(57)【要約】    【課題】  レーザ光線を基板表面に照射して、基板表面の異物等を検出する表面検査装置に於いて、検出精度の向上を図ると共に検出時間の短縮を図るものである。    【解決手段】  基板２表面にレーザ光線を照射、走査して基板表面の異物等を検出する表面検査装置に於いて、複数のレーザ光線１６を射出する光源部１５と、基板の照射部位に複数のレーザ光線が走査方向と交差する方向に列を形成する様レーザ光線を集光させる照射光学系１１，１２，１３とを具備した。    【選択図】        図１
2004271519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面にレーザ光線を照射、走査して基板表面の異物等を検出する表面検査装置に於いて、複数のレーザ光線を射出する光源部と、基板の照射部位に複数のレーザ光線が走査方向と交差する方向に列を形成する様レーザ光線を集光させる照射光学系とを具備したことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記レーザ光線は基板表面の照射部位に於いて隣接するレーザ光線と重合し、重合部分の光強度が最大値に対して略５０％以上である請求項１の表面検査装置。
【請求項３】
前記複数のレーザ光線は、複数の発光源から射出される請求項１の表面検査装置。
【請求項４】
前記複数のレーザ光線は、単一の発光源から発せられるレーザ光線を光学手段で複数のレーザ光線に分割して得られたものである請求項１の表面検査装置。
【請求項５】
前記複数の発光源から射出される複数のレーザ光線はそれぞれ光ファイバによって導かれ、光ファイバの射出端部は直線上に平行に保持されている請求項３の表面検査装置。
【請求項６】
光ファイバの射出端部は２列に保持されている請求項５の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の基板の表面の微細な異物、或は結晶欠陥等の微細な傷を検査する表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面の微細な異物、或は結晶欠陥等の微細な傷を検査する表面検査装置として、レーザ光線を用いたものがある。斯かる表面検査装置では、基板表面にレーザ光線を集光照射し、レーザ光線の照射点が基板全面を走査する様にし、異物、傷によって生じる散乱光を検出し、散乱光の強度、或は持続時間を解析して異物、傷を見分ける様になっている。
【０００３】
尚、表面検査装置での発光源としては、ガスレーザ（Ｈｅ−Ｎｅ、Ａｒ等）等が一般的に用いられてきたが、最近では取扱いが容易、安全、長寿命等の理由からレーザダイオード（ＬＤ）が用いられるケースも増えている。
【０００４】
図８は発光源としてレーザダイオードが使用された従来の表面検査装置１を示している。
【０００５】
図中、２はウェーハ等の被検査物である基板であり、前記表面検査装置１は走査駆動機構部３、照射光学系４、検出系５から主に構成されている。
【０００６】
又、前記走査駆動機構部３は前記基板２を保持する基板保持部６を具備し、該基板保持部６は回転駆動部７により回転可能に支持され、該回転駆動部７は直線駆動機構部８により前記基板２の回転面と平行な半径方向に直線移動される様になっている。
【０００７】
前記照射光学系４は検査光であるレーザ光線９を発する光源部１０、該光源部１０からの前記レーザ光線９を前記基板２上に向けるミラー等の偏向光学部材１１，１２、前記レーザ光線９を前記基板２の表面に集光させるレンズ群１３等から構成されている。前記検出系５は前記基板２表面に照射される前記レーザ光線９の光軸に交差する検出光軸を有する受光検出器を具備している。ここでは、一例として２つの受光検出器１４ａ，１４ｂを具備し、該受光検出器１４ａ，１４ｂは異なる方向に配置されている。該受光検出器１４ａ，１４ｂとしては光電子倍増管等が使用され、受光した散乱光は光電変換される。
【０００８】
前記光源部１０から照射された前記レーザ光線９は前記偏向光学部材１１，１２により前記基板２の所定位置の照射点を照射する様に偏向され、前記レーザ光線９は前記レンズ群１３により前記照射点で集光される。
