JPS62238445A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、半導体ウェハなどの被検査物の表面の異物
などを検出する表面検査装置に関する。

［従来の技術］ ゛１４導体ウェハなどの表面検査装置として、被検査物
を回転ステージに保持させ、その回転ステージを調速回
転させながら被検査物の表面に光ビームを照射し、その
被検査物の表面からの反射光を光学系を通じて光電素子
によって受けて電気信号に変換し、この電気信号に基づ
き被検査物の表面の兇物または欠陥を検出するものがあ
る。

このような表面検査装置の検査性能を左右する姿因の−
・つに、光学系と被検査物表面との焦点合わせ精度があ
る。そこで従来から、回転ステージを垂直方向（光学系
の光軸方向と一致している）に移動させて焦点合わせを
行うことができようにしている。しかし従来の装置は、
その回転ステージの移動による焦点合わせはＬ動操作に
よって行う構成である。また、回転ステージの移動のた
めの動力源として、モータが用いられている。

［解決しようとする問題点コ このようにＬ動によって焦点調整を行うため、１に点調
節に手間がかかり調節誤差も大きくなりやすく、また調
節作業に熟練を要するという問題があった。

半導体ウェハのように厚さのばらつきが比較的大きい被
検査物を検査する場合、個々の被検査物毎に焦点調整を
行うのが望ましい。しかし手動による焦点調節であるた
め、そのようなことは作業能率などの而から実際１−不
可能であり、一度焦点合わせを行った後、そのままの状
態で同一種類の被検査物を多数個検査しているのが現状
である。

そのため、被検査物の厚さのばらつきによる焦点ずれが
起こり、検査精度が低下するという問題があった。

また、半導体ウェハは反りを生じやすい。このような反
りがあったり、部分的に厚さが違う被検査物を検査する
場合、検査位置に応じて焦点調節を行う必要がある。し
かし従来装置においては、そのような検査位置に応じた
焦点調節を行うことは不ｉ＋７能であるため、被検査物
に反りまたは部分的な厚さ変化があると、検査精度が低
下するという問題があった。

［発明の目的コ したがって、この発明の目的は、検査中に光学系と被検
査物表面との焦点合わせを逐次行うように構成し、前述
のようのな従来技術における問題点を解決した表面検査
装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明は、ステージに保
持された被検査物の表面に光ビームを照射し、その被検
査物の表面からの反射光を光学系を通じて光電素子によ
って受けて電気信号に変換し、この電気信シ、ｔに基づ
き前記被検査物の表面の異物などを検出する表面検査装
置において、ピエゾ素子を動力源として前記ステージと
前記光学系をその光軸方向に相対的に移動させる移動手
段と、前記被検査物の表面と前記光学系の焦点とのずれ
１、ｔを検出する検出手段と、この検出手段により検出
−されたずれ量に応答して前記移動手段による前記相対
的移動を制御する制御手段とを具備せしめ、前記被検査
物の表面の検査中にその表面に前記光学系の焦点を合わ
せるように前記ステージと前記光学系との間隔を逐次調
節させるものである。

［作用コ このように検査中に、ステージに保持された被検査物の
表面に光学系の焦点が自動的に逐次合わせられるため、
手動調整に比べ焦点調節誤差を容易に減少させ得ること
は勿論のこと、被検査物の厚さのばらつきが大きい場合
でも、個々の被検査物の厚さに応じて焦点調節がなされ
るので、厚さのばらつきによる影響は大幅に減少する。

さらに焦点調節のためのステージと光学系との相対的移
動殻の動力源は、モータなどに比べ応答速度がはるかに
高いピエゾ素子を用いているため、被検査物と光学系と
を高速に相対移動させながら検査を行う場合でも、被検
査物の表面に精度よく追従させて焦点合わせを行うこと
ができる。したがって、反りや部分的厚さ変動の大きな
被検査物についても、高精度の検査が可能となる。

［実施例］ 以下図面を参照し、この発明の一実施例について説明す
る。

第１図は、この発明による表面検査装置の一実施例の主
要部の構成を示す概略図である。この図において、１０
は回転ステージであり、その保持面←ヒ面）に半導体ウ
ェハのような被検査物１２が負圧吸着によって保持され
るようになっている。

