(57)【要約】【課題】特に搬送途中のウェハ上の異物を実時間で検出できるウェハの異物検査方法、および半導体製造工程の量産ラインにおいて、大量の不良を未然に防ぎ、歩留りを維持させるための異物検査装置を提供する。【解決手段】  半導体製造工程の量産ラインにおいて、異物検査装置を小型にし、半導体製造ラインの処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系に載置する。また、屈折率変化型のレンズアレイ、空間フィルタ、パターン情報除去回路により、製品ウェハ１１１上の繰り返しパターン部上の異物を検出し、搬送途中のウェハ上異物検査を可能にした。さらに、半導体製造工程の量産ラインにおいて簡便な異物モニタ１０１だけで異物をモニタリングすることにより、生産ラインを軽量化して製造コストの低減を可能にした。【選択図】図２
2006030215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造工程において、量産立上げ時の異物の検出・分析・評価システムを量産ラインから分離してそのシステムの結果を量産ラインにフィードバックし、量産ラインでは異物モニタリング装置でモニタリングして半導体基板上の異物の発生状態を検出することを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項２】
上記異物モニタリング装置を、半導体製造ラインの所定の処理装置の入口、または該出口、または処理装置間の搬送系に設置し、半導体基板上の異物を実時間でサンプリングすることを特徴とする請求項１記載の半導体製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項３】
上記異物モニタリング装置において、異物の異常発生が検出された場合、アラ−ム等で知らせるか、あるいは異物の異常発生を起こしている処理装置本体を停止させることを特徴とする請求項２記載の半導体製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項４】
上記異物モニタリング装置は、半導体基板上に発生する異物の位置情報を得て異物の発生状態を検出することを特徴とする請求項２記載の半導体製造工程における異物発生状況解析方法。
【請求項５】
複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラインにおいて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズアレイまたはマイクロレンズ群から構成された結像光学系と該結像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと上記結像光学系の結像位置に配置された検出器とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置して該処理装置による半導体基板上の異物の発生状態を検出することを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析装置。
【請求項６】
上記異物モニタリング装置は、半導体基板上に発生する異物の位置情報を検出してその位置情報を記憶させる手段を有することを特徴とする請求項５記載の半導体製造工程における異物発生状況解析装置。
【請求項７】
上記異物モニタリング装置の空間フィルタは、形状を任意に変更可能に構成したことを特徴とする請求項５記載の半導体製造工程における異物発生状況解析装置。
【請求項８】
複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラインにおいて、照明アレイから成る斜方照明系と検出レンズとしてレンズアレイまたはマイクロレンズ群と検出レンズのフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと検出レンズの結像位置に配置された検出器とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置し、上記異物モニタリング装置における半導体基板を走査するステージとして上記処理装置あるいは搬送系の移動ステージとすることを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析装置。
【請求項９】
半導体基板上の異物を検査する装置において、半導体基板に対してほぼ短波長で平面波で直線状の形状に照明する照明系と、該照明系によって照明された半導体基板からの反射光像を結像する結像光学系と、該結像光学系の途中に半導体基板上の繰り返しパターンからの回折光を遮光するように設置された空間フィルタと、結像された光像を検出する検出器と、検出器で検出された信号の内半導体基板上で繰り返して発生する信号を消去する消去手段と、該消去手段によって消去されなかった信号に基いて半導体基板上の異物を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項１０】
上記結像光学系として、屈折率変化型のレンズアレイで構成したことを特徴とする請求項９記載の異物検査装置。
【請求項１１】
半導体基板を所定の方向に移動させる移動手段と、前記半導体基板表面に斜め方向から該移動方向に交わる方向に長手方向を有するように帯状の光を照射する照明手段と、該照明手段によって照射された帯状の光からの散乱反射光を結像させるためのレンズアレイと、前記半導体基板上の繰り返しパターンからの回折光を遮光するように設置された空間フィルタと、前記レンズアレイにより結像された光像を検出するリニアセンサと、該リニアセンサで検出された信号の内半導体基板上で繰り返して発生する信号を消去する消去手段とを備え、該消去手段によって消去されなかった信号に基いて半導体基板上の異物を検出することを特徴とする異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインにおいて発生する異物を検出し、分析して対策を施す半導体製造工程における異物発生状況解析方法及びその装置、または半導体基板上の異物を検査する異物検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体製造工程では半導体基板（ウェハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になり、さらに半導体素子が微細化して半導体基板中に微小な異物が存在した場合にこの異物がキャパシタの絶縁膜やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は搬送装置の稼動部から発生するものや、人体から発生するものや、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたものや薬品や材料等に混入されているものなどの種々の原因により種々の状態で混入される。
【０００３】
従来のこの種の半導体基板上の異物を検出する技術の１つとして、特開昭６２−８９３３６号公報（特許文献１）に記載されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、直前に検査した同一品種半導体基板の検査結果と比較することにより、パターンによる虚報を無くし、高感度かつ高信頼度な異物検査を可能にするものある。
【０００４】
また、別の技術として、特開昭６３−１３５８４８号公報（特許文献２）に開示されているように、半導体基板上にレーザを照射して半導体基板上に異物が付着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、この検出した異物をレーザフォトルミネッセンスあるいは２次Ｘ線分析（ＸＭＲ）などの分析技術で分析するものがある。
【特許文献１】特開昭６２−８９３３６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１３５８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術は、半導体製造工程の量産立上げ時と量産ラインは区別されておらず、量産立上げ作業で使用した検査装置がそのまま量産ラインでも適用されており、量産ラインでは異物発生をいち早く感知し対策を施す必要があるが、従来の検査装置がスタンドアロ−ン型であり、製造ラインで処理した半導体基板を検査装置の箇所に持ち込んで異物の検査をするものであった。したがって、半導体基板の搬送、異物検査に時間を要したため、検査の頻度を十分な値まであげることは難しかった。
【０００６】
これは、従来技術の装置規模が大きいうえに検査時間も長くかかり、これらの従来装置を用いて実時間モニタを実現するには、大規模な装置を数多く並べる必要がありこれは事実上困難であった。現実的には、１ロット、あるいは数ロットあるいは１日毎に１枚の半導体基板を検査するのが限界であった。このような頻度の異物検査では、異物の発生を十分に早く感知したとはいえない。すなわち、量産ラインに対し、理想的な実時間サンプリングには程遠いものであった。さらに、量産ラインの工程数及び設備を低減するためには必要にして十分な箇所に必要十分なモニタを設置する必要があるという問題があった。
【０００７】
ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１つに、これらの異物の発生原因を究明して対策を施す作業があり、それには発生異物を検出して元素種などを分析することが発生原因探求の大きな手がかりになる。一方、量産ラインでは、これらの異物の発生をいち早く感知し対策を施す必要がある。異物発生から異物発生の感知まで時間が経過した場合不良の発生数は大きくなり歩留りは下がる。従って、高い歩留りを維持するためには異物発生からその感知までの経過時間を短縮することが欠かせない。つまり、異物検査の効果を最大限に出すためには、モニタのサンプリングタイムを短くすることが必要であり、理想的には、量産ラインに対し実時間のサンプリングが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、処理装置の入口、または該出口、または、複数の処理装置の間の搬送系に設置して実時間で半導体基板上の異物の発生状況を検出できるようにした量産ラインの半導体製造工程における異物発生状況解析方法及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】
【０００９】
本発明の量産ラインにおける異物検査装置は、上記実時間サンプリングを実現するものであり、異物モニタリング装置を小型にし、半導体製造ラインの処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系中に載置できるように構成した。即ち本発明は、複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラインにおいて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズアレイまたはマイクロレンズ群から構成された結像光学系と該結像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと上記結像光学系の結像位置に配置された検出器とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置して該処理装置による半導体基板上の異物の発生状態を検出することを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析装置である。
【００１０】
また、本発明は、半導体基板上の異物を検査する装置において、半導体基板に対してほぼ短波長で平面波で直線状の形状に照明する照明系と、該照明系によって照明された半導体基板からの反射光像を結像する結像光学系と、該結像光学系の途中に半導体基板上の繰り返しパターンからの回折光を遮光するように設置された空間フィルタと、結像された光像を検出する検出器と、検出器で検出された信号の内半導体基板上で繰り返して発生する信号を消去する消去手段と、該消去手段によって消去されなかった信号に基いて半導体基板上の異物を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置である。また、本発明は、上記異物検査装置において、上記結像光学系として屈折率変化型のレンズアレイで構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
