JPS60122359A

JPS60122359A - 光学検査装置

Info

Publication number: JPS60122359A
Application number: JP13715784A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Akiba; 秋葉　政邦; Hiroto Nagatomo; 長友　宏人; Jun Suzuki; 純鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1985-06-29

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】本発明は物体表面上などに存在する異物等を検出するた
めの光学検査装置に関するもので、主として半導体ウェ
ハ表面の外観検査をするための異物検査装置を対象とす
るものである。たとえば、マスク等に光を照射して、そ
の反射光によって、マスクの欠陥を検出する外観検査技
術については、特開昭５４−８５７９３号に示めされて
いる。

半導体装置の製造工程で半導体ウェハ表面に異物が付着
することが多い。そしてその異物が半導体装置の歩留り
を決定する重要な要素となり、その異物の大きさ、数等
を把握しておくことが工程管理上必要となる。したがっ
て、実際の半導体装置の製造工程間において半導体ウェ
ハ上の異物についての検査が行われている。

従来における異物検査は一般に金属顕微鏡（倍率１００
〜２００倍）を使用した目視による検査法により行われ
ていた。ところでこの方法には、異物か否かの判断に検
査員の主観が入りやすく、検査員によって検査結果が異
なるという問題と検査に時間（一枚の半導体ウェハに２
〜３時間）がかかり、工程間の検査結果を迅速に工程管
理に反映させることができず歩留りの低下を有効に防止
し得ないという問題があった。

そのため、自動的に異物検査をすることが検討されたが
、半導体ウェハ表面には半導体装置を構成するに必要な
蝕刻が施されているので凹凸があリ、これと異物とを自
動的に判別することが極めて困難であることから、異物
検査は目視による検査により行なわざるを得なかった。

本発明の目的とするところは自動的に異物等のパターン
を検査できるようにすることにある。

上記目的を達成するための本発明の一実施態様は、物体
表面上に存在する異物を検出する異物検査装置において
、被検査物体に対してその側面から平行光線を照射する
平行光線発生部、被検査物体表面で反射した光を偏光板
を介して検知する機構及び上記平行光線と上記偏光板と
の間の相対的位置関係を回転させる機構を少なくとも具
備することを特徴とするものである。

以下本発明を実施例により説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る異物検査装置を示す構
成図である。

１は半導体ウェハ収容用カートリッジを上下方向に移動
させるカートリッジ送り駆動部、２は被検査半導体ウェ
ハな収納するカートリッジ、３はカートリッジ・ウェハ
載置台間における半導体ウェハの移送を行５ウェハ送り
部、４は被検査半導体ウェハを載置する載置台、５及び
６は載置台４を水平方向に移動させる送り駆動部、７は
平行光線発生用光源、８は斜面を有する２枚の透明ガラ
ス板を斜面どうしを相互にはり合わすことにより構成さ
れた偏光板で一定の振幅方向の遮断する機能を有するも
のである。９は対物レンズ、１０はリレーレンズ、１１
は目視検査のための照明光を投下するための鏡、１２は
目視検査用鏡、１３はレンズ、１４はアパーチャー、１
５は光を電気信号に変換する光電変換器、１６は光電変
換器の出力情報を処理し、検査結果を得るための電子回
路装置、１７は反射光を接眼レンズに向けて反射するた
めの目視観察用鏡、１８は接眼レンズ、１９は目視観察
用の照明光を発生するランプ、２０はレンズ、２１は被
検査半導体ウェハである。鏡１１．１２．１７、レンズ
１８．２０、ランプ１９は目視検査ができるようにする
ためのもので不可欠のものではない。

