JPS63143831A

JPS63143831A - 面板欠陥検出光学装置

Info

Publication number: JPS63143831A
Application number: JP29222786A
Authority: JP
Inventors: Kei Nara; 圭奈良; Izuo Hourai; 泉雄蓬莱; Tsutomu Miura; 勉三浦
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1986-12-08
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1988-06-16
Anticipated expiration: 2010-09-20
Also published as: JPH0787208B2

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］この発明は、シリコンウェハ面板の表面の欠陥を検出す
る光学装置に関するものである６［従来の技術］半導体の材料であるシリコンウェハ面板には、種々の欠
陥があり、これより製造される【Ｃの品質を低下するの
で、面板欠陥検出装置により検査されている。

最近においては、ＩＣの集積密度がますます高度となり
欠陥の検査が厳密となってきている。

面板の欠陥には多様な種類があり、たとえば、表面に付
着した微小な塵Ｓ能、染み、異物による擦り傷、微小な
凹部（ビット）、または比較的広い範囲に亘多凹部や希
薄な曇り膜（ヘイズ欠陥という）、あるいはスリップラ
インといわれる面板の半径方向に延びた１種のすし線な
どさまざまである。これらの各種の欠陥に対して、従来
においては検出技術が十分でないためもあって、必ずし
もそれぞれが的確に検出されていなかった。しかし、゛
上記した検査のｒｉｉｇ化に対応してこれらを検出する
ことは当然必要である。

さて１面板の表面欠陥に対して効果的な検出方法として
、レーザ光を照射して欠陥による散乱光を受光する方法
が従来から行われているが、欠陥の光学的性質、形状、
大きさなどに対゛してそれぞれ適応する光学系の構成方
法がある筈である。そこで、従来開発されているもの、
あるいはそれらに改善を加えたものについて、欠陥の種
別に対して検討して効果的な検出方法を適用することが
必要である。

しかしながら、種々の欠陥に対して別個の検出装置を使
用することは不能率である。促っ゛て、これらを一つの
装置にまとめて一元的に検査することが望ましい。

［発明の目的］この発明は、上記に鑑みてなされたもので、各種の表面
欠陥を散乱光について特徴を抽出し、それぞれに対して
効果的な検出光学系（受光器）を検討し、それらを−装
置にまとめて一元的に各種の欠陥を検出できる装置を提
供することを目的とするものである。

［間層点を解決するための手段］この発明はシリコンウェハ面板の表面をレーザビームに
より走査して、表面の欠陥による散乱光な検出する面板
欠陥検出光学装置であって、レーザビームを投受光レン
ズにより面板表面にレーザスポットを形成する。このレ
ーザスポットに接近した位置に、散乱光を広い角度範囲
に亘って受光する第１の受光器を農ける。また″、面板
表面が水平状態におけるレーザビームの反射光軸の近傍
の散乱光を、上記の投受光レンズにより集束し、集束さ
れた゛散乱光を受光する第２の受光器により構成されて
いる。

上記第１の受光器は、受光面が上記レーザスポットを指
向した複数のオプチカルファイバを設け。

これらのオプチカルファイバを一括して第１の光電子増
倍管に接続したものである。

また、上記の第２の受光器は、上記反射光軸を中心とし
て、レーザビームの正反射光を遮光する空間ライルタと
、上記の投受光レンズにより集束された散乱光を受光す
る第２の光電子増倍管よりなるものである。

［作用］この発明による面板欠陥検出光学装置においては、レー
ザ光源、投光受光レンズなどは１組で共用する。受光器
としては、面仮に付着した微粒子または曇り膜などによ
り広い角度範囲に分布する散乱光を発生する欠陥に対し
て、レーザスポットに接近した位置に設けた第１の受光
器で受光する。

