発明の名称 表面検査装置 発行国 日本国特許庁（ＪＰ） 公報種別 公開特許公報（Ａ） 公開番号 特開平６−８２３７６ 公開日 平成６年（１９９４）３月２２日 出願番号 特願平４−２３５６６２ 出願日 平成４年（１９９２）９月３日 代理人 【弁理士】 【氏名又は名称】則近 憲佑 発明者 林 正和 / 内田 順三 / 津村 明 / 鄭 有成 要約 目的 構成 ウェハ表面にレーザ光を照射し、その散乱反射光の受光信号をデジタル回路によって光強度分布に応じたノイズ除去を行う。 特許請求の範囲 【請求項１】 下記構成を具備することを特徴とする表面検査装置。 (1) 検査対象を載置固定するステージと、前記ステージを面内方向に移動可能なステージ駆動部とを備えた走査手段(2) 前記検査対象にレーザ光を照射する投光手段(3) 前記検査対象からの反射光を受光してその光強度に応じたアナログ電気信号を出力する受光手段(4) 所定のサンプリング時間ごとに前記アナログ電気信号をアナログ／デジタル変換してデジタル信号を出力するアナログ／デジタル変換手段(5) 前記サンプリング時間ごとにデジタル信号を順次シフトして記憶保持するｎ段（但し、ｎは２以上の整数とする。）のシフトレジスターと、各シフトレジスターに対応して設置され所定の定数を記憶保持するｎ段の係数レジスターと、シフトレジスターとこれに対応する係数レジスターのそれぞれに記憶保持された信号値を乗算するｎ段の乗算器と、前記ｎ段の乗算器から出力された乗算値を加算する加算器と、その加算値を所定の定数で除算する除算器とを備えたフィルタ手段(6) 前記フィルタ手段からの出力信号に基づいて演算処理を行う演算手段(7) 装置全体の動作を統御する制御手段【請求項２】 前記ｎ段の係数レジスターが記憶保持する信号値は前記検査対象からの反射光の強度分布曲線に対応した数列をなすことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。 【請求項３】 前記ｎ段の係数レジスターの記憶は前記制御手段の指令によって行うことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。 【請求項４】 前記ｎ段の係数レジスターが記憶保持する信号値は前記ステージ駆動部による移動速度を参照して設定されることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。 発明の詳細な説明 ［発明の目的］ 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウェハ上に存在するごみや傷などを散乱反射光を用いて検出する表面検査装置に係り、特に散乱反射光を受光して得た電気信号の処理方式を改良して検出感度を向上させた表面検査装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体ウェハ表面に存在するごみや傷などは製造不良の原因となるので、これらの検査は不可欠である。かかる検査は、半導体ウェハにレーザなどの光を照射し、その散乱反射光を受光して、受光信号の強弱を演算処理することによって行う方式が一般的である。そして、検査装置の検出感度を向上させるためには、ごみに因る散乱光の信号とノイズに因る信号とを分離する必要がある。このようなノイズの分離は、光学的な方法によるものと受光信号を処理して行う電気的な方法に大別される。そして、電気的な方法としては例えば、(1) 各領域ごとに電気信号値の平均値を算出し、平均値に基づいて欠陥検出を行う（特開昭６０−１３５７０７号参照）。 (2) 電気信号同士を加減演算して、受光量・受光位置などを割り出し、検出感度を向上させる（特開昭６０−６９５３９号参照）。など、電気信号値を数学的に演算処理して検出感度を向上させる方法が挙げられる。さらに、(3) ローパス・フィルタ（図11参照）とハイパス・フィルタ（図12参照）とを組合せて、不要な周波数成分の信号を除去することによってノイズを低減させる方法。 