JPS63175751A - 光学式表面検査システム - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、加工片（ワークピース）の表面を検査するシ
ステムと手順に関する。より詳しくは、集積電子回路の
製造中に生じた粒子による汚染の有無についての半導体
表面の検査に関する。

Ｂ、従来技術およびその問題点 比較的大きなウェハ上に集積回路を製造し、それを鋸で
切断して個々の回路チップに分離する。

ウェハ表面の一部に、材料の層がたまることがあり、ま
た特に回路チップのサイトでエツチングされてウェハ表
面に起伏のあるパターンができることもある。ウェハ表
面のその他の部分、回路チップ間の鋸の引き目（鋸で切
断された領域）にあたる領域は、起伏パターンのない、
鏡のように滑らかな表面になることがある。

ウェハの製造工程中に、製造工程で用いられる様々の材
料の粒子がウェハ表面上にたまるようになることがよく
起こる。このような粒子はウェハ表面の滑らかな部分に
も起伏パターンのない部分　゛にもたまる。このような
粒子は汚染物質として働き、表面にそのまま残しておく
と、電気回路の適正な動作を防げることになる。したが
って、製造工程の一段階は、微粒千古・染を除去するた
めのウェハ表面の清浄化である。そのあと、ウェハ表面
を検査して汚染が充分に除去されたことを確認すること
が必要である。

当明細書で特に重要なことは、光学的検査装置によるウ
ェハ表面の検査である。このような装置の動作は、照明
光のウェハ表面からの反射がウェハ表面に対する照明の
方向に依存し、また表面の物理的特性にも依存するとい
う知見に基づいている。照明光の反射に影響する表面の
具体的な物理的特性は、滑らかな領域、起伏ある領域、
それに粒子である。滑らかな領域は、特定の方向に高い
強度の反射を生じさせる。起伏ある領域は、特定の角度
で強い反射信号を生じさせ、かつ多方向に強い散乱を生
じさせる。粒子は、比較的弱くて多方向へ散乱される反
射をひき起こす。

粒子からの弱い散乱された反射光を処理するように構成
された装置が滑らかな領域または起伏パターンのある領
域からの強い反射を受けると、動作不能になることがあ
るという問題が生じる。起伏のない滑らかな表面領域を
表面に垂直な光線で照射する場合、反射光もまた表面に
垂直なることが知られているので、反射光の経路は予想
できる。

しかし、起伏パターンのある領域の場合、その表面は照
明光の入射光線を受ける表面部分の局部的な向きに応じ
て、多くの可能な方向のうちどの方向にも光を反射し得
るので、反射光に関する問題が、倍加される。

光学的検査装置を使用する際に過度の反射光を避けるた
めのある形式の装置は、ウェハ表面を垂直に照射し、表
面またはその近くに位置する光検出器によって視射角で
反射光を見るものである。

もう一つの形式の装置は、対象の水平方向および垂直方
向の照射に応じて、表面に垂直な方向に沿って表面欠陥
を見るものである。

Ｃ０問題点を解決するための手段 本発明に基づいて、光学的にウェハを走査して微粒子汚
染の検査に適した表面領域の位置を決定する手順と装置
によって、またこの走査装置を使ってウェハ表面を検査
し粒子の有無を調べることによって、上記の問題は克服
され、その他の利点も得られる。コンベヤによってウェ
ハを縦方向に物理的に移動させ、また選択でコンベヤの
動きに垂直な横方向にウェハ表面を光学的に走査するこ
とにより、二次元で走査が行なわれる。本発明の特徴は
、一対の横方向走査のうち１回目の走査中に適当な検査
箇所を選択して、一対の横方向走査のうち２回目の走査
中に選択箇所の検査を行なうことにより、コンベアの動
きを中断せずに横方向走査を反復するところにある。本
発明の好ましい実施例では、コンベアによるウェハの変
位を補償するように横方向走査の経路を偏位（オフセッ
ト）させる、音響光学式（ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔ　ｉ
ｃ）モジュレータを使って走査の反復を行なう。

表面情報は、２回の横方向走査のうち１回目の間に、組
合せレンズで表面に対して垂直方向に向けた光線を表面
に照射させ、次に組合せレンズを通してビーム分割器お
よび集束光学系に逆反射させることによって得られる。

