JPH03102249A

JPH03102249A - 異物検出方法およびその装置

Info

Publication number: JPH03102249A
Application number: JP1239928A
Authority: JP
Inventors: Mitsuyoshi Koizumi; 小泉　光義; Yoshimasa Oshima; 良正大島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1989-09-18
Publication date: 1991-04-26

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〕本発明は半導体ＬＳＩウエノ）またはマスク上の異物を
検出する異物検査方法およびその装置に係り、特にＬＳ
Ｉ製造中間工程でのパターン付きウエハ等上の徴小異物
を高速・高感度で検出する異物検査に好適な異物検出方
法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のＬＳＩ製造の中間工程でのパターン付きウエハ上
の異物検査作業は製品歩留り向上および信頼性向上のた
めに不可欠である。このパターン付きウエハ上の微小な
異物を自動的に検出する異物検査方法およびその装置は
、特開昭６１　−　１０４２４３号公報に配載のように
異物に対して散乱効果の大きな照明Ｌと、散乱効果の小
さな照Ｆ！ＡＨの２種照明を行い、照明Ｌによる散乱光
は異物で発生し易く、照明Ｈによる散乱光はパターンで
発生し易いことに着目して、照明Ｌ，Ｈによる散乱光信
号の比を検出することにより、微細な異物を安定・高感
度に検出できる。また散乱光検出器として、各々の画素
の受光部の大きさが５ｘ５μｍ２（試料面上に換算）程
度以下の複数の光電変換固体撮像素子を使用し、各々の
画素の受光部からの出力を同時に並列比較処理すること
により、高速性を劣化せずに高感度に異物検査を行える
。つぎに上記従来技術を更に発展させた例を第１１図な
いし第１４図により説明する。

第１１図は従来の異物検査方法およびその装置を更に発
展させた例を示す照明・検出系の斜視図である。ｇｕ図
において、従来の照明Ｌ，Ｈにそれぞれ斜方照明．Ｗｒ
射照明を用いた発展例を示し、例えば同時に斜方Ｓ偏光
照明１５ｃ（波長λ，）と落射Ｓ偏光照明１１（波長λ
，）を同一試料点に照明して、色分離プリズム１５０と
検光子１５１　Ｌ　．　１５１　Ｈで散乱光１２のうち
のＰ偏光成分のみを検出器２０Ｌ，２０　Ｈにより検出
して比較する。

第１２図は第１１図の異物検出原理の説明図で、検出器
２０Ｌ，２０Ｈ（例えば１個の画素ｔ）の出力とその２
値化法を示す。第１２図ａは異物１３ａ．１３ｂが存在
する例えばＳｉウエハ上に斜方Ｓ偏光照８Ａ１５Ｃを照
射した場合を示し、第１２図ｂはその場合の出力信号Ｖ
Ｌを示し、第１２図Ｃはその２値化信号Ｓｄを示す。こ
の場合にはパターン散乱光１２　ｐと同程度の散乱光１
２を生じる微小異物１３は検出不能である。第１２図ｄ
は同一場所に落射Ｓ偏光照明１１を照射した場合を示し
、第１２図ｅはその場合の出力信号ｖ１を示す。第１２
図ｆは２つの出力信号ＶＬ＊　Ｖｉの比Ｖｒ，７’ｈｒ
の信号を示し、第１２図ｇはその２値化信号Ｓｄを示す
。これにより徴小異物１３　ａの検出を可能としている
。

第１３図は第１１図の信号処理回路のブロック図である
。１８１３図において、検出器２０Ｌ，２０Ｈの出力信
号Ｖｒ−　＋　Ｖｉｔは対応する画素毎にアナログ比較
演算回路１００で信号比Ｖｃ／Ｖｘを演算し、２値化回
路１０１で２値化する。２値化回路１０１の出力はＯＲ
回路１０２で論理和をとり、′１″があった場合には異
物メモリ詔に記憶する。上記のように２つの検出器２０
Ｌ．２０Ｈは正確に試料上同一点を検出する必要がある
。

