(57)【要約】【課題】被検査体の表面内を均一な検出感度にて検査することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供する。【解決手段】表面検査装置は、被検査体移動ステージ、照明装置と、検査座標検出装置、光検出器と、Ａ／Ｄ変換器と、異物・欠陥判定部、を有する。照明装置は、検査座標検出装置によって得られた照明スポットの半径方向の位置に基づいて、照明スポットの円周方向の寸法を変化させるように構成されている。照明スポットが被検査体上を外周部から中心部に移動する間に、照明スポットにおける照射光量密度が一定となるように構成されている。【選択図】図１
2011209148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査体を回転させながら半径方向に沿って直進させるように構成された被検査体移動ステージと、前記被検査体の表面上にレーザ光の照明スポットを生成する照明装置と、前記被検査体上の照明スポットの位置を検出する検査座標検出装置と、前記照明スポットからの散乱光を検出して散乱光検出信号に変換する光検出器と、前記散乱光検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから前記被検査体の表面の異物又は欠陥を判定する異物・欠陥判定部と、を有し、
前記照明装置は、前記検査座標検出装置によって得られた前記照明スポットの半径方向の位置に基づいて、前記照明スポットの円周方向の寸法を変化させるように構成されており、前記照明スポットが前記被検査体上を外周部と中心部の間にて走査される間に、前記照明スポットにおける照射光量密度が一定となるように構成されている表面検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記照明スポットの円周方向の寸法Ｄｃは、被検査体上に設定した基準位置に基づいて次の式によって決めることを特徴とする表面検査装置。
Ｄｃ∝Ｄm×（Ｒm/Ｒc）        
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法
Ｒｃ：照明スポットの半径方向の位置
Ｒm：基準位置の半径方向の位置
Ｄm：基準位置における照明スポットの円周方向の寸法
【請求項３】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記異物・欠陥判定部は、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから不用なノイズを除去する可変フィルタ機能を備えており、該可変フィルタ機能は、デジタルデータから除去する信号の周波数領域を決めるパラメータであるカットオフ周波数を有しており、該カットオフ周波数は、前記光検出器から得られる散乱光検出信号の波形形状に基づいて制御されるように構成されている表面検査装置。
【請求項４】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記照明スポットにおける照射光量密度は、前記被検査体上のエネルギー照射量が被検査体の物性を変化させることがない値となるように設定されていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記Ａ／Ｄ変換器におけるサンプリング周波数は、照明スポットが被検査体の最外周部にあるときに前記光検出器から得られる散乱光検出信号の波形の半値幅に基づいて、設定されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記照明装置は、レーザ光を発生する光源と、該レーザ光のビーム幅を調整するビームエキスパンダと、を有し、前記ビームエキスパンダは、前記検査座標検出装置によって得られた前記照明スポットの半径方向の位置に基づいて、前記照明スポットの円周方向の寸法を変化させるよう構成されていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項７】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記検査座標検出装置は、前記照明スポットの円周方向の角度座標である主走査座標位置θと半径方向の直線座標である副走査座標位置Ｒを検出することを特徴とする表面検査装置。
【請求項８】
請求項７記載の表面検査装置において、
前記検査座標検出装置によって検出された主走査座標位置θと副走査座標位置Ｒに基づいて、前記異物・欠陥判定部によって判定された異物又は欠陥の主走査座標位置θと副走査座標位置Ｒを検出する異物・欠陥座標検出部を有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項９】
請求項１記載の表面検査装置において、
前記照明スポットの半径方向の寸法Ｄｒが、前記被検査体の１回転当りの半径方向の走査量Δｒより大きいことを特徴とする表面検査装置。
【請求項１０】
被検査体を回転させながら半径方向に沿って直進させるステップと、
前記回転及び直進している被検査体の表面上にレーザ光の照明スポットを生成する照明スポット生成ステップと、