反射半球を、ウェノ１の光が当たる部分を取り囲むよう
に表面と組合せレンズの中間に置く。反射半球には走査
光線を表面に入射させるための中央スロットがある。粒
子情報は、２回の横方向走査のうち２回目の間に、半球
内へ延びて半球内部で粒子によって散乱された光の存在
を検出する複数の光検出器によって得られる。１回目横
方向走査中に得られる、滑らかな表面領域を有する適切
な検査箇所の位置を記憶し、起伏パターンのある領域の
強い光から光検出器を保護するためにこれらの検査箇所
が２回目の横方向走査中に現われるときだけ光検出器を
活動化させるため、電子回路が設けられる。ウェハ表面
全体にわたって粒子の分布がほぼ均一であり、滑らかな
表面領域だけで粒子のサンプリングを行なっても、それ
がウェハ全体の清浄化操作の妥当性を表わすものと仮定
する。

Ｄ、実施例 第１図には、本発明に基づいて作成された表面検査シス
テム２０が示されている。システム２０は、光学的走査
装置２２と、走査装置２２内部の検査部２８に半導体ウ
ェハ２６をのせて運ぶコンベア２４からなる。　コンベ
ア２４は、入力カセット３２から走査装置２２を経て出
力カセット３４へと矢印３０の方向にウェハ２６を移動
させる。

ウェハは、走査装置２２によるウェハ２６の走査中連続
して動くトラック３６に沿って運ばれる。

コンベア２４は、システム２０を操作する操作員が選択
できる速度でトラック３６を駆動するモータ３８を備え
ている。

システム２０は、自動的にウェハ２６の連続検査を行な
う。走査装置２２に、一度に一個ずつウェハ２６がかけ
られ、走査装置は、本発明に基づいて、各ウェハ２θの
表面を走査してこれらの表面上の微粒子汚染の位置を突
きとめる。後段で説明するように、各ウェハ２６の表面
検査の結果が、走査装置２２内部で発生した光学信号の
アナライザ４０で表示される。

入力カセット３２から得られた各ウェハ２６は、真空チ
ャック４２（そのひとつを第１図に示す）によって、移
動するトラック３６上の所定の位置に、固定される。こ
の真空チャック４２は、トラック３６によって、検査部
２８を通って運ばれる。

走査装置２２は、走査装置２２の入力側に１個の光トラ
ップ４４、出力側にもう１個の光トラップ（図示せず）
の合計２個の光トラップを備えている。光トラップ４４
は外部光が走査装置２２内部に入るのを防止し、またレ
ーザ光が走査装置２２から漏れるのを防止して操作員を
レーザ光から保護する。また、システム２０の内部には
、操作員が走査装置２２とコンベア２４を起動するため
の操作卓４６も含まれている。

第２図を参照すると、図には走査装置２２内部にある構
成要素が示されている。走査装置２２は集光（ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｎｇ）半球４８をおり、その上には、半球４
８内部にまで延びている、ウェハ２６の表面上にある粒
子から散乱された光を感知するための、２個の光検出器
５０および５２が取り付けられている。本発明の好まし
い実施例では、検出器５０および５２は、電気信号によ
ってゲート・オンしたりゲート・オフしたりできる光電
子倍増管として、作られている。こうすることにより、
検出器５０および５２は、活動化されると、ウェハ２６
の表面にある粒子からの散乱光を感知し、非活動化され
ると、ウェハ表面の起伏パターンのある領域内の起伏に
よって検出器５０．５２に向かって反射される高強度の
光線から、検出器５０と５２を保護することができる。

第２図に示すように、集光半球４８は、検査部２８内の
真空チャック４２とウェハ２６がクリアできるように、
コンベア・ベルト３６の上方に充分な間隔をとって配置
されている。集光半球４８の直径は、検査部２８で検査
中のウェハ２６の上面の部分を集光半球４８が取り囲む
のに充分な大きさである。集光半球４８は、トラック３
６の移動方向を横断する向きのスロット５４を備えてお
り、スロット５４の長さは、ウェハ２６を照射するため
の走査用レーザ光線を入れるのに充分な長さである。集
光半球４８は、ウェハ表面上の粒子から散乱される光を
集光し、散乱光を検出器５０および５２に反射させる、
白色の高反射性表面を備えている。−組の座標軸５６が
Ｘ軸Ｙ　Ｍ　Ｚ軸を示しているが、ウェハ２６はＹ軸に
沿って機械的に移動し、レーザ光線はＺ軸に平行な平面
内でＸ軸に沿って走査する。こうすることにより、走査
装置２２とコンベア２４は協働して、ウェハ２６の表面
の２次元走査を行なう。