この異物検査装置による検査は次のように行う。

カートリフジ２内の半導体ウェハを載置台４に移送し、
載置台４の中央部に固定した状態で、半導体ウェハ２１
の側面からレーザ光線をウェハ表面に平行に照射し、載
置台４を回転させながら反射光を光電変換器１５を通じ
て検出し、偏光光が偏光板８でカントされ非偏光のみが
検出できるような回転角に偏光板８を設置した状態にお
ける反射光に基づいて異物の大きさ、数を検出する。な
お、ウェハ表面をレンズ９．１０．１３により拡大（例
えば２０倍の倍率に拡大）して反射光の検出を行うので
視野が狭いから、レンズ９．１０等からなる光検出系に
対して相対的に載置台４を移動（５，６の送り駆動部）
させることにより検出部を移動させ、半導体ウェハな全
面にわたってくまなく検査する。１枚の半導体ウェハに
ついて検査が完了したら、その半導体ウェハをカー）　
ＩＪッジ２に戻し、次の半導体ウェハについて検査をす
る。

以下に本発明の原理について説明する。

光の振幅は、厳密には、スカラー量としてではなくベク
トル量として表わされるべき性質のもので、大きさのみ
ならず方向性も有する。そして光は、電磁波の一釉であ
りマックスウェルの学説が明らかにしたように、電場の
波と磁場の波が光の進行方向に直角の平面内に振動しつ
つ進行し、そのベクトルの方向が相互に直角であるとい
う性質を有する。したがって、少なくとも、光源から発
射されたままの全く偏りのない光すなわち自然光は、垂
直波（第２図において太い実線で示す。）と水平波（第
２図において細い実線で示す。これは、紙面に対して垂
直方向の振幅を有するので本図では示すことができない
が、便宜上垂直波と同様に示した。）との成分に分ける
ことができる。

そして、屈折率の異なる媒質の境界面に照射された自然
光は、境界面に対する入射角が垂直波と水平波とで異な
るので、第２図に示すように垂直波がほとんど屈折し、
水平波がほとんど反射するという偏光反射現象が生じ得
る。この現象は、物体で反射する光は入射角により反射
光の偏光量が異なり、入射角がその物体の偏光角のとき
に偏光量が最大となるというブリースターの法則の現わ
れでもある。

そして、第３図に示すように半導体ウェハ２１に向って
照射された平行光線（例えばレーザ光線）は事実上約６
０°の傾斜角を有する蝕刻面Ａと異物Ｂとによって反射
され、この場合における入射角が蝕刻面では約３０°　
（θＩ　）となるのに対し異物の表面でば０〜９０°の
あらゆる角度と′ｊ〔り一定でない。

それに対して、蝕刻面における偏光角は事実上約５５°
　（θ）であり、異物の表面における偏光角はその異物
がその蝕刻部と同性質のものであると仮定すればやはり
同様に約５５°　（θ）となる。

したがって、蝕刻面で反射した光は、入射角が比較的偏
光角に近似しているので、その８０％が偏向となるのに
対して、異物表面で反射した光は入射角が５５°　（θ
）の光の８０％のみ偏光し、大部分を成すその他の光は
すべて非偏光である。

すなわち蝕刻面で反射した光はその大部分（上述の例で
は８０％）が偏光し、一定の方向性を有するのに対して
、異物の表面で反射した光は極く一部の光のみが偏光す
るだけで大部分が偏光せず一定の方向性を有しない。

したがって、偏光板８を介して半導体ウェハ表面を観察
すると偏光光がカントされ、非偏光のみが見えるという
状態をつくることができる。つまり、異物から反射され
た非偏光のみ検知され、その他が全く見えない（あるい
は見ても光が極めて微弱で無視できる）という状態が得
られ、その状態における検知光はすべて異物からのもの
であるから、検知光を光電変換して得た電気信号を電子
回路装置において処理することにより自動的に異物検査
ができるのである。

この本発明の原理は次のようにも説明することができる
。

すなわち、半導体ウェハにおける蝕刻部の斜面Ａの角度
が６０°であり、側面から照射される平行光線はその垂
直波がほとんど屈折現象を生じ半導体ウェハ内に吸収さ
れるのに対し、水平波が反射する。この反射は事実上蝕
刻面Ａが鏡面（平面）といえるものであるから鏡面（平
面）反射であり、反射光の方向は概ね等しい。

