JPH06313756A

JPH06313756A - 異物検査分析装置及び異物検査分析方法

Info

Publication number: JPH06313756A
Application number: JP6025799A
Authority: JP
Inventors: Arinari Tei; 有成鄭
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1994-02-24
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】異物の検査と分析とを同じレベルで行い、座
標変換や分解能の差に因る問題点を解消し、検査時間を
短縮させ、しかも小型で安価な異物検査分析装置及び異
物検査分析方法を提供する。【構成】異物を照射した際に生ずる散乱光のうち、弾
性散乱光成分の強弱によって異物の存在位置やその大き
さを検出し、これと同期的に非弾性散乱光成分のスペク
トル分析を行うことによってその異物の成分を同定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハや
液晶基板等の試料表面の付着異物や傷等の欠陥をレーザ
照射により生ずる散乱光を受光することによって検査す
る異物検査分析装置及び異物検査分析方法に係り、特に
試料表面上の異物等の大きさ及び存在位置を検出すると
ともに異物等の成分分析をも行う異物検査分析装置及び
異物検査分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ（以下、単にウエハと記
す）や液晶基板等の試料の表面上に存在する付着異物や
傷等の欠陥は、後のパターン形成において断線等の不良
の原因となる。したがって、製造工程前・工程間におい
て、予め検査して、欠陥を検出された試料に対し洗浄又
は排除する等の適切な処理を施す必要がある。

【０００３】図８には、試料表面に付着した異物を検出
する、従来の異物検査装置(200)の例（以下、第１の従
来例と記す）を示している。同装置(200) の構成は、試
料を走査可能に載置する走査部(210) と、試料を斜方照
射する投光部(220) と、試料の略鉛直上方に配設されて
試料表面からの散乱光を受光して受光量に応じた受光信
号を出力する受光部(230) と、受光信号を処理する電気
回路系(240) とに大別される。

【０００４】しかして、試料走査中において照射点に付
着異物が現れた場合、異物からは強い散乱光が発生する
ので、受光部(230) で撮らえることができた。そして異
物の大きさ等によって散乱光強度が変化することを用い
て、電気回路系(240) にて受光信号を所定の閾値と比較
することにより異物の存在や大きさを検出することがで
きた。また、走査部(210) への走査信号と受光信号との
同期をとることによって、異物が試料中のどの位置に存
在するかを知ることができた。

【０００５】また、上記装置(200) によって検出した異
物について、さらにその成分や形状等を知りたい場合が
ある。このような場合には、検査した試料のデータを、
一旦フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク
等の補助記憶装置に格納したり、入出力インタフェース
（例えばRS-232C 規格）を介した転送等によって、成分
分析装置や電子顕微鏡に取り入れて所望の分析・観察を
行っていた。

【０００６】しかし、レイリー(Rayleigh)やミー(Mie)
の光散乱の理論から、異物による散乱光の光強度の絶対
値は、通常、異物の大きさ（直径）の２乗乃至６乗倍に
比例することが分っている。これら弾性散乱光における
異物の大きさと散乱光強度との関係を図９に示す。よっ
て検出対象となる異物の大きさが、例えば10倍になる
と、この異物による散乱光の光強度の絶対値は、およそ
10² 乃至10⁶ 倍になってしまう。

【０００７】従ってこの第１の従来例において、異物検
査装置(200) の受光部(230) で受光され電気回路系(24
0) にて受光信号を所定の閾値と比較する際に、電気回
路系(240) に内蔵されているアンプが１台の場合には、
この電気回路系(240) の動作範囲を超過してしまうこと
が考えられる。

【０００８】そこで、まず図１０に示すように電気回路
系(241) にて、検出粒子の直径が大きい領域（例えば５
〜１０μｍ）においてはアンプ(242) （例えばＡ（定
数）倍に受光信号を増幅）、検出粒子の直径が中くらい
の領域（例えば１〜５μｍ）においてアンプ(243) （例
えば１０Ａ倍に受光信号を増幅）、検出粒子の直径が小
さい領域（例えば０．１〜１μｍ）においてアンプ(24
4) （例えば１００Ａ倍に受光信号を増幅）、をそれぞ
れ設けて各領域の散乱光の受光信号を、その大きさに応
じて切り換え部(245) でそれぞれのアンプ(242) ，(24
3) ，(244) に振り分け、対応したアンプで増幅して測
定することが考えられている（以下、第２の従来例と記
す）。さらに、この第２の従来例の変形例として切り換
え部(245) を設ける代わりにアンプ(242) ，(243) ，(2
44) にそれぞれ対応した複数個の受光部を設けることも
考えられている。

【０００９】加えて、図１１に示すような電気回路系(2
46) において、受光信号Ｘの入力に対する出力Ｙが、Y=
KLog X（Ｋ：定数）となるようなLog アンプ(247) を用
いて散乱光の受光信号を測定することも考えられている
（以下、第３の従来例と記す）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の通り、第１の従
来例の異物検査装置では試料表面に付着した異物の存在
（異物の位置）と大きさとしか検出できないため、さら
に異物の形状や成分を同定したい場合は別の装置で分析
する必要があった。したがって、２台以上の装置を備え
なければならず、高価なものとなり、また装置床面積も
費やすこととなっていた。

【００１１】また、上記のような手法では、検査プロセ
スは、『異物の検査』→『データ転送』→『異物の分
析』という直列の流れとなり、多量の時間を要してい
た。

【００１２】更に、異物検査装置と、分析装置及び電子
顕微鏡とでは、装着した試料に対して設定する座標系が
一致しないため、データ転送後に座標変換する必要があ
った。しかし、異物検査装置の分解能が通常数百平方μ
ｍ程度であるのに対し、分析装置や電子顕微鏡の分解能
は通常一平方μｍ以下である。したがって、座標変換し
た後であっても、さらに分析装置・電子顕微鏡におい
て、抽出された数百平方μｍの走査点の中から、所望の
異物（１μｍ以下の微粒子の場合もある）を捜し出さな
ければならず、困難極まる作業であった。

