JPH02307046A - ヘテロダイン法による面板欠陥検出方式および検査装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ヘテロダイン法による面板欠陥検出方式と
その装置に関するものである。

［従来の技術］ 半導体のＩＣはシリコンなどを素材としたウェハ面板よ
り製造される。面板の表面に、突起やキズ、ないしは付
着した汚れや塵埃などの欠陥があるときはＩＣの性能が
劣化するので、面板に配線パターンが設定されないサブ
ストレートの段階で表面検査が行われる。

第４図は表面欠陥検査装置の基本構成を示す。

被検査面板１はターンテーブル１ａに載置されてスピン
ドル１ｂにより回転する。レーザ光源２よりのレーザＬ
が、ミラー２ａを経て投光レンズ３により東京され、面
板の表面に形成されたスポットにより表面が走査される
。図の場合は、回転とともに面板、または光学系を矢印
Ｃで示す半径方向に移動するスパイラル走査であるが、
この他に、レーザをＸ方向に掃引して面板をＹ方向に移
動する直線走査するＸＹ走査方法も行われている。

面板１の表面に欠陥があるときはスポットが散乱し、散
乱光Ｓが受光レンズ４により集光されて受光器５に入力
し、欠陥信号が出力される。以上は基本構成であって、
実用機では散乱光の効率的な集光と迷光の除去、および
欠陥の種別区分などのために受光光学系の改良がなされ
ている。

［解決しようとする課届コ 上記の散乱光受光方式においては、検出性能は散乱光Ｓ
の量または強度に左右されるので、微小な欠陥を検出す
るためには上記した受光光学系の改良のほか、強度の強
いスポットを使用することが有効である。このために出
力の大きいレーザ光源を使用することが考えられるが、
これには自ずから限度がある。また、スポットの強度は
断面積に反比例するので、スポット径を小さくすること
も有効であるが、反面これにより走査所要時間が長くな
るのでやはり限度があり、現状の実用機の欠陥検出性能
は微粒子に換算して０．１μｍ程度以上である。最近に
おいては、ＩＣの高密度化のために配線パターンの線幅
はますます微細となり、これに対応してさらに微小な欠
陥を検出することが要請されており、上記のレーザ光源
の出力を増加せず、またスポット径を現状のままとして
従来以上の検出性能を有する検査方式と装置が望まれて
いる。

さて、空気中の塵埃などの微粒子に対する測定方式とそ
の装置として、「特開昭第６３−８３９４４号。

を導体製造プロセスにおける塵埃測定方法および測定装
置」がある。空気中の微粒子と面板の表面欠陥はある意
味では共通点があり、参考となるので引用してその概要
を説明する。

第５図はその１実施例の基本構成図を示し、レーザ光源
２よりの周波数ν０のレーザＬ（ν０）はビームスプリ
ッタ６ａで２分される。その一方は、検出セル４の検出
領域りにおいてエアフローに直交して微粒子の散乱光Ｓ
（ν０）が散乱される。散乱光は集光レンズ８ａｖスリ
ツト板９のスリット、集光レンズ８ｂを通してビーム合
成器６Ｃに入力する。２分された他方のレーザしは変調
器ＪＯａにおいて、発振器１０ｂのシフト周波数Δνに
よりシフトされて周波数が（ν０＋Δν）のレーザＬ′
となり、ミラー２ｂを経てビーム合成器６ｃに入って散
乱光Ｓと合成される。両者の合成によりシフト周波数Δ
νのヒート信号が生じ、これが受光器５により検出され
る。

いま、散乱光Ｓ（ν０）とレーザＬ’　　（ν０＋Δν
）のそれぞれの電場をＥｓ、ＥＲとし。

Ｅｓ　＝ΔＥｅｘｐ［ｊ（２πνｔ＋φ１　）］・”−
（１）ＥＲ＝Ｅｏ　ｅｘｌ）［ｊ（２πν’　ｔ＋φ２
　）］’・−−−−（２）シ′＝シ０＋Δν　　　　　
　　・・・・・・（３）とするとき、合成されたヒート
信号の強度ＩはＩ＝ｌＥｓ＋ＥＲｌ２＝ｌＥ０　１２＋
ｌΔＥ１２＋２ＥＱΔＥｃｏｓ（２ｆｆΔνｔ＋φ２−
φ１　）・・・・・・（４） で表される。式（４）の第３項により散乱光Ｓの電場Δ
Ｅは、ヒート信号の強度Ｉにおいては２Ｅ。

