(57)【要約】【課題】  表面欠陥検査装置において、被検体の検査表面に露出する最上層の下層に、例えば膜厚ムラなどの欠陥が存在しても、それらの欠陥に影響されることなく最上層における表面欠陥を検出できるようにする。【解決手段】  白色光を射出するハロゲンランプ６とＣＣＤ１７との間の光路中に、波長帯が互いに異なるフィルタ９ａ、９ｂを進退して選択的に切り替える回転ホルダ９を設ける。そして、異なる波長帯の照明光で撮像した検査画像を比較して、被検体４の最上層に存在する異常部のみを抽出できるようにする。【選択図】      図１
2005308615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状構造を有し、少なくとも最上層とその直下層が表面に露出した被検体の表面欠陥を検査する表面欠陥検査装置であって、
光源と、
該光源からの光を略平行な光束として被検体表面に照射する照明手段と、
該照明手段から照射された光束により被検体から射出される所定方向の光の像を結像する結像手段と、
前記所定方向の光の像を撮像する撮像手段と、
前記光源と前記撮像手段との間の光路中に配置され、光束の波長帯を、互いに独立した少なくとも２つの波長帯の間で選択的に切り替える波長選択手段と、
該波長選択手段により切り替えられたそれぞれの波長帯の光束で撮像された複数の画像を画像処理して被検体表面の欠陥抽出を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記波長選択手段により切り替えられる複数の波長帯が、
前記被検体の最上層で吸収される第１の波長帯と、
前記被検体の最上層を透過する第２の波長帯とからなることを特徴とする請求項１に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記第１の波長帯がレジストに吸収される波長帯であることを特徴とする請求項２に記載の表面欠陥検査装置。
【請求項４】
前記結像手段が結像する光の所定方向が、前記照明手段により被検体表面に照射される光束の正反射光の出射方向とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項５】
前記結像手段が結像する光の所定方向が、前記照明手段により被検体表面に照射される光束の正反射光の出射方向と異なる方向とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項６】
前記画像処理手段が、前記複数の画像ごとに異常部を抽出して、それぞれの異常部分布を求め、該複数の異常部分布同士を演算処理することにより欠陥抽出を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【請求項７】
前記画像処理手段が、前記複数の画像同士を演算処理することにより下層の欠陥の影響を除去した最上層欠陥画像を作成し、該最上層欠陥画像から欠陥抽出を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面欠陥検査装置に関する。例えば、半導体ウエハや液晶基板など、表面に規則的なパターンを有する基板の表面欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体ウエハや液晶基板などの基板にパターンを多層に形成するフォトリソグラフィ・プロセスでは、基板表面に塗布したレジストに膜厚ムラあるいは塵埃の付着などがあると、エッチング後のパターンの線幅不良やパターン内のピンホールなどといった欠陥が生じる原因となる。また、パターンの露光において合焦不良があると、現像後のレジストの断面形状が正常なものと異なり、後のプロセスにおいて不良を生じる原因になる。そこで、基板をエッチングする前に、上記のような表面欠陥の有無について検査する必要があった。
従来、このような表面欠陥装置として、基板に適宜の波長の光を照射して、その反射光、散乱光、回折光による基板表面の像を撮像し、正常な基板の画像と比較して表面欠陥の有無を検査する装置が知られている。
例えば、特許文献１には、任意に選択区可能な中心波長を持つ狭帯域光源により被検体の観察視野とほぼ等しい範囲に平行光を照射し、その正反射または散乱される光を観察することができる表面欠陥検査装置が記載されている。
また、特許文献２には、被検体を所定角度でライン状に照明し、その正反射光を撮像する第１の撮像手段と、同じく回折光を撮像する第２の撮像手段を備えた表面欠陥検査装置が記載されている。
【特許文献１】特開平７−２７７０９号公報（第４−６頁、図１）
【特許文献２】特開平９−６１３６５号公報（第３−６頁、図５）
