(57)【要約】【課題】周期性のあるパターンの被検査体に対し、回折光によるコントラストから正常部と変動部とを精度良く識別でき、かつ、モアレのような外乱要素を含まない被検査画像を取得すること。【解決手段】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、回折光強度測定部兼撮像部４０及び処理・制御部１００を具備している。Ｘ−Ｙ−θステージ部２０は、被検査基板６０の位置決め動作及び基板搬送動作が可能である。アライメント用撮像部３０は、被検査基板６０の位置決めを実施する。回折光強度測定部兼撮像部４０は、被検査基板６０からの回折光強度を取得し、また、被検査画像取得を実施する。処理・制御部１００の情報処理手段１０１は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０及び回折光強度測定部兼撮像部４０の動作管理及び制御を行う。【選択図】図１
2011075310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照明角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査方法であって、
前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記周期性パターンのピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定工程と、
回折格子方程式による理論計算により照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定工程と、
撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整工程と、
前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整工程と、
を具備することを特徴とするむら検査方法。
【請求項２】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査方法であって、
前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
前記検査対象基板情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定工程と、
前記検査対象基板情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定工程と、
前記照明照射角度決定工程において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整工程と、
前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整工程と、
を具備することを特徴とするむら検査方法。
【請求項３】
前記検査対象基板情報入力工程は、前記基板の周期性パターンに対して任意の水平方向角度での照明について回折光強度の取得、検査条件の設定ができるように水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載のむら検査方法。
【請求項４】
前記照明照射角度決定工程は、ブラッグの回折条件に基づいて計算が実行され、かつ、算出される回折光角度は次数が２０次以下の回折光に関するものであることとし、角度の値は少なくとも１０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のむら検査方法。
【請求項５】
前記照明光は中心波長が５４０ｎｍである緑色光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のむら検査方法。
【請求項６】
前記照明光量調整工程は、前記基板の周期性パターンからの回折光を光電変換素子を利用した光強度測定手段によって実施するものであり、かつ、前記光強度測定手段は、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち前記基板の被検査面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のむら検査方法。
【請求項７】
前記撮像倍率微調整工程は、撮像倍率の微調整を行うのに電動式ズームレンズを利用することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のむら検査方法。
【請求項８】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照明角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、
前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力手段と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
前記周期性パターンのピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、
回折格子方程式による理論計算により照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定手段と、
撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整手段と、
前記撮像倍率決定手段において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整手段と、
を具備することを特徴とするむら検査装置。
【請求項９】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、
前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力手段と、
前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
前記検査対象基板情報入力手段において入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、
前記検査対象基板情報入力手段において入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定手段と、
前記照明照射角度決定手段において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整手段と、
前記撮像倍率決定手段において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整手段と、
を具備するむら検査装置。
【請求項１０】