半導体製造工程の量産立上げ時には材料、プロセス、装置、設計等の評価、改良（デバック）を行なうために高価で高性能な評価設備により各プロセス、設備等を評価し、量産時には生産ラインの工程数及び設備をできる限り低減し特に検査、評価の項目を減らして設備の費用および検査、評価に要する時間を短縮するようにする。それには量産立上げ時の評価が円滑、迅速に進むようにサンプリング半導体基板を工夫した異物検出分析システムを用いて異物の発生原因を究明して材料入手時の検査仕様を変更したり設備の発塵源の対策を立て、その結果がそれぞれの材料、プロセス、装置等にフィードバックされて発塵しやすいプロセスの仕様を発塵に対して強い素子の設計仕様としたりすると同時に、量産ラインの検査、評価の仕様作りに利用され異物の発生しやすい箇所に必要に応じて半導体基板上の異物モニタを設置したり、特定箇所の特定の異物の増減のみをモニタする仕様としたりする。
【００１２】
上記のように量産立上げ時と量産ラインを分けることにより、量産立上げ時の異物の検出、分析、評価装置を効率よく稼動させることができて量産立上げを迅速にできるとともに、量産ラインで用いられる異物の検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装置にして量産ラインの軽量化が図られる。
【００１３】
また、本発明の上記量産ラインのモニタリング装置において、高速小型でかつ従来の大型の装置と同等の機能を持つ検査装置を現状の技術で解決するために、以下の方法に着目した。まず、メモリの繰り返し性に着目した。従来から繰り返しパターンを除去し欠陥を検出する方法は知られている。この方法は確実に検出性能を確保できる。しかし、この方法は上記のモニタリング装置を実現する上で好都合なことは触れられていない。さらに、この場合のモニタは半導体基板上の全ての点をモニタする必要はなくある特定の比率で半導体基板上を監視していればよく、繰り返しパターンの多いメモリの製造では、このメモリの繰り返し部だけをモニタするだけでも効果は大きいことに着目した。
【００１４】
繰り返しパターンでは、コヒーレント光を照射するとある特定の方向にだけ光が射出する。すなわちメモリの場合は繰り返し部分から特定の方向に射出する光を空間フィルタによって遮光することができ、繰り返して発生することがない異物を高感度で検出することができる。この際、空間フィルタとして液晶を用いれば液晶のオンオフで空間フィルタの形状を任意に変更できるため任意の繰り返しパターンの検査を自動でできることになる。
【００１５】
上記手段で半導体製造時の歩留りが向上するのは以下の理由による。半導体基板上の異物個数の厳密な検出実験により、異物個数は徐々に増減するものではなく、突発的に増減するものであることが新たに判明した。従来は、異物の個数は徐々に増減するものと考えられていたため、上述したようにロットで１枚ないし１日１枚等の頻度で異物検査されていた。ところが、この検査頻度では突発的な異物の増加が見落とされたり、増加したまましばらくたってから検出されたりすることになり、相当数の不良が発生することになる。すなわち、量産ラインでは異物の発生をいち早く感知し対策を施す必要があり、異物発生から異物発生の感知まで時間が経過した場合不良の発生数は大きくなり歩留りは下がる。従って、異物発生からその感知までの経過時間を短縮することにより高い歩留りを維持することができる。つまり、モニタのサンプリングタイムを短くすること、理想的には、実時間のサンプリングにより、異物検査の効果を最大限にだすことができる。
【００１６】
さらに、従来装置では半導体基板を抜き取って検査しており、この際には半導体基板上に新たな異物が付着することになり、やはり歩留りを低下させる。本発明による異物検査装置では半導体基板を抜き取らないで検査できるためこの半導体基板への異物付着による歩留り低下もなくすことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、異物検査装置をラインに導入することで、ラインを通過するウェハ全てを検査することができ、異物の増加を実時間で検出できる。これにより、異物発生による大量の不良品の生産を未然に防止することができ歩留りを向上できる。
【００１８】
また、本発明によれば、半導体製造工程の量産ラインにおいて簡便なモニタリング装置だけで異物をモニタリングすることにより、生産ラインを軽量化して製造コストの低減を可能にする。さらに、モニタリング装置は異物検査を実時間で実施できるため、不良の作り込みを最小限にでき、製品の歩留り向上に大きく寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
【実施例】
【００２０】
図１は半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装置の構成ブロック図の一例を示すものである。
【００２１】
図１において、この半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査装置は、露光装置１１とエッチング装置１２と洗浄装置１３とイオン打込装置１４とスパッタ装置１５とＣＶＤ装置１６等から成る半導体製造装置群１０と、温度センサ２１と搬送系内異物モニタ２２と圧力センサ２３と処理装置内異物モニタ２４等から成るセンシング部２０およびそのセンシング部コントロールシステム２５と、ガス供給部３１と水供給部３２からなるユーティリティ群３０と、水質サンプリングウェハ４１とガスサンプリングウェハ４２と装置内サンプリングウェハ４３とデバイスウェハ４４と雰囲気サンプリングウェハ４５から成るサンプリング部４０と、ウェハ異物検出部５１とパターン欠陥検出部５２から成る検出部５０と、走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）と２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）６２と走査形トンネル顕微鏡／分光装置（ＳＴＭ／ＳＴＳ）６３と赤外分光分析装置６４等から成る分析部６０と、異物致命性判定システム７１と微小異物原因究明システム７２と汚染源対策システム７３とから成る対応システム７０とより構成される。またこれらの構成要素はライン対応のオンライン異物検査システム８１と量産立上げライン対応のオフライン異物検査システム８２とに分けられ、これらをあわせて半導体製造工程の量産立上げおよび量産ライン異物検査システム８０を成す。
【００２２】
したがって、図に示すように、量産立上げ時と量産ラインを分けることにより、量産立上げ時の異物の検出、分析、評価装置を効率よく稼動させることができて量産立上げを迅速にできるとともに、量産ラインで用いられる異物の検査、評価設備を必要最小限の簡便なモニタリング装置にして量産ラインの軽量化が図られる。
【００２３】
次に、オンライン異物検査システム８１のオンラインモニタである搬送系内異物モニタ２２と処理装置内異物モニタ２４について、一実施例を示す。図２は半導体製造装置群１０の中でも特に大量不良の多い枚葉式ＣＶＤ装置１６の搬送系にオンラインモニタである異物モニタ１０１を適用した例である。異物モニタ１０１を有するローダ１０２と予備室１０３と反応室１０４と加熱部１０５とガスシステム１０６とコントローラ１０７と上位ＣＰＵ１０８から構成されている。ローダ部１０２に置かれたローダカセット１０９から予備室１０３に製品ウェハ１１１を搬送し、ゲートバルブ１１２を閉じ、予備室１０３を排気する。次に、ゲートバルブ１１３を開け、予備室１０３と反応室１０４の製品ウェハ１１１を交換し、ゲートバルブ１１３を閉じ、反応室１０４で膜生成を開始する。膜生成中に予備室１０３を大気圧に戻し、ゲートバルブ１１２を開け、製品ウェハ１１１を回収し、アンローダカセット１１０に搬送する途中で、異物モニタ１０１で製品ウェハ１１１上の異物を計測する。ゲートバルブ１１２直前に異物モニタ１０１を配し、膜生成前後の異物を比較しても良い。
【００２４】
次に、異物モニタ１０１の構成について図３より説明する。まず、異物モニタ１０１の異物検査開始側に設けたウェハ回転方向検出器１２１で製品ウェハ１１１のオリフラの方向を検出し、製品ウェハ１１１の回転方向を検出する。その後、異物検出光学系１２２で製品ウェハ１１１上の異物検査を全面において行う。次に異物モニタ１０１より得られた異物情報を異物情報処理系１２３で処理し、異物の異常発生があれば、アラーム等で知らせる、あるいは装置停止機能１２４により装置本体１２５を停止することができる。また、キーボード１２６とＣＲＴ１２７により異物表示を行なう。さらに、異物解析システム１２８と連動されており、データのやり取りが可能である。例えば、システム１２８より製品ウェハ１１１の名前、場所、サンプリング等ほしいデータの命令を送信することにより、異物情報処理系１２３よりそれらのデータを得ることができる。ここで、本異物モニタ１０１では、異物検出光学系１２２は異物情報処理系１２３とは別体に成っており、さらに、ステージ系を有しておらず、処理装置の搬送系を利用する構成と成っている。しかし、もちろんステージ系を有する構成も可能である。したがって、本異物モニタ１０１の外形寸法は、幅Ｗ、奥行きＬ、高さＨがそれぞれ１ｍ以内、あるいは、本異物モニタ１０１の幅Ｗがウェハの幅Ｗｗより短く、小型を可能にしている。また、本異物モニタ１０１は、自動較正機能を有しており、製造装置間及び工程間で製品ウェハ表面の反射率が異なるので、反射率を自動計測し、異物検出光学系の照明光量にフィードバックすることにより対処でき、めんどうな較正を必要としない。さらに、異物検出光学系１２２の検出レンズの焦点深度ｄは次式から算出され、０．１〜０．５mmと深いため自動焦点を必要としない。
【００２５】
【数１】
2006030215.tif 000003
【００２６】
ここで、λは光の波長、ＮＡは検出レンズの開口数である。さらに、小型なので、ユニット交換が可能であり、装置への搭載及びセッティングが容易な構造に成っており、メンテナンスが楽である。
【００２７】
図４よりウェハ回転方向検出器１２１の検出方法について説明する。数個以上の発光点１３１を有する照明系の下を製品ウェハ１１１がウェハ移動方向１３３に沿って通過し、１３２の位置から１３４の位置に移動する。図にウェハ回転方向検出器２１の照明系の発光点から出た照明光の製品ウェハ１１１上の軌跡１３５を示す。発光点Ａの場合、照明光が製品ウェハ１１１に当たる時間Asと製品ウェハ１１１からはずれる時間Aeを測定し、これを他の発光点Ｂ〜Ｇについても行う。以上のデータと製品ウェハ１１１の移動時間により製品ウェハ１１１のオリフラの方向を求め、製品ウェハ１１１の回転方向を計算する。また、製品ウェハ１１１の回転方向の検出方法として、スクライブエリア検出、チップ検出、アライメントマーク等特殊マーク検出がある。
【００２８】
したがって、本異物モニタ１０１は、ウェハ回転方向検出器１２１で得られた製品ウェハ１１１の回転方向と、図５に示すように、オリフラの延長線Ｘ軸とそれと直交し製品ウェハ１１１の外周と接するＹ軸の交点を仮想原点１４１とするオリフラ基準の座標あるいは回路パターン１４２の延長線の交点を仮想原点１４３とする回路パターン１４２基準の座標により、製品ウェハ１１１上の検出した異物の位置の情報を得ることができる異物座標管理が可能である。
【００２９】
また、装置内の発塵分布を知るため、図６に示すように、各製品ウェハ１１１の回転方向が様々な方向１４２、１４３、１４４、１４５で搬送されてきても、１４５のように、搬送方向１５０と製品ウェハ１１１の外周が接するｘ軸とそれと直行し製品ウェハ１１１の外周が接するｙ軸から成る製品ウェハ１１１の回転方向によらない装置基準の異物座標管理も有している。装置内に発塵があれば、１４６のように規則的な異物分布を示す。
【００３０】
さらに、本異物モニタ１０１のウェハ回転方向検出器１２１は、製品ウェハ１１１の回転方向を検出すると同時に製品ウェハ１１１の搬送速度を求めることができるので、製品ウェハ１１１の搬送速度に同期して検出器、例えば、ＣＣＤリニアセンサのスキャンスピードが変えられるように成っている。したがって、製品ウェハ１１１の搬送速度によらず、安定した検出性能が得られる。
【００３１】
図７に製品ウェハ１１１上の異物検査が高速でかつ構造が小型である空間フィルタを用いた異物検出光学系１２２の構成図の一実施例を示す。斜方照明光学系１５１と検出光学系１５２から成る。斜方照明光学系１５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系１５２は検出レンズとしてレンズアレイ１５３、レンズアレイのフーリエ変換面に空間フィルタ１５４、レンズアレイの結像位置に検出器１５５から成っている。
【００３２】
