JPH0287047A

JPH0287047A - 表面検査装置

Info

Publication number: JPH0287047A
Application number: JP23837988A
Authority: JP
Inventors: Hiroya Katsume; 啓谷勝目
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1988-09-22
Filing date: 1988-09-22
Publication date: 1990-03-27

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」本発明は、物体表面の微少な塵等を、光散乱によって検
出する表面検査装置に係わり、特に、半導体製造におけ
るウェーハ表面の塵、欠陥等を、定量的に検出するため
の検査装置に好適であり、検出精度の高い表面検査装置
に関するものである。

「従来の技術」近年、半導体デバイスの高集積化に伴い１回路パターン
幅はますます微細化され、サブミクロン時代を迎えてい
る。この様な半導体製造プロセスでは、プロセス中に発
生する塵が製品の分留りを低下させる要因となっていた
。そこで、ウェーハ表面上に付着した塵を検出して、プ
ロセスラインの塵管理を行っていた。この鏡面ウェーハ
上に付着している塵等を検出する方法には、ウェーハ上
の塵に光を照射し、その散乱光を検出することにより、
塵の大きさ、数、位置等を定量的に検出する方法が採用
されている。ところが近年、半導体デバイスの高集積化
に伴い、回路パターン幅がますます微細化される傾向に
あり、ビームスポットを絞った強いビームを走査する必
要があった。この光ビームの走査方式には、第６図に示
す様に３種類の走査方法がある７第６図（ａ）に示す走
査方式は回転走査方式であり、ビームスボ・・Ｉトを固
定し、ウェーハ側のみを回転と同時に直線運動させ、渦
巻、１ｋに走査する方式である５この方式は、走査速度
に限界があり、更に、中心部と周辺部の走査速度が大き
く異なってしまう問題点があった。

第６図（ｂ）に示す走査方式は直線走査方式であり、ビ
ームスボ・ソト自体を走査させ、ウェーハ側を直線運動
させる方式である７この方式は、例えば振動ミラー或は
ポリゴンミラーと、ウェーハ移動機構により実現するこ
とができる９第６図（Ｃ）に示す走査方式はハイブリ・
ソド走査方式であり、ビームスボ・７　ト自体を走査さ
せ、ウェーハ側を回転及び直線運動させる方式である９
第６図（ｂ）（ｃ）に示す直線走査方式とハイブリ・・
Ｉド走査方式は、ビームの走査手段を必要とする。ビー
ムスボ・ソトをウェーハ上を短時間にくまなく走査させ
るなめには、高速走査手段が必要であった。この高速走
査手段には、スキャナーやポリゴンミラーが採用されて
いた、特にポリゴンミラーは、スキャナーと比較して走
査周期を２〜３桁分短縮することができるので、表面検
出装置に採用されることが多かった。そして表面検査装
置においては、第５図に示す様に、ウェーハ１００を水
平に載置し１、光ビームを４５度の入射角でウェーハ１
００に照射することが望ましいとされていた。しかした
がらポリゴンミラー２００の回転軸は、通常鉛直方向に
軸止されているので、ポリゴンミラー２００から出力さ
れた光ビームは水平方向になっている。そこで、はぼ４
５度の入射角でウェーハ１００に照射される様にミラー
３００を配置させていた、「発明が解決しようとする課題」しかしたがら、上記従来型の表面検査装置に採用されて
いたミラー３００は、ビームの歪に与える影響が大きく
、極めて高度なミラー面精度及び組立８度が要求されて
いた９そして、ミラー３００は反射面の増加となり、光
量の損失の原因となる問題点があった。更に、このミラ
ー３００の存在は、省スペース化にも弊害となり、特殊
な加工を必要とするのでゴス１〜ア・ツブの原因となる
という問題点があった。そこで、このミラー３００を省
略し、ポリゴンミラー２００のミラー面を、光ビームの
最終的な入射角に合わせるために、ポリゴンミラー２０
０の回転軸を傾かせることが考えられた、しかしたがら
、ポリゴンミラー２００は高速かつ高精度に回転させる
必要があり１回転軸を傾かせた状態で、この粂件を満足
させるモータの軸受には、静圧型気体軸受以外見あたら
なかった、ここで気体軸受とは、気体の粘性を利用し、
隙間内の気体の圧力を高くして物体を浮上させる方式で
ある。この気体軸受には、第７図に示す様に圧力発生の
原理により動圧型と静圧型に分類することができる９第
７図（ａ）に示す動圧型気体軸受け、２つの面が相対的
に移動し、隙間が移動方向にだんだん狭くなる形状であ
る、くさび状隙間４００が採用されており、面の相対的
な移動により、気体がその粘性でひきずられ、くさび状
隙間４００に押し込められて圧力を生じる様に構成され
ている。従って、動圧ラジアル気体軸受の場合には、荷
重がかかると回転軸が偏心し、軸受隙間に、くさび状隙
間４００が形成される。回転軸の回転により、気体がく
さび状隙間４００に押し込められ、圧力が生じ、荷重を
支えることができる。次に、第７図（ｂ）に示す静圧型
気体軸受け、外部から加圧した気体を、絞り５００を通
して隙間内に導入し、その静圧により浮上させるもので
ある。この絞り５００は、隙間が変化した時に隙間内の
圧力を加減し、軸受に剛性を与えるものである。上述し
た様に、回転軸が傾いたポリゴンミラー２００用のモー
タには、動圧型気体軸受を採用することができなかっな
。なぜならば、回転軸が停止している時には、くさび状
隙間４００には圧力が生ぜず１回転初期において、偏心
した回転軸が軸受面に接触して損傷してしまうからであ
る。

