JPH11264799A - 試料表面検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料の搬送を要することなく試料表面の検査
を行なえる試料表面検査装置を提供する 【解決手段】 ウエハ１に対してレーザビーム４を照射
し、このウエハ１から得られた散乱光を散乱光検出器２
２で検出しその光強度変化に基いてウエハ１上の欠陥情
報を欠陥検出部２５で検出し、この欠陥情報に基き、ウ
エハ１から正反射光検出器２８を通して得られた正反射
光を画像検出部２９で処理することで前記欠陥の画像デ
ータを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料表面のゴミ
や傷等の欠陥を特定でき、かつその検査・解析を行なえ
る試料表面検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、半導体ウエハの表面に付着した塵埃
や傷等の欠陥の検査を目的として、ウエハ表面からの反
射光を利用した各種のウエハ表面検査方法が開発されて
いる。

【０００３】このようなウエハ表面検査方法では、ウエ
ハ表面からの反射光に基いてゴミや傷等の欠陥を検出す
ると、その欠陥情報をその位置情報と共に一旦保存す
る。その後、この情報を元に、ウエハ表面のゴミや傷等
の欠陥を拡大観察等し、その解析作業を行うようにして
いる。

【０００４】ところで、欠陥の検出装置とその解析装置
はそもそも別の装置である。したがって、これらの装置
間で検査対象のウエハの受け渡しを行なう必要がある。
また、この際、欠陥情報の受け渡しも必要となるが、試
料位置決め用ステージ等の機械的精度や用いる座標系は
装置間で相違する。このため、受け渡された欠陥情報を
そのまま用いることができず種々の方法によりデータ変
換を行なう必要がある。

【０００５】このような問題を解決するため、従来、特
開平５−７４９０３号公報に開示されたウエハ表面検査
装置が提案されている。この公報に開示された発明によ
れば、同一装置内に、それぞれ高精度な試料位置決め用
ステージを有する欠陥検出部と欠陥解析部とを設け、そ
の装置の内部でウエハを受け渡すことで検査から解析ま
での一連の工程を自動で実行するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された発明であっても、依然として検査部と解
析部間でウエハの受け渡しを行なう必要がある。また、
検査部と解析部とで同一種のステージを用いる場合であ
っても個体差等があるため欠陥位置データを補間する必
要がある。

【０００７】一方、このようにウエハの受け渡しを必要
とする装置では、ウエハ表面の欠陥検出を全て終える前
に解析を行なうと、作業効率が非常に悪くなるというこ
とがある。このため、通常、欠陥検出の途中で解析を行
なうことができず欠陥検出方法上の自由度が低くなって
しまう。

【０００８】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、試料の搬送を要することなく試料表面の検
査を行なえる試料表面検査装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】前記目的を達
成するため、この発明の試料表面検査装置は、試料に対
してレーザビームを照射する照明光学系と、この試料か
ら得られた散乱光の光強度に基いて試料上の欠陥情報を
検出する欠陥検出手段と、前記欠陥検出手段による欠陥
情報に基き、試料から得られた正反射光を処理すること
で前記欠陥の画像データを求める画像検出手段とを有す
ることを特徴とするものである。

【００１０】また、この発明の試料表面装置は、前記欠
陥検出手段と前記レーザ走査型画像検出手段とを同軸上
に配置することが好ましい。このような構成によれば、
同一の照明光学系を用いて試料を照明し、試料からの散
乱光により欠陥検出を行い、試料からの正反射光により
欠陥部分の画像データを取得することができる。したが
って、欠陥の検出とその解析との間で試料を搬送する必
要がない。

【００１１】正反射光を利用した画像検出手段は、レー
ザ走査型顕微鏡の構成を応用することができ、高精細な
画像データを得ることができる。また、欠陥検出手段で
は、ＸＹ保持ステージ等で試料を走査するようにすれ
ば、試料表面の広範囲について迅速に欠陥の有無を検出
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
１を参照して説明する。図中１は、試料としての半導体
ウエハである。この半導体ウエハ１は、ＸＹステージ２
上に保持されている。

【００１３】また、図１中３は、等価的に点光源と考え
られるレーザ光源である。このレーザ光源３からのレー
ザビーム４は、ビームスプリッタ５を通して第１のガル
バノミラー６ａ（光偏向器）に入射され、瞳伝送レンズ
７、８を通って第２のガルバノミラー６ｂ（光偏向器）
に入射する。この第１、第２のガルバノミラー６ａ、６
ｂは、前記レーザビーム４のスポットを半導体ウエハ１
上で二次元走査するためのものであり、第１のガルバノ
ミラー６ａがＸ方向の走査を受け持つとすると、第２の
ガルバノミラー６ｂはＹ方向の走査を受け持つ。

