JPH0915134A - パーティクルの検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】成膜工程が進んでいっても、十分な感度を得る
ことができ、従来検知できなかったパーティクルを検知
可能にするパーティクルの検査方法および検査装置を提
供する。 【構成】ウエハ５にレーザ光を垂直に入射し、その反射
光を受光し、パーティクルの有無および個数の計算を行
なう第１の工程と、ウエハ５上に透明膜を成膜してレー
ザ光を４５度の入射角で入射して反射光より計算する第
２の工程と、ウエハ５に反射膜を成膜してＰ偏光したレ
ーザ光を俯角２０度で入射して反射光より計算する第３
の工程と、ウエハ５に金属膜を成膜してＳ偏光したレー
ザ光を俯角２０度で入射し反射光より計算する第４の工
程とを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、パーティクルの検査
方法および検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＵＬＳＩデバイスの超微細化にと
もない、プロセスのクリーン化の必要性が高まってい
る。中でも、半導体デバイスの歩留り対策および装置管
理の面からも、パーティクルの検査技術は重要な技術で
ある。従来のパーティクルの検査は、単一波長のレーザ
を発振する光源より、ウエハに垂直にレーザを照射し、
そのレーザの散乱光を受光部で受け、受光部の信号を計
算機を用いて処理していた。これにより、パーティクル
を測定し、ウエハ上のパーティクルの検査を行なってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例のパーティクルの検査方法は、単一波長のレーザ光
を垂直に照射することによる測定のみであったため、初
期のベアシリコンウエハから酸化膜形成、ポリシリコン
膜形成、金属膜形成へと成膜工程が進むにつれ、十分な
感度を得ることができず、所望のパーティクルの測定を
行なうことができなかった。

【０００４】この発明は、この従来例の問題点を解決す
るもので、成膜工程が進んでいっても、十分な感度を得
ることができ、従来検知できなかったパーティクルを検
知可能にするパーティクルの検査方法および検査装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１のパーティクル
の検査方法は、半導体基板にレーザ光を第１の入射角で
入射し、半導体基板で反射した光を受光し、その受光信
号を用いてパーティクルの有無および個数の計算を行な
う第１の工程と、半導体基板上に透明膜を成膜し、半導
体基板にレーザ光を第２の入射角で入射し、半導体基板
で反射した光を受光し、その受光信号を用いてパーティ
クルの有無および個数の計算を行なう第２の工程と、記
半導体基板上に反射膜を成膜し、Ｐ偏光したレーザ光を
第３の入射角で半導体基板に入射し、半導体基板で反射
した光を受光し、その受光信号を用いてパーティクルの
有無および個数の計算を行なう第３の工程と、半導体基
板上に金属膜を成膜し、Ｓ偏光したレーザ光を第４の入
射角で半導体基板に入射し、半導体基板で反射した光を
受光し、その受光信号を用いてパーティクルの有無およ
び個数の計算を行なう第４の工程とを含むものである。

【０００６】請求項２のパーティクルの検査装置は、半
導体基板に第１の入射角で入射する第１のレーザ光源
と、前記半導体基板に第２の入射角で入射する第２のレ
ーザ光源と、前記半導体基板に第３の入射角で入射する
Ｓ偏光したレーザ光を発振する第３のレーザ光源と、前
記半導体基板に第４の入射角で入射するＰ偏光したレー
ザ光を発振する第４のレーザ光源と、前記第１のレーザ
光源ないし前記第４のレーザ光源により入射して前記半
導体基板で反射した光をそれぞれ受光する受光手段と、
前記第１のレーザ光源ないし前記第４のレーザ光源によ
る前記受光手段の受光信号を入力してパーティクルの有
無および個数の計算を行なう計算機とを備えたものであ
る。

【０００７】請求項３のパーティクルの検査方法は、半
導体基板にＰ偏光したレーザ光を第１の入射角で入射
し、前記半導体基板で反射した光を受光し、その受光信
号を用いてパーティクルの有無および個数の計算を行な
う第１の工程と、Ｓ偏光したレーザ光を第２の入射角で
前記半導体基板に入射し、前記半導体基板で反射した光
を受光し、その受光信号を用いてパーティクルの有無お
よび個数の計算を行なう第２の工程とを含むものであ
る。