第２図には、走査装置２２の光学系の一部も示されてい
る。この光学系は、第３図にさらに詳しく示されている
。第２図に示されている光学系の部分には、テレセント
リック走査レンズ５８、（破線で示した）多角形回転鏡
６０、多角形回転鏡６０を回転させるモータ６２、モー
タ６２と回転鏡６０に機械的に連結されている、回転鏡
６０の角位置を示す電気信号を出力するための軸角エン
コーダ６４、多角形回転鏡６０を取り囲みモータ６２お
よびエンコーダθ４を支持する、密閉式ハウジング６６
、コリメータ・レンズ６８が含まれている。コリメータ
・レンズ６８はレーザ光を多角形回転鏡６０に向け、多
角形回転鏡６０はレーザ光の向きを変えて、走査用レー
ザ光線りとして走査レンズ５８とスロット５４を通って
ウェハ２６の表面に向かわせる。走査レンズ５８は、走
査用ビームをスロット５４を通ってウェハ表面に向かわ
せ集束させるため、集光半球４８の上方に配置されてい
る。

第３図は、（第１図にも点線で示した）走査装置２２の
光学系７０を示したものである。光学系７０の構成要素
の一部はすでに第２図で説明済みであり、これらの構成
要素はコリメータ・レンズ６８、多角形回転鏡６０、走
査レンズ５８、それにスロット５４と検出器５０と５２
を備えた集光半球４８であった。−例として、走査レン
ズ５８は、前面レンズ要素７２と後面複レンズ要素７４
から構成されているものとして示しである。光学系７０
は、さらに、４８８０人の波長で１０ミリワツトの光線
７８を発生するアルゴン・イオン・レーザ７６を含む。

光線７８は、直線偏光され、偏光光線スプリッタ８０、
およびこの光線を円偏光光線に変える四分の一波長板８
２を通過する。

円偏光が好ましいのは、平面偏光に比べて円偏光は小さ
い粒子の検出能が高いためである。それから、光線は、
音響光学式モジュレータ８４を通過して、その約９０％
が一部ブラッグ回折角で偏向されて顕微鏡の対物レンズ
８６に達し、光線の残り１０％は、偏向されてビーム・
ストップ８８に入る。

対物レンズ８６を通り抜けた光は、焦点に集まり、次に
コリメータ・レンズ６８一杯に拡がる。

光線は、コリメータ・レンズ６８によって平行になり、
本発明の好ましい実施例では好ましくは約３０ミリの直
径の光線がコリメータ・レンズ６８から出でくる。コリ
メータ・レンズ８８から出た光線は、多角形回転鏡６０
に当たり、回転鏡６０で反射されてテレセントリック走
査レンズ５８の平らな面に入る。レンズ５８は、好まし
くは１２ミクロンの直径の焦点に光線りを集束させる。

焦点は、ウェハ２６の頂面上の汚染粒子の位置にある。

多角形回転鏡６０の各ファセット９２が入射レーザ光線
を横切って回転する度に、ひとつの走査線がウェハ２６
の表面上に発生する。回転鏡６０の回転速度は様々な速
度が可能であるが、本発明の好ましい実施例では、回転
鏡６０は、毎秒約２５０回転で回転し、第３図中で回転
鏡６０として示されている四辺形の場合、毎秒約１００
０本の走査線を発生させる。第３図に示されている正方
形の代りに回転鏡６０が六角形の形をとる場合には、走
査線の数は毎秒２０００本と倍になる。レーザ・スポッ
トがウェハ２６の表面を横切って新たな掃引を開始する
たびに、レーザ光線は、まず集光半球４８内で鏡９４に
よって偏向されて、光検出器９６に入る。光検出器９６
は、フォトダイオードを含んでよい。鏡９４は、アーマ
チュア（図示せず）によって集光半球に固定されている
。光検出器９６は、新しい線走査の開始を知らせる電気
パルスを発生する。

光学系７０は、さらに、レンズ９８、ピンホール１００
、およびウェハ２６の表面から垂直方向に反射されて走
査レンズ５８を通ってレーザ７６に向かって戻る光線を
感知するための、光検出器１０２を含んでいる。したが
って、ウェハ２６から反射されたレーザ７６の光を感知
する、次のような３組の光学的感知装置が存在する。検
出器５０および５２は、集光半球の内側凹形反射面とあ
いまって、ウェハ２６の表面上の粒子９０などの粒子か
ら反射された散乱光線を感知する。ウェハ表面の平らで
滑らかな領域から反射された光は、検出器１０２によっ
て感知される。走査用レーザ光線の末端位置の光は、鏡
９４で遮られて光検出器９６に向い、多角形回転鏡６０
によって別の走査線が開始されることを示す。