これに対して、静圧型気体軸受け、外部から加圧気体を
隙間内に圧送しているので、動圧型気体軸受の様な問題
点がないが、外部に圧力発生装置を必要とし、設備が複
雑となってコストがかがる上、圧力発生装置のポンプ等
から塵や振動等が発生し、表面検査装置の測定精度に影
響を与えるという問題点があった。

「課題を解決するための手段」本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、略水平に配
置され、被検査ウェーハを載置させるための被検査ウェ
ーハ受け部と、該被検査ウェーハに対して細い光束を射
出するための光源部と、この光源部から射出した光束を
、Ｆθレンズを介して前記被検査ウェーハ上に走査させ
るための回転ミラー部と、この回転ミラー部を傾いた回
転軸で回転させ、前記光源部から射出した光束を、Ｆθ
レンズを介して前記被検査ウェーハ上に走査させるため
のセラミ・ツクから構成された動圧型気体軸受を備えた
モータ部と、前記回転ミラー部による走査光束により生
じた前記被検査ウェーハの散乱光を検出するための受光
部とから構成されている。

１作用」以上の様に構成された本発明は、回転ミラー部が光源部
から射出された光束を、Ｆθレンズを介して、被検査ウ
ェーｊ）受け部に載置されたウェーハに対して走査させ
る９そして、セラミ・ツクから構成された動圧型気体軸
受を備えたモータ部が、回転軸の傾いた回転ミラー部を
回転させ、光源部から射出された光束を、Ｆθレンズを
介してウェーハ上に走査さぜることができる９更に、受
光部が、回転ミラー部による走査光束によって生じた散
乱光を受光することができる、「実施例」本発明の実施例を図面に基すいて説明する。第１図は、
本実施例の構成を示すもので、表面検査装置本体１は、
レーザ光発生手段２１と光ファイバ３１と第１の受光素
子４とからなっている、この表面検査装置本体１には、
被検査物であるウェーハ１０が、被検査ウェーハ受け部
上に載置されている。レーザ光発生手段２１は光源に相
当するものであり１本実施例ではアルゴンイオンレーザ
が採用されている９光フアイバ３１は検出光学系３を形
成するもので、ウェーハ１０上の塵による散乱光を受光
素子４に導くためのものである。この光ファイバ３１の
端面を被測定ウェーハ１０の経方向に並べているので、
受光皇子に散乱光を導くことができる。この受光素子４
は光電子増倍管（）オトマル）を採用することができる
が、他の受光素子であってもよい、即ち、レーザ光を受
光できるものであれば足りる７この様に構成された本実
施例は、レーザ発生手段２１により発生したレーザ光を
、ウェーハ１０に照射すると、ウェーハ１０上で正反射
光が生じる９この際、ウェーハ１０上に塵が叶着してい
ると、散乱光が発生する。