なども一般的に行われている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】従来のように、付着粒子の個数を計数するような検査装置においては、信号の２値化を安定させることは重要である。 【０００４】しかし、近年のように半導体ウェハをセグメントに区分けしたマップ上で粒子信号のヒストグラムを得ようとする場合、信号のＳＮ比自体を向上させることが必要となる。ところが、上記(3) のように通常のアナログフィルタを用いる場合では、フィルタ特性（透過帯域以外の周波数の減衰率）が−20dB乃至−40dB／dec 程度であり、無理に減衰率を上げようとすると回路が複雑になったり、回路が発振するなどかえってノイズの発生源になりかねない。また、かかるアナログフィルタは、図11及び図12に示す通り、コンデンサＣと抵抗Ｒによって通過帯域周波数を設定しているが、この周波数を変更させたい場合であってもＣＲ部品を代替するのは容易でない。また、ＣＲ部品は温度ドリフトする特性があるため、測定中僅かながら通過帯域周波数が変動するという欠点がある。そこで、本発明は散乱光を受光して得た電気信号のＳＮ比を向上させることによって高い検出感度を得られる表面検査装置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］ 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、下記構成を具備することを特徴とする表面検査装置である。すなわち、(1) 検査対象を載置固定するステージと、前記ステージを面内方向に移動可能なステージ駆動部とを備えた走査手段(2) 前記検査対象表面にレーザ光を照射する投光手段(3) 前記検査対象からの反射光を受光してその光強度に応じたアナログ電気信号を出力する受光手段(4) 所定のサンプリング時間ごとに前記アナログ電気信号をアナログ／デジタル変換してデジタル信号を出力するアナログ／デジタル変換手段【０００６】(5) 前記サンプリング時間ごとにデジタル信号を順次シフトして記憶保持するｎ段（但し、ｎは２以上の整数とする。）のシフトレジスターと、各シフトレジスターに対応して設置され所定の定数を記憶保持するｎ段の係数レジスターと、シフトレジスターとこれに対応する係数レジスターのそれぞれに記憶保持された信号値を乗算するｎ段の乗算器と、前記ｎ段の乗算器から出力された乗算値を加算する加算器と、その加算値を所定の定数で除算する除算器とを備えたフィルタ手段(6) 前記フィルタ手段からの出力信号に基づいて演算処理を行う演算手段(7) 装置全体の動作を統御する制御手段【０００７】また本発明は、上記表面検査装置において、前記ｎ段の係数レジスターが記憶保持する信号値は前記検査対象からの反射光の強度分布曲線に対応した数列をなすことを特徴とする表面検査装置である。また本発明は、上記表面検査装置において、前記ｎ段の係数レジスターの記憶は前記制御手段の指令によって行うことを特徴とする表面検査装置である。 【０００８】また本発明は、上記表面検査装置において、前記ｎ段の係数レジスターが記憶保持する信号値は前記ステージ駆動部による移動速度を参照して設定されることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置である。 【０００９】 【作用】投光手段が発したレーザ光が検査対象となるウェハ表面を走査し、ごみの上を通過すると散乱反射光を生じる。受光手段は散乱反射光を受光してその光強度に応じた電気信号を出力する。この電気信号は、所定のサンプリング時間ごとにアナログ／デジタル変換され、デジタル信号としてｎ段のシフトレジスターに順次シフトされながら記憶保持される。ここで、受光手段より出力されるアナログ電気信号は、一般的には時系列的にガウス分布状のチャートとなる（図５参照）。そして、各シフトレジスターに記憶保持される生のデジタル信号には、図４(a) に示す通り、上記のガウス分布をなす信号Ｓ1 ，Ｓ2 の他にノイズＮが含まれている。