【０００８】請求項４のパーティクルの検査装置は、半
導体基板に第１の入射角で入射するＰ偏光したレーザ光
を発振するレーザ光源と、前記半導体基板に第２の入射
角で入射するＳ偏光したレーザ光を発振するレーザ光源
と、前記半導体基板の前記Ｐ偏光の反射光を受光する受
光部および前記Ｓ偏光の反射光を受光する受光部を有す
る受光手段と、前記受光手段の受光信号を入力してパー
ティクルの有無および個数の計算を行なう計算機とを備
えたものである。

【０００９】

【作用】請求項１のパーティクルの検査方法によれば、
第１の工程および第２の工程によりレーザ光の入射角度
を変えながらウエハに照射し、また第３の工程および第
４の工程によりレーザ光をＰ偏光からＳ偏光へと変える
ため、垂直入射の単一レーザによる不十分な測定感度を
補い、膜表面の影響を抑制してウエハ上のパーティクル
を高感度で測定することができ、従来例では検知できな
かった所望のパーティクルの測定が可能となる。

【００１０】請求項２のパーティクルの検査装置によれ
ば、請求項１のパーティクルの検査方法に適用できるの
で、請求項１と同作用がある。請求項３のパーティクル
の検査方法によれば、レーザ光をＰ偏光からＳ偏光へと
変えるため、垂直入射の単一レーザによる不十分な測定
感度を補い、膜表面の影響を抑制してウエハ上のパーテ
ィクルを高感度で測定することができ、従来例では検知
できなかった所望のパーティクルの測定が可能となる。

【００１１】請求項４のパーティクルの検査装置は、請
求項３のパーティクルの検査方法に適用できるので、請
求項１と同作用がある。

【００１２】

【実施例】この発明の第１の実施例について、図１およ
び図２を参照しながら説明する。パーティクルの検査装
置について説明する。図１は光学系を含む構成を示し、
図２はウエハに垂直に入射する場合の走査系を示すもの
である。図１において、１は波長４８８ｎｍのＰ偏光し
たＡｒレーザ光を発生する第１のレーザ光源である。こ
れから発振されたレーザ光は水平に置かれた半導体基板
のベアシリコンウエハ５上の領域にハーフミラー１２を
介して第１の入射角である垂直に入射するように配置さ
れている。また、このウエハ５上で反射した散乱光を受
光するように、受光手段であるＰ偏光の受光部６が配置
されている。また、これらの受光信号をコンピュータを
実施例とする計算機８に入力し、計算機８でパーティク
ルの有無および個数の計算を行なう。

【００１３】２は波長４８８ｎｍのＰ偏光したＡｒレー
ザ光を発生する第２のレーザ光源である。これから発振
されたレーザ光は水平に置かれた透明膜である酸化膜が
成膜されたウエハ５上の領域に第２の入射角である俯角
４５度の角度をもって入射するように配置されている。
また、このウエハ５上で反射した散乱光を受光するよう
に、受光部６が配置されている。また、これらの受光信
号を計算機８に入力し、前記と同様の計算を行う。

【００１４】３は波長４８８ｎｍのＰ偏光したＡｒレー
ザ光を発生する第３のレーザ光源である。これから発振
されたレーザ光は水平に置かれた反射膜であるポリシリ
コン膜が形成されたウエハ５上の領域に第３の入射角で
ある俯角２０度の角度をもって入射するように配置され
ている。また、このウエハ５上で反射した散乱光を受光
するように、偏光ビームスプリッタ１０が置かれてい
る。この偏光ビームスプリッタ１０によってＰ偏光とＳ
偏光に分離された光が入射するように受光手段を構成す
るＰ偏光の受光部６とＳ偏光の受光部７がそれぞれ配置
されている。さらに、これらのＰ偏光の受光信号とＳ偏
光の受光信号を計算機８に入力し、前記と同様の計算を
行なう。