この散乱光を光ファイバ３１が、受光素子４に導く様に
なっている。

次に１本実施例の光字系を詳細に説明する９本実施例の
光学系は、照射光学系２と検出光学系３とから構成され
ている７照射光学系２は、レーザ光発生手段（アルゴン
イオンレーザ）２１と、ビームエキスパンダ２２と、第
１のミラー２３１と第２のミラー２３２と、ポリゴンミ
ラー２４と、Ｆθレンズ２５とからなっている９レ一ザ
光発生手段２１は、高輝度の照射を行うための光源であ
り、アルゴンイオンレーザのみならず、Ｈｅ　−Ｎｅレ
ーザやレーザダイオード等を採用することができる。レ
ーザ光発生手段２１で発生したレーザ光は、ビームエキ
スパンダ２２で拡大され、第１、第２のミラー２３１．
２３２を介してポリゴンミラー２４に送られる。ポリゴ
ンミラー２４は。

定の速度で回転しており、Ｆθレンズ２５との組合せに
より、被測定ウェーハｌＯ上で集光されたレーザ光を一
定速度で走査することができる。このポリゴンミラー２
４の回転軸は、被測定ウェーハ１０に対して傾いた状態
に位置決めされている、そして、このポリゴンミラー２
４の回転軸には。

このポリゴンミラー２４を高速回転させるためのモータ
２７が収り付けられている、この様に構成された本実施
例では、約１０ミクロン（μｍ）程度のビームスポット
を走査させることができる。

検出光学系３は、光ファイバ３１とからなっており、入
射された散乱光を受光素子４に導く様になっている。

次に第４図に基いて、本実施例の演算処理システムを説
明する。判別手段８は、受光素子４からの出力信号によ
り、ウェーハ１ｏ上の塵を判別するためのものである。

この判別手段８は、プリアンプ８１と、加算器８２と、
Ａ、／Ｄコンバータ９４と、コンパレータ８３と、バッ
ファメモリ８４と、データ処理回路８５と、メインメモ
リ８６と、ＣＰＵ８７とから構成されている。プリアン
プ８１は、受光索子４（フォトマル）からの出力信号を
電気信号に変換するものであり、その信号は加算器８２
で加算される９コンパレータ８３は、受光素子からの信
号と、ＣＰＵ８７がらの信号のレベル比較を行うための
ものである。バッファメモリ８４は、データを記憶する
ためのものである。

そして、データ処理回路８５は、受光素子４からの信号
により、ウェーハ上の塵を認識するためのものである９
データ処理に先立ち、ＡＤ変換を行う必要がある９本実
施例では、ウェーハｌｏが載置された被検査つェーハ受
け部であるターンテーブルを回転させながらビーム走査
を行い、散乱光を検出し、その信号の大きさをコンパレ
ータ８３により予め設定されたスレ・・／ショルドレベ
ルで比較を行い、Ａ　／’　Ｄ変換し、位置データと共
にＣＰＵ８７に送出する。そしてＣＰＵ８７は、表面検
査装置本体１の演算処理をつかさどるものである、メイ
ンメモリ８６は、多数の測定データを格納する際に必要
な、メモリである。ＤＡコンバータ８８は、コンパレー
タ８３にスレ・ソショルトレベルを設定するためのＣＰ
Ｕ８７の信号をアナログ信号に変換するものである。こ
の判別手段８には、プリンタ８９．ＦＤＤ　（フロ・ソ
ピディスクドライブ）９０、ＣＲＴ９１、キーボード９
２が接続されている。プリンタ８９は、検査結果を印刷
するものであり、発塵を防止するためにユボ紙等を使用
することが望ましい。ＦＤＤ９９は、検査結果を記憶す
るための物であるが、クリーンルームの集中管理を行っ
ている場合には、データを直接ホストコンピュータに送
信することが望ましい。この際、データ通信プロトコル
には、Ｒ３−２３２Ｃ，５ＥＣ８を採用することができ
る、ＣＲＴ９１は、検査結果や測定粂件等のモニタを行
うためのもので、ＣＲ，Ｔのみならず、液晶デイスプレ
ィやフ”ラズマディスプレイを用いることができる９キ
ーボード９２は、測定モード、ウェーハサイズ、エツジ
力・・Ｉト量等を入力するためのものである。

