JP4644329B2 - 表面検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査物表面上の種々の異物を検出する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、検出光を被検査物表面上に入射し、その被検査物表面上の異物からの散乱光を検出するシステムにおいて、ダイナミックレンジを拡大する方法はいくつか知られている。
【０００３】
しかし、従来の検出システムにおいては、異物からの散乱光を同一処理系で処理することでデータのダイナミックレンジを確保していた。処理系の異なるデータ間では、その検出目的の違いから連続的なダイナミックレンジの拡大には利用されることがなかった。
【０００４】
また、ソフトウェア処理によりダイナミックレンジを拡大する方法も知られているが、実際の散乱光を捕らえた場合と比べ、異物のサイズの検出精度が悪い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、工程の複雑化や微細化が進む中、より小さな異物と大きな異物を同時に測定できることが望まれている。測定するべき被検査物表面上の異物サイズは著しく小さいものまで含まれるようになっており、より高感度に微細な異物を捕らえることが重要になっている。
【０００６】
また、異物の分析などの必要性から、より正確な異物サイズを把握することが必要となってきた。
【０００７】
さらに、異物のみを測定するのではなく、被検査物表面上のさまざまな情報を捉える必要がでてきた。
【０００８】
小さい異物から、大きな表面上の凹凸までという広いダイナミックレンジが求められるようになってきたのである。
【０００９】
また、従来は、さまざまな表面情報を得る為に全く異なる目的で検出装置を配置することがあった。しかし、各検出装置は、それぞれの目的以外では使用されず、１つの機能のためにのみ存在するにすぎなかった。
【００１０】
また、それらの検出装置を処理する互いに異なる処理系から得られたデータでは、たとえ広いダイナミックレンジを達成できたとしても、飽和データを含むこともある高感度側からの異物情報に基づいて作成されることはなかった。そのため、互いに異なる検出系が単に別々に結果をだしているにすぎなかった。つま り、飽和データを含むこともある高感度側からのデータを受け継いだ、広く連続したダイナミックレンジは提供されていなかった。
【００１１】
本発明は、広いダイナミックレンジで被検査物表面上の種々の異物を検出することができるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な解決手段は、請求項１〜７に記載の表面検査装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、広いダイナミックレンジとくに広く連続したダイナミックレンジで被検査物表面上の種々の異物を検出する表面検査装置を提供する。
【００１４】
従来、倍率や感度が互いに異なる複数の検出系で検出されて処理された各種のデータは、そのデータの関連付けがされないため、ダイナミックレンジの拡大には利用されていなかった。
【００１５】
しかし、データの座標を正確に計測することにより、異物の情報には精度のよい座標データが付加できる。このように座標データを利用することで、互いに異なる複数の異物検出系での検出によっても、異物の連続性を判断し、広いダイナミックレンジを提供する。異なる処理系で処理された座標データを関連付けて、ダイナミックレンジの拡大に利用するのである。
【００１６】
本発明の好ましい典型例においては、被検査物の表面に照射する第１光束と第２光束を発する光源部と、第１光束を第１照射角度により被検査物の表面に照射する第１照射光学系と、第２光束を第１照射角度とは異なる第２照射角度により被検査物の表面に照射する第２照射光学系と、被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、第１照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と第２照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、第１受光信号及び第２受光信号に基づき測定信号を形成する信号形成部とを設ける。第１受光部と第２受光部は、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を形成するものである。また、信号形成部は、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。
【００１７】
このように構成することにより、目的の異なる複数の処理系もしくは感度の異なる複数の処理系を用いて、表面検査装置のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１８】
好ましくは、光源部が発生する第１光束の第１の特徴と、光源部が発生する第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。
【００１９】
好ましくは、第１照射光学系の第１照射角度は、第２照射光学系の第２照射角度よりも小さく設定する。
【００２０】
さらに、受光光学系は、照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１散乱方向の第１散乱光を受光する第１受光光学系と、照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２散乱方向の第２散乱光を受光する第２受光光学系とから構成する。第１受光部により第１受光光学系で受光した第１散乱光は第１受光信号に変換し、第２受光部により第２受光光学系で受光した第２散乱光は第２受光信号に変換する。そして、信号形成部によりダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。この場合、光源部は各種のものが採用できる。たとえば、１つの光束を発する光源部でもよい。
【００２１】
好ましくは、第１散乱方向は、第２散乱方向よりも光束の照射方向に対して大きな角度をなすようにする。
【００２２】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号に含まれる異物信号と、第２受光信号に含まれる異物信号とを抽出し、各受光信号中の所定範囲に含まれる異物信号は、同一の異物によるものと判別し、所定条件を満足する側の受光信号を優先的に利用して測定信号を形成する。
【００２３】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号又は第２受光信号において、所定レベルを横切った際の座標と、所定レベルを越えた範囲でのピークレベルとによ り、異物データを形成する。
【００２４】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号と第２受光信号のうち、感度の高い側の受光信号で異物信号を検出した際のピークレベルが飽和している場合に、感度の低い側の受光信号に基づき異物データを形成する。
【００２５】
【実施例】
図１は、本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図である。
【００２６】
表面検査装置１は、少なくとも波長λ１の光束１１を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの波長λ１の光束１１を照射角度θ１によっ て、被検査物である半導体ウエハ２に照射する照射光学系２０と、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向から受光する第１受光光学系４０と、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向とは異なる第２散乱方向から受光する第２受光光学系５０と、被検査物たる半導体ウエハ２を照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図示例の第１受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００２７】
光源部１０から射出された波長λ１の光束１１は、第１ミラー２１によって向きが変えられ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して照射角度θ１で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００２８】
照射点Ｐに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。照射角度θ１は、被検査物２の法線方向を基準に設定する。図１の実施例において、照射角度θ１は、所定角度が選択される。
【００２９】
次は、第１受光光学系４０（側方散乱光）と第２受光光学系５０（前方散乱）を説明する。
【００３０】
前述の散乱光を受光するために第１受光光学系４０と第２受光光学系５０が設けられている。第１受光光学系４０は、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向から受光する。第２受光光学系５０は、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向とは異なる第２散乱方向から受光する。
【００３１】
第１散乱方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０°）及び第２散乱方向の第２受光水平角θＨ２（たとえば５０°）は、照射光学系２０による照射光束１１が被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準にして測る。図１の実施例においては、第１受光水平角θＨ１＞第２受光水平角θＨ２の関係にある。
