JPS61104659A - 半導体固体撮像素子アレイ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は例えば半導体ＬＳＩウェへ、特にＬＳＩ製造中
間工程でのパターン付ウェハ上の最小異物を高速、高感
度で検出する異物検査装置等に用いられる半導体固体撮
像素子アレイに関する。

〔発明の背景〕

以下ウニへ上の異物検査装置を例にして発明の詳細な説
明する。

従来のウェハ上の異物検査装置では（：）レーザ光の一
次元高速走査と試料の並進低速移動の組み合わせや（Ｉ
Ｉ）特開昭５５−１５５５５１　（公知・列４）に示す
様な試料の高速回転と並進低速移動との組合わせによる
ら線状走査を用いて、試料全面の走査・検出を行なって
いた。又、ｖｊ開昭５７−８０５４Ｓ（公知例１）では
自己走萱型−次元光電変換素子アレイの電気的走査と試
料低速移動を組み合わせて上記（１）と同等の走査を実
現している。更に１．ｋｗｌｏｒｒｖｄｉｒｃ、　１％
（ＡｃｙｃＬルｃａＡｆ　ａｎｔｌ　ＶＶａｔｌ鵜１ｒ
ｗｐ＜ｃｉｉｒｔｎ。

Ｈ，１！４ｃｉ４４−ｒＬＬｃｚ　Ｔ＜ｄ、　Ｖｄ、　
４．　ｍ５．　Ｍ（Ｌｌ　１９８１　、　ＰＰ、６０−
７０、（公知例２）は試料クエへの半径位置に自己走査
型−次元光電変換素子アレイを配置し、これと試料の回
転移動を組み合わせて上記（Ｉｌ）と同等の走査を実現
している。

しかし、公知例１，２の方法では、個々の光電変換素子
絵素の隣接部に存在する不感帯が異物を走査した場合の
異物のぎ見逃し“を避ける事が出来ない。厳密にこれを
避けるためには、不感帯をカバーする様に複数の光電素
子アレイを重膜して設置する必要がある。これは必要以
上に信号処理回装置を多くして、かつ信頼性を低丁させ
る原因となる。しかし、光電末子アレイを重複しなくて
も上記不感帯幅に比べて検出すべき異物の大きさが十分
大きい場合や、光電変換素子絵未幅の合計に比へ不感帯
幅の合ｄ［が無視出来る程度に小さい場合には、上記１
見逃。

し“は大きな問題とならない。公知例１，２の方法では
このような観点から不感帯による１見逃し“は無視して
おり論じていない。

〔パターン付ウェハ上の異物検出〕

ＬＳｆＪ造の中間工程でのパターン付りエハ上の異物検
査作業は、製品歩留り向上、信頼性向上の為に不叫決で
ある。この作業の自動化は特開昭５５−１４９８２９．
特開昭５４−１０１３９０．特開昭５５−９４１４５．
特開昭５６−３０６５０等の一連の特許に示されている
様に偏光を利用した検出方法により実現されている。こ
の原理を第２１〜第２８図を使用して説明する。

第１７図に示す如く、照明光４をウェハ１人面に対して
傾斜角度−で照射したのみでは、ノ曳ターン２．と異物
３から同時に反射光と散乱光５゜６が発生するので、パ
ターン２から異物５のみを弁別して検出することは出来
ない。そこで照６射光４として、偏光レーザ光を使用し
、異物３゜を検出する工夫を行なった。

第１８図（ｃＬ）に示す如く、ウェハ１上に存在す。

るパターン２にＳ偏光レーザ光４を照射する。−（ここ
で、レーザ光４の゛電気ベクトル１０がクエ。

ハ表１ｍに平行な場合を８偏光レーザ照明と呼ぶ。、）
一般如、パターン２０衣而凹凸は微視的に見ると照ＩＪ
ＦＪ＋′ｔｔ／）波長に比べ十分小さく、光学的に滑ら
かでろるりで、その反射光５もＳｕｊ光成分１１が保た
れる。従って、Ｓ偏光遮光の検光子１３を反射光５光路
中に設置すれば、反射光５は遮光され、光電変換素子７
には致達しない。一方、第１８図（句に示す如く、異物
３からの散乱光６ｒ（はＳ偏光１戊分１１に加えてＰ−
制光成分１２も含まれる。これは、異物３表面は徂く、
偏光が解消される結果、Ｐ偏光成分１２が発生するから
である。従って、検光子１３を通過するＰ偏光成分１４
イ光鷹変換累子７によジ検出すれば、異物３の検出が出
来る。

