(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの表面粗さに由来する背景散乱光が仰角方向または方位角方向に指向性を有する場合や、被検査ウェーハ上の位置によって背景散乱光の指向性が変化するような場合に、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが比較的大きくないときであっても、良好なＳ／Ｎで異物や欠陥からの散乱光検出ができる表面検査方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明による表面検査では、複数の方向に配置された複数の光検出器によって被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を検出し、それによって得られた複数の信号の一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理をすることにより、非検査物体表面等における異物や欠陥を検出する。また、その重み付き加算処理又は重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査方法であって、
前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を複数の光検出器によって複数の方角で検出する光検出工程と、
前記複数の光検出器によって検出された信号に対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥を検出する異物検出工程と、
を備えることを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
前記異物検出工程における前記重み付き加算処理又は重み付き平均化処理は、前記複数の光検出器からの出力信号のうち、ノイズレベルの高い出力信号の寄与分が低くなるよう成されることを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項３】
さらに、前記複数の光検出器によって検出された複数の検出信号をそれぞれ２系統に分割し、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生した第１の信号成分と、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生した第２の信号成分を取り出す信号処理工程を備え、
前記異物検出工程において、前記第１の信号成分を用いて前記重み付き加算処理又は重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理することを特徴とする請求項２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記異物検出工程は、さらに、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理をしてその処理結果から前記異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の表面検査方法。
【請求項５】
前記信号処理工程において、前記第１の信号成分は低域通過フィルタによって取り出され、前記第２の信号成分は帯域通過フィルタによって取り出されることを特徴とする請求項３に記載の表面検査方法。
【請求項６】
前記異物検出工程において、前記重み付け係数の決定は、前記第１の信号成分が大きいほど、対応する前記第２の信号成分が前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果に寄与する割合を減じるようになされることを特徴とする請求項３に記載の表面検査方法。
【請求項７】
前記異物検出工程において、前記重み付け係数の決定は、前記第１の信号成分が大きいほど、対応する前記第２の信号成分の重み付け係数を小さくするようになされることを特徴とする請求項３に記載の表面検査方法。
【請求項８】
前記異物検出工程において、前記重み付け係数は前記第１の信号成分の逆数に比例して決定されることを特徴とする請求項７に記載の表面検査方法。
【請求項９】
前記粒径算出工程において、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと、前記異物や欠陥に対応して発生する前記第２の信号成分の値とを予め関係付けて作成された検量線を提供し、被検査物体の検査時に前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出することを特徴とする請求項４に記載の表面検査方法。
【請求項１０】
前記粒径算出工程において、前記重み付け係数を用いて、前記複数の各光検出器に対応した前記複数の検量線から一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理を行って合成検量線を作成し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記合成検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出することを特徴とする請求項９に記載の表面検査方法。
【請求項１１】
被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査方法であって、
前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換する光検出工程と、
前記各光検出器からの出力電気信号を少なくとも２系統に分割し、一方を前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出すよう低域通過フィルタを通して処理し、他方を前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう帯域通過フィルタを通して処理する信号処理工程と、
前記第１の信号成分に反比例する増幅率で前記第２の信号成分を増幅する工程と、
増幅後の前記第２の信号成分をディジタルデータに変換する工程と、
前記複数の光検出器によって検出された信号に対応する複数のディジタルデータに対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出工程と、
を備えることを特徴とする表面検査方法。
【請求項１２】
被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査装置であって、
前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を複数の方角で検出する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器によって検出された信号に対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥を検出する異物検出手段と、
を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項１３】
前記異物検出手段は、前記複数の光検出器からの出力信号のうち、ノイズレベルの高い出力信号の寄与分が低くなるように前記重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行することを特徴とする請求項１２に記載の表面検査装置。
【請求項１４】
さらに、前記複数の光検出器によって検出された複数の検出信号をそれぞれ２系統に分割し、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生した第１の信号成分と、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生した第２の信号成分を取り出す信号処理手段を備え、
前記異物検出手段は、前記第１の信号成分を用いて前記重み付き加算処理又は重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理することを特徴とする請求項１３に記載の表面検査装置。
【請求項１５】
前記異物検出手段は、さらに、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理をしてその処理結果から前記異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出手段を含むことを特徴とする請求項１４に記載の表面検査装置。