【００３２】
第１及び第２受光方向の受光仰角は例えば３０°に設定される。
【００３３】
図２に示すように、第１受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向（図２の上下方向）に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、波長λ１の光束にダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、第１受光光学系４０で受光した波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。
【００３４】
第２受光光学系５０も、図２に示すものと同様の光学系により、矢印方向（図２の上下方向）に移動可能に配置されているＮＤフィルタを経たあと、第１波長λ１の光束にダイクロイックミラー４５で分離する。第２受光部４２が、第２受光光学系５０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第２受光信号に変換する。
【００３５】
前述の第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００３６】
また、変位部６０を説明すると、変位部６０は、被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と、被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の一回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、被検査物２を第１照射光学系２０の照射光により被検査物２をくまなく螺旋走査する。
【００３７】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではなく、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしてもよい。
【００３８】
図１の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２０の照射光束１１の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００３９】
図３は、本発明による表面検査装置のブロック図である。
【００４０】
後述する中央演算処理システム１７０から信号処理部の働きを行う制御演算部１２０に測定信号が送られ、所定の信号処理がなされる。制御演算部１２０は、所定の信号処理を行い、検査結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【００４１】
また、制御演算部１２０は、判別部１６０を制御する。判別部１６０は、被検査物上の検査対象の種類の判別を行う。
【００４２】
さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００４３】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓ににＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００４４】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧の調整により感度を切り換えることもできる。
【００４５】
図４は、中央演算処理システムによる測定信号形成のシステムのブロック図である。
【００４６】
第１受光光学系４０で受光された第１散乱光は、第１受光部４１により第１受光信号に変換される。第１受光信号は、感度Ａ側の処理システム（処理系）により、後述する所定の信号処理が施される。ここで、感度Ａは高感度系である。信号処理を施された第１受光信号は、感度Ａ側の処理システム内のメモリ部に記憶される。
【００４７】
第２受光光学系５０で受光された第２散乱光は、第２受光部４２により第２受光信号に変換される。第２受光信号は、感度Ｂ側の処理システム（処理系）により、後述する所定の信号処理を施される。ここで、感度Ｂは低感度系である。信号処理が施された第２受光信号は、感度Ｂ側の処理システム内のメモリ部に記憶される。
【００４８】
なお、感度Ａ側の処理システムと感度Ｂ側の処理システムは互いに独立している。
【００４９】
また、第１受光部４１と第２受光部４２は、調整（ゲインを変える等）をし て、異なる感度にする。第１受光部４１と第２受光部４２は、異なる種類のデバイスを用いてもよい。
【００５０】
前述のように感度Ａ側で処理された第１受光信号と、感度Ｂ側で処理された第２受光信号に基づいて、中央演算処理システム１７０の信号形成部１８０で測定信号が形成される。
【００５１】
図５は、図４に示す処理システムの一例を示すブロック図である。
【００５２】
第１受光信号又は第２受光信号は、受光部から、処理システム内のＡＭＰ回路を介して、Ａ／Ｄ変換回路に送られる。受光信号は、Ａ／Ｄ変換回路により、アナログ信号からディジタル信号に変換され、ピーク検出回路部及び座標検出部に送られる。ピーク検出回路部及び座標検出部では、エンコーダ信号で、異物データが抽出される。異物データは、データ処理回路部で所定のデータ処理が施される。そして、異物データは、メモリ部に記憶される。異物データは、スタート座標、ピーク座標、エンド座標及びピークレベル値の４つの要素からなる。
【００５３】
図６は、受光信号における異物データの構造の一例を示した図である。図７ は、そのような異物データの模式図である。
【００５４】
検出光を所定方向に走査させていくとき、異物の散乱信号がスレッショルド信号（図６に水平に実線で示されている）を越えたら、そこをスタート座標（Ｓｔａｒｔ）として記憶し、その後、異物散乱信号がスレッショルド信号を下回ったら、そこをエンド座標（Ｅｎｄ）として記憶し、スタート座標とエンド座標との間で異物散乱信号が最も大きかったところをピークレベル値（Ｐｅａｋ）として記憶する。スタート座標（Ｓｔａｒｔ）、ピークレベル値（Ｐｅａｋ）およびエンド座標（Ｅｎｄ）からなる異物データに基いて被検査物の表面上の異物を特定する。
【００５５】
図６においては、異物は、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが特定されるので、異物の個数は３になる。この場合、区間Ａ、Ｂのデータは異物の個数に無関係になり、異物の個数は３個とカウントされる。異物Ｄａのデータは、スタート座標がＤａ：Ｓｔａｒｔであり、ピークレベル値がＤａ：Ｐｅａｋであり、エンド座標がＤａ：Ｅｎｄである。他の異物のデータも同様である。
【００５６】
図４の中央演算処理システムについて、さらに説明する。
【００５７】
中央演算処理システム１７０は、感度Ａ側のメモリ部（図５）に記憶された第１受光信号から、ピークレベル値が飽和したデータを探し、その座標を求める。中央演算処理システム１７０は、そのピークレベル値が飽和したデータの座標に基づき、感度Ｂ側のメモリ部（図５）に記憶された第２受光信号のデータを検索する。この時、次の処理がなされる。すなわち、ピークレベル値が飽和したデータの座標を中心とした一定範囲が、感度Ｂ側で検索される。感度Ｂ側の一定範囲で異物が検出されている場合、その異物は感度Ａ側で飽和したデータとして検出された異物と同一の異物と判断される。
【００５８】
また、感度Ｂ側では、検出された異物の所定の連続性が判断される。感度Ｂ側で所定の連続性を有する異物は１つの連続した異物とみなされる。その１つの連続した異物は、感度Ａ側で飽和データとして検出された異物と同一の異物と判断される。そして、上述のように感度Ａ側でデータが飽和している場合、その飽和データが位置する座標においては、感度Ｂ側のデータが採用される。感度Ａ側又は感度Ｂ側で得られたデータからは、異物の大きさが求められる。
【００５９】
中央演算処理システム１７０は、さらに、感度Ａ側のメモリ部（図５）に記憶された第１受光信号からピークレベル値が飽和したデータを探し、上述と同様の処理を行う。
【００６０】
上述のように、中央演算処理システム１７０は、互いに独立した処理システムで処理された第１受光信号と第２受光信号に対して、さらに処理を施す。そし て、中央演算処理システム１７０は、信号形成部１８０で測定信号を形成する。信号形成部１８０は、高感度側の受光信号（ここでは、第１受光信号）を優先的に利用して、第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。また、信号形成部１８０は、高感度側の受光信号（第１受光信号）と低感度側の受光信号（第２受光信号）に基づき、異物データを形成する。
【００６１】
たとえば、図８のような受光信号が得られた場合、高感度Ａでは、異物１と異物２が認識される。
【００６２】
異物２は感度Ａ側で飽和しているので、その感度Ａ側で飽和しているデータの座標と同一の座標の感度Ｂ側のデータを探す。そして、座標ｔn+1においては、 感度Ｂ側のデータが採用される。この場合、座標データは時刻ｔで表されてい る。座標位置の基準となる信号は、共通の信号を利用するのが通例であるが、高速クロックの場合は、互いに異なる信号を利用するのが好ましい。
【００６３】
図８の場合、感度Ｂでは異物１と異物２が認識されていても異物２のみが対象となり、異物２の大きさのデータは感度Ｂのデータが採用される。
【００６４】
上述のようにして、中央演算処理システムは、感度Ａ側と感度Ｂ側で得られたデータに基づいて信号形成部で測定信号を形成する。
【００６５】
