JPS60113938A - 表面検査装置 - 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、半導体ウェハ等の被検査物表面のゴミ、傷等
の欠陥を検査する表面検査装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来１例えば半導体装置用のシリコンウェハ等の表面検
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、光の反射光を利用した各種のウニへ表面検査装
置が、開発、市販されている。これらの装置の検出原理
は、第１図に示すように被検査物（１）表面に白色光源
又はレーザの光源（２）から光ビーム（３）を照射し表
面からの正反射光（４）および散乱光（５）を光電変換
器（６）　、　（６）により検出し、その出力電圧に対
して、１個あるいは複数のスレッシ菖ルドレベルを設定
し、ゴミ、傷等の欠陥を検出し、大きさの分類を行って
いた。

しかるに、従来の目視による方法では、作業者に個人誤
差があり、定量化が困難であった。また熟練を要し疲労
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
有無が判別できないと種々のプロセスの評価が困難とな
ってくるが、目視検査では１μｍ以下の検出は困難でち
る。他方、上記各種表面検査装置は、第２図に示すよう
に、一定のスレッショルドレベルｖＴを設定して検出し
ているため、被検査物が異なった場合の出力信号（例え
ば、鏡面状態の場合の出力信号■■と、膜形成されたウ
ェハの場合の出力信号Ｖ１　）　（Ｄ基準レベルが変る
ため、スレッショルドレベルも変化させる必要があり、
そのためにあらかじめ学習的にそのレベルを決定してお
く必要があり、作業性がすこぶる低くなっていた。また
、被検査物にソリがあった場合も同様の問題が生じる。

これらの場合、検出された欠陥の大きさの分類は定量的
ではなくなり、毎回、標準サンプルによる校正が必要と
なる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情を参酌してなされたもので、被検査
物が変ってもあらかじめスレッショルドレベルを学習的
にめたり１校正したりすることなく、正確に定量的に欠
陥を検出することができる表面検査装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

ターンテーブル上に載置された被検査物に例えばレーザ
光を照射してターンテーブルを回転させることにより上
記レーザ光にて被検査物を同心円状に走査するとともに
、被検査物の１回転ごと、すなわち１回の走査と同時に
上記ターンテーブルを半径方向に所定量ずつ動かし、か
つ走査中に集光された散乱光を光電変換して得られた電
気信号をアナ胃グーディジタル変換して得られた散乱光
データを上記被検査物表面のうちから任意に選択された
複数位置におけるデータに基づいてスレッショルドレベ
ルｔ［ｌ’Ｌ、　上記スレッショルドレベルを各散乱光
データと比較することにより表面欠陥検査を行うように
したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を参照して詳述する。

第３図は、本実施例の表１面検査装置を示す構成図であ
る。光照射部（８）は、レーザ光を発振するレーザ光源
（９）と、とのレーザ光源（９）より発振されたレーザ
光をスポット状に被検査物ＱＯ）表面に照射するレンズ
光測とからなっている。上記光照射部μ（８）直下に設
けられている光検出部（ｌａは、被検査物ＱＯ）の表面
上の欠陥からの散乱光を集光する内面力（酸化マグネシ
ウム等の拡散面で形成さλｔた球面状になった積分球（
ｌｊと、この積分球（１３）に埋設され上言己集光した
散乱光を光電変換する光電変換器０と力１らなっている
。さらに、被検査物（１０）は、搬送＠μ（１５）の一
部をなすターンテーブル０６）に図示しない機構（例え
ば真空チャック等）により着脱可能に指装置されるよう
になっている。上記搬送部（１０は、軸受一部（１ηに
軸支され被検査物（１０）を載置するターンテーブルσ
ｅと、このターンテーブル（１６）に直結して回転駆動
する直流モータα樽と、ターンテーブル１９の回転スタ
ート信号Ｒｓおよび回転位置信号几ｐを出力するロータ
リ・エンコーダ（１１と、ターンテーブル＋ｔｔｐを半
径方向に１トランクずつ移動させるステッピングモータ
（２０からなっている。しかして、直流モータα樟およ
びステッピングモータ（４）は、搬送部α９から離間し
て設置されている演算制御部Ｃυからの制御信号により
被検査物（１０１表面にレーザ光が同心円状に全面走査
するように制御される（ステッピングモータ（イ）は、
ステッピングモータ制御回路０りを介して演算制御部Ｑ
υに接続されている。）。また、ロータリ・エンコータ
＋（１楊は、ターンテーブル（１６）の回転スタート信
号Ｒｓ及び回転位置信号Ｒｐを、アドレス発生回路（至
）及びアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ　）変換器（財）
に出力するように接続されている。上記Ａ／Ｄ変換器Ｑ
４）は、光検出部（Ｌ４の光電変換器（１４）からの出
力電圧信号をディジタル信号に変換するものであって、
この〜０変換器（財）の出力側は、変換されたディジタ
ル信号を１０点連続的に比較し、この中の最大値を順次
出力する比較回路（２！１９の入力側に、バイパス回路
（イ）を介して接続されている。そして。