また、面板表面の微小なビット、擦り傷、スリ・ツブラ
イン、および比較的大きい面積で極めて浅い凹部など、
微小な角度の斜面を形成している欠陥に対しては、反射
光軸の近傍に散乱光が集中する性質があるので、第２の
受光器で受光する。二！しらは、それぞれ対応する欠陥
を有効に検出でき。

一元的な面板検査を行うことができるものである。

［実施例］第１図、第２図、第３図および第４図はこの発明の基礎
として、面板表面に存在する各種の欠陥に対して、照射
したレーザビームによる散乱光の性質を検討するための
モデル図である。

第１図において、レーザ光源２よりのレーザビーム３は
ミラー４により光軸が変換され、投光レンズ５により面
板１の表面にレーザスポットＳを形成する。この場合、
欠陥を平均的に一様に照射するために、レーザビームは
表面に対して垂直またはほぼ垂直に投光される。レーザ
スポットＳまなは面板ｌが移動して表面の走査がなされ
るが。

表面に欠陥が存在しないときは、レーザビームは１反射
光３ａ（以下においては、正反射光３ａは、表面に欠陥
が存在しないときのらのとする）としＣ垂直、またはほ
ぼ垂直上方に反射する。もし欠陥が存在するときは、散
乱光が生ずるが、欠陥の性質、形状により散乱光の強度
ないしは分布状態が異なる。

第２図（ａ）は画板に塵線などの微粒子６が付着した場
合で、モデル化して微粒子６を球形と仮定しである。微
粒子６に比較してレーザスポ・ソトＳの直径が十分大き
いものとすると１ｗｋ粒子６の表面が曲面であるため、
散乱光７は広い角度範囲に分布する。空気中に浮遊する
球形の微粒子による光の散乱現象については、詳細な研
究がなされており、その分布強度はレーザの波長、球の
半径その池により複雑である。微粒子が面仮に付着した
場合はなお複雑である。現実ではａ璋な゛どの付着物の
形状は球形でなく、また光学的特性が種々に分かれるの
で、さらに複環であろう。しかし、広い角度範囲にラン
ダムに分布するものとして差し支えない。

第２図（ｂ）は面仮に染み、かすみなどによる曇り膜が
かかった状態、すなわちヘイズ欠陥８で。

弓の場合は散乱光９は無方向性で強度分布はほぼ一様と
みてよい９以上により、微粒子欠陥６およびヘイズ欠陥
８に対しては、欠陥以外の表面よりの正反射光を除いて
、広い角度範囲の受光を行うことが必要である。この広
角度範囲の受光を行うためには、散乱場所すなわちスポ
ットＳに接近した位置に受光器を設けることが有利であ
る。

第３図（１）は微小な凹部でピ・ソト欠陥１ｏとよばれ
、その断面はシリコン結晶がへき開して一定の角度の斜
面を形成している。ただし、図はモデル化した単純な二
辺であるが、実際は斜面が段階となっている場合が多い
０図（ｂ）はスリップライン欠陥１２を示すもので、ス
リップラインは面板の半径方向に生すなＩＮのすしで、
その断面はと’７ト欠陥１０と同様にへき開により浅い
段差の凹凸をなしている。異物などによる表面の擦り傷
（スクラッチ）の場合も断面はへき開の特徴を示すこと
が多い、これらのビーメト欠陥、スリッ１ライン欠陥お
よびスクラッチ欠陥にレーザビーム３が照射されたとき
は、斜面による散乱光１１が発生上、種々の方向の成分
が互いに干渉するにれは波動光学でいう回折であ２て、
欠陥がない場合の正反射光３ａが図（・：）に示すよう
に、単一の第０次ビーム（（）であるに対して、散乱光
１１では図（ｄ）に示すように２回折により第０次ビー
ム＜１＞が減少し１代わりに高次のビームが現れる８通
常、高次ビームのうちで第１次ビーム（υ）が最も大き
い、また、第０次ビーム（（）に対する第１次ビーム（
冒）の傾斜角δは、レーザの波長と欠陥の大きさなどに
より決まるもので、欠陥が微小なときはδは小さく光軸
に接近している。従って、光軸３ａに接近した位置にお
いて、第０次ビーム（イ）を除き、第１次ビーム（ＩＦ
）を受光することが、これらの欠陥に対して有効である
。