図８に斜方照明光学系１５１の構成図を示す。ここで、斜方照明とは製品ウェハ１１１の法線１６３からθ傾けた方向１６４より照明することを意味する。照明光源として小型で高出力の半導体レーザ１６１を用い、アナモルフィックプリズム１６２で高輝度コヒーレント光照明を可能にしている。製品ウェハ１１１上をコヒーレント光照明することにより検出レンズ１５３のフーリエ変換面において製品ウェハ１１１のパターンのシャープなフーリエ変換像が得られるためである。さらに、アナモルフィックプリズム１６２は照明アレイの隣接照明成分が影響しない広領域照明を可能にしている。隣接照明光の影響があると、検出レンズ１５３のフーリエ変換面において、隣接照明によるパターンのフーリエ変換像がずれて重なりフーリエ変換像の面積が増え、空間フィルタのフィルタ部分の面積も増えることになり、空間フィルタを通過する異物からの散乱光量が少なくなり、異物検出性能が低下するからである。
【００３３】
図９に検出光学系１５２の検出幅を示す。検出光学系１５２の検出幅１７０は製品ウェハ１１１の幅と同一であり、製品ウェハ１１１の送り１５６の１スキャン１５６のみで製品ウェハ１１１の全面を一括で検査することができ、高速検査が可能となる。
【００３４】
図１０に検出器１５５としてＣＣＤリニアセンサを用いた場合を示す。製品ウェハ１１１の幅を一括で検出するため、図のようにＣＣＤリニアセンサ１７１をちどり状に配置する。また、センサの重なり部分となる１７２についてはＢ列を削除し、Ａ列のデータを有効とする。
【００３５】
図１１に空間フィルタ１５４の構成図を示す。レンズアレイ１５３の各レンズ素子１８１にそれぞれの空間フィルタ１８２が対応する。
【００３６】
図１２に空間フィルタ１５４の詳細図を示す。製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンからの回折光１９１はレンズアレイ１５３のフーリエ変換面上の空間フィルタ１５４位置では規則的な像１９２となる。したがって、図に示すような空間フィルタ１５４で製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンを遮光することができ、検出器であるＣＣＤリニアセンサ１５５には取り込まれない。
【００３７】
空間フィルタ１５４には、製品ウェハ１１１の繰返しパターンのフーリエ変換像を乾板に焼き付けて作成する乾板方式の空間フィルタを用いる。したがって、空間フィルタ１５４の焼き付けた部分は製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンからの光は通過しない。または、液晶を用いた液晶方式の空間フィルタがある。まず、製品ウェハ１１１の規則性のある繰返しパターンからの回折光１９１のレンズアレイ１５３のフーリエ変換面上の空間フィルタ１５４位置での規則的な像１９２をＴＶモニタ等により検出し、像１９２に対応した液晶素子の位置を記憶させる。次に、記憶された液晶素子部分に電圧を加えることにより、その部分に当った光を遮蔽することができる。したがって、各工程の製品ウェハ毎の像に対応した駆動液晶素子を記憶し、フォーマット化することにより、各工程の製品ウェハ毎の液晶のオンオフによる空間フィルタが可能となる。
【００３８】
図１３に各工程の製品ウェハ１１１に対応した乾板方式による空間フィルタ群1001を示す。各工程の製品ウェハ１１１に対応した空間フィルタを乾板方式により作成し、図のようにリニアガイドステージ等の移動機構により交換し、検出レンズ１５３に対して位置決めすることにより、全ての工程の製品ウェハ１１１に対応することができる。
【００３９】
図１４に乾板方式によるアンド空間フィルタ２２１を示す。数種類の工程の空間フィルタのアンドを取ることにより、空間フィルタの数を減らすことができ、一つのアンド空間フィルタ２２２、２２３で数種類の工程の製品ウェハ１１１の繰返しパターンからの光を遮蔽することができる。したがって、アンド空間フィルタ２２１を用いることにより、工程の多い場合でも空間フィルタの数を減らすことができ、装置構成を簡単化することができる。また、この方法は、液晶方式の空間フィルタにも利用でき記憶するフォーマットの数を減らすことができる。しかし、全ての工程の空間フィルタのアンドを取り、１個のアンド空間フィルタも可能であるが、アンド空間フィルタを通過する異物からの散乱光量が少なくなり、異物検出性能が低下する。
【００４０】
次に、図１５に部分検査による異物検出光学系１２２の構成図の一実施例を示す。検出レンズとしてマイクロレンズ群２３１を用い、各マイクロレンズ２３１のフーリエ変換面に空間フィルタ２３２を配置し、さらに、検出器としてＣＣＤリニアセンサ２３３を配置する。したがって、解像度の高いマイクロレンズ２３１を用いることにより、レンズアレイ１５３を用いるより、さらに微小の異物を検出することができる。ただし、この方式においては、検出レンズとしてマイクロレンズ２３１ではなく、もちろん従来のレンズを用いた場合でも検査が可能である。部分検査の一実施例としてマイクロレンズ群２３１のピッチを製品ウェハ１１１のチップの間隔に合わせることにより、検査領域を有効にすることができる。
【００４１】
しかし、図１６の斜線部に示すように、マイクロレンズ群２３１一列だけでは製品ウェハ１１１上の部分検査となり、異物のモニタリング機能は果たせるが、製品ウェハ１１１の全面を検査することはできない。ここで、２３６はマイクロレンズ２３１が１個の検出幅である。しかし、製品ウェハ１１１を数スキャンすることにより、製品ウェハ１１１の全面検査が可能となる。または、図１７に示すようにマイクロレンズ２４１を２列あるいは数列のちどり状に配置することにより、製品ウェハ１１１の１スキャン１５６のみで全面検査が可能となる。尚、マイクロレンズ２４１のフーリエ変換面に空間フィルタ２４２を配置し、さらに、検出器としてＣＣＤリニアセンサ２４３を配置している。
【００４２】
また、図１５において、他の実施例として、斜方照明系１５１にパルス発光レーザを用いて製品ウェハ１１１上を広領域かつ高照度で照明する。さらに、検出器として２次元ＣＣＤセンサあるいはＴＶカメラ２３３を用いれば広領域で検出することができる。ここで、斜方照明系１５１において、パルス発光を行う場合は、検出器もそれに同期させて検出する。
【００４３】
以上において、空間フィルタを用いる場合は、各製品ウェハ１１１の回転方向が一定で搬送されてくる場合は、例えば、装置の搬送系途中にオリフラ位置合せ機構を設置し、空間フィルタの方向に製品ウェハ１１１の方向を合せることにより、空間フィルタ検出が可能となる。しかし、各製品ウェハ１１１の回転方向が様々な方向で搬送されてくる場合は、製品ウェハ１１１の繰返しパターンの方向も変わるため、製品ウェハ１１１の回転方向に合せ空間フィルタも回転する必要がある。図１５、図１７に示すマイクロレンズを用いると、隣接する空間フィルタは独立しているため、個々の空間フィルタを製品ウェハ１１１の回転方向に合せ回転すれば良い。しかし、レンズアレイを用いる場合は、隣接する空間フィルタは連なっているため、図１８に示すように製品ウェハ１１１の回転方向（オリフラの回転位置）２５１に合せ異物検出光学系１２２（２５３）を２５４のように回転し、２５２の方向にする必要がある。もちろんマイクロレンズを用いる場合でも、製品ウェハ１１１の回転方向２５１に合せ異物検出光学系１２２を回転しても良い。ここで、２５１の方向と２５２の方向は同一である。回転角は最大４５°であり、図１８の場合、回転する分、検出幅が長くなる。
【００４４】
また、空間フィルタを用いる場合は、製品ウェハ１１１上の規則的な繰返しパターン部の検査を行うことはできるが、それ以外の部分は検査できない。したがって、製品ウェハ１１１上の規則的な繰返しパターン部以外は、ソフト等で無効データあるいは検出禁止エリアとする。しかし、この場合、製品ウェハ１１１上の全ての点を異物をモニタするのではなく、ある特定の比率で製品ウェハ１１１上を監視しているが、繰り返しパターンの多いメモリの製造では、このメモリの繰り返し部だけをモニタするだけでも効果は大きい。
【００４５】
次に、図１９に白色光照明による異物検出光学系１２２の構成図の一実施例を示す。白色光による斜方照明系２６１と検出光学系２６２としてレンズアレイ１５３と検出器１５５から成っている。この方式を用いると、空間フィルタ方式に比べ異物の検出性能は低下する。しかし、図２０に示すように白色光照明検出２７１は空間フィルタを用いないレーザ照明検出２７２に比べて検出性能は高く、また、製品ウェハ１１１上の規則的な繰返しパターン部に限定せず、全面を検査することができる。ここで、異物からの検出出力は製品ウェハ１１１上の全てのパターンのピーク値を基準２７３にとっている。
【００４６】
次に、図２１にウェハ比較検査による異物検出光学系の構成図の一実施例を示す。斜方照明光学系１５１と検出光学系１５２から成る。斜方照明光学系１５１は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系１５２は検出レンズとしてレンズアレイ１５３あるいはマイクロレンズ群、検出レンズ１５３のフーリエ変換面に空間フィルタ１５４、検出レンズ１５３の結像位置に検出器１５５、さらに、検出器からの検出信号を画像処理する画像処理系２８０から成っている。まず、製品ウェハ１１１の１枚目を検出し画像としてメモリ２８２に記憶する。次に、２枚目の製品ウェハ１１１を検出した検出画像２８１と１枚目の記憶画像２８２を比較回路２８３により比較することにより、異物の顕在化を行なう。３枚目以降の製品ウェハ１１１検出画像２８１は、１枚目もしくは直前の２枚目の記憶画像２８２と比較する。本実施例では、空間フィルタ１５４を用いてパターンの情報を少なくしている。したがって、本異物検出光学系で検出する前にオリフラ位置合せ機構等を設置し、全ての製品ウェハ１１１の回転方向を空間フィルタの回転方向に合わせる。
【００４７】
図２２に異物モニタ１０１を用いた半導体ＦＡ（Factory Automation）のシステム図を示す。製品ウェハ１１１を一貫処理可能な一貫処理ステーション２９１、各種特殊処理に対応した各種ジョブステーション２９２、検査ステーション２９３、解析ステーション２９４から構成されており、各ステーションはクリーントンネル中の搬送系により結合されている。一貫処理ステーション２９１と各種ジョブステーション２９２において、特に大量不良の可能性の高いＣＶＤ装置やエッチング装置などには異物モニタ１０１を搭載して、装置内の異物監視を行なう。また、２９６、２９７のようにステーションの出入口の搬送系に異物モニタ１０１を搭載して、ステーション全体における異物監視を行なう。
【００４８】
なお、本発明は量産立上げ時においても、量産ラインの監視に有効であることは当然である。
【００４９】
次に本発明に係る小型異物モニタの他の具体的実施例を図２３から図３２を用いて説明する。
【００５０】
以下、本実施例の構成を図２３を用いて説明する。本実施例は、半導体レーザ１１１１、コリメータレンズ１１１２、ｘ拡散レンズ１１１３、集光レンズ１１１４、ｙ拡散レンズ１１１５、ミラー１１１６より構成される照明光学系１１１０と、結像レンズ１２１１，１２２１、空間フィルタ１２１２，１２２２、偏光板１２１３，１２２３、１次元検出器１２１４，１２２４より構成される検出光学系１２１０と、ウエハ搬送手段１３０１、自動焦点検出器１３１２、自動焦点位置決め機構１３１３より構成されるステージ系１３００と、Ａ／Ｄ変換器１４１１、閾値回路１４１２、２次元画像切り出し回路１４１３、パターン異物判断回路１４１４、パターン情報メモリ１４１８，１４１６、異物情報メモリ１４１７，１４１５より構成される信号処理系１４０１と、ＦＦＴ回路１５１１、繰り返し部除去回路１５１２、データメモリ１５１３、マイクロコンピュータ１５１５、データ表示系１５１６、異常表示アラーム１５１７より構成されるデータ処理系１５０１とにより構成される。
【００５１】
照明光学系１１１０では、半導体レーザ１１１１から射出した光が、コリメータレンズ１１１２により平面波になりｘ拡散レンズ１１１３によりｘ方向のみ広げられる。ｘ拡散レンズ１１１３より射出した光は集光レンズ１１１４によりｘ方向は平行な光束つまり平面波に、ｙ方向は集光される。その後ｙ拡散レンズ１１１５によりｙ方向のみ平行光束まで拡散される。結果的に、ｘ，ｙ方向とも平行光束つまり平面波でありｙ方向に長い直線上のビームとなり、ウエハ（半導体基板）１００１上を照明する。
【００５２】
図２４に照明光学系１１１０をｘ方向から見た構成を示し、図２５にｙ方向から見た構成を示す。ｙ方向には、ウエハ（半導体基板）１００１上の照明エリアを十分照明できるだけ広がり、ｘ方向には十分な照度になるよう絞り込んでいる。ただし、照明は平面波すなわちｘ方向にもｙ方向にも平行な光束になっている。