前記被検査体上の照明スポットの位置を検出する検査座標検出ステップと、
前記照明スポットからの散乱光を検出して散乱光検出信号に変換するする光検出ステップと、
前記散乱光検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換ステップと、
前記デジタルデータから被検査体の表面の異物又は欠陥を判定する異物・欠陥判定ステップと、を有する表面検査方法において、
前記照明スポット生成ステップは、前記照明スポットの半径方向の位置に基づいて、前記照明スポットの円周方向の寸法を変化させ、前記照明スポットが前記被検査体上を外周部と中心部の間にて走査される間に、前記照明スポットにおける照射光量密度が一定となるように構成されている表面検査方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の表面検査方法において、
前記照明スポットの円周方向の寸法Ｄｃは、被検査体上に設定した基準位置に基づいて次の式によって決めることを特徴とする表面検査方法。
Ｄｃ∝Ｄm×（Ｒm/Ｒc）        
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法
Ｒｃ：照明スポットの半径方向の位置
Ｒm：基準位置の半径方向の位置
Ｄm：基準位置における照明スポットの円周方向の寸法
【請求項１２】
請求項１０記載の表面検査方法において、
前記Ａ／Ｄ変換ステップでは、前記デジタルデータから不用なノイズを除去する可変フィルタ機能を用いており、該可変フィルタ機能は、デジタルデータから除去する信号の周波数領域を決めるパラメータであるカットオフ周波数を有しており、該カットオフ周波数は、前記光検出ステップにて得られる散乱光検出信号の波形形状に基づいて制御されるように構成されている表面検査方法。
【請求項１３】
半導体ウエーハを回転させながら半径方向に沿って直進させるように構成された被検査体移動ステージと、前記半導体ウエーハの表面上にレーザ光の照明スポットを生成する照明装置と、前記半導体ウエーハ上の照明スポットの位置を検出する検査座標検出装置と、前記照明スポットからの散乱光を検出して散乱光検出信号に変換するする光検出器と、前記散乱光検出信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから前記半導体ウエーハの表面の異物又は欠陥を判定する異物・欠陥判定部と、を有し、
前記照明スポットが前記半導体ウエーハ上を外周部と中心部の間にて走査される間に、前記照明スポットにおける照射光量密度が一定となるように前記照明装置からの照明光が制御されるように構成された表面検査装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記照明スポットが前記半導体ウエーハ上を外周部と中心部の間にて走査される間に、前記照明スポットの円周方向の寸法は外周部では小さく中心部では大きくなるように変更するように構成された表面検査装置。
【請求項１５】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記Ａ／Ｄ変換器におけるサンプリング周波数は、前記照明スポットが前記半導体ウエーハの最外周部にあるときに前記光検出器から得られる散乱光検出信号の波形の半値幅に基づいて、設定されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項１６】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記異物・欠陥判定部は、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから不用なノイズを除去する可変フィルタ機能を備えており、該可変フィルタ機能は、デジタルデータから除去する信号の周波数領域を決めるパラメータであるカットオフ周波数を有しており、該カットオフ周波数は、前記光検出器から得られる散乱光検出信号の波形形状に基づいて制御されるように構成されている表面検査装置。
【請求項１７】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記異物・欠陥判定部は、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから不用なノイズを除去する可変フィルタ機能を備えており、該可変フィルタ機能は、デジタルデータから除去する信号の周波数領域を決めるパラメータであるカットオフ周波数を有しており、該カットオフ周波数は、前記照明スポットの円周方向の寸法に基づいて制御されるように構成されている表面検査装置。
【請求項１８】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記照明スポットの円周方向の寸法Ｄｃは、被検査体上に設定した基準位置に基づいて次の式によって決めることを特徴とする表面検査装置。
Ｄｃ∝Ｄm×（Ｒm/Ｒc）        
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法
