JPS6314440A - 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、異物検査装置に係り、特に真空チャンバ内に
設置されたウェハ等の試料上に付着した異物の有無およ
びその位置を検出するに好適な異物検査装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、ウェハ等の試料上に付着した異物の有無を検出
するにあたって、従来、大気中にてウェハにレーザ光を
照射し、その散乱反射光の強度変化に基づいて異物検査
を行なっていた。しかし、レーザ光のみによる異物検査
では、異物の大体の大きさと数は検出できるが、それぞ
れの異物の元素分析や形状ａｍができない。そこで、電
子顕微鏡、Ｘ線マイクロアナライザ、その他の分祈装置
を組み合せてなる異物検査装置が提案されている（特開
昭６０−２１８８４５号公報）。

〔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異物検査装置にあっ
ては、レーザ等の光学的手段からなる異物検出手段を真
空チャンバ内に設けた構成としていることから、真空チ
ャンバの内容積が大きなものとなり、かつ内面積も大き
なものとなっている。

また、真空チャンバ内に異物検出手段の構成部品が設置
されているため、実質的に放出ガス面積は大きなものと
なる。

真空チャンバの容積や放出ガス面積が大きいと真空引き
に要する時間が長くなったり、真空ポンプ容量の大きな
ものが必要になることから、上記公報のものは、真空チ
ャンバの容積および放出ガス面積を低減するという改良
点を含んでいるといえる。

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、真空チャンバの容積および放出ガス面積を
低減することができる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、収納される試料に
対向した位置の器壁に光透過窓を設けてなる真空チャン
バと、レーザ源から出射されるレーザビームを揺動させ
るスキャナを有し、前記光透過窓を介して前記試料にレ
ーザビームを走査するレーザビーム走査装置と、前記光
透過窓に入射されるレーザビームの光路に挿入配置され
たハーフミラ−を有し、これにより反射れたレーザビー
ムを光学スケールに導びいて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、前記真空チャンバ
内に挿入配置され、前記試料から反射されるレーザビー
ムの散乱光を受光する受光部を有し、この受光部により
受光された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、を含んでなる構成と
したことを特徴とする。

〔作用〕

このように構成されることから、スキャナを駆動してレ
ーザビームを揺動させると、光透過窓を介してレーザビ
ームが照射されてなる試料面上のレーザスポットが走査
される。

そして、試料面に異物が付着していると、試料５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、この異物検知信号が出力されたタイミン
グにて検出されたレーザスポット位置に基づいて異物位
置を検出することができる。

即ち、レーザビーム走査装置、レーザスポット位置検出
装置を真空チャンバ外に設けることができ、異物検知装
置については、散乱光の受光部のみを真空チャンバ内に
挿入配置すればよいことになり、真空チャンバの容積と
放出ガス面積が低減されることになる。

〔従来の技術〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例の構成図を示す。図示のよう
に、真空チャンバ１の底面に試料が載置されるテーブル
２が設けられており、このテーブル２上に試料としての
ウェハ３が載置されている。

このウェハ２の上面に対向する真空チャンバ１の器壁に
、光透過窓としてのビューポート４が設けられている。

ビューポート４は器壁の円形開口に光学ガラスを気密に
装着して形成されている。

レーザビーム走査装置５は、レーザ源としてのＨｅ、−
Ｎｅレーザ６、プリズム７、凸レンズ８と９からなるビ
ームエクスパンダ１ｏ、ガルバ式の回転ミラーあるいは
ポリゴンミラーからなるスキャナ１１、スキャンレンズ
１２を含んで形成されている。Ｈｅ−Ｎｅレーザ６から
出射されたレーザビームは、プリズム７、ビームエクス
パンダ１ｏを通って拡張されスキャナ１１に導びかれる
。

スキャナ１１の回転角に応じた方向に反射されたレーザ
ビームは、スキャンレンズ１２によって集束され、ビュ
ーポート４を透過した後、ウェハ３の上面に焦点（レー
ザスポット）を結ぶようになっている。

レーザスポット位置検出装置１３は、スキャンレンズ１
２とビューポート４との間のレーザビーム光路に挿入配
置されたハーフミラ−１４と、このハーフミラ−１４の
反射面により反射されたレーザビームの焦点（レーザス
ポット）位置に配置された光学スケール１５と、この光
学スケール１５の背後に配置されたフォトマル（フォト
マルチプライヤ）１６とを含んで形成されている。光学
スケール１５は例えばガラス板の表面に、蒸着膜などに
より微細なスリット状の光透過部（以下、スリットと称
する）を等間隔に形成したものとなっており、走査され
るレーザスポットがスリットを通過する度に、フォトマ
ル１６によって光の強弱変化が検出される。その強弱を
パルスとしてカウントすることにより、光学スケール１
５上におけるレーザスポットの位置が検出できる。この
光学スケール１５上のレーザスポット位置は、第１図か
ら明らかなようにウェハ３上のレーザスポット位置と１
対１に対応しているので、真空チャンバ１の外部におい
てウェハ３上のレーザスポット位置を検出することがで
きる。

