JPH08101135A - 異物検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｓ／Ｎ比ができるだけ大きい条件で半導体単
結晶基板の表面検査をすることにより、最小可測粒径近
傍の異物の測定を安定して行う。 【構成】 基板表面にレーザ光を入射し、その散乱光を
検出することにより基板表面の異物を検出する検査装置
であって、レーザ光源８と、レーザ光を基板１の表面で
直線走査するポリゴンミラー９と、基板を直線走査の方
向に対して直角に平行移動させる移動手段と、基板から
の散乱光を検出する検出器１０と、基板を所定の角度ず
つ回動する回動手段と、基板をレーザ光照射の前または
後に所定の角度ずつ回動させ、各回動角度位置の基板上
にレーザ光を直線走査して散乱光を検出し、散乱光の発
生強度が最低となる回動角度位置を測定基準角度位置と
して設定し、該測定基準角度位置で基板を直線走査の方
向に対して直角に平行移動させるコンピュータ１５とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体単結晶基板表面上
の異物を検出する異物検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体単結晶基板の製造に際しては、基
板表面上に付着した粒子等の異物が所定レベル以内であ
るか否かの合否判定検査を製造工程の最終段階で行な
い、不良品を検出して製品から取り除くことが必要であ
る。

【０００３】従来、半導体単結晶基板表面上に付着した
異物の検査は、暗い部屋で高輝度の平行光線を基板表面
に照射し、入射光の反射角外で散乱光を検査員が目視検
査することによって行われ、異物の光り具合により、基
板表面の微小な凹凸（以下、面粗さという。）や結晶欠
陥あるいは傷等から基板表面上に付着した粒子等の異物
を区別していた。

【０００４】近年、VLSIメモリ回路の最小パターン寸法
は、６４ＭＤＲＡＭの０．３５μｍ、２５６ＭＤＲＡＭ
の０．２５μｍ程度にまで縮小してきている。そして、
問題となる付着粒子の粒径は、前者では約０．０６μ
ｍ、後者では約０．０４μｍであるといわれている。

【０００５】しかし、検査対象の異物粒子の粒径が長手
方向で０．２５μｍよりも小さくなると、検査員の目視
ではもはや異物粒子を判別できないので、表面検査装置
を使わざるをえない。表面検査装置としては、光学系を
通して拡大した被検査物像をＣＣＤカメラ等の撮像素子
にて撮影し、デジタル画像とした後に画像処理により被
検査物の個数を計測する方法と、被検査物表面をレーザ
光により走査し、その反射成分中の散乱光を光電子増倍
管で捕らえて計測する方法とがあるが、製造工程の検査
では、処理能力の点でより有利なレーザ散乱光を利用す
る表面検査装置が通常用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】表面検査装置の検出限
界は、感度と消去不可能な雑音との比、すなわちＳ／Ｎ
比により決められる。いかに高感度であっても、雑音が
大きければ検出可能限界は大きくなり、性能は落ちる。
レーザ散乱光を利用する表面検査装置は、現在、最小可
測粒径が約０．１μｍのオーダのものが市販されてい
る。

【０００７】Ｓ／Ｎ比は、検査を行う半導体単結晶基板
の表面状態の影響を受けて変動する。例えば、基板表面
の面粗さ、初期に付着した微粒子、欠陥、酸化膜などに
起因する散乱光は、雑音の強度を大きくするが、中でも
基板表面全体に発生する面粗さは、Ｓ／Ｎ比に大きな影
響を及ぼす。雑音が大きくなりＳ／Ｎ比が小さくなると
最小可測粒径が大きくなるので、Ｓ／Ｎ比ができるだけ
大きい条件で基板の表面検査をすることが好ましい。

【０００８】本発明は、半導体単結晶基板の表面状態の
影響を受けてＳ／Ｎ比が変動する現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、Ｓ／Ｎ比ができるだけ大きい
条件で半導体単結晶基板の表面検査をすることにより、
最小可測粒径近傍の異物の測定を安定して行うことがで
きる異物検査装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、被検査体である半導体単結
晶基板の表面にレーザ光を直線走査しながら、前記被検
査体を直線走査の方向に対して直角に平行移動させ、前
記レーザ光の散乱光を検出することによって、前記被検
査体の表面に存在する異物を検出する検査装置であっ
て、前記レーザ光の光源と、前記レーザ光を前記被検査
体の表面で直線走査する走査手段と、前記被検査体を直
線走査の方向に対して直角に平行移動させる移動手段
と、前記レーザ光の散乱光を検出する手段と、前記被検
査体を所定の角度ずつ回動する回動手段と、前記被検査
体をレーザ光照射の前または後に所定の角度ずつ回動さ
せ、各回動角度位置の被検査体上にレーザ光を直線走査
して散乱光を検出し、散乱光の発生強度が最低となる回
動角度位置を測定基準角度位置として設定し、該測定基
準角度位置で被検査体を直線走査の方向に対して直角に
平行移動させる検査制御手段とを有することを特徴とす
るものである。