【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、上記のような従来の表面欠陥装置には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、１つの波長帯で撮像しているため、得られる情報が少なく複数の膜の情報を反映していない。特に、表面に露出した最上層の欠陥を検査する際、その下層に、例えば膜厚ムラなどの欠陥が存在すると、その欠陥に影響された画像が撮像されるため、最上層の欠陥を正確に検査できなくなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、膜画像情報を複数得ることによる検査精度向上を目的とする。また、被検体の検査表面に露出する最上層の下層に、例えば膜厚ムラなどの欠陥が存在しても、それらの欠陥に影響されることなく最上層における表面欠陥を検出できるようにした表面欠陥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】
上記の課題を解決するために、本発明では、層状構造を有し、少なくとも最上層とその直下層が表面に露出した被検体の表面欠陥を検査する表面欠陥検査装置であって、光源と、該光源からの光を略平行な光束として被検体表面に照射する照明手段と、該照明手段から照射された光束により被検体から射出される所定方向の光の像を結像する結像手段と、前記所定方向の光の像を撮像する撮像手段と、前記光源と前記撮像手段との間の光路中に配置され、光束の波長帯を、互いに独立した少なくとも２つの波長帯の間で選択的に切り替える波長選択手段と、該波長選択手段により切り替えられたそれぞれの波長帯の光束で撮像された複数の画像を画像処理して被検体表面の欠陥抽出を行う画像処理手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の表面欠陥検査装置によれば、照明手段により被検体に照射された略平行な光束により、被検体から所定方向に射出される光の像を結像手段により結像し、撮像手段により撮像する際、波長選択手段により、光源と撮像手段との間の光路中の光束の波長を少なくとも２つの波長帯の間で切り替えて複数の画像を得る。そして、それら複数の画像を画像処理して欠陥抽出を行う。そのため、複数の画像を、最上層の材質に応じて、最上層に覆われた下層の影響を受けない波長帯と、下層の影響を受ける波長帯とに切り替えて撮像する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の表面欠陥装置によれば、撮像手段により撮像される画像を、少なくとも２つの波長帯の間で切り替えて撮像された複数の画像として得ることができるので、複数画像を画像処理することで情報が多く得られ、検査精度を向上させることができる。また、複数の画像を、最上層の材質に応じて、最上層に覆われた下層の影響を受けない波長帯と、下層の影響を受ける波長帯とに切り替え、それらを画像処理することで下層の影響を除去して最上層の表面欠陥を抽出することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成について説明するための正面説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置における制御系の構成について説明するための機能ブロック図である。
【０００８】
本実施形態の表面欠陥検査装置１は、例えば半導体ウエハや液晶基板などのように、フォトリソグラフィ・プロセスを用いて、厚さ方向には層状構造が形成され、平面方向には規則的なパターンが形成される被検体４に対して、その製造工程中に必要に応じて、表面欠陥を検査できるようにしたものである。被検体４の載置方向は特に限定されないが、以下便宜上、検査対象の表面が鉛直上向きに載置されているものとして説明する。
表面欠陥検査装置１の概略構成は、被検体４を保持して所定の検査位置に移動するステージ（不図示）、ランプハウス５、回転ホルダ９（波長選択手段）、集光レンズ１０、ファイバ束１１、ハーフミラー１５、コリメートレンズ１４（照明手段、結像手段）、結像レンズ１６、ＣＣＤ１７（撮像手段）および制御ユニット２からなる。
【０００９】
ランプハウス５は、白色光を放射するハロゲンランプ６（光源）と、その白色光から赤外領域の波長帯をカットする熱線吸収フィルタ８と、熱線吸収フィルタ８を透過後の光を略平行光束とするコンデンサレンズ７とを備える。
光源としては、白色光を発生する他の光源、例えば、メタルハライドランプ、キセノンランプなども好適に採用できる。
【００１０】