比較回路（ハ）の出力側は、散乱光データを記憶するだ
めのメモリ回路（５）に接続されている。さらに。

このメモリ回路（５）の入力側は、ターンテーブル（１
６）の回転と移動位置に対応して散乱光データを記憶す
るためにアドレス発生回路（ハ）の出力側に接続されて
いる。このアドレス発生回路１２３１の入力側は、ロー
タリ・エンコーダ（［９）とともにステッピングモータ
制御回路（２つの出力側にも接続されている。なお、Ａ
／Ｄ変換器（２４）の出力側は、バイパス回路Ｉ２６）
を介して、直接メモリ回路（２７）の入力側にも接続さ
れている。かくて、アドレス発生回路（２３１、Ａ／Ｄ
変換器（２４）　、比較回路（ハ）、バイパス回路（２
６）及びメモリ回路（２７）は、一時メモリ部（至）を
構成している。

さらに、メモリ回路（２７）は、例えばマイクロコンビ
ーータなどの演算制御部（２Ｉ）に接続され、散乱光デ
ータの書き込み、読み出しを行えるようになっている。

この演算制御部（２Ｉ）は、バイパス回路Ｑ６）。

アドレス発生回路の濠、直流モータ鱈及びステッピング
モータ制御回路（２４に接続され、これらに制御信号を
出力するようになっている。また、この演算制御部（２
１）には、データ処理プログラム及び冬陥の大きさを分
類して記憶するためのデータメモリ部翰に接続されてい
る。このデータメモリ部０９）は、演算制御部（２１）
とともにデータ処理部００を構成している。さらに、演
算制御部（２１）は、検査物α０）表面上の欠陥分布及
び欠陥の大きさ別の個数を表示するための例えばＣＲＴ
　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ　）　、プリ７
り等からなる表示部０１）に接続されている。

つぎに、上記構成の表面検査装置の作動について第４図
に示すフローチャートに基づいて述べる。

レーザ光は、常時レンズ系αυを介して微小スポット状
に絞られて被検査物０■上を照射できる状態にしておく
。また、被検査物（Ｉｔ）からの散乱光を検出する積分
球（１３）および光電変換器側も常時検査可能な状態に
しておく。しかして、１ず、被検査物α０をターンテー
ブル（Ｌ６）上に載置し１図示していない機構（例えば
、真空チャック等）により固定する（ブロック０４）。

つぎに、ターンテーブル（１６）を演算制御部ｃ２１）
からの信号Ｃｓによりステッピングモータ制御回路（２
）を介しステッピングモータ（２ｔＪｌを駆動して半径
方向に移動させ、任意の半径ｒでターンテーブルＨの移
動を停止させる（ブロック０９）。

ついで、演算制御部０１）からの信号ＣＤによシターン
テーブルａｅ回転用の直流モータ（２）を回転させる（
ブロック０４））。しかして、上記半径１位量において
バイパス回路（２６）を駆動し、　Ａ／Ｄ変換器＋２４
１出力を直接メモリ回路Ｉ２７）に接続させた後、１周
する期間内の光電変換器側からの出力電圧をＡ／Ｄ変換
し、メモリ回路■゛０へ書き込む（ブロックｌ３０）。

かくて、メモリ回路（２７）にて上記被検査物０＠の半
径１位量における１周分のデータの書き込みが完了する
と、演ｎ　制御部（２１）でハ、スレッシせルドレベル
Ｔ１．Ｔ、。