Ｒｃ：照明スポットの半径方向の位置
Ｒm：基準位置の半径方向の位置
Ｄm：基準位置における照明スポットの円周方向の寸法
【請求項１９】
請求項１３記載の表面検査装置において、
前記照明装置は、レーザ光を発生する光源と、該レーザ光のビーム幅を調整するビームエキスパンダと、を有し、前記ビームエキスパンダは、前記検査座標検出装置によって得られた前記照明スポットの半径方向の位置に基づいて、前記照明スポットの円周方向の寸法を変化させるよう構成されていることを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検査体の表面を検査する技術に関し、特に、光の散乱を解析することによって表面を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、ベアウェーハにパターンを転写し、エッチングで削ることによって回路を形成する。このような回路を形成する過程で、ベアウェーハ表面に異物が付着したり、欠陥が生じることがある。これは、歩留まりを低下させる大きな要因となる。各製造工程では、ベアウェーハ表面に付着した異物や欠陥を管理するために、表面検査を行う。表面検査装置により、ベアウェーハ表面に付着している異物やウェーハ表面に存在する欠陥などを高感度、及び、高スループットで検出する。
【０００３】
ウェーハの表面検査方法として、電子ビーム等の荷電粒子線を用いる方法と、光を用いる光学的方法がある。光学的方法には、カメラを用いてウェーハ表面の画像を撮影し、画像情報を解析する方法と、ウェーハ表面で散乱された光を光電子増倍管のような受光素子で検出し光の散乱の程度を解析する方法がある。後者の方法の一例として特許文献１記載のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１４３８３０号公報
【特許文献２】米国特許7548308号
【特許文献３】特開２００８−２０３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光の散乱を解析する方法では、一般に、レーザ光をウェーハ表面に照射し、異物から発生する散乱光を検出器で検出する。検出器からの信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、デジタルデータから、異物・欠陥の大きさを算出する。検査の高スループット化のため、ワーク（ウェーハ）を搭載した検査テーブルを高速回転させながら、水平方向に移動させる方式が採用されている。ワーク上における照射スポットの軌跡は、螺旋状となる。異物・欠陥の大きさ情報とステージからの座標情報に基づいて、ワーク全面の異物・欠陥マップを算出する。
【０００６】
光の散乱を解析する方法では、ワークを高速回転させるため、外周部では円周方向の線速度は大きく、中心部では円周方向の線速度は小さい。一方、レーザ光の照射スポット寸法は一定であり、外周部と中心部では同一である。従って、外周部では単位時間あたりの照射光量密度が小さく、中心部では単位時間あたりの照射光量密度が大きい。
【０００７】
一般に、異物・欠陥の検出感度ＳＮＲは、下記の式のように照射光量密度の平方根と比例関係にある。
【０００８】
ＳＮＲ∝√（（Ｐ×Δｔ）÷ｓ）×√λ      式１
ＳＮＲ：ノイズ信号比（Signal To Noise Ratio）
Ｐ：レーザ光量
Δｔ：照射時間
ｓ：照射スポット面積
λ：レーザ波長
【０００９】
従って、異物・欠陥の検出感度ＳＮＲは、外周部では検出感度が低く、中心部では検出感度が高い。即ち、従来の表面検査装置では検出精度の変動とばらつきが生じ易い。
【００１０】
本発明の目的は、被検査体の表面内を均一な検出感度にて検査することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の表面検査装置は、被検査体を回転させながら半径方向に沿って直進させるように構成された被検査体移動ステージと、被検査体の表面上にレーザ光の照明スポットを生成する照明装置と、前記被検査体上の照明スポットの位置を検出する検査座標検出装置と、前記照明スポットからの散乱光を検出して電気信号に変換するする光検出器と、前記電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器によって得られるデジタルデータから被検査体の表面の異物又は欠陥を判定する異物・欠陥判定部と、を有する。
【００１２】
前記照明装置は、前記検査座標検出装置によって得られた前記照明スポットの半径方向の位置に基づいて、前記照明スポットの円周方向の寸法を変化させるように構成されており、前記照明スポットが前記被検査体上を外周部と中心部の間にて走査される間に、前記照明スポットにおける照射光量密度が一定となるように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、被検査体の表面内を均一な検出感度にて検査することができる表面検査装置及び表面検査方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の表面検査装置の例の概略構成を示す図である。