第１４図は第１１図の問題点の説明図である。第１４図
において、２つの検出器２０Ｌ　．　２０Ｈの試料上の
検出点がずれている場合には、パターン２や異物１３ａ
．１３ｂを検出する画素が違ったり、時間的にずれを生
じて、正確な比較演算ができず、異物検出感度が劣化す
る。しかし２つの検出器２０Ｌ．２０Ｈの正確な位置合
せが極めて困難なため、異物検出感度の劣化が避け難い
。また一度位置合せを行っても、検出器２０Ｌ，２０Ｈ
の僅かな位置ずれ（ドリフト）の発生は避けることがで
きない。また２個の検出器２０Ｌ．２０Ｈの感度合せを
必要とする。

さらに検出器２０Ｌ，２０Ｈは並列出力であり、かつ２
つの検出器２０Ｌ．２０Ｈを用いるため、各々の画素に
必要な信号増幅回路の規模が大きくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は２つの検出器の位置ずれに対して配慮が
されておらず、異物検出感度が劣化するなどの問題があ
った。

本発明の目的は検出器の位置ずれ誤差や感度合せ誤差に
起因する異物検出感度劣化を除去して、パターン付き試
料上の０．５μ溝程度の微細な異物を簡素な回路構成で
パターンと弁別して高速に検査する異物検査方法および
その装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による異物検出方法
およびその装置は、第１の照明と第２の照明を時分割で
交互に行い、１つの光電変換素子で第１と第２の照明に
同期して対象物体からの散乱光を時分割で検出すること
により、対象物体上の異物を検出するようにしたもので
ある。

〔作用〕

上記の異物検出方法およびその装置は、第１の照明（斜
方照明）と第２の焦明（落射照明）を時分割でパルス的
に行い、第１と第２の照明に同期して第１の照Ｆ！Ａ（
斜方照明）による散乱光検出と第２の照明（落射照明）
による散乱光検出とを同一の光電変換素子（検出器）で
行うことができるので、異物検出感度の劣化を除去でき
る。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第１Ｏ図により説
明する。

第１図は本発明による異物検出方法およびその装置の一
実施例を示す照明・検出系の斜視図である。第１図にお
いて、試料７に対して斜方照明（第１の照Ｆ！Ａ）を行
う斜方照明系Ｌはレーザ光源１５と、集光レンズｌ５ｂ
とから構成される。試料７に対して線状落射照明（第２
の照明）を行う洛射照明系Ｈはレーザ光源ｌと、集光レ
ンズ２１と、シリンドリカルレンズ１４と、半透過プリ
ズム３と、フィールドレンズ４と、対物レンズ６とから
構成される。検出系Ｌ．Ｈは０次回折光を遮光する遮光
部１８　ａを有する遮光板１８と、結像レンズ１６と、
１次元固体撮像素子（検出器）２０と、信号処理回路３
００とから構成される。

上記構成で、落射照明系Ｈには線状に集光させる光学素
子のシリンドリ力ルレンズ１４を用いて、レーザ照明光
ｌ１を試料７上で線状スポッｔ−　１１　ｆに集光する
ので、Ｙ方向の走査が不要となる。レーザ光源ｌから集
光レンズ２１ｊ｝経たレーザ光ｌ１はシリンドリカルレ
ンズ１４を通過すると線状レーザスポット１１　ｏを形
成する。さらに半透過プリズム３により反射したレーザ
光ｌ１はフィールドレンズ４の絞り４ａ内に線状スポッ
｝　１１　ｄを形成し、対物レンズ６の絞り６ａ内に線
状スポットを形成する。

対物レンズ６を通過後に、試料７上に線状スポットｌ１
ｆが集光される。照明系Ｌ．Ｈによって生じた散乱光は
対物レンズ６と半透過プリズム３と遮光板１８を通過後
に、結像レンズ１６により検出器２ｏ上に結像される。

