JP2009068903A - 表面検査方法及び表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られ、かつ、高感度で異物・欠陥を検出可能な表面検査装置を実現する。
【解決手段】回転放物面の一部分を反射面とする集光用凹面鏡１６１と回転放物面の一部分を反射面とする結像用凹面鏡１６３とを使用し広い立体角に対応可能とする。反射鏡である集光用凹面鏡１６１及び結像用凹面鏡１６３を使用し、レンズ周囲を挟み込んで保持するような支持体は不要で有効開口面積が小となることは無い。反射鏡からなる方位別検出光学系１６０を複数個設け特別なレンズ研磨加工することなく全集を隙間無く埋め尽くし全方位の反射光を検出できる。散乱回折・反射光信号統合部２００は複数の方位別検出光学系１６０のうち予め指定された散乱方位に対応する方位別検出光学系１６０からのデジタルデータを合算し、Ｓ／Ｎ比を向上することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板（半導体ウェハ）上の微小な異物・欠陥を検査する表面検査方法及び装置に関する。

半導体基板（半導体ウェハ）の製造ラインにおいて、製造装置の発塵状況を監視するために、半導体基板の表面に付着した異物や加工中に発生したスクラッチ等の欠陥の検査が行われている。例えば、回路パターン形成前の半導体基板では、その表面において数１０ｎｍ以下の微小な異物や欠陥の検出が必要である。

また、半導体基板表面の検査としては、異物や欠陥以外に、基板表面近傍の浅い領域に存在する結晶欠陥や基板表面の表面粗さも検査対象となる。

半導体基板等の被検査物体表面上の微小な欠陥を検出する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されているように、集光したレーザ光束を半導体基板表面に固定照射して、半導体基板上に付着している異物から発生する散乱光を検出し、半導体基板の回転と並進送りで半導体基板全面の異物や欠陥を検査する。

散乱光の検出には回転楕円面を反射面とする凹面鏡を用い、半導体基板上の検出位置を楕円の第１焦点位置とし、受光素子の受光面を第２焦点位置に配置することにより、異物で発生した散乱光を広い立体角で集光し、微小異物の検出もできるようにしている。この特許文献１に記載の技術では、異物や欠陥から全方位方向へ発せられる散乱光を方位ごとに分離検出することなく、一括して集光・検出している。

また、特許文献２に記載されているように、半導体基板表面に関して複数の方位角の方向に集光レンズと光検出器を配置し、各集光レンズで集光された散乱光を散乱方位別に光検出器で検出することにより、微小異物からの散乱光の放射方向分布特性に合わせて有利な方位方向での検出を可能にしたものもある。

さらに、特許文献３に記載されているように、半導体基板表面に関して一つの放物面鏡を用いて全方位の方向から、半導体ウェハの表面からの散乱光を検出している。

米国特許第５，７９８，８２９号明細書 特開２００１−２５５２７８号公報 特開２００２−１８８９９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された反射鏡を用いる表面検査装置では、集光レンズを用いて異物・欠陥からの散乱光を複数の方位方向で分離して集光・検出する表面検査装置に比べ、次のような長所と短所がある。

長所１としては、方位方向（半導体ウェハ表面の法線に対して軸対称な方向）に関して凹面鏡は切れ目が無く連続して集光作用を担うため、受光立体角の観点から見て死角が無く、集光効率に優れる。

長所２としては、反射鏡はその裏面側（反射面で無い側）に支持構造体を接着して固定するなど、裏面側からの支持が可能であり、集光作用を担う反射面側の集光効率を妨げない。

長所３としては、異物・欠陥が比較的低い仰角範囲に発生する散乱光を１個の光検出器に集約して検出しているため、１個の光検出器に入射するフォトン数の確保において有利であり、特に、検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合、Ｓ／Ｎ比の観点で優れている。

短所１としては、散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られず、検出した異物・欠陥の分類能力に劣る。

短所２としては、特定の方位方向に強い散乱光分布を持つ異物・欠陥に対しては、異物・欠陥の散乱光が弱い方位方向からはノイズとなる背景散乱光のみを加算することになるので、Ｓ／Ｎ比において不利である。