【０００９】
前記基板２の表面検査は、前記回転駆動部７により前記基板２が回転された状態で、前記照射光学系４より前記基板２の表面に前記レーザ光線９が照射され、更に前記直線駆動機構部８により前記回転駆動部７が半径方向に移動される。
【００１０】
而して、前記直線駆動機構部８により前記基板２を一回転毎に前記回転駆動部７を所要ピッチでステップ送りすることにより、或は所定速度で前記回転駆動部７を連続送りすることにより、前記レーザ光線９の照射部位（スポット）が同心円、或は螺旋円の軌跡を描きながら、前記基板２の中心から外縁迄移動し、該基板２の全面が前記レーザ光線９によって走査されることとなる。
【００１１】
該レーザ光線９が前記基板２の表面を走査する過程で、異物、傷があると前記レーザ光線９が散乱する。この散乱光は所定の位置に配置された前記検出系５の前記受光検出器１４ａ，１４ｂによって検出され、該受光検出器１４ａ，１４ｂは光電変換して電気信号を図示しない演算処理部に送出する。該演算処理部は、前記受光検出器１４ａ，１４ｂからの信号を解析等の信号処理することで、異物、傷の数、大きさが検出される。
【００１２】
上記した表面検査装置１に於いて、前記基板２の回転速度と前記直線駆動機構部８の送り速度の組合わせにより走査ピッチが変る。従って、前記基板２の回転速度を一定とした場合、走査ピッチを大きくすると検査時間は短くなり、走査ピッチを小さくすると、検査時間は長くなる。更に、前記散乱光の光量は、異物の大きさと照射される前記レーザ光線９の光強度に依存する。即ち、光強度が大きい程散乱光量も大きく、一般に異物が大きい程散乱光量も大きくなる。
【００１３】
図９は照射点でのスポットの光強度分布（図では受光信号強度で示している）を示しており、前記レーザ光線９は通常ガウシアンビームと呼ばれる光軸を中心としたガウス分布状の光強度分布を持っている。一般的な定義により、レーザ光線の径はレーザ光強度の最大値の１／ｅ2 （＝１３．５％：ｅは自然対数の底）の値を示す径である。従って、スポット径Ｌは、光強度の最大値Ｉ0 の１３．５％の値を示す径となる。
【００１４】
前記レーザ光線９を前記基板２表面に走査させた場合、前記レーザ光線９は照射部位で所要の面積を有し、上記した光強度分布を有している。又、該レーザ光線９を走査させた場合、異物等は必ずしもスポットの中心を通過するとは限らない。従って、スポットの中心を異物等が横切る場合と、中心から離れた部位を通過する場合とでは、散乱光の光量に相違が生じる。従来では、スポットの中心を横切った場合の略５０〜略７０％程度の散乱光が得られる様に走査ピッチを設定し、レーザ光線照射部位を横切る異物等のスポット中心からの距離を設定していた。
【００１５】
図１０は、スポットの光強度分布と走査ピッチｐとの関係を示している。光強度分布の最大値に対して最小値で例えば６０％の光強度を得る様にすると、スポット径がＬの場合、最小値は最大値の中心から０．２５Ｌとなるので、走査ピッチｐは０．５Ｌとなる。
【００１６】
検出感度、検出精度は、照射光強度を増大させることで向上し、検査時間は走査ピッチを大きくすることで短縮する。然し乍ら、上記した様にスポットはガウス分布状の光強度分布を持つことから、検査時間を短縮させる為に走査ピッチを大きくすると、スポットの端部付近で検出される異物での散乱光量は低下する為、検出精度が低下する虞れがある。又、前記基板２の回転速度を増大させ、処理時間を短縮する方法もあるが、該基板２の回転速度を増大させた場合、受光検出器に於ける検出周波数を変更しないと散乱光のサンプリング点数が少なくなってしまい検出精度が低下してしまう。又、前記検出周波数を高くした場合はノイズによる影響が大きくなるという問題がある。一方、高速回転させることによる気流の発生、回転部からのダストの発生等が懸念される。又、モータを高速回転対応のものに変更する等の、設計的な変更も要することとなる。
【００１７】
更に、スポット形状を走査方向に対し直角方向にのみ拡大する方法もあるが、スポットの照射光強度が減少してしまうと共に光学系の負担が大きくなるという問題がある。
【００１８】