【００１０】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、被検査体である半導体単結晶基板の表
面にレーザ光を直線走査しながら、前記被検査体を直線
走査の方向に対して直角に平行移動させ、前記レーザ光
の散乱光を検出することによって、前記被検査体の表面
に存在する異物を検出する検査装置であって、前記レー
ザ光の光源と、前記レーザ光を前記被検査体の表面で直
線走査する走査手段と、前記被検査体を直線走査の方向
に対して直角に平行移動させる移動手段と、前記レーザ
光の散乱光を検出する手段と、前記被検査体を所定の角
度だけ回動する回動手段と、照射方向を固定したレーザ
光に対して被検査体を所定の角度だけ回動させて散乱光
を検出し、散乱光の発生強度が最低となる回動角度位置
を測定基準角度位置として設定し、該測定基準角度位置
で被検査体を直線走査の方向に対して直角に平行移動さ
せる検査制御手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【作用】半導体単結晶基板の表面は、該基板の製造工程
中に施される洗浄や熱処理などで選択エッチングされ
て、ほぼ全面に異方性を有する微小な凹凸が形成されて
いる。前記基板表面に異なる方向からレーザ光を照射す
ると、微小な凹凸の異方性により、雑音となる散乱光が
強くなる方向と弱くなる方向が現れる。

【００１２】例えば、下記［数１］

【００１３】

【数１】

【００１４】で示される面方位にオリエンテーション・
フラット（以下、ＯＦと略称する）を有する面方位（１
００）の半導体単結晶基板の表面に、複数の異なる方向
からレーザ光を照射すると、図７に示すように、微小な
凹凸に起因して発生する散乱光は、ＯＦに対して平行に
レーザ光を照射した角度９０°の場合に最も強く、Ｓ／
Ｎ比が最小となる。これは、前記基板表面において、微
小な凹凸の結晶界面がＯＦに対して垂直な面に沿って発
生しているので、微小な凹凸の結晶界面に対して垂直な
方向、すなわち、ＯＦに対して平行にレーザ光を走査す
ると、雑音となる散乱光が最も強くなるのである。

【００１５】一方、面方位が（１１１）の半導体単結晶
基板の場合は、下記［数２］

【００１６】

【数２】

【００１７】で示される面方位のＯＦに対して垂直にレ
ーザ光を照射する角度０°または１８０°の場合に、散
乱光の強度が最も強くなる。本発明は、異方性を有する
微小な凹凸のこの特性を利用したものである。

【００１８】

【実施例】

［第１の実施例］まず、本発明の第１の実施例を図１な
いし図４を参照して説明する。図１は同実施例の構成を
示す説明図、図２は同実施例の動作の前半部を示すフロ
ーチャート、図３は同実施例の動作の後半部を示すフロ
ーチャート、図４は同実施例の測定基準角度の設定動作
の特性図である。

【００１９】本実施例では図１に示すように、被検査体
である半導体単結晶基板１が載置される移送台２が設け
られ、この移送台２の中心位置には回転軸３が取り付け
てあり、この回転軸３はモータ４の回転軸に連結してあ
り、このモータ４はテーブル１４に設けられている。モ
ータ４には駆動回路１２が接続され、駆動回路１２によ
るモータ４の駆動によって、移送台２は、回転軸３を中
心に回動可能にしてある。また、テーブル１４には送り
ねじ棒５が固定され、この送りねじ棒５にはモータ７の
駆動により回転するギヤ６が噛合され、モータ７には駆
動回路１３が接続され、駆動回路１３によるモータ７の
駆動によって、ギヤ６を介して送りねじ棒５により、テ
ーブル１４が同図で矢印Ｘに示す方向に移動可能にして
ある。したがって、基板１は回動および矢印Ｘ方向の移
動が可能である。

【００２０】一方、レーザ光を供給するレーザ光源８が
設けられ、このレーザ光源８からのレーザ光を、基板１
の表面に入射して、図１にＬで示すように直線走査する
ポリゴンミラー９とその駆動回路１１とが設けられ、移
送台２上に載置された基板１からの散乱光を検出する検
出器１０が設けられている。また、レーザ光源８、駆動
回路１１、検出器１０、駆動回路１２、及び駆動回路１
３に、全体の動作を制御するコンピユータ１５が接続し
てある。