【００１３】そして、第２の従来例の異物検査装置で
は、検出粒子の直径に応じてアンプ(242) ，(243) ，(2
44) を設けているために、アンプの数が増加してしまい
信号処理回路が非常に複雑となってしまう。

【００１４】加えて、第３の従来例の異物検査装置で
は、検出粒子からの散乱光を受光した信号そのものに対
応する対数(Log) の信号が出力されるので、微弱な信号
の変化の対して、追従が不可能である。よって異物の大
きさの微小な変化を検出することができない。即ち検出
の際の分解能が不足してしまうという問題がある。

【００１５】そこで、本発明は、異物の検査と分析とを
単一の装置上で行わしめることによって、異物の検査と
分析とを同じ条件で行い、座標変換や分解能の差に因る
問題点を解消し、検査時間を短縮させ、しかも小型で安
価な異物検査分析装置及び異物検査分析方法を提供する
ことを目的とする。

【００１６】また、本発明は、受光部の数を少なくし、
信号処理回路を簡略化し、異物の大きさの微小な変化を
検出することを可能とする高分解能な異物検査分析装置
及び異物検査分析方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１によると本発明
は、上記課題を参酌してなされたものであり、検査対象
を走査可能に載置する走査手段と、前記検査対象に検査
光を斜方照射する投光手段と、前記走査手段の上方で且
つ前記検査光の正反射方向以外の方向に配設されて前記
検査対象からの散乱光を受光してその受光量に応じた第
１の検査信号を出力する第１の受光手段と、前記走査手
段の上方で且つ前記検査光の正反射方向以外の方向に配
設されて前記散乱光のうち前記検査光とは異なる波長成
分の散乱光の受光量に応じた第２の検査信号を出力する
第２の受光手段と、前記第１の検査信号を所定の閾値と
比較して異物の存在位置及びその大きさを検出する第１
の信号処理手段と、前記第２の検査信号をスペクトル分
析して異物の成分を同定する第２の信号処理手段とを具
備することを特徴とする異物検査分析装置を提供するも
のである。

【００１８】また、請求項２によると本発明は、検査対
象を走査させながら検査光を投光する投光工程と、前記
検査対象からの散乱光を受光してその受光量に応じた第
１の検査信号を出力する第１の受光工程と、前記散乱光
のうち前記検査光とは異なる波長成分のみを受光してそ
の受光量に応じた第２の検査信号を出力する第２の受光
工程と、前記第１の検査信号に基づいて異物の存在位置
及びその大きさを検出する第１の信号処理工程と、前記
第１の信号処理工程で検出された異物の存在位置におけ
る第２の検査信号をスペクトル分析して当該異物の成分
を同定する第２の信号処理工程とを具備することを特徴
とする異物検査分析方法を提供するものである。

【００１９】

【作用】一般に、光を照射された異物から生ずる散乱光
は、弾性散乱光（またはレイリー(Rayleigh)散乱光及び
ミー(Mie) 散乱光）と、非弾性散乱光（またはラマン(R
aman) 散乱光）に分類される。

【００２０】弾性散乱光は、入射光が異物表面で光学的
に反射または回折して生ずる散乱光であり、吸収による
エネルギー損出を伴わないので、入射光と同一の波長成
分を持つ。そして、この弾性散乱光の光強度の絶対値は
通常、異物の大きさの２乗乃至６乗倍に比例する。

【００２１】一方、非弾性散乱光は、入射光と、入射さ
れた異物表面の分子または原子の熱振動中の横波モード
との相互作用（すなわち、光学フォノンとの非弾性散
乱）によって生ずる散乱光である。この相互作用の際の
エネルギーの授受によって波長シフト現象が生ずる。そ
して、波長のシフト量Δλは各物質に固有のものである
ことが知られている（約数十nm程度）。ここで、非弾性
散乱光の光強度の絶対値は、弾性散乱光に比し約10^-4倍
乃至10^-3倍程度の微弱なものであるが、これは各々の要
因から容易に推察されるものである。ここで図１２に弾
性散乱光と非弾性散乱光との波長及び散乱光強度につい
て示す。

【００２２】そこで、本発明においては、上述した光の
性質を利用して、第１の受光手段（若しくは第１の受光
工程）によって弾性散乱光のみを受光し、第１の検査信
号の示すピークによって異物の存在を検出でき、且つそ
のピーク値の大きさによって異物の大きさを測定するこ
とができる。また、第２の受光手段（若しくは第２の受
光工程）では非弾性散乱光のみを受光して第２の検査信
号を得る。そして、第１の検査信号上で異物が検出され
た場合、これと同期的に第２の検査信号をスペクトル分
析することによって、当該異物の材料成分を同定するこ
とができる。

【００２３】すなわち、異物の検査と成分分析とを同じ
条件で行わしめることによって、座標変換や分解能の差
に因る問題点を解消し、検査時間を短縮させ、しかも小
型で安価な異物検査分析装置及び異物検査分析方法を提
供することができる。