回転ホルダ９は、異なる波長特性を有する複数のフィルタ９ａ、９ｂと、全波長を透過させる不図示の透過部とを、コンデンサレンズ７から射出される光の光路中に選択的に進退できるようにした移動機構である。例えば、フィルタ９ａ、９ｂ、透過部を不図示のモータで回転される回転円板上に配置するなどして構成される。
【００１１】
フィルタ９ａ、９ｂは、被検体４に設けられる膜層の材質や厚さに応じてそれぞれ波長特性を変えて多数設けることができるが、本質的に変らないので、以下では、それぞれ１つずつの場合で説明する。
フィルタ９ａ、９ｂは、それぞれ波長λ１、λ２を中心波長として、それぞれ半値全幅で、Δλ１、Δλ２の波長幅を有する狭帯域透過フィルタであり、互いに異なる中心波長を有する波長帯λＡ（第１の波長帯）、λＢ（第２の波長帯）の光を透過させるものである。このような狭帯域透過フィルタは、例えば干渉フィルタなどにより構成することができる。
波長帯λＡは、被検体４の最上層に吸収される波長を中心波長λ１またはその近傍に有するもので、波長帯λＢはそれ以外の最上層を透過する波長域である。
最上層として、レジスト層が設けられた状態で検査することが多いので、本実施形態では、波長帯λＡにはレジストに吸収される波長が含まれるようにしている。レジストは、一般に露光波長以外にも所定波長を顕著に吸収する吸収帯を有している。具体的な波長はレジストの種類によって異なるので、製造メーカの情報に基づいて選択する。一方、波長帯λＢは、レジストに吸収される率が波長帯λＡより少なく画像として波長帯λＡで撮像した画像と差が現れれば、それ以外でよいが、一例として、λ２＝５５０〜６００ｎｍの波長帯を好適に採用することができる。
ここで、波長幅Δλ１、Δλ２は、検査を行うための干渉縞や回折光が適切に観察されるように設定する。例えば干渉縞を観察するためには、干渉縞が鮮明に現れる程度に狭帯域であり、装置内部の光学系において、例えばスペックルノイズなどのノイズが観察に影響しない程度のコヒーレンス長とすることが好ましい。一例として、中心波長が５５０〜６００ｎｍのとき、波長幅１０〜３０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００１２】
集光レンズ１０は、回転ホルダ９を透過した光をファイバ束１１の端面に集光する光学素子である。
ファイバ束１１は、集光レンズ１０により一方の端面に集光された光を伝送して、他方の端面に出射するためのものである。ファイバ束１１の他方の端面近傍には、出射光を拡散して強度分布を平均化する拡散板１２と、出射光を適宜の光束径に整形する絞り１３とが設けられている。このように、拡散板１２、および絞り１３は、被検体４を均一強度で照明する２次光源を形成している。
【００１３】
ハーフミラー１５は、絞り１３を透過した発散光束を反射して、被検体４に向けて反射するとともに、被検体４から射出されて同一光路を逆進する光を透過して、照明光学系と撮像光学系との光路を分岐するための光学素子である。
コリメートレンズ１４は、ハーフミラー１５で反射された拡散光を平行光束として、被検体４に照明光を導くための光学素子である。コリメートレンズ１４は、本実施形態では、その光軸１８が被検体４の表面の法線に沿うように配置されている。
結像レンズ１６は、光軸１８にハーフミラー１５を挟んで設けられ、被検体４に入射される照明光により被検体４から射出されて光軸１８に沿って逆進する光がハーフミラー１５による被検体４の像をＣＣＤ１７の撮像面上に結像するための光学素子である。
ＣＣＤ１７は、照明光で照明される範囲を撮像して、その画像を光電変換して画像信号として送出するためのエリアセンサである。
【００１４】
なお、コンデンサレンズ７、集光レンズ１０、コリメートレンズ１４、結像レンズ１６などのパワーを有する光学素子は、以上に説明した光学性能を実現するために、例えば、球面、非球面、自由曲面、フレネルレンズ面など適宜の光学面を備える。また、図１では１つの素子として描いているが、これらの光学面などを組合せたレンズ群であってもよい。必要ならば、レンズに限らず、パワーを有する他の光学素子、例えば、曲面ミラー、パワーを有するプリズム、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element、回折光学素子）、ホログラム素子などを採用してもよい。
【００１５】
制御ユニット２は、ハロゲンランプ６、回転ホルダ９、ＣＣＤ１７、および被検体４を保持移動するステージ（不図示）と接続され、それぞれに駆動電圧と、動作を制御するための制御信号とを伝送するものである。
制御ユニット２の概略構成は、図２に示すように、装置全体の制御を行うコンピュータ３１と、コンピュータ３１に接続されるキーボード３２、メモリ３３、モニタＴＶ３０、画像処理部３５（画像処理手段）、およびシーケンサ３７からなる。