そこで、ｎ段の係数レジスターには、図６に示す通り、上記ガウス分布曲線に対応した係数群｛ｆi ｝を与えるようにする。次いで、ｎ段の乗算器では各シフトレジスターと係数レジスターに記憶された信号値を乗算し、加算器ではこのｎ個の乗算値を加算し、除算器では所定の定数で加算値を除算する。上記乗算によってガウス分布をなす信号に係る部分Ｓ1 ，Ｓ2 …のみが増幅され、この結果は図４(b) に示す通りＳＮ比が向上する。このＳＮ比の高い信号を用いてピーク検出、欠陥判定などを行うことによって検出感度が著しく向上する。 【００１０】また、係数群｛ｆi ｝は演算処理部によってソフトウェア的に与えるものであり、散乱反射光強度がガウス分布にならない場合、ノイズの通過帯域周波数を変更する必要がある場合であっても柔軟に対応することができる。また、フィルタ特性は専ら係数群｛ｆi ｝の設定に因るので、アナログバンドパスフィルターのように温度ドリフトの影響を受けることもない。 【００１１】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。 【００１２】図１に本発明の実施例に係る表面検査装置に構成を示す。本装置は、走査部(110) と、投光部(120) と、受光部(130) と、電気回路系(140) とから構成されている。以下、各部の構成について詳解する。 【００１３】走査部(110) は、ステージ(111) と、ステージ駆動部(112) とを備えている。ステージ(111) は、検査対象となるウェハ(100) を真空吸着などによって載置固定するようになっている。ステージ駆動部(112) は、ステージ(111) 下方に内蔵され、例えばステージを所定角度だけ回転可能なロータリーテーブル（図示しない）とその回転半径方向に移動可能なリニアテーブル（図示しない）とを備えており、両テーブルが同期的に駆動することにより後述するレーザ光がウェハ(100) 表面上を同心円状に全面走査できるようになっている。また、各テーブルにはそれぞれロータリー・エンコーダ，リニア・エンコーダ（図示しない）が付設され、後述する演算制御部(147) に角度信号，位置信号を送信するようになっている。 【００１４】投光部(120) は、レーザ発振器と集光レンズ系（図示しない）とを備えている。レーザ発振器は光軸が上記ウェハ(100) 表面に対し斜め方向となるように配設され、発したレーザ光は上記集光レンズ系によって集光されウェハ(100) 表面を微小なスポット径で斜め照射するようになっている。 【００１５】受光部(130) は、例えば光ファイバーとフォトマルなどを組合せた光電変換手段からなり、上記レーザ光の照射位置の略鉛直上方に配設されて、散乱反射光を受光してその光強度に応じた電流信号を出力するようになっている。 【００１６】電気回路系(140) は、電流電圧（以下、ＩＶとする。）変換回路(141) と、電圧増幅回路(142) と、アナログバンドパスフィルタ回路(143) と、高速アナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄとする。）変換回路(144) と、デジタルフィルタ回路(145) と、最大値検出回路(146) と、演算制御部(147) と、表示部(148) とを備えている。 【００１７】ＩＶ変換回路(141) は受光部より入力された電流信号を電圧信号に変換するようになっており、電圧増幅回路(142) はこの電圧信号を増幅するようになっている。 【００１８】アナログバンドパスフィルタ回路(143) は、ローパスフィルタとハイパスフィルタとを並列した構成であり、電圧増幅回路(142) からの増幅電圧信号を入力して所定帯域の周波数を有する信号のみを透過させるようになっている。 【００１９】Ａ／Ｄ変換回路(144) は、アナログバンドパスフィルタ回路(143) を透過したアナログの電圧信号を入力し、演算制御部(147) からのサンプルクロック信号に同期してＡ／Ｄ変換し、ｍビット（但し、ｍは正の整数）のデジタル信号を順次出力するようになっている。 