【００５３】
ここで、本実施例では、ｘ，ｙ方向とも平行光束つまり平面波にして照明しているが、近似的に平面波になる光学系であればよい。また、ここでは、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光を照射している。これにより、異物からの散乱光をパターンからの散乱光に対して相対的に向上する効果がある。但し、必ずしもｓ偏光である必要はなく、その他の直線偏光あるいは楕円、円偏光であっても本発明の目的を達成する上では差し支えない。
【００５４】
検出光学系１２１０では、ウエハ１００１上の検査位置１００２から射出した光束を結像レンズ１２１１，１２２１により、空間フィルタ１２１２，１２２２、偏光板１２１３，１２２３を通して、１次元検出器１２１４，１２２４上に結像する。偏光板１２１３，１２２３は、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直な光（Ｓ偏光）を遮光している。この偏光板は、異物からの散乱光をパターンからの散乱光に対して相対的に向上する効果がある。但し、必ずしも必要ではなく、省いても本発明の目的を達成する上では差し支えない。
【００５５】
また、検出光学系の結像レンズ１２１１は、図２６に示したような通常のレンズを用いても、あるいは、図２７に示したような屈折率変化型のレンズアレイを用いてもよい。いずれの場合も、照明光学系１１１０として、図２４及び図２５に示したような平面波を照明できるような光学系を用いる場合、空間フィルタ１２１２，１２２２をはじめとした構成上の相違点はない。
【００５６】
図２８に照明光学系及び検出光学系の平面図を示す。検出光学系１２１０，１２２０，１２３０，１２４０，１２５０，１２６０および１次元検出器１２１４，１２２４，１２３４，１２４４，１２６４を複数配置し、ウエハの直径Ｌ全域をカバーできるようにしている。また、各照明光学系１１１０，１１２０，１１３０，１１４０，１１５０，１１６０はそれぞれ１次元検出器１２１４〜１２６４の検出エリアを照明するように配置している。この構成で、ウエハ全域を平行光束すなわち平面波で照明できる。この構成では、一つの検査領域にたいして一つの照明方向から照明している。この構成により、空間フィルタの効果が十分に発揮される。仮に一つの照明領域が複数の方向から照明された場合、空間フィルタ上でこれら複数の照明による回折パタ−ンが重複するため空間フィルタによる遮光領域を大きくする必要がある。このように遮光領域を大きくした場合、この遮光領域により検出すべき光信号をも遮光してしまうことになる。一つの方向から照明することによりこれを防ぐことができる。
【００５７】
ステージ系１３００では、ウエハ１００１をウエハ搬送手段１３０１上に載置した後、ウエハ搬送手段１３０１はｘ方向に移動する。ここで、ウエハ搬送手段１３０１は、他の処理装置、具体的には、成膜装置、エッチング装置、露光装置などの半導体製造検査装置のもつ搬送系である。もちろん、本発明の異物検査装置が、この搬送手段を持ち合わせていてもよい。また、自動焦点検出系１３１２により、ウエハ１００１と本発明による装置との距離が測定され、その結果を基に自動焦点制御系１３１３によりウエハ１００１と本発明による装置との距離が最適になるよう制御される。この制御は検査開始前に１度だけされれば十分であるが、ウエハ搬送手段１３０１の精度によっては、検査中に実時間で制御される必要がある場合もある。
【００５８】
信号処理系１４１０では、１次元検出器１２１４からの検出信号をＡ／Ｄ変換器１４１１、閾値回路１４１２を通過し、２値化された１ビットの信号が５×５の２次元画像切り出し回路１４１３に送られ、図に示した論理式によるパターン異物判定回路１４１４によりパターンと異物が判定される。すなわち、中央の点の論理値をＰ（０、０）とすると、以下の式（数２）が成立するときｐ（０，０）の信号を異物と判断し、以下の式（数３）が成立するときパターンと判断する。
【００５９】
【数２】
2006030215.tif 000004
【００６０】
【数３】
2006030215.tif 000005
【００６１】
判断された結果は、１次元検出器１２１４の基本クロックから求められる座標信号によりパターンメモリ１４１５および異物メモリ１４１６に格納される。ここで、閾値回路１４１２から異物メモリ１４１６までの回路は、３系統等の複数用意してあり、閾値回路１４１２の閾値を段階的に変えておく。このような回路構成により必要十分な機能を有しながら回路規模が小型になるという効果を持つ。ここで、この信号処理系は各検出光学系１２１０〜１２６０の信号を処理するため、信号処理系１４１０〜１４６０が設けられている。
【００６２】
データ処理系１５０１では、異物メモリ１４１６のデータからＦＦＴ回路１５１１により異物マップデータがフーリエ変換され、繰り返し部除去回路１５１２によりチップ間の繰り返し部が除去される。こうして得られた異物データは異物メモリ１５１３に座標及び閾値が格納されると共に、この異物数が許容範囲より大きい場合、アラーム１５１７より警報信号が出される。この警報信号が出された場合、作業者は、ラインの動作を止めると共に、異物の発生原因を追求し、対策を施す。また、マイクロコンピュータ５１５より指令することにより、異物のマップデータ、座標データ等が表示系１５１６に出力される。また、本発明では、パターンのデータもメモリ１４１６に格納されている。このデータは、このパターン部では異物検査を実施していないことを意味する。従って、パターンデータの全体面積に対する比率は、検査面積比率を意味する。この検査面積比率が、所定の値より小さい場合は、検査装置のエラーあるいは、ウエハプロセスのエラーの可能性がある。従って、この場合も、アラーム１５１７より警報を出す。
【００６３】
図５１に、信号処理系１４１０とデータ処理系１５０１の機能を兼ねた異物パターン判断系を示す。データ処理系１５０１では、ウエハ内のチップの繰り返し性を利用してチップ周辺の非繰り返しパターンを識別除去している。この機能は、図５１に示した回路によっても達成される。
【００６４】
この実施例は、２次元画像切り出し回路１４１３に替えて画像切り出し回路１４２０をもつ。画像切り出し回路１４２０は切り出し部１４２１、１４２２及び被判断部１４２３より構成される。この切り出し部１４２１、１４２２は、被判断部１４２３に対して試料上でのチップピッチｐ離れた位置の画像を切り出せるように配置されている。ここで、ウエハは、回転誤差Δα、チップ転写誤差、結像倍率誤差、２値化による誤差などによるチップ間隔誤差Δｐを持っているため、画像切り出し部１４２１、１４２２は被判断部１４２３に対して概ね±Δα、±Δｐの余裕を持っている。この値は、実験的に、あるいは装置の製作精度を基に設計されればよい値であるが、本実施例の場合画素サイズを７μｍとして、Δｐを１．５画素、Δαを０．５度とし、ピッチが１０ｍｍ程度として、Δｗ（＝Δα・ｐ）を１２．５画素としている。この画像切り出し回路１４２０から切り出された信号は、図２３に示した信号処理系に準じて処理される。２次元切り出し回路１４１３では切り出された正方形の周辺部を式１に従ってロの字形に論理積を取るのに対し、切り出し部１４２１、１４２２の全域にわたって論理積が取られる。すなわち、２次元切り出し回路１４１３では切り出された正方形の周辺部をＰ（ｉ，ｊ）としているのに対し、切り出し部１４２１、１４２２では切り出された全域をＰ（ｉ，ｊ）としている。このＰ（ｉ，ｊ）の形状が異なるだけでパターンの判断は式１で、異物の判断は式２で示される。
【００６５】
この構成では、ＦＦＴ回路１５１１および繰り返し部除去回路１５１２を省略することができる。
【００６６】
以下、動作を図２３ないし図３２により説明する。
【００６７】
本発明では、超微細パターンの形成された超ＬＳＩ上の異物を高速高精度でしかも小型の装置で検査するため、パターンの繰り返し性に着目している。従来の装置では、ウエハの全面積を高速高精度で検査するため、高性能の大型の装置が用いられていた。ところが、半導体生産の歩留りを向上するためには、必ずしも、全面積に付いて異物検査をするよりも、むしろ、全面積検査を犠牲にして、全ウエハ検査を実施した方が良いという結果が判明した。従来装置を用いる限り、ウエハを適当な頻度でサンプリングして検査するしかなく、この検査方法では、一度、不良が発生したとき大量の不良をつくり込んでしまう可能性がある。このような、全ウエハ検査をする場合、ウエハの全面積を検査しなくても、装置発塵、プロセス発塵等の不良を発見できる。
【００６８】
そこで、メモリーに代表されるＬＳＩには、繰り返しのパターンが大きな比率で存在することに着目した。ＤＲＡＭ，ＳＲＡＭ等では、８０％以上、マイクロコンピュータ、カスタムＬＳＩ等でも多くの場合、３０％以上である。このような比率で有れば、この繰り返し部だけの検査で十分である。繰り返し部の欠陥、異物の検査では、光学的なフィルタリングを用いた非繰り返し部の強調検出技術が有効である。そこで、この技術を適した。この方法は、空間フィルタの作成方法が課題である。
【００６９】
図２９に示したような基本パターン１０１０の繰り返しパターンに図２３に示した装置で光を照明した場合、図３０に示したような規則的な回折パターン１０１１が空間フィルタ１２１２，１２２２で観察される。この回折パターン１０１１は図２９に示したパターンからの回折にによるものである。ここで、図２９上に異物１０１２が存在した場合、この異物１０１２からの回折光は、規則的な回折パターン１０１１とは異なった不規則な形状になり、例えば図３０上のパターン１０１３のように観察される。そこで、この空間フィルタ１２１２，１２２２上で回折パターン１０１１を遮光するようなフィルタを設ければ、パターン１０１４の情報は削除され１次元検出器１２１４，１２２４上では、異物１０１２の情報のみが図１１のように観測される。すなわち本発明により、異物１０１２のみが選択的に検出されたことになる。
【００７０】
ここで、パターン１０１４のピッチｐと回折パターン１０１１のピッチθ（観測点２から結像レンズ１２１１，１２２１へ入射する回折パターンの角度で示している。）との関係は、照明光学系１１１０の射出する光の波長λとして以下の式（数４）で示される。
【００７１】
【数４】
2006030215.tif 000006
【００７２】
従って、ｐが小さいほどθは大きくなる。すなわち、ＬＳＩがより微細化し、ｐが小さくなるほど回折パターンのθは大きくなり結像レンズ２１１に入射する回折パターンは減少し空間フィルタの形状は簡単になるという利点がある。
【００７３】
また、同じ製品の場合、基本パターン１０１０の形状は変わっても位置ピッチは変わらないため回折パターンの基本的な形状は変わらない。つまり、同じ製品を検査する限り、回折パターンの形状はほぼ変わらず、従ってこれを遮光する空間フィルタの形状もほぼ変わらないという特徴を有する。この特徴を利用し、各製品毎に各工程の回折パターンの形状を測定しそれら全ての回折パターンを遮光するような空間フィルタを作成しても、そのフィルタが結像レンズの開口全てを遮光するようなことはないことに着目した。このように各工程毎の回折パターンをすべて遮光するようなフィルタを用いることにより空間フィルタの交換を省くことができる。また、特にメモリの製造ラインでは製品が少なく製品の変更も少ないため効果的である。
【００７４】
ここで、本発明では、結像レンズ１２１２，１２２２に屈折率変化型のレンズアレイを用いると装置をさらに小型に構成できる。屈折率変化型レンズアレイは、小型の光学系が構成できるためファクシミリ、電子複写機等に用いられている。光学系を小型にするという目的を達成する為にはこの屈折率変化型のレンズアレイは効果的である。しかしながら本発明では空間フィルタを用いる必要がある。従来、屈折率変化型のレンズアレイにもフーリエ変換面があり空間フィルタを用いることができることは着目されていなかった。本発明では、この屈折率変化型のレンズアレイに空間フィルタを用いることができることに着目して、屈折率変化型のレンズアレイを用いた小型の異物モニターを実現した。空間フィルタの構成、作用は上述したものと同一であり、各レンズ１つ１つに上述の空間フィルタを設置すればよい。またこの屈折率変化型のレンズアレイの空間フィルタの位置は図３１に示すようにレンズの射出側の端面になる。
【００７５】
図３２に空間フィルタの形状を示す。特に、最も簡便にかつ任意のパターンに対し効果を出すには図３２（ａ）に示した直線上のものがよい。また、この直線上の空間フィルタよりパターンとの弁別性能を出すには図３２（ｂ）に示した様な形状のものが必要になる。さらに、製品内の各工程全てで使用できる形状の１例を図３２（ｃ）に示す。
【００７６】
