(57)【要約】【課題】専用の基板を使用することなく簡易に輝度の不均一性の補正用データを生成可能な検査装置を提供する。【解決手段】被検基板１１に接触して該被検基板を支持するホルダ部材１２と、ホルダ部材の表面（１２Ａ〜１２Ｃ）のうち、被検基板との接触部以外に設けられ、反射特性が既知の基準平面１２Ｄと、被検基板１１の画像と基準平面１２Ｄの反射画像とをそれぞれ取り込む画像取込手段と、反射画像に基づいて、被検基板の画像に対する輝度の不均一性の補正用データを生成する生成手段とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検基板に接触して該被検基板を支持するホルダ部材と、
前記ホルダ部材の表面のうち、前記被検基板との接触部以外に設けられ、反射特性が既知の基準平面と、
前記基準平面の反射画像と前記ホルダ部材に支持された前記被検基板の画像とをそれぞれ取り込む画像取込手段と、
前記反射画像に基づいて、前記被検基板の画像に対する輝度の不均一性の補正用データを生成する生成手段とを備えた
ことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記ホルダ部材は、板状の部材であり、前記被検基板に接触する側の第１面と、該第１面の反対側に位置する第２面とを有し、
前記基準平面は、前記ホルダ部材の前記第２面に設けられる
ことを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検査装置において、
前記ホルダ部材は、板状の部材であり、前記被検基板に接触する側の面が凹凸面を構成し、該凹凸面の凸部に前記接触部が配置され、
前記基準平面は、前記ホルダ部材の前記凹凸面の凹部に設けられる
ことを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項３に記載の検査装置において、
前記画像取込手段は、前記基準平面の反射画像を取り込む際に、前記接触部の反射画像も併せて取り込み、
前記生成手段は、前記接触部の反射画像の輝度値を前記基準平面の反射画像の輝度値により補間し、得られた補間後の画像と前記基準平面の反射画像とに基づいて、前記輝度の不均一性の補正用データを生成する
ことを特徴とする検査装置。
【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のマクロ検査を行う検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の広い領域を照明し、基板から発生する回折光や反射光などに基づいて基板の像を撮像し、得られた画像に対するシェーディング補正を行い、補正後の画像の輝度情報に基づいて、基板のマクロ検査を行う装置が知られている。マクロ検査では、主に、肉眼で見える程度の巨視的な欠陥（例えば基板に付着した異物やレジストパターンの傷など）の検出が行われる。シェーディングとは、画像の輝度情報の不均一性のことであり、照明ムラや撮像素子の感度ムラなどに起因する。
【０００３】
さらに、従来の装置では、基板の画像に対するシェーディング補正用のデータを生成するために、鏡面を有する専用の基板（例えばベアウエハ）を使用していた。つまり、専用の基板の反射画像を取り込み、この反射画像に基づいてシェーディング補正用のデータを生成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の装置では、シェーディング補正用のデータを生成するために、専用の基板（例えばベアウエハ）を必ず用意しなければならず、非常に手間がかかっていた。
【０００５】
本発明の目的は、専用の基板を使用することなく簡易に輝度の不均一性の補正用データを生成可能な検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、被検基板に接触して該被検基板を支持するホルダ部材と、前記ホルダ部材の表面のうち、前記被検基板との接触部以外に設けられ、反射特性が既知の基準平面と、前記基準平面の反射画像と前記ホルダ部材に支持された前記被検基板の画像とをそれぞれ取り込む画像取込手段と、前記反射画像に基づいて、前記被検基板の画像に対する輝度の不均一性の補正用データを生成する生成手段とを備えたものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記ホルダ部材は、板状の部材であり、前記被検基板に接触する側の第１面と、該第１面の反対側に位置する第２面とを有し、前記基準平面は、前記ホルダ部材の前記第２面に設けられるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の検査装置において、前記ホルダ部材は、板状の部材であり、前記被検基板に接触する側の面が凹凸面を構成し、該凹凸面の凸部に前記接触部が配置され、前記基準平面は、前記ホルダ部材の前記凹凸面の凹部に設けられるものである。