操作に際しては、ウェハ表面の微粒子の有無を検査しよ
うとするサイトは、ウェハ表面の残り部分よりも高い鏡
面反射係数を存する裸のフィルムまたはシリコンとして
構成される。これらのサイトは、次のようにして検出さ
れる。走査レンズ５８はテレセントリックなので、ウェ
ハ２６上の鏡様表面に当たった光は、ウェハ表面で逆反
射されて走査レンズ５８を通って戻り、回転鏡６０で逆
反射されて、レーザ７６によって発生された入射光線７
８と同じ経路を辿って進むコリメート光線となる。逆反
射された光線は、コリメータ・レンズ６８を通過して対
物レンズ８６で集束され、音響光学式モジュレータ８４
によって位置を上にシフトされて、四分の一波長板８２
を通過する。この時点で、光は、逆反射光の元の偏光に
対して９０度回転した方向に直線偏光させられ、そのた
め、逆反射光は偏光スプリッタ８０によって偏向されて
レンズ９８に入る。逆反射光は、レンズ９８で偏向され
て、レンズ９８から一焦点距離の位置にあるピンホール
１００に向かう。レンズ９８とピンホール１００は共焦
点配列になっており、ウェハ表面から反射された光だけ
が、その逆反射光がピンホール１００を通って検出器１
０２上に再び結像されるようになっている。ピンホール
１００は、たとえば、光学系７０の様々なレンズの表面
、チャック４２の表面など、ウェハ表面以外の表面なら
びにその他の虚偽の反射光の徴候から生じる逆反射光が
検出器１０２に達するのを防止する。

検出器１０２は、ウェハ表面のレーザ光線で照射中の部
分の鏡面反射率に比例する電気信号を発生する、ＰＩＮ
ダイオードとして作成できる。こうすることにより、ピ
ンホール１００は、虚偽の光の徴候（１ｎｄｉｃａｔｉ
ｏｎ）によって、検出器１０２から信号が発生するのを
防止する。

後で第４図に関して説明するように、音響光学的モジュ
レータは、電気信号によって活動化されて音響波を発生
する。この音響波は、光学的回折格子式にレーザ・ビー
ムと相互作用して、モジュレータ８４を通過する光線の
方向をオフセットさせる。このようなオフセットによっ
て入射光線ビームの位置および多角形回転鏡６０のファ
セットで反射された光線の位置ならびにウェハ表面を照
射するレーザ光線の走査線のサイトが変更される。

走査線のオフセットは、第２図の座標軸５６に関して、
コンベア・トラック３８の動く方向と反対であり、従っ
てＹ軸に沿ったオフセットである。

このオフセットは、Ｘ軸に平行な走査線の位置の横方向
シフトである。

たとえば、偶数番目の走査線の場合、モジュレータ８４
は、７７．２３メガヘルツの音響周波数で動作し、この
動作周波数は照射光線に２．７４４度の偏向をもたらす
。奇数番目の走査線の場合は、モジュレータ８４は７７
．２５メガヘルツの音響周波数で動作し、この動作周波
数は２．７４５度の光線偏向をもたらす。その結果、ウ
ェハ上の偶数番目の走査線は、奇数番目の走査線の位置
に比べて６ミクロンだけずれる。

上記の偶数番目および奇数番目の走査線のオフセットを
第５図に示す。図では偶数番目の走査線１０４を実線と
して示し、それに隣接する奇数番目のシフトされた走査
１０６を破線として示す。

矢印Ｗは、ウェハの動きを示す。走査線のシフトする量
は、モジュレータ８４の音響周波数をどう選択するかに
よって決まる。音響周波数は、コンベア・トラック３６
の速度選択に応じて、オフセットの量が走査線間でのウ
ェハ２ｅの移動距離に等しくなるように選ぶ。したがっ
て、オフセットを一走査当り６ミクロンとする本発明の
好ましい実施例の上記例の場合には、ある走査の開始か
ら次の走査の開始までの時間のＹ軸に沿ったウェハ２６
の動きも６ミクロンである。したがって、一つおきの走
査が１２ミクロン離れるような、重なり合った走査線の
対を生成することが、モジュレータ８４の役割である。

さらに第４図を参照すると、走査装置２２は、さらに（
第１図でも破線で示した）電子装置１０８を含んでいる
。この電子装置は、第４図に示すように、電子回路およ
び光学系７０の各構成要素への接続を含んでいる。光学
系７０も電子装置１０８も、第１図の走査装置２２の内
部に、破線で示されている。第４図は、前に第２図およ
び第３図に関して説明した光学系７６の構成要素を示し
ている。軸角エンコーダ６４、掃引開始光検出器９６、
レーザ光線明視野（ｂｒｉｇｈｔ　ｆｉｅｌｄ）検出器
１０２、散乱光検出器５０および５２、音響光学式モジ
ュレータ８４がその構成要素である。また、第１図のア
ナライザ４０への接続も示されている。

