JPS6313342A - 微細異物検査装置 - 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〕 ゛　本発明は、微細異物検査装置に係り、特に半導体製
造工程におけるウェハに付着した微細異物の検出、分析
等を行なう微細異物検査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、かかる微細異物検査装置として特開昭６０−２１
８８４５号公報に記載された装置が知られているにれに
よると、真空容器内に水平回転可能に、かつ水平１軸方
向に移動可能に設けられたテーブル上にウェハを載置し
、そのウェハを真空容器内に臨んで設けられたレーザビ
ーム照射手段の視野内と、ＳＥＭ　（走査型電子顕微鏡
）の視野内、およびそれらの視野間を移動可能にし。

ウェハ面にレーザビームを走査してその散乱反射光の受
光レベルにより異物の有無と位置を検出し、これに基づ
いてＳＥＭにより異物の観察をするようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記公報に示されたものによれば、モー
タ駆動のテーブルを回転又は移動することにより、ウェ
ハ面にレーザビームを走査するようにしていることから
、走査速度に限界があるという改良点を有するものであ
った。特に０．３μｍ以下の微細異物の位置を正確に検
出するような場合には、それに応じてレーザビームの照
射域径（レーザスポシト）が小さくなって走査ライン数
が増し、検査に要する時間がその分長くなる。

また、レーザビーム走査をテーブル移動のみで行なって
おり、特に潤滑油が必要な回転駆動機構を、真空チャン
バ内に設置しなければならない構成となっていることか
ら、潤滑油の蒸発等による異物がウェハに付着したり、
真空度が低下する恐れが考えられる。　本発明の目的は
、上記従来の問題点を解決すること、言い換えれば、レ
ーザビーム走査速度を向上させるとともに、真空チャン
バ内に設置される回転Ｎ動機構等の不純物発生源を減ら
した微細異物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〕

本発明は、上記目的を達成するため、電子顕微鏡を備え
た真空チャンバと、この真空チャンバ内の水平２軸方向
に摺動可能に設けられたＸＹテーブルを有してなる試料
移動装置と、前記真空チャンバの器壁に設けられた光透
過窓を介し、前記ＸＹテーブルに載置された試料の一軸
方向にレーザビームをスキャナにより走査するレーザビ
ーム走査装置と、前記レーザビームをハーフミラ−を介
して光学スケールに導びきレーザスポット位置を検出す
るレーザスポット位置検出装置と、前記試料から反射さ
れるレーザビームの散乱光を検出し。

当該散乱光強度が一定レベル以上のときに異物検知信号
を出力する異物検知装置と、この異物検知信号が出力さ
れたタイミングにおける前記レーザスポット位置と前記
ＸＹテーブルの位置に基づいて異物位置を求めるととも
に、この異物位置を前記電子顕微鏡の視野内の指定位置
に移動する指令を前記試料移動装置に出力する制御装置
と、を含んでなることを特徴とする。

〔作用〕

このように構成されることから、レーザビーム走査装置
のスキャナを駆動してレーザビームを一軸方向に走査す
るとともに、ＸＹテーブルをそれに直交する方向に駆動
して、ＸＹテーブル上に載置された試料の全面にレーザ
ビームを走査する。

試料面に異物が付着していると、試料面の散乱光の強度
変化に基づいて異物検知装置から異物検知信号が出力さ
れる。

この異物検知信号が出力されたタイミングにて前記レー
ザスポット位置と前記ＸＹテーブルの位置に基づいて異
物位置が検出される。

そして、この異物位置データに基づいてＸＹテーブルが
移動され、電子顕微鏡の視野内の指定位置に当該異物が
移動される。

〔実施例〕

以下１本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図と第２図に本発明の一実施例の構成図を示す。そ
れらの図に示すように、基本的には試料移動装′ｃ１１
、制御装置２、レーザビーム走査装置３、レーザスポッ
ト位置検出装置４、異物検知装置５、ＳＥＭ（走査型電
子顕微鏡）６．ＸＭＡ（Ｘ、１１マイクロアナライザ）
７などを含んで形成されている。