ここでパターン反射光は、第１７図に示す様にレーザ光
４に対してパターン２の長手方向となす角度が直角の場
合如は、反射光５は検光子１３により完全に遮光される
が、この角度が直角と異なる場合は完全には遮光されな
い。この考察は計測自動制御字余論文集のＶＯＩ／　１
７．蔗２．　Ｐ２６２〜Ｐ２４２．１９８１　、に述べ
ている。これによれば、この角１耀が直角より±３Ｄ　
　以内の範１７Ｈのパターンからの反射光のみが、ウェ
ハ上方に設置した対物レンズに入射するので、この範囲
のパターン反射光５は検光子１３により完全には遮光さ
れないが、その強度は２〜３μｒｎ異物散乱元と弁別出
来る程度に小さいので、実用上問題とならない。

ここで偏光レーザ光４の傾斜角度−は１°〜６゜程度忙
設定している。５これは以下に示す理由による。第１９
図に示す実験では、Ｓ偏光レーザ４に対する２μｍ−異
物散乱光の検光子１３通過成分１４の強度Ｖｓとバター
・ン反射光５の検光子成分強Ｋ　Ｖｐ　全対物しｙ：Ｉ
９（倍率４０ｘ、　Ｎ−Ａ＝０．５５ンを用いて測定し
た。実験結果を第２０図に示す。これはレーザ煩斜角度
φを横軸にと９、異物・パターンの弁別比Ｖｓ／Ｖｐを
プロットした。同図よ。

シ＃４斜角度φが５°以下の場合にＶｓはＶｐと容易に
弁別出来るので、安定な異物検出が可能となる。

又、設計的な事柄を考慮すると、φ＝１°〜３°が最適
である。（特開昭５６−３０６３０参照）ここで、レー
ザ光源１５は左右から２り用いて。

いるのは、異方性を有する散乱光を発生ずる異物に対し
て安定な検出を可能とする目的からである。

次に、この検出原理を用いた異物検量方法を第２１〜第
２４図に説明する。

第２１図（−）に示す様に、検出範囲を制限する為にス
リ、ト８を試料結像面に設ける。これによりスリット８
の開口部の試料上への投影面積８ｃＬの範囲内の散乱光
のみが一度に検出されるので、この面積内でのパターン
反射光Ｐ成分の積算強度１４ＰＫ比べて異物散乱光Ｐ成
分１４ｄが十分大よければ、異物３が安定に検出出来る
。故に、この面ｏ１ｔ８＊は検出すべよ異物の大きさく
２〜３μｍ）と同程度の大きさにすれば、検出感度が最
適となるが、第２１図（旬に示す様な走査回数が多くな
り、長時間の検査時間を有する。逆に開口面構８ｃＬを
大きくすると、短時間に検査が出来るが、検出感度が劣
化する結果となる。これを考慮して、現在では面積８６
Ｌを１０　Ｘ　２００μｍとして、２〜３μｍの異物を
約２分で（１５０Ｃ１１１１ウエハの場合）検査してい
る。この様子な第２２図、第２３図を用いて説明する。

まず、第２２図ではウェハ表面の平面図（−）と断面図
（ｂ）を示す。パターン２には（１）パターンの僅かな
凹みや（１１）レーザ光４の照射方向に対して直角以外
の角度を有する個所があシ、この個所の各々から僅かな
散乱光Ｐ成分１４Ｐが発生する。一方、０．５〜２μｍ
程度の大きさの小異物３ａと２μｍ以上の大異物３ｋか
らは、上記（１）（Ｉｔ）の個所の各々に比べて大きな
強度のＰ成分１４ｉが発生する。

第２３図には、開口８ａが試料上を走査した場合の光電
変換素子７の信号出力を示す。同図（ｃＬ）ではＰ成分
１４ｐ（回路パターン）及び１４ｄ（異物〕の試料上の
分布を示す。この分布上を開口８ｃＬが走査すると同図
（ｂ）に示す映像伯°号出力Ｖｐを得、これを二値化す
ると同図（ｅ）に示す欠陥信号が得られる。この例では
小異物３ａとパターン２のエツジからの出力が同一であ
るので、破線で示す閾値はこの出力よシ高い位置に設定
せざるを得ないので、この結果、大異物のみの検出に限
定される。