第４図は面板の一部に面積は大きいが、深さが非常に浅
い凹面欠陥１３がある場合である。この場合は表面の傾
斜角度が非常に小さいので、散乱光１４は正反射光の光
軸３ａの近傍に集中している。そこで、上記のビット欠
陥１０などと同様な受光方法が効果的である。この場合
、光軸近傍の散乱光、または第１次ビームに対しては、
スポットＳからやや離れた位置で受光することが、正反
射光と分離するのに有利である。

以上により、シリコンウェハ面板の表面に存在する各種
の欠陥の散乱光の性質、特に分布特性について検討した
が、上記の各種の欠陥を二つのグループに分ける二とが
できる。第１のグループとしては、微粒子欠陥、ヘイズ
欠陥のごとく、比教的広′Ｒ囲に散乱光が分布するもの
とし、第２グループとしては、ビヅ欠陥など正反射光の
光軸の近傍に集中するものである。これら二つのグルー
７のそれぞれに対して適応する上述した位置に受光器を
設けることにより、欠陥がグループ別に効果的に検出で
きることとなる。

第５図は、上記の所論にもとずくこの発明の面板欠陥検
出光学装置の構成の概念図である。

図において、レーザ光源２よりのレーザビーム３はミラ
ー４により光軸を変換し、投受光レンズ１６により集束
されて、小さい入射角θで面板１を照射する。散乱光の
うち一部１グループの欠陥に対しては、レーザスポット
Ｓに接近して複数のオプチカルファイバ１５の受光面を
スボーＩトＳを指向するように配置し、これらを光電子
増倍管１５ａに接続して第１の受光器を構成する。第２
グループの欠陥に対しては、投受光レンズ１６で、正反
射光の光軸３ａの近傍の散乱光を集束して、第２の受光
器１８がこれを受光する。ここで、正反射光は光軸３ａ
を中心とする空間フィルタ１７により遮光して、第２の
受光器１８に過大な光量が入力することを防止し、検出
感度を保持する。

なお、第１および第２の受光器は、いずれも正反射光、
または第０次光を遮断してあり、その意味で暗視野受光
方式である。

第６図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、この発′明によ
る面板欠陥検出光学装置の実施例における構成図を示す
６図（，１）において、レーザ光源２よりのレーザビー
ム３はグイクロイッミラ−１９により、不用な波長の波
がカットして必要な波が反射され、楕円エキスパンダ２
０により所定の半径を有する断面が楕円形のビーム３ｂ
に変換される。ミラー４もまたダイクロイ・ツクのもの
を使用して電光を除去し、投受光レンズ１６により、面
板１の表面にスポットＳを形成する。この場合は、走査
形式として面板ｌを回転する形式とし、図（ｃ）に示す
ように１面板１のθ方向の回転により、楕円スポットＳ
が面板１の表面を走査する。

第１の受光器１５はオプチカルファイバ１５ａを前記の
ように配置し、それらの端末を一括して第１の光電子増
倍管１５ｂに接続したものである。

図（ｂ）はオプチカルファイバ１５ａの配置の断面を示
すもので、ｒＮとして２重の同心円上に１２本のオプチ
カルファイバが、配列されており、広角度範囲で散乱光
７または９を受光する。オプチカルファイバの配列は勿
論これに限られるものでなく、さらに効果的な広角度の
受光ができるものならいかなるものでも差し支えない。