たとえば、図９のような受光信号が得られた場合、感度Ａでは異物１と異物２が認識される。異物２は感度Ａ側で飽和しているので、その感度Ａ側で飽和しているデータの座標と同一の座標の感度Ｂ側のデータを探す。そして、座標ｔn+1 においては、感度Ｂ側のデータが採用される。この場合、座標データは時刻ｔで表されている。この場合、感度Ａ側と感度Ｂ側で、異物２が時刻ｔn+1で一致し ていなくても、周囲にデータが無い場合は、感度Ｂ側の一定の範囲を検索して、感度Ｂ側の異物２を感度Ａ側の異物として認識する。この一定の範囲は、例え ば、感度Ａ側の異物２のすそのの範囲としたり、測定系の持つ時間誤差や座標誤差を考慮した範囲とする。
【００６６】
上述のようにして、中央演算処理システムは、感度Ａ側と感度Ｂ側で得られたデータに基づいて信号形成部で測定信号を形成する。
【００６７】
上述のようにして形成された測定信号は、制御演算部１２０に送られ、所定の信号処理が行われる。
【００６８】
図１０は、本発明の表面検査装置の変形例を示す図である。
【００６９】
図１０において、表面検査装置１０１は、少なくとも第１波長λ１の光束１１と、これと異なる第２波長λ２の光束１２を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの第１波長λ１の光束１１を第１照射角度θ１によって、被検査物である半導体ウエハ２に照射する第１照射光学系２０と、光源部１０からの第２波長λ２の光束１２を第２照射角度θ２によって、第１照射光学系１０と同様に半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐ上に照射する第２照射光学系３０と、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する第１受光光学系４０と、被検査物たる半導体ウエハ２を上記第１照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図１０の第１受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００７０】
光源部１０を説明する。少なくとも第１波長の光束１１と、これとは異なる第２波長の光束１２を発する光源部１０としては、複数の波長の光束を発する各種のものが利用できる。例えば、マルチラインのレーザのように一つの光源で複数の波長の光束を発するものや、異なる波長の光束を発する複数の光源の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成するものを採用できる。
【００７１】
マルチラインのレーザを採用する際に、不必要な波長の光束が発生する場合 は、第１波長と第２波長を通過させるバンドパスフィルターを通過させることにより、必要な波長の光束のみを取り出すことができる。
【００７２】
異なる波長の光束を発する複数の光源を使用する場合は、複数の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成する。
【００７３】
図１０の例で光源部１０としてアルゴンイオンレーザを用いる場合、４８８ｎｍの波長と５１４．５ｎｍの波長を選択するのが好ましい。光源部１０から射出された光束に関していえば、第１波長λ１の光束１１を通過させ、かつ第２波長λ２の光束１２を反射させるダイクロイックミラー３を使用することによって、第１波長の光束１１と第２波長の光束１２が分離される。第１波長の光束１１ は、第１ミラー２１によって向きが変えられ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して第１照射角度θ１で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。第２波長の光束１２は、ダイクロイックミラー３によって反射され、第２照射レンズ群３１、第３ミラー３２及び第４ミラー３３を介して第２照射角度θ２で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００７４】
照射点Ｐに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。第１照射角度θ１及び第２照射角度θ２は、被検査物２の法線方向を基準にして設定する。図１０の実施例において、第１照射角度θ１は、入射角度として０度から４０度の範囲から所定角度が選択される。第２照射角度θ２は５０度から８５度の範囲から所定角度が選択される。水平方向は、一致していても異なっていても差し支えない。
【００７５】
図１０の実施例においては、第１照射角度θ１＜第２照射角度θ２の関係が成立している。第１波長λ１と第２波長λ２の大きさは、任意に選択可能である。但し、入射角度が大きいほど検出感度が良くなり、また使用波長λが短いほど検出感度が良くなる傾向があるので、第１波長λ１よりも第２波長λ２が短い関係（第１波長λ１＞第２波長λ２）とすれば、第１照射角度θ１による検出感度と第２照射角度θ２による検出感度とが等しくなる方向に設定することができる。
【００７６】
次は、第１受光光学系４０を説明する。
【００７７】
前述の散乱光を受光するために第１受光光学系４０が設けられている。第１受光光学系４０は、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する。
【００７８】
第１受光方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０°）は、第１照射光学系２０又は第２照射光学系３０による照射光束１１、１２が被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準にして測る。第１受光方向の受光仰角は例えば３０°に設定される。
【００７９】
図１１に示すように、第１受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、第１波長λ１の光束と第２波長λ２の光束に第２ダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、第１受光光学系４０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。第２受光部４２は、第１受光光学系４０で受光した第２波長λ２の散乱光を受光 し、第２受光信号に変換する。第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００８０】
また、変位部６０を説明する。変位部６０は、被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と、被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の一回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、第１及び第２照射光学系２０、３０の照射光により被検査物２をくまなく螺旋走査する。
【００８１】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではない。たとえば、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしてもよい。
【００８２】
図１０の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２ ０、３０の照射光束１１、１２の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００８３】
図１２は、図１０に示す表面検査装置のブロック図である。
【００８４】
後述する中央演算処理システム１７０から信号処理部の働きを行う制御演算部１２０に測定信号が送られ、所定の信号処理がなされる。制御演算部１２０は、後述する受光信号の選択と所定の信号処理を行い、検査結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【００８５】
また、制御演算部１２０は、判別部１６０を制御する。判別部１６０は、被検査物上の検査対象の種類の判別を行う。
【００８６】
さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００８７】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓ににＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００８８】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧の調整により感度を切り換えることもできる。
【００８９】
次に、互いに波長が異なる２つの光束を互いに異なる角度で入射した場合の、測定信号の形成について説明する。
【００９０】
図１３は、図１０に示す表面検査装置における投光系のシステムを示す概略ブロック図である。
【００９１】
図１３に示すように、波長λ１の第１光束１１と波長λ２の第２光束１２が、被検査物表面上に照射される。そして、図１４に示すように、波長λ１の第１光束１１と波長λ２の第２光束１２が、被検査物表面上の異物Ｐに照射されると、異物Ｐから散乱光が生じる。その散乱光は受光光学系４０で受光される。受光光学系４０は、波長λ１の第１光束１１の散乱光を通過させる第１波長板７１と、波長λ２の第２光束１２の散乱光を通過させる第２波長板７２を有する。波長λ１の第１光束１１による散乱光は、第１波長板７１を通過し、第２波長板７２を通過しない。波長λ２の第２光束１２による散乱光は、第２波長板７２を通過 し、第１波長板７１を通過しない。
【００９２】
受光光学系４０で受光された第１光束１１の散乱光は、感度Ａ側の受光素子 （第１受光部）４１により第１受光信号に変換される。感度Ａは高感度に設定されている。受光光学系４０で受光された第２光束１２の散乱光は、感度Ｂ側の受光素子（第２受光部）４２により第２受光信号に変換される。感度Ｂは低感度に設定されている。
【００９３】