倍されるが、ＥｏはΔＥより遥かに大きいので、受光器
５の出力電圧は、散乱光を直接検出するより良好な感度
きなる。同時に適当な方法によりヒート信号のみを選択
抽出することにより、迷光など光波長のノイズがカット
されてＳ／Ｎ比が向上する。これらにより、従来困難と
されている０゜０１μｍオーダーの微小な微粒子の検出
を可能とするもので、これがヘテロダイン法である。

この発明は上記のヘテロダイン法を面板欠陥検出に適用
して検出性能を向上した面板欠陥検出方法と検査装置を
提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段コ この発明は、シリコンウェハなどの被検査面板の表面に
対して、レーザを投光して形成されたスポットにより表
面を走査し、表面欠陥による散乱光を検出する欠陥検査
における、ヘテロダイン法による面板欠陥検出方式と検
査装置である。

面板欠陥検出方式は、レーザ光源よりのレーザを２分割
し、一方のレーザでスポットを形成して欠陥散乱光を受
光し、他方のレーザを適当なシフト周波数によりシフト
して干渉レーザを作り、これと受光された散乱光とを合
成してシフト周波数のヒート信号を発生する。このヒー
ト信号を電気フィルタにより選択抽出して欠陥を検出す
るものである。

面板欠陥検査装置は、レーザ光源と、被検査面板に対す
るスポット走査機構を具備し、レーザ光源よりのレーザ
を２分割するビームスプリッタと、一方のレーザを集束
して面板表面にスポットを形成する投光光学系と、スポ
ットの散乱光に対する受光光学系と、２分割された他方
のレーザに対する周波数シフト手段と、該手段により周
波数がシフトされた干渉レーザと受光された散乱光とを
合成してヒート信号を発生するビーム合成器、およびヒ
ート信号を周波数選択する電気フィルタとにより構成さ
れる。

上記の検査装置における周波数シフト手段の第１の実施
態様は、２分割された他方のレーザの周波数をシフトす
る音響光学変調器と、超音波のシフト周波数を発生して
音響光学変調器に供給する変調波発生器とにより構成す
る。また、第２の実施態様は、半導体レーザ素子のレー
ザ光源を使用し、これに対する注入電流を変化してレー
ザ光源の発振周波数を周期的に直線変化させる周波数発
振器と、レーザ光源よりのレーザを２分割し、他方のレ
ーザを一定時間遅延させて干渉レーザを作るオプチカル
ファイバとにより周波数シフト手段を構成するものであ
る。

［作用］ 上記したこの発明の、ヘテロダイン法による面板欠陥検
査方式においては、前記の特許公開にかかる塵埃測定方
法と同様に、欠陥による散乱光Ｓは、周波数がシフトさ
れた干渉レーザと合成されて散乱光より遥かに大きい強
度のヒート信号が発生する。これを前記式（４）に当て
嵌めると、干渉レーザの電場ＥＯは光源よりのレーザの
２分の１であり、これに比較して微小な欠陥による散乱
光Ｓの電場ΔＥは非常に小さいが、ヒート信号において
は２Ｅ、倍に増加されて検出感度が向上する。

さらにヒート信号は電気フィルタによりノイズが除去さ
れてＳ／Ｎ比が良好となり、従来以上の微小な欠陥を検
出することができる。

検査装置においては、レーザ光源よりのレーザはビーム
スプリフタにより２分割されて、一方を投光光学系に入
力してスポットを形成し、スポット走査機構により面板
表面が走査される。他方のレーザは、周波数シフト手段
により周波数がシフトされた干渉レーザとなり、これが
ビーム合成器において、受光された欠陥の散乱光と合成
されてヒート信号が発生する。ヒート信号は電気フィル
タによりノイズがカットされて出力する。