第２の受光器１８は第２の光電子増信管によるもので、
これに対しては、第２グループの欠陥による散乱光１１
または１４を投受光レンズ１６と受光レンズ２１により
集束し、焦点の位置にピンホール２２を設けて、雑光を
除去し、また上記と同様に空間フィルタ１７を設けて正
反射光を除去する。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように、この発明による面板
欠陥検出光学装置においては、様相の異なる各種の欠陥
について、散乱光の分布の特徴を検討し、これらを２つ
のグループに分けて、それぞれに適応する２組の受光器
を設けたものであり。

これらにより検出された欠陥データはさらにデータ処理
装置において、可能な限り個別の欠陥に分離され、従来
以上に精度の高い面板の検査に利用される。なお、装置
の構成はレーザ光源、投光光学系および投受光レンズが
共用され一装置により一元的に、効率的な検査が行われ
るもので１面板欠陥検査に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第４図は、この発明によ
る面板欠陥検出光学装置において、各種の欠陥による散
乱光の分布の特徴を検討するための散乱光の分布図で、
第１図は面仮に欠陥が存在しない場合の図、第２図（ａ
）は微粒子欠陥に対する分布図、第２図（ｂ）はヘイズ
欠陥に対する分布図、第３図（１）はビット欠陥に対す
る分布図、第３図（ｂ）はスリップライン欠陥に対する
分布図。第３図（ｅ＞および（ｄ）は第３図（ａ）および（ｂ）
の散乱光の波動光学による分布の説明図、第４図は凹面
欠陥に対する分布図である。第５図はこの発明による面
板欠陥検出光学ｉ置の概念を示す構成図、第６１Ｊ（ａ
）および（ｂ）はこの発明による面板欠陥検出光学装置
の実施例における構成図、第６図（ｃ）は第６図（１）
における面板の走査を示す図である。１−・−面板、　　　　　２−・・レーザ光源、。３・・・レーザビーム、　３ａ・・・正反射光（光軸）
、３ｂ・・・楕円ビーム、　　４．ＩＱ・・・ミラー。５・・・投光レンズ、　　６・−・微粒子欠陥。７．９．１１．＋４・・・散乱光、８・・・ヘイズ欠陥
、１０・・・ビット欠陥、　　　　１２・・・スリ・ツ
ブライン欠陥。１３・・・凹面欠陥、　　　１５・・・第１の受光器、
１５ａ・・・オプチカルファイバ、＋５ｂ・・−光電子
増倍管、ｌ６・・・投受光レンズ、Ｉ７・・・空間フイ
ｌレタ。１ト・−第２の受光器（光電子増倍管）。２０・・・楕円エキスパンダ、２１・・・受光レン′ズ
、２２・・・ピンホール。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、シリコンウェハ面板の表面をレーザビームによ
り走査して、該表面に存在する欠陥による散乱光を受光
して欠陥を検出する面板欠陥検出装置において、レーザ
光源よりのレーザビームを投受光レンズにより上記表面
にほぼ垂直方向に投光して該表面にレーザスポットを形
成し、該レーザスポットに接近した位置に、該表面の欠
陥による散乱光を、広い角度範囲に亘って受光する第１
の受光器を設け、かつ水平状態の該表面における上記投
光されたレーザビームの反射光軸の近傍に散乱する上記
散乱光を、上記投受光レンズにより集束し、該集束され
た散乱光を受光する第２の受光器とよりなることを特徴
とする、面板欠陥検出光学装置。
（２）、受光面が上記レーザスポットを指向した複数の
オプチカルファイバを設け、該オプチカルファイバを一
括して第１の光電子増倍管に接続してなる、上記第１の
受光器を有する、特許請求の範囲第１項記載の面板欠陥
検出光学装置。
（３）、上記投光されたレーザビームの反射光軸を中心
として、該レーザビームの正反射光を遮光する空間フィ
ルタと、上記投受光レンズにより集束された散乱光を受
光する第２の光電子増倍管よりなる上記第２の受光器を
有する、特許請求の範囲第１項記載の面板欠陥検出光学
装置。