JPH06102189A

JPH06102189A - 異物検査装置

Info

Publication number: JPH06102189A
Application number: JP24837292A
Authority: JP
Inventors: Arinari Tei; 有成鄭; Akira Tsumura; 明津村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】膜厚に関わらずに散乱光強度を高め、膜付き試
料の異物を高い信頼性で検査することが可能な異物検査
装置を提供することにある。【構成】Ｓｉウエハにレ−ザビ−ム１４を照射し、Ｓｉ
ウエハに付着した異物２５からの散乱光を検出して異物
２５を検査する異物検査装置１において、レ−ザビ−ム
１４を膜付きＳｉウエハ１１に任意の角度で照射すると
ともに、膜付きＳｉウエハ１１の膜厚に基づき、レ−ザ
ビ−ム１４の入射光と反射光との干渉合成波の強度が高
まるようにレ−ザビ−ム１４の照射角を調節する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、膜付ウエハ上
に付着した異物を検査する異物検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体プロセス過程に利用され
る異物検査装置は、主に二種類在る。一つはベア（鏡
面）ウエハ用の異物検査装置であり、他の一つはパタ−
ン付ウエハ用の異物検査装置である。そして、中間段階
で利用できる装置、即ち、膜付ウエハ上に付着した異物
を検査できる専用の装置は、一般には知られていない。
このため、今までは、主にベアウエハ用の検査装置が膜
付ウエハ用の検査装置として利用されていた。検出技術
についても、ベアウエハに付着した異物を検出する技術
が、そのまま膜付ウエハの異物検出に利用されている。

【０００３】ただし、デポジション膜付ウエハのための
異物検出に関して、例えば特開昭６３−２２６９３７号
公報に記載された技術が知られている。すなわち、特開
昭６３−２２６９３７号公報に記載された異物検査装置
においては、入射ビ−ムの波長を切換える手段が設けら
れ、様々な厚さ及び材質のデポジション膜付ウエハにつ
いて良好な検出Ｓ／Ｎ比を達成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ベアウエハ
用の検査装置及び検査技術をそのまま膜付ウエハのため
に用いた場合には、信号の一様性と安定性がなく、さら
に、測定の再現性がない。

【０００５】つまり、膜付ウエハの場合、膜の厚さは、
異物からの散乱光強度（信号）に影響する重要なパラメ
−タであり、膜厚が変わると、同じ径（大きさ）の異物
から異なる強さの信号が得られる。そして、単にベアウ
エハ用の検査装置を膜付ウエハの異物検出に利用したの
では、膜厚の変化に対応することができず、検査の信頼
性が低い。

【０００６】一方、特開昭６３−２２６９３７号公報に
記載された検査装置においては、入射ビ−ムの波長が切
換えられるが、波長の切換えに伴って検出感度も変化す
る。したがって、このタイプの検査装置においても、測
定の一様性と安定性がなく、信頼性が低い。

【０００７】本発明の目的とするところは、膜厚に関わ
らずに散乱光強度を高め、膜付き試料の異物を高い信頼
性で検査することが可能な異物検査装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、試料に検査光を照射し、試料に
付着した異物からの散乱光を検出して異物を検査する異
物検査装置において、検査光を膜付きの試料に任意の角
度で照射するとともに、試料の膜厚に基づき、検査光の
入射光と反射光との干渉合成波の強度が高まるように検
査光の照射角を調節することにある。こうすることによ
って本発明は、散乱光強度を高め、膜付き試料の異物検
査の信頼性を向上できるようにしたことにある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１〜図６に基づ
いて説明する。

【００１０】図１は本発明の第１実施例を示すもので、
図中の符号１は異物検査装置を示している。この異物検
査装置１においては、レ−ザ発振器２、ビ−ムエキスパ
ンダ３、反射ミラ−４、及び、集光レンズ５が備えられ
ている。そして、これらの機器によって投光部６が構成
されている。

【００１１】さらに、異物検査装置１には、減衰器７、
フォトマルチプライヤ８、ウエハ搭載ステ−ジ９、及
び、膜厚測定部１０が備えられている。これらのうち、
減衰器７は試料としての膜付きＳｉウエハ（以下、ウエ
ハと称する）１１からの正反射光を吸収して減衰させ
る。また、フォトマルチプライヤ８は異物からの散乱光
を集光して検出する。

【００１２】ウエハ搭載ステ−ジ９は直交ステ−ジ１２
と回転ステ−ジ１３とにより構成されている。そして、
回転ステ−ジ１３上にウエハ１１が、膜を上に向けた状
態で搭載されている。