周波数シフト手段の第１の実施態様は、音響光学変調器
に対して変調波発生器より超音波のシフト周波数を供給
して光源よりのレーザの周波数シフトを行う。

次に第２の実施態様における周波数シフト手段を第１図
を参照して説明する。レーザ光源としてｔ導体レーザ素
子を使用し、その注入電流を変化して第１図に示すよう
に発振周波数νＳを時間ｔに対して周期的に直線変化さ
せる。これをビームスプリッタで分割して一方を投光光
学系に供給して散乱光の検出に当てる。他方をオプチカ
ルファイバにより一定時間Δを遅延して周波数νｄの干
渉ビームとする。任意の時間における両者の周波数差Δ
νが上記のシフト周波数に相当してヒート信号が発生す
るものである。

［実施例コ 第２図は、この発明のヘテロダイン法による面板欠陥検
出方式および検査装置の第１の実施例の概略の構成図を
示す。図は回転走査方式に対するもので、被検査面板１
はターンテーブル１ａに載置されてスピンドル１ｂによ
り回転する。レーザ光源２は発振周波数の安定したガス
レーザ、例えばヘリウム・ネオンレーザ管とし、これよ
りのレーザＬ（ν０）は、ビームスプリッタ６ａにより
２分割され、その一方はミラー２ａを経て投光レンズ３
により集束されて面板表面にスポットを形成する。面板
１に欠陥があるとき、その散乱光Ｓ（ν０）は受光レン
ズ４により集光され、ミラー２ｃを経てビーム合成器６
Ｃに入力する。次に、ビームスプリッタ８ａで２分割さ
れた他方のレーザは音響光学変調器１０ａに入力し、変
調波発生器１０ｂより供給される超音波帯域のシフト周
波数Δνにより、周波数がシフトして（ν０＋Δν）と
なる。この場合、Δνを適当な周波数（例えば数ＭＨｚ
）とするために、変調器１０ａと発生器１０ｂを２組使
用して２段変調することも差し支えない。

このレーザはミラー２ｂを経てビーム合成器６Ｃに入力
し、上記の散乱光Ｓ（ν０）と合成されて周波数Δνの
ヒート信号が受光器５より出力される。受光器５の出力
信号には、もとの周波数ν０゜（ν０＋Δν）の成分や
迷光などのノイズが含まれているが、これらは電気フィ
ルタ１１により除去されてヒート信号のみが選択抽出さ
れ、信号処理部１２において欠陥信号が作成される。欠
陥信号はデータ処理部１３により処理され、処理データ
が出力部１４に表示またはプリントされる。

以上における信号処理部１２とデータ処理部１３の処理
方法は従来から行われているもので、ここでは説明を省
略する。

第３図は、この発明のヘテロダイン法による面板欠陥検
出方式および検査装置の第２の実施例の概略の構成図で
ある。この場合はレーザ光源として、半導体レーザ素子
２′を使用する。半導体レーザ素子２′は注入電流によ
り発振周波数を変化させることができるもので、電源１
５ｃよりの注入電流を、鋸歯状波発振器１５ｂの周波数
ｆｓにより制御してレーザＬの周波数νＳを第１図に示
したように周期的に直線変化させる。レーザしくνＳ）
をビームスプリッタ６ａにより２分割し、一方を第２図
と同様に投・受光光学系に充当して散乱光Ｓ（νＳ）を
ビーム合成器６ｃに導く。他方は、結合レンズｔｅｂに
よりオプチカルファイバ１８ａを通して第１図の一定時
間Δｔを遅延させ、さらに結合レンズＩＧｃより出力し
てビーム合成器６ｃに入力する。オプチカルファイバｌ
ｅａはΔｔの遅延時間に相当する長さとする。この遅延
時間により任意の時間ｔにおける周波数は第１図により
、νＳよりΔνだけ小さいνｄとなってビーム合成器６
Ｃより周波数Δνのヒート信号が出力される。以上、第
２図と同様に電気フィルタ１１によるノイズ除去と、信
号処理部１２およびデータ処理部１３における処理がな
されて出力部１４に出力される。