基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、
前記基板を載置しＸ軸、Ｙ軸及びθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、
前記照明光源手段の照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、
前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する撮像手段と、
前記位置決め手段からの映像出力と前記撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報の入力やその他操作を行うための対人操作手段と、
前記対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定処理手段と、
前記対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち、回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定処理手段と、
前記照明照射角度決定工程において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整処理手段と、
前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整処理手段と、
前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド手段及び前記撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、
前記位置決め手段及び前記撮像手段にて撮像した画像及び前記処理・制御手段による処理結果を表示する表示手段と、
を具備することを特徴とするむら検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周期性パターンを有する被検査体においてパターンのむらを検査するためのむら検査装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周期性パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、例えば、パターンが所定のピッチで配列したストライプ状の周期性パターン又は開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列したマトリクス状のパターン等が該当する。周期性パターンを有する被検査体としては、特に、半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等を製造する際にフォトリソグラフィー処理の露光工程で用いられるフォトマスクが挙げられる。
【０００３】
従来、半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００４】
フォトマスクのような周期性パターンにおけるむら欠陥は、通常微細なピッチずれや位置ずれが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、周期性パターンを広い領域において観察した時に初めて認識される欠陥である。
【０００５】
従来の周期性パターンにおけるむら検査では、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過率画像を撮像し、各々の画像での光強度を比較することによって正常部とむら部の視認を行っている。しかし、正常部とむら部における光の強度差は決して大きいわけではなく、得られる画像のコントラストは低い。そのため、コントラストの低い画像に対しその強度差の処理方法を工夫することでコントラストアップを図り、むら部を抽出し検査を行っている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、上記従来技術においては、格子状周期性パターンのブラックマトリクスのむら、特に開口部の大きいブラックマトリクスのむらの撮像において、正常部とむら部でのコントラスト向上が期待されず、強度差の処理を工夫したとしても元画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できないという問題がある。
【０００７】
一方、半導体の微細化や、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは微細化、又は開口部比率の増大傾向が進んでいる。将来的には、より開口部の大きい、より微細形状の周期性パターンのむら検査装置及びその方法が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界がある。
【０００８】
そこで、周期性のあるパターン、例えば、ブラックマトリクスむらを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンむら検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する、例えば、特許文献２のような検査装置が提案された。周期性パターンの正常部では開口部の形状・ピッチが一定となるため互いに干渉し一定の方向に回折光を生じる。それに対し、むら部では開口部の形状、ピッチが不規則になるため、形状、ピッチに応じて種々の方向に、種々の強さで回折光が生じる。この検査装置では、正常部とむら部における回折光強度コントラストの違いから、むら部を検出する方式をとっている。しかし、この装置において、所望の欠陥検査感度を満たす画像を得るためには被検査物の種類毎に最適な検査条件の設定が必要であり、その最適な検査条件設定には作業者の熟練や多大な時間が必要となる。また、作業者間によって検査精度にばらつきが生じるという官能検査的要素を含むため、検査方法の標準化という観点からは好ましくない。
【０００９】
ところで、周期性パターン、例えば、フォトマスクにおいては、パターンの微細化が急速に進んでおり、特にＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクにおいては、ウエハ転写時におけるセルピッチが１μｍに迫るほどの勢いで世代が進んでいる。
【００１０】
一方で、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャーマスクでは、数１０μｍ程度のセルピッチを有するような既存製品に対するむら検査ニーズも依然として高いのが現状であり、検査対象となる製品におけるパターンピッチは多岐に渡ることとなる。周期性パターンにおけるパターンピッチが変化することにより、周期性パターンによって生じる回折光の挙動が変化することになるため、照明光の照射条件、特に照射角度の値を製品毎に適切に設定する必要がある。