更に又、レーザダイオードを発光源とした場合、レーザダイオードは種々の利点を有する一方、ガスレーザ等に比べて発光光量が少ないという問題があり、照射光強度を維持して、スポット径を増大させるには限度があった。
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−１６６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は斯かる実情に鑑み、レーザダイオードを発光源とした表面検査装置に於いて、検出精度の向上を図ると共に検出時間の短縮を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、基板表面にレーザ光線を照射、走査して基板表面の異物等を検出する表面検査装置に於いて、複数のレーザ光線を射出する光源部と、基板の照射部位に複数のレーザ光線が走査方向と交差する方向に列を形成する様レーザ光線を集光させる照射光学系とを具備した表面検査装置に係り、又前記レーザ光線は基板表面の照射部位に於いて隣接するレーザ光線と重合し、重合部分の光強度が最大値に対して略５０％以上である表面検査装置に係り、又前記複数のレーザ光線は、複数の発光源から射出される表面検査装置に係り、又前記複数のレーザ光線は、単一の発光源から発せられるレーザ光線を光学手段で複数のレーザ光線に分割して得られた表面検査装置に係り、又前記複数の発光源から射出される複数のレーザ光線はそれぞれ光ファイバによって導かれ、光ファイバの射出端部は直線上に平行に保持されている表面検査装置に係り、更に又光ファイバの射出端部は２列に保持されている表面検査装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板表面にレーザ光線を照射、走査して基板表面の異物等を検出する表面検査装置に於いて、複数のレーザ光線を射出する光源部と、基板の照射部位に複数のレーザ光線が走査方向と交差する方向に列を形成する様レーザ光線を集光させる照射光学系とを具備したので、照射されるスポット形状の走査方向に対して交差する方向の幅が大きくなり、走査ピッチを大きくでき、検査時間を短縮することができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１、図２は、本発明に係る表面検査装置１及び該表面検査装置１に用いられる光源部１５の概略を示し、詳細を省略する。尚、図１中、図８中で示したのと同等のものには同符号を付してある。
【００２５】
先ず、図１に於いて前記表面検査装置１の概略を説明する。
【００２６】
該表面検査装置１は走査駆動機構部３、照射光学系４、検出系５から主に構成されている。
【００２７】
前記走査駆動機構部３は基板２を保持する基板保持部６を具備し、該基板保持部６は回転駆動部７により回転可能に支持され、該回転駆動部７は直線駆動機構部８により前記基板２の回転面と平行な半径方向に直線移動される様になっている。
【００２８】
前記照射光学系４は前記光源部１５、該光源部１５から射出されるレーザ光線群１６を前記基板２上に向けるミラー等の偏向光学部材１１，１２、前記レーザ光線群１６を前記基板２の表面に集光させるレンズ群１３等から構成されている。前記検出系５は、例えば２つの受光検出器１４ａ，１４ｂを具備し、該受光検出器１４ａ，１４ｂは前記基板２表面で反射された散乱光を受光する。前記受光検出器１４ａ，１４ｂとしては光電子倍増管等が使用され、受光した前記散乱光は光電変換される。
【００２９】
次に、図２、図３に於いて前記光源部１５について説明する。
【００３０】
該光源部１５は、所要数の発光源、例えば所要数のレーザダイオード１７を具備しており、各レーザダイオード１７に対してカップリングレンズ１８が設けられ、該カップリングレンズ１８に対応して光ファイバ１９がそれぞれ配設されている。該光ファイバ１９の入射端面は前記カップリングレンズ１８と同軸に位置され、射出端部はファイバホルダ２１により直線上に等間隔で平行に保持されている。前記ファイバホルダ２１に対向して集光レンズ２２が配設され、各光ファイバ１９から射出されるレーザ光線９は平行光束とされる。前記光ファイバ１９の射出端面は複数の前記レーザ光線９，９…（レーザ光線群１６）を射出する２次光源として機能する。