また、特許文献２に記載された複数の集光レンズを用いる表面検査装置では、凹面鏡を用いて異物・欠陥からの散乱光を回転楕円面を反射面とする１枚の凹面鏡で一括して集光・検出する表面検査装置に比べ、次のような長所と短所がある。

長所１としては、散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られるため、検出した異物・欠陥の分類能力に優れる。

長所２としては、特定の方位方向にのみ強い散乱光分布を持つ異物・欠陥に対しては、異物・欠陥の散乱光が弱い方位方向においてノイズとなる背景散乱光のみを拾ってしまうことが避けられ（そのような方位方向の信号を使用しなければ良い）、Ｓ／Ｎ比において有利である。

短所１としては、略等しい仰角にある全周３６０度の方位角範囲を複数のレンズ入射面でカバーするため、所定の半径を有する円周上に複数のレンズを並べて配置するが、全周を隙間無く埋め尽くすためには、個々のレンズの入射面形状を矩形もしくは台形に近い形状に研磨加工する必要がある。

短所２としては、レンズはその周囲から挟みこんで保持する枠状の支持構造体を必要とするため、集光作用を担う有効開口面積はその分小さくなってしまう。

短所３としては、検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合、この総散乱光量を複数の方位別に分割して検出することで、１個の光検出器に入射するフォトン数が極端に減少してしまい、Ｓ／Ｎ比の観点で不利となる。

また、特許文献３に記載された技術においても、検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合、Ｓ／Ｎ比が小さくなるという問題がある。

ところで、最近の半導体製造プロセスにおける表面検査装置に対する要求として、対象とする異物・欠陥の最小検出粒径が小径化していることと、より多様な種類の異物・欠陥を検出・分類することが要求されてきている。

このような要求に応えるためには、複数方位検出が可能であり、かつ、感度向上が可能な集光光学系が求められている。

本発明の目的は、散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られ、かつ、高感度で異物・欠陥を検出可能な表面検査方法及び装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

本発明の表面検査方法は、被検査物の表面上の所定位置に光を照射して照明スポットを形成し、上記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出し、検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する。

そして、上記照明スポットから散乱・回折・反射した光を、上記被検査物の表面に関して複数の方位角毎に配置された集光用凹面鏡により集光して反射し、上記複数の方位角毎に上記被検査物の表面に関して上記集光用凹面鏡より高い仰角に配置された結像用凹面鏡により、同一の方位角に配置された上記集光用凹面鏡から反射された光を反射し、上記複数の結像用凹面鏡により反射された光のそれぞれを区別して検出し、検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する。

本発明の表面検査装置は、被検査物が配置され、この被検査物を移動させる被検査物移動ステージと、被検査物の表面上の所定位置に光を照射して照明スポットを形成する照明手段と、上記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出する検出手段と、この検出手段により検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する。

そして、上記被検査物の表面に関して複数の方位角毎に配置され、上記照明スポットから散乱・回折・反射した光を集光して反射する複数の集光用凹面鏡と、上記複数の方位角毎に上記被検査物の表面に関して上記集光用凹面鏡より高い仰角に配置され、同一の方位角に配置された上記集光用凹面鏡から反射された光を反射する結像用凹面鏡と、上記複数の結像用凹面鏡により反射された光のそれぞれを区別して検出する検出手段と、上記検出手段により検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥分類手段とを備える。

散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られ、かつ、高感度で異物・欠陥を検出可能な表面検査方法及び装置を実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図1は、本発明の第１の実施形態である表面検査方法を実施する表面検査装置の概略構成図である。図１において、被検査物体である半導体ウェハ１００はチャック１０１に真空吸着されている。このチャック１０１は回転ステージ１０３と並進ステージ１０４とを有する被検査物体移動ステージ１０２及びＺステージ１０５上に搭載されている。