【００２４】また、本発明においては、図１２に示す光
の強度分布の性質を利用して、上述のような手法で信号
処理回路を簡略化し、更に異物の大きさの微小な変化を
検出することを可能とする高分解能な異物検査分析装置
及び異物検査分析方法を提供することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の第１の実施例に係る異物検査分
析装置(100) の概観構成を示す図である。この異物検査
分析装置装置(100) は、走査手段としてＲテーブル(11
1) ，θテーブル(112) と、投光手段としてのレーザ発
振器(121) ，ビームエキスパンダ(122) ，対物レンズ系
(123) と、第１の受光手段としての第１の結像レンズ系
(131) ，第１のセンサ(132) と、第２の受光手段として
の第２の結像レンズ系(141) ，ラマン分光系(142) ，第
２のセンサ(143) と、第１の信号処理手段としての増幅
回路(151) ，ノイズ除去回路(152) ，閾値比較回路(15
3) と、第２の信号処理手段としての増幅回路(161) ，
スペクトル分析回路(162) と、演算制御部(170) とを備
えている。以下、各部分の具体的構成について詳解す
る。

【００２６】Ｒテーブル(111) は、パルスモータ(111-
a) に連結したボール捩子(111-b)と、ボール捩子(111-
b) を螺挿する直進テーブル(111-c) と、この直進テー
ブル(111-c) をＲ方向（水平な一方向）に進退自在に挿
通するガイドレール(111-d)とからなる。

【００２７】θテーブル(112) はパルスモータ(112-a)
に連結した回転テーブル(112-b)であり、直進テーブル
(111-c) 上の支柱にθ軸（鉛直軸）回りに回動自在に軸
支されている。また、回転テーブル(112-b) の上面は吸
着機能を有しており、検査対象となるウエハ(10)を座標
系が設定された所定位置にて載置固定するようになって
いる。しかして、パルスモータ(111-a) ，(112-a) が同
期的に駆動することによってウエハ(10)を同心円状に全
面走査できるようになっている。また、各パルスモータ
(111-a) ，(112-a) へのパルス信号を計数することによ
って現在の走査位置（Ｒ，θ）を示す位置信号を出力で
きるようになっている。

【００２８】レーザ発振器(121) は、例えばAr⁺ レーザ
などの検査光Ｌを照射するレーザ光源（例えば出力:300
mw，波長:488nm）が用いられる。対物レンズ系(123)
は、検査光Ｌを10μｍ×１μｍの略楕円形状に集光し
て、ウエハ(10)上の所定の走査点を鉛直方向に対して略
60°の方向から斜方照射するようになっている。なお、
対物レンズ系(123) においては、入射光がある程度以上
の径を有する方が、幾何光学的に集光が容易である。こ
れに対し、レーザ発振器(121) の発する光は通常0.6mm
程度の径しかない。そこで、対物レンズ系(123) の直前
に配設されたビームエキスパンダ(122) は、入射した検
査光Ｌの径を10倍乃至20倍程度に拡大した平行光に変換
して対物レンズ系(123) に供給するようになっている。

【００２９】第１の結像レンズ系(131) は、検査光Ｌの
入射方向に対し垂直で且つ走査点に対し仰角略30°の方
向に配設されており、ウエハ(10)上の異物を照射した際
に生ずる散乱光の一部Ｌ₁ を集光するようになってい
る。これは検査光Ｌの正反射光を検出してしまわないた
めである。第１のセンサ(132) は、光電子増倍管あるい
はフォトダイオード等の受光素子や電流・電圧変換回路
等の組合せで構成されたデバイスであり、散乱光Ｌ₁ を
受光してその光強度に応じた信号レベルを有する第１の
検査信号を出力するようになっている。なお、散乱光Ｌ
₁ は厳密にはレイリー散乱光とラマン散乱光との両方を
含むのであるが、後者の光強度の絶対値は前者の約10^-3
倍程度しかないので、Ｌ₁ をレイリー散乱光として扱っ
ても問題ない。

【００３０】第２の結像レンズ系(141) は、検査光Ｌの
入射面に対して第１の結像レンズ系(131) とは略面対称
に配設されており、ウエハ(10)上の異物を照射した際に
生ずる散乱光の一部Ｌ₂ を集光するようになっている。
これは散乱光の強度分布について、検査光Ｌの入射面に
対して面対称に略同一の偏りが生じるためである。ラマ
ン分光系(142) は、トリプルポリクロメータあるいはダ
ブルポリクロメータもしくはモノクロメータ等の一般に
知られる分光器で構成され、且つ、その分光器の波長帯
域をλ₁ 乃至λ₂ （但し、488nm ＜λ₁ ＜λ₂ ）の範囲
に設定されており、入射光と同一波長の散乱光（すなわ
ち、レイリー散乱光）を遮断するとともに、ラマン散乱
光のうちのストークス(Storks)光Ｌ_2'（但し、Ｌ_2'の波
長λ_2'は、λ_2'＝488nm ＋Δλ且つΔλ＞０を満たすも
のとする）だけを抽出するようになっている。第２のセ
ンサ(143) は、マルチチャンネル型の光検出器であり、
Ｌ_2'を受光してその強度に応じた信号レベルを有する第
２の検査信号を出力するようになっている。

【００３１】増幅回路(151) は、通常のアンプ素子等で
構成されており、第１の検査信号を入力して所定の倍率
で増幅するようになっている。ノイズ除去回路(152)
は、入力信号中の低レベルの変動成分を遮断するフィル
タ機能を備えた回路であり、センサ(132) のショットノ
イズの他に第１の検査信号のうち非弾性散乱光に因る微
弱なピークを除去するようになっている。なぜなら、上
述したように非弾性散乱光の強度の絶対値は弾性散乱光
の約10^-3倍程度しかないからである。閾値比較回路(15
3) は、入力した第１の検査信号のピーク値を予め設定
された閾値Ｖ_T と比較して、Ｖ_T 以上であれば異物が存
在したと判断して、検出信号Ｓを後述のスペクトル分析
回路(162) ，演算制御部(170) に出力するようになって
いる。なお、閾値Ｖ_T は、一般にはコンピュータ上のシ
ミュレーションや、標準粒子を用いて基準データを抽出
したりするような種々の手法によって求めることができ
る。そして、信号レベルは異物の大きさにほぼ比例する
ので、異物の大きさを細分類する場合はこの閾値を
Ｖ_T1，Ｖ_T2，Ｖ_T3…（但しＶ_T1＜Ｖ_T2＜Ｖ_T3＜…）と複
数設定することとなる。