【請求項１６】
前記信号処理手段は、前記第１の信号成分を低域通過フィルタによって取り出し、前記第２の信号成分を帯域通過フィルタによって取り出すことを特徴とする請求項１４に記載の表面検査装置。
【請求項１７】
前記異物検出手段は、前記重み付け係数を、前記第１の信号成分の逆数に比例して決定することを特徴とする請求項１４に記載の表面検査装置。
【請求項１８】
前記粒径算出手段は、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと、前記異物や欠陥に対応して発生する前記第２の信号成分の値とを予め関係付けて作成された検量線を提供し、被検査物体の検査時に前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出することを特徴とする請求項１５に記載の表面検査装置。
【請求項１９】
前記粒径算出手段は、前記重み付け係数を用いて、前記複数の各光検出器に対応した前記複数の検量線から一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理を行って合成検量線を作成し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記合成検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出することを特徴とする請求項１８に記載の表面検査装置。
【請求項２０】
さらに、検出した各異物や欠陥に対して前記粒径算出部が算出した前記異物や欠陥の大きさと、前記大きさ算出時の前記各光検出器に由来する前記第１および第２の信号成分に対応するデータと、前記大きさ算出時の前記重み付け係数と、前記異物や欠陥の位置座標とを記憶保存する検査結果保存部と、
被検査物体の検査終了後に前記検査結果保存部に記憶保存された検査結果を上位コンピュータシステムに送信する検査結果通信部と
を備えることを特徴とする請求項１９に記載の特徴とする表面検査装置。
【請求項２１】
被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域をビームで照射するビーム照射手段と、
前記ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、
前記ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光を検出して電気信号に変換する光検出系と、
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、
前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部とを備え、
前記光検出系は、前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する散乱光の強度を表す電気信号またはデジタルデータと、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度を表す電気信号またはデジタルデータとを、同時もしくは擬似的同時に検出することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２２】
被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域をビームで照射するビーム照射手段と、
前記ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、
前記ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換するする光検出系と、
前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部と、を備え、
前記粒径算出部は、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと前記異物や欠陥に対応する前記デジタルデータの値とを予め関係付けて作成された検量線に、前記デジタルデータを当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出す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】
本発明は、半導体基板（半導体ウェーハ）上に微小な異物・欠陥が存在するときにそれを検出するための表面検査方法、及び表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板（半導体ウェーハ）の製造ラインにおいて、製造装置の発塵状況を監視するために、基板の表面に付着した異物や加工中に発生したスクラッチ等の欠陥の検査が行われている。例えば、回路パターン形成前の半導体基板では、その表面において数１０ｎｍ以下までもの微小な異物や欠陥の検出が必要である。また、前記基板表面の検査としては、前記異物や欠陥以外に、基板表面近傍の浅い領域に存在する結晶欠陥や基板表面の表面粗さも検査対象となる。
【０００３】
従来、半導体基板等の被検査物体表面上の微小な欠陥を検出する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているように、集光したレーザ光束を半導体基板表面に固定照射して予め定められた大きさの照明スポットを形成し、半導体基板上に異物が付着している場合にこの照明スポットを異物が通過したときに発生する該異物からの散乱光を検出し、半導体基板全面の異物や欠陥を検査するものがある。この場合、異物や欠陥が通過しない時でも、前記照明スポットにおいては半導体ウェーハ上の微小な表面粗さ（マイクロラフネス）によって散乱光（以下、背景散乱光と呼ぶ）が常時発生している。微小な異物を検出する場合、一般に検出信号のノイズ成分においては前記背景散乱光に由来するショットノイズが支配的であることが知られている。このショットノイズはその元となる光強度の平方根に比例するので、微小な異物を検出する場合のノイズレベルは、概略、背景散乱光の強度の平方根に比例して大きくなる。
【０００４】
一方、レイリー散乱則に従うような微小な異物の場合、Ｓｉ結晶に対するブリュースター角のように低い仰角からＰ偏光で半導体ウェーハ表面を照明すると、異物からの散乱光は方位角方向に強い指向性は持たず、全方位角方向に概略同程度の強度で発散することが良く知られている。また、一般的に良好な研磨仕上げを施された半導体ウェーハの場合、表面粗さに由来する背景散乱光も方位角方向に関して極端に強い指向性は示さない。
【０００５】
そこで、このような場合には、全方位角方向に発散する散乱光を均等に集光して検出することが検出信号のＳ／Ｎ比を確保する上では好ましい。前記従来技術の光検出器は、方位角方向の散乱光は全て一括して受光しており、このような場合には望ましいＳ／Ｎ比が得られる。
【０００６】
しかし、半導体ウェーハの表面粗さ（マイクロラフネス）に由来する背景散乱光が強い指向性を有する場合もある。例えば、エピタキシャルウェーハなどにおいて結晶方位と照明方向の相対関係により表面粗さに由来する背景散乱光が強い指向性を示す場合のあることなどが知られている。このような場合、前述のように、表面粗さに由来する背景散乱光が強い方位角で検出している光検出器の出力信号にはより大きなノイズ成分が含まれている。そのため、表面粗さに由来する背景散乱光が強い方位角で検出した散乱光信号と、表面粗さに由来する背景散乱光が弱い方位角で検出した散乱光信号を同等に扱うことは得策ではない。
【０００７】
一方、特許文献２は、特定の方向へ進行する散乱光を部分的に遮光する技術について記載しており、背景散乱光が強い方位角方向を部分的に遮光し、背景散乱光が弱い方位角方向においてのみ光検出器が散乱光を受光するように制御することで目的の異物・欠陥からの散乱光信号のＳ／Ｎ比を改善できるとしている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，７９８，８２９号公報