以上の第１、第２の実施例においては、面板の走査方式
を回転方式とし、またレーザの投・受光光学系は基本的
で単純な構成をモデルとしたものであるが、ＸＹ走査方
式に対しても同様に適用でき、また改良された投拳受光
光学系に対しても散乱光受光方式である限り適用できる
ことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明により明らかなように、この発明のヘテロダ
イン法による面板欠陥検出方式と検査装置は、前記の特
許公開された空気中の塵埃測定方法におけるヘテロダイ
ン法を面板欠陥に適用したもので、面板欠陥に対しても
ほぼ同様の検出性能の向上が期待され、従来困難であっ
たＯ１１μｍ以下の微小な面板欠陥の検出、検査に寄与
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のヘテロダイン法による面板欠陥検
出方式および検査装置における、オプチカルファイバに
よる周波数シフト手段の原理の説明図、第２図は、この
発明のヘテロダイン法による面板欠陥検査装置の第１の
実施例の概略の基本構成図、第３図は、第２の実施例の
概略の基本構成図、第４図は、散乱光受光による面板欠
陥検出方式の基本構成図、第５図は特許公開にかかる塵
埃測定方式および装置の概略の構成図である。 １・・・被検査面板、　　　　Ｉａ・・・ターンテーブ
ル、■ｂ・・・スピンドル、　　２…レーザ光源、２′
・・・半導体レーザ素子、２ａ、２ｂ、２ｃ・・・ミラ
ー３・・・投光レンズ、　　　　４・・・受光レンズ、
Ｓ・・・受光器、　　　　　６ａ・・・ビームスプリッ
タ、６ｂ・・・ビーム合成器、　７・・・検出セル、ｇ
ａ、ｇｂ・・・集光レンズ、９・・・スリット板、ＩＯ
ａ・・・音響光学変調器、 １０ｂ・・・変調波発生器、　■・・・電気フィルタ、
Ｉ２・・・信号処理部、　　　１３・・・データ処理部
、ｌト・・出力部、１５ａ・・・注入電流制御回路、＋
５ｂ・・・鋸歯状波発振器、１５ｃ・・・電源、ｌＧａ
・・・オプチカルファイバ、 ｌＧｂ、ＩＧｃ・・・結合レンズ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコンウェハなどの被検査面板の表面に対して
   、レーザを投光して形成されたスポットにより該表面を
   走査し、該表面に存在する欠陥による散乱光を検出する
   欠陥検査において、レーザ光源よりのレーザを２分割し
   、該２分割された一方のレーザによりスポットを形成し
   て該欠陥による散乱光を受光し、該２分割された他方の
   レーザを、適当なシフト周波数によりシフトした干渉レ
   ーザと、上記受光された散乱光とを合成して該シフト周
   波数のヒート信号を発生し、該ヒート信号を電気フィル
   タにより選択抽出して上記欠陥を検出することを特徴と
   する、ヘテロダイン法による面板欠陥検出方式。
2. （２）レーザ光源と、被検査面板に対するスポット走査
   機構を具備し、該レーザ光源よりのレーザを２分割する
   ビームスプリッタ、該２分割された一方のレーザを集束
   して該面板の表面にスポットを形成する投光光学系、該
   スポットの散乱光に対する受光光学系、該２分割された
   他方のレーザに対する周波数シフト手段、該手段により
   周波数シフトされた上記干渉レーザと上記受光された散
   乱光とを合成して上記ヒート信号を発生するビーム合成
   器、および該ヒート信号を周波数選択する電気フィルタ
   とにより構成されたことを特徴とする、ヘテロダイン法
   による面板欠陥検査装置。
3. （３）上記において、上記２分割された他方のレーザの
   周波数をシフトする音響光学変調器、および超音波の上
   記シフト周波数を発生して該音響光学変調器に供給する
   変調波発生器により上記周波数シフト手段を構成した、
   請求項２記載のヘテロダイン法による面板欠陥検査装置
   。
4. （４）上記において、半導体レーザ素子による上記レー
   ザ光源、該レーザ光源に対する注入電流を変化して発振
   周波数を周期的に直線変化させる周波数発振器、および
   該レーザ光源よりのレーザを２分割した他方のレーザを
   一定時間遅延させて上記干渉ビームとするオプチカルフ
   ァイバにより上記周波数シフト手段を構成した、請求項
   ２記載のヘテロダイン法による面板欠陥検査装置。