試料移動装置１は、試料としてのウェハ１１が載置され
るＸＹテーブル１２と、ＸＹテーブル１２を図示Ｘ軸方
向に摺動自由に支承するベースプレート１３と、ＸＹテ
ーブル１２をＸ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ移動するＸ
テーブル駆動装置１４とＹテーブル駆動装置１５とを有
して形成されている。ＸＹテーブル１２はベースプレー
１−１３上にＸ軸方向摺動自由に支承されたＸテーブル
１２ａと、このＸテーブル１２ａにＹ軸方向摺動自由に
支承されたＹテーブル１２ｂからなっている。Ｘテーブ
ル駆動装５！１４とＹテーブル駆動装置１５は、それぞ
れ回転自由に軸支されたボールねじ１６と、このボール
ねじ１６に螺合されたすニヤガイド１７と、このリニヤ
ガイド１７に一端が固定されたロッド１８と、前記ボー
ルねじ１６に継手１９を介して係合されたサーボモータ
２０とを含んで形成されている。Ｘテーブル駆動装置１
４に係るロッド１８の他端はＸテーブル１２ａに固定さ
れ、Ｙテーブル駆動装置１５に係るロッド１８の他端は
摺動子２８を介し、Ｙテーブル１２ｂのＸ軸方向に延設
されたガイド２９にＸ軸方向摺動自由に係止されている
。なお、サーボモータ２０を除く上記の試料移動装置１
の構成部品は、真空チャンバ８（一部図示）内に収納さ
れており、サーボモータ２０の動力伝達軸と真空チャン
バ８器壁とのシールは継手１９部に設けられている。し
かして、ＸＹテーブル１２はウェハ１１の位置を、異物
ａ察、分析位置（図示実線で示した位置）と異物検出位
置（図示一点鎖線で示した位りに移動することができる
ようになっている。

レーザビーム走査装置３はＨａ　−Ｎ　ｅ形のレーザ源
３１と、レーザ源３１から出射されるレーザビーム３２
を走査方向に振らすガルバなどのスキャナ３３と、この
スキャナ３３により振らされたレーザビーム３２を反射
し、図示していない真空チャンバの器壁に設けられた光
透過窓を介して、ウェハ１１の上面（検査面）に略沿直
に照射するミラー３４とを含んで形成されている。

レーザスポット位置検出装置４は前記ミラー３４とウェ
ハ１１との間のレーザビーム光路に配置されたハーフミ
ラ−４１と、このハーフミラ−４１により反射されたレ
ーザビーム光路に配置され、等間隔に形成されたスリッ
ト状の開口からなる目盛を有する光学スケール４２と、
これを通過したレーザビームを受光するフォトマルチプ
ライヤ（以下、フォトマルと略す）４３とを有して形成
されている。これによりレーザビームをウェハ１１上面
のＸ軸方向に一定幅で振らすとともに、そのレーザスポ
ット位置を光学スケール４２とフォトマル４３によって
検出するようになっている。

異物検知装置５は、ウェハ１１面のレーザスポットから
の散乱反射光を受光する受光端５１と。

フォトマル５２とを含んで形成されている。なお、受光
端５１は光ファイバなどにより形成され、その先端を異
物検出位置のウェハ１１の上面に近接させて真空チャン
バ内に設置されている。

ＳＥＭ６は異物観察、分析位置のウェハ１１の上方に臨
ませて配置され、ＸＭＡ７はその検出部先端を同一位置
のウェハ１１の上面側方に臨ませて配置されている。そ
して、ＳＥＭ６によりウェハ１１に付着した微小異物を
数千倍（例えば３．０００倍）に拡大して形状等を観察
し、あわせてＸＭＡ７により異物から放出される二次電
子を捕集し、異物の組成等を分析するようになっている
。

制御装置２は、第２図に示すブロック構成を有している
。ＸＹテーブル１２のＸ軸方向位置ＸｔとＹ軸方向位［
Ｙｔは、それぞれＸテーブル１２ａとＹテーブル１２ｂ
に対応させて設けられたＸテーブル位置検出器２１とＹ
テーブル位置検出器２２により検出され、制御装置２の
Ａ／Ｄ変換器２３に入力されている。これら位置検出器
２１゜２２は周知のりニヤスケール又はレーザ干渉測長
器などを用いることができる。また、Ａ／Ｄ変換器２３
にはレーザスポット位置検出装置３６により検出された
レーザスポット位置（Ｘ軸方向走査位置）ＸＱと、異物
検知装置４ｏから出力されるパルス状の散乱光検出信号
Ｓが入力されている。