【特許文献２】米国特許第７，００２，６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載の技術では、散乱体と光検出器の間の光路上にプログラマブル光選択アレイを置き、これを制御することにより背景散乱光が強い方位角を部分的に遮光している。この方式では、各方位角方向への散乱光は、「導光する／遮光する」すなわち「使う／使わない」の二者択一的な「Ｏｎ／Ｏｆｆ制御」となっている。このことは、別の技術であるが類似の技術として、散乱光を部分的に遮蔽する代わりに、複数の角度方向に置いた複数の光検出器のうち、背景散乱光が強い角度方向に置かれた光検出器の出力信号を使わず、背景散乱光が弱い角度方向に置かれた光検出器の出力信号のみを用いる、という技術でも同様である。これらの技術では、「使わない」角度方向へ進行した散乱光は光検出器で受光されず、従ってそれらの中に含まれる光信号のうち、検出しようとしている異物や欠陥からの光信号成分は利用されることなく捨てられてしまう。このことは、特許文献２に記載のように「被検査物体表面からの全散乱光量の９９．９％以上が背景散乱光である」ような場合には妥当であり、問題を生じない。
【００１０】
しかし、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが前記のように極端には大きくない場合には問題を生じる。例えば今、４個の光検出器を４個の角度方向に配置してある散乱光検出系を考える。各光検出器の出力信号は、“異物・欠陥からの散乱光に由来する目的信号＋背景散乱光に由来する背景信号＋ノイズ”から成るものとし、ノイズは背景散乱光に由来するショットノイズが主成分であると仮定する（多くの場合、この仮定は現実的である）と、前述のように、ノイズは背景散乱光に由来する背景信号の平方根に比例するものとなる。例えば今、４個の各光検出器の出力信号の組成が表１の１〜４段目に示す値であったとする。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
このとき、（１）４個の光検出器の出力信号を均等に加算した場合、（２）背景散乱光の強い＃２と＃４の光検出器の出力信号を使わず（あるいは＃２と＃４の光検出器に散乱光が入射しないように遮光し）、＃１と＃３の光検出器の出力信号を均等に加算した場合、の２つの場合に加算後の信号のＳ／Ｎ比（目的信号のノイズに対する比）は、表１の５段目に示す結果となる。ここでノイズの合成は、各光検出器におけるノイズが統計的に独立であると仮定し、各ノイズの二乗和の平方根として求めている。表１の結果から明らかなように、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率が極端に大きくない場合には、「背景散乱光が強い角度方向を遮光する／使わない」方式の方が、むしろ「全角度方向で散乱光を均等に検出する」方式よりもＳ／Ｎ比において劣る場合が存在することが分かる。
【００１３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、半導体ウェーハの表面粗さに由来する背景散乱光が仰角方向または方位角方向に指向性を有する場合や、被検査ウェーハ上の位置によって前記背景散乱光の指向性が変化するような場合に、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが比較的大きくないときであっても、良好なＳ／Ｎで異物や欠陥からの散乱光検出ができる表面検査方法及び装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明による表面検査では、複数の方向に配置された複数の光検出器によって被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を検出し、それによって得られた複数の信号の一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理をすることにより、非検査物体表面等における異物や欠陥を検出する。また、その重み付き加算処理又は重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出する。なお、重み付き加算処理又は重み付き平均化処理は、複数の光検出器からの出力信号のうち、ノイズレベルの高い出力信号の寄与分が低くなるように実行される。ここで、各光検出器からの出力信号のノイズレベルの高低を判定するために、各光検出器からの出力信号を少なくとも第１の分割された出力信号と第２の分割された出力信号の２系統に分割し、第１の分割された出力信号から、被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出し、第２の分割された出力信号から、被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう信号処理する。第１の信号成分を取り出すには低域通過フィルタを用い、第２の信号成分を取り出すには帯域通過フィルタを用いるとよい。
【００１５】
つまり、本発明による表面検査方法は、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査方法であって、前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を複数の光検出器によって複数の方角で検出する光検出工程と、前記複数の光検出器によって検出された信号に対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥を検出する異物検出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
前記異物検出工程は、さらに、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理をしてその処理結果から前記異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出工程を含む。
【００１７】
この粒径算出工程においては、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと、前記異物や欠陥に対応して発生する前記第２の信号成分の値とを予め関係付けて作成された検量線を提供し、被検査物体の検査時に前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出する。また、粒径算出工程においては、前記重み付け係数を用いて、前記複数の各光検出器に対応した前記複数の検量線から一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理を行って合成検量線を作成し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理又は重み付き平均化処理した結果を前記合成検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出する。
【００１８】
また、本発明による表面検査方法は、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査方法であって、前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換する光検出工程と、前記各光検出器からの出力電気信号を少なくとも２系統に分割し、一方を前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出すよう低域通過フィルタを通して処理し、他方を前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう帯域通過フィルタを通して処理する信号処理工程と、前記第１の信号成分に反比例する増幅率で前記第２の信号成分を増幅する工程と、増幅後の前記第２の信号成分をディジタルデータに変換する工程と、前記複数の光検出器によって検出された信号に対応する複数のディジタルデータに対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
