JPS6128846A - 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、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ェハ表面検査装
置が、開発、市販されている。これらの装置の検出原理
は、第７図に示すように被検食物（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）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日ルドレペルを設定し、ゴミ、傷
等の欠陥を検出し、大きさの分類を行うものである。

しかるに、従来の目視による方法では１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あ
る。他方、上記各種表面検査装置は、第８図に示すよう
に、一定のスレッシ璽ルドレベル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Ｖｒと、膜形成されたウ
ェハの場合の出力信号ｖＨ）の基準レベルが変るため、
スレッシ冒ルドレベルも変化させる必要がある。そのた
め、あらかじめ学習的にそのレベルを決定しておく必要
があシ５作業性がすこぶる低くなっている。

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
量的ではなくなシ、毎回、標準サンプルＩ（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
学習的に求めたシ、校正したシすることなく゛、定量的
に欠陥を高速かつ高精度に検出するととができる表面検
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ｆｉ疋はレー
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回の走査ごとに上
記ターンテーブルを半径方向に所定量ずつ動かし、かつ
走査中に積分球で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ログ−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１本発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は、この実施例の表面検査装置の全体構成を示し
ている。この表面検査装置は、例えば半導体ウェハなど
の円板状の被検査物（８）にレーザ光を照射する走査機
構（９）と、この走査機構（９）から出力された信号に
基づき被検査物（８）の表面欠陥を検出する信号処理機
構（１０）と、検査結果を表示する表示機構（［Ｉ）と
からなっている。しかして、走査機構（９）は、被検査
物（８）を保持する保持部（ｔ３と、この保持部（ｌ乃
により保持された被検査物（８）にレーザ光を照射する
照射部α騰とからなっている。上記保持部ａっは、被検
査物（８）をその上面に同軸に載設するターンテーブル
（１４）と、このターンテーブル（１４）を回転自在に
軸支する軸受体（１つと、この軸受体ａすに軸支された
ターンテーブルα養を回転駆動する第１のモータａＯと
、この第１のモータαｅに直結されターンテーブル（１
４）の回転量を検出するロータリ・エンコーダα７）と
、軸受体（国に係着され軸受体（１９を被検査物（８）
の径方向に進退させる送り部θ匂と、この送９部（ｌ槌
及び第１のモータαＱを制御してターンテーブル（１４
）に載設された被検査物（８）を所定量回転させるとと
もに径方向に所定量進退させる駆動制御部α→と、被検
査物（８）をメーンテーブルα尋に真空吸着させる吸着
部四とからなっている。上記ターンテーブル（４）は１
円柱状の軸体（２１）と、この軸体０１）の上端部に同
軸連結され上面が被検査物（８）の吸着面（１４ａ）と
なっている円板状の載置台（２りとからなっている。

上記吸着面（１４ａ）には、吸着部（イ）の一部をなす
吸着孔（ハ）が開口している。この吸着孔（ハ）は、軸
体Ｑ１）を軸方向に貫通し、軸体０Ｄの下部よシ図示せ
ぬロータリ・ジ目インドを介して図示せぬ真空源に接続
されている。また、送り部α樽は、軸受体（１５の下端
部に垂設された係合板（財）と、この係合板（財）に螺
合されその軸線が軸体（２１）の径方向となっている送
りねじ（ハ）と、この送りねじ（ハ）の一端部に連結さ
れ送りねじ（２ツを回転させてターンテーブル←荀を径
方向に進退させる第２のモータ（イ）とからなっている
。

しかして、第１及び第２のモータαＱ、（イ）は、それ
ぞれ駆動制御部（１１から出力された制御信号ＣＤ、　
Ｃｓを入力することにより所定量回転するよりになって
いる。一方、照射部ａ階は、吸着面翰に固着されている
被検査物（８）に近接するように配設され下部に開口部
（２７ａ）が設けられた吊空球体状の積分球（５）と、
との積分球勾に一端部が連結され積分球（５）の開口部
（２７ａ）を介して被検査物（８）にレーザ光を斜めか
らスポット状に照射するレーザ光発振部（ハ）と、積分
球匈に連設されこの積分球（５）にて集光された被検査
物（８）からのレーザ散乱反射光を受光して光電変換す
る光電変換器翰とからなっている。