それらの位置データは散乱光検出信号Ｓをトリガ信号と
してＡ／Ｄ変換器２３に取込まれメモリ２４に記憶され
る。演算部２５はメモリ２４内の位置データに基づいて
異物の位置座標（Ｘｄ。

Ｙｄ）を求めた後、その異物をＳＥＭ６の視野中心に収
めるための移動目標位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）を求め、Ｘ
Ｙテーブル駆動コントローラ２６に出力する。これによ
りＸＹテーブル駆動コントローラ２６はサーボモータ２
０を駆動して、異物をＳＥＭ６の視野中心に移動するよ
うになっている。

このように構成された実施例の動作について、次に説明
する。

レーザ源３１から発せられたレーザビーム３２は、スキ
ャナ３３とミラー３４によって反射され。

ハーフミラ−４１に導びかれる。ハーフミラー４１を透
過されたレーザビームはウェハ１１上面に焦点を結び、
ハーフミラ−４１により反射されたレーザビームは光学
スケール４２上に焦点を結ぶ。そして、スキャナ３３を
一定範囲の角度幅で振らして、レーザスポットをウェハ
１１面上のＸ軸方向に往復走査し、これに合わせてＸＹ
テーブル１２をＹ軸方向に移動して、ウェハ１１の全面
にレーザスポットを走査する。

光学スケール４２に導びかれたレーザビームも、上記レ
ーザスポットのＸ軸方向往復走査に一致して、光学スケ
ール上を往復走査される。これにより第３図（Ａ）に示
すように、レーザビームは光学スケール４２に形成され
た一定ピッチのスリット状開口を通過してフォトマル４
３に入射される。

フォトマル４３には同図（Ｂ）に示すようにスリットの
明暗に応じた正弦波信号が発生され、これをパルス整形
してカウントし、レーザスポットの位置ＸＱを検出する
。

このようにして走査されるレーザスポット内のウェハ１
１上に異物が存在すると、その異物によリレーザビーム
が散乱反射され、その散乱光が異物検知装置５に入射さ
れ、異物の大きさに応じた強度を有するパルス状の異物
検知信号Ｓが出力される。この異物検知信号Ｓをトリガ
にしてＡ／Ｄ変換器２３が動作し、そのときの位置デー
タｘｔ。

Ｙｔ、ＸＱと異物検知信号Ｓをメモリ２４に取り込んで
記憶する。このようにしてウェハ１１の全面あるいは所
定の領域を走査して異物の有無が検出され、その位置デ
ータ等がメモリ２４に記憶される。

次に、検出された異物をＳＥＭＳの所定の視野内に移動
する手順について説明する。まず、検出された異物の位
置座標（Ｘｄ、Ｙｄ）は、演算部２５において次式（１
）により求められる。

この異物をＳＥＭＳの視野内に移動するための移動目標
位置座標（Ｘｓ、Ｙｓ）は、演算部２５において次式（
２）により求める。なお、レーザスポット中心の位置座
標の原点は（Ｘ工、Ｙ□）、ＳＥＭＳの電子ビーム中心
の位置座標の原点は（ｘｔ、　ｙｚ）　とし、ＡＸ＝Ｘ
２−Ｘ、。

Δｙ＝Ｙ２−Ｙ、とする。

これにより求められた移動目標位置座標（Ｘｓ。

Ｙｓ）は、ＸＹテーブル駆動コントローラ２６に出力さ
れ、ＸＹテーブル駆動コントローラ２６はこれに従って
ＸＹテーブル１２を移動し、異物をＳＥＭＳの視野内に
収める。

このようにしてウェハ上の微細な異物は自動的に検出さ
れるとともに、ＳＥＭＳの視野内に設定されることにな
り、ＳＥＭＳの電子ビーム走査により異物の形状等をＣ
ＲＴ表示して１１１ｍすることができる。また、その電
子ビーム走査により異物から放出される二次電子をＸＭ
Ａ７により補集して、異物の組成等を分析することがで
きる。