図３３に異物の検出例を示す。
【００７７】
ここで高速小型の異物検査装置を実現する上で、この空間フィルタを用いた方法は従来技術（特許公開昭和６２−８９３３６号）に示した偏光検出法より適している。この理由を図３４、３５、３６を用いて説明する。
【００７８】
試料に光を照明し異物からの散乱光を検出する方法では、試料表面に形成されたパターンからの散乱光がノイズになる。このノイズは、図３４（ｃ）に示したように検出器２００６の画素（１つの信号として検出される最小単位）サイズが大きいほど大きくなる。ノイズ源になるパターンは試料上ほぼ全面に形成されているため、ノイズは画素サイズに比例して大きくなる。
【００７９】
一方で、画素数が多いほど検査時間がかかるため、高速検査を実現するためには画素サイズを大きくする必要がある。したがって、画素サイズを大きくして、ノイズレベルも小さくする必要がある。このノイズレベルを小さくする方法として、小泉他、「ＬＳＩウエハパターンからの反射光の解析」、計測自動制御学会論文集、１７−２、７７／８２（１９８１）に、偏光を利用した方法が解析されている。これによれば、偏光を利用することによって、パターンからの散乱光（ノイズ）を減衰させることができる。ところがこの方法による散乱光の減衰率は、上記論文に解析されている通り、検出器の方向に依存する。このため、結像光学系を用いたように様々な方向に射出した光を集光する場合、それぞれの減衰率を積分すると減衰率は０．１％から０．０１％程度になる。
【００８０】
これに対し、本出願の空間フィルタを用いた方法では、減衰率を０．００１％から０．０００１％にできる。この理由を図３５、３６を用いて説明する。繰り返しパターンの形成されたウエハ２００１を照明光２００２で照明し、照明した領域をレンズ系２００３、２００５を用いて検出器２００６に結像する。ここで、空間フィルタ２００４を載置したフーリエ変換面でのパターンからの射出光の強度分布を図３６に示す。繰り返しパターンからの射出光はパターンのピッチに応じた位置に集中する。この集中の比率を算出した例として、複スリットの場合の回折光強度分布が久保田宏著、「応用光学」（岩波）に説明されている。
これによれば、スリットの数（本出願では同時に照明される繰り返しパターンの数）が多くなれば、集中の比率が大きくなる。この比率はフーリエ変換Ｆ［］を用いても算出できる。照明されたパターンの形状をａ（ｘ，ｙ）とすると、空間フィルタの位置の光強度分布はＦ［ａ（ｘ，ｙ）］となる。空間フィルタの形状をｐ（ｕ，ｖ）とすると、ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］が、空間フィルターを通過する光となる。また空間フィルタに相補的な図形の形状を￣ｐ（ｕ，ｖ）とすると、￣ｐ（ｕ，ｖ）＊Ｆ［ａ（ｘ，ｙ）］は、空間フィルタによって遮光される光成分である。この２つの成分の比率が先の減衰率になる。パターンの繰り返し数が３の時のこの減衰率を算出すると０．００１％程度である。繰り返し数が５の時０．０００１％程度になり、さらに繰り返し数を多くすれば減衰率は低下する。従って、偏光を用いるよりも減衰率を低くでき、パターンノイズを低減できることになる。
【００８１】
以上の計算は、パターン形状及びその他の条件が理想的な場合であって、現実の実験結果とは必ずしも一致しない可能性がある。しかしながら、偏光方式よりも１桁から３桁減衰率が低下し、パターンノイズを低減できるという実験結果を得ている。
【００８２】
次に本発明の小型異物モニタの他の実施例を図３４から図４７を用いて説明する。図３４に異物検出器の検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す。小型異物モニタの課題として高速・小型化がある。同図（ａ）に異物検出光学系を示す。ウェハ２００１上のパターンと異物からの散乱光を検出レンズ２００３を通して、検出器２００６で検出する。検出器２００６からの検出信号は検出器２００６の１画素毎に出力される。同図（ｂ）に検出器２００６の１画素に相当するウェハ上の大きさが小画素の場合と大画素の場合を示す。検出時間Ｔはウェハの面積Ｓ、検出器のデータ取り込み時間ｔ、検出器の画素サイズｗ、検出器の画素数ｎとして以下の式（数５）で示される。
【００８３】
【数５】
2006030215.tif 000007
【００８４】
式（数５）より、高速・小型を実現するためには、ｗを大きくすることと、ｎを増やして並列処理を行うことが最も有効である。しかし、同図（ｃ）に示すように、ｗを大きくすると、ｗに比例してウェハ２００１上のパターンからのノイズレベルも増加する。したがって、ｗを大きくして、異物検出性能を維持するためには、パターンからのノイズレベルを低減する必要がある。
【００８５】
そこで、次に、パターンからのノイズレベルを低減するために、空間フィルタ法によるノイズ低減の効果について説明する。図３５は空間フィルタを用いた異物検出光学系の構成図を示す。検出レンズ２００３のフーリエ変換面に空間フィルタ２００４を設置している。ノイズであるウェハ２００１上の繰返し性のあるメモリパターンからの回折光２００７は、検出レンズ２００３を通過後、空間フィルタ２００４で遮光する。また、ウェハ２００１上の異物からの散乱光２００８は検出レンズ２００３、空間フィルタ２００４、結像レンズ２００５を通過して検出器２００６で検出される。
【００８６】
ここで、図３５の空間フィルタ２００４面におけるパターン回折光２００７のｘ方向の光強度分布を図３６に示す。同図において、空間フィルタ２００４の透過部分（Ａ）と遮光部分（Ｂ）に相当するパターン回折光２００７の光強度の比、即ちＡ：Ｂは１：１０5となり、空間フィルタ２００４を設置することにより、パターンノイズを１／１０5に低減することができる。従来の異物検査装置に用いられた偏光フィルタ法では、パターンノイズ低減は１／１０2であるため、検出器の画素サイズが同一であれば、ノイズ低減レベルは１０3向上し、異物検出感度も向上する。したがって、異物検出感度の目標設定を従来の異物検査装置の性能以下にすることにより、検出器の画素サイズの大画素化を行うことができ、異物検出光学系の高速・小型化が可能となる。
【００８７】
なお、空間フィルタで遮光できるパターンは繰返し性のあるメモリパターンであり、メモリパターン部以外はソフト等で無効データあるいは検出禁止エリアとする。
【００８８】
図３７に空間フィルタ法を適応した場合の異物検出光学系における弁別比を示す。ここで、異物検出系光学系における検出レンズ２００３は結像レンズも兼ねているため、結像レンズを必要としない。検出器２００６からの検出信号分布より、異物の検出信号をＳ、パターンノイズをＮとすると弁別比をＳ／Ｎで表す。次に、図３８に検出器の画素サイズと弁別比の関係を示す。ここでは、異物として２μｍ標準粒子の例を示す。異物をパターンから安定して弁別するためには、弁別比１以上を必要とする。したがって、同図より、２μｍ標準粒子をパターンから弁別して検出するためには、検出器の画素サイズは20μｍ以下であれば良いことがわかる。
【００８９】
次に、図３９に照明領域と検出領域を示す。検査時間Ｔは、検査幅Ｌｘ、Ｌｙ、検出器の画素サイズｗ、検出器の読みだしクロック周波数ｆとして以下の式（数６）で示される。
【００９０】
【数６】
2006030215.tif 000008
【００９１】
また、有効照明光強度Ｐは、照明パワーＰ0、照明幅Ｗｘ、Ｗｙとして以下の式（数７）で示される。
【００９２】
【数７】
2006030215.tif 000009
【００９３】
ここで、Ｗｘ≒Ｌｘであるため、式（数７）は式（数８）で示される。
【００９４】
【数８】
2006030215.tif 000010
【００９５】
総照明光量Ｐｔは式（数６）と式（数８）より、式（数９）で示される。
【００９６】
【数９】
2006030215.tif 000011
【００９７】
したがって、検出信号強度Ｉは、異物信号係数Ｋ2と式（数９）より、式（数１０）で示される。
【００９８】
【数１０】
2006030215.tif 000012
【００９９】
式（数１０）より、Ｉはｗ・ｆの関数となる。
【０１００】
以上の結果を基に、図４０に装置仕様を決定するための性能図を示す。画素サイズと検査時間の関係、画素サイズと弁別比の関係、画素サイズ・検出器のクロック周波数と検出信号の関係の３図により装置仕様を決定する。例えば、２０秒の検査時間を実現するために、画素サイズと検査時間の関係より、検出器のクロック周波数を２ＭＨｚに設定すれば、検出器の画素サイズは13μｍで良い。その時、画素サイズと弁別比の関係より、２μｍ異物のパターンからの弁別比は２であり、パターンから弁別することができる。最後に、画素サイズ・検出器のクロック周波数と検出信号の関係より、２μｍ異物の検出信号は、画素サイズ・クロック周波数で決まり、60mVであり、検出器で検出可能である。以上の様に、３つの性能図により、装置の検出異物寸法と検査時間の仕様を任意に決定することができる。
【０１０１】
図４１は空間フィルタ法を用いた異物検出光学系の装置構成を示す図である。異物検出光学系は、製品ウェハ２００１の一軸走査２０１０で製品ウェハ２００１全面が検査可能な構成に成っている。そのため、異物検出光学系は照明光学系２０１１と検出光学系２０１３に分け、それぞれユニット構成に成っている。検査対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下に説明する。例えば、８ユニットでウェハ２００１全幅を検査するためには、１ユニットの照明領域及び検出領域２０１２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検査対象ウェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのうち６ユニットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系２０１３は、検出レンズ２０１４、検出レンズ２０１４のフーリエ変換面に設置された空間フィルタ２０１５、検出器としてリニアセンサ２０１６で構成されている。検出レンズ２０１４の外形寸法が検出幅より大きい場合は、本実施例の同図に示すようにちどり状に配置することによりウェハ２００１全幅を確保することができる。また、検出レンズ２０１４の外形寸法が検出幅以下の場合、あるいは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検査の場合には直線状に配置することができる。ここで用いている空間フィルタ２０１５は検出光学系２０１３がちどり状の場合は４ユニット構成を２組使用し、検出光学系２０１３が直線状の場合は８ユニット構成を１組使用する。リニアセンサ２０１６からの検出信号は異物検出処理（別体）２０１７で処理され、異物データとして出力する。
【０１０２】
なお、検出光学系２０１３がちどり状の場合は２組、検出光学系２０１３が直線状の場合は１組の空間フィルタ２０１５の交換は、ウェハ２００１の品種間により行う必要があるが、工程にはほとんど依存せず、１品種ウェハを１種類の空間フィルタ２０１５で対応可能である。
【０１０３】
次に本実施例のうちの仕様の一例を示す。照明光学系は、照明光源として波長７８０ｎｍ、出力２００ｍＷの半導体レーザを用い、照明光入射角度は上方から６０°でウェハ上の２６×１ｍｍ2の領域を照明する。検出光学系は、検出レンズとして投影レンズ（５０ｍｍＦ２．８を用い、検出倍率１倍（検出ＮＡ＝０．１）で検出する。検出器には画素サイズ１３μｍ、画素数２０４８、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセンサ、あるいは、異物弁別性能の高い画素サイズ７μｍ、画素数４０９６、駆動周波数４ＭＨｚのＣＣＤリニアセンサを用いる。
【０１０４】
次に、図４２はパターンノイズ光のウェハ回転角度による影響を示す一例図である。ウェハ２００１が回転すると、ウェハ２００１のパターンからの回折光もウェハ２００１に応じて回転する。したがって、異物検出光学系２０２１に対してウェハ２００１が回転していると、異物検出光学系２０２１の空間フィルタの遮光部分からウェハ２００１のパターンからの回折光が漏れてくる。したがって、パターンからの回折光の漏れ光すなわちパターンノイズ光は、空間フィルタの遮光幅とウェハの回転角度の関数となる。ここで、ウェハの回転角度θは、異物検出光学系２０２１の中心線２０２０とウェハ２００１の中心線２０００の角度を表す。しかし、空間フィルタの遮光幅を広げると異物からの散乱光も減光するため、最適幅を求める必要がある。そこで、従来のプリアライメント装置ではウェハの回転角度を±２°以内に抑えることができるので、異物検出性能、例えば、２μｍ異物をパターンから弁別して検出できる空間フィルタの遮光幅を最適幅とした場合のウェハの回転によるパターンノイズ光の変化の一例を同図に示す。