この回転ステージ１０の軸部１４の内部には負圧吸着の
ためのエアー通路１６が形成されており、その一端は保
持面に形成されたエアー吹込み口（図示せず）と接続さ
れ、他端は軸部１４の側面に開Ｌ−１させられている。

その開［１部に対向する貫通穴（図示せず）が筒体１８
に形成されており、この貫通穴とエアー通路１６とを気
密に連絡するための回転シール（図示せず）が筒体１８
の内側に設けられている。また、この貫通穴は図７Ｎし
ないム：Ｌ空ポンプに接続されている。

この真空ポンプによって、回転ステージｌＯの保持面と
被検査物１２との間のエアーが引き出され、被検査物１
２は保持面に強固に負圧吸着される。

さて、軸部ｌＢはそれを取り囲む筒体１８に玉軸受など
の軸受２０を介し、回転自在であるが軸方向には移動不
可能に支承されている。この筒体１８は、ころ軸受など
の軸受２２を介し、上下方向に所定量だけ移動自在に筒
体２４に支承されている。この筒体２４は横移動ステー
ジ２６に固定されている。

２８は回転ステージ１０の回転駆動のためのモータであ
り、横移動ステージ２６に固定されている。このモータ
２８の回転軸はカップリング３０を介して軸部１４の下
端と結合されている。このカップリング３０はモータ２
８の軸と軸部１４との相対的回転は許さないが、軸方向
（４−下方向）については僅かな（例えば数ｍｍ程度の
）相対的移動を許容するものである。このようなカップ
リング３０としては、入力端の回転力を板ばね部材を介
して出力側へ伝達するような型式のものを用いることが
できる。

このような構造であるから、回転ステージｌＯは回転自
在であり、かつ所定量だけ一ヒ下に移動可能である。

後述の焦点調節のために、動力源としてのバイモルフ型
ピエゾ素子３２と、その変位を筒体１８に伝えるための
レバー３６が設けられている。ピエゾ素子３２の一端は
取り付は部材３４を介して横移動ステージ２６に固定さ
れ、他ｉ−はレバー３６の外端に係合させられている。

レバー３６は筒体１８に、支軸３８によって一１ユ下に
回動自在に取り付けられている。このレバー３６の内端
にはローラ４０が回転自在に取り付けられており、この
ローラ４０は筒体１８の底面に係合するようになってい
る。

このような構成であるから、ピエゾ素子３２に電圧を印
加し、それを５４ませてレバー３６を回動させることに
より、筒体１８とともに回転ステージＩＯを上下に移動
させることができる。

人物検出に直接関係する構成について説明すれば、４４
はＳ偏光レーザ発振器である。ここから放射されるＳ偏
光レーザビームはシリンドリカルレンズ４６によって−
Ｌ下方向に絞られてから、被検査物１２の表面に例えば
２°の照射角度にて斜めに照射される。

照射点に異物があると、Ｓ偏光レーザビームは人物の表
面（微小の凹凸がある）により散乱されて偏光面が乱れ
るため、真上方向への反射レーザ光にＰ偏光成分が多量
に含まれる。

照射点に異物がない場合、照射レーザビームはほぼ全損
が正反射されるため、真上方向の反射レーザ光のＰ偏光
成分は充分に少ない。

被検査物１２がパターン付き半導体ウェハの場合、Ｓ偏
光レーザビームの照射点にパターンが存在することもあ
る。その場合、真上方向への反射光電がかなり多くなる
ことがある。しかし、パターンの表面は微視的には平滑
であるため、頁−に方向への反射レーザ光に含まれるＰ
偏光成分はわずかである。

この実施例の装置にあっては、そのようなＰ偏光成分の
多少と異物の有無との関係に着目して異物を検出する。

被検査物表面から真を方向の反射レーザ光は、光学系４
８によってＰ偏光成分だけが抽出されてホトマルチプラ
イヤ（光電素子）５０に入射する。

この光学系４８は対物レンズ５２、スリット５４および
Ｓ偏光カットフィルタ（偏光板）５６を直列配置したも
のである。

ホトマルチプライヤ５０からは入射されるＰ偏光レーザ
光の強さに比例した電気信号が出力される。この電気信
号はレベル比較回路５８によって異物判定閾値と比較さ
れる。レベル比較回路５８の出力信号は照射点における
異物の有無を示すものであり、照射点に異物が存在する
時に論理“１”レベルになり、異物が存在しない時に論
理“０”レベルになる。この信号はマイクロコンピュー
タ６０に入力される。