上記積分球勾の内面には例えば酸化マグネシウムが塗着
されて拡散面例に形成されている。また。

積分球（財）の上部には、被検査物（８）からのレーザ
正反射光を外部に逃すための透孔Ｇυが穿設されている
。また、レーザ発振部（至）は、図示せぬレーザ発振器
と、このレーザ発振器から発振されたレーザ光を搬送す
る光ファイバ（図示せず）と、こｅ４−９　　　　　　
′　　　　　　づｈ ←七（づ”３→Ｔこの光ファイバにより導かれたレーザ
光を被検査物（８）上にスポット状となるように調整す
るレンズ系（２８Ｊｌ）とからなってい　　　　［る。

一方、前記信号処理機構ａＱは、光電変換器（ハ）から
出力されたアナログ信号をアナ四グーディジタル（Ａ／
Ｄ　）変換器Ｏ功と、とのＡ／Ｄ変換器０つから出力さ
れたディジタル信号のピーク値を検出するピーク検出部
の３）と、同じ＜　Ａ／Ｄ変換器０）から出力されたデ
ィジタル信号の平均値を算出する平均値算出部０４）と
、入力側がロータリ・エンコーダ（１７）及び駆動制御
部（１ωに接続され出力側がピーク検出部（至）及び平
均値算出部（財）に接続されこれらピーク検出部（至）
及び平均値算出部０４）におけるＡ／Ｄ変換器（３りか
ら出力されたディジタル信号サンプリングのだめの同期
信号を出力するサンプリング制御部Ｇ５）と、ピーク検
出部□□□にて出力されたピーク値を示すディジタル信
号を記憶する第１のメモリ部（至）と、第１のメモリ部
（財）から出力されたピーク値を示すディジタル信号を
入力して欠陥の検出及び欠陥を大きさごとに分類する欠
陥分類部（３７）と、上記平均値算出部（財）、サンプ
リング制御部Ｇつ、欠陥分類部０７）。

第１のメモリ部（至）、駆動制御部ａ１及び表示機構（
Ｌυにシステムバス（至）を介して接続されこれらを所
定の測定プログラムに従って有機的に統御する中央制御
部Ｇ匂とからなっている。この中央制御部０１は、いわ
ゆるマイクロコンピュータであって、演算・制御機能を
有するＣＰＵ　（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ
ｙ　Ｕｎｉｔ　；中央処理装置）顛と、一定の手順で測
定を行うための゛制御プログラム及び検査結果が格納さ
れる第２のメモリ部（４υとからなっている。さらに、
上記平均値算出部（財）にて算出された平均値は、　Ｃ
ＰＵ（４Ｑｌからの指令によりシステムバス（至）を介
して欠陥分類部０７）にて複数段階のスレッショルドレ
ペルとして設定されるようになっている。しかして、こ
の欠陥分類部０７）にては、設定されている複数のスレ
ッシ田ルドレベルとピーク検出部（ハ）から出力された
ピーク値とを比較して欠陥データを各スレッショルドレ
ベルに対応する欠陥の大きさごとに抽出し、さらに抽出
された欠陥データの数を計数するようになっている。一
方、前記表示機構α１）は、第１のメモリ部０７）から
の検査結果データを読み出し、被検査物（８）表面上の
欠陥分布及び欠陥の大きさごとの個数を表示するＣＲＴ
　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ　）（４３及び
プリンタ（４３からなっている。