【００３２】増幅回路(161) は第２の検査信号を所定の
倍率で増幅するようになっている。スペクトル分析回路
(162) は、上記閾値比較回路(153) からの信号Ｓによっ
て付勢されて第２の検査信号をスペクトル分析して、ラ
マン散乱光Ｌ_2'の波長シフト量Δλを検出し、後述する
演算制御部(170) に出力するようになっている。

【００３３】演算制御部(170) は、通常はＣＰＵ(Centr
al Processing Unit) と各種ハードウェア回路との組合
せで構成されており、上記閾値比較回路(153) ，スペク
トル分析回路(162) の出力を所定のプログラムに基づい
て演算処理するようになっている。また、演算制御部(1
70) は上述の各部分に電気的に接続されており、Ｒテー
ブル(111) 及びθテーブル(112) の駆動と各センサ(13
2) ，(143) の出力との同期をとる等、異物検査分析装
置(100) 全体の動作を統御するようになっている。

【００３４】なお、この演算制御部(170) には、検査・
分析結果を外部に表示するためのＣＲＴ(Cathode Ray T
ube)ディスプレイやプリンタ等の表示系(171) と、検査
・分析等の条件を入力設定するためのコンソール等の入
力系(172) と、演算処理プログラムや検査結果を格納す
るためのディスク装置等の補助記憶装置(173) が接続さ
れているが、本発明の要旨でないので敢えて説明しな
い。

【００３５】次に、上記異物検査分析装置(100) の動作
とともに本実施例の作用について説明する。検査対象と
なるウエハ(10)をθテーブル(112) 上に装着し、ウエハ
(10)の位置決め作業の後、演算制御部(170) が指令を発
して、レーザ発振器(121) を発振させるとともに、Ｒテ
ーブル(111) 及びθテーブル(112) を同期的に駆動させ
て検査を開始する。

【００３６】検査光Ｌの照射点では、異物やウエハ(10)
表面の欠陥・傷或いはウエハ(10)の下地等によって散乱
光が生じる。第１の結像レンズ系(131) は散乱光の一部
Ｌ₁ を第１のセンサ(132) の撮像面上に集光する。第１
のセンサ(132) はその受光量に応じて第１の検査信号を
出力し、増幅回路(151) はこれを増幅し、ノイズ除去回
路(152) は信号中の低レベル成分を遮断する。ここで、
散乱光Ｌ₁ にはレイリー散乱光の他にラマン散乱光も含
まれるが、後者は光強度の絶対値が微弱なので、ラマン
散乱光に因る低レベルの信号成分はノイズ除去回路(15
2) によって漉される。この第１の検査信号のチャート
の一例を図２に示すが、ウエハ(10)下地の散乱光に因る
均一な信号上に異物１，２，３，４に因るピークがそれ
ぞれ検査時刻ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ ，ｔ₄ において現れたも
のとなるとする。

【００３７】次いで、閾値比較回路(153) は、第１の検
査信号を所定の閾値Ｖ_T と比較し、上記各ピーク点ｔ
₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ ，ｔ₄ では信号レベルがＶ_T を越えるの
で異物が存在すると判断して、その都度検出信号Ｓ
₍₁₎ ，Ｓ₍₂₎ ，Ｓ₍₃₎ ，Ｓ₍₄₎ をスペクトル分析回路(1
62) ，演算制御部(170) に出力する。これらの検出信号
で異物の位置や大きさも検出できる。

【００３８】しかし、ここでウエハ(10)からの散乱光の
レイリー散乱光成分による信号が例えば図３(a) 乃至
(c) に示すように（ここで、異物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと
異物１，２，３，４とは異なる物体とする）飽和した場
合には、レイリー散乱光成分による測定ができない。そ
こで、ラマン散乱光成分による信号を参照して異物の存
在、位置、大きさなどを判別する。図４に散乱光強度と
異物の径の関係に基づくレイリー散乱光成分とラマン散
乱光成分との検出範囲を示す。

【００３９】第２の結像レンズ系(141) は散乱光の一部
Ｌ₂ を集光しラマン分光系(142)に送出する。ラマン分
光系(142) はラマン散乱光のうち、ストークス光Ｌ_2'の
みを抽出し、第２のセンサ(143) はこれを受光して第２
の検査信号を出力する。そして、増幅回路(161) は第２
の検査信号を増幅する。

【００４０】次いで、スペクトル分析回路(162) は、上
記各検出信号Ｓ₍₁₎ 〜Ｓ₍₄₎ によって付勢され、図２に
示す第１の検査信号に対応する各検査時刻ｔ₁ 〜ｔ₄ に
おける第２の検査信号をスペクトル分析して、各々の波
長シフト量Δλ₁ 〜Δλ₄と散乱光強度の半値幅ΔＷ₁
〜ΔＷ₄ とを求める。各々の分析結果を図５(b) 乃至
(e) に示してある。なお、ウエハ(10)の下地に起因する
（図２のｔ₀ ）散乱光の信号も、ウエハ(10)下地につい
ての標準データ（波長シフト量Δλ₀ 及び半値幅ΔＷ
₀ ）としてサンプリングしてスペクトル分析する。その
結果は図５(a) に示してある。そして、分析した波長シ
フト量Δλ₁ 〜Δλ₄ 及び半値幅ΔＷ₁ 〜ΔＷ₄ を後続
の演算制御部(170) に出力する。