なお、横方向ステージ２６にはその位置を検出するエン
コーダが設けられており、またモータ２８には回転ステ
ージ１０の回転角度を検出するためのエンコーダが設け
られている。これらのエンコーダの出力信号も、照射点
の位置情報信号としてマイクロコンピュータ６０に入力
される。

６２はモータ駆動回路である。このモータ駆動回路６２
はマイクロコンピュータ６０の制御に従って、回転ステ
ージ駆動用モータ２８および横移動ステージ２６の駆動
用モータ（図示せず）を駆動する。

再び焦点合わせに関連して説明する。光学系４８の焦点
と被検査物１２の表面さのずれ＠（焦点ずれ埴）を検出
するための手段として、被検査物表面に対向させて静電
容量変位計６４が光学系４８に取り付けられている。こ
の静電容量変位計６４は、被検査物１２の表面との間の
静電客用を利用し、被検査物表面の基準位置からの変位
に比例した電気信号を出力する。ここでは焦点ずれ川が
ゼロの時にその変位がゼロとなるように、静電容：１１
．変位計６４の取り付は高さが調節されている。

したがって、光学系４８と被検査物表面との焦点ずれ酸
に比例した電気信号が静電容量変位計６４から出力され
る。

静電容量変位計６４の出力信号はピエゾ素子駆動回路６
θに入力される。このピエゾ素子駆動回路６６は、その
入力信号に応答し、焦点ずれ量を減少させるようにピエ
ゾ素子３２を変位させるための電圧をピエゾ素子３４に
印加する。

次に、この表面測定装置の全体的動作および焦点自動調
整動作について説明する。

Ｓ偏光レーザビームの照射点が被検査物１２の外周近傍
に来るように、横移動ステージ２６はマイクロコンピュ
ータ６０によって位置を制御される。その位置制御が完
了すると、マイクロコンピュータ６０によってモータ２
８が起動されるとともに、横移動ステージ２６は一定速
度で移動するように制御され、表面検査が始まる。

回転ステージ１０の回転と横移動により、被検査物１２
の表面はＳ偏光ビレーザ光ビームによって螺旋状に走査
される。マイクロコンピュータ６０においては、レベル
比較回路５８からの人力信号をサンプリングし、その“
１”レベル信号が人力されると、異物が検出されたと判
定し、その時の位置情報（前記エンコーダより入力され
る）を内部のメモリに記憶する。

このようにして表面検査が進み、Ｓ偏光レーザ光ビーム
による走査が被検査物１２の中心まで達すると、マイク
ロコンピュータ６０によって横移動ステージ２６および
回転ステージ１０は停止させられ、表面検査は終了する
。

そのような表面検査の期間において、光学系４８と被Ｊ
ｅ！査物表面との焦点ずれ用が静電容量変位計６４によ
って常時検出され、その焦点ずれ量に比例した信号がピ
エゾ素子駆動回路６６に人力される。この信号に応じて
ピエゾ素子駆動回路６６は、焦点ずれを打ち消すように
ピエゾ素子３２を変位させる。

例えば被検査物表面が低すぎる時には、ピエゾＪ　：ｆ
’−３２はド側に変位してレバー３６を時計回り向きに
回動させることにより、回転ステージ１０を１−外させ
る。逆に被検査物表面が高すぎる時には、ピエゾ素子３
２は」二側に変位してレバー３６を反時計回り向きに回
動させることにより、回転ステージ１０を下降させる。

このようにして、検査中に回転ステージ１２の高さが逐
次調節されて焦点合わせが行われる。

ここで、ピエゾ素子３２は１ｏＯＨｚ以上の応答速度を
持つものが容易に入手できる。したがって、回転ステー
ジ１０の回転速度が１５０ｏｒｐｍであるとすれば、毎
秒２５回以上の焦点合わせが可能である。このように応
答が早いピエゾ素子３２を動力源として回転ステージ１
０を上下移動させるため、被検査物表面に追従させて焦
点を高精度に合わせることができる。したがって、被検
査物１２に反りがあったり部分的に厚さが変動しても、
被検査物表面のほぼ全域について焦点ずれを充分小さく
抑え、高精度の検査を行うことができる。