【００１１】
また、撮像素子の周期と周期性パターンの周期とがある程度近くなってくると、撮像素子周期とパターン周期との間で干渉を起こし、モアレが発生してしまうことがしばしばある。被検査画像中にモアレが発生してしまった場合、実欠陥との弁別が困難となり、検出精度が低下してしまうという問題がある。
【００１２】
上記のようなモアレを低減させるための従来技術としては、レンズピントをずらす事によってパターンを不鮮明としモアレ発生を防ぐ方法（特許文献３参照）、あるいは２分岐した光路のそれぞれに撮像素子を配置して一方の撮像素子に画素ずらしを加えた後、両撮像素子からの画像を合成してモアレを解消するというものであった（特許文献４参照）。
【００１３】
しかしながら、これら従来技術では、大幅なピントずれによって実欠陥部コントラストが低減し、検出不可能となる問題や、撮像素子を複数使用しなければならない為コスト面で難があるといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１４８２１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０８０８４号公報
【特許文献３】特開２００６−２３４４７０号公報
【特許文献４】特開２０００−９２３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、周期性のあるパターン、特に、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、回折光によるコントラストから正常部と変動部とを精度良く識別でき、かつ、モアレのような外乱要素を含まない被検査画像を取得することができるむら検査装置及びむら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】
【００１６】
請求項１の発明に係るむら検査方法は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照明角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査方法であって、前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、前記周期性パターンのピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定工程と、回折格子方程式による理論計算により照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定工程と、撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整工程と、前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整工程と、を具備することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明に係るむら検査方法は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査方法であって、前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力工程と、前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め工程と、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定工程と、前記検査対象基板情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定工程と、前記照明照射角度決定工程において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整工程と、前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整工程と、を具備することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明に係るむら検査方法は、請求項１及び２のいずれかに記載のむら検査方法において、前記検査対象基板情報入力工程が、前記基板の周期性パターンに対して任意の水平方向角度での照明について回折光強度の取得、検査条件の設定ができるように水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明に係るむら検査方法は、請求項１〜３のいずれかに記載のむら検査方法において、前記照明照射角度決定工程が、ブラッグの回折条件に基づいて計算が実行され、かつ、算出される回折光角度は次数が２０次以下の回折光に関するものであることとし、角度の値は少なくとも１０度以上６０度以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５の発明に係るむら検査方法は、請求項１〜４のいずれかに記載のむら検査方法において、前記照明光は中心波長が５４０ｎｍである緑色光であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６の発明に係るむら検査方法は、請求項１〜５のいずれかに記載のむら検査方法において、前記照明光量調整工程が、前記基板の周期性パターンからの回折光を光電変換素子を利用した光強度測定手段によって実施するものであり、かつ、前記光強度測定手段が、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち前記基板の被検査面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明に係るむら検査方法は、請求項１〜６のいずれかに記載のむら検査方法  前記撮像倍率微調整工程は、撮像倍率の微調整を行うのに電動式ズームレンズを利用することを特徴とする。
【００２３】
請求項８の発明に係るむら検査装置は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照明角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力手段と、前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め手段と、前記周期性パターンのピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、回折格子方程式による理論計算により照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定手段と、撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整手段と、前記撮像倍率決定手段において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整手段と、を具備することを特徴とする。