【００４１】演算制御部(170) は、上記閾値比較回路(1
53) ，スペクトル分析回路(162)の各出力をそれぞれに
対応するプログラムに基づいて以下に記載するような演
算処理を行う。

【００４２】すなわち、閾値比較回路(153) の検出信号
Ｓを統計処理して、異物の大きさごとに分類しその個数
のヒストグラムを作成する。また各パルスモータ(111-
a)，(112-a) へのパルス信号を計数しているので、これ
らの計数値と検出時刻とを対比することによって異物の
存在位置を検出することができる。

【００４３】また、スペクトル分析回路(162) から得ら
れた波長シフト量Δλ₁ 〜Δλ₄，半値幅ΔＷ₁ 〜ΔＷ₄
を各々対比させることによって異物の成分を同定す
る。例えば図５の各チャートから以下の事柄が導き出さ
れる。なお、以下のような異物の成分を同定する作業を
も行う場合にはラマン分光系(181) としてトリプルポリ
クロメータあるいはダブルポリクロメータもしくは複数
のモノクロメータ等を用いることとする。

【００４４】(1) Δλ₀ ＝Δλ₄ ，ΔＷ₀ ＝ΔＷ₄ であ
る。従って、異物４はウエハ(10)と同一物質の結晶また
は分子からなり、具体的にはウエハ(10)表面の傷や大き
な粗れである。

【００４５】(2) Δλ₀ ＝Δλ₂ であり、異物２もウエ
ハ(10)と同一物質である。しかしながら、ΔＷ₀ ＜ΔＷ
₂ であることから、異物２は不純な元素や物質が混入し
た欠陥であることが分かる。

【００４６】(3) Δλ₀ ≠Δλ₁ ，ΔＷ₀ ≠ΔＷ₁ 及び
Δλ₀ ≠Δλ₃ ，ΔＷ₀ ≠ΔＷ₃である。したがって、
異物１，異物３はウエハ(10)とは異なる物質である。ま
た、各波長シフト量Δλ₁ ，Δλ₃ を予め求めておいた
値と照合することによって異物の成分を同定することが
できる。

【００４７】しかして、装着したウエハ(10)を全面走査
し上記処理が済めば、当該ウエハ(10)の検査は完了とな
り、Ｒテーブル(111) 及びθテーブル(112) の駆動やレ
ーザ発振器(121) の発振等が停止する。そして、上記の
演算処理結果は、一旦演算制御部(170) に内蔵されるメ
モリ上の対応番地に格納され、必要に応じて表示系(17
1) を介して外部に出力され、または補助記憶装置(173)
に格納される。さらに別のウエハを検査したい場合
は、脱着交換して同様の動作を繰り返す。

【００４８】次に本発明の第２の実施例の異物検査分析
装置(101) の概観構成を図６に示す。なお、主要な構成
は第１の実施例と同じくしているので同一構成箇所には
同一の符号を付すこととする。

【００４９】異物検査分析装置(101) は、走査手段とし
てのＲテーブル(111) ，θテーブル(112) と、投光手段
としてのレーザ発振器(121) ，ビームエキスパンダ(12
2)，対物レンズ系(123) と、受光手段としての結像レン
ズ系(144) ，ラマン分光系(181) ，第１のセンサ(132)
，第２のセンサ(143) と、第１の信号処理手段として
の増幅回路(151) ，ノイズ除去回路(152) ，閾値比較回
路(153) と、第２の信号処理手段としての増幅回路(16
1) ，スペクトル分析回路(162) と、演算制御部(170)
とを備えている。

【００５０】なお、第２の実施例では第１の実施例にあ
るように、第１の受光手段として第１の結像レンズ系(1
31) を用いることはせず、ラマン分光系(181) の内部に
第１のセンサへ光を案内する手段を設けることとする。
以下、各部分の具体的構成について詳解する。

【００５１】Ｒテーブル(111) は、パルスモータ(111-
a) に連結したボール捩子(111-b)と、ボール捩子(111-
b) を螺挿する直進テーブル(111-c) と、この直進テー
ブル(111-c) をＲ方向（水平な一方向）に進退自在に挿
通するガイドレール(111-d)とからなる。

【００５２】θテーブル(112) はパルスモータ(112-a)
に連結した回転テーブル(112-b)であり、直進テーブル
(111-c) 上の支柱にθ軸（鉛直軸）回りに回動自在に軸
支されている。また、回転テーブル(112-b) の上面は吸
着機能を有しており、検査対象となるウエハ(10)を座標
系が設定された所定位置にて載置固定するようになって
いる。しかして、パルスモータ(111-a) ，(112-a) が同
期的に駆動することによってウエハ(10)を同心円状に全
面走査できるようになっている。また、各パルスモータ
(111-a) ，(112-a) へのパルス信号を計数することによ
って現在の走査位置（Ｒ，θ）を示す位置信号を出力で
きるようになっている。

【００５３】レーザ発振器(121) は、例えばAr⁺ レーザ
などの検査光Ｌを照射するレーザ光源（例えば出力300m
W,波長488nm ）が用いられる。対物レンズ系(123) は、
検査光Ｌを10μｍ×１μｍの略楕円形状に集光して、ウ
エハ(10)上の所定の走査点を鉛直方向に対して略60°の
方向から斜方照射するようになっている。なお、対物レ
ンズ系(123) においては、入射光がある程度以上の径を
有する方が、幾何光学的に集光が容易である。これに対
して、レーザ発振器(121) の発する光は通常0.6mm 程度
の径しかない。そこで、対物レンズ系(123) の直前に配
設されたビームエキスパンダ(122) は、入射した検査光
Ｌの径を10倍乃至20倍程度に拡大した平行光に変換して
対物レンズ系(123) に供給するようになっている。

