均値算出回路と、上記各走査位置ごと
   に上記仮想平均値と上記ディジタル出力値との差を求め
   る引算器とから々る信号処理部 ｆ今上記信号処理部にて算出された上記仮想平均値と上
   記ディジタル出力値との差値を記憶する一時メモリ部 に）上記一時メモリ部から上記各走査位置ごとの上記差
   値を読み出し、読み出された差値とあらかしめ設定され
   ている閾値どを比較し、比較結果に基づいて上記被検査
   物表面の欠陥検出を行−う演算制御部