【００２４】
請求項９の発明に係るむら検査装置は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報を入力する検査対象基板情報入力手段と、前記基板の被検査内方向における位置決めを行う位置決め手段と、前記検査対象基板情報入力手段において入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、前記検査対象基板情報入力手段において入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定手段と、前記照明照射角度決定手段において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整手段と、前記撮像倍率決定手段において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整手段と、を具備する。
【００２５】
請求項１０の発明に係るむら検査装置は、基板上に周期性パターンが形成された基板を検査対象とし前記基板に照明光を複数の照射角度で斜め入射し周期性パターンにより生じる回折光を用いて検査するむら検査装置であって、前記基板を載置しＸ軸、Ｙ軸及びθ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って前記基板の被検査面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明光源手段と、前記照明光源手段の照明ヘッド部を支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に照明光を照射しつつ前記基板の被検査面に垂直な方向に対する照明光照射角度を制御可能な照明ヘッド駆動手段と、前記照明ヘッド部によって照明光が前記周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する撮像手段と、前記位置決め手段からの映像出力と前記撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、前記周期性パターンのピッチ及びサイズの情報の入力やその他操作を行うための対人操作手段と、前記対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を元にパターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定処理手段と、前記対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を元に前記周期性パターンに対して基板面法線方向から光源からの光を照射した場合に生じうる回折光のうち、回折した光強度の極大値が得られる回折光角度とその時の回折光次数を理論計算により取得することにより照明光の照射角度を決定する照明照射角度決定処理手段と、前記照明照射角度決定工程において得られた少なくとも１つの照明光照射角度において撮像に必要とされる光量を得るために前記照明光の照明光量の調整を行いながら光強度測定を行う照明光量調整処理手段と、前記撮像倍率決定工程において得られた撮像倍率に対し撮像倍率の微調整を行う撮像倍率微調整処理手段と、前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明光源手段、前記照明ヘッド部、前記照明ヘッド手段及び前記撮像手段の動作制御を行う処理・制御手段と、 前記位置決め手段及び前記撮像手段にて撮像した画像及び前記処理・制御手段による処理結果を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、簡単な情報の入力及び自動的な演算により、検査条件が設定されるため、周期性のあるパターン、特に、ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージャー用フォトマスクのようにセルピッチやパターンの方向性が多岐にわたるような被検査体に対し、回折光によるコントラストから正常部と変動部とを精度良く識別でき、かつ、モアレのような外乱要素を含まない被検査画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置における光源に内蔵された光学フィルタの分光透過率を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置におけるＸ−Ｙ−θステージ部の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置における被検査基板と投光方向θ軸との対応関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置における計算例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るむら検査装置における照明照射角度φと評価値Ｃとの関係を表す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るむら検査装置における取得画像例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るむら検査装置の構成を示す概略図である。図１では、透過回折光を得るための装置の構成例が示されている。なお、本装置は外乱光や迷光を極力低減させた暗環境かつ被検査基板への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００２９】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係るむら検査装置は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、回折光強度測定部兼撮像部４０及び処理・制御部１００を具備している。Ｘ−Ｙ−θステージ部２０は、被検査基板６０の位置決め動作及び基板搬送動作が可能である。アライメント用撮像部３０は、被検査基板６０の位置決めを実施する。回折光強度測定部兼撮像部４０は、被検査基板６０からの回折光強度を取得し、また、被検査画像取得を実施する。
【００３０】
処理・制御部１００は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０、回折光強度測定部兼撮像部４０を構成する機器類の動作制御を行い、アライメント用撮像部３０及び回折光強度測定部兼撮像部４０からの出力を画像情報あるいは信号情報として入力を行い、演算処理を行う。さらに、処理・制御部１００は、その処理結果や処理画像を、表示手段１０４に表示する。