電子装置１０８は、カウント・プリセット・エンコーダ
１１２に接続されたカウンタ１１０、周波数分割器１１
４、ＡＮＤゲー）１１８、Ｃ０Ｄ（電荷結合素子）アナ
ログ・シフト・レジスタ１１８、振幅弁別器１２０、Ａ
ＮＤゲート１２２、単極双投（シングル・ボール・ダブ
ル・スロー、５ＰＤＴ）アナログ・スイッチ１２４、電
圧制御発振器（ＶＣＯ）１２Ｂ、一対の振幅弁別器１２
８および１３０１一致検出器１３２、加算器１３４から
構成される。操作に際しては、エンコーダ６４が回転鏡
のシャツ）１３６（第３図）上に取り付けられ、回転鏡
６０の回転速度に依存する反復周波数で、パルス列を発
生する。本発明の好ましい実施例における回転速度では
、エンコーダ６４のパルスの発生速度は、ウェハ２４表
面上での走査用レーザ光線のスポットの移動距離１２ミ
クロンごとに約１パルスが発生するような速度である。

エンコーダ６４によって出力されるパルス列は、カウン
タ１１０およびレジスタ１１８を駆動するクロック・パ
ルスの働きをする。クロック・パルスは、カウンタ１１
０に直接接続され、またゲート１１６を介してレジスタ
１１８に接続されている。レジスタ１１８は希望するど
んなサイズでもよく、本発明の好ましい実施例では、レ
ジスタ１１８は１６３８４個のセルを備えている。

明視野検出器１０２は、電気信号を出し、その信号は緩
衝増幅器１３８を介してレジ大り１１８のデータ入力端
子に送られる。レジスタ１１８のデータ出力端子は、デ
ータ・サンプルを弁別器１２０に印加する。クロック・
パルスが発生してゲート１１６を介してレジスタ１１８
のクロック入力端子に印加されるたびに、レジスタ１１
８は検出器１０２から出力された信号の入力アナログ値
をレジスタ１１８の第１セル内に記憶する。各セルに記
憶された信号は次のセルにシフトされ、レジスタ１１８
の最後のセルの信号が弁別器１２０に出力される。

鏡面反射光から検出器１０２によって獲得されるデータ
が、走査用レーザ・ビームの走査ごとにレジスタ１１８
に記憶される。レジスタ１１８の動作は、カウンタ１１
０によってレーザ光線の走査と同期される。カウンタ１
１０は、各走査開始時に、検出器９６から出力されるリ
セット信号に応答して、エンコーダ１１２に記憶されて
いる数でプリセットされる。検出器９６から出力される
信号は、緩衝増幅器１４０を介して、カウンタ１１０の
リセット端子に印加される。各走査の開始時に、カウン
タ１１０は１６３８３のカウントにプリセットされる。

エンコーダ６４からクロック・パルスが次々に発生する
のに応じて、カウンタ１１０はカウントが負になるまで
、初期値からカウント・ダウンされる。カウントが負に
なると、カウンタ１１０の出力カウントの最上位ビット
（ＭＳＢ）が論理１となる。出力カウントの最上位ビッ
トは、ゲート１１６の補数入力端子に印加される。

したがって、論理１の最上位ビット値が、論理Ｏに変換
されて、ゲート１１６を非活動化させ、レジスタ１１８
へのクロック・パルスの流れを停止させる。このため、
レジスタ１１８の動作が停止する。次の線走査のために
カウンタ１１０がリセットされると、出力カウントの最
上位ビットは論理０の値に戻り、ゲート１１６を活動化
して、クロック・パルスのレジスタ１１８への通過を再
開させる。

検出器９６から出力されたリセット・パルスの列は、周
波数分割器１１４にも印加されて、パルス列の反復周波
数が２で割られる。周波数分割器１１４から出力された
パルス列は、ゲート１２２の入力端子とスイッチ１２４
の制御端子に印加される。ゲート１２２は、一対の緩衝
増幅器１４２および１４４を介して弁別器１２０から出
力された信号を結合し、検出器５０と５２の光電子倍増
管内のグリッド１４６を制御する。グリッド１４６は、
光感知電極１４８、すなわち各光電子倍増管内の光電陰
極と相互作用して、グリッド１４６がゲート１２２から
増幅器１４２および１４４を介して印加された適当なゲ
ート信号で活動化されている時以外はいつも、検出器５
０と５２が信号を出力するのを防止する。ウェハ表面か
ら反射される様々な強度のレーザ光線を区別して、ウェ
ハ表面に起伏のある場合は検出器５０および５２を作動
不能にし、平らで滑らかなウェハ表面が存在する場合に
は検出器５０および５２を作動可能にするのが、振幅弁
別器１２０の役割である。したがって、後段で説明する
ように、弁別器１２０は、強い反射が存在するとき、ゲ
ート活動化パルスをゲート１２２を介して制御グリッド
１４６に出力する。ゲート活動化パルスは、ゲート１２
２によって出力される論理１信号として表わされる。