半導体ウェハ１００の上方には照明光学系１１０及び散乱・回折・反射光検出光学系１５０が配置されている。光源１１には、紫外域の波長の光を時間的に繰り返してパルス発振するパルスレーザを用いる。光源１１から出た照明ビーム２１は照射レンズ１８の作用により図２に示す照明スポット３を形成する。微小な異物や欠陥を高感度で検出するためには、照明ビーム２１の被検査物体表面に対する仰角は、概略５度乃至２５度程度の低い仰角、より望ましくは被検査物体を構成する材料、例えば結晶Ｓｉに対するプリュースター角近辺とするのがよい。

そこで、本発明の第１の実施形態では、照明ビーム２１を概略１３度で斜入射するように構成する。このため、照明スポット３は概略楕円形状をしている。照明ビーム２１の偏光状態は偏光制御部１１１により照明スポット３に入射する段階で、「Ｐ偏光」または「Ｓ偏光」または「円偏光」または「楕円偏光」となるように制御される。

照明スポット３から発生する散乱・回折・反射光は、散乱・回折・反射光検出光学系１５０により集光・検出される。散乱・回折・反射光検出光学系１５０は、照明ビーム２１により照明スポット３から発生する散乱・回折・反射光のうち、左前方／右前方／左側方／右側方／左後方／右後方の各方位方向へ散乱・回折・反射する成分を分離して個別に検出できるよう、各々検出方位角が略６０度ずつ隔たった６個の方位別検出光学系１６０から成る。

図3は、各方位別検出光学系１６０の概略構成図である。前述のように、回転楕円面を反射面とする凹面鏡では、第１焦点付近から広い立体角範囲に発散する発光を単一の反射面のみで第２焦点付近に集光することができるが、第１焦点近傍にある２点の発光点は第２焦点近傍に２点の分離した像として結像する結像能力を持たない。球面収差や非点収差を抑えて結像能力を有する光学系を、２次曲面を反射面とする反射鏡のみで構成するためには、最低２枚の２次曲面凹面鏡の組合せが必要である。

可視光やＸ線を用いる天体望遠鏡等では、回転双曲面＋回転双曲面、回転双曲面＋回転楕円面、回転双曲面＋回転放物面の組合せが実用化されているが、これらの構成では集光可能な立体角範囲は狭い。光学式表面検査においては、異物・欠陥から広い立体角に発散する散乱光を受光する必要があり、上述した組合せで実現できる集光立体角では不満足である。２枚の２次曲面凹面鏡で結像能力を実現する組合せのうち、広い立体角に対応できるものに、回転放物面＋回転放物面の組合せがある。

そこで、本発明の第１の実施形態では、方位別検出光学系１６０を、回転放物面の一部分を反射面とする集光用凹面鏡１６１と、回転放物面の一部分を反射面とする結像用凹面鏡１６３とを備える。集光用凹面鏡１６１の反射面の回転放物面と結像用凹面鏡１６３の反射面の回転放物面とは共通の光軸１６５を有する。そして、光軸１６５は図３に示すように、被検査物体表面の法線１６７に対して約５度だけ、各方位別検出光学系１６０が対応している検出方位の方向へ外側に向けて傾斜している。

集光用凹面鏡１６１の反射面の回転放物面の焦点１６２は、被検査物体表面上の照明スポット３の中心と略一致して配置してあり、結像用凹面鏡１６３の反射面の回転放物面の焦点１６４は、光検出器７の受光面の中心と略一致して配置してある。また、集光用凹面鏡１６１の焦点距離と結像用凹面鏡１６３の焦点距離は、略等しく設定してある。

上記配置により、照明スポット３から発生する散乱・回折・反射光は集光用凹面鏡１６１により平行光束１６６となって結像用凹面鏡１６３に入射し、結像用凹面鏡１６３はこの平行光束１６６を焦点面である光検出器７上に結像させ照明スポットの略等倍の像を形成する。本発明の第１の実施形態では、集光用凹面鏡１６１の焦点１６２から結像用凹面鏡１６３の焦点１６４までの距離、すなわち照明スポット３の中心から光検出器７の受光面の中心までの距離は、略２００ｍｍとなるように設定してある。