【００１５】４は波長４８８ｎｍのＳ偏光したＡｒレー
ザ光を発生する第４のレーザ光源である。これから発さ
れたレーザ光は水平に置かれた金属膜であるアルミ膜が
形成されたウエハ５上の領域に第４の入射角である俯角
２０度の角度をもって入射するように配置されている。
また、このウエハ５上で反射した散乱光を入射する受光
部７が配置されている。これらの受光信号を計算機８に
入力し、前記と同様にパーティクルの有無および個数の
計算を行なう。

【００１６】つぎに、このパーティクル検査装置を用い
たパーティクル検査方法について説明する。すなわち、
このパーティクル検査方法は、第１の工程と、第２の工
程と、第３の工程と、第４の工程を含む。第１の工程
は、半導体基板のウエハ５にレーザ光を第１の入射角で
入射し、ウエハ５で反射した光を受光し、その受光信号
を用いてパーティクルの有無および個数の計算を行な
う。図２に示すように、第１のレーザ光源の波長４８８
ｎｍのＡｒレーザ光を、水平に置かれたベアシリコンウ
エハ５上の領域に、ハーフミラー１２を介して垂直に照
射する。ウエハ５を載せたステージ１１はウエハ５のサ
イズとほぼ同等であり、ステージ１１はウエハ５を載せ
たまま、装置内を約２０μｍのステップでまず、＋ｘ方
向に移動する。これによって、装置内のウエハ５を載せ
たステージ１１の移動にともなって、Ａｒレーザ光が２
０μｍのステップ間隔でウエハ５上を走査することがで
きる。レーザ光がウエハ５の一方の端から他端まで走査
し終わったら、次にステージ１１はウエハ５を載せたま
ま、＋ｙ方向に２０μｍ移動し、それから、−ｘ方向に
約２０μｍのステップ間隔で移動する。この動作を繰り
返すことによって、ウエハ５の全面をレーザー光が走査
できるようになっている。

【００１７】このウエハ５上で反射された受光成分は受
光部６で電気信号として変換される。この信号出力が計
算機８に送られ、ここで計算処理によってベアシリコン
ウエハ５上のパーティクル９の有無および個数を検知す
る。これにより、ベアシリコンウエハ上０. １μｍ以上
のパーティクルが検知できる。第２の工程は、半導体基
板のウエハ５上に透明膜を成膜し、ウエハ５にレーザ光
を第２の入射角で入射し、ウエハ５で反射した光を受光
し、その受光信号を用いてパーティクルの有無および個
数の計算を行なうものである。すなわち、ベアシリコン
ウエハ５上に酸化膜を５００ｎｍ程度熱酸化により形成
する。図１において、第２のレーザ光源２の波長４８８
ｎｍのＡｒレーザ光は水平に置かれた酸化膜が形成され
たウエハ５上の領域に４５度の角度をもって照射する。
第１の工程における走査と同様にして、ウエハ５の全面
をレーザ光で走査した後、このウエハ５上で反射された
Ｐ偏光成分は受光部６で電気信号に変換される。この出
力信号が計算機８に送られ、ここで計算処理によってウ
エハ５上のパーティクル９の有無および個数を検知す
る。ベアシリコンウエハ５上に酸化膜が形成されている
場合、膜表面の影響により反射光は散乱するが、４５度
の照射角度を持たせることにより酸化膜表面の影響を抑
えることができ、酸化膜上０. ２μｍ以上のパーティク
ルが検知できる。