この斜方照ｕＡ（第１の照明）と落射照明（第２の照明
）を時分割でパルスに発光させ、検出器加の出カＶｔ　
＊　Ｖｘを同期検出することにより、２種の照明光によ
る散乱光を分離検出することができる。

第２図〜第５図は本発明による異物検出方法およびその
装置の実施例を示す照明・検出系の偏光状態の光略図で
ある。第２図の実施例で第１図の照明光ｌ１と散乱光ｌ
２の偏光状態を説明する。斜方照明系Ｌと落射照明系Ｈ
はＳ偏光（Ｘ万向に振動或分を有する直線偏光）であり
、試料７の表面上のＪ！物とパターンからの散乱光１２
はＰ偏光（Ｙ方向に振動成分を有する直線偏光）とＳ＠
ｉ光の混合となる。本実施例では検出器加は全散乱光（
Ｓ偏光十Ｐ偏光）を検出するため、散乱光検出光量が多
くて高Ｓ／Ｎ検出ができるので、高速検査が可能となる
。

第３図〜第５図の実施例は第１図（第２図）に比べて１
４物とパターンの弁別比向上を図った例である。第３図
の実施例では検出系Ｈに検光子等の偏光索子１５１を設
置して散乱光ｌ１のうちＰ偏光成分のみを検出しており
、異物とパターンの弁別比の向上が可能となる。第４図
の＊ｍ例では第３図の偏光素子１５１の代りに偏光ビー
ムスプリッタ１５０　ｍを用いており、偏光ビームスプ
リッタ１５０ａのＰ偏光透過特性が検光子よりも高いた
め、第３図よりも検出光量を増大できて高Ｓ／Ｎ検出が
可能となる。

第５図の実施例では斜方照明系Ｌと落射照明系Ｈとで異
なる波長λ１，λ！を使用して、さらに色分離および偏
光特性を有するダイクロイックミラ−１５０　ｍを用い
た例であり、色フィルタ１５２と組み合せることにより
、照明系Ｌ＃Ｈ（７Ｊ散乱光を分離することができる。

本実施例では落射照明系Ｈによる散乱光（λ，）検出側
にのみ遮光板１８を設置するので、斜方照明系Ｌによる
散乱光（λ，）検出の散乱光光量が得られる。ダイクロ
イックミラ−１５０ａによって分岐された散乱光はミラ
ー１５４　，　１５５および半透過プリズム１５３を経
て検出器２ｏに入る。

本実施例でも異物とパターンの弁別比の向上が図れる。

第６図（ａ）〜（Ｃ）は第１図〜第５図のレーザ光源の
発光タイミングの説明図である。第６図（ａ）〜（ｄ）
において、第１図〜第５図の実施例では斜方照明と落射
照明を時分割でパルス状に発光させて、検出器加の出力
Ｖｚ　．　Ｖｘを同期検出することにより両方の散乱光
を分離検出しており、第６図（＆）は画素の大きさ２．
５μｍｏ（試料面上に換算）の検出器四の中を０．５μ
ｇｍ程度の微細異物ｌ３が通過した場合を示し、第６図
（ｂ）はその時の散乱光信号Ｖｚ　＊　Ｖｚの光量変化
を示し、ｉ＠６図（ｅ）はそれぞれ斜方照明Ｌと落射照
明Ｈを時分割で発光させるタイミングを示し、２種の照
明Ｌ．Ｈは重複しないようにずらして交互に発光させる
。この間隔Δｔは短かいため、レーザ光源１５．１は高
速駆動が可能な半導体レーザが適している。

第７図は第１図〜第５図の発光と検出のタイミングの説
明図である。第７図において、第７図ａ〜ｅは２つの照
明を連続して行った場合を示し、第７図ａはパターン２
および異物１３ａ．１３ｂが存在する例えばＳｔウエハ
上に斜方照明レーザ光１５　ａを照射した場合を示し、
第７図ｂはその時の出力信号ＶＬを示す。第７図Ｃは同
一箇所に落射照明レーザ光１１を照射した場合を示し、
第７図ｄはその時の出力信号ｖ１を示す。第７図●は２
つの出力信号の比ｖＬ／ｖＨを示す。