このため、前述のように集光用凹面鏡１６１と結像用凹面鏡１６３との共通光軸１６５を被検査物体表面の法線１６７に対して約５度だけ傾斜させた場合、隣接する測定スポット３の像同士の間隔は、半径が「２００ｍｍ×ｓｉｎ（５度）≒１７．４ｍｍ（式１）」となる円に内接する正六角形の１辺の長さに相当する。したがって、隣接する測定スポット３の像同士の間隔も、やはり１７．４ｍｍとなり、図４に示すように６個の方位別検出光学系１６０の各々が形成する照明スポット像は空間的に干渉することなく、それぞれの方位別検出光学系毎に設けられ、各々独立した光検出器７により分離して検出することができる。

６個の方位別検出光学系１６０が、それぞれ有する合計６枚の集光用凹面鏡１６１は、図５の（ａ）に示すように、１枚の回転楕円面鏡を６分割して作成したものである。１枚の集光用凹面鏡１６１の反射面の外形は、図５の（ｂ）に示すようになっている。左前方／右前方／左後方／右後方の４枚の集光用凹面鏡１６１には、照明ビーム２１およびその正反射光の光路を避けるために小さな半円形の切り欠き部３００を設けてあり、これら６個の集光用凹面鏡１６１は、図５の（ｃ）に示すように、隣接する２枚の集光用凹面鏡１６１間のすき間が小さくなるよう配置される。

上述したように、本発明の第１の実施形態では、照明ビーム２１の照射仰角を１３度としており、Rayleigh散乱則に従うような微小な異物の場合、異物からの散乱光は、略７度から５０度の仰角範囲に多く発生することが知られている。

本発明の第１の実施形態の配置によれば、照明スポット３から発生する散乱・回折・反射光のうち、上述した略７度から５０度の仰角範囲に散乱・回折・反射する光を効率良く集光・検出することが可能となる。

上記構成において、異物１が照明スポット３を通過すると、各方位別検出光学系１６０のそれぞれに対応する光検出器７からは散乱・回折・反射光信号が得られる。本発明の第１の実施形態では光検出器７として光電子増倍管を用いているが、異物からの散乱・回折・反射光を高感度に検出できる光検出器であれば他の検出原理の光検出器であっても良い。

各光検出器７からの散乱・回折・反射光信号は、各光検出器７毎に、それぞれに対して設けられた増幅器２６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３０で予め定められたサンプリング間隔ｄＴごとにサンプリングされ、デジタルデータに変換される。これら各方位別検出光学系１６０に対応して得られたデジタルデータ群は散乱・回折・反射光信号統合部２００へ送られる。散乱・回折・反射光信号統合部２００では、送られた複数のデジタルデータのうち、予め指定された散乱方位に対応する方位別検出光学系１６０からのデジタルデータを合算することで、デジタルデータを全て単純加算するよりも改善されたＳ／Ｎ比を持つ統合デジタルデータを得るデータ処理を実現することが可能となる。これら複数のデジタルデータの合成アルゴリズムには、重み付き線形結合を用いることもできる。

散乱・回折・反射光信号統合部２００で得られた統合デジタルデータは、その後、異物・欠陥判定機構１０８で予め定められた検出しきい値と比較され、上記デジタルデータがしきい値以上であれば異物・欠陥判定機構１０８はこのデジタルデータが異物・欠陥によるものだと判定して、異物・欠陥判定情報を発生する。異物・欠陥座標検出機構１３０は、異物・欠陥判定機構１０８から異物・欠陥判定情報が供給されると、被検査物体移動ステージ１０２が発生する、主走査並びに副走査の現在位置の情報から、異物・欠陥の主走査方向並びに副走査方向の座標位置（ｒ，θ）を算出する。検出された異物・欠陥の座標位置が求まると、続いて粒径算出機構１２０は上記デシタルデータ群から、検出された異物・欠陥の大きさを算出する。

一方、各方位別検出光学系１６０に対応して得られたデジタルデータ群は、散乱・回折・反射光信号統合部２００へ送られると同時に、個別のデジタルデータのまま異物・欠陥分類機構１４０へも送られる。異物・欠陥分類機構１４０では、これら散乱方位別のデジタルデータの強度を比較することにより、検出された異物・欠陥が予め定められた異物・欠陥カテゴリーの中のどれに該当するかを判定する。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、回転放物面の一部分を反射面とする集光用凹面鏡１６１と、回転放物面の一部分を反射面とする結像用凹面鏡１６３とを使用し、広い立体角に対応可能となっている。