つぎに、上記構成の表面検査装置の作動について、第２
図及び第３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（２８ａ）を介して微小スポ
ット状に絞られて被検査物（８）上を照射できる状態に
しておく。つまシ、破検査物（８）からのレーザ正反射
光は、透孔ｔ３］）を経由して外部に放出される。一方
、レーザ散乱反射光は、拡散面（至）により集光される
。また、被検査物（８）からの散乱光を集光する積分球
（２７）および光電変換器ＣＩ！９）も常時検査可′能
な状態にしておく。しかして、まず、被検査物（８）を
ターンテーブル（２２）上に載置し、吸着部（２０）に
より固定する（ブロック（４４）　）。つぎに、ターン
テーブル（２２）を駆動制御部σ１からの信号Ｃｓによ
り第２のモータＩ２６）を駆動して送りねじ（至）を回
転させることによｐ半径方向に移動させ、半径方向中央
部である半径ｒでターンテーブル（２望の移動を停止さ
せる（ブロック（４５）　）。ついで、駆動制御部（１
１からの信号ｃＤによりターンテーブル翰回転用の第１
のモータａ６）を回転させる（ブロック（４Ｇ）　）。

しかして、上記半径ｒ位置において被検査物（８）を例
えば１０周させる。この期間内において、光電変換器（
２旬からは。

受光量に対応した大きさの電圧値を有するアナログ検出
信号ＳＡがＡ／Ｄ変換器の湯に出力される。ついで、と
のＡ／Ｄ変換器（３２１にては、検出信号ＳＡがＡ／Ｄ
変換され（ブロック（４？）　）　、ディジタル検出信
号ＳＢが平均値算出部（ホ））に出力される。一方、ロ
ータリ・エンコーダαηからは、ターンテーブル（２功
の回転開始時と、回転中に回転開始信号Ｒｓ及び回転位
置を示す回転位置信号ＲＰ　（３６０パルス／回転）が
サンプリング制御部Ｃ３５）に出力される。すると、と
のサンプリング制御部０９からは信号Ｒ８，Ｒ・Ｐに基
づき。

ターンテーブル（２邊の回転を示すサンプリング信号Ｓ
Ｃが平均値算出部（財）に出力される。このサンプリン
グ信号ＳＣは、ターンテーブル（２々が１回転するとと
に３６０パルス出力されるパルス信号である。この平均
値算出部（３４）にては、上記サンプリング信号ＳＣに
同期して検出信号ＳＢを記憶し、これにより得た全デー
タ（Ｘｌ、Ｘ２．・・・、Ｘｎ）Ｌ７）算術平均値ｖＡ
が求　　　１１められる（ブロック（４秒）。ついで、
平均値ｖＡは。

第２のメモリ部（４１）にいったん記憶されたのち、　
ＣＰＵ（４０にて、ごみ、欠陥等の表面欠陥の大きさに
対応してあらかじめ第２のメモリ部０Ｄに設定されてい
るレベルＬ、、Ｌ、、Ｌ、が平均値７人に各別に加算さ
れスレッショルドレベルＴｓ　、　ＴＩ　、　Ｔｓ　カ
３１’　出すレル（ブロック０９））。たとえば、第４
図に示すよろに、最も小さい欠陥（１０μｍ以下）を検
出するレベルをＬｌとすると、ＴＩ　（＝　ＶＡ　＋　
Ｌｌ　）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”　Ｌ
ｌ　ｌ　Ｌｓ　（ただし、Ｌｌ＜Ｌ、　＜　Ｌｓ）を設
定し、これらのレベルＬ２．Ｌ、を平均値ｖＡに加算し
てスレッシ四ルドレベルＴ、、Ｔ、を求める。しかして
、これらスレッショルドレベルＴＩ’、　Ｔｔ、　Ｔｓ
ｌ”ｉ：、システムバス（至）を介して欠陥分類部０７
）に転送・設定される。

つぎに、ターンテーブル（２３を駆動制御部翰からの信
号ａＳにより第２のモータ←ｅを駆動して半径方向に移
動させ、レーザビームが被検査物（８）の中心を照射す
るように、図示していないリミットスイッチ等により１
位置を検出してターンテープ）ｖ（２３を停止させる（
ブロック（至））。さらに、第２のモータ（２６）を駆
動して１トラツク分半径方向にターンテーブル（２巧を
移動させる（ブロック６Ｉ））。このとき、１トラツク
は、レーザ光のスポット径ｄをあらかじめ測定しておき
、その８０〜９０％すなわち（０，８〜Ｑ、９）ｘｄと
する。つぎに、前と同様にしてターンテーブル（２２を
回転させる。すると、サンプリング制御部（ハ）には、
ロータリ・エンコーダ住ηからは回転開始と同時に回転
開始信号Ｒ８が、また１回転につき３６０パルスずつ回
転位置信号Ｒｐが出力される。