【００５４】結像レンズ系(144) は、検査光Ｌの入射方
向に対し垂直で且つ走査点に対し仰角略30°の方向に配
設されており、ウエハ(10)上の異物を照射した際に生ず
る散乱光の一部Ｌ₃ を集光するようになっている。ラマ
ン分光系(181) は、トリプルポリクロメータあるいはダ
ブルポリクロメータおよびモノクロメータ等の一般に知
られる分光器で構成され、且つ、その分光器の波長帯域
をλ₁ 乃至λ₂ （但し、488nm ＜λ₁ ＜λ₂ ）の範囲に
設定されており、散乱光の一部Ｌ₃ のうち入射光と同一
波長である散乱光（すなわち、レイリー散乱光）をモノ
クロメータを例にして、図７に示すようにハーフミラー
(182) によって二分割し、その一方をレイリー散乱成分
Ｌ₃ としてそのまま第１のセンサ(132) によって検出す
る。なお、シャッタ(184) によりレイリー散乱成分Ｌ₃
は遮られて第２のセンサ(143)には届かないようになっ
ている。

【００５５】そして、第１のセンサ(132) は、光電子増
倍管あるいはフォトダイオード等の受光素子や電流・電
圧変換回路等の組合せで構成されたデバイスであり、散
乱光Ｌ₃ を受光してその光強度に応じた信号レベルを有
する第１の検査信号を出力するようになっている。な
お、散乱光Ｌ₃ は厳密にはレイリー散乱光とラマン散乱
光との両方を含むのであるが、後者の光強度の絶対値は
前者の約10^-3倍程度しかないので、Ｌ₃ をレイリー散乱
光として扱っても問題ない。

【００５６】更に、ハーフミラー(182) によって二分割
された散乱光のもう一方はミラー(183) …を介して、ラ
マン散乱成分のうちのストークス(Storks)光Ｌ_3'（但
し、Ｌ_3'の波長λ_3'は、λ_3'＝488nm ＋Δλ且つΔλ＞
０を満たすものとする）だけを抽出するようになってい
る。第２のセンサ(143) は、マルチチャンネル型の光検
出器であり、Ｌ_3'を受光してその強度に応じた信号レベ
ルを有する第２の検査信号を出力するようになってい
る。

【００５７】増幅回路(151) は、通常のアンプ素子等で
構成されており、第１の検査信号を入力して所定の倍率
で増幅するようになっている。ノイズ除去回路(152)
は、入力信号中の低レベルの変動成分を遮断するフィル
タ機能を備えた回路であり、第１のセンサ(132) のショ
ットノイズの他に第１の検査信号のうち非弾性散乱光に
因る微弱なピークを除去するようになっている。なぜな
ら、上述したように非弾性散乱光の強度の絶対値は弾性
散乱光の約10^-3倍程度しかないからである。閾値比較回
路(153) は、入力した第１の検査信号のピーク値を予め
設定された閾値Ｖ_T と比較して、Ｖ_T 以上であれば異物
が存在したと判断して、検出信号Ｓを後述のスペクトル
分析回路(162) ，演算制御部(170) に出力するようにな
っている。なお、閾値Ｖ_T は、一般にはコンピュータ上
のシミュレーションや、標準粒子を用いて基準データを
抽出したりするような種々の手法によって求めることが
できる。そして信号レベルは異物の大きさにほぼ比例す
るので、異物の大きさを細分類する場合は、この閾値を
Ｖ_T1，Ｖ_T2，Ｖ_T3…（但しＶ_T1＜Ｖ_T2＜Ｖ_T3＜…）と複
数設定することとなる。

【００５８】増幅回路(161) は第２の検査信号を所定の
倍率で増幅するようになっている。スペクトル分析回路
(162) は、上記閾値比較回路(153) からの信号Ｓによっ
て付勢されて第２の検査信号をスペクトル分析して、ラ
マン散乱光Ｌ_3'の波長シフト量Δλを検出し、後述する
演算制御部(170) に出力するようになっている。

【００５９】演算制御部(170) は、通常はＣＰＵ(Centr
al Processing Unit) と各種ハードウェア回路との組合
せで構成されており、上記閾値比較回路(153) ，スペク
トル分析回路(162) の出力を所定のプログラムに基づい
て演算処理するようになっている。また、演算制御部(1
70) は上述の各部分に電気的に接続されており、Ｒテー
ブル(111) 及びθテーブル(112) の駆動と各センサ(13
2) ，(143) の出力との同期をとる等、異物検査分析装
置(101) 全体の動作を統御するようになっている。

【００６０】なお、この演算制御部(170) には、検査・
分析結果を外部に表示するためのＣＲＴ(Cathode Ray T
ube)ディスプレイやプリンタ等の表示系(171) と、検査
・分析等の条件を入力設定するためのコンソール等の入
力系(172) と、演算処理プログラムや検査結果を格納す
るためのディスク装置等の補助記憶装置(173) が接続さ
れているが、本発明の要旨でないので敢えて説明しな
い。

【００６１】次に、上記異物検査分析装置(101) の動作
とともに本実施例の作用について説明する。検査対象と
なるウエハ(10)をθテーブル(112) 上に装着し、ウエハ
(10)の位置合わせ作業の後、演算制御部(170) が指令を
発して、レーザ発振器(121) を発振させるとともに、Ｒ
テーブル(111) 及びθテーブル(112) を同期的に駆動さ
せて検査を開始する。