【００１６】
キーボード３２、モニタＴＶ３０は、コンピュータ３１の入出力手段であり、コンピュータ３１を通じた表面欠陥検査装置１の操作、検査条件の入出力を行うものである。このような入出力を行うことができれば、他の手段を用いてもよいことは言うまでもない。例えば、キーボード３２に代えて、マウスやジョイスティックなどの機器を用いてもよいし、出力手段はプリンタなどでもよい。
メモリ３３は、コンピュータ３１を動作させるＯＳ、制御動作を実行する制御プログラム、種々のデータ、例えば被検体４の種類ごとの検査条件、検査データなどを記憶する手段である。検査条件としては、光学系の設定や画像処理の条件などが含まれる。
メモリ３３に内蔵された制御プログラムは、画像処理部３５、シーケンサ３７に制御信号を送り、それぞれを介して各部の制御を行うようになっている。
【００１７】
画像処理部３５は、撮像素子であるＣＣＤ１７と、画像信号や画像処理中の画像データを記憶するとともに必要に応じて画像処理で参照する読み出し専用の画像データを記憶する画像記憶部３６と、ＣＣＤ１７で撮像された画像や画像処理後の画像を表示するモニタＴＶ３４とに、それぞれ接続されている。そして、ＣＣＤ１７から被検体４表面の検査画像を取込み、検査画像に対して適宜の画像処理を行って、予め画像記憶部３６に保存された正常な画像と比較して、検査画像の異常部を抽出し、異常部が画像が欠陥かどうか判定できるようにしたものである。
また異常部を欠陥と判定すると、その欠陥の種類、数、位置、面積などの情報をコンピュータ３１に送り、必要に応じて欠陥画像をモニタＴＶ３４に出力できるようになっている。
【００１８】
シーケンサ３７は、ハロゲンランプ６、回転ホルダ９、ＣＣＤ１７の動作制御を行う光学系制御部３８と、ステージに設けられた吸着機構や位置決め機構、移動機構などを制御して、被検体４を吸着保持して所定の検査範囲を所定視野内に収まるように移動させるステージ制御部３９と、被検体４をストッカから取り出してステージ上に配置し、検査の終了した被検体４をステージから排出してストッカに収める搬送部（不図示）を制御する基板搬送制御部４０とが接続され、コンピュータ３１から送られるそれぞれの制御信号に応じて、これら制御部を介してそれぞれの動作を制御できるようになっている。
光学系制御部３８によるハロゲンランプ６の動作制御は、点灯・消灯と、光量の可変制御などである。また、回転ホルダ９の動作制御は、回転円板の角度位置を可変してフィルタ９ａ、９ｂ、透過部のいずれかを選択的に切り替えて光路中に配置する制御である。また、ＣＣＤ１７の動作制御は、例えば受光量に応じた露光時間制御などの撮像条件を可変する制御である。
【００１９】
次に表面欠陥検査装置１の動作について説明する。
キーボード３２により検査開始が指示されると、シーケンサ３７を介して基板搬送制御部４０、ステージ制御部３９に制御信号が伝送され、搬送部、ステージが制御される。その結果、被検体４がステージ上に吸着保持され、検査位置に位置決めされる。
一方、コンピュータ３１には、被検体４の種類を特定する情報が入力され、この情報に応じて、予めメモリ３３に記憶されている検査条件が呼び出される。
検査条件は、被検体４の各製造工程の検査表面の材質、パターン形状に応じて、検査範囲、検査倍率、照明条件や撮像条件などを設定できるようにしたものである。なお、本実施形態では可変しないが、もし照明方向や撮像方向を可変する場合には、そのような方向を設定する情報も含まれる。
検査条件のうち照明条件に関するデータが読み出されると、シーケンサ３７を介して光学系制御部３８に対応する制御信号が伝送され、ハロゲンランプ６、回転ホルダ９、ＣＣＤ１７の条件が初期設定され、検査の準備工程が終了する。
【００２０】
以下、準備工程に続く検査工程について、図３〜５を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の検査工程の一部の動作について説明するためのフローチャートである。図４は、本発明の実施形態に係る表面欠陥検査の原理について説明するための被検体の厚さ方向の断面模式図である。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る画像処理により抽出された異常部の画像を模式的に表す模式説明図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）、（ｂ）から本発明の実施形態に係る画像処理で抽出された異常部画像の模式説明図である。
【００２１】
ステップ５０１では、光学系制御部３８により回転ホルダ９を回転し、フィルタ９ｂを光路中に進出させる。