【００１８】第３の工程は、半導体基板のウエハ５上に
反射膜を成膜し、Ｐ偏光したレーザ光を第３の入射角で
ウエハ５に入射し、ウエハ５で反射した光を受光し、そ
の受光信号を用いてパーティクルの有無および個数の計
算を行なう。ウエハ５上にポリシリコン膜をＬＰＣＶＤ
法により４００ｎｍ程度形成する。図１において、第３
のレーザ光源３の波長４８８ｎｍのＰ偏光したＡｒレー
ザ光３は水平に置かれたポリシリコン膜が形成されたウ
エハ５上の領域に俯角２０度の角度をもって照射する。
ウエハ５の全面をレーザ光が走査した後、このウエハ５
上で反射されたＳ偏光成分は受光部６で電気信号に変換
される。そして、この出力信号が計算機８に送られる。
そして、ここで計算処理によってウエハ５上のパーティ
クル９の有無および個数を検知する。ベアシリコンウエ
ハ５上にポリシリコン膜が形成されている場合、たとえ
ば、ウエハ５の表面にポリシリコン膜が４００ｎｍ成膜
されている場合には、高角度でレーザ光を照射した際に
ポリシリコン膜の表面で照射光が乱反射し、パーティク
ル測定が正確には行えない。ここで俯角２０度の照射角
度を持たせることにより、膜表面の凹凸による影響を低
く抑えることができ、ポリシリコン膜上０.２５μｍ以
上のパーティクルが検知できる。

【００１９】第４の工程は、半導体基板のウエハ５上に
金属膜を成膜し、Ｓ偏光したレーザ光を第４の入射角で
ウエハ５に入射し、ウエハ５で反射した光を受光し、そ
の受光信号を用いてパーティクルの有無および個数の計
算を行なう。すなわち、ウエハ５上にアルミ膜をスパッ
タ法により７００ｎｍ程度形成する。図１において、第
４のレーザ光源４の波長４８８ｎｍのＳ偏光したＡｒレ
ーザ光４は、水平に置かれてアルミ膜が形成されたウエ
ハ５上の領域に俯角２０度の角度をもって照射する。ウ
エハ５の全面をレーザ光で前記と同様に走査した後、こ
のウエハ５上で反射されたＳ偏光成分は受光部７で電気
信号に変換される。この出力信号が計算機８に送られ、
ここで計算処理によってウエハ５上のパーティクル９の
有無および個数を検知する。ベアシリコンウエハ５上に
アルミ膜が形成されている場合、膜表面の凹凸の影響に
より反射光はかなり散乱するが、俯角２０度の照射角度
を持たせることにより膜表面の影響を最小限に抑えるこ
とができ、アルミ膜上０.３μｍ以上のパーティクルが
検知できる。

【００２０】この実施例のパーティクル検査方法によれ
ば、第１の工程および第２の工程によりレーザ光の入射
角度を変えながらウエハ５に照射し、また第３の工程お
よび第４の工程によりレーザ光をＰ偏光からＳ偏光へと
変えるため、垂直入射の単一レーザによる不十分な測定
感度を補い、膜表面の影響を抑制してウエハ５上のパー
ティクルを高感度で測定することができ、従来例では検
知できなかった所望のパーティクルの測定が可能とな
る。

【００２１】またパーティクルの検査装置によれば、前
記したパーティクルの検査方法に適用できるので、前記
と同様な作用効果がある。この発明の第２の実施例を図
３および図４に示す。すなわち、このパーティクル検査
装置は、第１の実施例において、第１のレーザ光源１は
波長５９４ｎｍのＰ偏光したＨe −Ｎe レーザ光源を用
い、第４のレーザ光源３は波長６３３ｎｍのＳ偏光した
Ｈe −Ｎe レーザ光源を用い、第２のレーザ光源および
第３のレーザ光源は省略している。

【００２２】第１のレーザ光源１から発振されたレーザ
光は水平に置かれたベアシリコンウエハ５に垂直に入射
するように配置されている。他方、第４のレーザ光源４
から発振されたレーザ光は水平に置かれたベアシリコン
ウエハ５に俯角２０度の低角度で入射するように配置さ
れている。また、このウエハ５上で反射した散乱光が入
射するように、偏光ビームスプリッタ１０が置かれてい
る。さらに、この偏光ビームスプリッタ１０によってＰ
偏光とＳ偏光に分離された光が入射するようにＰ偏光の
受光部６とＳ偏光の受光部７がそれぞれ配置されてい
る。また、これらのＰ偏光信号とＳ偏光信号を計算機８
に入力されるようしている。