なお、第１受光部と第２受光部は、互いに倍率が異なる検出系に属する。互いに倍率が異なる検出系は、互いに異なる感度を有する。第１受光部と第２受光部は、異なる種類のデバイスを用いてもよい。
【００９４】
互いに異なる倍率を有する系は、それぞれの感度に合わせて、ＰＳＬ粒子により校正（キャリブレーション）が行われる。この際、互いに異なる系間において同一粒子での校正（キャリブレーション）を最低１つ以上合わせる。
【００９５】
図１５は、図１０に示された表面検査装置の、処理系とメモリ部を示すブロック図である。
【００９６】
図１５において、第１受光信号は、高感度側データ処理部（処理系）により、所定のデータ処理が施される。データ処理を施された第１受光信号は、メモリ部の高感度データメモリ範囲に高感度側散乱データとして記憶される。第１受光信号は、Ｘ座標やＹ座標、散乱強度、Ｚ情報、異物形状、検出サイズその他の情報を有している。また、第２受光信号は、低感度側データ処理部（処理系）によ り、所定のデータ処理が施される。データ処理を施された第２受光信号は、メモリ部の低感度データメモリ範囲に低感度側散乱データとして記憶される。第２受光信号は、Ｘ座標やＹ座標、散乱強度、Ｚ情報、異物形状、検出サイズその他の情報を有している。
【００９７】
なお、高感度側データ処理部と低感度側データ処理部は、図１５に示すよう に、互いに独立している。
【００９８】
上述の、感度Ａ側で処理された第１受光信号と、感度Ｂ側で処理された第２受光信号に基づいて、中央演算処理システムの信号形成部で測定信号が形成され る。
【００９９】
図１６は、中央演算処理システムによる測定信号形成処理のフローチャート図である。
【０１００】
中央演算処理システムは、図１６の処理手順に従って、メモリ部に記憶された高感度側散乱データと低感度側散乱データを処理し、測定信号を形成する。
【０１０１】
以下、順に説明する。まず、中央演算処理システムは、高感度データメモリ範囲から高感度側散乱データ（第１受光信号）を読み込む。次に、ステップＳ２に進み、読み込んだ高感度側散乱データ（第１受光信号）が飽和しているか否かを判断する。高感度散乱データが飽和していれば、つまり、読み込んだ高感度側散乱データが飽和データであるならば、ステップＳ３に進む。ステップＳ２で高感度側散乱データが飽和していなければ、後述するステップＳ７に進み、さらに処理すべき高感度側散乱データが存在するか否かを判断する。ここで、高感度側散乱データが飽和しているとは、高感度側散乱データが高感度の上限スライスを越えていることをいう。
【０１０２】
ステップＳ３では、飽和した高感度側散乱データが位置する座標を基準とした所定の検索範囲で、低感度データメモリ範囲を検索する。飽和した高感度側散乱データが位置する座標を基準とした所定の検索範囲は、あらかじめ検索条件として定めておく。そして、低感度側散乱データを読み込んで、ステップＳ４に進 む。ステップＳ４では、低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータを１つ読み終えたか否かを判断する。低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータを１つ読み終えたら、ステップＳ５に進む。低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータの１つをまだ読み終えていない場合は、ステップＳ３に進み、読み込みを続ける。
【０１０３】
ステップＳ５では、所定の検索範囲で読み込んだ低感度散乱データの座標が、検索範囲を定める基準とした飽和した高感度側散乱データの座標から所定の範囲内にあるときは、それらの低感度側散乱データの座標と高感度側散乱データの座標は一致するとみなし、ステップＳ６に進む。所定の検索範囲で読み込んだ低感度側散乱データの座標が、検索範囲を定める基準とした飽和した高感度側散乱データの座標から所定の範囲内に存在しないときは、ステップＳ３に進む。ステップＳ３でさらに低感度側散乱データを読み込んで、検索条件として定めた所定の検索範囲で低感度側散乱データに含まれる次の異物のデータを読み込む。そし て、前述と同様の手順を繰り返す。
【０１０４】
ステップＳ６では、飽和した高感度側散乱データの座標と一致するとみなされた低感度側散乱データに含まれる異物のデータの散乱強度や検出サイズを、その座標における測定信号の散乱強度や検出サイズとしてデータ登録する。次に、ステップＳ７に進む。
【０１０５】
ステップＳ７では、高感度側散乱データの読み込みが終了したか否かを判断する。読み込みが終了した場合は、ステップＳ８に進み、測定信号の形成を終了する。読み込みが終了していない場合は、ステップＳ１に進み、高感度散乱データの読み込みを続ける。そして、前述と同様の手順を繰り返す。
【０１０６】
本発明は、以上の実施例に限定されるものではない。
【０１０７】
変形例においては、各検出系でデータが検出され、各検出系に対応する処理系でデータが処理されるようにしてもよい。その際の測定は、同じ波長を有する光束を、互いに異なる角度で被検査物表面上に２回照射することにより行ってもよい。この場合、２回の光束の照射において、共通の受光素子を用いて測定を行 う。そして、検出系は、波長の選択機能を有さないようにしてもよい。
【０１０８】
また、別の変形例においては、入射光を、たとえばＮＤフィルタ等により減衰して、各検出系の倍率を互いに異なるようにしてもよい。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明は、次のような効果を奏する。
【０１１０】
同一座標系にみなせるように工夫をする事で、座標データをキーとして、デバイスの感度に応じた真の意味で広い連続したダイナミックレンジを達成できる。
【０１１１】
本発明によれば、小さな異物から大きな異物まで測定でき、広いダイナミックレンジを達成できる。
【０１１２】
感度の異なるようにデバイスを制御することにより広い連続したダイナミックレンジを達成できるので、連続した感度を得られるシステムが構築しやすい。
【０１１３】
また、本発明によれば、座標を高精度に測定することにより、互いに異なる処理系のデータや互いに感度の異なる検出系から得られたデータでも、それらのデータを合成した測定データを用いて簡単にダイナミックレンジを拡大できる。
【０１１４】
これにより、微細化に対応した小さな異物から、大きな異物や被検査物表面の様々なディフェクトに対応が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図。
【図２】本発明による表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図３】本発明による表面検査装置のブロック図。
【図４】本発明による表面検査装置の中央演算処理システムによる測定信号形成のシステムのブロック図。
【図５】図４に示された処理システムのブロック図。
【図６】本発明の表面検査装置による受光信号における検査対象データの構造を示す 図。
【図７】本発明の表面検査装置による検査対象データの一例を示す模式図。
【図８】本発明の表面検査装置による受光信号の一例を示す図。
【図９】本発明の表面検査装置による受光信号の一例を示す図。
【図１０】本発明の表面検査装置の変形例を示す図。
【図１１】図１０に示す表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図１２】図１０に示す表面検査装置のブロック図。
【図１３】図１０に示す表面検査装置の投光系のシステムブロック図。
【図１４】図１０に示す表面検査装置の検出受光システムのブロック図。
【図１５】図１０に示す表面検査装置の処理系とメモリ部を示すブロック図。
【図１６】図１０に示す表面検査装置の中央演算処理システムによる測定信号形成処理を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１、１０１ 表面検査装置
２ 被検査物
３ ダイクロイックミラー
１０ 光源部
２０ 第１照射光学系
３０ 第２照射光学系
４０ 第１受光光学系
４５ 第２ダイクロイックミラー
５０ 第２受光光学系
６０ 変位部
６１ 回転変位部
６２ 直線変位部
４１ 第１受光部
４２ 第２受光部
１２０ 制御演算部
１３０ 表示部
１４０ 記憶部
１５０ 感度切換部
１６０ 判別部
１７０ 中央演算処理システム
１８０ 信号形成部
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査物表面上の種々の異物を検出する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、検出光を被検査物表面上に入射し、その被検査物表面上の異物からの散乱光を検出するシステムにおいて、ダイナミックレンジを拡大する方法はいくつか知られている。
【０００３】
しかし、従来の検出システムにおいては、異物からの散乱光を同一処理系で処理することでデータのダイナミックレンジを確保していた。処理系の異なるデータ間では、その検出目的の違いから連続的なダイナミックレンジの拡大には利用されることがなかった。
【０００４】
また、ソフトウェア処理によりダイナミックレンジを拡大する方法も知られているが、実際の散乱光を捕らえた場合と比べ、異物のサイズの検出精度が悪い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、工程の複雑化や微細化が進む中、より小さな異物と大きな異物を同時に測定できることが望まれている。測定するべき被検査物表面上の異物サイズは著しく小さいものまで含まれるようになっており、より高感度に微細な異物を捕らえることが重要になっている。
【０００６】
また、異物の分析などの必要性から、より正確な異物サイズを把握することが必要となってきた。
【０００７】
さらに、異物のみを測定するのではなく、被検査物表面上のさまざまな情報を捉える必要がでてきた。