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の検査装置において、前記画像取込手段は、前記基準平面の反射画像を取り込む際に、前記接触部の反射画像も併せて取り込み、前記生成手段は、前記接触部の反射画像の輝度値を前記基準平面の反射画像の輝度値により補間し、得られた補間後の画像と前記基準平面の反射画像とに基づいて、前記輝度の不均一性の補正用データを生成するものである。
【０００９】
【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。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態（請求項１，請求項２に対応）の説明を行う。ここでは、ウエハからの回折光を利用してマクロ検査を行う装置について説明する。
【００１０】
第１実施形態のマクロ検査装置１０は、図１，図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ウエハ１１を支持するホルダ部材１２と、ホルダ部材１２を傾斜可能に支持する駆動部（１３〜１９）と、ウエハ１１に照明光Ｌ１を照射する照明部（２０，２１）と、ウエハ１１からの回折光Ｌ２を受光する受光部（２２，２３）と、画像処理部２４とで構成されている。
【００１１】
マクロ検査装置１０は、半導体回路素子の製造工程において、ウエハ１１に形成された繰り返しパターンの欠陥検出を自動的に行う装置である。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精密パターン（レジストパターン）のことである。ウエハ１１は請求項の「被検基板」に対応する。
ホルダ部材１２は、板状の部材であり、ウエハ１１を支持する際にウエハ１１に接触する側の面１２Ａと、面１２Ａの反対側に位置する面１２Ｂとを有する。なお、本明細書において、ホルダ部材１２の表面とは、これらの面１２Ａ，１２Ｂと円筒状の端面１２Ｃとの総称に相当する。
【００１２】
このホルダ部材１２には、不図示の搬送装置によって搬送されてきたウエハ１１が面１２Ａの上に載置される。ホルダ部材１２は、ウエハ１１に接触して真空吸着によりウエハ１１を固定支持する。なお、ホルダ部材１２とウエハ１１との接触部は、図示省略したが、ホルダ部材１２の表面（１２Ａ〜１２Ｃ）のうち、面１２Ａの中に配置されている。
【００１３】
一方、ホルダ部材１２の面１２Ｂには、反射特性が既知の基準平面１２Ｄが設けられている（図２（ａ））。基準平面１２Ｄは、円形状の鏡面化された領域であり、ウエハ１１のような繰り返しパターンなどの凹凸構造を持たない。基準平面１２Ｄの反射率分布は均一である。基準平面１２Ｄのサイズは、ウエハ１１と同程度である。基準平面１２Ｄは、後述のシェーディング補正用のデータを生成する際に用いられる。
【００１４】
駆動部（１３〜１９）は、ホルダ部材１２の面１２Ａに取り付けられた回転軸１３，１４と、回転軸１３，１４を支持する部材１５〜１７と、回転軸１４に連結されたモータ１８と、回転軸１３に連結されたエンコーダ１９とからなる。駆動部（１３〜１９）では、モータ１８によりホルダ部材１２の傾斜動作を行い、エンコーダ１９によりホルダ部材１２の傾斜角度を検出する。
【００１５】
ここで、ウエハ１１のマクロ検査時、ホルダ部材１２の傾斜動作は、面１２Ａを上方（照明部（２０，２１）と受光部（２２，２３）の側）に向けた状態で行われ、マクロ検査に適した所定の傾斜角度に設定される。
また、駆動部（１３〜１９）によれば、ホルダ部材１２を１８０°回転させ、基準平面１２Ｄが設けられた面１２Ｂを上方に向けることも可能である。そして、後述のシェーディング補正用のデータを生成する際には、面１２Ｂを上方に向けた状態でホルダ部材１２の傾斜動作が行われ、所定の傾斜角度に設定される。
【００１６】
照明部（２０，２１）は、照明光源２０と投光ミラー２１とにより構成され、投光ミラー２１がホルダ部材１２の斜め上方に配置される。受光部（２２，２３）は、受光ミラー２２と撮像素子２３とにより構成され、受光ミラー２２がホルダ部材１２の上方に配置される。投光ミラー２１の投光側の光軸Ｏ１と受光ミラー２２の受光側の光軸Ｏ２は、ホルダ部材１２の回転軸１３，１４の中心線１２Ｅに対して直交する。