その結果、ハロゲンランプ６から射出されて熱線吸収フィルタ８を透過した白色光は中心波長がλ２の狭帯域光となる。そして、ファイバ束１１の他方の端面から射出され、拡散板１２で拡散されて強度分布が平均化される。絞り１３を透過することにより、所定の光束径に整形されてから、発散しつつハーフミラー１５に入射し、ハーフミラー面で反射され、光軸１８に沿って進行し、コリメートレンズ１４に入射して平行光束とされ、被検体４に対してその法線に沿って上方から入射する。
したがって、被検体４が波長帯λＢの平行光束で照明される。
【００２２】
照明光は、被検体４の表面で反射されるが、そのうち正反射光、すなわち鉛直上向きに反射される光は、入射光の光路を逆進して、光軸１８に沿って収束しつつ進行する。
そして、ハーフミラー１５を透過して、絞り１３と共役な位置に結像される。
【００２３】
ステップ５０２では、この波長帯λＢによる光の像が、結像レンズ１６を通して、ＣＣＤ１７の受光面に結像される。そこで、検査条件により予め設定された撮像条件により撮像が行われ、この画像がＣＣＤ１７で光電変換された画像信号として画像処理部３５に送出される。画像処理部３５では、これらの画像信号を配列に格納して、画像記憶部３６に記憶する。この画像を検査画像Ｂと呼ぶことにする。
検査画像Ｂは、必要に応じて、モニタＴＶ３４に表示することができるようになっており、コンピュータ３１を介して、範囲選択、縮小拡大、表示輝度レベル変更などの表示制御処理ができるようになっている。
【００２４】
ここで、ステップ５０２により撮像される検査画像Ｂについて説明する。
被検体４の厚さ方向断面は、フォトレジストの塗布、露光、現像後に、例えば図４に示すような層状構造が形成されている。すなわち、エッチングを施すために先行工程で設けられた下層３０２の上に、最上層として所定厚さのレジスト層３０３が形成されている。レジスト層３０３は、所定の露光パターンにしたがってパターン化されている。なお、下層３０２の下層にウエハ基板３０１があるのは、製造工程の初期の例であって、製造工程が進んだ段階では、先行工程で形成された他の下層となっていることは言うまでもない。
【００２５】
このような被検体４は、次の製造工程では、レジスト層３０３に覆われていない下層３０２がエッチングされる。もしレジスト層３０３に膜厚ムラや、塵埃の付着などの欠陥があると、エッチング後のパターンの線幅不良やピンホールなどの修復困難な欠陥が発生することになる。また、パターンの露光時に合焦不良があると、例えばレジスト層３０３のエッジ部がぼけて傾斜面が形成されるなど、現像後のレジストの断面形状に異常が生じ、次工程での不良が生じる原因となる。
レジスト層３０３にもし不良があれば、不良なレジスト層３０３をはがして再加工するのは比較的容易であるから、通常、レジスト現像後には表面欠陥検査を行うようになっている。
【００２６】
図４において、照明光は、レジスト層３０３の上面から入射する入射光３０４と、表面に露出した下層３０２の上面から入射する入射光３０５に分けて考察できる。なお、図４では、見やすくするために入射光３０４、３０５が斜め方向から入射するように描いているが、本実施形態のように入射角０°の場合も含むものである。
入射光３０４は、レジスト層３０３の上面で反射光３０４ｃとして、レジスト層３０３と下層３０２との境界面で反射光３０４ｂとして、下層３０２とウエハ基板３０１との境界面で反射光３０４ａとして反射される。
入射光３０５は、下層３０２の上面で反射光３０５ｂとして、下層３０２とウエハ基板３０１との境界面で反射光３０５ａとして反射される。
したがって、レジスト層３０３の上面から射出される光では、反射光３０４ｃ、３０４ｂ、３０４ａがレジスト層３０３、下層３０２の膜厚にそれぞれ対応する光路差を有するため干渉が起こり、明暗分布を持つ画像が発生する。
また、同様に表面に露出する下層３０２の上面から射出される光では、反射光３０５ｂ、３０５ａが下層３０２に対応する光路差を有するため同様に干渉縞が起こり、明暗分布を持つ画像が発生する。
【００２７】
これらの明暗分布は、それぞれの層膜の膜厚とレジスト層３０３の露光パターンが決まれば一定となる。その場合には正常なパターンの画像を画像記憶部３６に記憶しておき、検査画像Ｂと比較することで欠陥が抽出されることになる。
しかし、下層３０２に製造誤差による膜厚ムラが存在すると（図４参照）、膜厚ムラによる光路差が加わって正常パターンと異なる干渉縞が撮像され、異常部とみなしうる画像が現れることになる。
【００２８】
次にステップ５０３では、光学系制御部３８により回転ホルダ９を回転してフィルタ９ａを光路中に進出する。そのため、ステップ５０１と同様にして、被検体４が中心波長をλ１とする波長帯λＡの平行光束で照明される。