【００２３】このように構成された装置を用いて、パー
ティクルの測定を行なう場合の動作について説明する。
すなわち、波長５９４ｎｍのＰ偏光したＨe −Ｎe レー
ザ光は水平に置かれたウエハ５上に垂直に照射される。
他方、波長６３３ｎｍのＳ偏光したＨe −Ｎe レーザ光
はウエハ５上に俯角２０度の低角度で照射される。これ
らのレーザ光はウェハ５上の同一領域に照射される。こ
れらのレーザ光のウエハ５上で反射された光は、偏光ビ
ームスプリッタ１０に入り、ここでＰ偏光成分とＳ偏光
成分とに分離される。分離されたＰ偏光成分はＰ偏光の
受光手段である受光部６に入射し電気信号に変換され
る。また、分離されたＳ偏光成分はＳ偏光の受光手段で
ある受光部７に入射し電気信号に変換される。これらの
出力信号が計算機８に送られ、ここで計算処理によって
パーティクル８の有無を検知し、粒径別に計算する。

【００２４】また、このパーティクルの検査装置を用い
た検査方法は、第１の工程で、半導体基板のウエハ５に
Ｐ偏光したレーザ光を第１の入射角で入射し、ウエハ５
で反射した光を受光し、その受光信号を用いてパーティ
クルの有無および個数の計算を行なう。また第２の工程
で、Ｓ偏光したレーザ光を第２の入射角でウエハ５に入
射し、ウエハ５で反射した光を受光し、その受光信号を
用いてパーティクルの有無および個数の計算を行なう。
この方法において、第１の工程および第２の工程は工程
順序にしたがって行ってもよいが、第１の工程および第
２の工程を同時に行ってもよい。

【００２５】図４は、パーティクルの粒径に対する散乱
光強度を示す散乱断面積の関係図を示している。白丸が
波長６３３ｎｍのＳ偏光、黒丸が波長５９４ｎｍのＰ偏
光である。図４から明らかなように、粒径に対する散乱
光強度は０. ３μｍ以上の粒径に対してはＰ偏光を用い
た方がＳ偏光よりも大きく、０. ３μｍ以上の大きさの
パーティクル粒子を測定する場合は高感度な測定を行え
る。

【００２６】しかし、Ｐ偏光では、粒径が０．３μｍよ
り微小になってくると、急に感度が落ち込む。これに対
して、Ｓ偏光では、０．３５μｍ付近から感度が上昇し
て、感度が落ち込むＰ偏光よりも約一桁大きな散乱光強
度が得られる。よって、０．１〜０．３μｍのような微
小なパーティクル粒子を測定する場合には、Ｓ偏光を用
いた方がＰ偏向よりも高感度な測定を行える。

【００２７】したがって、Ｓ偏光のレーザ光源で測定す
る場合は０．３μｍ以下のデータのみを採用し、Ｓ偏光
のレーザ光源で測定する場合は０．３μｍ以上のデータ
のみを採用するように、Ｓ偏光とＰ偏光の２種類のレー
ザ光を切り替えて、最適な条件を用いて測定を行なうこ
とにより、最も感度の高いパーティクルの測定が行え
る。

【００２８】なお、前記した実施例では、レーザ光源を
ＡｒまたはＨe −Ｎe とし、照射角度を所定の角度にし
たが、これに限らずレーザ光源の種類も照射角度も他の
ものであっても良い。また第１のレーザ光源１ないし第
４のレーザ光源４の少なくとも一対以上を共用し、入射
角度を変えるために首振り構造を採用したり、またＰ偏
光とＳ変更を相互に変更するために偏光可変手段を採用
してもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１のパーティクルの検査方法によ
れば、第１の工程および第２の工程によりレーザ光の入
射角度を変えながらウエハに照射し、また第３の工程お
よび第４の工程によりレーザ光をＰ偏光からＳ偏光へと
変えるため、垂直入射の単一レーザによる不十分な測定
感度を補い、ウエハ上のパーティクルを高感度で測定す
ることができ、従来例では検知できなかった所望のパー
ティクルの測定が可能となるという効果がある。