【００１４】この第２のガルバノミラー６ｂを通過した
レーザビームは、さらに瞳投影レンズ１０、結像レンズ
１１を通して対物レンズ１２の瞳に入射される。この状
態で、ガルバノミラー６ａ、６ｂを動作させることで、
光スポットを半導体ウエハ１上で二次元走査することが
できる。

【００１５】なお、図に符号１５で示す光路は通常の光
路、１６で示す光路は走査時の光路をそれぞれ模式的に
示すものである。以上の照明光学系により半導体ウエハ
１上に照射されたレーザビームは、半導体ウエハ１の表
面で正反射して入射光路と同じ経路を戻る正反射光と、
半導体ウエハ上のゴミや傷等の欠陥に反射して散乱する
散乱光（図に１７で示す）とに分離される。

【００１６】試料１からの散乱光１７は対物レンズ１２
を囲むように設けられたリング状のミラー１８で反射さ
れリングレンズ１９、穴空きミラー２０を通った後、結
像レンズ２１により散乱光検出器２２上に集光される。
なお、リング状のミラー１８を用いた理由としては、リ
ング状のミラー１８であれば、レーザー光源から照射さ
れ半導体ウエハ１上のゴミや傷等の欠陥で反射して四方
八方に散乱した微弱散乱光をできるだけ多く検出するこ
とができるからである。したがって、散乱光の検出光学
系としては、散乱光を検出するのに十分な光学系であれ
ば、特に実施形態の光学系に限られるものではない。

【００１７】一方、この散乱光検出器２２からの検出信
号は、図に２４で示す制御装置に入力される。この制御
装置２４に設けられた欠陥検出部２５は、散乱光の光強
度信号の変化に基いて半導体ウエハ１上のゴミ、傷等の
欠陥情報を検出する機能を有する。

【００１８】半導体ウエハ１からの正反射光は、半導体
ウエハ１への入射経路と全く同じ経路を逆に通ってビー
ムスプリッタ５まで戻り、このビームスプリッタ５で反
射され、正反射光検出器２８側に取り出される。この正
反射光は、集光レンズ２６によって点状に絞られ、図に
２７で示すピンホールを通して前記正反射光検出器２８
で検出される。なおピンホール２７を設けることでフレ
アのない、通常の顕微鏡より高解像の画像を得ることが
できる。

【００１９】この正反射光検出器２８からの検出信号
は、前記制御装置２４の画像検出部２９に入力され画像
処理される。この画像検出部２９は、前記欠陥検出部２
５によって検出された欠陥情報に基き、その欠陥の画像
データを取得する機能を有する。そして、この画像検出
部２９で取得された画像は、図に３０で示すモニタ上に
表示されるようになっている。

【００２０】また、前記ＸＹステージ２はＸＹステージ
駆動ドライバ３１を介して制御装置２４に接続され、前
記第１、第２のガルバノミラー６ａ、６ｂもガルバノミ
ラー駆動ドライバ３２を介して前記制御装置２４に接続
されている。これらＸＹステージ２及びガルバノミラー
６ａ、６ｂは、以下に説明するように、欠陥検出若しく
は画像検出の各目的に応じて制御されるようになってい
る。

【００２１】次に、この装置による欠陥検査の動作につ
いて詳しく説明する。まず、前記制御装置２４は、前記
欠陥検出部２５により欠陥検出を実行する。この欠陥検
出工程においては、前記ガルバノミラー６ａ、６ｂを停
止させた状態でレーザビーム４を半導体ウエハ１上に照
射し、前記ＸＹステージ２をＸＹに駆動させることによ
り前記半導体ウエハ１上を走査させて前記散乱光の強度
変化を検出する。前記欠陥検出部２５は、前記散乱光の
強度が所定のしきい値を超えた点の座標位置等を、欠陥
情報として制御装置２４に順次格納していく。なお、こ
の欠陥情報は、欠陥位置に関する情報の他、欠陥の種類
等の情報を含むものであっても良い。

【００２２】このようにして半導体ウエハ１全体の欠陥
検出が終了すると、前記画像検出部２９による欠陥位置
の画像検出が実行される。詳述すると、半導体ウエハ１
全体の欠陥検出が終了すると、画像検出部２９は、検出
した欠陥情報を基に、ＸＹステージ駆動ドライバ３１を
介してＸＹステージ２を駆動させ半導体ウエハ１の欠陥
位置をレーザビーム４のビームスポット位置に移動させ
る。

