JPS62220838A - 表面検査装置 - 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】 「産業上の利用分野コ この発明は、半導体ウェハなどの被検査物の表面におけ
る異物の有無などの検査を光学的に行う表面検査装置に
関する。

［従来の技術］ ゛１′、導体ウェハなどの表面検査を行うための装置と
して、光ビームを被検査物の表面の検査点に照射し、そ
の反射光を光学系を通じて光電素子に入射させて電気信
号に変換させ、この電気信号に基づき検査点における異
物の存否などを判定するものがある。

このような表面検査装置の中には、検出感度のＬ昇など
の［１的から、複数の照射系によって同一の検査点に光
ビームを照射することにより、検査点の照射密度を増大
させる構成のものがある。

［解決しようとする問題点コ 複数の照射系を有する装置においては、各照射系の光ビ
ームが同一点に照射されるように光ビームの照射方向を
調整する必要がある。特に、微小な異物、欠陥などを検
出する目的の装置では光ビームはそのスポット径が充分
に小さくなるように充分に絞られてから検査点に照射さ
れるため、各照射系の光ビームの照射方向調整は極めて
高精度に行う必要がある。

しかし、従来の表面検査装置は、装置組立時に光ビーム
の照射方向を精密に調整しておいても、装置稼働中なら
びに経年的に光ビームの照射点位置がかなり変動して照
射密度および検出感度が低ドするという問題があった。

経年的な変動は定期的に照射角度の調整を行うことによ
って対処することはできるが、装置稼働中におけるその
位置変動は補正不可能であった。

そのような光ビームの照射点位置の変動は、照射系の光
源支持機構などの熱膨張などにより生じるものと推測さ
れ、照射系の設計」−だけでそれに対処することは極め
て困難である。

［発明の［１的コ したがって、この発明の目的は、そのような従来の問題
点を解決するために、各照射系による光ビームの照射角
度の変動を自動的に補正するようにした表面検査装置を
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するために、この発明は、複数の照射系
によって被検査物の表面の検査点に光ビームを照射し、
その検査点からの反射光を光電素ｒに入射させて電気信
号に変換させ、この電気信りに基づき前記検査点におけ
る異物の存否などを判定する表面検査装置において、 前記各照射系毎に、光ビームの一部をモニタビームとし
て取り出す手段と、その各モニタビームを受光して光ビ
ームの照射点と検査点との相対的位置ずれに関連した電
気信号を発生するモニタ手段と、このモニタ手段により
発生された電気信号に応答して前記相対的位置ずれを減
少させる゛ように光ビームの向きを制御する光ビーム制
御手段とが具備せしめるものである。

［作用コ 各照射系の光ビームの照射点が検査点（目的としている
照射点）から相対的にずれると、その相対的位置ずれに
対応してモニタ手段へのモニタビームの入射位置が変化
し、その相対的位置ずれに関連した電気信号がモニタ手
段によって発生され、この電気信号に応答して光ビーム
制御手段によって上記相対的位置ずれを打ち消すように
光ビームの向きが補ＩＥされる。

このように、各照射系毎に光ビームの照射点が検査点に
一致するように、照射系の環境温度などの変動の影響、
さらには照射系の組立誤差などの影響が補償される。し
たがって、頻繁に調整を杼わな（とも所定の照射密度お
よび検出感度を常時維持することができ、装置の信頼性
、保守性が向１−する。また、照射系の組立精度の安来
を緩和することができる。

［実施例コ 以下、図面を参照し、この発明の一実施例について詳細
に説明する。

第１図は、この発明による表面検査装置をその一部を省
いて示す概略斜視図である。この図において、１０はＸ
、Ｙ、Ｚの各方向に移動する移動ステージである。この
移動ステージ１０には、回転ステージ１２が設けられて
いる。この回転ステージ１２は、その上面に被検査物（
例えば半導体ウェハ）１４を負圧吸着などによって保持
しつつ、図示しないモータにより回転駆動されるもので
ある。

なお、回転ステージ１２の回転位置、移動ステージ１０
のｘ、ｙ、ｚ方向の位置を検出して位置情報信号を発生
するエンコーダが設けられているが図示されていない。

この表面検査装置は、偏光レーザを利用して異物を自動
的に検出するものであり、被検査物１４の表面の検査点
に、二つの１１（１射系１６Ａ、１６ＢによってＳ偏光
レーザビームが照射される。照射系１６Ａ、１８Ｂは同
一構成であり、それぞれＳ偏光レーザ発振器１８によっ
て発生したＳ偏光レーザビームをシリンドリカルレンズ
２０によって１−下方向（Ｚ方向）に絞り、上下につぶ
れた扁平なビームに変攬される。そのＳ偏光レーザビー
ムは可動ミラー２２およびハーフミラ−２４を経由し、
被検査物表面の検査点に対して約２度の照射角度で斜め
照射される。