なお、照射光学系２の光源には、アルゴンイオンレーザ
２１が採用されており、このアルゴンイオンレーザ２１
には、レーザ電源２１１が接続されている。また、レー
ザビームスポットを走査させるなめに、ポリゴンミラー
２４を回転させるためのモータ２７を駆動させるモータ
ドライバ２６が設けられている９更に、ウェーハ１０を
載置させるためのターンテーブルを回転させるためのモ
ータ７１が設けられており、モータドライバ７３で駆動
させる様になっている９また、ウェーハ１０を搬送させ
るためにモータ７２を増設してもよい９これらのモータ
ドライバ２６．７３は、シーケンサ７４を介してＣＰＵ
８７によって制御される。

ここで、ポリゴンミラー２４を高速回転させるための駆
動手段を、第２図に基すいて説明する。

ポリゴンミラー２４には、動圧型気体軸受２８が採用さ
れ、モータ２７と連結されている。この動圧型気体軸受
２８は、動圧ラジアル気体軸受２８１と動圧スラスト気
体軸受２８２とからなっている。第３図（ａ）に示す様
に、動圧ラジアル気体軸受２８１は、溝付き軸受（ヘリ
ングボーン）であり、軸が回転すると溝により気体が押
し込められ、圧力が生じる様になっている。第３図（ｂ
）に示す様に、動圧スラスト気体軸受２８２も溝付き軸
受であり、外側吸い込みのスパイラル溝付き軸受けが採
用されている。動圧ラジアル気体軸受と同様に溝に気体
がひきずり込まれて圧力を発生させるものである。なお
、この動圧ラジアル気体軸受２８１と動圧スラスト気体
軸受２８２は、共にセラミックから構成されている９な
ぜならば、動圧型気体軸受２８は回転初期において、圧
力が十分でないなめ、回転軸が偏心し、軸受面と固体接
触して軸受部を損傷してしまう問題があった。

このため動圧型気体軸受２８を、極めて硬度の高いセラ
ミックにより構成することにより、回転初期の固体接触
時においても、傷等が発生することないという効果があ
る。なお、このセラミックは、例えばシリコンカーバイ
ド等が採用される。なお、動圧型気体軸受２８は、溝付
き動圧気体軸受に限らず、平面型、多面型、可とう面型
等の何れの種類の動圧型気体軸受２８を採用することが
できる。

次に１本実施例の使用法について、説明する２まず、被
検査物であるウェーハ１０をターンチーフル上の載置す
る。そして、ＣＲＴ９１を見ながら、測定粂件をキーボ
ード９２から入力する。そして、ア！レコ′ンイオンレ
ーザ２１を繕区動させる。

そして、ＣＰＵ８７がモータドライバ２６を駆動させ、
ポリゴンミラー２４を回転させる。このボＪゴンミラ−
２４とＦθレンズ２５の組合ぜにより、ビームスポット
をウェーハ１０上で走査させることができる。なお、ポ
リゴンミラー２４の回転軸は、被測定ウェーハ１０に対
して傾かせて軸止されており、ポリゴンミラー２４から
発射された光束が、Ｆθレンズ２５を介して４５度の入
射角をもって、ウェーハ上１０を走査する様に構成され
ている。ウェーハ１０面で正反射した光は、外部に逃が
され、ウェーハ１０上の塵によって発生した散乱光は、
光ファイバ３１によって受光手段４に送られる。ＣＰＵ
８７がモータドライバ７３を駆動させ、ウェーハ１０が
載置されたターンテーブルを回転させる。光ファイバ３
１によって集光された散乱光は、受光素子（フォトマル
）４で電気信号に変換される。受光素子４には、塵の大
きさに対応した出力電圧信号が生じ、プリアンプ８１、
加算器８２、コンパレータ８３、Ａ　、−’　Ｄ変換器
９４を介してバッファメモリ８４に記憶される。そして
、データ処理回路が塵を認識し、その大きさに応じて識
別記号を付するようになっている。更に、塵の位置も特
定し、ＣＰＵ８７に送出する９この処理をリアルタイム
に行い、データをメインメモリ８６に記憶させる。そし
て、メインメモリ８６に記憶されたデータは、極座標デ
ータであるので、Ｘ−Ｙ座標に変換し、ＣＲＴ９１又は
プリンタ８９に出力する。なお、これらのデータ処理は
、ウェーハ１０全体に行うが１周辺カット部分を除いた
領域の塵の数を、塵等の大きさに分類して計数すること
もできる。