【０００８】
小さい異物から、大きな表面上の凹凸までという広いダイナミックレンジが求められるようになってきたのである。
【０００９】
また、従来は、さまざまな表面情報を得る為に全く異なる目的で検出装置を配置することがあった。しかし、各検出装置は、それぞれの目的以外では使用されず、１つの機能のためにのみ存在するにすぎなかった。
【００１０】
また、それらの検出装置を処理する互いに異なる処理系から得られたデータでは、たとえ広いダイナミックレンジを達成できたとしても、飽和データを含むこともある高感度側からの異物情報に基づいて作成されることはなかった。そのため、互いに異なる検出系が単に別々に結果をだしているにすぎなかった。つま り、飽和データを含むこともある高感度側からのデータを受け継いだ、広く連続したダイナミックレンジは提供されていなかった。
【００１１】
本発明は、広いダイナミックレンジで被検査物表面上の種々の異物を検出することができるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の好適な解決手段は、請求項１〜７に記載の表面検査装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、広いダイナミックレンジとくに広く連続したダイナミックレンジで被検査物表面上の種々の異物を検出する表面検査装置を提供する。
【００１４】
従来、倍率や感度が互いに異なる複数の検出系で検出されて処理された各種のデータは、そのデータの関連付けがされないため、ダイナミックレンジの拡大には利用されていなかった。
【００１５】
しかし、データの座標を正確に計測することにより、異物の情報には精度のよい座標データが付加できる。このように座標データを利用することで、互いに異なる複数の異物検出系での検出によっても、異物の連続性を判断し、広いダイナミックレンジを提供する。異なる処理系で処理された座標データを関連付けて、ダイナミックレンジの拡大に利用するのである。
【００１６】
本発明の好ましい典型例においては、被検査物の表面に照射する第１光束と第２光束を発する光源部と、第１光束を第１照射角度により被検査物の表面に照射する第１照射光学系と、第２光束を第１照射角度とは異なる第２照射角度により被検査物の表面に照射する第２照射光学系と、被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、第１照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１光束の散乱光と第２照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２光束の散乱光を受光する受光光学系と、受光光学系で受光した第１光束の散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、受光光学系で受光した第２光束の散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、第１受光信号及び第２受光信号に基づき測定信号を形成する信号形成部とを設ける。第１受光部と第２受光部は、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を形成するものである。また、信号形成部は、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。
【００１７】
このように構成することにより、目的の異なる複数の処理系もしくは感度の異なる複数の処理系を用いて、表面検査装置のダイナミックレンジを拡大することができる。
【００１８】
好ましくは、光源部が発生する第１光束の第１の特徴と、光源部が発生する第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分とする。
【００１９】
好ましくは、第１照射光学系の第１照射角度は、第２照射光学系の第２照射角度よりも小さく設定する。
【００２０】
さらに、受光光学系は、照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１散乱方向の第１散乱光を受光する第１受光光学系と、照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２散乱方向の第２散乱光を受光する第２受光光学系とから構成する。第１受光部により第１受光光学系で受光した第１散乱光は第１受光信号に変換し、第２受光部により第２受光光学系で受光した第２散乱光は第２受光信号に変換する。そして、信号形成部によりダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。この場合、光源部は各種のものが採用できる。たとえば、１つの光束を発する光源部でもよい。
【００２１】
好ましくは、第１散乱方向は、第２散乱方向よりも光束の照射方向に対して大きな角度をなすようにする。
【００２２】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号に含まれる異物信号と、第２受光信号に含まれる異物信号とを抽出し、各受光信号中の所定範囲に含まれる異物信号は、同一の異物によるものと判別し、所定条件を満足する側の受光信号を優先的に利用して測定信号を形成する。
【００２３】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号又は第２受光信号において、所定レベルを横切った際の座標と、所定レベルを越えた範囲でのピークレベルとによ り、異物データを形成する。
【００２４】
好ましくは、信号形成部は、第１受光信号と第２受光信号のうち、感度の高い側の受光信号で異物信号を検出した際のピークレベルが飽和している場合に、感度の低い側の受光信号に基づき異物データを形成する。
【００２５】
【実施例】
図１は、本発明の好適な１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図である。
【００２６】
表面検査装置１は、少なくとも波長λ１の光束１１を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの波長λ１の光束１１を照射角度θ１によっ て、被検査物である半導体ウエハ２に照射する照射光学系２０と、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向から受光する第１受光光学系４０と、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向とは異なる第２散乱方向から受光する第２受光光学系５０と、被検査物たる半導体ウエハ２を照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図示例の第１受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００２７】
光源部１０から射出された波長λ１の光束１１は、第１ミラー２１によって向きが変えられ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して照射角度θ１で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００２８】
照射点Ｐに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。照射角度θ１は、被検査物２の法線方向を基準に設定する。図１の実施例において、照射角度θ１は、所定角度が選択される。
【００２９】
次は、第１受光光学系４０（側方散乱光）と第２受光光学系５０（前方散乱）を説明する。
【００３０】
前述の散乱光を受光するために第１受光光学系４０と第２受光光学系５０が設けられている。第１受光光学系４０は、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向から受光する。第２受光光学系５０は、照射光学系２０によって照射された光束１１による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１散乱方向とは異なる第２散乱方向から受光する。
【００３１】
第１散乱方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０°）及び第２散乱方向の第２受光水平角θＨ２（たとえば５０°）は、照射光学系２０による照射光束１１が被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準にして測る。図１の実施例においては、第１受光水平角θＨ１＞第２受光水平角θＨ２の関係にある。
【００３２】
第１及び第２受光方向の受光仰角は例えば３０°に設定される。
【００３３】
図２に示すように、第１受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向（図２の上下方向）に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、波長λ１の光束にダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、第１受光光学系４０で受光した波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。
【００３４】
第２受光光学系５０も、図２に示すものと同様の光学系により、矢印方向（図２の上下方向）に移動可能に配置されているＮＤフィルタを経たあと、第１波長λ１の光束にダイクロイックミラー４５で分離する。第２受光部４２が、第２受光光学系５０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第２受光信号に変換する。
【００３５】