【００１３】投光部６においては、レ−ザ発振器２から
出射された検査光としてのレ−ザビ−ム１４が、ビ−ム
エキスパンダ３によって拡大され、反射ミラ−４で反射
して集光レンズ５へ向う。さらに、レ−ザビ−ム１４
は、集光レンズ５で集光され、ウエハ搭載ステ−ジ９上
に搭載されたウエハ１１の表面に照射される。ウエハ１
１に照射されたレ−ザビ−ム１４はウエハ１１で反射し
たのち、減衰器７に入射する。そして、このレ−ザビ−
ム１４は、減衰器７により吸収されて減衰する。

【００１４】ウエハ１１に異物が付着している場合に
は、レ−ザビ−ム１４が異物によって散乱する。この散
乱光はフォトマルチプライヤ８に集光される。そして、
この散乱光が検出された場合には、異物の存在が検出さ
れる。

【００１５】投光部６の反射ミラ−４は、図中に矢印
Ａ、Ａで示すようにレ−ザビ−ム１４の進行方向に沿っ
て任意に移動する。また、反射ミラ−４は、矢印Ｂで示
すようにレ−ザビ−ム１４の進行方向に対して交差する
方向に回動する。さらに、集光レンズ５は、矢印Ｃ、Ｃ
で示すように、略９０°の範囲で円弧状の軌跡を描きな
がら移動する。そして、集光レンズ５の位置は、ウエハ
１１の真上からウエハ１１の表面と同一な平面上へ変化
する。

【００１６】つまり、反射ミラ−４と集光レンズ５とに
よってレ−ザビ−ム１４の進行方向が調節され、レ−ザ
ビ−ム１４がウエハ１１の表面に任意の角度で入射す
る。なお、反射ミラ−４と集光レンズ５とを移動或いは
回動させる機構に、一般の種々の機器を採用することが
可能である。

【００１７】前記膜厚測定部１０は、図２に示すように
赤外線半導体レ−ザ１５、コリメ−タレンズ１６、偏光
ビ−ムスプリッタ１７、１／４波長板１８、光検出器１
９、及び、窓２０が備えられている。赤外線半導体レ−
ザ１５はレ−ザ光２１を発し、このレ−ザ光２１は平行
光に変換されたのちに偏光ビ−ムスプリッタ１７で反射
し、１／４波長板１８に導かれる。さらに、このレ−ザ
光２１は、１／４波長板１８を通ったのちに、窓２０を
透過し、ウエハ１１に照射される。

【００１８】さらに、レ−ザ光２１はウエハ１１で反射
し、再び窓２０及び１／４波長板１８を通って偏光ビ−
ムスプリッタ１７に達する。そして、このレ−ザ光２１
は偏光ビ−ムスプリッタ１７を通過し、光検出器１９に
入射して電気信号に変換される。光検出器の出力は増幅
された後に演算器（図示しない）に入力される。

【００１９】光検出器１９から出力される信号は周期信
号であり、この信号には極大と極小とが繰返し表れる。
この信号の極大と極小との数はウエハ１１に形成された
膜の厚さに対応している。そして、信号の極大と極小と
の数は基にして膜厚が求められる。ここで、膜厚測定部
１０として、一般的な種々の膜厚測定用の機器を採用す
ることができる。つぎに、上述の異物検査装置１によっ
て行われる検査方法を説明する。

【００２０】まず、ウエハ１１がウエハ搭載ステ−ジ９
上に搭載され、こののち、膜厚測定部１０が、ウエハ１
１に形成された膜の厚さを測定する。測定された膜厚ｄ
の値がコンピュ−タに取入れられ、コンピュ−タによっ
て、レ−ザビ−ム１４の、膜厚に対する最適な入射角θ
が求められる。

【００２１】この角度θとは、ウエハ１１に形成された
膜中の干渉領域内において、干渉縞間隔がレ−ザビ−ム
１４の入射角度θによって調整され、且つ、以下の式
（１）が満たされているときの入射角度である。

【００２２】

【数１】

【００２３】つまり、図３に示すように、ウエハ１１に
レ−ザビ−ム１４が入射すると、このレ−ザビ−ム１４
（入射光）と正反射光とが干渉し、干渉領域２２、２３
（斜線の部分）が形成される。この干渉領域２２、２３
は、例えば空気中の干渉領域２２と膜２４中の干渉領域
２３とに分かれる。

【００２４】図３中の符号２５は膜２４上に付着した異
物を示している。異物２５は干渉領域２２中に存在して
いる。このように膜２４上に異物２５が付着している場
合、レ−ザビ−ム１４が異物２５に当って散乱し、散乱
光が生じる。そして、この散乱光は図１中のフォトマル
チプライヤ８によって検出される。