しかし、２ＳＫｂ自メモ９−ＬＳＩに代衣される高集積
ＬＳＩの製造においては、１μｍの大きさの異物の存在
が製品歩留りに大よく影響するので、１μｒｍ異物の検
出感度が必要となる。これは刀・２５図に示す装置で開
口８ａを５×５μｍ２以下に制限すれは、前記（１）　
、　（ＩＩ）の散乱光Ｐ成分の積算効果が、口８ａが１
０Ｘ２００μ−＋Ｃ比べて低減されるので、その結果、
１μＩＩＩ異物検出が可能となる。

しかし、この場合、検量時間が約４０倍とな多、製造ス
ループットとの同期が収れず、実用化に問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、被検出物体上を万遍ノＩｌｔ　＜走査
して撮像できるようにした半導体固体撮像素子アレイを
提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明では固体撮像素子アレイの配列方向に対してアレ
イを千鳥型に配置し、連列に出力しつるように構成した
ことを特徴とする半導体固体撮像素子アレイである。

〔発明の実施例〕

第１図〜第１５図を用いて本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図では、従来例第２３図のスジ、ト８に代夛、固体
撮像素子アレイ２０を用いる様子を示す。

第２図は固体撮像素子アレイ２０の例を説明する。受光
部２０ａはシリコンフォトダイオードやＱａＡｓＰフォ
トダイオードであり、このうちで特にＰＩＮ接合型のも
のが、高速応答性、高感度の特性を有し、本発明の用途
にＲ遍である。各々の受光部２０Ｑは千鳥型に配置して
（画素）の大きさの幅は５００μｍであり、ｌｌａ［す
る画素の間には不感帯を設けた。画素数は４０ケを有し
てい。

る場合、例えは検出系の総合倍率１ｏｏ１’ｌ（対物。

レンズ９０倍率４０×と９レーレンズ（図示せず）の倍
率２５×の場合）とすれは、１画素の大きさ、は試料面
上で５×８μｒｎ２となり、結局５　ｘ　２２０μｍ２
゜の範囲を検出しながら定食していることになシ、。

従来と同程度の検査速度となる。

この固体撮像素子アレイ２０の効果を第３図に説明する
。比較の為、同図（ｃＬ）、（ｂ）、（Ｃ）に固体撮像
素子アレイ２０の場合を示し、同図（ｄ）、（ｅ）。

（ｆ）に第２３図に示す従来例の場合を示す。同図（α
）は固体撮像素子アレイ２０がウェハ上を走査して検出
する状態を示し、同図（ｂ）は固体撮像素子アレイ２０
の各々の画素（”＊／＋’μ、？ｌ’Ｌ）から得られる
映慮信号Ａ１，７１．４μｍ１ｍ１を示し、同図（Ｃ）
は′？！ｒｍ　像信号Ｌ１．７１．４　、Ａ１．ｍｌを
各々閾値ＶＴＨ−Ｑ二値化して得られる二値化信号Ｌ２
　ｐｉｇμ２μ２２ｍ２を示す図である。更に同図（ｄ
）はスリット８がウェハ上を走査されて光電変換素子７
で検出する状態を示し、同図（ｅ）は光電変換素子７か
ら得られる映像信号Ｖを示し、同図（ｆ）はこの映像信
号をＶＴＲ’の閾値で二値化された二値化信号を示す図
である。なお、同図（α）、（ｂ）、（Ｃ）　Ｋは説明
を簡単にするため、画素数を５ケ（Ｌ、ｊμ。

１９ｍ）としている。この図から明らかなように、画素
Ａの出力信号Ａ１を閾値ＶＴＨで二値化すれは二値化信
号〃２は小異物３ａでも１１″′となり、従来に比べて
感度向上が得られる。

第４図には、固体撮像素子アレイ２０の谷々の画素の信
号処理方法を示す。画素Ｌ〜九の各々の出力は二値化回
路２１モ並列に同時に二値化されて、二値化信号（’１
”）はＯＲ回路２２に導かれ、少なくても一つの画絵で
異物が検出された場合にＯＲ回路の出力は′１″′とな
り、異物メモリ２３に入力する。この方法により、４０
りの画素出力は同時並列処理され、自己走肴型撮慮素子
を用いた場合に比べて大幅な検査速度及び検出感度の向
上が計れる。

