(57)【要約】【課題】  本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子等の基板を検査する基板検査装置に関し、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことを目的とする。【解決手段】  被検査基板の検査面に照射された複数波長の光の正反射画像を撮像する第１の撮像手段と、前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、前記正反射画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。  また、暗視野照明で被検査基板の検査面の暗視野画像を撮像する第１の撮像手段と、前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、前記暗視野画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査基板の検査面に照射された複数波長の光の正反射画像を撮像する第１の撮像手段と、
前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、
前記正反射画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段と、
を有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】
請求項１記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記正反射画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】
請求項２記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で前記検出欠陥およびその近傍の欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記正反射画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥の大きさを特定することを特徴とする基板検査装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の基板検査装置において、
前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段は、同一の撮像手段であることを特徴とする基板検査装置。
【請求項６】
暗視野照明で被検査基板の検査面の暗視野画像を撮像する第１の撮像手段と、
前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、
前記暗視野画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段と、
を有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記暗視野画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
【請求項８】
請求項７記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で前記検出欠陥およびその近傍の欠陥を検査することを特徴とする基板検査装置。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項記載の基板検査装置において、
前記検査手段は、前記暗視野画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥の大きさを特定することを特徴とする基板検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子等の基板を検査する基板検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウエハの表面をマクロ検査する基板検査装置として、例えば、単一波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式、複数波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式、暗視野照明で撮像された画像から欠陥検出を行う方式を用いた装置が知られている。
【特許文献１】特開平１１−７２４４３号公報
【特許文献２】特開平９−３１８５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、単一波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、パターンでの欠陥の検出性能を確保できるが、照明光が干渉を起こし画像にムラが生じ、ムラと欠陥との識別が難しくなるという問題があった。
また、複数波長の光源で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、照明光の干渉を回避できるが、欠陥部分と良品部分との見え方の差が小さくなり、欠陥の識別能力が低下するという問題があった。