【００２５】散乱光と干渉領域２２、２３の合成波強度
とは相関を有しており、合成波強度が高まると散乱光強
度も高まる。したがって、合成波強度を高めれば、強い
散乱光を得ることができ、散乱光の検出精度を向上する
ことができる。

【００２６】干渉領域２２、２３における合成波の強度
分布が、図３中の右側のグラフに示されている。この合
成波は定在波であり、この定在波の強度は空気と膜２４
との境界で変化する。そして、定在波の振幅は空気中で
大きく、膜２４中で小さい。さらに、干渉領域２２、２
３内の合成波の強度分布を解析するとき、次の（ア）、
（イ）、（ウ）の各項に示す考え方が基本となる。

【００２７】（ア）一般に、電磁波が、密度が疏の媒質
から密の媒質へ入射するとき、境界面で固定端反射が起
り、位相が半波長（１８０°）ずれる。したがって、本
実施例のレ−ザビ−ム１４（ｓ偏光）の位相は、レ−ザ
ビ−ム１４が空気中から膜２４中へ入射する時に、入射
角に依存せずに半波長ずれる。また、レ−ザビ−ム１４
が膜２４中からウエハ１１へ入射する時にも、位相が半
波長ずれる。

【００２８】このため、膜２４の表面２６において、入
射光と反射光とが干渉して暗縞が生じる。また、ウエハ
１１の表面２７においても、入射光と反射光とが干渉し
て暗縞が生じる。

【００２９】（イ）つぎに、膜２４中について考える。
膜２４の屈折率をｎ₁とすると、膜２４中では波長がλ
／ｎ₁となり、照射光角θ´は以下の式（２）で表され
る。

【００３０】

【数２】そして、図４中に示す干渉縞の間隔ｘは、以下の式
（３）によって表される。

【００３１】

【数３】

【００３２】つまり、膜２４中においては、縞間隔ｘは
入射角に依存する。このことは空気中においても同様で
ある。ここで、図４中の黒点は暗縞の部分を示してお
り、白点は明縞の部分を示している。

【００３３】（ウ）一般に、ウエハ１１の屈折率をｎ₂
膜２４の屈折率をｎ₁、外の媒質（本実施例では空気）
の屈折率をｎ₀としたとき、ｎ₀＜ｎ₁＜ｎ₂の関係が
満たされれば、膜２４は反射防止膜である。また、反射
光Ｒの強度｜Ｒ｜² と波長λとの間には次の関係が在る
ことが知られている。つまり、膜２４の表面２６からの
反射光とウエハ１１の表面２７からの反射光との位相差
をδとすれば、δは以下の式（４）によって表される。

【００３４】

【数４】（ａ）δ＝２ｍπのとき、即ち以下の式（５）が成り立
つとき、反射率は極大となり、｜Ｒ｜² も極大となる。

【００３５】

【数５】（ｂ）δ＝（２ｍ＋１）πのとき、即ち以下の式（６）
が成り立つとき、反射率は極小となり、｜Ｒ｜² も極小
となる。

【００３６】

【数６】前掲の式（３）を式（５）に代入すると以下の（７）式
の関係が得られる。ｄ＝ｍｘ …（７）

【００３７】ここで、図５に、入射角が変化した場合の
縞間隔及び合成波強度の違いが表されている。図中の左
側が反射光強度が小さい場合の波形及び縞間隔ｘ₁を示
しており、右側が反射光強度が大きい場合の波形及び縞
間隔ｘ₂を示している。

【００３８】上述の（ア）、（イ）、（ウ）から、膜２
４の厚さを知り、図５に示すように入射角度θを変化さ
せて縞間隔ｘを調整し、式（７）を満たせば、干渉合成
波の強度｜Ｒ｜² が最大（極大）になる。そして、異物
２５からの散乱光の強度も十分に高まる。

【００３９】すなわち、本実施例の異物検査装置１にお
いては、膜２４の厚さが膜厚測定部１０によって測定さ
れるとともに、レ−ザビ−ム１４の入射角が、干渉合成
波の強度が最大になるよう調節される。そして、高強度
の散乱光が得られ、この散乱光が検出されて異物２５の
存在が判断される。

【００４０】したがって、膜付きのウエハ１１に付着し
た異物の検出を高感度で容易に行うことができるととも
に、ｄ＞λ／２ｎ₁の関係が満たされていれば、任意の
厚さの膜２４を有するウエハ１１に付着した異物の検出
が可能になる。

【００４１】さらに、膜２４の厚さは膜厚測定部１０に
よって測定されるので、膜２４の厚さを予め知ることが
できる。このため、膜厚の異なるウエハが試料として用
いられた場合でも、膜厚の違いを考慮してレ−ザビ−ム
１４の入射角度を設定できる。したがって、再現性よく
高強度の散乱光を得ることができ、検査の信頼性を向上
することができる。