さらに、本発明による表面検査装置は、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照射ビームによって照射し、前記被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥を検出する表面検査装置であって、前記照射ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折、又は反射された光を複数の方角で検出する複数の光検出器と、前記複数の光検出器によって検出された信号に対して、一次結合による重み付き加算処理又は重み付き平均化処理を実行し、この重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥を検出する異物検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による表面検査装置は、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域をビームで照射するビーム照射手段と、前記ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光を検出して電気信号に変換する光検出系と、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、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部とを備え、前記光検出系は、前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する散乱光の強度を表す電気信号またはデジタルデータと、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光のうち前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度を表す電気信号またはデジタルデータとを、同時もしくは擬似的同時に検出することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による表面検査装置は、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域をビームで照射するビーム照射手段と、前記ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱、回折又は反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換するする光検出系と、前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部と、を備え、前記粒径算出部は、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと前記異物や欠陥に対応する前記デジタルデータの値とを予め関係付けて作成された検量線に、前記デジタルデータを当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出することを特徴とする。
【００２２】
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、異物・欠陥からの散乱光や基板の表面粗さに由来する散乱光の指向性が変動するような場合にも安定的に基板表面を検査できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、上述のように、半導体ウェーハの表面粗さに由来する背景散乱光が仰角方向または方位角方向に指向性を有する場合や、被検査ウェーハ上の位置によって背景散乱光の指向性が変化するような場合に、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが比較的大きくないときであっても、良好なＳ／Ｎで異物や欠陥からの散乱光検出ができる表面検査方法及び装置を提供するものである。特に、本発明は、例えば、複数の仰角と複数の方位角を組合わせた複数の方向において複数の光検出器で散乱光を検出する表面検査技術を用いる場合に、複数の光検出器からの出力信号を最適な条件で組合わせて、良好なＳ／Ｎで異物や欠陥を検査できるようにするものである。
【００２５】
以下、添付図面を参照して本発明による実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、本発明の本質的な範囲を逸脱しない限り、構成の変形・追加・代用が可能であることはもちろんである。
【００２６】
＜表面検査装置の構成＞
図１は、本発明による第１の実施形態に係る表面検査装置の概略構成を示す図である。図１において、被検査物体である半導体ウェーハ１００は、チャック１０１に真空吸着されている。このチャック１０１は、回転ステージ１０３と並進ステージ１０４から成る被検査物体移動ステージ１０２、Ｚステージ１０５上に搭載されている。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１１０は光源１１と光検出器７を備えている。光検出器７には、例えば図２に示すような光学系（後述する）を用いることができ、また、照明光の光源１１には、紫外域の波長の光を時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザを用いることができる。半導体ウェーハ１００に照射され、その上に存在する異物１によって散乱した光が光検出器７によって検出される。
【００２７】
光検出器７によって検出された光は前置増幅器２６によって増幅され、増幅された信号は低域通過フィルタ２７と帯域通過フィルタ２８とにそれぞれ供給され、２系統に分割される。それぞれの系統からの出力は、Ａ／Ｄ変換器３０によってディジタル信号に変換される。なお、光検出器７からＡ／Ｄ変換器３０までの系は、図１においては光検出器１個分についてのみ示している。
【００２８】
そして、粒径算出部１２０によって異物１の粒径が算出され、算出結果は検査結果保存部３００に保存される。また、異物・欠陥判定部１０８によって半導体ウェーハ１００上の異物・欠陥の有無が検出され、有無に係る情報が異物・欠陥座標検出部１３０に供給される。異物・欠陥座標検出部１３０は、検査座標検出部１０６によって得られた座標情報（極座標系ｒ及びθの値）によって、異物・欠陥が検出されると、その座標位置を検出し、座標値を検査結果保存部３００に保存する。検査結果保存部３００に保存されている情報（異物・欠陥の大きさ及びその座標値）は、検査結果通信部４００に供給され、ネットワーク等を介して図示しない上位システムに供給される。
【００２９】
＜照明・検出光学系１１０の構成＞
図２は、照明・検出光学系１１０の具体的構成例を示す図である。図２において、光源１１から出た照射ビーム２１は照射レンズ１８に入射し、予め定められた大きさの照明スポット３を形成する。照明光は例えばＰ偏光であり、被検査物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ように構成されている。このため照明スポット３は概略楕円形状をしており、照度が照明スポット中心部の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を、ここであらためて照明スポットと定義することにする。この照明スポットの長軸方向の幅をｄ１、短軸方向の幅をｄ２とする。
【００３０】
被検査物体移動ステージ１０２は、主走査である回転移動θと副走査である並進移動ｒを時間と共に図３に示すように組合わせて変化させることで、相対的に照明スポット３を半導体ウェーハ１００の概略全表面上で螺旋状に走査させる。回転ステージ１０３が１回転する間に、副走査はΔｒだけ移動する。Δｒ＞ｄ１であると、半導体ウェーハ１００上で螺旋状走査において照明光が照射されず、検査されない隙間領域ができてしまうので、通常Δｒ＜ｄ１に設定する。本実施形態では、照明スポット３の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。また、本実施形態では、半導体ウェーハ１００の内周から外周までの概略全領域で、回転ステージ１０３を概略角速度一定で、かつ並進ステージ１０４を概略線速度一定で駆動させる。被検査物体移動ステージ１０２には、検査中の主走査座標位置θと副走査座標位置ｒを検出するために、検査座標検出部１０６が取り付けてある。本実施形態では、主走査座標位置θの検出に光学読み取り式のロータリーエンコーダ、副走査座標位置ｒに光学読み取り式のリニアエンコーダを用いているが、共に、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。
【００３１】