【０００４】
さらに、暗視野照明で撮像された画像から欠陥検出を行う方式では、パーティクルやスクラッチ部を検出できるが、これらに起因するレジストの塗布不良等は検出できないという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる基板検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明の基板検査装置は、被検査基板の検査面に照射された複数波長の光の正反射画像を撮像する第１の撮像手段と、前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、前記正反射画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。
第２の発明の基板検査装置は、第１の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記正反射画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で欠陥を検査することを特徴とする。
【０００６】
第３の発明の基板検査装置は、第２の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で前記検出欠陥およびその近傍の欠陥を検査することを特徴とする。
第４の発明の基板検査装置は、第１ないし第３のいずれか１の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記正反射画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥の大きさを特定することを特徴とする。
【０００７】
第５の発明の基板検査装置は、第１ないし第４のいずれか１の発明の基板検査装置において、前記第１の撮像手段と前記第２の撮像手段は、同一の撮像手段であることを特徴とする。
第６の発明の基板検査装置は、暗視野照明で被検査基板の検査面の暗視野画像を撮像する第１の撮像手段と、前記検査面に照射された単一波長の光の回折画像を撮像する第２の撮像手段と、前記暗視野画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥を検査する検査手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
第７の発明の基板検査装置は、第６の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記暗視野画像で検出された検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で欠陥を検査することを特徴とする。
第８の発明の基板検査装置は、第７の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記検出欠陥の位置を基準にして前記回折画像で前記検出欠陥およびその近傍の欠陥を検査することを特徴とする。
【０００９】
第９の発明の基板検査装置は、第６ないし第８のいずれか１の発明の基板検査装置において、前記検査手段は、前記暗視野画像および前記回折画像に基づいて前記検査面の欠陥の大きさを特定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の基板検査装置では、複数の検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の基板検査装置は、図１に示すように、明視野用照明部１１、ステージ１３、撮像部１２、画像処理部１７、表示部１９を有している。
明視野用照明部１１は、光源部２１、フィルタ部２３、レンズ２５を有している。撮像部１２はレンズ３４、明視野用カメラ１５を有している。
【００１２】
光源部２１は白色光源であるハロゲンランプを有する。なお、光源には水銀ランプを用いても良い。フィルタ部２３は、照明波長域を予め定められた複数の波長に制限する複数波長用フィルタ２７と、予め定められた単一の波長に制限する単一波長用フィルタ２９を有する。そして、モータ３１によりフィルタ部２３を回転することにより、複数波長用フィルタ２７または単一波長用フィルタ２９が光源部２１の前方に位置される。レンズ２５はウエハＷの全面を照明可能な口径を有しており、ステージ１３に載置されるウエハＷ(被検査基板)の表面(検査面)に平行光束の照明光Ｓを照射する。レンズ３４はウエハＷで正反射した反射光Ｈを集光して明視野用カメラ１５へ導く。
【００１３】
明視野用カメラ１５はＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルカメラからなり、反射光Ｈを撮像する。画像処理部１７は、明視野用カメラ１５で撮像された画像を入力し所定の画像処理を行う。また、画像処理に伴う各種制御を行う。表示部１９は、画像処理部１７で検出された検出結果を表示する。
ステージ１３は、ステージ回動機構３２によりピン部材３２ａを中心にして回動可能とされている。そして、ステージ１３を回動することにより、ウエハＷの表面に照射された単一波長の光の回折画像を明視野用カメラ１５により撮像することが可能になる。
【００１４】
