JPS63204140A - 粒子検出方法および装置 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、物体の表面上の粒子の存在を検出する方法お
よび装置に関Ｉ〜、さらに詳しく言えば、パターン化さ
れた半導体ウェファのよう々物体の表面上の異物の数お
よび寸法を散乱光線の原理を用いて検出・測定する方法
および装置に関するものである。

（ロ）従来技術 本発明は、パターン化された半導体ウェファの表面上の
粒子を検出することに関連して以下詳細に説明されるが
、本発明はそのような特別の形体の物体の表面に限定さ
れろものではなく、むしろ新品の半導体ウェファ、薄膜
半導体ウェファ、被覆または無被覆アルミニウム・メモ
リ・ディスクのようなそσ）他の物体の表面上の粒子の
存在な検出するさいに有用である。

従来、半導体ウェファの表面上に一定寸法以上の１また
はそれ以−４二の粒子を乗せているか捷たは極端な数の
粒子をその表面に乗せているウェファを拒絶するために
、その表面上の粒子の数および寸法を検出・測定するた
めの神々の方法がある。

最も関連のある方法の１つは、明暗マイクロスコープを
用いた人間の操作によるものである。眼を用いて作業者
は粒子の数を実際に計数し、１から２０ミクロンの間に
ある粒子の寸法を識別する。

次いで、極端な数の粒子を乗せたものまたは一定＝ｊ−
法以上の粒子を乗せたものを拒絶している。この方法は
、疑いもなく人件費の点でまたチップの検査および生産
後の拒絶数の点で（誤って見過されたウェファは異物の
存在のために例えば短絡等の電気的欠陥なもつことがわ
かっている）、きわめて不ＩＦ確かつ高価である。

米国時π「第４，３７７．３４０号においては、キセロ
ン・アーク灯からの強力な平行光線が半導体ウェファの
ような月料の表面に外部からの光のない状態で通常の入
射で平行ミラーおよびピン・ホール装置をかいして向け
られ、そのときに粒子が光線を散乱し、その表面が高感
度ＴＶカメラによって捉えられ、そのカメラが散乱光で
はあるが鏡のように反射しない光を検出するために軸を
はずして定置されて監視スクリーン上に表示するような
材料表面上の異物の数および寸法の検出・測定装置が開
示されている。

１９７０年３月号のＩ　ＢＭ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉ
ｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　Ｖｏｌ、　２，
１６．Ｉ　Ｏ，第１６７２−１６７３ページには、平行
光線が検査されるべき面に不定の入射角で当たる反射面
上の繰返しの幾何学的欠点を検出するための装置が開示
されている。入射角と同じ軸にそう散乱光は望遠鏡を“
かいして光倍増管に向けられろ。

１９７８年１１月号のＩ　ＢＭ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ
Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　Ｖｏｌ、　
２１．　Ａ　６第２３３６−２３３７ページには、複数
のリング状光源からの光線がウェファ表面に傾斜角度で
衝突し、その表面から上方に直角に散乱する光線が広帯
域配列検出器内にレンズ系によって供給される。

米国特許第２，９４７，２１２号においては、光源から
の光線がライン・マーキングにほぼ垂直な方向にシート
状金属の表面に向けられろライン・マーキングを有する
シート状金属のストリップの表面状態を検出する方法が
開示されている。ラインに垂直でかつ好ましくは入射角
と反射角との間にある選択された方向の非鏡面反射が反
射光の強さの変化によって表面欠陥を検出することがで
きる光−電子素子によって監視される。入射光線は偏光
され、また、選択された非鏡面反射光線がこのような偏
光線のみを通過させろようにろ過されろ。

米国特許第４，３４２，５１５号においては、半導体ウ
ェファのような物体の表面上の好ましくない異物の存在
を検出するための検査装置が開示されている。その装置
は、平行ビーム発生器部分を有している。その部分は側
部から検査されるべき物体に向かって平行ビームを照射
する。その装置は、捷だ、物体の表面から偏向板をかい
して反射される光線を検出する機構を有（−でいろ。こ
の装置な用いる開示された技術にもとづいて、検出され
るべき異物のパターンによって発生される信号と物体の
表面の通常のパターンによって発生されかつ雑音成分と
して検出された信号との間の信号対雑音比が高められる
。

米国特許第３，７８２，８３６号においては、物装置を
開示している。光線が表面の凹凸に当たったとき、入射
方向と同じおよび逆以外の表面に角度関係を有する方向
にその光線が反射されろ。表面の凹凸から反射される光
線の量は光学的にまたは光電的に決定されて、表面の凹
凸の解析を与える。

（ハ）発明が解決しようとした問題点 本発明の目的は、散乱光線の原理を用いて表面上の異物
粒子の存在を検出する新規でかつ改良された方法および
装置を得ることにある。