【００６２】検査光Ｌの照射点では、ウエハ(10)上の異
物やウエハ(10)表面の欠陥・傷或いはウエハ(10)の下地
等によって散乱光が生じる。結像レンズ系(144) は散乱
光の一部Ｌ₃ を集光してラマン分光系(142) に送出す
る。ラマン分光系(181) は入射光と同一波長である散乱
光（すなわち、レイリー散乱光）を図７に示すようにハ
ーフミラー(182) によって二分割し、その一方をレイリ
ー散乱成分としてそのまま第１のセンサ(132) の撮像面
上に集光する。そして、第１のセンサ(132) はその受光
量に応じて第１の検査信号を出力し、増幅回路(151) は
これを増幅し、ノイズ除去回路(152) は信号中の低レベ
ル成分を遮断する。ここで、散乱光Ｌ₃ にはレイリー散
乱光の他にラマン散乱光も含まれるが、後者は光強度の
絶対値が微弱なので、ラマン散乱光に因る低レベルの信
号成分はノイズ除去回路(152) によって漉される。この
第１の検査信号のチャートの一例を図２に示すが、ウエ
ハ(10)下地の散乱光に因る均一な信号上に異物１，２，
３，４に因るピークがそれぞれ検査時刻ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ
₃ ，ｔ₄ において現れたものとなるとする。

【００６３】次いで、閾値比較回路(153) は、第１の検
査信号を所定の閾値Ｖ_T と比較し、上記各ピーク点ｔ
₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ ，ｔ₄ では信号レベルがＶ_T を越えるの
で異物が存在すると判断して、その都度検出信号Ｓ
₍₁₎ ，Ｓ₍₂₎ ，Ｓ₍₃₎ ，Ｓ₍₄₎ をスペクトル分析回路(1
62) ，演算制御部(170) に出力する。これらの検出信号
で異物の位置や大きさも検出できる。

【００６４】しかし、ここでウエハ(10)からの散乱光の
レイリー散乱光成分による信号が例えば図３(a) 乃至
(c) に示すように（ここで、異物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと
異物１，２，３，４とは異なる物体とする）飽和した場
合には、レイリー散乱光成分による測定ができない。そ
こで、ラマン散乱光成分による信号を参照して異物の存
在、位置、大きさなどを判別する。図４に散乱光強度と
異物の径の関係に基づくレイリー散乱光成分とラマン散
乱光成分との検出範囲を示す。

【００６５】そこで、この様な場合にはラマン分光系(1
81) からハーフミラー(182) とミラー(183) …とを介し
てラマン散乱光のうち、ストークス光Ｌ_3'のみを抽出
し、第２のセンサ(143) はこれを受光して第２の検査信
号を出力する。そして、増幅回路(161) は第２の検査信
号を増幅する。

【００６６】次いで、スペクトル分析回路(162) は、上
記各検出信号Ｓ₍₁₎ 〜Ｓ₍₄₎ によって付勢され、図２に
示す第１の検査信号に対応する各検査時刻ｔ₁ 〜ｔ₄ に
おける第２の検査信号をスペクトル分析して、各々の波
長シフト量Δλ₁ 〜Δλ₄と散乱光強度の半値幅ΔＷ₁
〜ΔＷ₄ とを求める。各々の分析結果を図５(b) 乃至
(e) に示してある。なお、ウエハ(10)の下地に起因する
（図２のｔ₀ ）散乱光の信号も、ウエハ(10)下地につい
ての標準データ（波長シフト量Δλ₀ 及び半値幅ΔＷ
₀ ）としてサンプリングしてスペクトル分析する。その
結果は図５(a) に示してある。そして、分析した波長シ
フト量Δλ₁ 〜Δλ₄ 及び半値幅ΔＷ₁ 〜ΔＷ₄ を後続
の演算制御部(170) に出力する。

【００６７】演算制御部(170) は、上記閾値比較回路(1
53) ，スペクトル分析回路(162)の各出力をそれぞれに
対応するプログラムに基づいて以下に記載するような演
算処理を行う。

【００６８】すなわち、閾値比較回路(153) の検出信号
Ｓを統計処理して、異物の大きさごとに分類しその個数
のヒストグラムを作成する。また各パルスモータ(111-
a)，(112-a) へのパルス信号を計数しているので、これ
らの計数値と検出時刻とを対比することによって異物の
存在位置を検出することができる。

【００６９】また、スペクトル分析回路(162) から得ら
れた波長シフト量Δλ₁ 〜Δλ₄，半値幅ΔＷ₁ 〜ΔＷ₄
を各々対比させることによって異物の成分を同定す
る。例えば図５の各チャートから以下の事柄が導き出さ
れる。なお、以下のような異物の成分を同定する作業を
も行う場合にはラマン分光系(181) としてトリプルポリ
クロメータあるいはダブルポリクロメータもしくは複数
のモノクロメータ等を用いることとする。

【００７０】(1) Δλ₀ ＝Δλ₄ ，ΔＷ₀ ＝ΔＷ₄ であ
る。従って、異物４はウエハ(10)と同一物質の結晶また
は分子からなり、具体的にはウエハ(10)表面の傷や大き
な粗れである。

【００７１】(2) Δλ₀ ＝Δλ₂ であり、異物２もウエ
ハ(10)と同一物質である。しかしながら、ΔＷ₀ ＜ΔＷ
₂ であることから、異物２は不純な元素や物質が混入し
た欠陥であることが分かる。

【００７２】(3) Δλ₀ ≠Δλ₁ ，ΔＷ₀ ≠ΔＷ₁ 及び
Δλ₀ ≠Δλ₃ ，ΔＷ₀ ≠ΔＷ₃である。したがって、
異物１，異物３はウエハ(10)とは異なる物質である。ま
た、各波長シフト量Δλ₁ ，Δλ₃ を予め求めておいた
値と照合することによって異物の成分を同定することが
できる。