【図２Ａ】本発明の表面検査装置における照明装置の例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の表面検査装置における照明スポットを示す図である。
【図３】本発明の表面検査装置における照明スポットの変化を示す図である。
【図４】本発明の表面検査装置における光照射光量密度の変化を示す図である。
【図５Ａ】通常の表面検査装置における信号周波数特性を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の表面検査装置における信号周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の表面検査装置における可変フィルタの動作を示す図である。
【図７】本発明の表面検査装置における走査量を示す図である。
【図８】本発明の表面検査装置における照明スポットの変化処理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明するが、本発明の装置及び方法は、各図面に示された構成に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々変形可能である。
【００１６】
図１に、本発明による異物・欠陥を検査するための表面検査装置の例を示す。本例の表面検査装置は、被検査体を真空吸着により支持するチャック１０１と、被検査体に照明光を照射し、その散乱光を検出する照明・検出光学系１２０と、チャック１０１に支持された被検査体を移動させる移動ステージ１０２を有する。ここでは、被検査体の例として半導体ウェーハ１００の場合を説明する。照明・検出光学系１２０は、照明装置２００と光検出器２１２を有する。被検査体移動ステージ１０２は、被検査体を回転させる回転ステージ１０３、被検査体をＸＹ方向に移動させる直進ステージ１０４、及び、被検査体をＺ方向に移動させるＺステージ１０５を有する。
【００１７】
移動ステージ１０２の回転ステージ１０３と直進ステージ１０４によって、半導体ウェーハ１００を回転させながら、半径方向に沿って移動させることができる。即ち、水平方向の回転移動θと直進移動Ｒを時間と共に組合せて変化させることができる。照明装置２００からのレーザ光によって、半導体ウェーハ１００上に照明スポットが形成される。半導体ウェーハ１００は回転運動と直進運動を行うから、照明スポットは、半導体ウェーハ１００上で螺旋状に走査させることができる。円周方向の走査を主走査と称し、半径方向の走査を副走査と称する。
【００１８】
本例の表面検査装置は、更に、異物・欠陥判定系、異物・欠陥座標検出系、上位ＣＰＵ１０８、入力装置１０９及び表示装置１１０を有する。異物・欠陥判定系は、増幅器１２１、Ａ／Ｄ変換器１２２、減算器１２３、可変フィルタ１２４、欠陥判定機構１２５、及び、粒径算出機構１２６を有する。
【００１９】
異物・欠陥座標検出系は、検査座標検出機構１０６、異物・欠陥座標検出機構１０７、及び、パラメータ演算器１１１を有する。検査座標検出機構１０６は、半導体ウェーハ１００上の照明スポットの主走査座標位置θと副走査座標位置Ｒを検出する。主走査座標位置θの検出には、光学読み取り式のロータリーエンコーダを用いる。副走査座標位置Ｒには、光学読み取り式のリニアエンコーダを用いる。しかしながら、高精度で角度または直線上の位置が検出できるセンサであれば、他の検出原理を用いたものでも良い。
【００２０】
本例の異物・欠陥表面検査装置の動作の概略を説明する。照明装置２００からの照明光は、半導体ウェーハ１００に照射される。半導体ウェーハ１００上の異物・欠陥１３０からの散乱光は、光検出器２１２で検出される。光検出器２１２からの散乱光検出信号は、増幅器１２１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器１２２でサンプリング間隔ΔＴ毎にサンプリングされ、デジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器１２２からのデジタルデータは、可変フィルタ１２４及び減算器１２３によって、デジタルフィルタリング処理され、ノイズ等の不所望信号成分が除去される。
【００２１】
可変フィルタ１２４及び減算器１２３によって得られた散乱光強度値は、異物・欠陥判定機構１２５にて、予め定められた閾値と比較される。異物・欠陥判定機構１２５は、散乱光強度値が閾値以上であれば、異物・欠陥判定情報を発生し、それを粒径算出機構１２６と異物・欠陥座標検出機構１０７に提供する。粒径算出機構１２６は、散乱光強度値から、検出された異物・欠陥の大きさを算出する。
【００２２】
検査座標検出機構１０６は、半導体ウェーハ１００上の照明スポットの主走査座標位置θと副走査座標位置Ｒを検出し、異物・欠陥座標検出機構１０７とパラメータ演算器１１１に提供する。異物・欠陥座標検出機構１０７は、検査座標検出機構１０６からの位置情報に基づいて、検出された異物・欠陥の座標位置を算出し、それをパラメータ演算器１１１に供給する。
【００２３】