また、反射鏡である集光用凹面鏡１６１及び結像用凹面鏡１６３を使用するので、集光レンズのように、レンズ周囲を挟み込んで保持するような支持体は不要であり、有効開口面積が小となるようなことは無い。

また、円錐状の反射鏡、つまり、回転放物面鏡を分割して製作される方位別検出光学系１６０を複数個設けているので、特別なレンズ研磨加工することなく、全集を隙間無く埋め尽くして全方位の反射光検出を行なうことができる。

さらに、散乱回折・反射光信号統合部２００は、複数の方位別検出光学系１６０のうち、予め指定された散乱方位に対応する方位別検出光学系１６０からのデジタルデータを合算しているので、単純に全ての方位別検出光学系１６０からのデータを合算する場合と比較して、Ｓ／Ｎ比を向上することが可能である。

つまり、本発明の第１の実施形態によれば、以下の（１）〜（３）に示すことが可能となる。

（１）散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られる。

（２）Ｓ／Ｎ比において有利な散乱方位角からの散乱光信号を、分離して利用できる。

（３）集光光学系の受光立体角において、全方位角並びに必要な仰角範囲に対して死角が少なく、集光効率に優れる。

なお、上述した例では、異物や欠陥の検出について説明したが、被検査対象の半導体ウェーバ１００の表面粗さを計測する場合にも、上述と同様の効果が得られることは明白である。

また、上記第１の実施形態では、光源１１を「紫外域の波長の光を時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザ」としたが、紫外域以外の波長のレーザでもよい。また、連続発振するレーザを光源に用いた場合でも、上記技術はそのまま適用することができる。また、上記第１の実施形態では、異物・欠陥から発生する散乱・回折・反射光を分離して検出する方位の数を、左前方／右前方／左側方／右側方／左後方／右後方の６方位とし、各々検出方位角が概略６０度ずつ隔たった６個の方位別検出光学系１６０を配置したが、最低限、前方／左側方／右側方／後方の４方位を分離して検出できれば、方位別分離検出のメリットは享受可能である。

更に、上記実施形態では、照明スポットの略等倍の像を形成するように集光用凹面鏡１６１の焦点距離と結像用凹面鏡１６３の焦点距離とを略等しく設定したが、照明スポットの拡大像を形成するように、結像用凹面鏡１６３に集光用凹面鏡１６１と異なる焦点距離を与えてもよい。

なお、検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合、この総散乱光量を複数の方位別検出光学系１６０で分割して検出すると、１個の光検出器７に入射するフォトン数が極端に減少してしまう。このような場合には、総散乱光量を分割せず単一の光検出器に導いて検出した方がＳ／Ｎ比の観点で有利であることが予想される。

そのような場合には、図６に示すように、上述した各方位別検出光学系１６０に対応する光検出器７の他に、統合検出用光検出器８を設け、単一の統合検出用光検出器８を用いるか、複数の光検出器７を用いるかを切り換えて利用できるようにすることも可能である。

統合検出用光検出器８としては、受光面の大きさが上記式１で与えられる半径の円よりも大きな光検出器、例えば大口径のヘッドオン形光電子増倍管などが適している。このように光検出器を構成することにより、本発明の第１の実施形態では上述した（１）から（３）に示した項目に加え、「（４）検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合にも、１個の光検出器に入射するフォトン数を確保できること」が可能になる。

以上に説明した本発明の第１の実施形態では、被検査物体表面上に形成される照明スポットの数を１つとしたが、複数の照明スポットを形成させ、各々の照明スポットから発生する散乱・回折・反射光を個別に検出するよう構成することもできる。

図７は、上述した、複数の照明スポットから発生する散乱・回折・反射光を個別に検出する構成である第２の実施形態の集光・検出光学系を示す図である。

なお、照明光学系としては、例えば、ビームスプリッタを用いる技術、またはウォーラストンプリズムを用いる技術によって、単一の光源から発した光を複数の照明ビームに分割し、複数の照明スポットを形成することが可能である。