異物検知装置１７は、真空チャンバ１の内部に挿入配置
された受光部１８、受光レンズ２２、フォトマル２３を
有して形成されている。受光部１８は真空チャンバ１の
器壁からウェハ３のレーザスポットに向けて延設されて
なる中空の保護管１９と、この保護管１９に挿入された
光ファイバ２０と、保護管１９の先端部開口を気密に閉
塞して設けられた光学ガラス２１とを含んで形成されて
いる。また、受光部１８の先端部は、第２図に示すよう
に、レーザスポットの走査位置がどの位置にあっても散
乱光を十分に受光可能なように。

レーザスポットの走査方向と平行に、かつレーザスキャ
ン振幅を含む幅に、広く開口させて形成されている。一
方、これに直交する方向の厚さは、薄く形成されており
、光学ガラス２１の気密シール部におけるリークの可能
性を低減して、高真空度を得やすくするとともに、真空
チャンバ１の小形化を図っている。しかして、光学ガラ
ス２１を介して入射されるレーザスポットからの散乱光
は、光ファイバ２０の束の全面によって受光されて受光
レンズ２２に導びかれ、フォトマル２３の感光面に集束
されるようになっている。

次に、上記の構成を有する実施例の動作について説明す
る。

試料としてのウェハ３をテーブル２の所定位置に載置し
た後、真空チャンバ１の内部を真空引きして所定の真空
度に保持する１次に、Ｈｅ　−Ｎ　ｅレーザ６によりレ
ーザビームを発生させると、レーザビームはビームエキ
スパンダ１０によって拡張されスキャナ１１に入射され
る。スキャナ１１により反射されたレーザビームはスキ
ャンレンズ１２により集束された後、ハーフミラ−１４
とビューポート４を透過してウェハ３の上面にレーザス
ポットを結ぶ。

一方、ハーフミラ−１４の反射面にて反射されたレーザ
ビームは、光学スケール１５の上にレーザスポットを結
ぶ。

そして、スキャナ１１を駆動してその回転角を周期的に
変化させると、ウェハ３面上のレーザスポットは、第１
回において紙面に直交する揺動面内でくり返えし走査さ
れる。このとき、光学スケール１５上のレーザスポット
も１対１でスケール上を走査される。この走査によって
、フォトマル１６から、光学スケール１５上のレーザス
ポットの移動量に応じた周波数の出力信号が出力される
。

この出力信号を例えばパルス信号に変換してそのパルス
数をカウントするとこにより、ウェハ３上のレーザスポ
ットの位置を検知することができる。

他方、異物検知装置１７のフォトマル２３には。

ウェハ３上のレーザスポットから反射された散乱光が入
射されている。レーザスポット内に異物がない場合には
、ウェハ３の上面は鏡面相当であるから散乱光は弱い。

しかし異物が在る場合には散乱光が強くなることから、
フォトマル２３の出力信号のレベルは異物の有無や大き
さ等を表わす信号となり、一定レベル以上の信号は異物
検知信号として認識される。

したがって、上記異物検知信号が出力されたタイミング
における光学スケール１５上のレーザスポットの位置を
検出することにより、ウェハ３上のレーザスポットの位
置すなわち異物の位置を検出することができる。

なお、図示していないが、テーブル２をスキャナ１１に
よる走査方向と直交する方向に移動することにより、レ
ーザスポットを水平２軸方向に走査して、ウェハ３の全
面を走査することができる。

また、図示していないが、検出した異物の位置データを
メモリに記憶しておき、これに基づいて真空チャンバ１
内に臨ませて設けられた電子顕微鏡の視野の所定位置に
テーブル２を移動して、異物を観察することができ、ま
たＸ線マイクロアナライザにより異物の組成等を分析す
ることができる。

上述したように、第１図実施例によれば、レーザビーム
走査装置５．レーザスポット位置検出装置１３、異物検
知装置１７の主要部を真空チャンバ外に設け、ビューポ
ート４と受光部１８を介して異物の有無と位置を検出し
ていることから、真空チャンバ１の容積を小形化するこ
とができ、かつ真空チャンバ１の内面積および収納部品
にかかる放出ガス面積を大幅に低減することができる。

例えば、上記の部品を全て真空チャンバ１内に収納する
とすれば１．容積としては４５〜７５％増加し、実質的
な放出ガス面積としては略１００％増加する。

したがって１本実施例によれば、真空ポンプの容量およ
び真空引きに要する時間を短縮することができる。

また、スキャナなどに潤滑油が必要な回転軸受を用いる
と、真空チャンバ内に収納した場合、潤滑油が蒸発して
真空度を低下させたり、ウェハ上に新らたな異物として
付着する恐れがあるが、上記実施例によれば、そのよう
な恐れがない。