すなわち、図２に示すように、ウエハＷの表面に基本ピッチｐで繰り返しパターン(露光パターン)が設けられている場合には、照明光の入射角度θｉと、回折光の射出角度θｄとの関係は、照明光の波長をλ、撮影対象となる回折光の次数をｎとすると、次式のようになる。
(sinθｉ−sinθｄ)＝ｎ・λ／ｐ
従って、ウエハＷに対して、入射角度が角度θｉとなる方向から平行光束照明が行われるようにステージ１３を回動することにより、ｎ次(この実施形態では１次)の回折画像を撮像部１２により撮像することが可能になる。また、ウエハＷに形成される露光パターンの基本ピッチがｐの時には、単一波長用フィルタ２９には、上述した式を満たすような波長λの光を透過するフィルタが選択される。このように単一波長用フィルタ２９の波長λを設定することにより、露光パターンに対応して効率良くｎ次の回折光を撮像することができる。なお、必要により撮像部１２を回動可能に構成しても良い。
【００１５】
図３は、上述した基板検査装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１：ウエハＷをステージ１３上に搬送する。この状態では、ステージ１３は、ステージ回動機構３２により水平に維持されている。
ステップＳ２：明視野用照明部１１をオンにする。すなわち、明視野用照明部１１の光源部２１をオンにしハロゲンランプを点灯する。
【００１６】
ステップＳ３：明視野用照明部１１のフィルタを複数波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、複数波長用フィルタ２７を光源部２１の前方に位置させることにより行われる。
ステップＳ４：明視野用カメラ１５でウエハＷの表面を撮像する。撮像された画像は正反射画像Ｇ１として画像処理部１７に出力される。
【００１７】
図４は、画像処理部１７に出力された正反射画像Ｇ１を示している。この正反射画像Ｇ１は、複数波長の光を用いて撮像されているため、照明光の干渉を回避できるが、欠陥部分と良品部分との見え方の差が小さくなり、図の黒塗りの部分のみが欠陥Ａ１，Ａ２として明確に検出可能である。
ステップＳ５：明視野用照明部１１のフィルタを単一波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、単一波長用フィルタ２９を光源部２１の前方光路中に位置させることにより行われる。
【００１８】
ステップＳ６：ステージ回動機構３２によりステージ１３を所定角度だけ回動する。これにより、ウエハＷの表面に照射された単一波長の光の回折画像を明視野用カメラにより撮像することが可能になる。
ステップＳ７：明視野用カメラ１５でウエハＷの表面で反射した回折画像を撮像する。撮像された回折画像は画像処理部１７に出力される。
【００１９】
図５は、画像処理部１７に出力された回折画像Ｇ２を示している。この回折画像Ｇ２は、回折光を用いて撮像されているため、微細パターンでの欠陥の検出性能を確保できるが、照明光が干渉を起こし輝度分布が不均一となり画像に濃淡(ムラ)が生じることがある。従って、欠陥の全体を明確に検出することは困難であり、図の黒塗りの部分のみが欠陥Ｂ１，Ｂ２として明確に検出可能である。
【００２０】
ステップＳ８：正反射画像Ｇ１で欠陥検査を行う。
ステップＳ９：正反射画像Ｇ１に欠陥があるか否かを判断する。
ステップＳ１０：正反射画像Ｇ１に欠陥がある場合には、回折画像Ｇ２で欠陥検査を行うとともに、正反射画像Ｇ１で検出された検出欠陥Ａ１，Ａ２の位置を基準にして回折画像Ｇ２で検出欠陥Ａ１，Ａ２の近傍の欠陥を検査する。
【００２１】
このように、正反射画像Ｇ１で検出された検出欠陥の位置を基準にして回折画像Ｇ２で検出欠陥およびこの近傍を詳細に検査することにより、図４の欠陥Ａ１の部分に、図５の欠陥Ｂ１の部分が連続して存在することが明確になる。これにより、正反射画像による検出能力を維持した上で、欠陥検査を確実に行うことができる。
ステップＳ１１：回折画像Ｇ２での検出結果を表示部１９に出力する。
【００２２】
図６は、表示部１９に出力された画像を示している。この画像は正反射画像Ｇ１と回折画像Ｇ２とを合成した画像であって、塗布欠陥Ｃ１(図４のＡ１、図５のＢ１に対応する)およびデフォーカス欠陥Ｃ２(図４のＡ２、図５のＢ２に対応する)が、黒塗りの部分として明確に検出されている。そして、塗布欠陥Ｃ１およびデフォーカス欠陥Ｃ２の全体の大きさが特定されている。
【００２３】
この実施形態では、検査対象であるウエハＷは、リソグラフィー工程の後のものであり、ウエハＷの表面にレジスト膜が塗布されている。そして、レジスト膜にマスク（レチクル）の回路パターンが露光され、さらに、レジスト膜の露光部分または未露光部分が現像され、その表面にレジストパターンが形成された状態になっている。図６の塗布欠陥Ｃ１は、レジスト膜の塗布ムラにより生じたもので、画像の中で中心から外側に向かって尾を引くようなコメット状になっている。また、デフォーカス欠陥Ｃ２は、露光時のデフォーカスによる膜厚ムラや断面形状の異常により生じたもので、ショット単位で生じている。ここでは、欠陥例として塗布欠陥とデフォーカス欠陥を用いたが、他の欠陥類についても同様である。
【００２４】
ステップＳ１２：正反射画像Ｇ１に欠陥が無い場合には、回折画像Ｇ２で欠陥の検査を行い、検査結果を表示部１９に出力する。