一方、ユーザーは、入力装置１０９を介して、被検査体移動ステージの回転数、照明スポットの大きさを設定する。これらの情報は、上位ＣＰＵ１０８によって演算され、パラメータ演算器１１１に提供される。
【００２４】
パラメータ演算器１１１は、検査座標検出機構１０６、異物・欠陥座標検出機構１０７及び上位ＣＰＵ１０８からの情報に基づいて、可変フィルタ１２４におけるパラメータの一例であるＣｕｔ−ｏｆｆ周波数を制御する。即ち、Ｃｕｔ−ｏｆｆ周波数は、半導体ウェーハ１００の主走査座標位置θと副走査座標位置Ｒ、異物・欠陥の座標位置、被検査体移動ステージの回転数、及び、照明スポットの大きさに基づいて、制御される。Ｃｕｔ−ｏｆｆ周波数の制御の詳細は後に説明する。
【００２５】
入力装置１０９として、キーボード又はマウス等のポンテイングデバイスを用いてもよい。また、前述の必要な情報を記憶した独立したメモリを図示しないインターフェースを介して、表面検査装置へ入力してもよい。このように本実施例では、光検出器２１２から得られた光散乱信号をデジタルデータに変換し、可変フィルタ処理により、ノイズ等の不所望信号成分を除去した後に異物・欠陥の大きさを算出する。
【００２６】
本発明の特徴は、検査座標検出機構１０６によって半導体ウェーハ１００上の照明スポットの位置に基づいて、照明装置２００を制御し、照明スポットの寸法を変化させることにあるが、詳細は以下に説明する。
【００２７】
図２Ａを参照して、半導体ウェーハ１００の上方に配置されている照明・検出光学系１２０を説明する。照明・検出光学系１２０は、照明装置２００と検出光学系２１０を有する。照明装置２００は、光源２０１、ビームエキスパンダ２０２、及び、照射レンズ２０３を有する。検出光学系２１０は、集光レンズ２１１、及び、光検出器２１２を有する。光源２０１にはレーザ光源を用いる。光源２０１からの照射ビーム２０４はビームエキスパンダ２０２、及び、照射レンズ２０３を経由して、半導体ウェーハ１００に照射される。半導体ウェーハ１００には異物・欠陥１３０が付着している。
【００２８】
集光レンズ２１１は、レーリー散乱に従うような微小な異物に対して効率良くその散乱光を捕捉できるよう、低い仰角で散乱光を集光できる構成にしてある。したがって、異物・欠陥１３０からの散乱光は、集光レンズ２１１によって集光され、光検出器２１２で検出される。光検出器２１２からは散乱光検出信号が得られる。本実施例では光検出器２１２として光電子増倍管を用いているが、異物からの散乱光を高感度に検出できる光検出器であれば他の検出原理の光検出器であっても良い。
【００２９】
図２Ｂを参照して半導体ウェーハ１００上の照明スポットを説明する。照明装置２００からの照射ビーム２０４によって、半導体ウェーハ１００上に、予め定められた大きさの照明スポット２０６が形成される。照射ビーム２０４は例えばＰ偏光である。照射ビーム２０４は、被検査体である半導体ウェーハ１００の表面に、概略、結晶Ｓｉに対するブリュースター角で斜入射する。このため照明スポット２０６は概略楕円形状である。ここで、あらためて、照明スポットを、照度が照明スポットの中心部のｅの２乗分の１（ｅは自然対数の底）に低下する輪郭線の内部と定義することにする。この照明スポット２０６の半径方向（長軸方向）の幅をＤｒ、円周方向（短軸方向）の幅をＤｃとする。
【００３０】
上述のように、移動ステージ１０２の回転ステージ１０３と直進ステージ１０４によって、半導体ウェーハ１００上に、相対的に、照明スポット２０６の主走査と副走査が生成される。即ち、照明スポット２０６を、半導体ウェーハ１００上で螺旋状に走査させることができる。図２Ｂ及び図３にて点線の矢印２０５は、照明スポット２０６の走査軌跡を表す。走査軌跡は、主走査成分と副走査成分を有する。本実施例では、照明スポット２０６の半径方向の走査、即ち、副走査は、半導体ウェーハ１００の内周から外周に向かって行うが、逆であっても差し支えない。
【００３１】
図３を参照して本発明の表面検査装置における照明スポットの寸法を変化させる処理を説明する。上述のように、本発明によると、検査座標検出機構１０６によって半導体ウェーハ１００上の照明スポットの位置に基づいて、照明装置２００を制御し、照明スポットの寸法を変化させる。外周部における照明スポット２０６Ａの円周方向の寸法（幅）をＤｃ１、中周部における照明スポット２０６Ｂの円周方向の寸法（幅）をＤｃ２、内周部、即ち、中心部における照明スポット２０６Ｃの円周方向の寸法(幅)をＤｃ３とする。Ｄｃ１＜Ｄｃ２＜Ｄｃ３である。すなわち、照明スポットの円周方向の寸法（幅）は、外周部から中心部に行くほど、大きくなる。
【００３２】
本発明によると、照明スポットの円周方向の寸法は、外周部から中心部に行くほど、大きくなればよい。従って、外周部における照明スポットの円周方向の寸法を基準として、中心部に近づくほど、照明スポットの円周方向の寸法を拡大させてもよいが、内周部における照明スポットの円周方向の寸法を基準として、外周部に近づくほど、照明スポットの円周方向の寸法を縮小させてもよい。又は、半径方向の所定の基準位置における照明スポットの円周方向の寸法を基準とし、基準位置より外周部に近づくほど、照明スポットの円周方向の寸法を縮小させ、基準位置より中心部に近づくほど、照明スポットの円周方向の寸法を拡大させてもよい。