本発明の別の目的は、検査されるべき表面がその上に成
形された印刷回路パターンを有する半導体ウェファの表
面である上述した方法および装置を得ることにある。

本発明のさらに別の目的は、表面上に存在することもあ
る望ましくない粒子によって散乱された光線を検出する
ために表面を照明するための新規な光学的構成を得るこ
とにある。

本発明のさらに別の目的は、垂直に膨張されかつ水平方
向に走査レーザ光線によって入射接線角で表面を照明す
る表面上の粒子を検出する方法および装置を得ることに
ある。

本発明のさらに別の目的は、散乱光線がビデオ・カメラ
によって検出される上述した方法および装置を得ること
にある。

本発明のさらに別の目的は、表面から及び／又は表面上
に存在しうる線路の印刷回路パターンからの望まない反
射光が最小に減じられる上述した方法および装置を得る
ことにある。

本発明のさらに別の目的は、検査されるべき表面が一度
に照明される上述した方法および装置を得ることにある
。

本発明のさらに別の目的は、粒子からの散乱光線と表面
それ自体からの回折光線との間の信号対雑音比が最大に
される上述した方法および装置をに用いるために特に設
計された装置を得ることにある。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明にもとづく物体の表面上の粒子を検出する装置は
、検査されるべき物体を保持するホルダと、表面上の異
なる領域が検査されつるように互いに直交する２つの軸
のまわりで平行にホルダを移動させる機器と、表面が入
射ビームに関して向けられて該表面からの回折光線が最
小になるように互いに直交する２つの軸によって画定さ
れる面に垂直な軸のまわりで前記ホルダを回転させる機
器と、一方の方向に膨張されかつ別の方向に走査するレ
ーザ光線によって入射角に接して該レーザ光線が膨張さ
れる方向に垂直に物体の表面上の領域を照明する機器と
、物体の上方に配置されていて表面上に存在する粒子か
ら散乱される光線を検出スるカメラ機器とからできてい
る。

本発明にもとづく物体の表面上の粒子を橋出する方法は
、一方の方向圧膨張しかつ別の方向に走査するレーザ光
線を入射角に接して物体の表面上の領域に膨張される方
向に垂直に向けること、表面からの回折光線及び／又は
表面上に成形されるパターンが最小になりかつ表面から
の散乱光をビデオ・カメラによって検出するように物体
上方にあるビデオ・カメラを入射光線に関して物体の表
面に向けて定置することからなっている。

（ホ）実施例 本発明は、散乱光線の原理を用いて、物体の表面上の粒
子の存在を検出するための方法および装置に関するもの
である。

本発明によれば、検査されるべき表面上の領域が入射角
に接してレーザ光線によって照明されろ。

照明される表面上の領域がほぼ方形形状になるように、
レーザ光線が垂直方向に膨張されかつ水平方向に走査す
る。ビデオ・カメラが物体の表面上方に配置される。照
射される領域上に存在する粒子によって散乱されろ光線
がビデオ・カメラ内の対物レンズによって画定されろ視
界上でビデオ・カメラによって検出される。入射光線が
表面に当たる角度およびカメラの位置決めのために、表
面からの鏡面反射光がカメラによって検出されない。

表面は、照明領域からの回折光線が最小になりかつカメ
ラがカメラによって検出される回折光線が最小になる表
面に関■−で角度を伺けて定置される位置に対して、入
射光線に関して向けられる。ビデオ拳カメラの出力がコ
ンピュータにおいて処理され、次いでモニタに表示され
る。別の領域が検査されそして以下同様になされうろよ
うに、物体が入射光線に関して平行に動かされる。本発
明を用いて、１ミクロン以下の粒子が繰り返えされて検
出されうる。

°　図面を参照して、第１図においては、本発明にもと
づいて構成された装置１１は、物体の表面上の粒子の存
在を検出するさいに用いられろ。説明の便宜上、検査表
面はパターン化された半導体ウェファ１５の上面１３と
して示される。

公知のように、パターン化された半導体は、印刷回路が
その上面に成形されろウェファである。

一般的に言えば、はとんどすべてのパターン化された半
導体ウェファにおいては、実際の印刷回路をつくる線路
のパターンは互いに直交する２つの方向に主として延び
る。

装置１１は、第１図において点線で示される光線発生部
１２を有している。第２図にも示されている光線発生部
】２ば、大きい強度の平行光線を発生するヘリューム−
ネオン・レーザのようなレーザ光源１７を有している。