また、個々の被検査物１２毎に前述のような焦点合わせ
が行われるから、厚さのばらつきの大きな被検査物につ
いても高精度の検査が可能である。

なお、従来のようにモータによって回転ステージｌＯの
高さを調節するような構成では、そのモータをピエゾ素
子３２と同様に制御するようにしても応答が遅く、充分
な焦点合わせ性能を期待できない。

以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明はそれだけに限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲内で種々の変形が許されるものである。

例えば、前記実施例にあっては回転ステージ側をＬ下に
移動させることによって焦点合わせが行われたが、逆に
光学系側をＬ下に移動させるようにしてもよい。

前記実施例においてはバイモルフ型ピエゾ素子を動力源
として用いているが、積層型ピエゾ素子を用いることも
できる。

１）；１記実施例において、回転ステージの高さ調整範
囲を大きくしたい場合、ピエゾ素子を動力源として高さ
の微調整を行わせ、１猜さの粗調整をモータを用いて杼
うようにすることも可能である。

さらに焦点合わせのための回転ステージまたは光学系の
高さ調節を、サンプル値制御またはデジタル制御によっ
て行うようにしてもよい。

前記実施例においては静電変位計を用いて焦点ずれ量を
直接的に検出したが、光学系と被検査物表面との間隔を
測定し、その間隔から標準間隔を減算して焦点ずれ量を
求めるというように、焦点ずれ量を間接的に検出しても
よい。さらに、その検出手段は静電容量変位計以外のも
のでもよ°い。

前記実施例は被検査物を高速回転させつつ横移動させる
ことにより、被検査物を螺旋状に走査しながら検査する
ものであったが、被検査物と光学系とを相対的に水・［
移動させてＸ−Ｙ走査しながら検査するものにも、さら
には被検査物をＹ方向に移動させ、光ビームをＸ方向に
振ることにょうてＸ−Ｙ走査するものにも、この発明は
同様に適用できるものである。

［発明の効果コ 以−に説明したように、この発明は、ステージに保持さ
れた被検査物の表面に光ビームを照射し、その被検査物
の表面からの反射光を光学系を通じて光電素子によって
受けて電気信号に変換し、この電気信号に基づき前記被
検査物の表面の異物などを検出する表面検査装置におい
て、ピエゾ素子を動力源として前記ステージと前記光学
系をその光軸方向に相対的に移動させる移動手段と、前
記被検査物の表面と前記光学系の焦点とのずれ量を検出
する検出手段と、この検出手段により検出されたずれ量
に応答して前記移動手段による前記相対的移動を制御す
る制御手段とを具備せしめ、前記被検査物の表面の検査
中にその表面に前記光学系の焦点を合わせるように前記
ステージと前記光学系との間隔を逐次調節させるもので
あるから、手動調整に比べ焦点調節誤差が少ないことは
勿論のこと、厚さのばらつきが大きい被検査物でも、反
りや部分的厚さ変動の大きな被検査物についても、焦点
を正確に合わせて高精度の検査が可能な表面検査装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による表面検査装置の構成を示す概略
図である。 １０・・・回転ステージ、１２・・・被検査物、１４・
・・軸内＜、２０．２２・・・軸受、２６・・・横移動
ステージ、３２・・・バイモルフ型ピエゾＸ子、３Ｂ・
・・レバー、４４・・・Ｓ偏光レーザ光発振器、４８・
・・光学系、５０・・・ホトマルチプライヤ、６４・・
・静電容置変位計、６６・・・ピエゾ素子駆動回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステージに保持された被検査物の表面に光ビーム
   を照射し、その被検査物の表面からの反射光を光学系を
   通じて光電素子によって受けて電気信号に変換し、この
   電気信号に基づき前記被検査物の表面の異物などを検出
   する表面検査装置において、ピエゾ素子を動力源として
   前記ステージと前記光学系をその光軸方向に相対的に移
   動させる移動手段と、前記被検査物の表面と前記光学系
   の焦点とのずれ量を検出する検出手段と、この検出手段
   により検出されたずれ量に応答して前記移動手段による
   前記相対的移動を制御する制御手段とを有し、前記被検
   査物の表面の検査中にその表面に前記光学系の焦点を合
   わせるように前記ステージと前記光学系との間隔を逐次
   調節するようにしてなる表面検査装置。
2. （２）ステージは回転駆動されるものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の表面検査装置。
3. （３）検出手段は被検査物の表面に対向させて光学系に
   固定された静電容量変位計であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の表面検査装置。