図８は、ウォーラストンプリズム２３によって２本の照明ビームに分割した後に、照射レンズ１８の作用により半導体ウェハ１００上に２個の照明スポット３、４を形成させるための構成を示す図である。

また、図９は、本発明の第２の実施形態である表面検査方法を実施する表面検査装置概略構成図である。

２個の照明スポット３、４の強度比および偏光状態は、偏光子２４および１／２波長板２５の角度設定により調節可能である。散乱・回折・反射光検出光学系１５０および６個の方位別検出光学系１６０の構成および集光・結像作用については、上述した本発明の第１の実施形態と同等であるので説明は省略する。

本発明の第２の実施形態では、各方位別検出光学系１６０により、２個の照明スポット３、４の像が結像される。各方位別検出光学系１６０ごとに備えられた光検出器７には２個の受光区画を有する光検出器を用い、１個の受光区画が１個の照明スポット像を検出できるようにする。

本発明の第１の実施形態と同様に、各方位別検出光学系１６０を構成する集光用凹面鏡１６１および結像用凹面鏡１６３の共通光軸１６５は、被検査物体表面の法線１６７に対して約５度だけ、各方位別検出光学系１６０が対応している検出方位の方向へ外側に向けて傾斜させているので、照明スポット３、４の像において、被検査物体表面上にあって光軸１６５から外れた点は収差を生じる。

この収差を軽減するために、光検出器７は、２個の受光区画の中心を結ぶ線が光軸１６５に対して直交ではなく傾斜するよう配置してある。２個の受光区画からは並列に出力信号が得られるので、各光検出器７はそれらに対応してそれぞれ２個の増幅器２６と２個のＡ／Ｄ変換器３０に接続されている。

２個のＡ／Ｄ変換器３０から得られるデジタルデータは複数照明スポット信号統合部２１０で合成される。偏光子２４および１／２波長板２５の角度設定により２個の照明スポット３、４の強度を等しく調節した場合には、複数照明スポット信号統合部２１０で照明スポット３、４の２信号の加算平均を取ることで、Ｓ／Ｎは同一の検出感度とノイズ特性を有する単一の光検出器を使用した場合に比べて√（２）倍向上させることができる。

この複数照明スポット信号統合部２１０の出力デジタルデータは、散乱・回折・反射光信号統合部２００へ送られる。散乱・回折・反射光信号統合部２００以降の機能および動作は第１の実施形態と同じであるので詳細な説明は省略する。

上記第２の実施形態では、第１の実施形態で得られた（１）から（４）の利点に加え、照明スポットを複数形成させ、これらを分離結像して個別に検出できる検出器を置くことで、複数の散乱・回折・反射光信号を平均化してより高いＳ／Ｎ比を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、回転放物面を反射面とする凹面鏡を２個一対で組合せて結像作用を持たせた方位別検出光学系を、互いに光軸を傾斜させて複数備えることで以下のような効果を得ることできる。

（１）散乱方位角別の散乱光強度分布情報が得られる。

（２）Ｓ／Ｎ比において有利な散乱方位角からの散乱光信号を、分離して利用できる。

（３）集光光学系の受光立体角において、全方位角並びに必要な仰角範囲に対して死角が少なく、集光効率に優れる。

（４）検出対象となる異物・欠陥が非常に小さくて発生する総散乱光量が極端に小さくなった場合にも、１個の光検出器に入射するフォトン数を確保できる。

本発明は、半導体ウェハ等の表面検査方法及び表面検査装置のみならず、散乱・回折・反射光検出光学系１５０と検出器７とを有する表面検査装置用の方位別散乱光学像形成光学装置としても成立する。