前述の第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００３６】
また、変位部６０を説明すると、変位部６０は、被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と、被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の一回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、被検査物２を第１照射光学系２０の照射光により被検査物２をくまなく螺旋走査する。
【００３７】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではなく、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしてもよい。
【００３８】
図１の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２０の照射光束１１の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００３９】
図３は、本発明による表面検査装置のブロック図である。
【００４０】
後述する中央演算処理システム１７０から信号処理部の働きを行う制御演算部１２０に測定信号が送られ、所定の信号処理がなされる。制御演算部１２０は、所定の信号処理を行い、検査結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【００４１】
また、制御演算部１２０は、判別部１６０を制御する。判別部１６０は、被検査物上の検査対象の種類の判別を行う。
【００４２】
さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００４３】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓ににＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００４４】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧の調整により感度を切り換えることもできる。
【００４５】
図４は、中央演算処理システムによる測定信号形成のシステムのブロック図である。
【００４６】
第１受光光学系４０で受光された第１散乱光は、第１受光部４１により第１受光信号に変換される。第１受光信号は、感度Ａ側の処理システム（処理系）により、後述する所定の信号処理が施される。ここで、感度Ａは高感度系である。信号処理を施された第１受光信号は、感度Ａ側の処理システム内のメモリ部に記憶される。
【００４７】
第２受光光学系５０で受光された第２散乱光は、第２受光部４２により第２受光信号に変換される。第２受光信号は、感度Ｂ側の処理システム（処理系）により、後述する所定の信号処理を施される。ここで、感度Ｂは低感度系である。信号処理が施された第２受光信号は、感度Ｂ側の処理システム内のメモリ部に記憶される。
【００４８】
なお、感度Ａ側の処理システムと感度Ｂ側の処理システムは互いに独立している。
【００４９】
また、第１受光部４１と第２受光部４２は、調整（ゲインを変える等）をし て、異なる感度にする。第１受光部４１と第２受光部４２は、異なる種類のデバイスを用いてもよい。
【００５０】
前述のように感度Ａ側で処理された第１受光信号と、感度Ｂ側で処理された第２受光信号に基づいて、中央演算処理システム１７０の信号形成部１８０で測定信号が形成される。
【００５１】
図５は、図４に示す処理システムの一例を示すブロック図である。
【００５２】
第１受光信号又は第２受光信号は、受光部から、処理システム内のＡＭＰ回路を介して、Ａ／Ｄ変換回路に送られる。受光信号は、Ａ／Ｄ変換回路により、アナログ信号からディジタル信号に変換され、ピーク検出回路部及び座標検出部に送られる。ピーク検出回路部及び座標検出部では、エンコーダ信号で、異物データが抽出される。異物データは、データ処理回路部で所定のデータ処理が施される。そして、異物データは、メモリ部に記憶される。異物データは、スタート座標、ピーク座標、エンド座標及びピークレベル値の４つの要素からなる。
【００５３】
図６は、受光信号における異物データの構造の一例を示した図である。図７ は、そのような異物データの模式図である。
【００５４】
検出光を所定方向に走査させていくとき、異物の散乱信号がスレッショルド信号（図６に水平に実線で示されている）を越えたら、そこをスタート座標（Ｓｔａｒｔ）として記憶し、その後、異物散乱信号がスレッショルド信号を下回ったら、そこをエンド座標（Ｅｎｄ）として記憶し、スタート座標とエンド座標との間で異物散乱信号が最も大きかったところをピークレベル値（Ｐｅａｋ）として記憶する。スタート座標（Ｓｔａｒｔ）、ピークレベル値（Ｐｅａｋ）およびエンド座標（Ｅｎｄ）からなる異物データに基いて被検査物の表面上の異物を特定する。
【００５５】
図６においては、異物は、Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃが特定されるので、異物の個数は３になる。この場合、区間Ａ、Ｂのデータは異物の個数に無関係になり、異物の個数は３個とカウントされる。異物Ｄａのデータは、スタート座標がＤａ：Ｓｔａｒｔであり、ピークレベル値がＤａ：Ｐｅａｋであり、エンド座標がＤａ：Ｅｎｄである。他の異物のデータも同様である。
【００５６】
図４の中央演算処理システムについて、さらに説明する。
【００５７】
中央演算処理システム１７０は、感度Ａ側のメモリ部（図５）に記憶された第１受光信号から、ピークレベル値が飽和したデータを探し、その座標を求める。中央演算処理システム１７０は、そのピークレベル値が飽和したデータの座標に基づき、感度Ｂ側のメモリ部（図５）に記憶された第２受光信号のデータを検索する。この時、次の処理がなされる。すなわち、ピークレベル値が飽和したデータの座標を中心とした一定範囲が、感度Ｂ側で検索される。感度Ｂ側の一定範囲で異物が検出されている場合、その異物は感度Ａ側で飽和したデータとして検出された異物と同一の異物と判断される。
【００５８】
また、感度Ｂ側では、検出された異物の所定の連続性が判断される。感度Ｂ側で所定の連続性を有する異物は１つの連続した異物とみなされる。その１つの連続した異物は、感度Ａ側で飽和データとして検出された異物と同一の異物と判断される。そして、上述のように感度Ａ側でデータが飽和している場合、その飽和データが位置する座標においては、感度Ｂ側のデータが採用される。感度Ａ側又は感度Ｂ側で得られたデータからは、異物の大きさが求められる。
【００５９】
中央演算処理システム１７０は、さらに、感度Ａ側のメモリ部（図５）に記憶された第１受光信号からピークレベル値が飽和したデータを探し、上述と同様の処理を行う。
【００６０】
上述のように、中央演算処理システム１７０は、互いに独立した処理システムで処理された第１受光信号と第２受光信号に対して、さらに処理を施す。そし て、中央演算処理システム１７０は、信号形成部１８０で測定信号を形成する。信号形成部１８０は、高感度側の受光信号（ここでは、第１受光信号）を優先的に利用して、第１受光信号と第２受光信号を合成して、測定信号を形成する。また、信号形成部１８０は、高感度側の受光信号（第１受光信号）と低感度側の受光信号（第２受光信号）に基づき、異物データを形成する。
【００６１】
たとえば、図８のような受光信号が得られた場合、高感度Ａでは、異物１と異物２が認識される。
【００６２】
異物２は感度Ａ側で飽和しているので、その感度Ａ側で飽和しているデータの座標と同一の座標の感度Ｂ側のデータを探す。そして、座標ｔn+1においては、 感度Ｂ側のデータが採用される。この場合、座標データは時刻ｔで表されてい る。座標位置の基準となる信号は、共通の信号を利用するのが通例であるが、高速クロックの場合は、互いに異なる信号を利用するのが好ましい。
【００６３】
図８の場合、感度Ｂでは異物１と異物２が認識されていても異物２のみが対象となり、異物２の大きさのデータは感度Ｂのデータが採用される。
【００６４】
上述のようにして、中央演算処理システムは、感度Ａ側と感度Ｂ側で得られたデータに基づいて信号形成部で測定信号を形成する。
【００６５】
たとえば、図９のような受光信号が得られた場合、感度Ａでは異物１と異物２が認識される。異物２は感度Ａ側で飽和しているので、その感度Ａ側で飽和しているデータの座標と同一の座標の感度Ｂ側のデータを探す。そして、座標ｔn+1 においては、感度Ｂ側のデータが採用される。この場合、座標データは時刻ｔで表されている。この場合、感度Ａ側と感度Ｂ側で、異物２が時刻ｔn+1で一致し ていなくても、周囲にデータが無い場合は、感度Ｂ側の一定の範囲を検索して、感度Ｂ側の異物２を感度Ａ側の異物として認識する。この一定の範囲は、例え ば、感度Ａ側の異物２のすそのの範囲としたり、測定系の持つ時間誤差や座標誤差を考慮した範囲とする。
【００６６】
上述のようにして、中央演算処理システムは、感度Ａ側と感度Ｂ側で得られたデータに基づいて信号形成部で測定信号を形成する。
【００６７】
上述のようにして形成された測定信号は、制御演算部１２０に送られ、所定の信号処理が行われる。
【００６８】
図１０は、本発明の表面検査装置の変形例を示す図である。
【００６９】
図１０において、表面検査装置１０１は、少なくとも第１波長λ１の光束１１と、これと異なる第２波長λ２の光束１２を発するレーザチューブ等の光源部１０と、光源部１０からの第１波長λ１の光束１１を第１照射角度θ１によって、被検査物である半導体ウエハ２に照射する第１照射光学系２０と、光源部１０からの第２波長λ２の光束１２を第２照射角度θ２によって、第１照射光学系１０と同様に半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐ上に照射する第２照射光学系３０と、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する第１受光光学系４０と、被検査物たる半導体ウエハ２を上記第１照射光学系２０の照射光束１１に対して相対的に直線及び回転移動可能とする変位部６０とを有する。図１０の第１受光光学系４０の仰角は、３０°である。