【００２０】デジタルフィルタ回路(145) の構成は図２に示す通りである。すなわち、多段（本実施例ではｎ段とする。）のシフトレジスター(145a)…と、各シフトレジスターに対応して設置されるｎ段の係数レジスター(145b)…と、それぞれのシフトレジスターとこれに対応する係数レジスターに接続されるｎ段の乗算器(145c)…と、各乗算器(145c)…によるｎ個の乗算値を加算する加算器(145d)と、この加算値を所定の値で除算する除算器(145e)…とを備えている。各シフトレジスター(145a)は、ｍビットの容量を有しており、サンプルクロック信号を受けてＡ／Ｄ変換回路(144) からのデジタル信号値を順次シフトし記憶保持するようになっている。各係数レジスター(145b)…は、ｋビットの容量を有しており、演算制御部(147) からの出力信号によってそれぞれ所定の係数値を記憶保持するようになっている（以下、ｉ番目の係数レジスター(145c)が記憶保持する係数値をｆi とおく。）。各乗算器(145c)…は、一つのシフトレジスター(145a)…とこれに対応する係数レジスター(145b)…のそれぞれに接続しており、各１組のレジスター(145a)，(145b)に記憶保持される信号値を、後述するサンプルタイムＴ[sec] 未満の時間で乗算して出力するようになっている。加算器(145d)は、ｈビットの容量を有し、上述のｎ段の乗算器(145c)…からの出力値をサンプルタイムＴ[sec] の時間内で加算するようになっている。そして、除算器(145e)は、ｌビットの容量を有し、上述の加算値を付設される係数レジスター(145f)が記憶保持する値Ｃによって除算して、この除算値を出力するようになっている。この係数値Ｃは、電気的に接続される演算制御部(147) によって与えられるようになっている。なお、このようなデジタルフィルタ回路(145) は、従来は個別にハードワイヤードに組上げることによって製造することができた。今日に至ってはゲートアレイなどの特殊用途ＬＳＩ（ＡＳＩＣ）が存在するので、これらの素子を用いて構成することもできる。最大値検出回路(146) は、デジタルフィルタ回路(145) で処理された信号を入力して、所定時間ごとに信号のピーク値を検出するようになっている。 【００２１】演算制御部(147) は、マイクロコンピュータなどの中央処理装置（ＣＰＵ）と各種ハードウエア回路から構成されており、所定のサンプルタイムＴ[sec] ごとにサンプルクロック信号を発して装置の電気的処理をシーケンシャルに行わしめ、各係数レジスター(145b)…，(145f)に信号を出力し、かつ上記最大値検出回路(146) から出力される信号に基づいて演算処理を行うようになっている。さらに、各部に制御指令を発して装置全体の動作を統御するようになっている。 【００２２】表示部(148) は、ＣＲＴディスプレイやプリンタなどからなり、演算制御部(147) での演算処理結果に基づいて、ごみのサイズや個数、分布などを外部に表示するようになっている。次に上記表面検査装置の動作とともに本実施例の作用について説明する。 【００２３】まず、検査対象となるウェハ(100) をステージ(111) 上に載置固定する。測定中は、常に、投光部(120) からレーザ光を発するとともにフォトマル(130) はウェハ(100) 表面からの光強度に応じた電流信号を出力する状態にしておく。そして、演算制御部(147) からの指令によりステージ駆動部(112) が駆動して、レーザ光がウェハ(100) 表面を同心円状に走査し始める。 【００２４】しかして、レーザ照射スポットがウェハ(100) 上に付着したごみを通過した場合、正反射光の他に散乱反射光が生じる。この散乱反射光の強度は、一般的には、レーザ光の走査速度に依存したガウス分布曲線をなしており、フォトマル(130) からは時系列のガウス分布状のアナログ電流信号が出力される。次に、電気回路系(140) ではフォトマル(130) から出力される電流信号に基づいた信号処理が行われる。 