【００１７】
上記のように構成されたマクロ検査装置１０では、照明光源２０からの光が投光ミラー２１を介して平行な照明光Ｌ１となる。そして、ホルダ部材１２の面１２Ａと面１２Ｂとのうち上方に向けられた方（図１，図２（ｂ），（ｃ）では面１２Ａ、後述の図３では面１２Ｂ）の略全面に、照明光Ｌ１が照射される。
ただし、マクロ検査時には、面１２Ａが上方に向けられ、面１２Ａの上に載置されたウエハ１１の略全面に照明光Ｌ１が照射される（図１，図２（ｂ），（ｃ））。また、後述のシェーディング補正用のデータを生成する際には、面１２Ｂが上方に向けられ（図３）、面１２Ｂに設けられた基準平面１２Ｄの略全面に照明光Ｌ１が照射される。
【００１８】
そしてマクロ検査時、ウエハ１１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、受光側の光軸Ｏ２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。所望の回折次数の回折光を受光部（２２，２３）に導くためには、照明光Ｌ１の波長、光軸Ｏ１，Ｏ２の成す角度、繰り返しパターンのピッチ、所望の回折次数に応じて、ホルダ部材１２の傾斜角度を設定すればよい。
【００１９】
ウエハ１１からの回折光Ｌ２は、受光ミラー２２を介した後、撮像素子２３の撮像面に到達する。この撮像面には、ウエハ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部２４に出力する。
画像処理部２４は、マクロ検査時、撮像素子２３からの画像信号に基づいてウエハ１１の回折画像を取り込み、この回折画像に対するシェーディング補正を行い（後述する）、補正後の回折画像の輝度情報に基づいて、ウエハ１１の巨視的な欠陥（レジストパターンの傷など）を検出する。
【００２０】
さて次に、ウエハ１１の回折画像に対するシェーディング補正用のデータ（輝度の不均一性の補正用データ）の生成について説明する。
既に説明したように、シェーディング補正用のデータを生成する際には、ホルダ部材１２の面１２Ｂが上方に向けられ（図３）、面１２Ｂに設けられた基準平面１２Ｄの略全面に照明光Ｌ１が照射される。そして、基準平面１２Ｄの各点から反射光Ｌ３（つまり０次回折光）が発生する。
【００２１】
図３に示すように、基準平面１２Ｄからの反射光Ｌ３を受光部（２２，２３）に導くためには、基準平面１２Ｄの法線ｎと投光側の光軸Ｏ１との成す角度θ１と、法線ｎと受光側の光軸Ｏ２との成す角度θ２とが等しくなるように、つまり正反射条件を満足するように、ホルダ部材１２の傾斜角度を設定すればよい。
基準平面１２Ｄからの反射光Ｌ３は、上記の回折光Ｌ２と同様、受光ミラー２２を介した後、撮像素子２３の撮像面に到達する。このため撮像面には、基準平面１２Ｄの反射像が形成される。撮像素子２３は、撮像面に形成された反射像を撮像し、画像信号を画像処理部２４に出力する。この撮像時、基準平面１２Ｄをゴミや汚れの付着がない状態に保つことが好ましい。
【００２２】
そして画像処理部２４は、撮像素子２３からの画像信号に基づいて基準平面１２Ｄの反射画像１２Ｆ（図４）を取り込む。図４の矩形枠２５は視野である。
ここで、基準平面１２Ｄは均一な反射率分布を有するため、反射画像１２Ｆの輝度値は、理想的には、画素の位置に拘わらず一定の値を示す筈である。しかし、実際の反射画像１２Ｆの輝度値は、画素の位置によって値が異なる不均一性を示す。このような反射画像１２Ｆの輝度情報の不均一性がシェーディングであり、照明ムラや撮像素子２３の感度ムラなどに起因する。
【００２３】
したがって、画像処理部２４は、反射画像１２Ｆの輝度情報の不均一性（輝度値の変動成分）に基づいて、シェーディング補正用のデータを生成する。このデータは、画像処理部２４のメモリに記憶され、上記したマクロ検査時、ウエハ１１の回折画像に対するシェーディング補正に用いられる。
第１実施形態のマクロ検査装置１０によれば、ホルダ部材１２の面１２Ｂに基準平面１２Ｄを設けたので、ベアウエハのような専用の基板を使用せずに、駆動部（１３〜１９）を用いてホルダ部材１２の面１２Ｂを正反射条件に設定するだけで、簡易にシェーディング補正用のデータを生成することができる。
【００２４】