可動ミラー２２は前記光ビーム制御手段の一要素である
。第２図は、可動ミラー２２を含む光ビーム制御手段の
概略斜視図である。図示のように可動ミラー２２は、そ
の上端中央部でばね板部材２６によって類型されており
、そのばね板部材２６の捻り部２８Ａをほぼ中心として
、可動ミラー２２は矢線Ｏ７，θ２のように水平、垂直
にあおり遅動が可能となっている。可動ミラー２２を矢
線０１＋０２の各方向にあおるための駆動要素として、
バイモルフ型ピエゾアクチュエータ２８Ｙ。

２８Ｘが設けられており、それぞれの先端部は可動ミラ
ー２２の上端角部および下端中央部に結合されている。

＋ＴＧび第１図を参照する。ハーフミラ−２４は、それ
に入射するＳ偏光レーザビームの一部をモニタビームと
して取り出す手段を構成するものである。このモニタビ
ームはレンズ３４を介して、前記モニタ手段の主要要素
であるピンホトダイオードアレイ３６へ入射する。

第３図はモニタ手段の全体的構成を示す概要図である。

ピンホトダイオードアレイ３６の受光面は４個の分割面
Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄに分割されており、それぞれの分割
面の裏側にピンホトダイオード（図示せず）が配置され
ている。各ピンホトダイオードは、対応する分割面への
入射レーザ光量に比例した信号を出力する。上下の分割
面Ａ、Ｈのピンホトダイオードの出力信号の差信号が差
動増幅器３８Ｘによって得られ、この差信号はバイモル
フ型ピエゾアクチュエータ２８Ｘ用のドライバ４０Ｘに
ドライブ信号として印加される。左右の分割面Ｃ，Ｄの
ピンホトダイオードの出力信号の差信号が差動増幅器３
８Ｙによって得られ、この差信号はバイモルフ型ピエゾ
アクチュエータ２８Ｙ用のドライバ４０Ｙにドライブ信
号として印加される。

照射系１８Ａまたは１８ＨのＳ偏光レーザビームの照射
点が検査点と市しく一致している場合、ピンホトダイオ
ードアレイ３６の受光面上におけるモニタビームのスポ
ット４２は図示のような位置に来る。この場合、各分割
画面Ａ−Ｄの入射レーザ光量は同一となるので、差動増
幅１３８Ｘ。

３８Ｙから出力される差信号はそれぞれＯｖとなるから
、バイモルフ型ピエゾアクチュエータ２８Ｘ、２８Ｙは
中＼γ位置にあり、したがって可動ミラー２２は中立姿
勢に維持される。

Ｓ偏光レーザビームの照射点が検査点からＸ方向にずれ
た場合、モニタビームのスポット４２は１−または下に
移動し、分割面Ａ、Ｂの入射レーザ先頃に差が生じ、そ
の差に対応した差信号が差動増幅２４３８　Ｘより得ら
れる。この差信号の電圧値は照射点と検査点との相対的
位置ずれの大きさにほぼ比例し、差信号の極性は相対的
位置ずれの向きに対応する。バイモルフ型ピエゾアクチ
ュエータ２８Ｘは、その差信号の電圧値および極性に対
応した駆動電圧をドライバ４０Ｘによって印加されて変
形し、そのＸ方向の相対的位置ずれを打ち消すように６
エ動ミラー２２を０２方向にあおり、Ｓ偏光レーザビー
ムの照射向きを補正する。

Ｓ偏光レーザビームの照射点が検査点からＹ方向にずれ
た場合、モニタビームのスポット４２は左または右に移
動し、分割面Ｃ，Ｄの入射レーザ光量に差が生じ、その
差に対応した差信号が差動増幅器３８Ｙより得られる。

この差信号の電圧値は照射点と検査点との相対的位置ず
れの大きさにほぼ比例し、差信号の極性は相対的位置ず
れの向きに対応する。バイモルフ型ピエゾアクチュＸ　
−タ２８Ｙは、その差信号の電圧値および極性に対応し
た電動電圧をドライバ４０Ｙによって印加されて変形し
、そのＹ方向の相対的位置ずれを打ち消すようにｉｉＪ
動ミラー２２を０１方向にあおり、８編光レーザビーム
の照射向きを補正する。