しかしながら、固体撮像素子アレイ２０の画素（受光部
）２０αが大巾にオーバラップしているため牙５図に示
すようなことにはならない。

即ら第５図及びオフ図に示す様に固体撮鐵素子アレイ２
０′の配列方向と走査方向とが直角の場合で、画素りと
Ｊの間の不感帯と小異物６Ｇの関係が同図の様な場合に
は、小異物３Ｇを見逃してしまう。

そこで、第６図及び第８図に示す如く、固体撮像素子ア
レイ２０の画素２０ｃＬを配列方向にオーパラ、プする
ように千鳥型に配列すれば、上記見逃しを避けることが
出来る。なお、このオーバラップの量は検出しようとす
る小異物３Ｇの直径にほぼ等しくすればよい。

第６図及び第８図では小異物５Ｇは画素ｊ、ｋにより重
複して検出されるＩ！能性があるので結果としてダブル
カウントされる。しかし、このダブルカウントを避ける
方法として特開昭５６−１３２５４９や特開昭！Ｍ−１
１８１８７や特開昭５７−６６３４５や特開昭５６−１
２６７４７や特開昭５６−１１８６４７で述べている方
法を用いればよい。

第９図は、ら線状走査の場合での本発明の適用例を示す
。

第１０図は実施例の全体構成を示す。クエハ１は真空チ
ューブ４１でウェハチャック４０に吸着されながら、Ｘ
ステージ４６及びＹステージ４９によりＸＹ方向に′＄
励する。固体撮像素子アレイ２０で検出された異物情報
は二値化回路２１，０几回路２２を経て異物メモリ２３
を包含する制御回路３２に至り、衆示装置３３で衣示さ
れる。

本発明では画素の大きさを５Ｘ８μ−程度以下にしてい
るので、クエへ表面のうねシに起因する焦点ずれが検食
中に発生すると、異物検出感度が著しく低−ドする。そ
こで、自動焦点検出部３０により、検査中に焦点ずれ量
を検出して、焦点機構用モータ４３のドライバー３１に
フィードバックする構成を用いることが不可欠である。

この自動焦点機能の原理は第２２回５ＩＣＥ学術講演会
前刷果のＰ２２５〜Ｐ２２４に発表し、及び特開昭５８
−７０５４０に記載されている通りであるが、第１１図
〜第１３図を用いてこの原理を説明する。

この方法は試料上のパターンに影響されずに安定に自動
焦点を行なうことに特徴があるので、本発明には最適で
ある。

第１１図には自動焦点検出部３０の主要部を示す。

ｉ４パターンガラス板上の縞パターン６０ａ、６ａ４　
ハ各々対物レンズ９により試料上に投影されるが、各々
の合焦点位置は撮像素子アレイ２０の合焦点に対して若
干上がりすぎ及び下が９すぎに設定されいる。各々の縞
パターン６Ｏｎ、６０−６の試料上　　゛の像は対物レ
ンズ９で拡大され、半透過ミラー３４．６２で反射され
、撮鍬素子６１の上に結像される。

第１２図（ｃＬ）はウェハ丁がり（Ｚ＞０）の場合、撮
像素子６１上に結像される投影縞パターンを示し、第１
２図（ｄ）は第１２図（ｃＬ）に示す場合における撮像
素子６１で検出される映像信号波形を示す。

第１２図（ｂ）は合焦点位置（２＝０）の場合、撮像素
子６１上に結像される投影パターンを示し、第１２図（
ｅ）は第１２図（ｂ）に示す場合における撮像素子６１
で検出される映像信号波形を示す。刀・１２図（Ｃ）は
ウェハ上がシすｒ（Ｚ＞０）の場合、撮像素子６１上に
結像される投影縞パターンを示し、第１２図（ｆ）は第
１２図（Ｃ）に示す場合における撮飲素子６１で検出さ
れる映像信号波形を示す。

従って撮像素子６１の検出信号は撮像素子アレイ２０が
合焦点の場合には縞パターン６０ｃＬトロ０ｂに対応す
る個所で等しくなるので両者の差信号は零となる。

一方、上がｐすぎ（又は下がシすぎ）の場合には撮像素
子２００合焦点からのずれと差信号の出力の大きさが対
応するので、第１３図に示すツ・−車信号が得られる。

同図では試料面がアルミ面の場合と複雑なパターン（メ
モ９−セル面）の場合で差信号の実測例を示す。′これ
により±０．５μｍ以内の焦点合わせが可能となるので
、対物レンズ９０倍率４０×の場合には、安定した異物
検出が可能となる。自動焦点機構として、例えば第１０
図に示すような、モータ４３．斜面４５゜球４４．板バ
ネ４２を用いる構成が簡単である。