そして、ステップ５０４で、ステップ５０２と同様にして画像が撮像され、その画像信号を配列に格納して画像記憶部３６に記憶する。この画像を検査画像Ａと呼ぶことにする。
【００２９】
波長帯λＡは、レジスト層３０３に吸収される波長を中心波長λ１またはその近傍の波長としているので、入射光３０４はレジスト層３０３に吸収され、図４の反射光３０４ａ、３０４ｂの強度が、反射光３０４ｃに対して相対的に低下する。したがって、レジスト層３０３に覆われた領域では干渉成分の強度が低下する。
一方、レジスト層３０３に覆われていない下層３０２の表面から入射する入射光３０５は、検査画像Ｂと同様の明暗分布を示すことになる。
【００３０】
次に、ステップ５０５では、検査画像Ｂを画像処理部３５で画像処理し、欠陥分布ｂ（異常部分布）を抽出する。
この画像処理は、明暗分布から膜厚ムラや異物などを判定して欠陥抽出を行うための種々のアルゴリズムを採用できる。例えば、明暗分布から所定領域の膜厚分布を求め、所定の正常範囲と異なる領域を異常部と判定して、その領域範囲を抽出する画像処理などが採用できる。
欠陥分布ｂには、下層３０２の膜厚ムラによる異常部も抽出されるためレジスト層３０３に含まれない見かけ上の欠陥も含むものである。
図５（ａ）に処理後の欠陥分布ｂの例を模式的に領域４０１として示す。ここで、異常部４０４ａはレジスト層３０３の欠陥であり、異常部４０２ａ、４０３ａは、下層３０２の欠陥であるものとして説明する。
【００３１】
次に、ステップ５０６では、ステップ５０５と同様にして、検査画像Ａを画像処理部３５で画像処理し、欠陥分布ａ（異常部分布）を抽出する。
その際、検査画像Ａが波長帯λＡの入射光による画像であることを考慮して画像処理が行われるので、明暗分布が同一の膜厚ムラによる干渉縞であれば、検査画像Ｂと見かけ上異なる明暗分布であっても、欠陥分布ｂと同様な異常部が検出される。そのため、領域４０１では、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の異常部４０２ａ、４０３ａに対応して、略同一領域の異常部として、異常部４０２ｂ、４０３ｂが抽出される。
一方、検査画像Ａでは、レジスト層３０３に覆われた範囲は明暗分布の強度が低いので、画像処理部３５で異常部として抽出されない。そのため、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）の異常部４０４ａに対応する位置に異常部は現れない。
【００３２】
ステップ５０７では、欠陥分布ｂと欠陥分布ａとを演算することによりそれぞれに共通する異常部を除去する。例えば、欠陥分布ｂと欠陥分布ａとの差分をとり、画像ノイズや画像処理誤差に基づくノイズ成分を補正するなどの画像処理を行う。
これにより、レジスト層３０３の欠陥分布ｃ（異常部分布）が、例えば図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）の異常部４０４ａに対応する異常部４０４ｃとして抽出される。そして、欠陥分布ｃを画像記憶部３６に記憶する。
以上により、最上層の異常部分布を抽出する工程が終了する。
【００３３】
欠陥分布ｃが抽出されると、欠陥分布ｃの各異常部の特徴抽出を行い、例えば画像記憶部３６に記憶された正常パターンや欠陥辞書などを比較参照して、欠陥かどうかを判定する。欠陥と判定されれば、欠陥の種類、面積、個数などを求め、それらの情報をコンピュータ３１に通知する。
以上により欠陥抽出が終了し、検査工程が終了する。
【００３４】
このような検査工程によれば、最上層で吸収される波長帯と最上層を透過する波長帯の少なくとも２つの波長帯の照明光で被検体を撮像し、それぞれの検査画像を演算することにより、最上層における異常部のみを抽出できるので、最上層の下層に、例えば膜厚ムラなどの欠陥が存在する場合でも、最上層に対する正確な欠陥抽出を行うことができる。
【００３５】
本実施形態は、照明光学系と撮像光学系が同軸に配置され、被検体の法線方向に配置されて、照明光の正反射光を撮像する例で説明したが、次のように変形して実施してもよい。
図６は、本発明の実施形態の第１変形例の概略構成について説明するための正面説明図である。図７は、同じく第２変形例の概略構成について説明するための斜視説明図である。
【００３６】
本実施形態の第１変形例に係る表面欠陥検査装置１０１は、上記実施形態からハーフミラー１５を除いた構成を有し、その照明光学系と撮像光学系とを被検体に対してそれぞれ独立な傾斜角に可変に配置できるようにしたものである。