【００３０】請求項２のパーティクルの検査装置によれ
ば、請求項１のパーティクルの検査方法に適用できるの
で、請求項１と同効果がある。請求項３のパーティクル
の検査方法によれば、レーザ光をＰ偏光からＳ偏光へと
変えるため、垂直入射の単一レーザによる不十分な測定
感度を補い、ウエハ上のパーティクルを高感度で測定す
ることができ、従来例では検知できなかった所望のパー
ティクルの測定が可能となる。

【００３１】請求項４のパーティクルの検査装置は、請
求項３のパーティクルの検査方法に適用できるので、請
求項１と同効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例におけるパーティクル
の検査装置の説明図である。

【図２】パーティクルの検査装置の走査系を示す説明図
である。

【図３】第２の実施例におけるパーティクルの検査装置
の説明図である。

【図４】Ｓ偏光したレーザ光とＰ偏光したレーザ光の、
パーティクル粒子の粒径に対する散乱断面積を示す関係
図である。

【符号の説明】

１ 第１のレーザ光源 ２ 第２のレーザ光源 ３ 第３のレーザ光源 ４ 第４のレーザ光源 ５ 半導体基板のベアシリコンウエハ ６ Ｐ偏光の受光部 ７ Ｓ偏光の受光部 ８ 計算機 ９ パーティクル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板にレーザ光を第１の入射角で
   入射し、前記半導体基板で反射した光を受光し、その受
   光信号を用いてパーティクルの有無および個数の計算を
   行なう第１の工程と、 前記半導体基板上に透明膜を成膜し、半導体基板にレー
   ザ光を第２の入射角で入射し、前記半導体基板で反射し
   た光を受光し、その受光信号を用いてパーティクルの有
   無および個数の計算を行なう第２の工程と、 前記半導体基板上に反射膜を成膜し、Ｐ偏光したレーザ
   光を第３の入射角で前記半導体基板に入射し、前記半導
   体基板で反射した光を受光し、その受光信号を用いてパ
   ーティクルの有無および個数の計算を行なう第３の工程
   と、 前記半導体基板上に金属膜を成膜し、Ｓ偏光したレーザ
   光を第４の入射角で前記半導体基板に入射し、前記半導
   体基板で反射した光を受光し、その受光信号を用いてパ
   ーティクルの有無および個数の計算を行なう第４の工程
   とを含むパーティクルの検査方法。
2. 【請求項２】 半導体基板に第１の入射角で入射する第
   １のレーザ光源と、前記半導体基板に第２の入射角で入
   射する第２のレーザ光源と、前記半導体基板に第３の入
   射角で入射するＳ偏光したレーザ光を発振する第３のレ
   ーザ光源と、前記半導体基板に第４の入射角で入射する
   Ｐ偏光したレーザ光を発振する第４のレーザ光源と、前
   記第１のレーザ光源ないし前記第４のレーザ光源により
   入射して前記半導体基板で反射した光をそれぞれ受光す
   る受光手段と、前記第１のレーザ光源ないし前記第４の
   レーザ光源による前記受光手段の受光信号を入力してパ
   ーティクルの有無および個数の計算を行なう計算機とを
   備えたパーティクルの検査装置。
3. 【請求項３】 半導体基板にＰ偏光したレーザ光を第１
   の入射角で入射し、前記半導体基板で反射した光を受光
   し、その受光信号を用いてパーティクルの有無および個
   数の計算を行なう第１の工程と、 Ｓ偏光したレーザ光を第２の入射角で前記半導体基板に
   入射し、前記半導体基板で反射した光を受光し、その受
   光信号を用いてパーティクルの有無および個数の計算を
   行なう第２の工程とを含むパーティクルの検査方法。
4. 【請求項４】 半導体基板に第１の入射角で入射するＰ
   偏光したレーザ光を発振するレーザ光源と、前記半導体
   基板に第２の入射角で入射するＳ偏光したレーザ光を発
   振するレーザ光源と、前記半導体基板の前記Ｐ偏光の反
   射光を受光する受光部および前記Ｓ偏光の反射光を受光
   する受光部を有する受光手段と、前記受光手段の受光信
   号を入力してパーティクルの有無および個数の計算を行
   なう計算機とを備えたパーティクルの検査装置。