本発明の第１の実施形態である表面検査方法を実施する表面検査装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施形態における照明スポットを説明する図である。 本発明の第１の実施形態における方位別検出光学系を説明する図である。 本発明の第１の実施形態における光検出器の配置を説明する図である。 本発明の第１の実施形態における集光用凹面鏡を説明する図である。 本発明の第１の実施形態における光検出器の別の配置例を説明する図である。 本発明の第２の実施形態である表面検査装置の集光・検出光学系の説明図である。 本発明の第２の実施形態における照明スポット形成のための光学系を説明する図である。 本発明の第２の実施形態である表面検査方法を実施する表面検査装置概略構成図である。

符号の説明

１・・・異物、３、４・・・照明スポット、７・・・光検出器、８・・・統合検出用光検出器、１１・・・光源、１８・・・照射レンズ、２１、２２・・・照明ビーム、２３・・・ウォーラストンプリズム、２４・・・偏光子、２５・・・１／２波長板、２６・・・増幅器、３０・・・Ａ／Ｄ変換器、１００・・・半導体ウェハ、１０１・・・チャック、１０２・・・被検査物体移動ステージ、１０３・・・回転ステージ、１０４・・・並進ステージ、１０５・・・Ｚステージ、１０６・・・検査座標検出機構、１０８・・・異物・欠陥判定機構、１１０・・・照明光学系、１１１・・・偏光制御部、１２０・・・粒径算出機構、１３０・・・異物・欠陥座標検出機構、１４０・・・異物・欠陥分類機構、１５０・・・散乱・回折・反射光検出光学系、１６０・・・方位別検出光学系、１６１・・・集光用凹面鏡、１６２・・・集光用凹面鏡の焦点、１６３・・・結像用凹面鏡、１６４・・・結像用凹面鏡の焦点、１６５・・・共通の光軸、１６６・・・平行光束、１６７・・・導体ウェハ表面の法線、２００・・・散乱・回折・反射光信号統合部、２１０・・・複数照明スポット信号統合部、３００・・・切り欠き部

Claims (22)