各走査線対の最初の走査線を用いてウェハ２６の表面を
調べて、表面のどの部分が検出器５０と５２の方向に強
い反射を発生させるのか、また表面のどの部分が平らで
滑らかになっていてレーザ・ビームを鏡面反射して検出
器５０や５２を照射せずに走査レンズ５８を通って戻ら
せるのかを決定できるように、走査線を対にするのが、
本発明の一特徴である。粒子９０の場合、検出器５０と
５２の照射は低強度の散乱放射である。たとえば、ウェ
ハ２６の表面メタライゼーシヨンが、ウェハ表面上の１
０ミクロンのスポットから典型的な１ミクロン粒子に比
べて１００００倍の散乱光強度の、反射光を生成し得る
ことが観察されている。

各走査線対の２回目の走査中に、検出器５０および５２
は活動化されて、ウェハ表面上の粒子９０などの粒子に
関連する散乱放射を感知する。

上記手順の実行に不可欠な論理は、弁別器１２０、周波
数分割器１１４、およびゲート１２２によって実現され
る。周波数分割器１１４によって出力された信号は、各
走査線対の最初の線走査の間、ゲート１２２を非活動し
て、ウェハ表面を最初に調べる間に検出器５０および５
２が動作しないようにする。各走査線対の２回目の走査
の間、周波数分割器１１４によって出力された信号はゲ
ート１２２を活動化して、弁別器１２０からの作動可能
化信号を通過させる。走査線対の最初の走査の間、レジ
スタ１１８は検出器１０２で受は取った逆反射光の完全
な活動記録を記憶する。レジスタ１１８のセル内に記憶
された強い信号は、レーザ光のほぼすべてが反射されて
走査レンズ５８を通って戻ったことを示す。このことは
、この情報が記憶されているレジスタ１１８のセルに対
応する特定の位置にウェハ表面の滑らかで平らな領域が
存在することを示すものである。レジスタ１１８のある
セルが強度の低くなった信号を記憶している場合、この
ような強度の減少は、ウェハ表面の起伏パターンのある
領域内の起伏によって引き起こされたものと理解される
。このような起伏は、レーザ光の大部分をウェハ表面の
法線に対して傾斜した方向に向け、検出器５０と５２の
一方を強い強度で照射させる可能性がある。したがって
、レジスタ１１８のセルに記憶されている信号強度の減
少は、ウェハ表面上の対応するサイトが集光半球４８内
部で集光された散乱光によって粒子を観測するのに適し
ていないことを示すものであると考えられる。弁別器１
２０は、プリセットされたしきい値強度よりも強度の大
きいすべての逆反射された光学的信号に対して、ゲート
１２２を介して作動可能化信号を出力するように設定さ
れている。強度がしきい値よりも低い信号の場合、弁別
器１２０は、補数論理状態の信号を出力して、検出器５
０および５２を作動不能にする。

したがって、各走査線ごとに、レジスタ１１８が強い反
射と弱い反射をもたらす領域の完全な記録を記憶する。

奇数番目の走査および偶数番目の走査という用語を使う
と、奇数番目の走査は各走査対の最初の走査であり、偶
数番目の走査は各走査対の２回目の走査である。奇数番
目の走査の間にレジスタ１１８によって蓄積されたデー
タは、次の偶数番目の走査の間に出力され、弁別器１２
０によって評価されて検出器５０および５２を作動可能
にしたり作動不能にしたりする。レジスタ１１８内に偶
数番目の走査の間に蓄積されたデータは、次の奇数番目
の走査の間に出力されるが、この場合、検出器５０およ
び５２がゲート１２２の論理操作によって作動不能にさ
れる。すなわち、偶数番目の走査の間にレジスタ１１８
に蓄積されたデータは、廃棄される。