【００３３】
検査走査時において、ウェーハの中心から照明スポット２０６の中心までの半径方向の距離をＲcとするとき、照明スポットの円周方向の寸法(幅)Ｄｃは次の式によって求められる。
【００３４】
Ｄｃ∝Ｄm×（Ｒm/Ｒc）      式２
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法（短軸方向の幅）
Ｒｃ：照明スポットの半径方向の位置（ウェーハの中心からの距離）
Ｄm：基準となる照明スポットの円周方向の寸法（照明スポットの短軸方向の幅）
Ｒm：基準となる照明スポットの半径方向の位置（ウェーハの中心からの距離）
【００３５】
こうして本例によると、照明スポットの円周方向の寸法は、外周部から中心部に行くほど、大きくなる。尚、照明スポットの半径方向の幅Ｄｒは一定である。従って、照明スポットの面積は、外周部から中心部に行くほど、大きくなる。しかしながら、ウェーハ上の円周方向の線速度は、外周部から中心部に行くほど、小さくなる。そのため、本発明によると、外周部でも中心部でも、照射光量密度は一定となる。
【００３６】
尚、照明スポット２０６の円周方向の寸法を変更させるための手段として、照明装置２００内のビームエキスパンダ２０２が用いられてよい。ビームエキスパンダ２０２は、例えば、フォーカス又はレンズ間距離が可変に構成されており、倍率変更が可能である。それによってビーム幅を変更し、照明スポットの円周方向の寸法（短軸方向の幅）を変更することができる。
【００３７】
図４を参照して半導体ウェーハ１００上の照射光量密度について説明する。図４は、半導体ウェーハ１００上の照射光量密度を説明する図であり、横軸は、半導体ウェーハ１００上の半径方向の位置、即ち、中心からの距離を表す。縦軸は、レーザ光の照射スポットによる照射光量密度を表す。実線の曲線４０１は、従来の表面検査装置における照射光量密度を表す。中心部では、照射光量密度は大きいが、外周部に行くに従って、照射光量密度が小さくなる。破線の直線４００は、半導体ウェーハ１００の物性を変化させないために必要な、照射光量密度の制限値を表す。半導体ウェーハ１００における照射光量密度は、この制限値より少ないことが必要である。
【００３８】
破線の曲線４０２は、本発明の表面検査装置における照射光量密度を表す。上述のように、ウェーハ上の円周方向の線速度は、外周部から中心部に行くほど小さくなるが、本発明によると、照明スポットの面積は外周部から中心部に行くほど大きくなるから、照射光量密度は一定となる。破線の曲線４０２の例では、内周部における照射光量密度を基準値としている。従って、ウェーハ１００上の照射光量密度は、内周部から外周部に亘って、この内周部における基準値に略等しい。これは、ウェーハ上の内周部における、照明スポット２０６の円周方向の寸法Ｄｃ３を基準値とし、外周部に進むに従って、照明スポット２０６の円周方向の寸法を減少させた結果である。２つの曲線４０１、４０２の間の差４０３は、照射光量密度の増加分を表す。
【００３９】
一方、破線の曲線４０４は、外周部における照射光量密度を基準値としている。従って、ウェーハ１００上の照射光量密度は、内周部から外周部に亘って、この外周部における基準値に略等しい。これは、ウェーハ上の外周部における、照明スポット２０６の円周方向の寸法Ｄｃ１を基準値とし、内周部に進むに従って、照明スポット２０６の円周方向の寸法を増加させた結果である。
【００４０】
破線の曲線４０４の場合、照射光量密度は照射光量密度の制限値４００より十分小さい。そこで、このような場合には、レーザ光の強度を大きくし、照射光量密度の値を大きくしてもよい。この場合でも、照射光量密度の値は、照射光量密度の制限値４００より小さくなることが必要である。
【００４１】
このように本実施例では、照明スポット２０６の寸法を変化させ、ウェーハ面における単位時間あたり照射光量密度を一定にすることができる。そのため、検査精度の変動又はばらつきを回避することができる。従来の表面検査装置では、実線の曲線４０１に示すように、ウェーハの中心部において、照射光量密度が、制限値に近い値となっていた。そのため、外周部では、照射光量密度が制限値より相当に小さくなる。即ち、外周部では、検査精度が小さくなる傾向があった。本発明によると、破線の曲線４０２に示すように、照射光量密度は、ウェーハ全体で一定であり且つ制限値に近い値とすることができる。そのため、検査精度が向上し、検査精度の変動及びばらつきを回避することができる。
【００４２】
図５Ａは、従来の光検出器２１２からの散乱光検出信号の例を示す。横軸は時間、縦軸は信号強度を表す。半導体ウェーハ１００の回転角速度は一定であるから、照明スポット２０６の円周方向の線速度は、内周部に比べて外周部では大きくなる。そのため、半導体ウェーハ１００上にある異物が照明スポット２０６を横切る時間は、異物が半導体ウェーハ１００の外周部にあるときは、内周部にあるときに比べて短い。そのため光検出器２１２から増幅器１２１を経て得られる散乱光検出信号の信号強度の時間変化波形の幅は、一般的に図５Ａに示すように、外周部では小さくなる。外周部における散乱光検出信号の波形５０１の半値幅Ｔｏは、内周部における散乱光検出信号の波形５０２の半値幅Ｔｉより小さい。