このように、各照射系１６Ａ、１６Ｂについて、Ｓ偏光
レーザビームの照射点を検査点に一致させるようにＳ偏
光レーザビームの照射方向が自動的に補正されるため、
検査点の照射密度を常に一定に維持し、それにより後述
の検出系の検出感度を一定化することができる。

次に検出系５０について説明する。検査点に異物がなく
平滑ならば、照射されたＳ偏光レーザはほぼ正反射され
Ｚ方向には反射されないが、異物が存在すれば、それに
より乱反射されてＺ方向にも反射される。

また、被検査物１４がパターン付きウェハの場合、検査
点にパターンがあると、Ｓ偏光レーザはＺ方向にも反射
されるが、そのパターンの面は微視的に平滑であるため
、反射レーザはほとんどＳ偏光成分だけである。これに
対し、異物の表面には−・般に微小な凹凸があるため、
照射点に異物が存在すると、照射されたＳ偏光レーザは
散乱して偏光方向が変化し、反射レーザにはＳ偏光成分
の外に、Ｐ偏光成分をかなり含まれることになる。

検出系５０は、そのような現象に着目して検査点におけ
る異物を検出するものである。検査点からの反射レーザ
は、対物レンズ５２およびスリット５４を経由してＳ偏
光カットフィルタ（偏光板）５６に入射し、ここでＳ偏
光成分が除去され、Ｐ偏光成分だけが抽出されて光電素
子としてのホトマルチプライヤ５８に入射する。

前述のように、検査点の反射レーザのＰ偏光成分は異物
が存在する場合に増加する性質があり、ホトマルチプラ
イヤ５８は入射光量に比例した信号を出力する。そして
、検査点の照射密度はほぼ−・定に保たれる。したがっ
て、ホトマルチプライヤ５８の出力信号をレベル比較器
６０（第４図参照）にて適当な閾値とレベル比較するこ
とによって、検査点における異物の有無を判定できる。

ここで、あるサイズの異物に対するホトマルチプライヤ
５８の出力信号レベルが高いほど、検出感度が高くなり
、微小な異物まで検出可能である。

このように検出感度を上げるためには、検査点の照射密
度をできるかぎり大きくする必要がある。

その目的で、この実施例にあっては２系統の照射系１６
Ａ、１８Ｂによって検査点にＳ偏光レーザビームを照射
している。しかし、両方の照射系による照射点が検査点
からずれたのでは、照射密度が低下してしまい、高い検
出感度を維持することができない。このような位置ずれ
は、照射系１６Ａ、１６Ｂの組立誤差だけでなく、環境
温度の変動などによっても生じるものである。

この発明によれば前述のように、各照射系１６Ａ、１８
Ｂは、その照射点が検査点に一致するようにＳ偏光レー
ザビームの照射方向が自動的に補正されるため、照射密
度および検出感度を常に高いレベルに維持することがで
きる。また、その位置ずれをなくすために定期的にＩＫ
Ｉ射系１８Ａ、１６Ｂを調整する必要もなくなり、さら
には照射系の組立誤差に対する要求も従来より緩和でき
る。

第４図は、この表面検査装置の処理制御系の概略ブロッ
ク図である。この図において、６２はマイクロコンピュ
ータであり、これにはレベル比較器６０の出力信号・が
異物検出情報として人力され、また移動ステージ１０か
ら位置情報を人力される。

６４はステージ駆動回路であり、マイクロコンピュータ
６２からの制御に従って移動ステージ１０および回転ス
テージ１４の駆動モータを駆動制御するものである。

検査中は、回転ステージ１２が所定の速度で所定向きに
回転駆動される。同時に、移動ステージ１０はＸ方向に
一定速度で移動させられる。かくして、被検査物表面は
Ｓ偏光レーザビームによって螺旋状に走査される。つま
り、検査点は被検査物表面を例えばその外周側より螺旋
状に移動することになる。

検査点に一定すイズ以４−の大きさの異物が存在すると
、ホトマルチプライヤ５８の出力信号が閾値を越えるた
めに、レベル比較器６０の出力信号が論理“１”レベル
になる。マイクロコンビュータロ２は、その“１”信号
が入力されると、その時の検査点に異物が検出されたと
判断し、その時の位置情報（移動ステージ１０から人力
される）を内部メモリに記憶する。