【００２１】そして、本実施例では、モータ４によって
基板１を所定の単位角度ずつ回動させ、各回動角度位置
で図６（ａ）に示すように、ポリゴンミラー９によって
レーザ光を基板１上に直線走査させ、該直線走査に対応
して検出器１０による散乱光の検出を行い、散乱光の強
度が最低となる回動角を検出し測定基準角度として設定
する測定基準角度設定手段が、コンピュータ１５に設け
てある。また、コンピュータ１５には、測定基準角度位
置でモータ７を駆動して、基板１を所定の間隔ごとに平
行移動しながら、各平行移動位置ごとに検出器１０の検
出出力を取込んで記憶し、該検出出力に基づく演算を行
なって、基板１の表面異物の情報を取得する検査制御手
段が設けてある。なお、図１において２０はＯＦであ
る。

【００２２】このような構成の本実施例の動作を図２な
いし図４を参照して説明する。図２のステップＳ１で、
基板１のＯＦ２０が移送台２の基準位置に一致させてセ
ットされたことが判定確認されると、コンピュータ１５
の測定基準角度設定手段が作動し、ステップＳ２ないし
ステップＳ９の測定基準角度設定動作が開始される。

【００２３】まず、ステップＳ２では、コンピュータ１
５の指令で作動する駆動回路１１によって、レーザ光源
８からのレーザ光が、ポリゴンミラー９により測定開始
角度位置にある基板１の表面に照射され、ポリゴンミラ
ー９の回転によって図１Ｌに示すように直線走査され
る。そして、この直線走査に伴う検出器１０の基板１表
面からの散乱光の計数が行なわれ、ステップＳ２におい
て得られた計数値が、基板１の回動角に対応付けて、ス
テップＳ３においてコンピュータ１５のメモリに格納さ
れる。

【００２４】次いで、コンピュータ１５の指令によって
作動する駆動回路１２によって、モータ４が予め設定さ
れた単位角度（例えば１５°）時計回り方向に回動し、
モータ４の回動によって回転軸３を介して移送台２が回
動するので、基板１は単位角度回動した位置にセットさ
れ、ステップＳ４で基板１が単位角度回動したか否かが
判別される。ステップＳ４で基板１が単位角度回動した
と判定されると、ステップＳ５に進んで、コンピュータ
１５の指令によって作動する駆動回路１１によって、レ
ーザ光源８からのレーザ光が、単位角度回動した角度位
置にある基板１の表面に照射され、ポリゴンミラー９の
回転によって図１Ｌに平行に直線走査される。そして、
この直線走査に伴い検出器１０で検出された基板１表面
からの散乱光の計数が行なわれ、ステップＳ５において
得られた計数値が、基板１の回動角に対応付けて、ステ
ップＳ６でコンピュータ１５のメモリに格納される。

【００２５】さらに、ステップＳ７に進んで、基板１の
回動角が１８０°に達したか否かが判定され、基板１の
回動角が１８０°に達していない場合には、ステップＳ
４に戻って、ステップＳ４ないしステップＳ６の処理が
繰り返される。そして、ステップＳ７で基板１の回動角
が１８０°に達したと判定されると、ステップＳ８に進
んで、コンピュータ１５によって、メモリに格納された
散乱光の計数値の内で最小の計数値が検出され、ステッ
プＳ９に進んで、検出された最小の計数値に対応する回
動角が測定基準角度として設定される。

【００２６】このようにして、本実施例では、表面から
の散乱光が最低でＳ／Ｎ比が最大となる条件で基板１の
表面検査をすることが可能な回動角が検出され、この回
動角が、表面異物の測定を行なう測定基準角度として設
定される。

【００２７】図４はコンピュータ１５の測定基準角度設
定手段による測定基準角度設定動作の特性図で、前述の
ように基板１を単位角度△θづつ回動しながら、検出器
１０により計数した基板１の表面からの散乱光のレベル
Ｐ（０）・・・Ｐ（ｎ＋１）・・・Ｐ（ｒ＋１）が、コ
ンピュータ１５のメモリに取込まれ、これらの計数値か
ら散乱光の最低レベルに対応する回動角θｍが測定基準
角度として設定される。