【００３１】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）はそれぞれ図２のＡ矢視方向から見たときの、前記ファイバホルダ２１に於ける前記光ファイバ１９の保持状態を示している。図３（Ａ）は、該光ファイバ１９が一列直線上に等間隔で配列された状態で保持された例を示している。又、図３（Ｂ）は図３（Ａ）で示したファイバホルダ２１ａ，２１ｂを、２列重ねる様に配置したもので、直線上に等間隔の前記光ファイバ１９が平行に２列配置された状態となる。このとき、前記各ファイバホルダ２１ａ，２１ｂに於ける光ファイバの相対的な位置が図示される様に互いに同じ位置となる様に配置されてもよいし、前記各光ファイバ１９の間隔の半分だけずらすことで、光ファイバが互い違いに配置される様に（図示せず）配置してもよい。更に図３（Ｃ）は該光ファイバ１９を千鳥状に配列し、前記ファイバホルダ２１にて一体的に成形したものである。
【００３２】
前記光源部１５から射出された前記レーザ光線群１６は、前記偏向光学部材１１，１２により前記基板２の照射部位に照射される様偏向され、又前記レンズ群１３により前記基板２の照射部位に一部を重合する列を形成する様集光される。
【００３３】
照射部位での前記レーザ光線群１６の前記各レーザ光線９の状態は部分的に重合し、重合する位置は該各レーザ光線９の最大値の略５０％以上、例えば６０％以上となる様にされている。従って、照射部位に照射された前記レーザ光線群１６のスポット２３の形状は、図４に示す様に前記レーザ光線９の重合位置でくびれを有する線分状態となる。又、前記スポット２３の光強度分布は、図５に示される様に、前記レーザ光線９の各中心で最大値を示し、重合位置で最小値を示す様になり、最大値と最小値との間が照射光強度のバラツキ幅となる。尚、図５は受光信号の光強度分布を示している。
【００３４】
図５に示される様に、前記レーザ光線群１６が照射された場合の走査ピッチｐは、前記スポット２３が両幅端で前記レーザ光線９の最大値Ｉ0 の略５０％以上、例えば６０％以上となる様に、重なって走査されればよい。
【００３５】
前記レーザ光線群１６による前記スポット２３の走査方向に対して直交する方向の長さ（スポット幅：光強度の最大値の１３．５％の値を示す幅）をＬ′とする。
【００３６】
例えば、前記レーザ光線群１６の前記レーザ光線９の数を１０とする。ここで、レーザ光線９は、図８で示した従来例で使用されたスポット径Ｌのレーザ光線とビーム強度が等しく、幅が１／１０とし、各レーザ光線９の重なる部分の強度の値が最大値の６０％となる様に配置することでレーザ光線群１６を構成する。これにより、レーザ光線群１６のスポット幅Ｌ′は従来例に於けるスポット径Ｌに対して、図６にて示される様にＬ′≒０．７９Ｌとなる。
【００３７】
ここで、照射光強度を同等とし、又各レーザ光線９を最大値の６０％とすることで、異物等による散乱光を検出する受光検出器等の設定を大幅に変更する必要が無くなる。
【００３８】
前記レーザ光線群１６で、最大値に対して略５０％以上、例えば６０％の光強度が得られる範囲は、図６に於いて図示される様に、スポット幅Ｌ′に対して０．９４Ｌ′となる。従って、前記レーザ光線群１６で走査した場合の走査ピッチＰは０．９４Ｌ′である。更に、上記した様に照射条件を従来と同様の照射光強度とすると、Ｌ′＝０．７９Ｌの関係があるので、従来と同様の照射光強度で照射した場合で単一レーザ光線で照射した場合のスポット径を基準とすると、走査ピッチＰは、単一レーザ光線ではＰ＝０．５Ｌ、レーザ光線群ではＰ＝０．９４Ｌ′＝０．７４Ｌとなる。
【００３９】
従って、本発明に於ける照射光のスポット幅Ｌ′は従来の照射光のスポット径Ｌより小さくなるが、光強度分布の最大値に対して約６０％の光強度が得られるスポット幅は０．７４Ｌとなる。
【００４０】
而して、走査ピッチＰを０．７４Ｌとすると、異物等が前記スポット２３を横切って得られる受光信号の強度は６０％〜１００％の範囲で得られることとなることから、従来は０．５Ｌの走査ピッチで行う必要があった表面検査を、散乱光量を減らすことなく０．７４Ｌピッチで行うことが可能となる。これにより、ウェーハの表面検査を高速に行うことができるので、検査工程のスループット向上に寄与することができる。