これらの信号ｇｓ　、　ｇｐを入力したサンプリング制
御部Ｇつからは、１回転Ｌ２つき３６０パルスのサンプ
リング信号ＳＣがピーク検出部０罎に印加される（ブロ
ック働）。一方、　Ａ／Ｄ変換器０２にては、前と同様
にして光電変換器（イ）から出力されたアナログ検出信
号ＳＡがディジタル検出信号５ＢＫＡ／Ｄ変換される。

このときのＡ、／Ｄ変換のサンプリング間隔は、第４図
に示すように、信号ＲＰの１周期あた９８回とする。仁
のディジタル検出信号８Ｂは、ピーク検出部（ハ）に出
力される。しかして、ピーク検出部（至）にては、サン
プリング信号ＳＣの入力と同期してとのすンプリング信
号ＳＣの１周期ごとにピーク値が求められる（ブロック
６階）。求めたピーク値を示すピーク信号ＳＤは逐次に
第１のメモリ部（至）に出力され所定のアドレスに格納
される。しかして、１回転分のデータ（３６０個）を第
１のメモリ部（ト）に書き込むと、ターンテーブル（櫓
をさらに半径方向に１トラック分移動させ、再びサンプ
リング信号ＳＣにより同様に１回転分のデータを書き込
む（ブロック（財））。このようにして、所定のｎトラ
ック分走査する（ブロック５！１９　）。かくして、第
１のメモリ部（至）には、第５図に示すように、被検査
物（８）の中心から同心状にｎトラックに分割され、さ
らに１゜ごとに径方向に分割された扇状領域のピーク値
データ（Ｘｎ　、θ）が第６図に示すように格納されて
いる。つぎに、第１のメモリ部（至）からは、ピーク値
データ（Ｘ、、θ）を示すディジタル信号が欠陥分類部
０ηに出力される。すると、この欠陥分類部（３７）に
ては、すでに設定されているスレッショルドレベルＴ１
　＋　Ｔｔ　＋　％により欠陥を大きさ別に分類する。

すなわち、最も小さい欠陥（１，０μｍ以下）を検出す
るために全データに対して、前記スレッショルドレベル
Ｔ、（＝　Ｖ人＋Ｌｔ）ト比較り、このスレッシ璽ルド
レベ／Ｌ／Ｔ、よシ大きいデータを欠陥データとする。

さらに大きい欠陥を検出するために、全データをスレッ
ショルドレベルＴ、　（＝　ＶＡ＋Ｌ２）おヨヒスレッ
ショルドレベルＴｓ　（””　ｖ、　＋Ｌｓ　）　ト比
ｔＺ　Ｌ　。

これらのスレッショルドレベルＴ、、Ｔ、よシ大きいデ
ータを欠陥データとし、大きさ別に分類する。

分類された欠陥データは第２のメモリ部（４１）にて記
憶する（ブロック（支））。しかして、ＣＰＵ（４０に
ては。

得られた欠陥データを極座標系から直交座標系に変換し
、　　ｌｉｍｘｌｉｉの画素中に欠陥データが何個ある
か否かを演算する。さらに、この直交座標系に変換され
た欠陥データの分布及び欠陥の大きさ別の個数を表示機
構（１１）にて表示させる（ブロックＩ！５７））。

このとき１画素の中に複数の欠陥が存在する場合は、最
も大きい欠陥データをその画素の欠陥データとして表示
させる。最後に、ターンテーブル（２）　　　　１の回
転を停止しくブロック（ハ））、ターンテーブル（社）
を元の位置にもどし被検査物（８）を取シはずして検査
終了となる（ブロック１１］→）。