【００２３】ついで、前記ガルバノミラー６ａ、６ｂを
作動させ、レーザビームを走査しながら、前記正反射光
検出器２８を通して画像データを取得する。そして、画
像検出部２９を介してこの画像データを前記モニタ３０
に表示する。このことにより欠陥位置の顕微鏡画像を得
ることができ、欠陥の解析等を行なえる。

【００２４】このような構成によれば、以下の効果を得
ることができる。第１に、欠陥の検出と解析との間で半
導体ウエハ１の搬送を行なう必要がない。したがって、
半導体ウエハ１表面の検査が効率良くかつ高精度で行な
えるという効果がある。

【００２５】第２に、欠陥の検出に、ＸＹステージ２を
用いて走査することにより広範囲の欠陥情報を得ること
ができ、次いで、欠陥情報を基にＸＹステージ２及びガ
ルバノミラー６ａ、６ｂを制御し特定の範囲を緻密に検
査することができる。すなわち、同じステージ上の試料
を同軸上の光学系で、欠陥の検出時には粗い検査を行
い、欠陥画像の取得時には緻密な検査を行うようにした
ので、欠陥位置の画像を迅速に得ることができるという
効果がある。

【００２６】なお、この発明は、上記一実施形態に限定
されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種
々変形可能である。例えば、前記実施形態では、散乱光
を検出するための光学系としてリング状ミラーを採用し
ているが、これ以外の光学系であっても良い。たとえ
ば、欠陥で反射した散乱光を積分球を用いて集光し、こ
れを光電子増倍管で検出するようにしても良い。

【００２７】また、この実施形態では、欠陥の検出と画
像の取得を別の工程で行うようにしているが、散乱光の
検出と正反射光の検出を同時もしくは交互に行ったり、
散乱光の検出中、強度変化を検出したことに基いて正反
射光検出に切換えるようにしても良い。このような構成
によれば、試料全体の欠陥検出が終了するのを待たなく
とも、欠陥位置の画像データのみを表示することができ
るから、欠陥が検出される毎に欠陥の解析を行うことが
可能となる。

【００２８】また、前述した実施形態では、欠陥検出工
程において、第１、第２のガルバノミラー６ａ、６ｂを
停止させた状態でレーザビーム４を試料上に照射し、Ｘ
Ｙステージ２をＸＹ方向に駆動させることにより、試料
上を走査するようにしていたが、これに限られるもので
はない。例えば、第１のガルバノミラー６ａを駆動させ
た状態でレーザビーム４を試料上に照射して走査させる
と共に、ＸＹステージ２をＸＹに駆動させるようにして
も良い。このようにすれば、走査に費やしていた時間を
より短縮することができる。

【００２９】また、前述した実施形態では、欠陥の検出
と画像の取得とを自動で行っていたが、これに限られる
ものではない。例えば、まず試料全体の欠陥画像を表示
きせ、操作者が、その欠陥画像に基いて画像の取得を行
う旨の指示を与えるようにしてもよい。

【００３０】また、前記一実施形態では、欠陥の検出は
ＸＹステージ２を移動させることで行なっていたが、こ
れに限られるものではない。例えば、ＸＹステージ２を
移動させることなく対物レンズを含む光学系をＸＹ方向
に移動させるようにしたり、ＸＹステージ２の移動をＸ
（又はＹ）方向のみにし、対物レンズを含む光学系の移
動をＹ（又はＸ）方向のみにするようにしても同様の検
出を行なうことができる。

【００３１】また、前述した実施形態では、ＸＹステー
ジを使用している例で説明をしたが、これに限られるも
のではなく、試料を回転方向に移動可能なＸθステージ
を適用するようにしても良い。また、この実施形態で
は、試料として半導体ウエハを挙げたが、これに限定さ
れるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
試料の表面検査から解析までをウエハの搬送等をするこ
となく簡易かつ迅速かつ確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す概略構成図。

【符号の説明】

１…半導体ウエハ（試料） ２…ＸＹステージ ３…レーザ光源（照明光学系） ２２…散乱光検出器 ２４…制御装置 ２５…欠陥検出部 ２８…正反射光検出器 ２９…画像検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に対してレーザビームを照射する照
   明光学系と、 この試料から得られた散乱光の光強度に基いて試料上の
   欠陥情報を検出する欠陥検出手段と、 前記欠陥検出手段による欠陥情報に基き、試料から得ら
   れた正反射光を処理することで前記欠陥の画像データを
   求めるレーザ走査型画像検出手段とを有することを特徴
   とする試料表面検査装置。