Ｔ３をめるためのデータ処理を行う。それには。

まず得られた全データ（Ｘ＋　、　Ｘｔ　、・・・、　
Ｘｎ　）の平均値ＶＡを次式によりめる（ブロック（列
）。

つぎに、あるレベルＬ、、Ｌ、、Ｌ、を設定して、７人
に対して、レベルＬ１．Ｌ、、Ｌ１１を加算して、スレ
ッショルドレベルＴ、、Ｔ２．Ｔ、を設定する（ブロッ
クＣ３７）　）。

たとえば、第５図に示すように、最も小さい欠陥（１，
０μｍ以下）を検出するレベルを特徴とする特許Ｔ、　
（＝　ＶＡ　＋　Ｌ＋　）を最も小さい欠陥を検出する
スレッショルドレベルとして設定する。同様に、さらに
大きい欠陥を検出する場合もレベルＬｘ　、　Ｌｓ　（
たたし、　Ｌ＋＜　Ｌ２＜　Ｌｓ　）を設定し、これら
のレベルＬ２゜Ｌｓを平均値ＶＡに加算してスレッショ
ルドレベルＴ、。

Ｔ、をめる。つぎに、演算制御部（２Ｉ）からの信号Ｃ
８によりステッピングモータ（２０を駆動し、ターンテ
ーブル（１０を半径方向に移動させる。そして、レーザ
ビームが被検査物α０）の中心を照射するように。

図示しないリミットスイッチにより、位置を検出してタ
ーンテーブル１Ｇ）を停止させる（ブロック（至））。

つぎに、バイパス回路（２６）を駆動し、Ａ／Ｄ変換器
（２４Ｉを比較回路（２５）に接続させる。ついで、直
流モータ（１樽を起動してターンテーブル（１Ｇ）を回
転させるとともに、このターンテープｖ　（１６）の回
転ごとにステッピングモータ（２０）を駆動して１トラ
ツク分ずつ半径方向にターンテーブル（１Ｇ）を総計１
００トラツク移動させる（ブロック０１）。このときの
１トラツクは、レーザ光のスポット径をｄとすると、そ
の８０〜９０％すなわち（０，８〜０．９　）　ｄであ
る。この動作において、演算制御部（２１）から出力さ
れた制御信号により、アドレス発生回路（ハ）も駆動さ
れる。このアドレス発生回路（至）にては、ロータリエ
ンコーダＨから出力された回転スタート信号Ｒｓ及び回
転位置信号ＲＰ　。

並びに、ステッピングモータ制御回路（２功から出力さ
れた駆動信号に基づき、被検査物α０）上の検査位置座
標を示すアドレス信号Ａｓをメモリ回路（２７）に出力
する。一方、光電変換器（１荀から出力される散乱光の
電圧変化は、直流モータα印に直結したロータリエンコ
ーダ（１１の回転位置信号Ｒｐ　（１回転３６００パル
ス出力）に同期して０．１°ごとにＡ／Ｄ変換器（財）
によりディジタル化され、さらにこのデータは、−比較
回路（ハ）にて、連続した１０点のデータの最大値が。

１°ごとの代表値として取抄出され、メモリ回路（２７
）へ出力される（第６図参照）。このメモリ回路（２７
）にては、前記アドレス信号Ａ５に同期して、１００ト
ラック分の散乱光データをメモリ回路（２７）の所定の
番地に記憶する（ブロックＧｌＯ）。この結果、メモリ
回路（財）には、第７図で示すように、１°の中心角で
囲まれた領域に於ける散乱光の最大値がデータＹｎ、θ
として（１回転３６０点ｘ　１００　）ラック）記憶さ
れる。このメモリ回路（２７）に記憶されたデータに対
し第６図における中心角１度と１０　）ラック分の領域
を１画素としたデータに変換するため、演算制御部（２
υにては、第７図に於ける１００　）ラックを１０のブ
ロックに分割し、各回転位置に対して各ブロックの最大
値を検索し％　１画素のデータとする。さらに、演算制
御部しυにては、この結果に対して前記スレッショルド
レベルＴ、、Ｔ２．Ｔ３との比較を行ない、欠陥の大き
さ別に分類し、第８図に示すように、データメモリ部翰
に記憶する（ブロックαｌ））。このようにしてブロッ
ク０ω〜（４１）の操作をくり返し、全表面の走査が終
了すれば（ブロック（４つ）、表示部０１）ではデータ
メモリ部（ハ）の欠陥データにより被検査物（１０）上
の欠陥分布を表示するとともに欠陥の大きさ別の個数に
ついて表示する（フロック（４：ｌ）。最後に、ターン
テーブル（ＬＦｊ　（Ｄ　回転を停止しくブロックＱ４
）　）　、ター／テーブル（Ｌｉを元の位置にもどし被
検査物α０）を取りはずして検査終了となる（ブロック
０１）。