【００７０】
光源部１０を説明する。少なくとも第１波長の光束１１と、これとは異なる第２波長の光束１２を発する光源部１０としては、複数の波長の光束を発する各種のものが利用できる。例えば、マルチラインのレーザのように一つの光源で複数の波長の光束を発するものや、異なる波長の光束を発する複数の光源の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成するものを採用できる。
【００７１】
マルチラインのレーザを採用する際に、不必要な波長の光束が発生する場合 は、第１波長と第２波長を通過させるバンドパスフィルターを通過させることにより、必要な波長の光束のみを取り出すことができる。
【００７２】
異なる波長の光束を発する複数の光源を使用する場合は、複数の光束をハーフミラーなどで合成して一つのビームを形成する。
【００７３】
図１０の例で光源部１０としてアルゴンイオンレーザを用いる場合、４８８ｎｍの波長と５１４．５ｎｍの波長を選択するのが好ましい。光源部１０から射出された光束に関していえば、第１波長λ１の光束１１を通過させ、かつ第２波長λ２の光束１２を反射させるダイクロイックミラー３を使用することによって、第１波長の光束１１と第２波長の光束１２が分離される。第１波長の光束１１ は、第１ミラー２１によって向きが変えられ、第１照射レンズ群２２、第２ミラー２３を介して第１照射角度θ１で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。第２波長の光束１２は、ダイクロイックミラー３によって反射され、第２照射レンズ群３１、第３ミラー３２及び第４ミラー３３を介して第２照射角度θ２で被検査物２の表面の照射点Ｐに照射される。
【００７４】
照射点Ｐに検査対象すなわち異物等が存在した場合、これに照射光束が照射されると、所定の指向性に従って散乱光が生じる。第１照射角度θ１及び第２照射角度θ２は、被検査物２の法線方向を基準にして設定する。図１０の実施例において、第１照射角度θ１は、入射角度として０度から４０度の範囲から所定角度が選択される。第２照射角度θ２は５０度から８５度の範囲から所定角度が選択される。水平方向は、一致していても異なっていても差し支えない。
【００７５】
図１０の実施例においては、第１照射角度θ１＜第２照射角度θ２の関係が成立している。第１波長λ１と第２波長λ２の大きさは、任意に選択可能である。但し、入射角度が大きいほど検出感度が良くなり、また使用波長λが短いほど検出感度が良くなる傾向があるので、第１波長λ１よりも第２波長λ２が短い関係（第１波長λ１＞第２波長λ２）とすれば、第１照射角度θ１による検出感度と第２照射角度θ２による検出感度とが等しくなる方向に設定することができる。
【００７６】
次は、第１受光光学系４０を説明する。
【００７７】
前述の散乱光を受光するために第１受光光学系４０が設けられている。第１受光光学系４０は、第１照射光学系２０と第２照射光学系３０によって照射された光束１１、１２による半導体ウエハ２の表面の検査点Ｐからの散乱光を第１受光方向から受光する。
【００７８】
第１受光方向の第１受光水平角θＨ１（たとえば９０°）は、第１照射光学系２０又は第２照射光学系３０による照射光束１１、１２が被検査物２で鏡面反射されたときの反射方向を基準にして測る。第１受光方向の受光仰角は例えば３０°に設定される。
【００７９】
図１１に示すように、第１受光光学系４０で受光された受光光束は、受光光路に挿入又はこれから離脱するために矢印方向に移動可能に配置されているＮＤフィルタ２００を経たあと、第１波長λ１の光束と第２波長λ２の光束に第２ダイクロイックミラー４５で分離される。そして、第１受光部４１は、第１受光光学系４０で受光した第１波長λ１の散乱光を受光し、第１受光信号に変換する。第２受光部４２は、第１受光光学系４０で受光した第２波長λ２の散乱光を受光 し、第２受光信号に変換する。第１受光部４１及び第２受光部４２は、フォトマルチプライヤーなどの受光素子が望ましい。
【００８０】
また、変位部６０を説明する。変位部６０は、被検査物２を回転変位させる回転変位部６１と、被検査物２を直線変位させる直線変位部６２とから構成されている。回転変位部６１の一回転の変位に対して、直線変位を光束の幅の所定割合だけ移動させるようにすることで、第１及び第２照射光学系２０、３０の照射光により被検査物２をくまなく螺旋走査する。
【００８１】
本発明は前述のような走査方法に限られるものではない。たとえば、回転変位の代わりに照射光束をポリゴンミラーなどで直線走査を行うようにしてもよい。
【００８２】
図１０の実施例では、回転変位部６１が回転テーブルを回転させる回転モータにより構成され、直線変位部６２がその回転モータを直線的に移動させるスライド移動部で構成されている。スライド移動部は、その移動により照射光学系２ ０、３０の照射光束１１、１２の照射位置が被検査物２の中心を通り、直径方向によぎるように変位させる。
【００８３】
図１２は、図１０に示す表面検査装置のブロック図である。
【００８４】
後述する中央演算処理システム１７０から信号処理部の働きを行う制御演算部１２０に測定信号が送られ、所定の信号処理がなされる。制御演算部１２０は、後述する受光信号の選択と所定の信号処理を行い、検査結果を必要に応じて表示部１３０で表示させたり、記憶部１４０に記憶したり、その記憶内容の読み出しを行う。
【００８５】
また、制御演算部１２０は、判別部１６０を制御する。判別部１６０は、被検査物上の検査対象の種類の判別を行う。
【００８６】
さらに、制御演算部１２０は、回転変位部６１の回転モータや直線変位部６２のスライド移動部を制御したり、第１受光部４１及び第２受光部４２の感度切換部１５０を制御する。
【００８７】
感度切換部１５０は、ＮＤフィルター２００を図２の矢印方向に移動して、第１受光部４１及び第２受光部４２の受光窓ににＮＤフィルター２００を挿入して感度を下げたり、受光窓からＮＤフィルター２００を離脱して感度を上げたりすることにより感度切換を行う。
【００８８】
第１受光部４１及び第２受光部４２をフォトマルチプライヤーで形成したときには、これらに加える電圧の調整により感度を切り換えることもできる。
【００８９】
次に、互いに波長が異なる２つの光束を互いに異なる角度で入射した場合の、測定信号の形成について説明する。
【００９０】
図１３は、図１０に示す表面検査装置における投光系のシステムを示す概略ブロック図である。
【００９１】
図１３に示すように、波長λ１の第１光束１１と波長λ２の第２光束１２が、被検査物表面上に照射される。そして、図１４に示すように、波長λ１の第１光束１１と波長λ２の第２光束１２が、被検査物表面上の異物Ｐに照射されると、異物Ｐから散乱光が生じる。その散乱光は受光光学系４０で受光される。受光光学系４０は、波長λ１の第１光束１１の散乱光を通過させる第１波長板７１と、波長λ２の第２光束１２の散乱光を通過させる第２波長板７２を有する。波長λ１の第１光束１１による散乱光は、第１波長板７１を通過し、第２波長板７２を通過しない。波長λ２の第２光束１２による散乱光は、第２波長板７２を通過 し、第１波長板７１を通過しない。
【００９２】
受光光学系４０で受光された第１光束１１の散乱光は、感度Ａ側の受光素子 （第１受光部）４１により第１受光信号に変換される。感度Ａは高感度に設定されている。受光光学系４０で受光された第２光束１２の散乱光は、感度Ｂ側の受光素子（第２受光部）４２により第２受光信号に変換される。感度Ｂは低感度に設定されている。
【００９３】
なお、第１受光部と第２受光部は、互いに倍率が異なる検出系に属する。互いに倍率が異なる検出系は、互いに異なる感度を有する。第１受光部と第２受光部は、異なる種類のデバイスを用いてもよい。
【００９４】
互いに異なる倍率を有する系は、それぞれの感度に合わせて、ＰＳＬ粒子により校正（キャリブレーション）が行われる。この際、互いに異なる系間において同一粒子での校正（キャリブレーション）を最低１つ以上合わせる。
【００９５】
図１５は、図１０に示された表面検査装置の、処理系とメモリ部を示すブロック図である。
【００９６】
図１５において、第１受光信号は、高感度側データ処理部（処理系）により、所定のデータ処理が施される。データ処理を施された第１受光信号は、メモリ部の高感度データメモリ範囲に高感度側散乱データとして記憶される。第１受光信号は、Ｘ座標やＹ座標、散乱強度、Ｚ情報、異物形状、検出サイズその他の情報を有している。また、第２受光信号は、低感度側データ処理部（処理系）によ り、所定のデータ処理が施される。データ処理を施された第２受光信号は、メモリ部の低感度データメモリ範囲に低感度側散乱データとして記憶される。第２受光信号は、Ｘ座標やＹ座標、散乱強度、Ｚ情報、異物形状、検出サイズその他の情報を有している。
【００９７】
なお、高感度側データ処理部と低感度側データ処理部は、図１５に示すよう に、互いに独立している。
【００９８】
上述の、感度Ａ側で処理された第１受光信号と、感度Ｂ側で処理された第２受光信号に基づいて、中央演算処理システムの信号形成部で測定信号が形成され る。
【００９９】
図１６は、中央演算処理システムによる測定信号形成処理のフローチャート図である。
【０１００】
中央演算処理システムは、図１６の処理手順に従って、メモリ部に記憶された高感度側散乱データと低感度側散乱データを処理し、測定信号を形成する。
【０１０１】