【００４２】また、膜厚に合わせて波長を切換える必要
がないので、散乱光の検出感度の変化が少ない。したが
って、測定の一様性と安定性とを向上することができ、
検査の信頼性を向上できる。

【００４３】なお、本実施例においては、散乱光を検出
するためにフォトマルチプライヤ８が利用されている
が、散乱光を検出する手段として一般的な種々の検出器
（例えば光電子増幅管等）を採用することが可能であ
る。

【００４４】また、本実施例では膜付ウエハ１１の異物
検査が説明されているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、種々の試料の異物検査に適用することが可
能である。さらに、具体的には、例えば液晶ディスプレ
イの透明電極膜に付着した異物の検査等にも適用可能で
ある。つぎに、本発明の第２実施例を図５に基づいて説
明する。なお、第１実施例と同様の部分については同一
番号を付し、その説明は省略する。

【００４５】図５は本発明の第２実施例を示しており、
図中の符号３１は異物検査装置である。この異物検査装
置３１においては、レ−ザ発振器２を含む投光部６がＬ
字型の光学筒３２に収納されている。さらに、異物検査
装置３１には角度調節機構部３３が備えられており、こ
の角度調節機構部３２は、固定部３４と可動部３５とを
有している。固定部３４には円弧状のガイド孔３６が形
成されており、可動部３５には可動突部３７、３７が設
けられている。そして、可動部３５の可動突部３７、３
７は、固定部３４のガイド孔２６に係合している。

【００４６】光学筒３２は、角度調節機構部３３の可動
部３５に搭載されており、可動部３５と一体に回動す
る。光学筒３２の回動変位は、前記係合突部３７、３７
とガイド孔３７とによって案内される。さらに、光学筒
３２の回動範囲は、図５中に矢印Ｄで示すように略９０
°に設定されている。

【００４７】すなわち、この異物検査装置３１は、投光
部６の全体を回動変位させてレ−ザビ−ム１４の入射角
度を変化させる。したがって、レ−ザビ−ム１４の入射
角度を変化させても投光部６の光軸がずれることがな
く、投光部６のアライメントが不要である。つぎに、本
発明の第３実施例を図６に基づいて説明する。なお、前
述の各実施例と同様の部分については同一番号を付し、
その説明は省略する。

【００４８】図６は本発明の第３実施例を示しており、
図中の符号４１は異物検査装置である。この異物検査装
置４１においては、投光部４２に複数の集光レンズ５…
が備えられており、これら集光レンズ５…は円弧状に一
列に並んでる。また、反射ミラ−４は、図中に矢印Ａ、
Ａで示すようにレ−ザビ−ム１４の進行方向に沿ってた
方向に移動するとともに、矢印Ｂで示すようにレ−ザビ
−ム１４の進行方向に対して交差する方向に回動する。

【００４９】つまり、この異物検査装置４１は、反射ミ
ラ−４のみを移動させてレ−ザビ−ム１４を各集光レン
ズ５…に導き、レ−ザビ−ム１４の入射角度を変化させ
る。したがって、各集光レンズ５を移動させることが不
要である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、試料に検
査光を照射し、試料に付着した異物からの散乱光を検出
して異物を検査する異物検査装置において、検査光を膜
付きの試料に任意の角度で照射するとともに、試料の膜
厚に基づき、検査光の入射光と反射光との干渉合成波の
強度が高まるように検査光の照射角を調節するものであ
る。したがって本発明は、散乱光強度を高め、膜付き試
料の異物検査の信頼性を向上できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す構成図。

【図２】膜厚測定部の概略構成図。

【図３】検査光の入射光と反射光とが成す干渉領域を示
す説明図。

【図４】干渉縞の間隔を示す説明図。

【図５】入射角を変化させて縞間隔の調整する様子を示
す説明図。

【図６】本発明の第２実施例を示す構成図。

【図７】本発明の第３実施例を示す構成図。

【符号の説明】

１…異物検査装置、４…反射ミラ−、５…集光レンズ、
８…フォトマルチプライヤ、１０…膜厚測定部、１１…
膜付きＳｉウエハ（膜付き試料）、１４…レ−ザビ−ム
（検査光）、２５…異物。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に検査光を照射し、上記試料に付着
した異物からの散乱光を検出して上記異物を検査する異
物検査装置において、上記検査光を膜付きの試料に任意
の角度で照射するとともに、上記試料の膜厚に基づき、
上記検査光の入射光と反射光との干渉合成波の強度が高
まるように上記検査光の照射角を調節することを特徴と
する異物検査装置。