すなわち、図６に示すように、ファイバ束１１から射出される照明光の光軸１８ａが、被検体４の法線４ｎに対して角度θ０傾斜して、コリメートレンズ１４（照明手段）に入射され、それにより被検体４から射出される光のうち、法線４ｎに対して光軸１８ｂが角度θ傾斜して配置された結像レンズ１６（結像手段）、ＣＣＤ１７（撮像手段）により、その方向に向かう光を撮像できるようになっている。
【００３７】
このような第１変形例の構成によれば、波長帯λＡ、λＢの照明光を入射角θ０で入射し、角度θ方向に射出される散乱光、回折光を撮像してそれらの光の像により、最上層であるレジスト層３０３の欠陥抽出を正確に行うことができる。θ０＝θとすれば、斜め方向の正反射光による欠陥抽出を行うことができる。
したがって、角度θ０、θを可変することにより、特定の角度の正反射光、回折光で顕著に観察される欠陥を抽出することができる。
【００３８】
本実施形態の第２変形例に係る表面欠陥検査装置１０２は、図７に示すように、被検体４表面に対して角度φ０の方向からライン状に照明し、それにより同じく被検体４表面に対して角度φ方向に射出される光を撮像できるようにしたものである。
表面欠陥検査装置１０２の概略構成は、照明部５５（光源）、コリメートレンズ５９（照明手段）、コリメートレンズ６０、結像レンズ５８（結像手段）、および撮像部５６（撮像手段）からなる。
照明部５５は、例えば、上記実施形態のハロゲンランプ６、回転ホルダ９などと同様の構成による光源と波長選択手段と（いずれも不図示）を備え、ライン状のスリットなどを通して、光軸１８ａに沿って平面的に広がる照明光を形成できるようになっている。
コリメートレンズ５９は、そのような照明光を平行光束化し、被検体４上の照明領域５４にライン状に照射するための光学素子である。例えば、球面レンズを光軸に平行な２平面で切り出した形状のレンズを採用できる。
コリメートレンズ６０は、例えばコリメートレンズ５９と同様のレンズからなり、被検体４から光軸１８ｂに沿って射出される正反射光、回折光、散乱光などの光を集光する光学素子である。
撮像部５６は、ラインイメージセンサ５７と、コリメートレンズ６０で集光された光による被検体４の像をラインイメージセンサ５７の撮像面上に結像する結像レンズ５８とからなる。
【００３９】
このような第２変形例の構成によれば、波長帯λＡ、λＢの照明光を入射角φ０で入射し、角度φ方向に射出される散乱光、回折光をライン状に撮像しつつ被検体４を表面欠陥検査装置１０２に対して相対的に移動することにより、角度φ方向の検査画像Ａ、Ｂを得ることができ、最上層であるレジスト層３０３の欠陥抽出を行うことができる。
また、ラインイメージセンサを用いるので、被検体が比較的大きくなっても装置を小型のものとすることができるという利点がある。
【００４０】
なお、上記の説明では、波長選択手段を光源と照明手段との間に配置した例で説明したが、異なる波長帯の光による像が撮像できれば、波長選択手段は、光源と撮像手段との間のどこに配置してもよい。
【００４１】
また、上記の検査工程の説明では、検査画像Ｂ、Ａの順序で検査する例で説明したが、逆の順序でもよいことは言うまでもない。すなわち、図３において、ステップ５０１、５０２と、ステップ５０３、５０４との順序を入れ替えてもよい。ステップ５０５とステップ５０６の順序を入れ替えてもよい。
【００４２】
また、上記の画像処理の説明では、複数の検査画像から、それぞれ画像処理により異常部を抽出してから、それぞれの異常部分布を演算し、最上層の異常部を求めた例で説明した。異なる波長帯による干渉縞による明暗分布は、一般にはきわめて複雑で、検査画像同士を直接比較する画像処理は複雑なものとなり、精度も劣るので、一般には、このような順序で行う方が、最上層の異常部を高精度に抽出できる。
ただし、何らかの事情で検査画像同士の比較が容易であれば、それらを直接比較することにより、下層の欠陥の影響を除去した画像（最上層欠陥画像）を作成し、その画像に対して画像処理を施して、異常部分布を求めて、欠陥抽出を行うようにしてもよい。
このようにすれば、異常部分布を抽出する画像処理が１回で済むので、迅速に検査を行うことができるという利点がある。
【００４３】
以上に、本発明の実施形態およびその変形例を挙げて説明したように、本発明の表面欠陥検査装置では、波長選択手段により切り替えられる複数の波長帯が、被検体の最上層で吸収される第１の波長帯と、前記被検体の最上層を透過する第２の波長帯とからなる構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、第１の波長帯の光束が、最上層で吸収されるので、最上層に覆われた下層に反射されて被検体表面から射出されることがないから、第１の波長帯の光束を照明することにより最上層を除く欠陥の情報を得ることができる。したがって、第１、第２の波長帯の光束による画像をそれぞれ画像処理することにより、最上層の欠陥を抽出することができる。