スイッチ１２４は周波数分割器１１４によって出力され
た信号によって活動化され、取り得る２つのスイッチ状
態のうちの一方の状態を交互に取る。こうすることによ
って、奇数番目の各走査の間、スイッチ１２４は電源ｖ
１からの電圧を発振器１２６の制御端子に結合させて、
発振器１２６の発振周波数を選択する。偶数番目の各走
査の間、スイッチ１２４は、電圧源ｖ２からの電圧を発
振器１２６に結合させて、もう一つの発振周波数を選択
する。２つの電源Ｖ１およびｖ２の電圧は、奇数番号の
走査の場合には上記の７７．２５メガヘルツの周波数で
、偶数番号の走査の場合には７７゜２３メガヘルツで発
振器１２６を動作させるのに必要な値をとる。発振器１
２６は音響光学式モジュレータ８４の制御端子に所期の
周波数のシヌソイド電気信号を出力して、所期のビーム
偏向を実施する。一方の偏向が奇数番目の走査で実現さ
れ、もう一方の偏向が偶数番目の走査で実現される。

検出器５０および５２の光電子倍増管の構造について、
制御グリッド１４６は５ボルトの電圧パルスで動作する
。この値は、ゲート１２２などの半導体論理回路で使用
するのに好都合な値である。

充分短い間、通常は数ナノ秒間、光電子倍増管を論理パ
ルスによって、ゲート・オンしたりゲート・オフしたり
して、各走査線の期間中、ウェハ２６表面を高分解能で
観測することができる。

光電子倍増管が活動化されると、集光半球４８によって
集められた散、乱光の組合せが、観測中のウェハ表面の
サイトからのレーザ光の集光された散乱光全体の測定値
をもたらす。検出器５０および５２の出力信号はそれぞ
れ緩衝増幅器１５０および１５２を介して弁別器１２８
および１３０に結合されている。弁別器１２８および１
３０の出力信号は、アナライザ４０を作動させるための
ゲート信号として一致検出器１３２を介して、結合され
る。−個ではなく複数個の検出器５０．５２を使用し、
それらの検出器の信号の一致を検出すると、光検出過程
で雑音の影響を排除することができる。検出器５０およ
び５２の出力信号は、また増幅器１５０および１５２を
介して加算器１３４にも印加される。加算器１３４は、
検出器５０および５２の信号を加算して、アナライザ４
０に粒子９００反射光線全体を表わすアナログ信号を印
加する。

アナライザ４０による粒子データの出力は、以下のよう
にして行なわれる。試験サイトが微粒子汚染のない場合
には、正味の散乱信号は比較的低く、検出器５０．５２
によって出力される信号は弁別器１２８および１３０の
振幅しきい値レベルより低くなる。したがって、弁別器
１２８および１３０はそれぞれ一致検出器１３２に論理
０の信号を出力する。レーザ光がウェハ表面上の粒子に
当たる場合には、集光半球４８内で集光された散乱光の
合計は比較的高く、弁別器１２８および１３０の振幅し
きい値レベルより高い信号が検出器５０および５２によ
って出力されることになる。

すなわち、弁別器１２８および１３０はそれぞれ検出器
１３２に論理１の信号を出力する。検出器５０と５２の
両方によって同じ瞬間に散乱光が検出されて、弁別器１
２８と１３０の論理１信号の同時発生に応じて、アナラ
イザ４０を動作可能にするゲート信号を出力させる。検
出器１３２のゲート信号に応じて、アナライザ４０は加
算器１３４からアナライザ４０に入力された粒子信号の
振幅を記録する。各走査線の間、軸角エンコーダ６４は
パルス列を出力する。そのパルスの数は、検出器１０２
のデータを記憶すべきレジスタ１１８のセルの数に等し
い。同じパルス列がカウンタ１１０に印加されるので、
カウンタ１１０のカウントは検出器１０２または検出器
対５０と５２によって観測されている走査線の特定位置
を表わす。したがって、カウンタ１１０の出力カウント
は、アナライザ４０の入力端子にも印加されて、加算器
１３４の粒子信号が出されているウェハ表面上の粒子サ
イトの位置を示す。これによって、アナライザ４０は、
各粒子の位置を識別し、また各粒子からの反射光の特性
を示す。こうした情報を用いて、粒子の反射率と粒子の
位置の両方に関する微粒子汚染の統計分析が作成できる
。こうした情報は、ウェハの鋸ひき目（切り口、カーフ
）を走査線と位置合わせする必要なしに、ウェハ２６の
特定の方向付けとは無関係に、得られることに留意され
たい。また、起伏パターンのある領域内にある滑らかで
平らな領域ならびにひき目領域内部にあるより多数の平
らな表面領域からも情報が得られることにも留意された
い。