【００３１】
透過照明部１０では、円弧レール１１が設置されており、円弧レール１１には照明ヘッド１２が設けられており、光源１３からはライトガイド１４を用いて導光している。円弧レール１１上で照明ヘッド１２を駆動することによって被検査基板６０の被検査面に対して垂直方向の照射角度調整が可能となっている。こ場合の駆動軸はφ軸と定義される）。円弧レール１１上のどの位置にあっても照明ヘッド１２は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０上の所定位置に照明光を照射することができるように調整されており、これによって、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０上の被検査基板６０の被検査面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。
【００３２】
照明ヘッド１２には、平行光学系が設けられている。光源１３にはフィルターチェンジャー機構が設けられており、複数の波長選択フィルタを用いることが可能となっているが、本実施の形態１では、図２に示す分光透過率を有するピーク波長が５４０ｎｍであるバンドパスフィルタを用いている。また、本実施の形態１では、光源１３にはメタルハライドランプが用いられており、動作時間に対する光量変動幅が１％以下で光量安定度が高いものを選定している。
【００３３】
図３は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０を模式的に示したものである。被検査基板６０は、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０の所定の位置に載置される。被検査基板６０載置部は、中空である。Ｘ−Ｙ−θステージ部２０は、被検査基板６０を図３のＸ軸方向及びＹ軸方向に平行移動する機能と、被検査基板６０をその被検査面内で３６０°回転させる機能を有する。この回転中心の軸がθ軸とされる。これによって、予め設定した動作手順に従って被検査基板６０は、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動される。また、θ軸を中心として被検査基板６０を面内回転させることにより、被検査基板６０の被検査面内への照明照射方向の調整が可能である。
【００３４】
アライメント用撮像部３０は、図１に示すように、カメラ３１、レンズ３２、照明装置３３及び照明制御装置３４を具備している。被検査基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。なお、照明制御装置３４により、照明装置３３の点灯／消灯制御及び照明光強度の調節ができるようになっており、実際の制御動作は処理・制御部１００により実施される。なお、本実施の形態１では、カメラ３１にはエリアＣＣＤカメラが用いられ、レンズ３２には同軸落射形式の固定倍率テレセントリックレンズが用いられ、また、照明装置３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤが用いられている。
【００３５】
回折光強度測定部兼撮像部４０は、光電センサー４１及び平行光学系４２を具備している。光電センサー４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。また、平行光学系４２には電動式テレセントリックズームレンズが用いられている。
【００３６】
処理・制御部１００は、情報処理手段１０１、信号入力装置１０２、１０３、表示手段１０４及び対人操作手段１０５を具備している。情報処理手段１０１は、透過照明部１０、Ｘ−Ｙ−θステージ部２０、アライメント用撮像部３０及び回折光強度測定部兼撮像部４０の動作管理及び制御を行う。
【００３７】
図４は、本発明の実施の形態１の動作を説明するための示すフローチャートである。本発明の実施の形態１の動作は、ステップＳ１〜Ｓ７という一連のステップによって行われる。以下、ステップＳ１〜Ｓ７の内容をステップ順に説明する。なお、被検査基板６０の着脱等のオペレーション操作についてはフローから割愛する。
【００３８】
ステップＳ１において、操作者が対人操作手段１０５を用いて被検査基板６０におけるピッチ、チップレイアウト、管理Ｎｏ．等の製品情報を情報処理手段１０１へ入力する。また、この段階で、操作者が対人操作手段１０５を用いて前述したθ軸の種類も入力する。ここで、図５に被検査基板６０とθとの対応関係を示す。この場合には、例としてθ＝０゜、４５゜、９０゜の３種類について定義してある。
【００３９】
Ｘ、Ｙ、θ軸の調整とアライメント用撮像部３０により、被検査基板６０に対するアライメント動作が実施される（ステップＳ２）。
【００４０】
次に、平行光学系４２におけるレンズ倍率が設定される（ステップＳ３）。本実施の形態１では、光電センサー４１における撮像素子サイズとレンズ倍率によって決まる撮像分解能Ｒと、被検査基板６０におけるピッチｄｉとの関係が次式を満たすようなレンズ倍率が設定される。
【００４１】
【数１】
2011075310.tif 000003
【００４２】
ここで、ｈは相対比を表し、正の整数であることとする。本実施の形態１ではｈ＝２とする。但し、被検査基板６０では、ステップＳ１にて設定したθに応じて光の照射方向に対応した見かけ上のピッチの値が変化するため、各θ軸における見かけ上のピッチｄｉ値を算出する必要がある。
【００４３】
基板天地方向に対してＸ方向のピッチをΔｘ、Ｙ方向のピッチをΔｙとすると、
０゜≦θ≦４５゜のときは、
【００４４】
【数２】
2011075310.tif 000004
【００４５】
４５゜＜θ≦９０゜のときは、
【００４６】
【数３】
2011075310.tif 000005
【００４７】
９０゜＜θ≦１３５゜のときは、
【００４８】
【数４】
2011075310.tif 000006
【００４９】
１３５゜＜θ≦１８０゜のときは、
【００５０】
【数５】
2011075310.tif 000007
【００５１】
としてそれぞれ導出される。
【００５２】
式（６）に示す回折格子方程式に基づき、ステップＳ２にて導出されたピッチｄｉの値から回折光強度のピークが得られる角度φ（ｍ）を各回折光次数ｍについて計算し、計算した各々のφ（ｍ）において回折光強度の測定が行なわれ、判定演算を行った上で照明照射角度φが決定される（ステップＳ４）。
【００５３】
【数６】
2011075310.tif 000008
【００５４】
本実施の形態１では、１０゜≦φ（ｍ）≦６０゜かつａ≦ｍ≦ｂ（０＜ａ＜ｂ≦２０）を満たす全ての角度φ（ｍ）が計算される。
【００５５】