ここで、検査しようとする微細異物の最小粒径をＤＰと
したとき、レーザスポットの径ＤＱとＳＥＭＳの倍率お
よび視野との関係についてを、第４図を用いて説明する
。例えば、ＤＰ≦０．３μｍの微細異物を検出しようと
する場合、一般にＣＲＴで目視観察するには１ｍ径程度
の像に拡大する必要があることから、ＳＥＭＳの倍率は
３０００倍となる。ＣＲＴの画面をたて７５閤×よこ１
００画とすると、観察対象の視野の大きさは、第４図に
示すようになる。したがって、Ｄｐ≦０．３μｍの異物
を確実に視野内に捕えるには。

異物の位置検出精度として±１５μｍの精度が要求され
る。ところで、前述したように異物の位置はレーザスポ
ットの中心位置によって表わされるから、レーザスポッ
ト径Ｄｆｌを１５μｍ以下に絞ることが必要となり、Ｄ
ｐ≦０．３μｍの場合は、他の要因に係る誤差等を考慮
してＤｆｌ＝１０μｍに設定することが望ましい。

上述したように、第１図実施例によれば、次の効果が得
られる。

（１）　　レーザビームを真空チャンバ外に設けられた
スキャナにより振らして、レーザスポットをつエバ上の
１軸方向に走査するようにしたことから。

レーザスポットの走査速度を向上させることができる。

（２）　　レーザビームをハーフミラ−により分光して
真空チャンバ外の光学スケールにより検出し、レーザス
ポットの位置検出していることから、レーザスポット走
査をスキャナにより行なうようにしても、その位置を検
出することができる。

（３）真空チャンバ内に収納されるＸＹテーブルの駆動
系は、潤滑油が不要な直接摺動機構のみで、潤滑油が必
要な回転軸受とモータは真空チャンバ外に設けているこ
とから、潤滑油蒸気やモータコイル絶縁物蒸気によるウ
ェハの汚染や高真空度（例えば、１０−’　Ｔｏｒｒ）
低下を防止できる。

ここで、レーザスポットの位＠ＸＱの検出方法の他の実
施例について説明する。スキャナ３３は一般に第５図に
示すように、レーザスポットを正弦波状に走査するので
、光学スケール４２上を走査されるレーザスポットの速
度は各位置に応じて変化する。この速度が一定と見做せ
る範囲は図中Ｉで示したスキャンの中心部のごくわずか
な幅である。一方、光学スケールの最小目盛は第３図に
示したように一般に２０〜４０μｍであり、この値まで
は絶対的な光学スケールの精度で位置を検出でき、レー
ザスポットの通過速度には関係がない。

しかし、第４図で説明したように、Ｄｐ≦０．３μｍの
異物を検出しようとすると、位置検出誤差を±１５μｍ
以内におさえなければならないことから、上記光学スケ
ールの分解能では不充分である。そこで光学スケールの
最小目盛内をさらに分割して分解能を上げる必要がある
。最も広く用いられる手法に時間分割法がある。すなわ
ち最小目盛内のレーザスポットの通過速度を一定と仮定
して、目盛の一端を通過した時点でトリガをかけて一定
時間間隔のパルスを発生し、このパルスをカウントすれ
ば、最小目盛内をさらに細く細分することが可能となる
。例えば光学スケール最小目盛を４０μｍとし、さらに
最小分解能を５μｍにする必要があるとすれば、さらに
８分割する必要がある。レーザスポットの走査振幅を８
０ｍ、周波数を１００　Ｈｚとすれば、走査振幅中心に
おける走査速度Ｖは次式（３）で示すことができる。

したがって、５μｍを通過するに要する時間は０．１９
８μｓｅｃとなるので、光学スケールの最小目盛の一端
を通過した時点でトリガをかけて。

０．１９８μｓｅｃごとにパルスを発生させ、これをカ
ウントすれば４０μｍの内部を５μｍの分解能で測定す
ることができる。この方法を用いてなる制御装置２にか
かる他の実施例を第６図に示す。

図において、第２図と同一符号のものは同一機能、構成
のものであり、第２図と異なるのはレーザビームが光学
スケールの最小目盛の一端を通過した時点でトリガされ
るパルス発生器２７を設け、その出力パルスによりＡ／
Ｄ変換器２３をトリガするようにしたことにある。この
トリガパルスの周期は上記した５μｍ分解能の場合０．
１９８μｓｅｃに設定される。