【０１０５】
異物検査のモニタとしての機能を有するためには、できるだけ焦点深度の深い異物検出系が必要である。
【０１０６】
焦点深度は、検出画素サイズの大きさにより、検出レンズのＮＡから計算される焦点深度より大きい値を得ることができる。
【０１０７】
検出画素サイズが検出異物サイズより十分小さければ、焦点深度ｄは、検出レンズの開口数に依存し、光の波長λ、検出レンズの開口数ＮＡとして以下の式（数１１）で示される。
【０１０８】
【数１１】
2006030215.tif 000013
【０１０９】
式（数１１）において、例えば、λ＝780nm、ＮＡ＝0.1の場合はｄ＝39μｍとなる。また、検出画素サイズが検出異物サイズより十分大きければ、焦点深度は、検出画素サイズに依存する。この場合、検出画素サイズを相当解像度ａ’とすると、相当開口数ＮＡ’との関係は以下の式（数１２）で示される。
【０１１０】
【数１２】
2006030215.tif 000014
【０１１１】
さらに、式（数１２）におけるＮＡ’を式（数１１）のＮＡに代入すると、実際の焦点深度ｄが得られる。例えば、ａ’＝13μｍとすると、ＮＡ’＝0.037となり、ｄ＝285μｍとなる。
【０１１２】
したがって、検出器の大画素化により、異物検出系の焦点深度を深くする効果がある。
【０１１３】
図４３はウェハステージの高さによる異物検出出力の変化を示す一例図である。λ＝780nm、ＮＡ＝0.1、検出画素サイズ13μｍを用いた場合の５μｍ異物の検出出力の変化を示している。同図より、焦点深度は±70μｍである。この値は検出レンズの開口数から得られる値（39μｍ）と検出画素サイズから得られる値（285μｍ）の間の値に成っている。したがって、13μｍの検出画素サイズは５μｍ異物に対して十分大きくないが、焦点深度を深くしている。
【０１１４】
以上のように、検出レンズの開口数を小さくすることと、検出画素サイズを大きくすることにより、焦点深度を深くすることができ、ウェハの搬送系の高さ方向の位置制御をラフにすることが可能である。
【０１１５】
次に、本小形異物モニタリング装置に用いる照明光学系の１ユニットの構成を示す。ウェハ上を片側は検査領域を十分照明できるように広げ、片側は十分な照度になるように絞り込み、線状照明が可能な構成となっている。照明光源が点光源であれば、両側とも平面波すなわち平行な光束ができる。ここで、照明光を平行光にすると、検出光学系の空間フィルタ位置の像をシャープにすることができ、空間フィルタによるパターンの遮光性能を高くし、異物検出性能も高くすることができる。しかし、例えば、照明光源として小形の半導体レーザを用いる場合、高出力になるにしたがって、発光点の片側の長さが長くなる。したがって、片側は平面波すなわち平行な光束はできない。そこで、それに対応した照明光学系の実施例を２種類示す。ただし、ウェハ上の線状照明のうち、ビームの長い方向をｙ方向、ビームの短い方向をｘ方向とする。
【０１１６】
１つ目の方式の構成を図４４に示し、同図（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１の発光点２１００の長い方向がｘ方向、発光点２１００の短い（点光源に近い）方向がｙ方向である。ただし、ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明になるようにλ／２板を挿入する。
【０１１７】
同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６を用い、光束を絞ってウェハ２００１上を照明する。同図（ｂ）のｙ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２１０２〜レンズ２１０６を用い、光束を広げ平行光にする。この方式はｘ方向の光束を容易に絞り込むことができるので、照明の高照度化が可能である。この方法では、ｘ方向の光束を平行光ではなくある角度をもって絞り込むため検出光学系の空間フィルタ面におけるｘ方向の回折パターンは長くなるが、図３２に示すような直線状の空間フィルタを用いることによってパタ−ンからの回折光を遮光することができる。図４５は図４４の照明光学系を用いた場合の検出検出光学系の空間フィルタ面におけるウェハ上の回折パターンの平面図の一例を示す。ウェハ上のパターンからの回折パターンの１点の大きさは、ｘ方向は照明の開口数に依存しｘ１＝数ｍｍ、ｙ方向は平行光であるためｙ１＝数μｍになり、ｙ方向のみシャープな光となる。ウェハの向きにより同図（ａ）に示すようにｙ方向のピッチｐｙがｘ方向のピッチｐｘより短い場合には空間フィルタの遮光率が高くなり、異物からの検出出力も低下する。そこで、ウェハを９０°回転することにより、ウェハ上のパターンからの回折パターンは同図（ｂ）に示すようになり、ｙ方向のピッチは同図（ａ）におけるｐｘと同一であり、空間フィルタの遮光性能を向上することができる。このように、ｙ方向に回折パターンのピッチの長い方がくるようにウェハの向きを予め設定することにより、異物からの検出出力を更に向上することができる。このウエハの最適な向きは、予めデ−タとして入力することができる。また、一度回折パターンの向きを見てウェハの最適な向きを検出し、以後はその最適な向きの上方を用いる。
【０１１８】
２つ目の方式の構成を図４６に示し、同図（ａ）にｘ方向から見た構成を示し、同図（ｂ）にｙ方向から見た構成を示す。ここで、半導体レーザ２１０１の発光点２１００の短い（点光源に近い）方向がｘ方向、発光点２１００の長い方向がｙ方向である。ただし、ウェハ上においてＰ偏光照明であればＳ偏光照明になるようにλ／２板を挿入する。
【０１１９】
同図（ａ）のｘ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２２０２〜レンズ２２０７を用い、光束を絞って平行光にする。同図（ｂ）のｙ方向は、半導体レーザ２１０１から射出した光はレンズ２２０２〜レンズ２２０７を用い、光束を広げウェハ２００１上を照明する。しかし、ｘ方向の発光点２１００の長さが数十μｍと長いため、平行光にすることができない。ここで光源２１００は、レンズ２２０２〜レンズ２２０７、結像レンズ２０１４を通して空間フィルタ２０１５の位置に結像する。この総合結像倍率は空間フィルタの遮光性能より数十μｍ以下が最適であるため、１倍前後になるようにする。
【０１２０】
図４７に図４６の照明光学系を用いた場合の検出検出光学系の空間フィルタ面におけるウェハ上のパターンからの回折パターンの平面図の一例を示す。空間フィルタ面におけるウェハ上のパターンからの回折パターンの１点の大きさは、ｘ方向は平行光であるためｘ２＝１００μｍ程度、ｙ方向は照明光源の大きさに比例するのでｙ２＝数十μｍになり、ウェハの向きに依らず、ｘ方向、ｙ方向とも比較的シャープな光が得られ、空間フィルタの遮光性能を高くすることができる。
【０１２１】
次に本発明の小型異物モニタの偏光検出法による異物検出光学系の他の実施例を図４８から図４９を用いて説明する。
【０１２２】
偏光検出法はメモリパターンに限定しないでウェハ全面の全てのパターンから異物を弁別して検出することが可能である。
【０１２３】
図４８は検出レンズとして屈折率変化型のレンズアレイを用いた異物検出光学系の構成図を示す。斜方照明光学系３００２と検出光学系３００３から成る。斜方照明光学系３００２は図に示すように１個以上の照明アレイに成っている。検出光学系３００３は検出レンズとして屈折率変化型のレンズアレイ３００４、偏光素子として偏光板３００５、屈折率変化型のレンズアレイ３００４の結像位置に検出器３００６から成っている。照明アレイによりウェハ全幅を照明する線状照明にし、ウェハ全幅を検出する。したがって、ウェハ３００１の一軸走査３０１０でウェハ３００１全面を検査できる。照明アレイ３００２の照明角度は水平方向から数度上方より行い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射する。また、ウェハ３００１上のパターン及び異物からの散乱光は、屈折率変化型のレンズアレイ３００４を通過後、偏光板３００５でＰ偏光（磁界ベクトルが照明の入射面に平行な成分の直線偏光）のみを通過させ、パターンからの散乱光を減じ異物からの散乱光を強調させて、検出器３００６で検出する。
【０１２４】
図４９は検出レンズとして通常のレンズを用いた異物検出光学系の装置構成図を示す。異物検出光学系は、製品ウェハ３００１の一軸走査３１１０で製品ウェハ３００１全面が検査可能な構成に成っている。そのため、異物検出光学系は照明光学系３１１１と検出光学系３１１３に分け、それぞれユニット構成に成っている。検査対象ウェハがφ２００ｍｍの場合について以下に説明する。例えば、８ユニットでウェハ３００１全幅を検査するためには、１ユニットの照明領域及び検出領域３１１２は、２５ｍｍにすれば良い。したがって、検査対象ウェハがφ１５０ｍｍの場合は、８ユニットのうち６ユニットを用いれば良い。１ユニットの検出光学系３１１３は、検出レンズ３１１４、偏光板３１１５、検出器としてリニアセンサ３１１６で構成されている。検出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅より大きい場合は、本実施例の同図に示すようにちどり状に配置することによりウェハ３００１全幅を確保することができる。また、検出レンズ３１１４の外形寸法が検出幅以下の場合、あるいは、ウェハ上を限定する検査すなわち部分検査の場合には直線状に配置することができる。照明ユニット３１１１の照明角度は水平方向から数度上方より行い、磁界ベクトルが照明の入射面に垂直になるような直線偏光（Ｓ偏光）でウェハ３００１上を照射する。また、ウェハ３００１上のパターン及び異物からの散乱光は、検出レンズ３１１４を通過後、偏光板３１１５でＰ偏光（磁界ベクトルが照明の入射面に平行な成分の直線偏光）のみを通過させ、パターンからの散乱光を減じ異物からの散乱光を強調させて、リニアセンサ３１１６で検出する。リニアセンサ３１１６からの検出信号は異物検出処理（別体）３１１７で処理され、異物データとして出力する。
【０１２５】
図５０に本発明の位置付けと機能を示す。ＬＳＩの量産立上げの主要作業のうちの１つに、異物の発生原因を究明して対策を施す作業があり、それには発生異物を検出して元素種などを分析することが発生原因探求の大きな手がかりになる。一方、量産ラインでは、これらの異物をいち早く感知し対策を施す必要がある。異物発生からその感知までの時間が経過した場合、不良の発生数は大きくなり歩留まりは下がる。したがって、高い歩留まりを維持するためには異物発生からその感知までの経過時間を短縮することが欠かせない。また、ウェハ上の異物個数の厳密な検出実験により、異物個数は徐々に増減するものではなく、突発的に増減することが新たに判明した。同図（ａ）にＣＶＤ等の処理装置内で発生する製品ウェハ上の異物数の時間推移を示す。同図（ｂ）に従来方式を示す。従来装置はスタンドアローン型であり、量産ラインで処理したウェハを検査装置の個所に持ち込んで異物の検査をする抜取り検査であった。したがって、ウェハの搬送、異物検査に時間を要したため、検査の頻度すなわちサンプリングは、同図（ａ）に示すように、１ロット、あるいは数ロット、あるいは１日毎に１枚であり、検査枚数に限界があった。このようなサンプリングでは突発的な異物の増加が見落とされたり、増加したまましばらく経ってから検出されたりすることになり、相当数の不良（ドカ不良）が発生することになる。すなわち、このようなサンプリングでは、異物の発生を十分に早く感知したとはいえない。そこで、同図（ｃ）に示すように、異物モニタリング装置を小型にした小形異物モニタを処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系中に載置し、小形異物モニタからの異物データを異物管理システムに取り込むことにより、異物管理を枚葉で行うことができる。したがって、本小形異物モニタを用いることにより、同図（ａ）に示すように、モニタのサンプリングタイムを短くでき、枚葉の実時間サンプリングが可能で、異物検査の効果を最大限に出すことができる。
【０１２６】
本発明の機能としては次の５項目がある。、処理装置の搬送系に取付け可能な大きさ、すなわち、小形であり、ウェハの枚葉検査ができる高速検査が可能であり、処理装置毎の異物管理ができるように処理装置のオプションになりうる安価な価格である。また、モニタであるためセッティングが容易でメンテナンスフリーになっている。
【０１２７】