この実施形態の基板検査装置では、正反射画像Ｇ１で検出された検出欠陥の位置を基準にして回折画像で検出欠陥およびこの近傍を詳細に検査するようにしたので、単一波長の回折光で撮像された回折画像Ｇ１が薄くなり欠陥の全体像がはっきりしない場合でも、欠陥Ｃ１，Ｃ２を検出することが可能になる。また、正反射画像Ｇ１に欠陥が無い場合にも、回折画像Ｇ２で欠陥の検査を行うので正反射画像では検出しにくい小さいデフォーカスも検出することができる。すなわち、複数波長の正反射画像による検査方式と単一波長の回折画像による検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を確実に行うことができる。なお、ステップＳ８の処理は、ステップＳ４で正反射画像Ｇ１を撮り終えた後すぐに始めてもかまわない。
【００２５】
また、この実施形態では、リソグラフィー工程の後における塗布欠陥Ｃ１およびデフォーカス欠陥Ｃ２の全体の大きさを特定することができるため、ウエハＷの加工をそのまま進めるか、あるいは、レジスト膜を剥離して再加工するか等を確実に判断することが可能になり、半導体製造工程における歩留まりを向上することができる。
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の基板検査装置を示している。
【００２６】
なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、ステージ１３の側方に暗視野用照明部３３が配置されている。暗視野用照明部３３は白色光源であるハロゲンランプを有している。また、ウエハＷの中心を通る垂直軸の上方には暗視野用カメラ３５が配置されている。暗視野用照明部３３は、ウエハＷの表面に照射された反射光が暗視野用カメラ３５に直接入ることなく、散乱光Ｒのみが暗視野用カメラ３５に入るように、ウエハＷに対してθの角度で平行光束の照明光Ｓ１を照射する。
【００２７】
暗視野用カメラ３５はＣＣＤ等の撮像素子を備えたデジタルカメラからなり、ウエハＷからの散乱光Ｒを撮像する。画像処理部１７Ａは、暗視野用カメラ３５で撮像された画像、および、明視野用カメラ１５で撮像された画像を入力し所定の画像処理を行う。また、画像処理に伴う各種制御を行う。表示部１９は、画像処理部１７Ａで検出された検出結果を表示する。
【００２８】
図８は、上述した基板検査装置の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１：ウエハＷをステージ１３上に搬送する。
ステップＳ２：明視野用照明部１１をオフにする。
ステップＳ３：暗視野用照明部３３をオンにする。すなわち、暗視野用照明部３３のハロゲンランプを点灯する。
【００２９】
ステップＳ４：暗視野用カメラ３５でウエハＷの表面からの散乱光Ｒを撮像する。撮像された画像は暗視野画像Ｇ１’として画像処理部１７Ａに出力される。
図９は、画像処理部１７Ａに出力された暗視野画像Ｇ１’を示している。この暗視野画像Ｇ１’は、暗視野照明で撮像されているため、図に白塗りの点で示すパーティクルＰを確実に検出できるが、パーティクルＰだけが光り大きな欠陥が小さな欠陥にしか見えなくなっている。
【００３０】
ステップＳ５：暗視野用照明部３３をオフにする。
ステップＳ６：明視野用照明部１１をオンにする。
ステップＳ７：明視野用照明部１１のフィルタを単一波長に切替える。この切替はモータ３１によりフィルタ部２３を回転し、単一波長用フィルタ２９を光源部２１の前方に位置させることにより行われる。
【００３１】
ステップＳ８：ステージ回動機構３２によりステージ１３を所定角度だけ回動する。これにより、ウエハＷの表面に照射された単一波長の光の回折画像を明視野用カメラ１５により撮像することが可能になる。
ステップＳ９：明視野用カメラ１５でウエハＷの表面を撮像する。撮像された画像は回折画像Ｇ２’として画像処理部１７Ａに出力される。
【００３２】
図１０は、画像処理部１７Ａに出力された回折画像Ｇ２’を示している。この回折画像Ｇ２’は、欠陥全体のイメージを確保できている。しかしながら、照明光が干渉や下地信号の影響で輝度分布が不均一となり画像に濃淡(ムラ)が生じる場合がある。このような場合、欠陥の全体を明確に検出することは困難である。
ステップＳ１０：暗視野画像Ｇ１’で欠陥検査を行う。
【００３３】
ステップＳ１１：暗視野画像Ｇ１’に欠陥があるか否かを判断する。
ステップＳ１２：暗視野画像Ｇ１’に欠陥があると判断された場合には、回折画像Ｇ２’で通常の欠陥検査を行う。また、暗視野画像Ｇ１’で検出された検出欠陥（図９のパーティクルＰ）の位置を基準にして、回折画像Ｇ２’のその位置付近の画像の感度を上げる処理を行うなどして、その位置付近の欠陥検出を行う。特に、その位置からウエハＷの外周方向（例えば半径方向外側）における欠陥検出を行うのが有効である。
【００３４】
ステップＳ１３：回折画像Ｇ２’での検出結果を表示部１９に出力する。
図１１は、表示部１９に出力された画像を示している。この画像には、塗布欠陥Ｅが、黒塗りの部分として明確に検出されている。そして、塗布欠陥Ｅの全体の大きさが特定されている。