偏光された光源１７によってつくられろ光線が円形断面
で、約０．８　ｍｍの直径を有し、垂直方向に発散する
ように発生され、第１円筒形レンズ１９によって水平方
向に平行になっている。球面レンズ２１は円筒形レンズ
１９によって垂直方向に通過される光線を平行にするの
で、それが約２ｍｍの高さを有し、ビームを水平方向に
集束させる。こσ）とき、光線が走査検流計２５の鏡２
３上に焦点を合せられる。走査検流計２５によって偏向
される光線は、水平方向に集束され、垂直方向に平行に
され、水平方向に走査され、焦点距離に等しい走査検流
計２５からの距離にある第２円筒形レンズ２９を通過さ
れろ。

第２円筒形レンズ２９が水平方向に光線を平行にするの
で、それはビームを垂直方向に平行にされたままにして
、約Ｏ，Ｓ　ＷＯ幅を有する。検流計２５は、振幅した
がって掃引の距離を変えることができる調整つ捷み３１
を有している。

垂直方向に膨張されかつ水平方向に走査する第２円筒形
レンズ２９によって通過された光線は入射角に接して（
すなわち直角から約８５°と９０゜との間の角度で）半
導体ウェファ１５の上面１３土に向けられる。光線の偏
光は入射面に垂直で、また、上面１３上の領域が点Ａ、
Ｂ、Ｃ，Ｄで囲まれた光線によって照明される。上面Ｉ
３に当たる光線の強さは、全領域Ａ−Ｂ　−Ｃ−Ｄ上に
均等□　ではなく、むしろ辺ＣＤに向かって減少してい
る。

しかし、領域Ｅ　−Ｆ　−Ｇ−Ｈについては、その強さ
は比較的に均等である。

第２図に示すように、半導体ウェファ１５は、肖３） その上に成形された印刷回路を構成する線路を有してい
る。線路のパターンは第１方向Ｆに配置された第１の複
数本の平行線１５−１と、第１方向に垂直な第２方向Ｇ
に配置された第２の複数本の平行線１５−２とからなっ
ている。簡略化のために、線路のパターンは第１図に示
されていない。

本発明によれば、入射光線が各組の平行線路に対して４
５°の角度で表面に当たるように、半導体ウェファ１５
が定置される。この角度位置はパターン化された表面か
らの回折光線が最小になるところである。

光線発生部１２を構成する要素は、ベース３５に対して
一端で丁番連結された二股板３３上に装着される。二股
板３３とベース３５との間に接続された駆動機構３７は
、二股板３３とベース３５との間の角度、したがって光
線の入射角度を選択的に変えられる。

日本の浜松ＴＶ株式会社によって製造されているＣ　１
０００−１．２型のような高感度ビデオ・カメラ３９が
９０°付近の角度でウェファ１５の上（Ｉ４） 方に配置されていて、上面１３上に存在する粒子からの
散乱光線を検出する。正確な角度は、カメラ３９によっ
て受けられる回折光線が最小になるところである。

ウェファ１５は真空チャックの形体になっているホルダ
４０上に置かれる。ホルダ４０は、モータ４３によって
縦軸Ａのまわりで回転できる垂直軸４１上に装着される
ので、ウェファ１５は回折光線が最小になる上述した角
度位置に対して入射光線に関して回転される。モータ４
３は、２つのステップ駆動モータ４７，４９によって相
互に直交する２つの方向に平行可動なプラットフォーム
４５上に装着されるので、ウェファ１５の全表面が照射
光線によって一度に照明されうる。

カメラ３９は、モニタまたはディスプレイ５３に連結さ
れたコンピュータ５】に接続される。コンピュータおよ
びディスプレイを除く全体の装置１１は、遮光ハウジン
グ５５内に包囲されている。

装置１１は以下のようにして用いられる。検査されるべ
きウェファ１５はホルダ４０上に置かれる。ウェファ１
５を固定して、長方形Ａ−Ｂ−Ｃ−りによって画定され
る表面１３上の領域が光学系１２からの水平方向走査、
垂直方向膨張光線によって照明される。カメラ３９は、
入射光線の強さが均等になる領域Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの一部
Ｅ−Ｆ−Ｃ，−Ｈ上に焦点を合せられる。ウェファ１５
は、次いでウェファの面に垂直な軸のまわりで（軸Ａの
まわりでホルダ４０を回転することによって）回転され
、ウェファ１５が回転するに従ってカメラ３９によって
検出される回折または背景光線を観測し、ウェファ表面
自体およびウェファ１５上の線路のパターンからの回折
光線が最小になる入射光線５７に関する所望の角度位置
を得る。２組の相互に直交するパターン線路を有するウ
ェファ１５のようなパターン化された半導体ウェファに
、ついて、角度が図示するように２組のパターン線路に
対して４５°になる。板３３は正確な接線角に調節され
る。その角度においては、カメラ３９によって受けられ
る回折光線が最小になり、また、カメラ３９は回折光線
が最小になる角度Ｂまで傾けられる。第２図に示すよう
に、ウェファ１５を最適角度位置に固定して、散乱光が
カメラ３９にヨッて検出され、コンピュータ５１で処理
され、ディスプレイ５３上に表示される。ウェファ１５
は、プラットフォーム４５を動かすことによって、平行
に動かされるので、表面１３上の他の領域は一度に必要
に応じて検査される。