以下、空間フィルタの実施例を図５２から図５５を用いて説明する。この空間フィルタは、液晶表示素子を用いて構成しても良いが、液晶素子の場合、特定の偏光方向の光だけしか使用できない。また、光の減衰率が小さいためパターンからの回折光を十分に遮光できない問題がある。そこで、空間フィルタを金属板等を用い機械的に構成するのが良い。
【０１２８】
空間フィルタは、図４４、４５で説明したように直線状のパターンの集合で構成される。（もちろん空間フィルタは図４５（ａ）に示したような点の集合を遮光するように一回り大きい点の集合であるのが望ましいが、ここで示したような直線の集合であっても十分その機能は果たし、かつ構成が単純であるという効果もある。）この直線状パターンのピッチと位相を合わせればよい。図５２にこの金属板を用いたピッチ可変空間フィルタ１２７０の一実施例を示す。
【０１２９】
この実施例は、照明光学系１１１０、検出光学系１２１０、ステージ系１３００、信号処理系１４０１データ処理系１５０１より構成される点は、図２３に示した実施例と同じである。
【０１３０】
ここで半導体レーザ１１１１の射出口１０２１が図５２に示すように縦長に配置された場合、図４４の照明系を用いると、空間フィルタの直線方向は、図５２に示したように照明光束の入射面に平行になる。この場合、空間フィルタの位置合わせとして、空間フィルタの中心にある直線状パターンを基準にして直線状パターンのピッチを合わせるだけでよい。この場合、空間フィルタのピッチ可変機構は単純に構成できる。
【０１３１】
図５２のピッチ可変空間フィルタ１２７０の構成を図５３に示す。ピッチ可変空間フィルタ１２７０は、金属あるいは金属酸化物あるいはプラスチック等の遮光率の高い材料で形成された複数の直線上パターン１２７１、ばね状支持具１２７２、支持具１２７３、固定手段１２７４、ねじ１２７５、ネジ駆動手段１２７６、より構成される。ここで、ネジ１２３５には、１２７７部に右ネジ、１２７８部に左ネジが形成されている。ここで、ネジ駆動手段１２７６によりねじ１２７５を回転させることにより直線状パターン１２７１間のピッチを変えることができる。この、ネジ駆動手段１２７６の駆動は、ウエハ搬入時に、ウエハ上のチップピッチｐと同時にチップ内のセルピッチｄを受け取ることにより、直線上パターン１２７１間のピッチが算出された値に従って制御される。ここで、ばね状支持具１２７２はゴムであってもよい。
【０１３２】
またここで、この空間フィルタ１２７０のピッチは広いダイナミックレンジで変えることは難しい。例えば、ピッチを１／１０にする場合、ねじ１２７５は空間フィルタとして必要な長さの１０倍の長さが必要になるからである。そこで、空間フィルタ１２７０を複数個重ねて設置しておき、ピッチを小さく変化させる場合は、重ねたまま先の可変機構で可変し、大きく変化させる場合は重ねたそれぞれの空間フィルタをずらすことによって小さなピッチを実現できる。もちろん必要に応じ、可変機構とずらすことを同時にもできる。
【０１３３】
ここで、空間フィルタ１２７０の中央部の直線状パターン１２７９は、他の直線状パターンより太く構成されるのが望ましい。これは、中央部の回折光すなわち０次回折光は光強度が強く回折光の強度分布の幅がひろいため、十分に回折光を遮光するためには幅の広い直線状パターンを必要とするためである。
【０１３４】
また、ここでは、駆動機構の一実施例を示したが、本発明を実施するに当たって、ここに示した実施例である必要はなく、遮光性の高い直線状パターン１２７１を駆動する構成であれば他の駆動機構であっても良い。具体的には、図５４に示すような構成であってもよい。この実施例では、直線状パターン１２７１はリンク１２９１で支持されており、リンク駆動機構１２９２でリンク１２９１の傾きを変えることによりピッチを変える構成である。
【０１３５】
また、空間フィルタのピッチが大きくできる方向、すなわちウエハ上のパターンのピッチｄが小さい方向にウエハの向きを設定すれば尚良い。
【０１３６】
図５５、５６に示すように、照明光学系１１１０として、図４５に示した光学系を用いた場合、空間フィルタの中央部にやや大きめの直線状空間フィルタ１２７９を照明の入射面に平行に配置し、これに垂直に直線状パターンを配置する必要がある。この場合、空間フィルタの位置合わせとしてピッチと位相を調整する必要がある。照明の入射角をα、直線状回折パターンの射出角をθn、照明光の波長をλ、ウエハ上のパターンの基本ピッチをｄとすると、以下の式が成り立つ。
【０１３７】
【数１３】
2006030215.tif 000015
【０１３８】
従って、この式（数１３）を成立するような可変機構を構成する必要がある。具体的には、図５５に示したピッチ可変空間フィルタ１２７０を９０度回転した方向に配置し、ピッチの調整の他に、ピッチ可変空間フィルタ１２７０全体を直線状パターン１２７１に垂直な方向に移動することによって、位相を調整する。この位相の調整は位相調整手段１２８１により行う。また、この構成では、空間フィルタの中心位置に照明の入射面に平行にやや太め具体的には、直線状パターンの１から３倍程度の遮光板を配置するとよい。
【０１３９】
直線状パターンの太さは、実験的に求めるのがよいが、設計的には、照明系の光源１１１１の空間フィルタ上での像の大きさの１割から２割増しに設定されるべきである。但し、空間フィルタの調整機構の精度を考慮する場合、さらに大きな余裕を設ける必要がある。
【０１４０】
また、図２３の構成は６チャンネルの並列で説明しているが、６チャンネルでなくても良く、ウエハのサイズ、検査時間等の仕様により決定されるものである。
【０１４１】
ここでは、図４４、４５に示した光学系で照明光学系を構成した場合の空間フィルタ機構を説明したが、ここに、説明しない他の照明系を用いた場合であっても機械的な空間フィルタを用いることによって、遮光率を向上できるため、パターンからの回折光を効率的に遮光でき、異物の検出感度を向上することができる。
【０１４２】
また、空間フィルタのピッチ及び幅をさらに細かくしたい場合、ここに示した機械構成では精度が不足することになる。この場合、「マイクロメカニズム」として紹介されている方法を用いて可変空間フィルタを作ることができる。
【０１４３】
以上の構成は、製品のチップ間ピッチ、セルピッチ等のデータを受け取ることにより、自動的に空間フィルタのピッチを変えることができるため、空間フィルタを製品毎に交換する手間が省けるという効果を有する。
【０１４４】
空間フィルタを製品毎に作成しておき、この空間フィルタを自動的に交換してもよい。その一例を図１３に示す。この方法は、図２８に示した検出器１２５４、１２３４、１２１４の３つのフィルタを一つの基板上に設置し、これを交換するものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の一実施例を示す半導体製造工程の量産立上げ及び量産ラインの異物検査方法及びその装置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の一実施例を示す異物モニタを搭載した枚葉式ＣＶＤ装置の平面図である。
【図３】異物モニタの構成図である。
【図４】ウェハ回転方向検出器の検出方法を示す図である。
【図５】異物座標管理のための製品ウェハ基準の座標を示す図である。
【図６】異物座標管理のための装置基準の座標を示す図である。
【図７】異物検出光学系の構成図である。
【図８】斜方照明光学系の構成図である。
【図９】検出光学系の検出幅を示す図である。
【図１０】検出器の構成図である。
【図１１】空間フィルタの構成図である。
【図１２】空間フィルタの詳細図である。
【図１３】各工程の製品ウェハに対応した乾板方式による空間フィルタ群の構成図である。
【図１４】乾板方式によるアンド空間フィルタの構成図である。
【図１５】部分検査による異物検出光学系の構成図である。
【図１６】部分検査による異物検出光学系の検出エリアを示す図である。
【図１７】２列に配置したマイクロレンズ方式による異物検出光学系の構成図である。
【図１８】レンズアレイを用いた場合のウェハ回転による空間フィルタ検出方法を示す図である。
【図１９】白色光照明による異物検出光学系の構成図である。
【図２０】白色光照明による異物検出性能を示す図である。
【図２１】ウェハ比較検査による異物検出光学系の構成図である。
【図２２】異物モニタを用いた半導体ＦＡのシステム図である。
【図２３】本発明に係る異物検査装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２４】図２３においてｘ方向からみた照明光学系の側面図である。
【図２５】図２３においてｙ方向からみた照明光学系の側面図である。
【図２６】図２３における結像レンズの一実施例を示す図である。
【図２７】図２３における結像レンズの一実施例を示す図である。
【図２８】図２３に示す光学系の配列を示す平面図である。
【図２９】ウエハ上パターンを示す平面図である。
【図３０】回折パターンを示す平面図である。
【図３１】屈折率変化型レンズを示す図である。
【図３２】空間フィルタを示す平面図である。
【図３３】異物の検出例を示す図である。
【図３４】検出画素サイズとノイズレベルの関係を示す図である。
【図３５】空間フィルタを用いた異物検出光学系の構成図である。
【図３６】空間フィルタ面における光強度分布を示す図である。
【図３７】異物件卯光学系における弁別比を示す図である。
【図３８】検出画素サイズと弁別比の関係を示す図である。
【図３９】照明領域と検出領域を示す図である。
【図４０】装置仕様を決定するための性能図である。
【図４１】異物検出光学系の装置構成を示す図である。
【図４２】パターンノイズ光のウェハ回転角度による影響を示す一例図である。
【図４３】ウェハステージ高さによる異物検出出力の変化を示す一例図である。
【図４４】照明ユニットの側面図である。
【図４５】空間フィルタ面における回折パターンの平面図である。
【図４６】照明ユニットの側面図である。
【図４７】空間フィルタ面における回折パターンの平面図である。
【図４８】偏光検出による異物検出光学系の構成図である。
【図４９】偏光検出による異物検出光学系の装置構成図である。
【図５０】本発明の位置付けと機能を示す図である。
【図５１】信号処理系の実施例を示すブロック図である。
【図５２】可変空間フィルタを用いた本発明の一実施例を示す構成図である。
【図５３】図５２に示す場合の可変空間フィルタの具体的構成図である。
【図５４】図５２に示す場合の可変空間フィルタの他の具体的構成図である。
【図５５】可変空間フィルタを用いた本発明の他の一実施例を示す構成図である。
【図５６】図５５に示す場合の可変空間フィルタの具体的構成図である。
【符号の説明】
【０１４６】
10…半導体製造装置群、20…センシング部、24…真空内異物モニタ、30…ユーティリティ群、40…サンプリング部、50…検出部、60…分析部、63…STM/STS、70…対応システム、80…半導体製造工程の量産立上げおよび量産ライン異物検査システム、81…オンライン異物検査装置システム、82…オフライン異物検査システム、101…異物モニタ、111…製品ウェハ、121…ウェハ回転方向検出器、122…異物検出光学系、123…異物情報処理系、124…装置停止機能、128…異物解析システム、151…斜方照明光学系、152…検出光学系、153…レンズアレイ、154…空間フィルタ、155…検出器、201…空間フィルタ群、221…アンド空間フィルタ、231…マイクロレンズ群、280…画像処理系、1110…照明光学系、1210…検出光学系、1410…信号処理系、1211,1221…結像レンズ、1212,1222…空間フィルタ
【図１】
2006030215.tif 000016
【図２】
2006030215.tif 000017
【図３】
2006030215.tif 000018
【図４】
2006030215.tif 000019
【図５】
2006030215.tif 000020
【図６】
2006030215.tif 000021
【図７】
2006030215.tif 000022
【図８】
2006030215.tif 000023
【図９】
2006030215.tif 000024
【図１０】
2006030215.tif 000025
【図１１】
2006030215.tif 000026
【図１２】
2006030215.tif 000027
【図１３】
2006030215.tif 000028
【図１４】
2006030215.tif 000029
【図１５】
2006030215.tif 000030
【図１６】
2006030215.tif 000031
【図１７】
2006030215.tif 000032
【図１８】
2006030215.tif 000033