以上のように、本実施例の表面検査装置によれば、被検
査物（１０）が異った場合や、被検査物（１０）にソリ
があった場合等、欠陥のない場所の散乱光強度の変動が
あった場合でも、各被検査物（ＩＱごとに被検査物αＱ
の任意に選択された半径で位置１周分のデータの平均値
ＭＡをめ、この平均値７人に対して欠陥検出するための
複数のレベルＬ、、Ｌ！、Ｌｓを加算してスレッシ目ル
ドレベ／ｌ／　Ｔｌ、　Ｔ２＋　’ｒ、を設定している
ため、各被検査物（１０）ごとにスレッショルドレベル
を標準サンプルにより校正する必要がなく、表面欠陥を
正確に検出することができる。また、平均値７人の算出
は、被検査物（１０）表面からの一部のデータに基づい
ているので、迅速に行うことができる。さらに、複数の
トラック分のデータをサンプリング、記憶した後、それ
らについて欠陥検出を行い、さらに画素ごとにデータを
まとめられるように一部メモリ部を設けたために、被検
査物全表面の測定データを１度に記憶する必要がないた
めメモリ容量が少なくてすむ。さらに、データのサンプ
リング時において、比較回路Ｃ５１によ抄。

１０＠の連続したデータの算太値をめ、最大値のみをデ
ータとして、ターンテーブル（１Ｇ）の回転および移動
位置を示す信号と同期して自動的にメモリ回路に記憶す
るようにしたので、演算制御部（２１）に於けるデータ
処理時間の短縮と、データサンプリングのためのターン
テーブルＩＥ９スタート、ストップ動作の回数が１００
トラツクに１回となり、データのサンプリングに必要な
時間が大幅に短縮される。

したがって、本実施例の表面検査装置を集積回路製造に
おける検査工程に導入した場合、検査能率及び検査精度
が顕著に向上し、集積回路の品質及び歩留の改善に寄与
するところ大である。

なお、光源にレーザを使用したが光電変換器で検出でき
る光ならば何でも良い。また、散乱光検出に積分球を使
用したがその他の方法でも良い。

ターンテーブル回転位置信号として３６００パルス／１
回転を用いたが任意に選択してよい。また、ロータリ・
エンコーダでなくても、テーブル側面に黒白をマーキン
グして光反射を利用して検出しても良い。さらに、被検
査物の中央から外周に向かってレーザ光を走査したがそ
の逆でも良い。要するに、同心円状に走査すれば良い。

また、上記実施例においては、平均値ｖＡ算出は、実際
の検査前に。

被検査物００）の特定半径ｒ位置における１周分のデー
タに基づいているが、実際の検査過程において得られる
メモリ回路（２７）に格納された全データのうちから％
特定の半径の１周分のデータを取り出し平均値鬼を算出
してよい。さらに、複数の異なる半径位置における１周
分のデータに基づいて平均値をめてよい。さらにまた、
１周分のデータでなく、被検査物叫に関する全データの
うちから任意に選択された例えば１０００個のデータに
より、平均値７人をめるようにしてもよい。要するに、
平均値りを被検査物（１０）に関する全データのうちか
ら任意に選択されたデータに基づいて算出するのであれ
ば、本発明の要旨の範囲内である。さらＫ。

上記実施例においては、欠陥有無判定は、全データをい
ったんデータメモリ部翰に格納したのち行っているが、
例えば、１周ごとのデータごとに。

メモリ回路（２ηへのデータの格納処理と平行して。

倶−ｊｐ、市；ｊ僻地ｖＢ　ｙｃ−Ｌ人噸勺六＆干ｊ疋
処理τσンよりｙｔしてもよい。さらに、上記実施例に
おいては、データのサンプリングは、１０個の連続した
データの最大値をめているが、１０個とすることなく、
２個以上であれば適宜に設定してよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の表面検査装置によれば。