【００２８】図２のフローチャートに戻って、ステップ
Ｓ９でコンピュータ１５の測定基準角度設定手段によっ
て、測定基準角度θｍが設定されると、コンピュータ１
５の指令によって駆動回路１２が作動し、駆動されるモ
ータ４によって、回転軸３を介して移送台２が回動し、
基板１が測定基準角度θｍ位置に回動されセットされ
る。次いで、図３のフローチャートのステップＳ１０に
進んで、基板１が測定基準角度θｍに回動セットされた
ことが判定確認されると、ステップＳ１１に進んで、コ
ンピュータ１５の指令によって駆動回路１３が作動し、
駆動されるモータ７によって、ギヤ６、ねじ棒５を介し
てテーブル１４が、直線走査方向に直角に予め設定され
た所定間隔づつ平行移動される。

【００２９】そして、ステップＳ１２で、各平行移動位
置において、コンピュータ１５の指令によって作動する
駆動回路１１によって、レーザ光源８からのレーザ光
が、測定基準角度θｍにセットされた基板１の表面に照
射され、ポリゴンミラー９の回転によってレーザ光が基
板１の表面上に直線走査される。そして、ステップＳ１
３で、この直線走査に伴う検出器１０の基板１表面から
の散乱光の計数が行なわれ、ステップＳ１３で得られた
計数値がステップＳ１４においてコンピュータ１５のメ
モリに格納される。

【００３０】次いで、ステップＳ１５で全ての平行移動
位置におけるレーザ光の直線走査と対応する散乱光の検
出及び計数値がコンピュータ１５のメモリへ全て格納さ
れたか否かが判別され、格納が終了していない場合には
ステップＳ１１に戻って同一の処理が繰り返される。ス
テップＳ１５でレーザ光の直線走査と対応する散乱光の
検出及び計数値のコンピュータ１５のメモリへの格納が
終了したと判定されると、ステップＳ１６に進んで、コ
ンピュータ１５によってメモリに格納されている散乱光
の計数値に基づいて、散乱断面積などの異物情報が演算
され、基板１の表面異物が検査される。

【００３１】このようにして、第１の実施例によると、
コンピュータ１５の測定基準角度設定手段によって、雑
音となる表面からの散乱光が最低でＳ／Ｎ比が最大とな
る条件で基板１の表面検査をすることが可能な回動角が
検出設定され、この測定基準角度位置において、基板１
の表面異物の検査を、高いＳ／Ｎ比で高精度で行なうこ
とが可能になる。

【００３２】測定の安定性を比較するために、第１の実
施例による表面異物検査装置と従来の表面異物検査装置
を用いて、ＯＦの向きをランダムに設定して、同一の半
導体単結晶基板上の輝点の個数を、粒径が０．１６μｍ
以上のものについて２０回繰り返して測定し、その結果
を下記［表１］に示した。半導体単結晶基板として、直
径４インチ、軸方位＜１１１＞で、エピタキシャル成長
を施したｎ／ｎ＋型のものを用いた。

【００３３】比較実験の結果、第１の実施例による表面
異物検査装置を用いる場合、従来の検査装置に比べて、
標準偏差σの値が大幅に減少し、かつ、輝点の個数の平
均値が低くなることが判った。これは、第１の実施例に
よる表面異物検査装置を用いると、雑音となる表面から
の散乱光が最低の状態で測定するので、ノイズとしてカ
ウントされる輝点の個数が最も少なく、また、安定して
いるからである。

【００３４】

【表１】

【００３５】［第２の実施例］次に、本発明の第２の実
施例を図５を参照して説明する。図５は同実施例の動作
を示すフローチャートである。本実施例は、基本的には
すでに図１を参照して説明した第１の実施例と同一の構
成を有する。特に本実施例では、照射方向を固定したレ
ーザ光に対して被検査体を所定の角度だけ回動させて散
乱光を検出し、図６（ｂ）に示すような円弧状の検出範
囲の中で、散乱光の発生強度が最低となる回動角度位置
を演算し、該回動角度位置を測定基準角度位置として設
定する。

【００３６】次に、本実施例の動作を図５のフローチャ
ートを参照して説明する。図５のステップＳ２１で、基
板１のＯＦ２０が移送台２の基準位置に一致させてセッ
トされたことが判定確認されると、コンピュータ１５の
測定基準角度設定手段が作動し、ステップＳ２２ないし
ステップＳ２６の測定基準角度設定動作が開始される。

【００３７】まず、ステップＳ２２では、コンピュータ
１５の指令で作動する駆動回路１１によって、レーザ光
源８からのレーザ光が基板１上の所定位置に照射するよ
うにポリゴンミラー９を回動し、そこでレーザ光の照射
方向を固定する。