本実施形態における、複数の光検出器７で構成される散乱・回折・反射光検出系は、レイ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に概略２５°となる第１の仰角を有し、被検査物体移動ステージ１０２の主走査回転軸に関して相互に異なり、互いに概略６０°ずつ隔たった６つの方位角から散乱・回折・反射光を検出する６個の集光素子７１を含む第１仰角検出系７０と、第１の仰角より大きく概略６０°なる第２の仰角を有し、被検査物体移動ステージ１０２の主走査回転軸に関して相互に異なり、互いに概略９０°ずつ隔たった４つの方位角から散乱・回折・反射光を検出する４個の集光素子８１を含む第２仰角検出系８０から構成される。合計１０個の各集光素子は例えばレンズで構成される。各集光素子（レンズ）、特に第１仰角検出系７０の各集光素子の機械的配置は、照射ビーム２１およびその正反射光の光路と干渉する恐れがある。そこで、本実施形態ではこれら各集光素子を、照射ビーム２１およびその正反射光の光路を避けて配置してある。
【００３２】
この構成において、異物１は照明スポット３を通過し、複数の光検出器７からは散乱・回折・反射光の強度に対応した出力信号が得られる。本実施形態では光検出器７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。
【００３３】
＜粒径算出及び異物・欠陥検出の動作＞
図１に示すように、各光検出器７からの出力信号（図４（ｄ）参照）は、その中に含まれる直流信号成分を概略保持したまま前置増幅器２６で増幅された後（図４（ｅ）参照）、２系統の信号に分割される。光検出器７出力を増幅した信号（図４（ｅ））は、低域通過フィルタ２７を通過して第１の分割された出力信号（図４（ｇ）参照）となる。この低域通過フィルタ２７の遮断周波数は、図４に示した信号（ｅ）のうち、異物１が照明スポット３を通過したことで発生するパルス状の成分を除去し、概略、直流成分のみを通過するようにしてある。その結果、低域通過フィルタ２７の出力として得られる第１の信号成分（図４（ｇ）参照）は、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する光の強度に対応する信号となる。
【００３４】
一方、光検出器７出力を増幅した信号（図４（ｅ））は帯域通過フィルタ２８を通過し、第２の分割された出力信号（図４（ｆ）参照）となる。この帯域通過フィルタ２８の遮断周波数は、図４に示した信号（ｅ）のうち直流成分を除去し、概略、異物１が照明スポット３を通過したことで発生するパルス状の成分のみを通過するようにしてある。その結果、帯域通過フィルタ２８の出力として得られる第２の信号成分（図４（ｆ）参照）は、被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する信号となる。
【００３５】
このようにして、本実施形態の散乱・回折・反射光検出系１１０では、第１仰角検出系７０に含まれる６個の光検出器７の各々の出力信号に由来して第１の信号成分と第２の信号成分の組合せ６組と、第２仰角検出系８０に含まれる４個の光検出器７の各々の出力信号に由来して第１の信号成分と第２の信号成分の組合せ４組とが得られる。これら第１および第２の信号成分は、上述のように各々個別のＡ／Ｄ変換器３０でサンプリングされ、デジタルデータに変換される。
【００３６】
次に、粒径算出部１２０は、第２の信号成分を変換して得られた、第１仰角検出系７０における合計６個のデジタルデータｂ1j（j＝１，２，３，４，５，６）、および第２仰角検出系８０における合計４個のデジタルデータｂ2j（j＝１，２，３，４）を用いて異物や欠陥の大きさを算出する。ところで、微小な異物を検出する場合、一般に検出信号のノイズ成分においては前述の背景散乱光に由来するショットノイズが支配的であることが知られている。ショットノイズはその基となる光強度の平方根に比例するので、微小な異物を検出する場合のノイズレベルは、背景散乱光の強度の平方根に比例して大きくなる（ノイズレベル∝√（背景散乱光））。もし、半導体ウェーハ１００の表面粗さに由来して発生する背景散乱光が方位角方向に関して強い指向性を有するような場合には、その背景散乱光が強い方位角で検出している光検出器の出力信号にはより大きなノイズ成分が含まれていることになる。そのため、表面粗さに由来する背景散乱光が強い方位角で検出している光検出器の出力信号と、表面粗さに由来する背景散乱光が弱い方位角で検出している光検出器の出力信号を同等に扱うことが得策でないことは明白である。
【００３７】
そこで、本発明の実施形態における粒径算出部１２０は、前述の６個および４個の各光検出器７に由来する第２の信号成分を変換したデジタルデータｂijを下記式（１）乃至（３）に従って重み付き加算処理し、第１仰角検出系７０における合成信号Ｓ１、および第２仰角検出系８０における合成信号Ｓ２を得るように構成する。
【００３８】
【数１】
2008058239.tif 000004
【数２】
2008058239.tif 000005
【００３９】
ここで、各重み付け係数ｇijは、前記各光検出器７に由来する前記第１の信号成分を変換したデジタルデータａijの逆数に予め定めた比例定数Ｋを乗じたものとし、ノイズの量を考慮（ノイズが大きいところほど寄与率を小さく）している。すなわち、
【００４０】
【数３】
2008058239.tif 000006
である。このように、重み付け係数ｇij、すなわち合成信号Ｓ１およびＳ２に対する各光検出器７から得られる第２の信号成分の寄与度は対応する前記第１の信号成分が大きいほど小さくなるので、前述のような背景散乱光の指向性によって強い背景散乱光が発生してＳ／Ｎ比が劣化した光検出器の場合、合成信号に対する寄与度が自動的に低下し、合成信号のＳ／Ｎ比を良好に維持することが可能になる。そのため、背景散乱光の指向性が強い場合や、被検査ウェーハ上の位置によって背景散乱光の指向性が変化するような場合に、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが比較的大きくないときであっても、合成信号のＳ／Ｎ比を良好に維持することが可能になる。ここで、実数値で例を示す。本実施形態の第２仰角検出系に属する４個の光検出器に対して前述の表１で想定した数値例を当てはめてみると、結果は表２の最下段に示すようになる。
【００４１】
【表２】
2008058239.tif 000007
【００４２】
表２において、検出器＃１〜＃４のノイズは、背景信号の平方根として求まるので、表２にしめされた値となる。そして、図９に示されるように、重み係数ｇ＃ｎは、上記式（３）より背景信号の逆数で求まるので、それぞれｇ＃ｎ＝１．０、ｇ＃ｎ＝０．５、ｇ＃ｎ＝１．０、ｇ＃ｎ＝０．２５となる。また、表２を参照すると、本実施形態の合成信号で得られるＳ／Ｎ比は、前述の「全方位角方向で散乱光を均等に検出する」方式および「背景散乱光が強い方位角方向を遮光する／使わない」方式よりも良好であることが分かる。もちろん、「全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが大きい」場合には対応する前記重み付け係数は自動的に０に近付くので、その効果は「背景散乱光が強い方位角方向を遮光する／使わない」方式に近付き、「全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが大きい」場合にも良好なＳ／Ｎ比が得られることは明白である。
【００４３】
粒径算出部１２０は、合成信号Ｓ１およびＳ２を検出した異物や欠陥の大きさに換算するが、各光検出器７に由来する第１の信号成分強度が変化する毎に各重み付け係数ｇijが変化するため、同じ異物であってもその異物の存在する半導体ウェーハ１００上の位置における背景散乱光の強度や指向性が異なれば、その都度、合成信号Ｓ１およびＳ２は異なる値となってしまう。そのため、「異物・欠陥の大きさとその異物に対する合成信号Ｓ１およびＳ２の値とを関係付けた合成信号用検量線を検査開始前に予め作成しておき、検査時に時々刻々得られる合成信号Ｓ１およびＳ２の値を合成信号用検量線に当てはめて異物や欠陥の大きさを算出する」ということは意味を成さない。
【００４４】
そこで、本発明では以下のステップに従って合成信号Ｓ１およびＳ２を検出した異物や欠陥の大きさに換算することとしている。
【００４５】
Ｓｔｅｐ  １：オペレータは、検査開始前に、複数の大きさ既知の標準異物（ＰＳＬ：ポリスチレンラテックス球がのぞましい）を付着させた校正用ウェーハを準備する。
【００４６】