また、専用の基板を必要としないため、例えば照明光源２０のランプ交換をした直後のように、シェーディング補正用のデータを更新すべき所望のタイミングで、すぐにデータを更新できる。さらに、基準平面１２Ｄをホルダ部材１２の表面（１２Ａ〜１２Ｃ）のうちウエハ１１との接触部以外に設けるため、基準平面１２Ｄの損傷を防止できる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態（請求項１，請求項３，請求項４に対応）について説明する。
第２実施形態のマクロ検査装置は、上記したマクロ検査装置１０のホルダ部材１２に代えて、図５のホルダ部材３０を設けたものである。
【００２６】
ホルダ部材３０は、板状の部材であり、ウエハ１１を支持する際にウエハ１１と接触する側の面３０Ａが凹凸面を構成する。凹凸面は同心円状の構造となっており、多数のリング状の凸部３１と凹部３２が交互に配置され、ホルダ部材３０の中心部には円形状の凹部３２が配置されている。
ホルダ部材３０とウエハ１１との接触部は、面３０Ａ（凹凸面）の凸部３１に配置されている。ホルダ部材３０は、多数の凸部３１を介してウエハ１１に接触し、真空吸着によりウエハ１１を固定支持する。
【００２７】
一方、ホルダ部材３０の面３０Ａ（凹凸面）の凹部３２は、ウエハ１１との非接触部であり、凹部３２の底面（図中、両側矢印で示す範囲）に、反射特性が既知の基準平面３０Ｄが設けられている。基準平面３０Ｄは、ホルダ部材３０の中心部において円形状、その周辺部においてリング状となっている。基準平面３０Ｄの反射率分布は均一である。基準平面３０Ｄの最外周のサイズは、ウエハ１１と同程度である。基準平面３０Ｄは、後述のシェーディング補正用のデータを生成する際に用いられる。
【００２８】
さて次に、第２実施形態のマクロ検査装置におけるシェーディング補正用のデータの生成について説明する。
シェーディング補正用のデータを生成する際、ホルダ部材３０の面３０Ａが上方に向けられ、面３０Ａの略全面に照明光Ｌ１が照射される。面３０Ａには、基準平面３０Ｄの他、ウエハ１１との接触部（凸部３１）も配置されている。そして、面３０Ａの各点から反射光が発生する。つまり、基準平面３０Ｄからだけでなく、ウエハ１１との接触部（凸部３１）からも反射光が発生する。ただし、基準平面３０Ｄは鏡面であるため、ウエハ１１との接触部（凸部３１）と比較して反射率が非常に高い。シェーディング補正用のデータ生成には、基準平面３０Ｄからの反射光のみを使用する。
【００２９】
第２実施形態では、基準平面３０Ｄからの反射光をマクロ検査装置の受光部（２２，２３）に導くため、図３と同様、基準平面３０Ｄの法線ｎと光軸Ｏ１との成す角度θ１と、法線ｎと光軸Ｏ２との成す角度θ２とが等しくなるように、つまり正反射条件を満足するように、ホルダ部材３０の傾斜角度を設定する。
その結果、基準平面３０Ｄからの反射光は、受光ミラー２２を介して撮像素子２３の撮像面に到達する。また、ウエハ１１との接触部（凸部３１）から発生した弱い反射光も、受光ミラー２２を介して撮像素子２３の撮像面に到達する。
【００３０】
このため撮像面には、基準平面３０Ｄの明るい反射像と接触部（凸部３１）の暗い反射像とが形成される。つまり、撮像面の反射像には、多数のリング状の明部と暗部が交互に現れ、中心部に円形状の明部が現れる。撮像素子２３は、このような反射像を撮像して、画像信号を画像処理部２４に出力する。この撮像時、基準平面３０Ｄをゴミや汚れの付着がない状態に保つことが好ましい。
【００３１】
そして画像処理部２４は、撮像素子２３からの画像信号に基づいて反射画像３０Ｂ（図６）を取り込む。図６の矩形枠２６は視野である。反射画像３０Ｂには、多数のリング状の明部４１と暗部４２が交互に現れ、中心部に円形状の明部４１が現れている。反射画像３０Ｂのうち明部４１は基準平面３０Ｄに起因し、暗部４２は接触部（凸部３１）に起因する。以下の説明では、多数の明部４１を総じて「反射画像４１」という。
【００３２】
ここで、基準平面３０Ｄは均一な反射率分布を有するため、反射画像４１の輝度値は、理想的には、画素の位置に拘わらず一定の値を示す筈である。しかし、実際の反射画像４１の輝度値は、画素の位置によって値が異なる不均一性を示す。このような反射画像４１の輝度情報の不均一性がシェーディングであり、照明ムラや撮像素子２３の感度ムラなどに起因する。
【００３３】
また、第２実施形態では、反射画像４１を構成する中心部の円形状の部分と周辺部の多数のリング状の部分との間に、接触部（凸部３１）に起因するリング状の暗部４２が現れている。暗部４２は、微小であり、例えば１〜２画素分に相当する（図７（ａ））。暗部４２に相当する画素の輝度値は、半径方向（図中Ｒ方向）に隣り合う画素（反射画像４１に相当する画素）の輝度値と比較して低い。