また、レーザ源を真空チャンバ内に設置すると、その温
度上昇により寿命の短縮、熱変形による光軸の曲り、放
出ガスの増加などの問題があるが、上記実施例によれば
解決できる。

なお、スキャンレンズ１２を出たレーザビームを２つに
分けて、その一方を光学スケール１５上に集光させてレ
ーザスポットの位置を検出するようにしているが、光学
スケール１５による位置検出精度を高めるには、できる
だけレーザスポットの大きさを光学スケールのスリット
幅より小さくするとともに、光学スケール１５上におけ
るレーザスポットがどの位置でも大きな歪をもたず、ス
リット幅に対して一定の大きさであることが望ましい。

この点、上記実施例では、ハーフミラ−１４の反射面を
用いて、つまり反射のみを用いて光学スケール１５上に
導びくようにし、ハーフミラ−１４やプリズム等の透過
光を用いていないことから、屈折の影響が排除されるの
で、レーザスポットのボケが発生せず、位置検出精度を
高く保持できる。特に、屈折によるレーザスポットの歪
は、走査振幅の両端部に近づくにつれて大きくなること
から、上記実施例によれば走査幅を大きくとれることに
なる。

なお、ウェハ３に照射されるレーザビームはハーフミラ
−１４の透過光を用いているから、屈折により走査振幅
の両端部においてレーザスポットが大きくなるが、異物
検出に与える影響は散乱光の強度が若干低下する程度で
あり、フォトマル２３の感度を上げることにより対応で
きる。それ以上に、レーザスポットが大きくなって、そ
のスポット内のどこに異物があるのか判別しにくくなる
ことがあれば、レーザビームの隣り合う走査をスポット
が例えば半分づつ重なり合うように重複走査し、重なり
合うスポット位置の対応する異物検知信号の出力レベル
を比較して、その高い方に異物が存在すると判断するこ
とにより、異物位置を精度を損なうことなく検出できる
。

次に、第３図を用いて第１図実施例のビューポート４と
、受光部１８の具体的な実施例について説明する。

ウェハ３に照射するレーザビームの揺動面は、照光強度
を最大にするためウェハ３の上面に対して直交させるの
が望ましい。しかし、このようにするとウェハ３のレー
ザスポットからの正反射光がビューポート４の光透過窓
の出射面に達し、そこで反射して再びウェハ３面に照射
され、異物検出の感度に影響を与える迷光となる。

そこで、第３図に示すように、ビューポート４の光学ガ
ラス３１の出射面をウェハ３の上面に対して平行とせず
、レーザビームの揺動面３６との交線回りに一定の角度
傾斜させて装着する。この角度は光学ガラス３１の出射
面で反射される正反射光３６が再びウェハ３面に達しな
い角度に設定する。これによって、上記の迷光が除去さ
れ、異物検出の感度は安定化される６なお、第３図中の
符号３２は気密シール用のＯリングパツキンであり、符
号３３はスペーサである。

また、第３図に示す受光部１８の保護管１９は。

組立等の容易性を考慮して長手方向に２分割し、それら
の接合部と真空チャンバ１との接合部はＯリングパツキ
ンを介在させたフランジ接続とした。

なお、光学ガラス２１は保護管１９の先端開口部に形成
された段部にＯリングパツキンを介して係着されている
。

〔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
査装置などの異物検出手段を真空チャンバ外に設け、真
空チャンバの器壁に設けた光透過窓を介してレーザビー
ムを真空チャンバ内の試料に走査するようにしたことか
ら、真空チャンバの容積および放出ガス面積を低減する
ことができ、真空引きに要する時間を短縮できるととも
に、高真空（例えば１０−’　Ｔｏｒｒ）を維持するこ
とが容易にな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構成図、第２図は第１図実
施例の部分詳細図、第３図は第１図実施例の変形例を示
す図である。 １・・・真空チャンバ、３・・・ウェハ、４・・・ビュ
ーポート、５・・・レーザビーム走査装置、１１・・・
スキャナ、１３・・・レーザスポット位置検出装置、１
４・・・ハーフミラ−１１５・・・光学スケール、１７
・・・異物検知装置、１８・・・受光部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）収納される試料に対向した位置の器壁に光透過窓
   を設けてなる真空チャンバと、 レーザ源から出射されるレーザビームを揺動させるスキ
   ャナを有し、前記光透過窓を介して前記試料にレーザビ
   ームを走査するレーザビーム走査装置と、 前記光透過窓に入射されるレーザビームの光路に挿入配
   置されたハーフミラーを有し、これにより反射れたレー
   ザビームを光学スケールに導びいて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、 前記真空チャンバ内に挿入配置され、前記試料から反射
   されるレーザビームの散乱光を受光する受光部を有し、
   この受光部により受光された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、 を含んでなる異物検出装置。
2. （２）前記試料の表面に対して前記レーザビームの揺動
   面は直交させ、前記光透過窓の出射面は角度をもたせ形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の異
   物検出装置。