Ｓｔｅｐ  ２：オペレータは、本実施形態の表面検査装置の検査条件（標準異物に対する装置の運転条件であって、例えば、照射レーザの強度、レーザスポットの大きさ等が含まれる）を、実際の被検査対象ウェーハに対して行う検査の検査条件に合わせて設定する。
【００４７】
Ｓｔｅｐ  ３：オペレータは、校正用ウェーハの検査を開始させる。
【００４８】
Ｓｔｅｐ  ４：本実施形態による表面検査装置は、合計１０個の各光検出器７毎に、検出された各標準異物の大きさと、その標準異物に対応して発生する第２の信号成分を変換したデジタルデータの値との関係を記録する。
【００４９】
Ｓｔｅｐ  ５：本実施形態による表面検査装置は、合計１０個の各光検出器７毎に記録された、検出された各標準異物の大きさと、その標準異物に対応して発生する第２の信号成分を変換したデジタルデータの値との関係から、各光検出器７毎の検量線、すなわち１０個の検量線ｗij（第１仰角検出系：i＝１，j＝１，２，３，４，５，６、  第２仰角検出系：i＝２，j＝１，２，３，４）を生成し、保存する。ｗijは例えば式（４）の形の関数であり、ｗijの値は異物・欠陥の大きさを表す。（ただし、Ｉij：第２の信号成分の強度，ｐijおよびｑij：検量線係数）
【００５０】
【数４】
2008058239.tif 000008
以上の工程により検査前の検量線準備作業は完了する。続いてウェーハ検査を実際に実行する。
【００５１】
Ｓｔｅｐ  ６：オペレータは、実際の被検査対象ウェーハ検査を開始させる。
【００５２】
Ｓｔｅｐ  ７：本実施形態の表面検査装置は、検出した各異物や欠陥毎に、式（１）から（３）を用いて合成信号Ｓ１およびＳ２を生成する。
【００５３】
Ｓｔｅｐ  ８：本実施形態の表面検査装置は、各光検出器７毎に保存された１０個の検量線ｗijから式（５）及び（６）に従って合成検量線Ｗ１および合成検量線Ｗ２を生成する。
【００５４】
【数５】
2008058239.tif 000009
【数６】
2008058239.tif 000010
【００５５】
Ｓｔｅｐ  ９：本実施例の表面検査装置は、合成信号Ｓ１を合成検量線Ｗ１に当てはめて異物・欠陥サイズＤ１を、合成信号Ｓ２を合成検量線Ｗ２に当てはめて異物・欠陥サイズＤ２を求める。
【００５６】
Ｓｔｅｐ  １０：本実施例の表面検査装置においては、合成信号Ｓ１が合成信号Ｓ２より大きい場合は、検出された異物・欠陥の大きさとしてＤ１を、逆の場合にはＤ２を採用する。
【００５７】
図５は、合成信号Ｓ１およびＳ２と、合成検量線Ｗ１およびＷ２とを生成する信号処理の構成を示すブロック図である。このようにして、本実施形態の表面検査装置では、合成信号Ｓ１およびＳ２の算出に使用した重み付け係数と同じ重み付け係数を用いて各光検出器毎の検量線を合成した合成検量線Ｗ１およびＷ２を生成する。従って、合成信号Ｓ１およびＳ２と合成検量線Ｗ１およびＷ２の関係は常に正しく保たれ、各光検出器７に由来する第１の信号成分強度が変化して各重み付け係数ｇijが変化した場合でも、異物や欠陥の大きさ換算を正しく行うことができる。なお、本実施形態では、複数の光検出器のうち等しい仰角の検出系に属するもの同士を重み付き加算の対象としているが、異なる仰角の検出系に属する光検出器を含めて重み付き加算を実施することも可能である。
【００５８】
検出された一つの異物・欠陥の大きさが求まると、検査結果保存部３００は、この大きさの値、このときの前記重み付け係数ｇij、各デジタルデータａijとｂij、および異物・欠陥座標検出部１３０から得られる異物・欠陥の半導体ウェーハ１００上での位置座標、を記憶保存する。そして、前記半導体ウェーハ１００の検査が終了すると、検査結果通信部４００は前記検査結果保存部３００に記憶保存されたこれらの情報を、複数の検査装置の検査結果を管理する上位システムへ通信ネットワークを介して送信する。これにより、上位システムは検出された各異物や欠陥について大きさ算出過程を再現することができ、それらの大きさ算出過程に異常がなかったかどうかを検証することができる。
【００５９】
＜変形例＞
上記実施形態では、照明光の光源１１には、紫外域の波長の光を時間的に繰返してパルス発振するパルスレーザを用いたが、この代わりに波長が可視域であるレーザや連続発振型のレーザを用いても得られる効果に変わりはない。
【００６０】
また、上記実施形態では、散乱・回折・反射光検出系の各集光素子をレンズから成るとしたが、これらは凹面鏡とすることも可能である。集光素子に凹面鏡を用いる場合には、上記と同様に凹面鏡の各光軸を前記照射ビーム２１およびその正反射光の光路を避けた配置とすることももちろん可能であるが、干渉する各鏡面にこれらの光ビームが貫通するよう貫通穴を設けることで、光学的な干渉を避けるようにしても良い。
【００６１】
さらに、上記実施形態では、被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分と、主として被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分の分離を、Ａ／Ｄ変換前のアナログ回路にて、低域通過フィルタと帯域通過フィルタを使うことで実現しているが、この代わりに、図６に示されるように、各光検出器７からの出力信号をその中に含まれる直流成分を概略保持したままで増幅した後にＡ／Ｄ変換器３０でＡ／Ｄ変換し、デジタル信号処理において低域通過フィルタリング処理（３１）と帯域通過フィルタリング処理（３２）を行って第１の信号成分と第２の信号成分を分離するようにしても得られる効果に変わりはない。図７はこの変形例の処理動作を示すフローチャートであるが、Ａ／Ｄ変換の順番が上記実施形態と異なるだけであるので、詳細な説明は省略する。なお、図７において、ｍは照射ビームの照射位置を表すための変数である。
【００６２】
また、さらに別の代案として、図８に示されるように、Ａ／Ｄ変換前のアナログ回路にて低域通過フィルタと帯域通過フィルタを使うことで第１の信号成分と第２の信号成分を分離した後、第２の信号成分を前記第１の信号成分に概略反比例する増幅率で増幅（３３）するようにしても構わない。
【００６３】
＜まとめ＞
本発明による表面検査方法又は表面検査装置は、以下のように記述することもできる。
【００６４】
１．本発明では、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照明する照明ビームと、前記照明ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記照明ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換する散乱・回折・反射光検出手段と、前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出手段とを備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥の大きさや位置を検出する表面検査方法において、前記粒径算出手段は、前記複数の光検出器に由来する複数のデジタルデータの一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理をする機能を含み、前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴としている。例えば、ノイズレベルが予め決定していたり、シミュレーションによってノイズレベルが固定値とすることができる場合に適用できる。
【００６５】
２．上記１の表面検査方法において、前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理は、前記複数の光検出器からの出力信号のうち、ノイズレベルの高い出力信号の寄与分が低くなるよう成されることを特徴とする。
【００６６】
３．上記１又は２の表面検査方法において、前記散乱・回折・反射光検出手段は、前記各光検出器からの出力信号を少なくとも第１の分割された出力信号と第２の分割された出力信号の２系統に分割し、前記第１の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出すよう信号処理し、前記第２の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう信号処理し、前記Ａ／Ｄ変換手段は前記第１および第２の信号成分を個別にデジタルデータに変換し、前記粒径算出手段は、前記各光検出器に由来する前記第１の信号成分を変換したデジタルデータを用いて前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理するよう構成したことを特徴とする。重み係数が時々刻々と変化する場合にも対応できるので、適切な異物・欠陥検出が可能となる。