以上のように、本実施例の表面検査装置によれば、被検
査物が異った場合や、被検査物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、
各被検査物ごとに被検査物の任意に選択された半径ｒの
位置における任意周分のデータの平均値ｖＡを求め、こ
の平均値７人に対して欠陥検出するための欠陥の大きさ
に対応した複数のレベルＬ＋　、　Ｌ２　、　Ｌｓ　を
加算シてスレッショルドレベルＴ１．　Ｔ、　、　Ｔ３
を設定しているため、各被検査物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１表面
欠陥を正確に検出することができる。また、平均値ｖＡ
の算出は、被検査物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。

なお、上記実施例においては１回転位置信号として３６
０パルス／回転を用いているが、適宜に選択してよい。

また、上記実施例においては、平均値７人算出は、実際
の検査前に、被検査物００）の特定半径ｒ位置における
データに基づいているが、複数の異なる半径位置におけ
るデータに基づいて平均値を求めてよい。

さらに、上記実施例においては、ピーク検出部器からの
ピーク値データは、いったん第１のメモリ部（陶に記憶
させるようにしているが、ピーク信号ＳＤを直接、欠陥
分類部０？）に入力させ、リアルタイムで欠陥分類を行
わせたのち１分類された欠陥データを第１のメモリ部（
至）又は第２のメモリ部（４Ｄに格納させるようにして
もよい。

〔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、被検査物にソリがあった場合等欠陥
の々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
して欠陥検出するための複数のレベルを加算シてスレッ
ショルドレベルを設定しているため、各被検査物ごとに
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。

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。したがっ
て１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図は本発明の一実施例の表面検査装置の全体構成図
、第２図及び第３図は第１図の表面検査装置の作動を説
明するための７０−チャート、第４図はデータサンプリ
ングを示すタイミングチャート、第５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６図は一
部メモリ部におけるデータ書込み例、第７図は従来の表
面検査方法を説明するだめの図、第８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である。 （８）：被検査物、　　　　（１２）：保持部、（１３
）　：照射部、　　　　　　（ｌ功：ターンテーブル。 α６）：（第１の）モータ、　α椋：送り部、＠：積分
球、　　　（ｚ７ａ）　：開口部、（イ）：レーザ光発
振部、　　翰：光電変換部。 （至）：透“孔、　　　　　　Ｇ汐：Ａ／Ｄ変換器。 （ハ）：ビーク検出部、　　　ｔ３ｉ　：平均値算出部
、Ｇカニ欠陥分類部（欠陥検出部）。 Ｇ！１：中央制御部。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 （紙か１名） 第２図 第３図 ｓ４図 第５図 第６図 第７図 第８図 時間

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、このター
   ンテーブルを回転させるモータと、上記ターンテーブル
   を上記モータによる回転軸線に直交する方向に進退させ
   る送り部とを有する保持部 （ロ）開口部を有しこの開口部を上記ターンテーブルに
   近接して配設された積分球と、この積分球に連設され上
   記開口部を経由して上記ターンテーブルに載置された被
   検査物にレーザ光を斜めから照射するレーザ光発振部と
   、上記積分球に連設され上記積分球により集光された上
   記被検査物にて反射したレーザ散乱光を光電変換する光
   電変換器を有し、上記積分球には上記被検査物にて反射
   したレーザ正反射光を外部に放射させる透孔が穿設され
   た照射部 （ハ）上記光電変換器から出力されたアナログ検出信号
   をアナログ−ディジタル変換するアナログ−ディジタル
   変換器 （ニ）上記アナログ−ディジタル変換器から出力された
   ディジタル検出信号の平均値を求める平均値算出部 （ホ）上記アナログ−ディジタル変換器から出力された
   ディジタル検出信号を入力し一定期間ごとのピーク値を
   求めるピーク検出部 （ヘ）上記平均値算出部にて算出された平均値に基づい
   て上記被検査物の表面欠陥検出のためのスレッショルド
   レベルが設定され、かつ上記ピーク検出部にて求められ
   た上記ピーク値を示す信号を入力して上記スレッショル
   ドレベルと比較演算を行い比較結果に基づいて上記表面
   欠陥の判定処理を行う欠陥検出部 （ト）上記保持部及び上記平均値算出部及び上記欠陥検
   出部のシーケンス制御を行い、かつ上記欠陥検出部にお
   いて求められた欠陥データを記憶する中央制御部