【００３８】次いでステップＳ２３で、コンピュータ１
５の指令によって作動する駆動回路１２によって、モー
タ４が予め設定された角度（例えば１８０°）時計回り
方向に回動し、モータ４の回動によって回転軸３を介し
て移送台２が回動する。この際、レーザ光源８からのレ
ーザ光が所定角度回動中の基板１の表面に図６（ｂ）に
示すように円弧を描くように走査される。そして、この
走査に伴い検出器１０で検出された基板１表面からの散
乱光の計数が行なわれ、得られた計数値が基板１の回動
角に対応付けて、ステップＳ２４でコンピュータ１５の
メモリに格納される。

【００３９】さらに、基板１の回動角が１８０°に達す
ると、ステップＳ２５に進んで、コンピュータ１５によ
ってメモリに格納された散乱光の計数値の内で最小の計
数値が検出され、ステップＳ２６に進んで、検出された
最小の計数値に対応する回動角が測定基準角度として設
定される。そして、実施例１と同様にステップＳ１０以
降のステップにより、基板１の表面検査を実施する。

【００４０】第２の実施例の表面異物検査装置による測
定の安定性を見るために、半導体単結晶基板として、直
径４インチ、軸方位＜１１１＞で、エピタキシャル成長
を施したｎ／ｎ⁺ 型のものを用い、第１の実施例と同様
な実験を行った。実験の結果、２０回の繰り返し測定に
おいて、輝点の平均個数：１３．７個／基板、標準偏
差：６．８個／基板であり、従来の検査装置よりも安定
した結果が得られた。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、前もって散乱光の強度
が最低となる回動角を検出して測定基準角度として設定
し、Ｓ／Ｎ比ができるだけ大きい条件で半導体単結晶基
板の表面検査をするので、最小可測粒径近傍の異物の測
定を安定して行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す説明図であ
る。

【図２】同実施例の動作の前半部を示すフローチャート
である。

【図３】同実施例の動作の後半部を示すフローチャート
である。

【図４】同実施例の測定基準角度の設定動作の特性図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図６】（ａ）は、本発明の第１の実施例で測定基準角
度を設定するための直線走査パターンを示す図である。
（ｂ）は、本発明の第２の実施例で測定基準角度を設定
するための円弧走査パターンを示す図である。

【図７】レーザ光の走査角度を変えて測定した場合の散
乱光の強度の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 移送台 ４、７ モータ ８ レーザ光源 ９ ポリゴンミラー １０ 検出器 １４ テーブル １５ コンピュータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体である半導体単結晶基板の表面
   にレーザ光を直線走査しながら、前記被検査体を直線走
   査の方向に対して直角に平行移動させ、前記レーザ光の
   散乱光を検出することによって、前記被検査体の表面に
   存在する異物を検出する検査装置であって、 前記レーザ光の光源と、 前記レーザ光を前記被検査体の表面で直線走査する走査
   手段と、 前記被検査体を直線走査の方向に対して直角に平行移動
   させる移動手段と、 前記レーザ光の散乱光を検出する手段と、 前記被検査体を所定の角度ずつ回動する回動手段と、 前記被検査体をレーザ光照射の前または後に所定の角度
   ずつ回動させ、各回動角度位置の被検査体上にレーザ光
   を直線走査して散乱光を検出し、散乱光の発生強度が最
   低となる回動角度位置を測定基準角度位置として設定
   し、該測定基準角度位置で被検査体を直線走査の方向に
   対して直角に平行移動させる検査制御手段とを有するこ
   とを特徴とする異物検査装置。
2. 【請求項２】 被検査体である半導体単結晶基板の表面
   にレーザ光を直線走査しながら、前記被検査体を直線走
   査の方向に対して直角に平行移動させ、前記レーザ光の
   散乱光を検出することによって、前記被検査体の表面に
   存在する異物を検出する検査装置であって、 前記レーザ光の光源と、 前記レーザ光を前記被検査体の表面で直線走査する走査
   手段と、 前記被検査体を直線走査の方向に対して直角に平行移動
   させる移動手段と、 前記レーザ光の散乱光を検出する手段と、 前記被検査体を所定の角度だけ回動する回動手段と、 照射方向を固定したレーザ光に対して被検査体を所定の
   角度だけ回動させて散乱光を検出し、散乱光の発生強度
   が最低となる回動角度位置を測定基準角度位置として設
   定し、該測定基準角度位置で被検査体を直線走査の方向
   に対して直角に平行移動させる検査制御手段とを有する
   ことを特徴とする異物検査装置。