【００６７】
４．上記３の表面検査方法において、前記第１の信号成分を取り出すよう信号処理する手段は低域通過フィルタであり、前記第２の信号成分を取り出すよう信号処理する手段は帯域通過フィルタである。
【００６８】
５．上記１又は２の表面検査方法において、前記粒径算出手段は、前記各光検出器の出力信号に由来する前記デジタルデータを用いて、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出す信号処理と、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出す信号処理を含み、前記第１の信号成分を用いて前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理するよう構成したことを特徴とする。
【００６９】
６．上記５の表面検査方法において、前記散乱・回折・反射光検出手段は前記各光検出器からの出力信号をその中に含まれる直流成分を概略保持したままで増幅し、前記粒径算出手段で前記第１の信号成分を取り出す信号処理は低域通過フィルタリング処理であり、前記第２の信号成分を取り出す信号処理は帯域通過フィルタリング処理である。
【００７０】
７．上記３から６のいずれかの表面検査方法において、前記重み付け係数の決定は、前記第１の信号成分が大きいほど、該光検出器に由来する前記第２の信号成分が前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果に寄与する割合を減じるように成されることを特徴とする。
【００７１】
８．上記３から６のいずれかに表面検査方法において、前記重み付け係数の決定は、前記第１の信号成分が大きいほど、対応する前記第２の信号成分の重み付け係数を小さくするように成されることを特徴とする。
【００７２】
９．上記８の表面検査方法において、前記重み付け係数は前記第１の信号成分の逆数に比例して決定されることを特徴とする。
【００７３】
１０．上記１乃至９の表面検査方法において、前記粒径算出手段は、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと、前記異物や欠陥に対応して発生する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータの値とを予め関係付けて作成された検量線を備え、被検査物体の検査時に、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理した結果を前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００７４】
１１．上記１０の表面検査方法において、前記粒径算出手段は、前記重み付け係数を用いて、前記複数の各光検出器に対応した前記複数の検量線から一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理を行って合成検量線を作成し、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理した結果を前記合成検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００７５】
１２．本発明では、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照明する照明ビームと、前記照明ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記照明ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍から散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換する散乱・回折・反射光検出手段と、前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出手段とを備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥の大きさや位置を検出する表面検査方法において、前記散乱・回折・反射光検出手段は、前記各光検出器からの出力信号を少なくとも第１の分割された出力信号と第２の分割された出力信号の２系統に分割し、前記第１の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出すよう低域通過フィルタを通して処理し、前記第２の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう帯域通過フィルタを通して処理した後に前記第１の信号成分に概略反比例する増幅率で増幅し、前記Ａ／Ｄ変換手段は前記増幅後の第２の信号成分をデジタルデータに変換し、前記粒径算出手段は前記複数の光検出器に由来する前記複数のデジタルデータを加算処理または平均化処理するよう構成したことを特徴とする。
【００７６】
１３．本発明では、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照明する照明ビームと、前記照明ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記照明ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換するする散乱・回折・反射光検出系と、前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部とを備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥の大きさや位置を検出する表面検査装置において、前記粒径算出部は、前記複数の光検出器に由来する複数のデジタルデータの一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理をする機能を含み、前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の結果から異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００７７】
１４．上記１３の表面検査装置において、前記被検査物体移動ステージは主走査が回転移動で副走査が並進移動から成ることを特徴とする。
【００７８】
１５．上記１３または１４の表面検査装置において、前記散乱・回折・反射光検出系は、前記各光検出器からの出力信号を少なくとも第１の分割された出力信号と第２の分割された出力信号の２系統に分割し、前記第１の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出すよう信号処理し、前記第２の分割された出力信号から、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出すよう信号処理し、前記Ａ／Ｄ変換器は前記第１および第２の信号成分を個別にデジタルデータに変換し、前記粒径算出部は、前記各光検出器に由来する前記第１の信号成分を変換したデジタルデータを用いて前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理するよう構成したことを特徴とする。
【００７９】
１６．上記１５の表面検査装置において、前記第１の信号成分を取り出すよう信号処理する手段は低域通過フィルタであり、前記第２の信号成分を取り出すよう信号処理する手段は帯域通過フィルタであることを特徴とする。
【００８０】
１７．上記１４の表面検査装置において、前記粒径算出部は、前記各光検出器の出力信号に由来する前記デジタルデータを用いて、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する光の強度に対応する第１の信号成分を取り出す信号処理と、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度に対応する第２の信号成分を取り出す信号処理を含み、前記第１の信号成分を用いて前記重み付き加算処理または重み付き平均化処理の重み付け係数を決定し、前記第２の信号成分を重み付き加算処理または重み付き平均化処理するよう構成したことを特徴とする。