被検査物が異った場合や、被検査物にノリがあった場合
等欠陥のない場所の散乱光強度の変動があった場合でも
、各被検査物ごとに基準値を自動的に検出し、その基準
値に対して欠陥検出するだめノ複数のレベルを効目算し
てスレッシ！Ｉ／Ｉ／ドレベルを設定しているため、各
被検査物ごとにスレッン讐ルドレベルを標準サンプルに
より校正する必要がなく、表面欠陥を正確に検出するこ
とができる。

さらに、複数のトラック分のデータをサンプリング記憶
した後、それらに箸いて欠陥検出を行い、さらに画素ご
とにデータをまとめられるように一部メモリ部を設けた
ために、被検査物全表面の測定データを１度に記憶する
必要がないためメモリ容量が少なくてすむ。さらに、デ
ータのサンプリング時において、比較回路（ハ）により
、複数の連続したデータの最大値をめ、最大値のみをデ
ータとしてターンテーブルの回転および移動位置を示す
信号と同期して自動的にメモリ回路に記憶するようにし
たので、演算制御部に於けるデータ処理時間及びデータ
のサンプリングに必要な時間が大幅に短縮される。した
がって、本発明の表面検査装置を集積回路製造における
検査工程に導入した場合、検査能率及び検査精度が顕著
に向上し、集積回路の品質及び歩留の改善に寄与すると
ころ大である。

【図面の簡単な説明】

第１口拡従来の表面検査方法を説明するための図、第２
図は従来の表面検査方法の欠点を説明するためのグラフ
、第３図は本発明の一実施例の表面検査装置の全体構成
図、第４図は第３図の表面検査装置の作動を説明するた
めのフローチャート。 第５図はデータサンプリングを示すタイミングチャート
、第６図は被検査物表面におけるデータサンプリング領
域を示す図、第７図は一部メモリ部におけるデータ書込
み例、第８図はデータメモリ部における画素ごとの欠陥
データ書込み例を示すグラフである。 （８）二元照射部、　（１Ｏ：被検査物。 住り：光検出部、　住ω：搬送部。 αｅ：ターンテーブル。 （Ｉυ：直流モータ（第１のモータ）。 （Ｉ９：ロータリ・エンコーダ（回転位置検出器）。 （イ）ニスチッピングモータ（第２のモータ）。 （２１）　：演算制御部、　（（２）ニ一時メモリ部。 ｌ３Ｉ）：表示部。 代理人　弁理士　則近憲佑　（ほか１名）第１図 第２図 時間 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下記構成を具備することを特徴とする表面検査装置。 （イ）被検査物を載置するターンテーブルと、上記ター
   ンテーブルを回転駆動する第１のモータと、上記ターン
   テーブルを半径方向に移動させる第２のモータと、上記
   第１のモータに連設され上記ターンテーブルの回転位置
   を示す回転位置信号を出力する回転位置検出器とからな
   る搬送部 ←）上記ターンテーブルに載置された被検査物に光を照
   射する光照射部 （ハ）上記被検査物からの散乱光を集光して受光量に対
   応した大きさの電気信号に変換する光検出部 に）上記光検出部からの電気信号を上記回転位置信号と
   同期してアナログ−ディジタル変換しデータ信号として
   出力するアナログ−ディジタル変換器と、上記散乱光デ
   ータ信号を入力して連続した複数個の低乱光データごと
   に比較演算することにより最大値を示す散乱光データを
   める比較回路と、この比較回路から出力された散乱光デ
   ータを順次所定のアドレスに記憶するメモリ回路とから
   なる一時メモリ部 （ホ）上記第１のモータに上記ターンテーブルを回転さ
   せる駆動信号を出力して上記ターンテーブル上に載置さ
   れた被検査物表面を上記光照射部から照射された光で同
   心円状に走査するとともに、上記搬送部から出力された
   回転位置信号に基づいて上記ターンテーブルの１回転終
   了を検出して上記ターンテーブルを半径方向に所定量移
   動させる駆動信号を上記第２のモータに出力し、かつ上
   記被検査物表面の設定し上記スレッシ冒ルドレベルと上
   記一時メモリ部に記憶されている散乱光データを各別に
   比較し比較結果に基づいて欠陥の有無判定を行う演算制
   御部 （へ）上記演算制御部にてなされた欠陥検査結果を表示
   する表示部