1. 被検査物の表面上の所定位置に光を照射して照明スポットを形成し、上記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出し、検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査方法において、
   上記照明スポットから散乱・回折・反射した光を、上記被検査物の表面に関して複数の方位角毎に配置された集光用凹面鏡により集光して反射し、
   上記複数の方位角毎に上記被検査物の表面に関して上記集光用凹面鏡より高い仰角に配置された結像用凹面鏡により、同一の方位角に配置された上記集光用凹面鏡から反射された光を反射し、
   上記複数の結像用凹面鏡により反射された光のそれぞれを区別して検出し、
   検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出することを特徴とする表面検査方法。
2. 請求項１記載の表面検査方法において、上記集光用凹面鏡の光反射面は回転放物面または回転放物面の一部分であることを特徴とする表面検査方法。
3. 請求項２記載の表面検査方法において、上記複数の集光用凹面鏡は、１枚の回転放物面鏡を分割したものであることを特徴とする表面検査方法。
4. 請求項３記載の表面検査方法において、上記結像用凹面鏡の光反射面は回転放物面または回転放物面の一部分であることを特徴とする表面検査方法。
5. 請求項４記載の表面検査方法において、上記集光用凹面鏡と上記結像用凹面鏡は略等倍の結像を行うことを特徴とする表面検査方法。
6. 請求項４記載の表面検査方法において、上記集光用凹面鏡と上記結像用凹面鏡は拡大結像を行うことを特徴とする表面検査方法。
7. 請求項４記載の表面検査方法において、上記集光用凹面と上記鏡結像用凹面鏡とは、上記集光用凹面鏡の回転放物面の光軸と上記結像用凹面鏡の回転放物面の光軸とが共通の光軸となるように配置され、上記共通の光軸は上記被検査物体表面の法線に対して、上記方位方向に傾斜していることを特徴とする表面検査方法。
8. 請求項７記載の表面検査方法において、上記共通の光軸は上記被検査物体表面の法線に対して、上記方位方向に略５度以上４５度以下の角度を成して傾斜していることを特徴とする表面検査方法。
9. 請求項１記載の表面検査方法において、各方位別に形成された照明スポットを、複数の光検出器または複数の受光区画を有する光検出器で個別に検出して電気信号に変換することを特徴とする表面検査方法。
10. 被検査物が配置され、この被検査物を移動させる被検査物移動ステージと、被検査物の表面上の所定位置に光を照射して照明スポットを形成する照明手段と、上記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出する検出手段と、この検出手段により検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査装置において、
    上記被検査物の表面に関して複数の方位角毎に配置され、上記照明スポットから散乱・回折・反射した光を集光して反射する複数の集光用凹面鏡と、
    上記複数の方位角毎に上記被検査物の表面に関して上記集光用凹面鏡より高い仰角に配置され、同一の方位角に配置された上記集光用凹面鏡から反射された光を反射する結像用凹面鏡と、
    上記複数の結像用凹面鏡により反射された光のそれぞれを区別して検出する検出手段と、
    上記検出手段により検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する異物・欠陥分類手段と、
    を備えることを特徴とする表面検査装置。
11. 請求項１０記載の表面検査装置において、上記集光用凹面鏡の光反射面は回転放物面または回転放物面の一部分であることを特徴とする表面検査装置。
12. 請求項１１記載の表面検査装置において、上記複数の集光用凹面鏡は、１枚の回転放物面鏡を分割したものであることを特徴とする表面検査装置。
13. 請求項１２記載の表面検査装置において、上記結像用凹面鏡の光反射面は回転放物面または回転放物面の一部分であることを特徴とする表面検査装置。
14. 請求項１３記載の表面検査装置において、上記集光用凹面鏡と上記結像用凹面鏡は略等倍の結像を行うことを特徴とする表面検査装置。
15. 請求項１３記載の表面検査装置において、上記集光用凹面鏡と上記結像用凹面鏡は拡大結像を行うことを特徴とする表面検査装置。
16. 請求項１３記載の表面検査装置において、上記集光用凹面と上記鏡結像用凹面鏡とは、上記集光用凹面鏡の回転放物面の光軸と上記結像用凹面鏡の回転放物面の光軸とが共通の光軸となるように配置され、上記共通の光軸は上記被検査物体表面の法線に対して、上記方位方向に傾斜していることを特徴とする表面検査装置。
17. 請求項１６記載の表面検査装置において、上記共通の光軸は上記被検査物体表面の法線に対して、上記方位方向に略５度以上４５度以下の角度を成して傾斜していることを特徴とする表面検査装置。
18. 請求項１０記載の表面検査装置において、各方位別に形成された照明スポットを、複数の光検出器または複数の受光区画を有する光検出器で個別に検出して電気信号に変換することを特徴とする表面検査装置。
19. 請求項１０記載の表面検査装置において、上記検出手段は、複数の光検出器または複数の受光区画を有する光検出器を有し、上記各方位別に形成された照明スットの像を個別に検出することを特徴とする表面検査装置。
20. 請求項１９記載の表面検査装置において、上記検出手段は、各方位別に形成された照明スポットの像を一括して受光できる単一の光検出器を有し、上記複数の受光区画を有する光検出器と一括して受光できる単一の光検出器とを切り替えて利用することを特徴とする表面検査装置。
21. 請求項１１記載の表面検査装置において、上記照明手段は、上記被検査物体表面上に複数の照明スポットを所定の間隔で形成し、上記検出手段は上記複数の照明スポット像を個別に検出できる複数の受光区画を有することを特徴とする表面検査装置。
22. 被検査物が配置され、この被検査物を移動させる被検査物移動ステージと、被検査物の表面上の所定位置に光を照射して照明スポットを形成する照明手段と、上記照明スポットから散乱・回折・反射された光を検出する検出手段と、この検出手段により検出した光に基づいて被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査装置用の方位散乱光像形成光学装置において、
    上記被検査物の表面に関して複数の方位角毎に配置され、上記照明スポットから散乱・回折・反射した光を集光して反射する複数の集光用凹面鏡と、
    上記複数の方位角毎に上記被検査物の表面に関して上記集光用凹面鏡より高い仰角に配置され、同一の方位角に配置された上記集光用凹面鏡から反射された光を反射する結像用凹面鏡と、
    を備えることを特徴とする表面検査装置用の方位散乱光像形成光学装置。

Images