【００４１】
前記基板２の表面検査は、前記回転駆動部７により前記基板２が回転された状態で、前記照射光学系４より前記基板２の表面に前記レーザ光線群１６が照射され、更に前記直線駆動機構部８により前記回転駆動部７が半径方向に走査ピッチが０．７４Ｌとなる様に移動される。
【００４２】
異物、傷による前記散乱光が前記受光検出器１４ａ，１４ｂによって検出され、該受光検出器１４ａ，１４ｂが光電変換して電気信号を送出する。該受光検出器１４ａ，１４ｂからの信号を図示しない演算処理部により解析等の信号処理することで、異物、傷の数、大きさが検出される。
【００４３】
上記した前記表面検査装置１に於いて、前記基板２の回転速度と前記直線駆動機構部８の送り速度の組合わせにより走査ピッチが変る。従って、前記基板２の回転速度を一定とした場合、走査ピッチを大きくすると検査時間は短くなり、走査ピッチを小さくすると、検査時間は長くなる。更に、前記散乱光の光量は、異物の大きさと照射されるレーザ光線の光強度に依存する。即ち、光強度が大きい程散乱光量も大きく、一般に異物が大きい程散乱光量も大きくなる。
【００４４】
上記した様に、前記レーザ光線群１６の前記レーザ光線９の数を１０とした場合、０．７４Ｌの走査ピッチで走査が可能であり、同等のスポット径を有するガウシアンビームを使用した場合の、０．５Ｌの走査ピッチに対して大幅に走査ピッチを増大させることができ（図７参照）、表面検査に要する時間は大幅に短縮される。尚、スポット幅Ｌ′については前記レーザダイオード１７の数を選択すること或は照射光学系４の倍率を変えることで種々調整可能であることは勿論である。
【００４５】
尚、上記実施の形態では複数のレーザダイオード１７を用いたが、１つのレーザダイオード１７を用い、光学系、例えば回折光学素子等を用い複数のレーザ光線９′に分割し、該レーザ光線９′により前記レーザ光線群１６を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】該実施の形態に用いられる光源部の概略構成図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】該実施の形態での照射部位でのスポット形状を示す図である。
【図５】該実施の形態での照射部位でのスポットの光強度分布及び走査ピッチを示す図である。
【図６】本発明と従来例との照射部位でのスポットのスポット幅の比較を示す図である。
【図７】本発明と従来例との照射部位でのスポットの走査ピッチの比較を示す図である。
【図８】従来例を示す概略構成図である。
【図９】従来例での照射部位でのスポットの光強度分布図である。
【図１０】従来例での光強度分布と走査ピッチとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１          表面検査装置
２          基板
３          走査駆動機構部
４          照射光学系
５          検出系
６          基板保持部
１３        レンズ群
１５        光源部
１６        レーザ光線群
１７        レーザダイオード
１８        カップリングレンズ
１９        光ファイバ
２１        ファイバホルダ
２２        集光レンズ
２３        スポット
【図１】
2004271519.tif 000003
【図２】
2004271519.tif 000004
【図３】
2004271519.tif 000005
【図４】
2004271519.tif 000006
【図５】
2004271519.tif 000007
【図６】
2004271519.tif 000008
【図７】
2004271519.tif 000009
【図８】
2004271519.tif 000010
【図９】
2004271519.tif 000011
【図１０】
2004271519.tif 000012