【００３４】
このため、画像処理部２４では、暗部４２の画素の輝度値を反射画像４１の画素の輝度値により補間する。例えば図７（ｂ）に示す暗部４２の画素４３では、Ｒ方向に隣り合う±２画素分の輝度値Ｐ１〜Ｐ４を用い、これらの平均値Ｐａｖｅ（＝（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）／４）により補間する。補間処理に用いる反射画像４１の画素の数や位置は、必ずしも±２画素分である必要はなく、Ｒ方向に隣り合う必要もなく、暗部４２の画素の位置（補間対象）に応じて適宜選択することが好ましい。
【００３５】
そして、画像処理部２４は、暗部４２に対する補間後の画像と反射画像４１との組み合わせからなるデータ生成用画像を生成し、データ生成用画像の輝度情報の不均一性（輝度値の変動成分）に基づいて、シェーディング補正用のデータを生成する。このデータは、画像処理部２４のメモリに記憶され、上記したマクロ検査時、ウエハ１１の回折画像に対するシェーディング補正に用いられる。
【００３６】
第２実施形態のマクロ検査装置によれば、ホルダ部材３０の面３０Ａに基準平面３０Ｄを設けたので、ベアウエハのような専用の基板を使用せずに、ホルダ部材３０の基準平面３０Ｄを正反射条件に設定するだけで、簡易にシェーディング補正用のデータを生成することができる。
また、専用の基板を必要としないため、シェーディング補正用のデータを更新すべき所望のタイミング（例えば照明光源２０のランプ交換をした直後）で、すぐにデータを更新できる。さらに、基準平面３０Ｄをホルダ部材３０の表面のうちウエハ１１との接触部（凸部３１）以外に設けるため、基準平面３０Ｄの損傷を防止できる。
【００３７】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、鏡面化された基準平面１２Ｄ，３０Ｄを用いてシェーディング補正用のデータを生成したが、反射率分布が均一でなくても、反射特性が既知であれば、同様に、シェーディング補正用のデータの生成を行うことができる。
【００３８】
さらに、上記した実施形態では、基準平面１２Ｄ，３０Ｄを円形状としたが他の形状でも構わない。例えば基準平面を矩形状とする場合、ウエハ１１に外接する大きさとすることが好ましい。
また、上記した実施形態では、ウエハ１１を真空吸着により固定支持するホルダ部材１２，３０の例を説明したが、例えばピンなどによりウエハ１１を単純支持するホルダ部材に、基準平面を設けてもよい。
【００３９】
さらに、上記した実施形態では、ウエハ１１からの回折光を利用してマクロ検査を行う装置の説明を行ったが、散乱光を利用してマクロ検査を行う装置にも、本発明を適用できる。また、本発明は、液晶表示素子の製造工程において液晶基板からの回折光または反射光によりマクロ検査を行う装置にも適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、専用の基板を使用することなく簡易に輝度の不均一性の補正用データを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のマクロ検査装置１０の構成を示す斜視図である。
【図２】マクロ検査装置１０のホルダ部材１２と駆動部（１３〜１９）の構成を示す図である。
【図３】基準平面１２Ｄの反射画像を取り込む際のホルダ部材１２の角度設定について説明する図である。
【図４】基準平面１２Ｄの反射画像１２Ｆを説明する図である。
【図５】第２実施形態のマクロ検査装置に用いられるホルダ部材３０の構成を示す図である。
【図６】ホルダ部材３０の面３０Ａの反射画像を説明する図である。
【図７】第２実施形態の補間処理を説明する図である。
【符号の説明】
１０  マクロ検査装置
１１  ウエハ
１２，３０  ホルダ部材
１２Ａ，１２Ｂ，３０Ａ  面
１２Ｄ，３０Ｄ  基準平面
１２Ｆ，３０Ｂ，４１  反射画像
１３，１４  回転軸
１８  モータ
１９  エンコーダ
２０  照明光源
２１  投光ミラー
２２  受光ミラー
２３  撮像素子
２４  画像処理部
３１  凸部
３２  凹部
４２  暗部
【図１】
2005010073.tif 000003
【図２】
2005010073.tif 000004
【図３】
2005010073.tif 000005
【図４】
2005010073.tif 000006
【図５】
2005010073.tif 000007
【図６】
2005010073.tif 000008
【図７】
2005010073.tif 000009