なお本実施例では、標準粒子による校正方法を採用して
いる。即ち、標準粒子を均一に付着させなウェーハを用
意し、キャリブレーションを行うものである２粒子の散
乱による出力信号は、細いパルス波形となり、粒子の大
きさに対応した高さとなる。これらの波高値を用いてキ
ャリブレーションを行うことができる。

以上の様に構成された本実施例は、ポリゴンミラー２４
の回転軸が、ウェーハ１ｏに対して傾いて軸止されてい
るので、ミラー等を介することなくＦθレンズ２５に光
束を供給することができ。

４５度の入射角で、光束をウェーハ１ｏ上で走査させる
ことができる効果がある９更に、ポリゴンミラー２４の
軸受には、セラミ・ツクからなる動圧型気体軸受が採用
されているので、回転初期においても軸受部が損傷せず
、回転軸が傾いていても高速回転が実現できるという効
果がある。

なお、本発明は、半導体ウェーハ１ｏ上の塵、欠陥の検
査装置だけでなく、他の用途の検査装置に応用できるこ
とは言うまでもない９「効果」以上の様に構成された本発明は、被検査ウェーハ上は部
と、光源部と、前記光源部から射出した光束を、前記被
検査ウェーハ上に走査させるための回転ミラー部と、こ
の回転ミラー部を傾いた回転軸で回転させ、前記光源部
から射出し、た光束を、Ｆθレンズを介して前記被検査
ウェーハ上に走査させるためのセラミックから構成され
た動圧型気体軸受を備えたモータ部と、被検査ウェーハ
上の散乱光を検出するための受光部とから構成されてい
るので、ポリゴンミラーから反射された光束が、ミラー
等で方向変化させることなく、所望の入射角度で被検査
ウェーハ上を走査することができるという効果がある。

この方向変化のためのミラーが不用なので、光重の損失
がなく、ミラー面の位置決め誤差、及び組立誤差等によ
る測定精度の低下を防止することができるという卓越し
た効果がある。そして、光束の方向変化のためのミラー
が不用なので、光字系を簡素化することができ、検比感
度を向上させることができる。更に、セラミ・・Ｉりか
ら構成した動圧型気体軸受を採用しているので、回転初
期においても軸受部が損傷することがなく、傾斜回転軸
を高速回転させることができる効果がある。更に動圧型
気体軸受け、静圧型気体軸受の様な圧力発生手段を必要
としたいので、設備が複雑化したいだけでなく、表面検
査に有害な昨や振動等を発生させないという卓越した効
果がある、

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す図であり、第１図は本実施例
の構成を説明する図であり、第２図はポリゴンミラーの
動圧型気体軸受を説明する図、第３図（ａ）は動圧型ラ
ジアル気体軸受を示す図、第３図（ｂ）は動圧型スラス
ト気体軸受を示す図、第４図は本実施例の判別手段の構
成を示す図、第５図は従来の表面検査装置の構成を示す
図、第６図は光ビームの走査方式を説明する図であり、
第７図は気体軸受の原理を説明する図である、１・・・表面検査装置本体２１・・アルゴンイオンレーザ２４・・ポリゴンミラー２５・・Ｆθレンズ２８・・動圧型気体軸受２８１・動圧型ラジアル気体軸受２８２・動圧型スラスト気体軸受３・・・光ファイバ４・・・受光手段８・・・判別手段１０・・被検査ウェーハ動圧型ラジアル５を体軸骨動圧型スフ又トえ体軸骨（ｂ）第３図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）略水平に配置され、被検査ウェーハを載置させる
ための被検査ウェーハ受け部と、該被検査ウェーハに対
して細い光束を射出するための光源部と、この光源部か
ら射出した光束を、Ｆθレンズを介して前記被検査ウェ
ーハ上に走査させるための回転ミラー部と、この回転ミ
ラー部を傾いた回転軸で回転させ、前記光源部から射出
した光束を、Ｆθレンズを介して前記被検査ウェーハ上
に走査させるためのセラミックから構成された動圧型気
体軸受を備えたモータ部と、前記回転ミラー部による走
査光束により生じた前記被検査ウェーハの散乱光を検出
するための受光部とから構成されたことを特徴とする表
面検査装置。