第７図ｆ〜０は本発明の２つの照明を時分割でパルス状
に行った場合を示し、第７図ｆは斜方照明ｌ５Ｃの発光
タイミングを示し、第７図ｇはその連続照明した場合の
出力信号ＶＬを示し、第７図ｈはその発光タイミングで
照明した場合の出力信号ｖＬ′を示す。第７図ｉは落射
照明１１の発光タイミングを示し、第７図ｊはその遵続
照明した場合の出力信号Ｖｌを示し、第７図ｋはその発
光タイミングで照明した場合の出力信号ｖｌ′を示す。

第７図ｔは照明Ｌ．Ｈをその発光タイミングで照明した
場合の検出器四の出力信号ＶＬ’　＋　ＶＨ’を示し、
＠７図ｍはその出力信号ＶＬ／　＋　Ｖ，／をサンプル
・ホールドした信号を示す。第７図ｎはそのサンプル・
ホールド信号を用いて求めた信号比ｖＬ′／ｖＨ′を示
し、第７図０はこの信号比Ｖｚ’／ＶＨ’を２値化して
得られる異物信号Ｓｄを示す。

第８図は第１図〜第５図の発光と検出のタイミングのデ
ューテイの説明図である。第８図において、一般に検出
器２０や信号処理回路３００には電気的な遅延が生じる
ので、２つの照明Ｌ．Ｈによる散乱光を正確に検出して
出力信号ＶＬ＊　Ｖｘを得るためには、その発光タイミ
ングＴｚ　＊　Ｔｚのデューティを５０嘩以下にする必
要がある。この発光タイミングＴＬｍ　Ｔｙと同期した
サンプルパルスＳＬ，ＳＩを用いて出力信号Ｖｚ　＋　
Ｖｇをサンプル・ホールドすることにより、出力信号Ｖ
Ｌ’　ｓ　Ｖｘ’を求めることができる。

第９図は本発明による異物検出方法およびその装置の一
実施例を示す駆動回路および信号処理回路３０のブロッ
ク図である。第９図において、タイミング発生回路２０
０はレーザ発先のタイミングパルスＴＬ＊　Ｔｘをレー
ザ駆動回路１５ａ，ｌｍに与えて、レーザ光源１５，１
を時分割で発光させる。タイミングパルスＴｇ　＃　Ｔ
ｘは同時に信号分離回路２０１に与えて、検出器加の出
力信号Ｖｚ　＊　Ｖｚに分離し、ホールド回路２０２Ｌ
に斜方照明タイミングＴＬの散乱光信号ｖＬ′をホール
ドして、ホールド回路２０２Ｈに落射照明タイミングＴ
ｚの散乱光信号ＶＩ’をホールドする。散乱光信号ｖｚ
’　　＋　Ｖｘ’よりアナログ比較演算回路１００で信
号比ｖＬ′／ｖＩ′を演算し、２値化回路１０１でしき
い値ｍにより２　｛Ｉｔ化すると異物ｌ３を検出した信
号が得られる。この場合に検出器２０の画ｇＬ−Ｈに対
して、アナログ比較演算回路１００と２値化回路１０１
を複数個もちいて、同時に並列処理することにより高速
・高感度の異物検出ができる。ＯＲ回路２２は検出器２
０の画素ｉ〜ｎのいずれかで検出した異物信号を出力し
て異物メモリおに記憶する。

第１０図は本発明による異物検出方法およびその装置の
一実施例を示す装置構成のブロック図である。第１０図
において、試料７は送りステージ２２０に固定し、モー
タ４７とモータ５０によりＸＹ方向に移動できる。また
送りステージ２２０は板はね４９を介して保持されてお
り、モータ６によって上下方向（Δ２）に移動可能であ
る。かつ自動焦点センサ加により試料表面の高さを測定
し、モータ駆動回路３１によりモータ槌を駆動して試料
表面が対物レンズ６の焦点位置にくるようにΔ２を制御
している。マイコン３２はモータ４７　．　５０を制御
して試料全面を検査すべく、送りステージ２２０を駆動
する。