この実施形態では、検査対象であるウエハＷは、リソグラフィー工程の後のものであり、ウエハＷの表面にレジスト膜が塗布されている。そして、レジスト膜にマスク（レチクル）の回路パターンが露光され、さらに、レジスト膜の露光部分または未露光部分が現像され、その表面にレジストパターンが形成された状態となっている。
【００３５】
図１１の塗布欠陥Ｅは、レジスト膜の塗布ムラにより生じたもので、画像の中で円形状のウエハＷの中心から外側に向かって尾を引くようなコメット状になっている。すなわち、この実施形態では、ウエハＷの表面へのレジスト膜の塗布が、ウエハＷを回転した状態で、ウエハＷの中心に液体状のレジスト材を滴下することにより行われる。従って、液体状のレジスト材は、ウエハＷの中心から外側に向かって尾を引くように流れコメット状になる。
【００３６】
そして、このような塗布欠陥Ｅの発生は、ウエハＷの表面に存在するパーティクルＰにレジスト材の流れが阻害されることに起因しており、パーティクルＰが存在すると、パーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて延在して形成される。従って、塗布欠陥Ｅは、図９に示したパーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて存在することが多い。そこで、暗視野画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置を基準にして、パーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて回折画像Ｇ２’で欠陥を検査すると、パーティクルＰに起因する塗布欠陥Ｅを確実に検出することが可能になる。
【００３７】
ステップＳ１４：暗視野画像Ｇ１’に欠陥が無い場合には、回折画像Ｇ２’で欠陥の検査を行い検査結果を表示部１９に出力する。
上述した基板検査装置では、暗視野照明で撮像された暗視野画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置を基準にして、単一波長の光源で撮像された回折画像Ｇ２’で欠陥を検査するようにしたので、暗視野画像による検査方式と回折画像による検査方式の長所を組み合わせて欠陥検出を迅速，確実に行うことができる。
【００３８】
また、暗視野画像Ｇ１’で検出されたパーティクルＰの位置から半径方向外側に向けて回折画像Ｇ２’で欠陥を検査するようにしたので、パーティクルＰに起因する塗布欠陥Ｅを確実に検出することができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。
【００３９】
(１)上述した実施形態では、本発明をウエハＷの検査に適用した例について説明したが、例えば、液晶表示素子の製造工程において液晶製造用のガラス基板を検査する場合等に広く適用できる。
(２)上述した第１の実施形態では、正反射画像Ｇ１で検出された検出欠陥Ａ１，Ａ２の位置を基準にして回折画像Ｇ２で検出欠陥Ａ１，Ａ２の近傍の欠陥を検査した例について説明したが、例えば、回折画像Ｇ２で検出された検出欠陥Ｂ１，Ｂ２の位置を基準にして正反射画像Ｇ１で検出欠陥Ｂ１，Ｂ２の近傍の欠陥を検査するようにしても良い。
【００４０】
(３)上述した第１の実施形態では、正反射画像Ｇ１と回折画像Ｇ２とを同一の明視野用カメラ１５により撮像した例について説明したが、異なるカメラにより撮像するようにしても良い。
(４)上述した実施形態では、ステージ回動機構３２によりステージ１３を回動して回折画像を撮像した例について説明したが、カメラ側を移動して回折画像を撮像するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の基板検査装置の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】回折光を用いた撮像の原理を示す説明図である。
【図３】図１の基板検査装置の動作を示す説明図である。
【図４】正反射画像の一例を示す説明図である。
【図５】回折画像の一例を示す説明図である。
【図６】図１の表示部に表示された画像の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の基板検査装置の第２の実施形態を示す説明図である。
【図８】図７の基板検査装置の動作を示す説明図である。
【図９】暗視野照明で撮像された画像の一例を示す説明図である。
【図１０】回折画像で撮像された画像の一例を示す説明図である。
【図１１】図７の表示部に表示された画像の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…明視野用照明部、１３…ステージ、１５…明視野用カメラ、１７，１７Ａ…画像処理部、１９…表示部、３３…暗視野用照明部、３５…暗視野用カメラ、Ｇ１…正反射画像、Ｇ１’…暗視野画像、Ｇ２，Ｇ２’…回折画像。
【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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【図１０】
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【図１１】
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