【００２５】まず、ＩＶ変換回路(141) はこの電流信号を電圧信号に変換し、電圧増幅回路(142) は電圧信号を増幅する。アナログバンドパスフィルタ回路(143) は、このうち不必要な信号周波数成分を除いた電圧信号のみを透過させる。 【００２６】一方、演算制御部(147) は所定時間Ｔ[sec] の間隔でサンプルクロック信号を出力している。Ａ／Ｄ変換回路(144) は、このサンプルクロック信号に同期して上述の電圧信号をＡ／Ｄ変換し（図３参照）、ｍビットのデジタル信号としてデジタルフィルタ回路(145) のＡ端子（図２参照）に出力する（以下、第ｉ番目のサンプルクロック信号でＡ／Ｄ変換してサンプリングされたデジタル信号をｘi とおく。）。そして、デジタルフィルタ回路(145) においては、サンプルクロック信号Ｔに同期して上述のデジタル信号｛ｘi ｝がｎ段のシフトレジスター(145a)…上を順次シフトして記憶保持される。サンプル時間Ｔ×ｊ[sec] 後に各シフトレジスター(145a)…に記憶保持される信号は、図２に示す通り、Ａ端子側よりｘj-1 ，ｘj-2 ，…，ｘj-n となる。ここで、各信号ｘi は、図４に示す通りノイズＮを含んだ状態のままである。 【００２７】また、各シフトレジスター(145a)…に対応して設置されるｎ段の係数レジスター(145b)…には、演算制御部(147) からの出力によりそれぞれｋビットのｆ1，ｆ2 ，…，ｆn なる係数値が記憶保持されている。ここで、係数群｛ｆi ｝の各々の値としては、フォトマル(130) からガウス分布状のアナログ信号が出力されることに対応して、図６に示すようなガウス分布をなす数列が与えられている。なお、実際のデジタルフィルタ回路では、15段のシフトレジスター，係数レジスターが配列され、シフトレジスター，係数レジスターはともに８ビット、加算結果は21ビット、除算結果は８ビットのデータとなるよう構成されている。また、係数にはｆ1 ＝ 27 ， ｆ2 ＝ 41 ， ｆ3 ＝ 58 ， ｆ4 ＝ 77 ， ｆ5 ＝ 96 ，ｆ6 ＝112 ， ｆ7 ＝124 ， ｆ8 ＝128 ， ｆ9 ＝124 ， ｆ10＝112 ，ｆ11＝ 96 ， ｆ12＝ 77 ， ｆ13＝ 58 ， ｆ14＝ 41 ， ｆ15＝ 27なる値が用いられ、ちょうど光強度のガウス分布曲線に対応した数列をなしている。（なお、シフトレジスター(145a)…の段数ｎや、各部のビット数ｋ，ｍは任意のものを選択でき、例えばｎ＝100 ，ｋ＝ｍ＝16であってもよい。） 【００２８】ｎ段の乗算器(145c)は、各々に接続されるシフトレジスター(145a)…，係数レジスター(145b)…から信号値を読み出して、サンプルタイムＴ[sec] 以内に両者を乗算し、その乗算値Ｍ1 （＝ｆ1 ・ｘj-1 ），Ｍ2 （＝ｆ2 ・ｘj-2 ），…，Ｍn （＝ｆn ・ｘj-n ）を出力する。加算器(145d)は、上記ｎ個の乗算値Ｍ1，Ｍ2 ，…，Ｍn を入力して加算する。除算器(145e)は、レジスター(145f)にて記憶保持された定数Ｃで上記加算値を除算して除算値ｙj として出力する。ここで、定数Ｃは、式(1) によって求められる値であり、演算処理部(147) によってレジスター(145f)に与えられる。 【００２９】 【数１】 そして、除算値ｙj は上述で導かれる通り、式(2) で表現される。 【００３０】 【数２】 【００３１】このｙj は、図４(b) に示す通り、ガウス分布をなす信号に係る部分Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれ強いピークＳ1f，Ｓ2fとなる一方、ノイズはＮf のように低減して、信号のＳＮ比は向上する。例えば、デジタルフィルタリング前の図４(a) ではＳ1 ／Ｎ＝３，Ｓ2 ／Ｎ＝１であるが、上記デジタルフィルタリング後の図４(b) ではＳ1f／Ｎ＝9.9 ，Ｓ2f／Ｎ＝2.6 となっており、ＳＮ比は2.6 乃至３．３倍に向上している。次に、最大値検出回路（１４６） は、信号ｙj を入力し、所定時間ごとに信号ｙj のピーク値を検出してその結果を演算処理部(147) に出力する。 