それに対して、異物に照射された光は異物表面が勿論非
鏡面（曲面）であることから入射角がバラバラであり、
そのため、水平波のみが反射するということはなく水平
波も垂直波も反射する（もちろん一部の水平波、垂直波
は屈折現象を起して内部に吸収される。）。

すなわち、蝕刻面において反射する光はすべて一定の方
向性を有するものであるのに対し、異物において反射す
る光は別個の方向に乱反射した光であり、一定の方向性
を有しない。

故に、偏光板８によって蝕刻面で反射する光をカットす
ることができ、それによって異物での乱反射光のみが検
知されるようにすることができる。

検査において偏光板８を回転させるのは、偏光板８によ
ってカットする光の角度を実際に蝕刻面で反射する光の
方向に適合させるためである。

以上説明した如き本発明に係る検査方法を実際の半導体
ウェハの異物検査に適用すれば、この発明を適用しない
場合には蝕刻面において反射し、た光までが検知される
ので異物検査をすることが困難であるのに対し、本発明
の方法においては蝕刻部において反射する光が検知され
ず、異物で乱反射した光のみが検知されて〜・るので、
その検知結果に基づいて容易に異物を検査することがで
きる。

なお、この本発明の原理は次のようにも説明することが
できる。

すなわち、この検査に用いられるレーザ光は元来一定方
向の光であり、一定角度の斜面でばそのまま反射するか
ら、第２図に示ずように、得られるのは水平波のみであ
るのに対し、異物はさまざまな角度の微小斜面を無数に
有するものであるから異物表面からは垂直波の反射光も
得られるので偏光板を介在させても異物からの光が検知
され、逆にいえばその検知光によって異物の存在が確認
できる。

このように、本発明によれば、たとえば異物での反射光
のみを検知できるので、蝕刻による凹凸が半導体ウェハ
表面に存在しても、そねから異物のみを区別して検出で
きるので、自動的に検査することが可能となる。したが
って、人の主観を非して異物検査を客観的に行うことが
でき、また省力化の要請にも応えることができる。また
、自動的検査法によれば従来における目視検査法と比較
して検査時間を著しく短縮（約１０分の１に短縮できた
。〔１枚のウェハの検査時間が従来の２乃至３時間から
１５分間に短縮された。〕）できるので、検査結果に基
づいて必要な対策を速やかに講じることができ、その結
果、歩留り低下を有効に防止できるのである。

本発明は半導体ウェハの異物検査のみならずフォトマス
クに対する検査にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る異物検査装置を示す原
理構成図である。第２図は物体に対して一定の範囲の入
射角で照射された光の垂直成分が屈折し、水平成分が反
射することを示す説明図である。第３図は半導体ウェハ表面における蝕刻面Ａでの反射光
と異物表面における反射光とのちがいを示す説明図であ
る。１・・・カートリッジ送り駆動部、２・・・カートリッ
ジ、３・・・ウェハ送り部、４・・・載置台、５・・・
Ｘ方向送り駆動部、６・・・Ｙ方向送り駆動部、８・・
・偏光板、９・・・対物レンズ、１０・・・リレーレン
ズ、１１・・・照明投下用鏡、１２・・目視検査用鏡、
１３・・・レンズ、１４・・・アパーチャー、１５・・
・光電変換器、１６・・・電子回路装置、１７・・・目
視観察用鏡、１８・・・接眼レンズ、１９・・・ランプ
、２０・・・レンズ、２１・・・被検査半導体ウェハ。

Claims

【特許請求の範囲】１、板状物に光を照射して、前記板状物表面または内部
の形状または異物による反射光を検出する光学検査装置
であって、ｌａｌ　上記被検査板状物を載置すべき回転可能な載置
台とｉｂｌ　上記被検査板状物に光を照射するための光照射
機構と（ｃｌ　上記被検査板状物による反射光を検出するため
の光検出器よりなる光学検査装置。