【００７３】しかして、装着したウエハ(10)を全面走査
し上記処理が済めば、当該ウエハ(10)の検査は完了とな
り、Ｒテーブル(111) ，θテーブル(112) の駆動やレー
ザ発振器(121) の発振等が停止する。そして、上記の演
算処理結果は、一旦演算制御部(170) に内蔵されるメモ
リ上の対応番地に格納され、必要に応じて、表示系(17
1) を介して外部に出力され、または補助記憶装置(173)
に格納される。さらに別のウエハを検査したい場合
は、脱着交換して同様の動作を繰り返す。

【００７４】なお、本発明の構成は、上記の各実施例に
限定されるものではなく、種々に変形が可能である。例
えば、レーザ発振器は、Ar⁺ レーザの他にもHe-Ne レー
ザ，Krレーザ，半導体レーザ，及び赤外，紫外のパルス
レーザ等の単色光源も使用できる。これは検出可能なラ
マン散乱光の強度を得ることができれば良いからであ
る。

【００７５】また、ウエハ(10)への入射角は60°とした
が、垂直入射やその他の斜方入射でも可能である。なぜ
ならば検査光の出力や集光スポットの面積は、検出可能
なラマン散乱光の強度を得る程度のものであれば特に限
定されないからである。

【００７６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明に係る異物検
査分析装置及び異物検査分析方法によれば、装置の複雑
化が避けられ、装置コストが安価となり、且つ検査時間
が短縮して処理効率が向上するので、半導体製造技術分
野において大きな工業的効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a) は、本発明の第１の実施例に係る異物
検査分析装置の概観構成を示す上面図，同図(b) は、こ
の異物検査分析装置の概観構成を示す入射方向に平行な
正面図，同図(c) は、この異物検査分析装置の概観構成
を示す入射方向に直交する正面図。

【図２】異物１乃至異物４に対する第１のセンサの出力
信号と検査時刻との関係を示すグラフ。

【図３】同図(a) は、異物Ａ乃至異物Ｅの大きさを示す
模式図，同図(b) は、異物Ａ乃至異物Ｅに対する第１の
センサの出力信号と検査時刻との関係を示すグラフ，同
図(c) は、異物Ａ乃至異物Ｅに対する第２のセンサの出
力信号と検査時刻との関係を示すグラフ。

【図４】散乱光強度と異物の径の関係に基づくレイリー
散乱光成分とラマン散乱光成分との検出範囲を示すグラ
フ。

【図５】各検査時刻ごとのラマン散乱光のスペクトル分
析結果を示すグラフ。

【図６】同図(a) は、本発明の第２の実施例に係る異物
検査分析装置の概観構成を示す上面図，同図(b) は、こ
の異物検査分析装置の概観構成を示す入射方向に平行な
正面図，同図(c) は、この異物検査分析装置の概観構成
を示す入射方向に直交する正面図。

【図７】本発明で用いられているラマン分光器の一例で
ある、モノクロメータの概略構成図。

【図８】第１の従来例の異物検査装置を示す概略構成
図。

【図９】弾性散乱光における異物の大きさと散乱光強度
との関係を示すグラフ。

【図１０】第２の従来例の異物検査装置の電気回路系を
示す概略構成図。

【図１１】第３の従来例の異物検査装置の電気回路系を
示す概略構成図。

【図１２】レイリー散乱光とラマン散乱光との各散乱光
の強度分布と波長との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

111 …Ｒテーブル、112 …θテーブル、121 …レーザ発
振器、122 …ビームエキスパンダ、123 …対物レンズ
系、131 …第１の結像レンズ系、132 …第１のセンサ、
141 …第２の結像レンズ系、142 …ラマン分光系、143
…第２のセンサ、151,161 …増幅回路、152 …ノイズ除
去回路、153 …閾値比較回路、162 …スペクトル分析回
路、170 …演算制御部、171 …表示系、172 …入力系、
173 …補助記憶装置、181 …ラマン分光系。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象を走査可能に載置する走査手段
と、前記検査対象に検査光を斜方照射する投光手段と、
前記走査手段の上方で且つ前記検査光の正反射方向以外
の方向に配設されて前記検査対象からの散乱光を受光し
てその受光量に応じた第１の検査信号を出力する第１の
受光手段と、前記走査手段の上方で且つ前記検査光の正
反射方向以外の方向に配設されて前記散乱光のうち前記
検査光とは異なる波長成分の受光量に応じた第２の検査
信号を出力する第２の受光手段と、前記第１の検査信号
を所定の閾値と比較して異物の存在位置及びその大きさ
を検出する第１の信号処理手段と、前記第２の検査信号
をスペクトル分析して異物の成分を同定する第２の信号
処理手段とを具備することを特徴とする異物検査分析装
置。
【請求項２】第１の受光手段と、第２の受光手段と
は、互いに検査光の入射面に対して略面対称の方向に設
けられていることを特徴とする請求項１に記載の異物検
査分析装置。
【請求項３】第１の受光手段と、第２の受光手段と
は、互いに検査光の入射面に対して略同一の方向に設け
られていることを特徴とする請求項１に記載の異物検査
分析装置。
【請求項４】検査対象を走査させながら検査光を投光
する投光工程と、前記検査対象からの散乱光を受光して
その受光量に応じた第１の検査信号を出力する第１の受
光工程と、前記散乱光のうち前記検査光とは異なる波長
成分を受光してその受光量に応じた第２の検査信号を出
力する第２の受光工程と、前記第１の検査信号に基づい
て異物の存在位置及びその大きさを検出する第１の信号
処理工程と、前記第１の信号処理工程で検出された異物
の存在位置における第２の検査信号をスペクトル分析し
て当該異物の成分を同定する第２の信号処理工程とを具
備することを特徴とする異物検査分析方法。