次に本発明の飴の一実施例を説明する。即ち第１４図に
示すように受光部２００ｔＬを台形に形成し　ゝて千鳥
状に配置しても前記実施例と同様な作用効果を達成する
ことがでよる。なお、２００ｂは不感帯領域を示す。

このように固体撮像素子アレイは第１５図及び第１６図
に示すように外部ビンへ接続するために、ボンディング
バッド部２０ｅ、　２００ｅ、配＠　２ｏｄ、２ｏ。

ｄが不可欠であシ、受光部（画素）２０α、　２ｏｏａ
は受光範囲以上に広くする必要がある。

そこで検出分解能を高める為、光学的遮光部２０ｃ、　
２００ｃを印刷等によシ貼ｐ付け、ボンディングバット
部２０ｅ、　２００ｅや受光範囲外の個所を遮光するこ
とが肝要である。

また本発明はウェハ如限定されず、ホトマスクやレチク
ル等の曲の製品の検査にも適用可能である。

また画素の大きさの制限は１０　Ｘ　１２μｍ程度でも
、１．５μｍ〜２．ｕ導の異物を検出する場合には実用
上差支えないことが実験によシ確認できている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、被検出対象物を走
査する方向に関係なく満遍無く撮像することがでよ、検
査の高速性を維持しつつ、微小異物等のパターン検出を
高感度かつ安定に行なうことの出来る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体固体撮像素子アレイが用いられ
る異物検査装置の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示す半導体固体撮像素子アレイの詳細を示す斜視図
、第３図は本発明と従来例との比較を説明するための図
、第４図は第１図に示す半導体固体素子の出力信号処理
回路を示す図、第５図は不感帯と異物との位置関係ケ示
す図、第６図は本発明での画素（受光部）と異物との位
置関係を示す図、オフ図は第５図における半導体固体撮
像素子のクエへとの相対的走査方向を示す図、第８図は
第６図における半導体固体撮像素子のクエへとの相対的
走１６・ 査方向を示す図、第９図は半導体固体撮像素子のクエへ
との相対的らせん状走査を示す図、第１０図は第１図に
示す実施例を更に具゛体的に示した、構成図、第１１図
は第１０図に示す自動焦点検出部を示す斜視図、第１２
図は自動焦点検出を説明するための図、第１３図は第１
１図に示す自動焦点検出部から得られる差出力と焦点す
れとの関係を示した図、牙１４図は第２図と異なる曲の
半導体固体撮１′Ｊ！素子アレイを示す図、第１５図は
第１４図に示すものを足に具体的に示した図、第１６図
は第３図に示すものを更に具体的に示した図、第１７図
はクエへを示す断面図、第１８図は照射されたレーザ光
に対するウェハ上の回路パターンと異物からの反射状態
を示す図、第１９図は従来の異物検出方法の第１例を示
す概略ｆ＋視図、第２口図は第１９図で傾斜角度−を変
化させた場合の出力比Ｖｓ／Ｖｐの測定データを示すグ
ラフ、第２１図は従来の異物検出方法の第２例を示す概
略斜斜図、第２２図はウェハ上の回路パターンと異物か
らの反射状態を示す図、第２３図は第２１図に示す如く
スリットを泪対的にウェハ上を走査して得られる映像信
号の関係等を示す図、１−２４図は第２１図に示す第２
例と同様に従来の異物検出方法を示す概略斜視図である
。 〔符号の＃５ｉ！明〕 ２０、２００・・・光電変換用固体撮像素子アレイ、２
０４．２００ａ・・・受光部、２０ｂ、２００ｂ　・・
・不感帯。 菓１　ン 竿ＺＬ 箪牛阻 笑ダ図 冨２図 箋７７ ２０’ 竿８ワ 業ｎ図 γ７２図 箋　１１ 竿／＋図 ２ｏａｆ） ２θＯｃＬ ヱ１５　　図 ２／ん図 箪／７図 ／　　　　　　　　　　　　　　　　　　、、’　　　
　　　　　　７草７９図 Ｏ″５”　　　　　　１０” 革２２　　図 一一一りχ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　固体撮像素子アレイの配列方向に対してアレイを千鳥
   型に配置し、並列に出力しうるように構成したことを特
   徴とする半導体固体撮像素子アレイ。