以下、順に説明する。まず、中央演算処理システムは、高感度データメモリ範囲から高感度側散乱データ（第１受光信号）を読み込む。次に、ステップＳ２に進み、読み込んだ高感度側散乱データ（第１受光信号）が飽和しているか否かを判断する。高感度散乱データが飽和していれば、つまり、読み込んだ高感度側散乱データが飽和データであるならば、ステップＳ３に進む。ステップＳ２で高感度側散乱データが飽和していなければ、後述するステップＳ７に進み、さらに処理すべき高感度側散乱データが存在するか否かを判断する。ここで、高感度側散乱データが飽和しているとは、高感度側散乱データが高感度の上限スライスを越えていることをいう。
【０１０２】
ステップＳ３では、飽和した高感度側散乱データが位置する座標を基準とした所定の検索範囲で、低感度データメモリ範囲を検索する。飽和した高感度側散乱データが位置する座標を基準とした所定の検索範囲は、あらかじめ検索条件として定めておく。そして、低感度側散乱データを読み込んで、ステップＳ４に進 む。ステップＳ４では、低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータを１つ読み終えたか否かを判断する。低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータを１つ読み終えたら、ステップＳ５に進む。低感度側散乱データの読み込み途中で、低感度側散乱データに含まれる異物のデータの１つをまだ読み終えていない場合は、ステップＳ３に進み、読み込みを続ける。
【０１０３】
ステップＳ５では、所定の検索範囲で読み込んだ低感度散乱データの座標が、検索範囲を定める基準とした飽和した高感度側散乱データの座標から所定の範囲内にあるときは、それらの低感度側散乱データの座標と高感度側散乱データの座標は一致するとみなし、ステップＳ６に進む。所定の検索範囲で読み込んだ低感度側散乱データの座標が、検索範囲を定める基準とした飽和した高感度側散乱データの座標から所定の範囲内に存在しないときは、ステップＳ３に進む。ステップＳ３でさらに低感度側散乱データを読み込んで、検索条件として定めた所定の検索範囲で低感度側散乱データに含まれる次の異物のデータを読み込む。そし て、前述と同様の手順を繰り返す。
【０１０４】
ステップＳ６では、飽和した高感度側散乱データの座標と一致するとみなされた低感度側散乱データに含まれる異物のデータの散乱強度や検出サイズを、その座標における測定信号の散乱強度や検出サイズとしてデータ登録する。次に、ステップＳ７に進む。
【０１０５】
ステップＳ７では、高感度側散乱データの読み込みが終了したか否かを判断する。読み込みが終了した場合は、ステップＳ８に進み、測定信号の形成を終了する。読み込みが終了していない場合は、ステップＳ１に進み、高感度散乱データの読み込みを続ける。そして、前述と同様の手順を繰り返す。
【０１０６】
本発明は、以上の実施例に限定されるものではない。
【０１０７】
変形例においては、各検出系でデータが検出され、各検出系に対応する処理系でデータが処理されるようにしてもよい。その際の測定は、同じ波長を有する光束を、互いに異なる角度で被検査物表面上に２回照射することにより行ってもよい。この場合、２回の光束の照射において、共通の受光素子を用いて測定を行 う。そして、検出系は、波長の選択機能を有さないようにしてもよい。
【０１０８】
また、別の変形例においては、入射光を、たとえばＮＤフィルタ等により減衰して、各検出系の倍率を互いに異なるようにしてもよい。
【０１０９】
【発明の効果】
この発明は、次のような効果を奏する。
【０１１０】
同一座標系にみなせるように工夫をする事で、座標データをキーとして、デバイスの感度に応じた真の意味で広い連続したダイナミックレンジを達成できる。
【０１１１】
本発明によれば、小さな異物から大きな異物まで測定でき、広いダイナミックレンジを達成できる。
【０１１２】
感度の異なるようにデバイスを制御することにより広い連続したダイナミックレンジを達成できるので、連続した感度を得られるシステムが構築しやすい。
【０１１３】
また、本発明によれば、座標を高精度に測定することにより、互いに異なる処理系のデータや互いに感度の異なる検出系から得られたデータでも、それらのデータを合成した測定データを用いて簡単にダイナミックレンジを拡大できる。
【０１１４】
これにより、微細化に対応した小さな異物から、大きな異物や被検査物表面の様々なディフェクトに対応が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施例による表面検査装置の主要な光学要素の概略配置図。
【図２】本発明による表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図３】本発明による表面検査装置のブロック図。
【図４】本発明による表面検査装置の中央演算処理システムによる測定信号形成のシステムのブロック図。
【図５】図４に示された処理システムのブロック図。
【図６】本発明の表面検査装置による受光信号における検査対象データの構造を示す 図。
【図７】本発明の表面検査装置による検査対象データの一例を示す模式図。
【図８】本発明の表面検査装置による受光信号の一例を示す図。
【図９】本発明の表面検査装置による受光信号の一例を示す図。
【図１０】本発明の表面検査装置の変形例を示す図。
【図１１】図１０に示す表面検査装置の受光光学系の詳細図。
【図１２】図１０に示す表面検査装置のブロック図。
【図１３】図１０に示す表面検査装置の投光系のシステムブロック図。
【図１４】図１０に示す表面検査装置の検出受光システムのブロック図。
【図１５】図１０に示す表面検査装置の処理系とメモリ部を示すブロック図。
【図１６】図１０に示す表面検査装置の中央演算処理システムによる測定信号形成処理を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１、１０１ 表面検査装置
２ 被検査物
３ ダイクロイックミラー
１０ 光源部
２０ 第１照射光学系
３０ 第２照射光学系
４０ 第１受光光学系
４５ 第２ダイクロイックミラー
５０ 第２受光光学系
６０ 変位部
６１ 回転変位部
６２ 直線変位部
４１ 第１受光部
４２ 第２受光部
１２０ 制御演算部
１３０ 表示部
１４０ 記憶部
１５０ 感度切換部
１６０ 判別部
１７０ 中央演算処理システム
１８０ 信号形成部
Claims (7)
- 被検査物の表面に照射するための第1波長の第１光束と第２波長の第２光束を発する光源からなる光源部と、
第１光束を第１照射角度により被検査物の表面に照射する第１照射光学系と、
第２光束を第１照射角度とは異なる第２照射角度により被検査物の表面に照射する第２照射光学系と、
前記第１波長と前記第２波長は第１照射角度と第２照射角度の検出感度が等しくなる方向に設定されていることと、
被検査物と照射光学系の照射光束とを相対的に変位させる変位部と、
照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第１散乱方向の第１散乱光を受光する第１受光光学系と、
照射光学系で照射されて被検査物表面の検査対象から生じる第２散乱方向の第２散乱光を受光する第２受光光学系と、
第１受光光学系で受光した第１散乱光を第１受光信号に変換する第１受光部と、
第２受光光学系で受光した第２散乱光を第２受光信号に変換する第２受光部と、
第１散乱光及び第２散乱光を受光した被測定物の表面の座標を求める座標演算部と、
第１受光信号及び第２受光信号に基づき測定信号を形成する信号形成部とを有し、
第１受光部と第２受光部とは、それぞれ、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を形成するものであり、
座標演算部は、第１受光部及び第２受光部でのフィルターの移動又はフォトマルチプライヤーに加える電圧の調整により、第１受光部及び第２受光部の感度を切り換える感度切換部を制御して、高精度の座標を求め、
信号形成部は、ダイナミックレンジが互いに異なる第１受光信号と第２受光信号を合成して、座標演算部により求めた高精度の座標に基づいて同一座標系にみなせるように測定信号を形成する構成になっていることを特徴とする表面検査装置。 - 第１散乱方向は、第２散乱方向よりも光束の照射方向に対して大きな角度をなすものであることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
- 光源部が発生する第１光束の第１の特徴と、光源部が発生する第２光束の第２の特徴は、光束の波長又は偏光成分であることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
- 第１照射光学系の第１照射角度は、第２照射光学系の第２照射角度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の表面検査装置。
- 信号形成部は、第１受光信号に含まれる異物信号と、第２受光信号に含まれる異物信号とを抽出し、各受光信号中の所定範囲に含まれる異物信号は、同一の異物によるものと判別し、所定条件を満足する方の受光信号を優先的に利用して、測定信号を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の表面検査装置。
- 信号形成部は、第１受光信号又は第２受光信号に基いて、所定レベルを横切った際の座標と、所定レベルを越えた範囲でのピークレベルとにより異物データを形成するように構成されていることを特徴とする請求項５記載の表面検査装置。
- 信号形成部は、第１受光信号と第２受光信号のうち、感度の高い方の受光信号で異物信号を検出した際のピークレベルが飽和している場合に、感度の低い方の受光信号に基づき異物データを形成するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の表面検査装置。
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