被検査物表面の中心部まで走査が進むと、マイクロコン
ピュータ６２は回転ステージ１２を停止１−させ、移動
ステージ１０を初期位置まで戻す。

以−に、一実施例について説明したが、この発明はそれ
だけに限定されるものではなく、この発明の茨旨を逸脱
しない範囲内で様々に変形して実施し得るものである。

例えば、前記実施例にあっては、光ビーム制御手段は可
動ミラーを用いているが、その代わりに可動のプリズム
を用いることも可能である。また、電気光学的偏向素子
あるいは音響光学的偏向素子を用い、同様な光ビーム制
御を行うことも可能である。

前記実施例の可動ミラー（または可動プリズム）をジン
バル機構、ジャイロ機構などの他の手段によって支持し
てもよい。可動ミラーに対する駆動安素もバイモルフ型
ピエゾアクチュエータに限らず、積層型ピエゾアクチュ
エータ、その他のアクチュエータに置換することもｉ＋
Ｊ能である。

モニタ１段としては、２次元のＣＣＶイメージセンサな
どを用いることもできる。

前記実施例では２系統の照射系が設けられているが、３
系統以上の照射系を備える表面検査装置についても同様
に、この発明は適用できるものである。

被検査物をＸ−Ｙ走査しながら検査する同様の表面装置
に対しても、この発明は同様に適用できるものである。

さらに、前記実施例はＳ偏光レーザビームを利用するも
のであったが、非偏光レーザビーム、非コヒーレント光
ビームなどを利用する装置についても、この発明は同様
に適用できるものである。

「発明の効果コ 以」−説明したように、この発明は、複数の照射系によ
って被検査物の表面の検査点に光ビームを照射し、その
検査点からの反射光を光電素子に入射させて電気信号に
変換させ、この電気信号に基づき前記検査点における異
物の存否などを判定する表面検査検査装置において、前
記各照射系毎に、光ビームの一部をモニタビームとして
取り出す手段と、その各モニタビームを受光して光ビー
ムの照射点と検査点との相対的位置ずれに関連した電気
信号を発生するモニタ手段と、このモニタ手段により発
生された電気信号に応答して前記相対的位置ずれを減少
させるように光ビームの向きを制御する光ビーム制御手
段とを具備せしめるものであるから、各Ｉ噴射系の環境
温度変化さらには組立誤差などの影響が自動的に補償さ
れ、各照射系の光ビームの照射点は検査点に常に一致す
るように補正されるため、頻繁に調整を行わなくとも所
定の照射密度および検出感度を維持することができるな
どの利点を持つ表面検査装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による表面検査装置の一部を省いて示
す概要図、第２図は同表面検査装置における光ビーム制
御手段の概略斜視図、第３図は同表面検査装置における
モニタ手段の概要図、第４図は同表面検査装置における
処理制御系の概略ブロック図である。 １０・・・移動ステージ、１２・・・回転ステージ、１
４・・・被検査物、１８Ａ、１８Ｂ・・・照射系、１８
・・・Ｓ偏光レーザ発振器、２２・・・可動ミラー、２
４・・・ハーフミラ−１２６・・・ばね板部材、２８Ｘ
、２８Ｙ・・・バイモルフ型ピエゾアクチュエータ、３
６・・・ピンホトダイオードアレイ、３８Ｘ、３８Ｙ・
・・差動増幅器、４０Ｘ、４０Ｙ・・・ドライバ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の照射系によって被検査物の表面の検査点に
   光ビームを照射し、その検査点からの反射光を光電素子
   に入射させて電気信号に変換させ、この電気信号に基づ
   き前記検査点における異物の存否などを判定する表面検
   査検査装置において、前記各照射系毎に、光ビームの一
   部をモニタビームとして取り出す手段と、その各モニタ
   ビームを受光して光ビームの照射点と検査点との相対的
   位置ずれに関連した電気信号を発生するモニタ手段と、
   このモニタ手段により発生された電気信号に応答して前
   記相対的位置ずれを減少させるように光ビームの方向を
   制御する光ビーム制御手段とを備えることを特徴とする
   表面検査装置。
2. （２）モニタ手段はモニタビームの受光面に２次元配列
   された複数の光電変換要素を含み、相対的位置ずれに関
   連した電気信号はそれらの光電変換要素の出力信号に基
   づくものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の表面検査装置。
3. （３）光ビームの一部をモニタビームとして取り出す手
   段は光ビームの光路中に設けられたハーフミラーである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の表面検査
   装置。
4. （４）光ビーム制御手段は光ビームの光路中に設けられ
   たミラーと、相対的位置ずれに関連した電気信号に応じ
   て前記ミラーの光ビームに対する相対的角度を変化させ
   る駆動要素を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の表面検査装置。