【００４３】
図５Ｂは、本発明の光検出器２１２からの散乱光検出信号の例を示す。横軸は時間、縦軸は信号強度を表す。ここでは、外周部と中心部の間の基準位置における照明スポット２０６の寸法を基準として、基準位置より外周側では、照明スポット２０６の円周方向の寸法を基準値より小さくし、基準位置より内周側では、照明スポット２０６の円周方向の寸法を基準値より大きくした場合を想定する。内周部における散乱光検出信号の波形５０４の半値幅Ｔｉは、図５Ａに示す従来の例と比べて大きくなっている。一方、外周部における散乱光検出信号の波形５０２の半値幅Ｔｉは、図５Ａに示す従来の例と比べて小さくなっている。
【００４４】
このように、照明スポット２０６の円周方向の寸法を変化させることによって、光検出器２１２からの散乱光検出信号の幅、特に、半値幅を変化させることができる。例えば、内周部における散乱光検出信号の波形の半値幅Ｔｉは変化させないで、外周部における散乱光検出信号の波形５０２の半値幅Ｔｏをより小さくしたい場合には、外周部において照明スポット２０６の円周方向の寸法を小さくすればよい。また、外周部における散乱光検出信号の波形の半値幅Ｔｏは変化させないで、内周部における散乱光検出信号の波形５０４の半値幅Ｔｉをより大きくしたい場合には、内周部において照明スポット２０６の円周方向の寸法を大きくすればよい。
【００４５】
次に、Ａ／Ｄ変換器１２２におけるサンプリング間隔ΔＴの設定方法を説明する。半導体ウェーハ１００の検査中におけるサンプリング間隔ΔＴは、通常、一定である。従って、一般に、内周部における散乱光検出信号の波形５０３、５０４は、信号幅が大きいから、所定のサンプリング間隔ΔＴによってサンプリングを行っても、必要な数のデジタル信号が得られる。しかしながら、外周部における散乱光検出信号の波形５０１、５０２は、信号幅が小さいから、所定のサンプリング間隔ΔＴによってサンプリングを行っても、必要な数のデジタル信号が得られない可能性がある。特に、本発明のように、外周部における散乱光検出信号の波形５０２の信号幅が比較的小さい場合には、必要な数のデジタル信号が得られない可能性が大きい。
【００４６】
そこで、本発明によると、Ａ／Ｄ変換器１２２におけるサンプリング間隔ΔＴを、所定の値に設定する。即ち、外周部における散乱光検出信号の波形５０２の信号幅が比較的小さい場合でも、十分な時間分解能にてサンプリングできるように、サンプリング間隔ΔＴを設定する。例えば、外周部における散乱光検出信号の波形５０２の半値幅をＴｏとすると、サンプリング間隔ΔＴは、式ΔＴ＝Ｔｏ÷ｎによって求める。ｎは例えば１０であってよい。こうして、本例では、半値幅Ｔｏが比較的小さい波形であっても、十分な数のデジタルデータが得られる。即ち、時間的分解能を確保することができる。
【００４７】
図６を参照して、本発明の表面検査装置の可変フィルタ１２４及び減算器１２３の処理を説明する。図６は光検出器２１２からの散乱光検出信号の例を示す。横軸は周波数、縦軸は信号強度を表す。実線の曲線５０１は、従来の表面検査装置における外周部における散乱光検出信号の波形を示し、破線の曲線５０２は、本発明の表面検査装置における外周部における散乱光検出信号の波形を示す。２つの曲線５０１、５０２を比較すると明らかなように、本例では、外周部における散乱光検出信号の波形は縮小している。
【００４８】
これは、本例では、外周部では、照明スポット２０６の円周方向の寸法を基準値より小さくした結果である。散乱光検出信号の波形形状は、照明スポット２０６の円周方向の寸法によった変化する。照明スポット２０６の円周方向の寸法を小さくすると、散乱光検出信号の波形幅は小さくなり、照明スポット２０６の円周方向の寸法を大きくすると、散乱光検出信号の波形幅は大きくなる。
【００４９】
可変フィルタ１２４及び減算器１２３は、散乱光検出信号から不所望信号成分５０５を除去するものである。不所望信号成分５０５は、背景散乱光ノイズやステージ用モータ等のシステムノイズであり、不可避的に発生する。不所望信号成分５０５の周波数は、散乱光検出信号の波形の幅、又は、半値幅に依存しない。
【００５０】
台形６０１、６０２は、可変フィルタ１２４及び減算器１２３によって除去する信号領域、即ち、カットオフ周波数を表す。可変フィルタ１２４及び減算器１２３は、光検出器２１２からの散乱光検出信号より、台形６０１、６０２の外側に存在する信号成分を除去する。従って、カットオフ周波数は、散乱光検出信号の波形形状に対応して設定される。即ち、カットオフ周波数は、照明スポット２０６の円周方向の寸法に基づいて設定される。
【００５１】
台形は、上底と２つの斜辺によって決まる。カットオフ周波数は、デジタル信号より、所定の周波数領域の所定の大きさのデジタル値を除去する。図示のように、散乱光検出信号の信号幅が小さいほうが、不所望信号成分５０５を除去し易い。即ち、曲線５０１によって表される散乱光検出信号より不所望信号成分５０５を除去するより、曲線５０２によって表される散乱光検出信号より不所望信号成分５０５を除去するほうが容易であり、高い精度にて、不所望信号成分５０５を除去することができる。
【００５２】