【００３２】次に、演算処理部(147) は、ステージ駆動部(112) のロータリー・エンコーダ，リニア・エンコーダから角度信号，位置信号を受けており、最大値検出回路(146) から入力されたピーク値が存在する位置（領域）を検出する。そして、ウェハ表面上で区分された領域ごとに検出データを記憶する。表示部(148) は、記憶された検出データを読み出し、ごみのサイズや個数、分布などをマップ表示する。 【００３３】なお、上記実施例では散乱反射光強度がガウス分布をなす場合について説明したが、図７のように矩形分布をなす場合であっても、係数レジスター(145b)…に与える係数値を変更することによって同様の効果を得ることができる。すなわち、この場合は、各係数レジスター(145b)…に与える係数群｛ｆi ｝を図８に示す通り矩形分布状に設定すればよい。 【００３４】また、フォトマル(130) から出力される電流信号のチャートは、散乱反射光強度分布の他、レーザ光の走査速度にも依存する。例えば、ステージ駆動部(112) のロータリーテーブルを定速で回転させると、ごみ通過時には図９に示す通りの幅Ｗのガウス分布をなす散乱光信号のチャートが得られるとする。これに対し、ロータリーテーブルをさらに高速で回転させると、同一のごみを通過する時間は短縮するので、図10のように幅Ｗ´（但し、Ｗ´＜Ｗ）の急峻なガウス分布をなす電流信号のチャートが得られる。このような場合であっても、上記実施例においては、サンプリングタイムＴを短縮し、または係数群｛ｆi ｝を変更することによって容易に適応することができる。 【００３５】なお、係数群｛ｆi ｝は、上述の通り、散乱反射光強度分布に対応した数列をなすように設定する。上記実施例では係数のすべての値は正の数によって構成されるが、これに限定されるものではなく、例えば式(3) のように常に一定値になるよう設定してもよい。 【００３６】 【数３】 この場合、新たな係数ｆi * は、式(4) によって算出することができる。 【００３７】 【数４】 式(3) のように係数群｛ｆi * ｝を設定した場合、デジタルフィルタ回路(145) を通過後は信号の直流成分がゼロになるという効果がある。 【００３８】また、大きな粒子によって強い散乱反射光が発生して受光部(130) からの信号がデジタル領域を飽和してしまう場合や、逆に微小に粒子のため信号が小さすぎる場合もある。この場合、演算制御部(147) からの指示でレジスター(145f)に与えるゲインＣを変更することによって、容易に対処することができる。すなわち、検査対象の相違に因るゲインの調整が容易で、装置ごとの誤差も容易に調整することができる。 【００３９】さらに、本発明の構成は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で変形可能である。例えば、アナログバンドパスフィルタ(143) は省略できる場合もある。また、本実施例ではＡ／Ｄ変換回路(144) と最大値検出回路(146) との間にデジタルフィルタ回路(145) を挿入接続したハードウェア構成を採用しているが、デジタルフィルタと最大値検出回路をＤＳＰを用いて構成することも可能であり、また、デジタルフィルタと最大値検出をソフトウェアの算術プログラムによって実現することも可能である。さらに、本実施例では、ウェハ(100) を回転と直線移動によって同心円状に走査しているが、操作方式はこれに限定されず、例えばＸＹテーブルを用いて直線状に走査する方式であっても、また、ウェハ(100) でなくレーザ光側をポリゴンミラーなどを用いて走査する方法であっても容易に適用できる。 【００４０】 【発明の効果】以上詳記したように本発明に係る表面検査装置によれば、フィルタ手段によって散乱反射光強度分布に応じたノイズ除去処理を行うことができ、ＳＮ比の高い信号を得ることができる。かかるＳＮ比の高い信号によってウェハ上のごみ検査を行えば検出感度は著しく高まり、製造歩留りが向上するなど大きな工業的効果が得られる。