(57)【要約】【課題】小型でありながら、検査の信頼性が高い欠陥検査装置を提供すること。【解決手段】光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、
窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、
前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、
前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、
前記回折像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段と
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記光吸収部材は、該光吸収部材により反射された光が、前記被検物体に入射しない位置および向きに備えられる
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、
前記光吸収部材は、表面に反射防止膜を備える
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項４】
光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、
窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、
前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収する光吸収部材と、
前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、
前記回折像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段と
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所とでは回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、画像の明暗により欠陥箇所を特定できる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような欠陥検査装置の一例を図３に示す。欠陥検査装置１は、図３に示すように、筐体２内が壁３により２つの空間に分けられている。壁３は、検査光学系（光源部４、反射素子５を含む）を、その他の部品から遮断するために設けられる。このような欠陥検査装置１では、小型化のために、壁３に箱形の窪み６が設けられ、その窪み６の内側に光源部４が配置されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３２６０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した欠陥検査装置１では、光源部４から射出された照明光のうち、周辺部分の光で、窪み６の天井に当たった光の一部の光束が、反射および散乱し（図３、楕円で囲まれた部分）、その反射光および散乱光（図３、矢印Ｒ）が基板７に入射することがある。このように基板７に入射した反射光および散乱光は、回折光と共に、不図示の撮像素子に入射し、光ノイズとして撮像されるので、検査の精度が下がるという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、検査の信頼性が高い欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の欠陥検査装置は、光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の欠陥検査装置は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記光吸収部材は、該光吸収部材により反射された光が、前記被検物体に入射しない位置および向きに備えられることを特徴とする。
請求項３に記載の欠陥検査装置は、請求項１または請求項２に記載の欠陥検査装置において、前記光吸収部材は、表面に反射防止膜を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の欠陥検査装置は、光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項１〜請求項４に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置１００は、欠陥検査を行うための検査光学系１０と、その他の部品（不図示）とからなり、図１に示すように、筐体１０１内に納められている。
【００１１】
筐体１０１は、壁１０２により２つの空間に分割され、前述した検査光学系１０と、その他の部品とがそれぞれの空間に納められている。これは、壁１０２を用いて、検査光学系１０をその他の部品から遮断するためである。なお、検査光学系１０が納められている空間を囲む全ての壁面には、黒色の艶消し処理が施されている。
【００１２】
ここで、その他の部品とは、後述する搬送装置における位置決めのための光学系や、不図示のディスプレイや操作部にかかわる部品などである。
検査光学系１０は、被検物体である基板１１を保持する検査ステージ１２と、検査ステージ１２上の基板１１に照明光Ｌ１を照射する照明系１３と、照明光Ｌ１が照射された基板１１の繰り返しパターンから発生する回折光Ｌ２を受光する受光系１４と、画像処理装置１５とで構成されている。
【００１３】
本実施形態の欠陥検査装置１００は、半導体回路素子などの製造工程において、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板１１は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【００１４】