しかし、上述の方法は、レーザスポットの移動速度が一
定と見做せる範囲のみで成立する。即ち、第５図にて説
明したように、レーザスポットの速度はＯから上記速度
まで大幅に変化し、走査幅の中心部では直線性はよいが
、中心部からはずれるに従って、狭い範囲でしか直線性
が成立しなくなる。しかも中心部からはずれるに従って
レーザスポットの形が円形から楕円になり、スポット面
積の増加によって検出精度が低下する。したがって、ス
ポット形が真円で、かつ速度が最も一定している。走査
幅の中心部を用いることが望ましいことになる。しかし
、走査幅の中心部しか用いないのでは、ウェハ全面を走
査するのに多くの時間を要し、実用的でない。

そこで、この点を改良した他の実施例を次に説明する。

まず第１段階として第５図に示した中央部４０箇幅の範
囲を走査幅として走査し、光学スケールの目盛の分解能
を限度として、レーザスポットの粗位置を検出する粗検
出を行なう。なお、４０ｎｎとしたのは、前述したよう
に、レーザスポットの真円が実質的に保持される範囲を
基準としたものである。この粗検出に基づいて異物の位
置を粗検出し、その位置データを例えばＣＲＴ上にマツ
プ表示する。

次に第２段階としてその中のいくつかを選定して精密検
出を行なうようにする。この精密検出における光学スケ
ールの検出方法は前述した５μｍの分解能で行ない、そ
の走査範囲は粗検出により得られた異物位置を含む小さ
な範囲（例えば、ＩＩ角程度）で行ない位置検出精度を
向上させ、微細異物を倍率３０００倍のＳＥＭＳの視野
内に、速やかにかつ確実に捕えることを可能としている
。

したがって、本実施例によれば、レーザスポットの位置
検出を粗検出と精密検出の２段階に分けたことから、検
出時間を長大化することなく位置検出精度を向上するこ
とができ、例えば０．３μｍ以下の大きさの微細異物の
有無と位置を速やかに検出できるとともに、確実にＳＥ
Ｍの視野に捕えることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、レーザビーム走
査速度を向上させるとともに、真空チャンバ内に設置さ
れる回転駆動機構等の不純物発生源を減らすことができ
ることから、微細異物の検査時間を低減できるとともに
、真空チャンバ内におけるウェハの新らたな汚染や、高
真空度の低下を防止することができるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は第１
図実施例にかかる制御装置の一実施例のブロック図、第
３図はレーザスポット位置検出装置の動作を説明する図
、第４図はＳＥＭの視野と異物との関係を示す図、第５
図はレーザビーム走査とレーザスポット位置検出につい
ての動作を説明する図、第６図は制御装置の他の実施例
のブロック図である。 １・・・試料移動装置、２・・・制御装置、３・・・レ
ーザビーム走査装置。 ４・・・レーザスポット位置検出装置、５・・・異物検
知装置、６・・・走査型電子顕微鏡、１１・・・ウェハ
、１２・・・ＸＹテーブル、１４・・・Ｘテーブル駆動
装置、 １５・・・Ｙテーブル駆動装置、３１・・・レーザ源、
３３・・・スキャナ、３５・・・ハーフミラ−１３６・
・・レーザスポット位置検出装置、４０・・・異物検知
装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子顕微鏡を備えた真空チャンバと、この真空チ
   ャンバ内の水平２軸方向に摺動可能に設けられたＸＹテ
   ーブルを有してなる試料移動装置と、 前記真空チャンバの器壁に設けられた光透過窓を介し、
   前記ＸＹテーブルに載置された試料の一軸方向にレーザ
   ビームをスキャナにより走査するレーザビーム走査装置
   と、 前記レーザビームをハーフミラーを介して光学スケール
   に導びきレーザスポット位置を検出するレーザスポット
   位置検出装置と、 前記試料から反射されるレーザビームの散乱光を検出し
   、当該散乱光強度が一定レベル以上のときに異物検知信
   号を出力する異物検知装置と、この異物検知信号が出力
   されたタイミングにおける前記レーザスポット位置と前
   記ＸＹテーブルの位置に基づいて異物位置を求めるとと
   もに、この異物位置を前記電子顕微鏡の視野内の指定位
   置に移動する指令を前記試料移動装置に出力する制御装
   置と、 を含んでなる微細異物検査装置。