本発明の好ましい実施例では、検査システム２０は、１
２ミクロンのレーザ光線スポット・サイズ×１走査線当
り１６３８４個の画素（ｐｅｌ　）から構成される、１
９５ミリの視野をもたらす。３４秒かけて、走査装置２
２は直径８インチ（１９゜３２ｃｍ）のウェハを走査す
ることができる。これは、２００ミリの距離を毎秒６ミ
リの速度で観測することになる。検査システム２０は、
３スポット分のサイズに等しい面積に当たる３６ミクロ
ンという小さな起伏パターンのない高反射率の領域を検
出することができ、直径が約０．３ミクロン以上の粒子
をこれらの領域内で検出することが可能である。粒子カ
ウントは、アナライザ４０により蓄積されて、散乱光強
度に基づいてサイズ別に分類される。

検査システム２０の操作のまとめとして、第６図に、検
査システム２０の操作手順の各段階を示す。第６図に示
されているように、ウェハは第１の方向に進み、そのあ
とウェハ表面が第１の方向を横切る第２の方向で光学的
に走査される。走査中にウェハ表面から光学系７０を通
って逆反射された光の強度が、ウェハ表面上のレーザ光
ビーム位置の関数として、シフト・レジスタ１１８内に
記録される。ビーム位置は、多角形回転鏡６０に連結さ
れた軸角エンコーダ６４から出るクロック・パルスの順
序によって与えられる。続いて、ウェハの動きを補償す
るための偏位が光学系に導入される。この偏位は、音響
光学式モジュレータ８４によって実現される。それから
、前の走査と同じ経路に従って、ウェハ表面が再走査さ
れる。その際、前の走査の間に強度の高い逆反射が得ら
れた位置で、集光半球４８内の検出器５０および５２が
ＡＮＤゲート１２２を介して活動化される。続いて、集
光半球内の検出器によって検出された微粒子汚染からの
散乱光の強度が記録される。集光半球内検出器からのデ
ータが、カウンタ１１０のカウントによって与えられる
レーザ光ビームのウェハ表面上での位置の関数として記
録される。その後、音響光学式モジュレータ８４によっ
て導入された偏位が解除され、ウェハの別の領域につい
てデータを集めるため上記２回の走査が繰返される。

ウェハ全体の走査が終了すると、アナライザ４０によっ
て、粒子データが評価される。

Ｅ、効果 従来、加工片の表面上の粒子の存在を光学的に検出しよ
うとしたところ、該表面に起伏があったために予期せぬ
高強度の反射光線によって粒子検出手段が照射され、該
手段が動作不能に陥り、したがって検査を全く遂行でき
なくなるという弊害があったが、本発明によればそのよ
うな弊害が取り除かれ、加工片表面の粒子の存在状況の
光学的検査を支障なく遂行することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コンベヤによって検査部を通って運ばれるウ
ェハを含む、本発明の検査システムを様式化した図であ
る。 第２図は、第１図の検査システム内に含まれる光学系の
部分等角投影図である。 第３図は、光学系の概略図である。 第４図は、検査システムの電子装置の概略図である。 第５図は、片方の走査線がウェハの並進を補償するため
に偏位されている、一対の走査線を記入したウェハの概
略図である。 第６図は、検査システムの動作手順の各段階を示すブロ
ック図である。 ２０・・・・表面検査システム、２２・・・・光学式走
査装置、２４・・・・コンベア、２８・・・・検査部、
４０・・・・光信号アナライザ、４４・・・・光トラッ
プ、４８・・・・集光半球、５０．５２・・・・検出器
、５８・・・・テレセントリック走査レンズ、６０・・
・・多角形回転鏡、６４・・・・軸角エンコーダ、６８
・・・・コリメータ・レンズ、７０・・・・光学系、８
０・・・・偏光光線スプリッタ、８２・・・・四分の一
波長板、８４・・・・音響光学式モジュレータ、８６・
・・・顕微鏡対物レンズ、９０・・・・汚染粒子、９６
．１０２・・・・光検知器。 第２図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 加工片の表面が滑らかな領域と起伏のある領域を含む場
   合に、上記加工片の表面上の粒子の存在状況を調べるた
   めの検査システムであって、上記表面の光学的な走査を
   通じて上記表面のうちの滑らかな領域を峻別し、該滑ら
   かな領域の位置データを含む表面データを出力するため
   の表面データ獲得手段と、 上記表面上の粒子の存在を光学的に検出するための粒子
   検出手段と、 上記表面データ獲得手段から出力される表面データに応
   答して、上記表面のうちの滑らかな領域では上記粒子検
   出手段を作動させ、上記表面のうちの起伏のある領域で
   は上記粒子検出手段を作動させないための手段 を含むことを特徴とする光学式表面検査システム。