ここで、φ（ｍ）、及びｍを上記範囲としたのは次の理由による。φ（ｍ）が１０゜より小さい場合は、照明ヘッド１２からの直接光（０次回折光）が回折光強度測定部兼撮像部４０に入射する可能性があるため、光強度が強い直接光により光電センサー４１が損傷するのを回避する必要があるとともに、０次回折光はもともと検査対象物のむらの有無を判断するのに寄与しないため、なるべく入射させない方がよい。またφ（ｍ）が６０゜より大きいか、ｍが２０より大きい場合は、回折光の強度が弱くなるので、実際の検査を実施するために必要な光量を確保できなくなってしまう。
【００５６】
以上の理由により、φ（ｍ）及びｍが上記範囲と設定された。本実施の形態１では、Ｇバンドパスフィルタを利用するのでλ＝５４０ｎｍとされた。また、パターンピッチが５．６μｍの周期性パターンが被検査基板６０とされた。そのため、ａ＝２、ｂ＝８として計算が実施された。図６に、Ｇフィルタ利用時において、ｄi＝５．６μｍとして計算が実施さえた場合における、回折光次数ｍと回折角φ（ｍ）との関係が示される。
【００５７】
最終的な照明照射角度φを決定するための判定演算方法としては、照明光量調整を伴う以下の要領にて実施される。まず、ａ≦ｍ≦ｂとした中で最も回折次数が高い角度φ（ｂ）の位置へ照明ヘッド１２を駆動させた後、被検査基板６０へ照明光が投光される。照明光量を徐々に上げていき、所望の光量値が確保された時点で、φ（ｂ）の値が照明照射角度φとして採用される。ここで、照明光量を最大値としても所望の光量値が確保されない場合には、φ（ｂ−１）の位置へ照明ヘッド１２を駆動させ、同様の測定動作が実施される。
【００５８】
Ｘ−Ｙ−θステージ部２０が駆動され、検査対象パターンが撮像位置へ移動される（ステップＳ５）。なお、照明ヘッド１２は、ステップＳ４で導出したφ位置へ駆動される。
【００５９】
回折光強度測定部兼撮像部４０にて被検査画像の取得が実施される。被検査画像中にモアレが発生していた場合には、平行光学系４２における電動式テレセントリックズームレンズを操作することによりレンズ倍率を微調整させ、モアレが発生しないレンズ倍率に再設定する（ステップＳ６）。
【００６０】
以上のステップＳ３〜Ｓ６までのフローにより得られた値を元にして、検査条件が設定される（ステップＳ７）。つまり、θ、φ、照明光量、レンズ倍率の各パラメータが設定される。
【００６１】
図７に、本実施の形態１における照明照射角度φとむら評価値Cとの関係が示される。ここで、むら評価値Cとは、本実施の形態１において、実際に検出されたむら欠陥画像における正常部と変動部における輝度値コントラスト比を取った値のことである。Cの値が照明角度に応じて変動し、検査角度φI近傍でピークを示していることが示される。つまり、ステップＳ４における処理を経ることによって、正常部と変動部とのコントラストが識別可能な照明照射角度φが導出可能であることを示している。
【００６２】
ステップＳ３〜Ｓ７までのフローは、ステップＳ１にて設定されたθ軸分だけ繰り返し実施される。全てのθ軸について検査条件が決定された後、実際の検査動作が実行される。
【００６３】
以上説明したように、本発明の実施の形態１においては、検査条件設定に際して、所望する検査感度が得られるまで検査条件を変更し検査実行と検査結果の確認を繰り返す必要があるという従来必要とされていた工程を排し、検査条件設定に費やされる労力・タクトを削減することが可能となる。また、本発明の実施の形態１においては、定量的かつ理論的な手法を用いていることにより、作業者間における検査精度のばらつきを解消することが可能となる。
【００６４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明の実施の形態２に係るむら検出装置の概略図は、図１と同じである。また、本発明の実施の形態２に係るむら検出装装置の動作は、図４に示すフローチャートに則って行われる。
【００６５】
但し、本発明の実施の形態２においては、光電センサー４1としてラインセンサカメラが用いられる。なお、本発明の実施の形態２においては、カメラ４１は２０４８画素であり、画素サイズ１３μｍのラインセンサカメラを用いているが、カメラ露光時間調整機能を用いても一定の輝度値を確保できない場合には、ＴＤＩラインセンサカメラを使用してもよい。また、複数台の性能の異なるカメラとカメラ切替機構を具備することにより、使用カメラの切替で測定毎に最適なものを選択できるようにしてもよい。また、照明ヘッド１２は、ライン型照明ヘッドであってもよい。
【００６６】
平行光学系４２には、第１の実施形態と同様、電動式テレセントリックズームレンズを用いる。この場合に、絞りの自動調整機能が備わっていてもよい。
【００６７】
本発明の実施の形態２の動作について、ステップＳ１〜Ｓ７までのステップは本発明の実施の形態１と同様であるため割愛する。また、本発明の実施の形態２においては、第１の実施の形態１と同様にパターンピッチが５．６μｍの周期性パターンを被検査基板６０としている。
【００６８】
本発明の実施の形態２においても、ステップＳ３〜Ｓ７までのフローは、ステップＳ１にて設定されたθ軸分だけ繰り返し実施される。全てのθ軸について検査条件が決定された後、検査撮像部としてラインセンサカメラを使用して、実際の検査動作が実行される。
【００６９】
図８に、本実施の形態２において取得された被検査画像例が示される。図８において、画像ａはモアレが発生してしまった例であり、画像ｂはレンズ倍率を微調整することによりモアレが回避された例である。なお、画像ａの取得時における撮像分解能は１１．２μｍであり、画像ｂの取得時における撮像分解能は１２．０μｍである。
【００７０】
以上説明したように、本発明の実施の形態１、２によれば、フォトマスクやブラックマトリクス等の周期性パターンを有する製品における検査装置において、検査条件設定作業の労力削減が可能であり、精度良く欠陥検査に最適な照明角度を理論に基づいて設定することができ、かつモアレのような外乱要素を含まない被検査画像を取得することが可能となる。
【符号の説明】
【００７１】
１０  透過照明部
１１  円弧レール
１２  照明ヘッド
１３  光源
１４  ライトガイド
２０  Ｘ−Ｙ−θステージ部
３０  アライメント用撮像部
３１  カメラ
３２  レンズ
３３  照明装置
３４  照明制御装置
４０  回折光強度測定部兼撮像部
４１  光電センサー
４２  平行光学系
６０  被検査基板
１００  処理・制御部
１０１  情報処理手段
１０２  信号入力装置
１０３  信号入力装置
１０４  表示手段
１０５  対人操作手段
【図１】
2011075310.tif 000009
【図２】
2011075310.tif 000010
【図３】
2011075310.tif 000011
【図４】
2011075310.tif 000012
【図５】
2011075310.tif 000013
【図６】
2011075310.tif 000014
【図７】
2011075310.tif 000015
【図８】
2011075310.tif 000016