【００４４】
また本発明の表面欠陥検査装置では、第１の波長帯がレジストに吸収される波長帯である構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、特に最上層がレジストであるとき、レジストの欠陥を抽出することができる。そのため、修正の容易なレジストが現像された段階で正確な検査が可能となり、検査効率を向上できる。
【００４５】
また本発明の表面欠陥検査装置では、結像手段が結像する光の所定方向が、照明手段により被検体表面に照射される光束の正反射光の出射方向とされた構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、被検体表面の正反射光を観察して、表面欠陥検査を行うことができる。
【００４６】
また本発明の表面欠陥検査装置では、結像手段が結像する光の所定方向が、照明手段により被検体表面に照射される光束の正反射光の出射方向と異なる方向とされた構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、被検体表面の回折光ないしは散乱光を観察して、表面欠陥検査を行うことができる。
【００４７】
また本発明の表面欠陥検査装置では、画像処理手段が、波長選択手段により切り替えられたそれぞれの波長帯の光束で撮像された複数の画像ごとに異常部を抽出して、それぞれの異常部分布を求め、複数の異常部分布同士を演算処理することにより欠陥抽出を行うようにした構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、複数の画像ごとの異常部分布をもとめ、それらの異常部分布同士を演算処理することにより、下層の影響を受けた異常部を排除して、最上層における異常部を欠陥として抽出することができる。
【００４８】
また本発明の表面欠陥検査装置では、画像処理手段が、複数の画像同士を演算処理することにより下層の欠陥の影響を除去した最上層欠陥画像を作成し、最上層欠陥画像から欠陥抽出を行うようにした構成とすることが好ましい。
この表面欠陥検査装置によれば、複数の画像同士の演算処理を行うことにより、下層の欠陥の影響を除去した最上層欠陥画像を作成してから、欠陥抽出を行うようにしたので、欠陥抽出を行う複雑な画像処理を１回行うだけでよいので、迅速な表面欠陥検査が行える。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の概略構成について説明するための正面説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置における制御ユニットの構成について説明するための機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る表面欠陥検査装置の検査工程の一部の動作について説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態に係る表面欠陥検査の原理について説明するための被検体の厚さ方向の断面模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画像処理により抽出された異常部の画像を模式的に表す模式説明図である。
【図６】本発明の実施形態の第１変形例の概略構成について説明するための正面説明図である。
【図７】同じく第２変形例の概略構成について説明するための斜視説明図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、１０１、１０２  表面欠陥検査装置
２  制御ユニット
４  被検体
６  ハロゲンランプ（光源）
９  回転ホルダ（波長選択手段）
１４  コリメートレンズ（照明手段、結像手段）
１７  ＣＣＤ（撮像手段）
１８、１８ａ、１８ｂ  光軸
３１  コンピュータ
３３  メモリ
３５  画像処理部（画像処理手段）
３６  画像記憶部
５５  照明部（光源）
５６  撮像部（撮像手段）
５７  ラインイメージセンサ
５９  コリメートレンズ（照明手段）
６０  コリメートレンズ（結像手段）
３０２  下層
３０３  レジスト層（レジスト）
４０２ａ、４０３ａ、４０２ｂ、４０３ｂ  異常部
４０４ａ、４０４ｃ  異常部
【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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