【００８１】
１８．上記１７の表面検査装置において、前記散乱・回折・反射光検出系は前記各光検出器からの出力信号をその中に含まれる直流成分を概略保持したままで増幅し、前記粒径算出部で前記第１の信号成分を取り出す信号処理は低域通過フィルタリング処理であり、前記第２の信号成分を取り出す信号処理は帯域通過フィルタリング処理であることを特徴とする。
【００８２】
１９．上記１５から１８のいずれかの表面検査装置において、前記重み付け係数は前記第１の信号成分の逆数に比例して決定されることを特徴とする。
【００８３】
２０．上記１４乃至１９の表面検査装置において、前記粒径算出部は、前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと、前記異物や欠陥に対応して発生する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータの値とを予め関係付けて作成された検量線を備え、被検査物体の検査時に、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理した結果を前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００８４】
２１．上記２０の表面検査装置において、前記粒径算出部は、前記重み付け係数を用いて、前記複数の各光検出器に対応した前記複数の検量線から一次結合による重み付き加算処理または重み付き平均化処理を行って合成検量線を作成し、前記各光検出器に由来する前記第２の信号成分を変換したデジタルデータを重み付き加算処理または重み付き平均化処理した結果を前記合成検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００８５】
２２．上記２１の表面検査装置において、検出した各異物や欠陥に対して前記粒径算出部が算出した前記異物や欠陥の大きさと、前記大きさ算出時の前記各光検出器に由来する前記第１および第２の信号成分に対応するデジタルデータと、前記大きさ算出時の前記重み付け係数と、前記異物や欠陥の位置座標とを記憶保存する検査結果保存部と、被検査物体の検査終了後に前記検査結果保存部に記憶保存された検査結果を上位コンピュータシステムに送信する検査結果通信部を備えたことを特徴とする。上述のように、重み係数が時々刻々と変化しているので、保存した重み係数を上位コンピュータシステムに送信することにより、トレーサビリティを保証することができる。
【００８６】
２３．本発明では、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照明する照明ビームと、前記照明ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記照明ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を検出して電気信号に変換する散乱・回折・反射光検出系と、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、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部とを備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥の大きさや位置を検出する表面検査装置において、前記散乱・回折・反射光検出系は、前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面の微小な凹凸に由来して発生する散乱光の強度を表す電気信号またはデジタルデータと、前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光のうち主として前記被検査物体表面または表面近傍の異物や欠陥に由来して発生する光の強度を表す電気信号またはデジタルデータとを、同時もしくは擬似的同時に検出するよう構成したことを特徴とする。
【００８７】
２４．本発明では、被検査物体表面上の予め定められた大きさの領域を照明する照明ビームと、前記照明ビームに対して前記被検査物体を相対的に移動させる被検査物体移動ステージと、前記照明ビームに由来して前記被検査物体表面または表面近傍で散乱・回折・反射された光を前記被検査物体表面に関して複数の仰角または複数の方位角または複数の仰角と複数の方位角の組合せの方向で検出するよう配置された複数の光検出器で検出して電気信号に変換するする散乱・回折・反射光検出系と、前記複数の光検出器から得られる電気信号をデジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記デジタルデータから異物や欠陥の大きさを算出する粒径算出部とを備え、被検査物体表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥の大きさや位置を検出する表面検査装置において、前記粒径算出部は前記複数の各光検出器毎に、異物や欠陥の大きさと前記異物や欠陥に対応する前記デジタルデータの値とを予め関係付けて作成された検量線を備え、前記デジタルデータを前記検量線に当てはめて前記異物や欠陥の大きさを算出するよう構成したことを特徴とする。
【００８８】
以上のような表面検査方法又は表面検査装置によれば、各方向からの散乱光を検出し、その検出信号に対して重み付け処理をして異物や欠陥を検出しているので、半導体ウェーハの表面粗さに由来する背景散乱光が仰角方向または方位角方向に指向性を有する場合や、被検査ウェーハ上の位置によって背景散乱光の指向性が変化するような場合に、全散乱光量に占める背景散乱光の相対比率や角度方向での偏りが比較的大きくないときであっても、これら指向性を加味して散乱光検出を行っているので、良好なＳ／Ｎで異物や欠陥からの散乱光検出ができる。よって、より正確に異物や欠陥の存在を検出することができる。また、異物・欠陥の存在だけでなく、その大きさも特定することができる。
【００８９】
異物・欠陥の存在を検出し、さらにそれらの大きさを特定できるので、半導体製造における複数の工程のどの工程において異物・欠陥を多く発生させたかを特定することができる。よって、その特定された工程を改善することにより、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態による表面検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態による表面検査装置で用いられる光学系１１０の構成例を示す図である。
【図３】被検査物移動ステージの螺旋走査駆動方法を示す図である。
【図４】実施形態による表面検査装置で得られる信号波形を示す図である。
【図５】実施形態による表面検査装置における信号処理処理部の構成を示すロック図である。
【図６】変形例による信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図７】図６による信号処理部の動作を示すフローチャートである。
【図８】別の変形例による信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図９】表２を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９１】
１・・・異物    ２・・・異物の移動軌跡    ３・・・照明スポット    ５・・・集光レンズ    ７・・・光検出器    １１・・・光源    １８・・・照射レンズ    ２１・・・照明ビーム    ２６・・・前置増幅器    ２７・・・低域通過フィルタ    ２８・・・帯域通過フィルタ    ３０・・・Ａ／Ｄ変換器    １００・・・半導体ウェーハ      １０１・・・チャック    １０２・・・被検査物体移動ステージ    １０３・・・回転ステージ    １０４・・・並進ステージ    １０５・・・Ｚステージ    １０６・・・検査座標検出部    １０８・・・異物・欠陥判定部    １１０・・・照明・検出光学系    １２０・・・粒径算出部    １３０・・・異物・欠陥座標検出部    ３００・・・検査結果保存部    ４００・・・検査結果通信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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