欠陥検査装置１００の検査ステージ１２は、不図示のチルト機構により、基板１１の表面に平行な軸１２ａを中心として所定の角度範囲内でチルト可能である。なお、検査ステージ１２では、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板１１を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
ここで、検査ステージ１２の軸１２ａに平行な方向を「Ｘ方向」とする。また、検査ステージ１２（基板１１）が水平に保たれた状態での法線（基準法線）に平行な方向を「Ｚ方向」とする。さらに、Ｘ方向およびＺ方向に垂直な方向を「Ｙ方向」とする。
【００１５】
欠陥検査装置１００の照明系１３は、不図示のランプハウスとライトガイド１６と凹面反射鏡１７とＮＤフィルタ１８と、遮光板１９とで構成された偏心光学系であり、凹面反射鏡１７以外の各構成要素は、前述した壁１０２に設けられた箱形の窪み２０の内側に備えられている。この窪み２０は、欠陥検査装置１００の小型化を図りつつ、後述するライトガイド１６の射出部分から凹面反射鏡１７までの光路を十分に取るために設けられたものであり、内部の壁面には、壁１０２と同様に黒色の艶消し処理が施されている。
【００１６】
照明系１３のうち、不図示のランプハウス、ライトガイド１６、凹面反射鏡１７、および遮光板１９は、請求項の「照明光学系」に対応し、ＮＤフィルタ１８は請求項の「光吸収部材」に対応する。また、窪み２０は、請求項の「収納部材」に対応する。
不図示のランプハウスには、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどのランプ、および波長選択フィルタが内蔵されている（いずれも不図示）。そして、ライトガイド１６は、不図示のランプハウスからの光を伝送して、端面１６ａから凹面反射鏡１７に向けて射出する。ライトガイド１６の端面１６ａは、請求項の「光源の光射出部分」に対応し、窪み２０の内部に収納されている。
【００１７】
また、ライトガイド１６の端面１６ａは、凹面反射鏡１７の前側焦点位置に配置されている。この端面１６ａが照明系１３の瞳に相当する。また、ライトガイド１６の端面１６ａの中心と凹面反射鏡１７の中心とを通る軸（光軸Ｏ１）は、基準法線（Ｚ方向）と同じ平面内にある。
図２は、図１中の矢印ａの方向から見たＮＤフィルタ１８とその近傍の構成を示す図である。
【００１８】
ＮＤフィルタ１８は、図２に示すように、窪み２０の内部で、かつ、ライトガイド１６の上方に配置されている（詳細は後述する）。また、遮光板１９は、図２に示すように、コの字型であり、壁１０２と同じ平面に、窪み２０の開口部を覆うように配置されている。このような遮光板１９により、照明光のうち、周辺部分の光が、窪み２０内部の壁面で反射または散乱して窪み２０の外に出て、基板１１や、他の構成要素に混入するのを防ぐことができる。ただし、窪み２０の開口部の上側の部分については、図１に示すように、基板１１から見上げる位置に、窪み２０の天井部分があるため、遮光板を配置しても、前述した反射光および散乱光の混入を防ぐ効果は得られない。そのため、遮光板１９は、窪み２０の開口部の左右側と下側のみを遮るようなコの字型をしている。
【００１９】
凹面反射鏡１７は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、図１に示すように、検査ステージ１２の斜め上方に配置されている。つまり、凹面反射鏡１７の中心と検査ステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ２）は、基準法線（Ｚ方向）に対して所定の角度（θｉ）だけ傾けられている。
また、凹面反射鏡１７は、光軸Ｏ２が検査ステージ１２の軸１２ａ（Ｘ方向）に対して直交するように配置されている。以下の説明では、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直で、光軸Ｏ２と基準法線（Ｚ方向）とを含む面について、「入射面ＹＺ」と言う。入射面ＹＺには、後述する受光系１４の光軸Ｏ３，Ｏ４も含まれる。
【００２０】
さらに、凹面反射鏡１７は、後側焦点位置が基板１１と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置１００の照明系１３は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【００２１】
このように構成された照明系１３において、不図示のランプハウスからライトガイド１６を介して射出された光は、凹面反射鏡１７を介してほぼ平行な照明光Ｌ１となり、検査ステージ１２上の基板１１の表面に全体的に照射される。照明系１３の基板１１側がテレセントリック系であるため、照明光Ｌ１の入射角θｉは、基板１１の全面にわたって一様となる。
【００２２】
そして、基板１１の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図１に示した回折光Ｌ２は、受光系１４の光軸Ｏ３の方向に発生した一部の回折光（例えば１次回折光）である。回折光Ｌ２の強度は、基板１１の欠陥箇所と正常箇所とで異なる。照明系１３の基板１１側がテレセントリック系であるため、回折光Ｌ２の強度も、繰り返しパターンの状態（欠陥箇所／正常箇所や欠陥の種類）ごとに一様となる。
【００２３】
欠陥検査装置１００の受光系１４は、凹面反射鏡２１と受光レンズ２２と撮像素子２３とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡２１と受光レンズ２２は、請求項の「結像光学系」に対応する。また、撮像素子２３は「撮像手段」に対応する。