【図１９】
2006030215.tif 000034
【図２０】
2006030215.tif 000035
【図２１】
2006030215.tif 000036
【図２２】
2006030215.tif 000037
【図２３】
2006030215.tif 000038
【図２４】
2006030215.tif 000039
【図２５】
2006030215.tif 000040
【図２６】
2006030215.tif 000041
【図２７】
2006030215.tif 000042
【図２８】
2006030215.tif 000043
【図２９】
2006030215.tif 000044
【図３０】
2006030215.tif 000045
【図３１】
2006030215.tif 000046
【図３２】
2006030215.tif 000047
【図３３】
2006030215.tif 000048
【図３４】
2006030215.tif 000049
【図３５】
2006030215.tif 000050
【図３６】
2006030215.tif 000051
【図３７】
2006030215.tif 000052
【図３８】
2006030215.tif 000053
【図３９】
2006030215.tif 000054
【図４０】
2006030215.tif 000055
【図４１】
2006030215.tif 000056
【図４２】
2006030215.tif 000057
【図４３】
2006030215.tif 000058
【図４４】
2006030215.tif 000059
【図４５】
2006030215.tif 000060
【図４６】
2006030215.tif 000061
【図４７】
2006030215.tif 000062
【図４８】
2006030215.tif 000063
【図４９】
2006030215.tif 000064
【図５０】
2006030215.tif 000065
【図５１】
2006030215.tif 000066
【図５２】
2006030215.tif 000067
【図５３】
2006030215.tif 000068
【図５４】
2006030215.tif 000069
【図５５】
2006030215.tif 000070
【図５６】
2006030215.tif 000071
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月5日(2005.10.5)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、
レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大して成形し、
該ビーム径を拡大して成形したレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料に照射し、
該レーザが照射された前記試料からの光を対物レンズで集光し、
該対物レンズで集光された前記試料からの光の一部を該対物レンズのフーリエ変換面上に配置した空間フィルタで遮光し、
該空間フィルタを透過した前記試料からの光による像を結像させ、
該結像させた前記試料からの光の像を撮像し、
該撮像して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、
レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大して成形して偏光の状態を調整して前記試料の表面に斜めの方向から前記試料の表面の撮像領域に照射し、
該レーザが照射された前記試料の表面の撮像領域からの光による像を結像させ、
該結像させた前記試料の表面の撮像領域からの光の像を撮像し、
該撮像して得た前記試料の画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
前記試料は一方向に連続的に移動し、前記成形したレーザを前記試料の表面上で前記移動する方向に対して直角な方向に長い領域に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記試料の表面からの光を対物レンズで集光し、該対物レンズで集光した光の一部を空間フィルタで遮光し、該空間フィルタを透過した光による像を結像させることを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記空間フィルタは、前記対物レンズのフーリエ変換面に配置されており、前記試料の表面に形成されたパターンのうち、繰り返しパターンからの光を遮光することを特徴とする請求項１または４に記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、
レーザを発射するレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大するビームエキスパンダ部、および該ビームエキスパンダ部でビーム径を拡大させたレーザのビーム形状を成形するビーム形状成形部を有し、該ビーム形状成形部で成形したレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料を照明する照明光学系手段と、
該照明光学系手段により照明された前記試料からの反射光を対物レンズおよび該対物レンズのフーリエ変換面に配置した空間フィルタを介して像検出器の検出面上に結像させて検出する検出光学系手段と、
該検出光学系手段で前記反射光の像を検出して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、
レーザを発射するレーザ光源と、
該レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大するビームエキスパンダ部、該ビームエキスパンダ部でビーム径を拡大させたレーザのビーム形状を成形するビーム形状成形部、およびビーム形状を成形したレーザの偏光の状態を調整する偏光制御部を有し、前記ビーム形状成形部で成形し前記偏光制御部で偏光の状態が制御されたレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料の撮像領域を照明する照明光学系手段と、
該照明光学系手段により前記レーザ光で照明された前記試料の表面の撮像領域からの光による像を結像させる結像光学系手段と、
該結像光学系手段で結像させた前記撮像領域からの光の像を検出する像検出手段と、
該像検出手段で前記撮像領域からの光の像を検出して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理手段と、
を備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
前記試料を載置して少なくとも一方向に移動可能なテーブル手段を更に備え、
前記照明光学系手段は、前記テーブル手段により一方向に移動する前記試料の表面上の前記移動する一方向に対して直角な方向に長い領域に前記成形したレーザを照射することを特徴とする請求項６または７に記載の欠陥検査装置。
【請求項９】
前記結像光学系手段は、前記試料の表面からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズで集光した光の一部を遮光する空間フィルタと、該空間フィルタを透過した光を結像させる結像レンズと、を備えることを特徴とする請求項７に記載の欠陥検査装置。
【請求項１０】
前記空間フィルタは、前記対物レンズのフーリエ変換面に配置されており、前記試料の表面に形成されたパターンのうち、繰り返しパターンからの反射光を遮光することを特徴とする請求項７に記載の欠陥検査装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の目的は、処理装置の入口、または該出口、または、複数の処理装置の間の搬送系に設置して実時間で半導体基板上の異物の発生状況を検出できるようにした量産ラインの半導体製造工程における欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の欠陥検査方法は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大して成形し、該ビーム径を拡大して成形したレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料に照射し、該レーザが照射された前記試料からの光を対物レンズで集光し、該対物レンズで集光された前記試料からの光の一部を該対物レンズのフーリエ変換面上に配置した空間フィルタで遮光し、該空間フィルタを透過した前記試料からの光による像を結像させ、該結像させた前記試料からの光の像を撮像し、該撮像して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出するものである。
また、本発明の他の欠陥検査方法は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する方法であって、レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大して成形して偏光の状態を調整して前記試料の表面に斜めの方向から前記試料の表面の撮像領域に照射し、該レーザが照射された前記試料の表面の撮像領域からの光による像を結像させ、該結像させた前記試料の表面の撮像領域からの光の像を撮像し、該撮像して得た前記試料の画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出するものである。
さらに、本発明の欠陥検査装置は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、レーザを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大するビームエキスパンダ部、および該ビームエキスパンダ部でビーム径を拡大させたレーザのビーム形状を成形するビーム形状成形部を有し、該ビーム形状成形部で成形したレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料を照明する照明光学系手段と、該照明光学系手段により照明された前記試料からの反射光を対物レンズおよび該対物レンズのフーリエ変換面に配置した空間フィルタを介して像検出器の検出面上に結像させて検出する検出光学系手段と、該検出光学系手段で前記反射光の像を検出して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理手段と、を備えたものである。
また、本発明の他の欠陥検査装置は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する装置であって、レーザを発射するレーザ光源と、該レーザ光源から発射されたレーザのビーム径を拡大するビームエキスパンダ部、該ビームエキスパンダ部でビーム径を拡大させたレーザのビーム形状を成形するビーム形状成形部、およびビーム形状を成形したレーザの偏光の状態を調整する偏光制御部を有し、前記ビーム形状成形部で成形し前記偏光制御部で偏光の状態が制御されたたレーザを前記試料の表面に斜めの方向から入射させて前記試料の撮像領域を照明する照明光学系手段と、該照明光学系手段により前記レーザ光で照明された前記試料の表面の撮像領域からの光による像を結像させる結像光学系手段と、該結像光学系手段で結像させた前記撮像領域からの光の像を検出する像検出手段と、該像検出手段で前記撮像領域からの光の像を検出して得た画像信号を処理して前記試料の表面の欠陥を検出する画像処理手段と、を備えたものである。
本発明の量産ラインにおける異物検査装置は、上記実時間サンプリングを実現するものであり、異物モニタリング装置を小型にし、半導体製造ラインの処理装置の入出力口あるいは処理装置間の搬送系中に載置できるように構成した。即ち本発明は、複数の処理装置を備えた量産半導体製造ラインにおいて、照明アレイから成る斜方照明系とレンズアレイまたはマイクロレンズ群から構成された結像光学系と該結像光学系のフ−リエ変換面に配置された空間フィルタと上記結像光学系の結像位置に配置された検出器とを備えて半導体基板上の異物の発生状況を検出する異物モニタリング装置を、所定の処理装置の入口、または該出口、または複数の処理装置の間の搬送系に設置して該処理装置による半導体基板上の異物の発生状態を検出することを特徴とする半導体製造工程における異物発生状況解析装置である。