パラメータ演算器１１１におけるカットオフ周波数の設定方法を説明する。フィルタ周波数帯域の中心周波数は次の式によって求める。
【００５３】
ｆｃ＝1÷（（1÷ｒθ）×（Ｄｃ÷π×Ｒc））    式３
ｒθ：回転ステージ１０３の回転数
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法（短軸方向の幅）
Ｒｃ：照明スポットの半径方向の位置（ウェーハの中心からの位置）
【００５４】
こうして本発明によると、散乱光検出信号より不所望信号成分５０５を容易に且つ確実に除去することができる。そのため、ノイズに対して、欠陥、異物を精度よく検出できる。本発明に表面検査装置によると異物・欠陥の検出感度ＳＮＲは、次に式によって得られる。
【００５５】
ＳＮＲ＝√（ｆc÷ｆx）        式４
ＳＮＲ：ノイズ信号比（Signal To Noise Ratio）
ｆc：照明スポットの円周方向の寸法の変更前の散乱光検出信号の周波数
ｆx：照明スポットの円周方向の寸法の変更後の散乱光検出信号の周波数
【００５６】
式３に示すように、フィルタ周波数帯域の中心周波数は、照明スポットの円周方向の寸法Ｄｃの関数である。従って、検出感度ＳＮＲは、次の式によって得られる。この式より明らかに、検出感度ＳＮＲは照明スポットの円周方向の寸法の変化に対応して向上する。
【００５７】
ＳＮＲ＝√（Ｄｃ÷Ｄx）    式５
Ｄｃ：照明スポットの円周方向の寸法の変更後の値
Ｄｘ：照明スポットの円周方向の寸法の変更前の値
【００５８】
図７を参照して説明する。図７の左側の縦軸は、主走査（単位：円周方向の走査角度θ）を示し、右側の縦軸は、副走査（単位：半径方向の走査距離ｒ）を示す。横軸は時間である。本実施例では、回転ステージ１０３による半導体ウェーハ１００の回転角速度は一定であり、直進ステージ１０４による半導体ウェーハ１００の直進線速度は一定である。従って、主走査を表すグラフは、周期Ｔ毎に現れる直線であり、その傾きは、回転角速度の大きさを表す。副走査を表すグラフは、半径方向の走査距離ｒの最小値から最大値まで変化する直線であり、その傾きは、半径方向の直進線速度の大きさを表す。
【００５９】
半導体ウェーハ１００が１回転する間に、照明スポットは半径方向に沿ってΔｒだけ移動するものとする。照明スポット２０６の半径方向の幅Ｄｒが、１回転当りの照明スポット２０６の半径方向の走査量Δｒより小さいと、即ち、Δｒ＞Ｄｒであると、照明スポット２０６の螺旋状走査によって、半導体ウェーハ１００上において照明光が照射されない領域が生じる。即ち、検査されない隙間領域が生じる。従って、通常Δｒ＜Ｄｒに設定する。それによって、照明スポット２０６を半導体ウェーハ１００の概略全表面上で走査させることができる。
【００６０】
図８を参照して本発明による表面検査装置における照射スポットの寸法を設定する処理を説明する。ステップＳ１０１にて、照明スポット２０６の走査を開始する。即ち、照明スポット２０６を半導体ウェーハ１００上にて、主走査と副走査の組み合わせた走査を開始する。ステップＳ１０２にて、半導体ウェーハ１００上の照明スポットの位置を検出する。即ち、照明スポットの輻走査方向の位置を検出する。ステップＳ１０３にて、照明スポットの半径方向の位置に基づいて、照明スポットの円周方向の寸法を演算する。この演算には上述の式２を用いてよい。ステップＳ１０４にて、照明スポットの円周方向の寸法に基づいて、照明装置を制御する。上述のように、ビームエキスパンダ２０２を制御することにより、円周方向のビーム幅を調節することにより、所望の照明スポットの円周方向の寸法を得ることができる。
【００６１】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００６２】
１００…半導体ウェーハ、１０１…チャック、１０２…被検査体移動ステージ、１０３…回転ステージ、１０４…直進ステージ、１０５…Ｚステージ、１０６…検査座標検出機構、１０７…異物・欠陥座標検出機構、１０８…上位ＣＰＵ、１０９…入力装置、１１０…表示装置、１１１…パラメータ演算器、１２０…照明・検出光学系、１２１…増幅器、１２２…Ａ／Ｄ変換器、１２３…減算器、１２４…可変フィルタ、１２５…異物・欠陥判定機構、１２６…粒径算出機構、１３０…異物・欠陥、２００…照明装置、２０１…光源、２０２…エキスパンダ、２０３…照射レンズ、２０４…照射ビーム、２０５…走査軌跡、２０６…照明スポット、２１０…検出光学系、２１１…集光レンズ、２１２…光検出器、４００…照射光量密度制限値、４０１…従来の照射光量密度カーブ、４０２…今回の照射光量密度カーブ、４０３…照射光量密度増加分、４０４…今回の照射光量密度カーブ、５０１…従来の外周部の信号分布、５０２…今回の外周部の信号分布、５０３…従来の内周部の信号分布、５０４…今回の内周部の信号分布、５０５…不所望信号成分、６０１…従来のフィルタ周波数帯域、６０２…今回のフィルタ周波数帯域
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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