凹面反射鏡２１は、上記の凹面反射鏡１７と同様の反射鏡であり、検査ステージ１２の上方に配置される。つまり、凹面反射鏡２１の中心と検査ステージ１２の中心とを通る軸（光軸Ｏ３）がＺ方向に平行となるように配置されている。光軸Ｏ３は、入射面ＹＺ内に含まれ、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直である。
【００２４】
また、凹面反射鏡２１は、その前側焦点位置が基板１１と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置１００の受光系１４は、基板１１側に対してテレセントリックな光学系となっている。
さらに、凹面反射鏡２１と受光レンズ２２とは、各々の中心を通る軸（光軸Ｏ４）が入射面ＹＺ内に含まれるように配置されている。光軸Ｏ４も、検査ステージ１２の軸１２ａに垂直である。
【００２５】
また、受光レンズ２２は、凹面反射鏡２１の後側焦点位置と略一致するように、受光系１４の瞳位置（照明系１３のライトガイド１６の端面１６ａに対して共役な位置）の近傍に配置されている。受光レンズ２２の絞り（不図示）が、受光系１４の瞳に相当する。
撮像素子２３は、複数の画素が２次元配列されたＣＣＤイメージセンサであり、その撮像面を受光レンズ２２の後側焦点位置に略一致させた状態で配置されている。このため、欠陥検査装置１００の受光系１４は、撮像素子２３側に対してもテレセントリックな光学系となっている。なお、撮像素子２３の撮像面は、基板１１の表面に共役である。
【００２６】
上記の受光系１４において、基板１１からの回折光Ｌ２は、凹面反射鏡２１を介した後、受光レンズ２２の絞り（受光系１４の瞳）に到達する。
そして、受光レンズ２２の絞りを通過した回折光Ｌ２は、凹面反射鏡２１と受光レンズ２２との作用により集光され、撮像素子２３の撮像面に到達する。この撮像面には、基板１１の回折像が形成される。撮像素子２３は、撮像面に形成された回折像を撮像して、画像信号を画像処理装置１５に出力する。
【００２７】
なお、画像処理装置１５は、請求項の「検査手段」に対応する。
画像処理装置１５は、欠陥検査時、撮像素子２３からの画像信号に基づいて基板１１の回折画像を取り込み、この回折画像と予め記憶している良品基板の回折画像との比較（パターンマッチング）や、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が基板１１の回折画像の中に存在するか否かなどの画像処理を行うことで、基板１１の欠陥を検出して検査する。なお、欠陥検査の具体的な方法については、公知技術と同様であるため、説明および図示を省略する。
【００２８】
次に、本実施形態の特徴である、照明系１３に備えられたＮＤフィルタ１８について、詳細に説明する。
ＮＤフィルタ１８は、選択吸収せずに、どの波長光に対しても一様に吸収する吸収する機能を備えている。また、ＮＤフィルタ１８の表面には、光の吸収効率を高めるために、不図示の反射防止膜が備えられる。ただし、ＮＤフィルタ１８は、入射した光の大部分を吸収し、吸収されないわずかな光は全て反射される。したがって、ＮＤフィルタ１８の表面では散乱光は発生しない。
【００２９】
そして、ＮＤフィルタ１８は、図１に示すように、ライトガイド１６の上方に設けられている。ライトガイド１６の上方とは、すなわち、照明系１３の光軸Ｏ１を挟んで基板１１と対向する位置である。ＮＤフィルタ１８には、ライトガイド１６から射出される照明光Ｌ１のうち、照明光のうち、周辺部分の光で、従来は窪み２０の天井に当たっていた一部の光束（図３、楕円に囲まれた部分）が入射する。
【００３０】
また、ＮＤフィルタ１８は、入射面ＹＺと直交し、壁１０２を含む平面である「ＸＺ面」に対して所定の角度傾けられている。所定の角度とは、ライトガイド１６から射出され、ＮＤフィルタ１８によって反射された光が、凹面反射鏡１７、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２、基板１１のいずれにも入射しない角度である。図１では、凹面反射鏡１７の下方、かつ、受光レンズ２２の上方に反射光が導かれる角度に、ＮＤフィルタ１８が配置されている。
【００３１】
このような配置により、ＮＤフィルタ１８によって反射された光が、凹面反射鏡１７、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２、基板１１のいずれかに入射し、撮像素子２３により光ノイズとして撮像されるのを防ぐことができる。
なお、凹面反射鏡１７の下方、かつ、受光レンズ２２の上方に導かれた反射光は、検査光学系１０が納められている空間の、壁１０２と反対側の壁１０３に当たることになるが、ＮＤフィルタ１８によって反射される光は、十分に減退しているため、壁１０３に照射した光は、壁１０３に施された艶消し処理によって略消滅するとみなすことができる。
【００３２】
さらに、ＮＤフィルタ１８は、図２に示すように、ＮＤフィルタ１８の法線ｎが、入射面ＹＺ上から外されるように配置されている。