さらにマイコン３２は信号処理回路刃のＯＲ回路ｎの出
力信号を異物表示回路おへ出力する。

上記実施例ではアナログ比較演算回路２０２を用いてい
るが、検出器加の画２ｔ〜ｎの出力をＡ／Ｄ変換して、
ディジタルでホールドと比較と２値化を行うこともでき
る。

上記実施例によれば、検出回路を１つにすることができ
るので、位置決め誤差ｌと起因する異物検出感度の劣化
を除去できる。また検出回路を１つにしたことにより、
アナログ増幅器等の回路規模の縮小が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、パターン付きウエハ等の異物検出の高
速性を維持しつつ、対象物上に存在する微細異物の検出
を安定かつ高感度に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す照明・検出系の斜視図
、第２図〜第５図は本発明の実施例の照明・検出系の偏
光状態の光Ｍ図、第６図は第６図（＆）〜（ｃ）は第１
図〜，１１！５図のレーザ光源の発光タイミングの説明
図、第７図．第８図は第１図〜第５図の発光と検出のタ
イミングの説明図、第９図は本発明の一実施例を示す回
路のブロック図、第１０図は本発明の一実施例を示す装
置構成のブロック図、第１１図は従来の発展例を示す照
明・検出系の斜視図、第１２図は第１ｌ図の検出原理の
説明図、第１３図は第１１図の回路のブロック図、第１
４図は第１１図の問題点の説明図である。ｌ・・・レーザ光源　　　　２・・・パターン３・・・
半透過プリズム　　４・・・フィールドレンズ６・・・
対物レンズ　　　　７・・・試料ｌ１・・・照明光　　
　　　　１２・・・散乱光１３　．　１３　ａ　．　１
３　ｂ　−・・異物　１５−・・レーザ光源１５　ｂ・
・・集光レンズ　　　１５　Ｃ・・・照男光ｌ６・・・
結像レンズ　　　　１８・・・遮光板加・・・検出器　
　　　　　２１・・・集光レンズ２２・・・ＯＲ回路　
　　　　力・・・信号処理回路１００・・・アナログ比
較演算回路１０１・・・２値化回路ｉ５０ａ・・・ダイクロイツクミラー１５１・・・偏光素子（検光子）１５２・・・色フィルタ　　　１５３・・・半透過プリ
ズム１５４　，　１５５・・・ミラー２００・・・タイミング発生回路２０２・・・ホールド回路　　３００・・・信号処理回
路ａ１図葡２図匍４図珊５図男６閃２ｎ −．ＩＩ−４ｔカ１０図尤６図入１凭３図３０第１１図藷１２図Ｌ目一図走食方ｑ（Ｘ）男１ｊ図ｍ

Claims

【特許請求の範囲】１、第１の照明により対象物体上の異物を強調させて光
電変換素子で検出し、第２の照明により対象物体上の背
景を強調させて光電変換素子で検出し、第１の照明で得
られる検出信号と第２の照明で得られる検出信号により
対象物体上の異物を顕在化して検出する異物検出方法に
おいて、第１の照明と第２の照明を時分割で交互に行い
、１つの光電変換素子で第１の照明と第２の照明に同期
して第１の照明と第２の照明による検出を時分割で行う
ことを特徴とする異物検出方法。２、第１の照明手段により対象物体上の異物を強調させ
て光電変換素子で検出し、第２の照明手段により対象物
体上の背景を強調させて光電変換素子で検出し、第１の
照明手段で得られる検出信号と第２の照明手段で得られ
る検出信号により対象物体上の異物を顕在化して検出す
る手段を有する異物検出装置において、第１の照明手段
と第２の照明手段を時分割で交互に駆動する手段と、１
つの光電変換素子で第１の照明手段と第２の照明手段の
駆動と同期して第１の照明手段と第２の照明手段による
検出を時分割で行う手段とを有することを特徴とする異
物検査装置。