第３図においては、表面１３およびその上にあるパター
ン線路からの回折光線がさらに最小になる装置の読出し
部分の変更が示されている。表面１３の上方に配置され
たレンズ７１は、マスク７３上の表面のフーリエ変換を
成形する。マスク７３はパターン化表面のフーリエ変換
に対応するパターンを含む。したがって、表面上のいか
なる粒子からも散乱される光線ではなくて、表面１３か
らのすべての光線がマスクされる。カメラ３９のレンズ
７５は、カメラ３９のターゲット７７上の表面１３を吠
す。

本発明のさらに別の変更例においては、第４図に示すよ
うに、散乱光線と背景光線との間の信号対雑音比が偏光
器９１を定置することによって、さらに改善されろ。偏
光器９１はカメラ３９の前面において入射光線の偏光に
関して交差偏光される０ 第５図に示す別の変更例においては、レンズ８１がマス
ク８３上に表面１３の映像を成形する。

マスク８３はすべての所定の望ましくない光線に対応す
るパターンを含んでいろ。カメラ３９の対物レンズ７５
は関心領域上にあるマスク８１上に焦点を結ばされる。

垂直方向に膨張されかつ水平方向に走査する代り尾、照
射光線が水平方向に膨張されかつ垂直方向に走査しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図はパターン化された半導体ウェファの表面上の粒
子の存在を検出するために本発明にもとづいて構成され
た装置の実施例の概略説明図。第２図は第１図に示す装
置の一部とウェファの平面図であってウェファがいかに
入射光線ビームに関して角度を付けて向けられるかとい
うことを示す。 第３図は第２図に示す装置の一部の変更例を示す。 第４図は第２図に示す装置の一部の別の変更例を示す。 第５図は第２図に示す装置の一部のさらに別の変更例を
示す。 １に本発明の粒子検出装置 １２：光線発生部　　　１３：上　面 １５：半導体ウェファ　１７：レーザ光源１９　：　円
ｆｌレンズ　　２１：球面レンズ２５：走査検流計　　
　３３＝二股板 ３５：ベース　　　　　３９：カメラ ４０：ホルダ　　　　　４１：垂直軸 ４３：モータ　　　　　４５ニブラントフオーム４７．
４９　ニステップ駆動モータ ５１：コンピュータ　　５３：ディスプレイ７３：マス
ク

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）下記のものからなる物体の表面上の粒子を検出す
   るさいに用いる装置。 ａ、前記物体を保持するホルダ。 ｂ、前記表面上の領域を入射接線角で平行光線ビームに
   よつて照射する機器。 ｃ、前記表面上に配置されていて該表面上の任意の粒子
   の存在によつて該表面から上方 に散乱される光線を検出するカメラ。前記散乱光線の強
   さは前記粒子の寸法に比例する。 （２）前記平行光線ビームは垂直方向に膨張されかつ水
   平方向に走査されるレーザからの光線ビームであること
   を特徴とした特許請求の範囲第（１）項に記載の装置。 （３）前記ホルダは２つの相互に垂直な軸のまわりで並
   進運動ができるように装着され、該２つの軸は第１面を
   画定し、前記ホルダは前記第１面に垂直な垂直軸のまわ
   りで回転運動ができるように装着されることを特徴とし
   た特許請求の範囲第（２）項に記載の装置。（４）物体
   の表面上の粒子を検出する方法であつて次のことからな
   る。 ａ、前記物体の表面の選定された領域上に入射接線角で
   平行光線ビームを向けること。これにより前記粒子は該
   粒子の寸法に比例した強さで光線を散乱する。 ｂ、前記表面自体からの回折光線および該表面上にある
   任意のパターンが最小に減少されるように入射光線に関
   して前記表面を向けること。 ｃ、前記表面上にある粒子から散乱された光線をビデオ
   ・カメラによつて検出すること。（５）散乱光線を検出
   することは、前記光線によつて照射される領域の少なく
   とも一部に前記カメラの焦点を合せることからなること
   を特徴とした特許請求の範囲第（４）項に記載の方法。 （６）前記表面を向けることは円板の面に垂直な軸のま
   わりで該円板を回転させることからなることを特徴とし
   た特許請求の範囲第（５）項に記載の方法。