このような配置をするのは、ＮＤフィルタ１８の法線ｎが、入射面ＹＺ上にある場合に発生する以下のような問題を防ぐためである。すなわち、ＮＤフィルタ１８の法線ｎが、入射面ＹＺ上にある場合、検査ステージ１２が不図示のチルト機構によりチルトされ、基板１１とＮＤフィルタ１８とが向かい合わせになることがある。その場合、基板１１から発生する１次回折光以外の光がＮＤフィルタ１８に入射することがある。そして、ＮＤフィルタ１８に入射した光は、ＮＤフィルタ１８により反射され、反射光が基板１１に入射し、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２を介して、撮像素子２３により光ノイズとして撮像されてしまうという問題がある。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、窪み２０の内部で、かつ、照明系１３の光軸Ｏ１を挟んで基板１１と対向する位置に、ＮＤフィルタ１８を備えたことにより、ライトガイド１６から射出された照明光Ｌ１のうち、従来は箱形の窪み２０の天井に当たっていた光がＮＤフィルタ１８により吸収される。そのため、箱形の窪み２０の天井に当たった光の一部の光束が反射および散乱し、その反射光および散乱光が撮像素子２３により光ノイズとして撮像されてしまい、検査の精度が下がるという問題を防ぐことができる。つまり、照明系１３の光軸Ｏ１を挟んで基板１１と対向する位置に、ＮＤフィルタ１８を備えたことにより、光ノイズが低減されるので、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【００３４】
また、本実施形態によれば、窪み２０の内部に光源の光射出部分が収納されていることにより、照明光のうち、周辺部分の光が基板１１や、検査光学系１０に入るのを防ぎつつ、中央部分の光のみを凹面反射鏡１７に導いて検査に利用することができる。したがって、検査精度を保ちつつ、欠陥検査装置１００の小型化を実現することができる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、ＮＤフィルタ１８によって反射された光が、凹面反射鏡１７、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２、基板１１のいずれにも入射しない位置および向きにＮＤフィルタ１８が配置されたことにより、ＮＤフィルタ１８により反射された光が、凹面反射鏡１７、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２、基板１１のいずれかに入射し、撮像素子２３により光ノイズとして撮像されてしまい、検査の精度が下がるという問題を防ぐことができる。したがって、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【００３６】
また、本実施形態によれば、ＮＤフィルタ１８の法線ｎが、入射面ＹＺから外されるようにＮＤフィルタ１８が配置されたことにより、検査ステージ１２が不図示のチルト機構によりチルトされても基板１１とＮＤフィルタ１８とは向かい合わせにならない。そのため、基板１１から発生する１次回折光以外の光がＮＤフィルタ１８に入射し、その光がＮＤフィルタ１８により反射し、さらに、基板１１に入射して凹面反射鏡２１、受光レンズ２２を介して、撮像素子２３により光ノイズとして撮像されてしまうという問題を防ぐことができる。したがって、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【００３７】
また、本実施形態によれば、ＮＤフィルタ１８の表面に反射防止膜を備えたことにより、ライトガイド１６から射出された光のうち、ＮＤフィルタ１８により反射される光を、より減退させることができる。そのため、光ノイズが低減されるので、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
なお、本実施形態において、ＮＤフィルタ１８の表面には、不図示の反射防止膜を備えられる例を示したが、反射防止膜を備えていなくても良い。ただし、この場合、ＮＤフィルタにより反射される光を減退させる効果は低くなる。
【００３８】
なお、本実施形態において、ＮＤフィルタ１８の代わりに、入射する光を吸収および反射する他の光吸収部材を用いても良いし、入射した光を全て吸収する（反射率０％の）光吸収部材を用いるようにしても良い。入射した光を全て吸収する光吸収部材を用いた場合、光吸収部材による反射光および散乱光を考慮する必要がなくなるので、欠陥検査装置内における各構成要素の配置の自由度が上がる。
【００３９】
また、本実施形態では、ＮＤフィルタ１８によって反射された光を、凹面鏡１７の下方、かつ、受光レンズ２２の上方に導くように、ＮＤフィルタ１８の向きを傾けて配置する例を示したが、ＮＤフィルタ１８によって反射された光が、凹面反射鏡１７、凹面反射鏡２１、受光レンズ２２、基板１１のいずれにも入射しなければ、どのような位置および向きであっても良い。例えば、ＮＤフィルタ１８によって反射された光が、受光レンズ２２の下方、かつ、基板１１の上方に導かれるような位置および向きに、ＮＤフィルタ１８を配置しても良い。
【００４０】
また、本実施形態で用いた欠陥検査装置１００とは検査光学系１０の構成が異なる欠陥検査装置に本発明を適用する場合、ＮＤフィルタによって反射された光が、照明系、受光系、のいずれの構成要素にも入射しない位置および向きにＮＤフィルタを配置すれば良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型でありながら、検査の信頼性が高い欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の欠陥検査装置１００の全体構成を示す図である。
【図２】ＮＤフィルタ１８とその近傍の構成を説明するための図である。
【図３】従来の欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１，１００  欠陥検査装置
２，１０１  筐体
３，１０２，１０３  壁
４  光源部
５  反射素子
６，２０  窪み
７，１１  基板
１０  検査光学系
１２  検査ステージ
１３  照明系
１４  受光系
１５  画像処理装置
１６  ライトガイド
１７，２１  凹面反射鏡
１８  ＮＤフィルタ
１９  遮光板
２２  受光レンズ
２３  撮像素子
【図１】
2004184231.tif 000003
【図２】
2004184231.tif 000004
【図３】
2004184231.tif 000005