(57)【要約】【課題】  最適な装置条件の決定に掛かる時間を短縮できる検査装置を提供する。【解決手段】  被検物体１１を照明する照明手段１２,１３と、被検物体からの回折光に基づく物体像を撮像する撮像手段１４,１５と、撮像手段の光軸Ｏ２上に配置され、回折光の光量をモニタするモニタ手段１６,１７と、回折光の進行方向と撮像手段の光軸方向との成す角度に関わる装置条件を連続的に変化させてモニタ手段から光量信号を取り込み、光量信号と装置条件との関係に基づいて装置条件の最適条件を決定する決定手段１８と、装置条件を最適条件に設定して撮像手段から撮像信号を取り込み、該撮像信号に基づいて検査用の画像を生成する生成手段１９とを備える。【選択図】      図１
2007010623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物体を照明する照明手段と、
前記被検物体からの回折光に基づく物体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の光軸上に配置され、前記回折光の光量をモニタするモニタ手段と、
前記回折光の進行方向と前記撮像手段の光軸方向との成す角度に関わる装置条件を連続的に変化させて前記モニタ手段から光量信号を取り込み、該光量信号と前記装置条件との関係に基づいて前記装置条件の最適条件を決定する決定手段と、
前記装置条件を前記最適条件に設定して前記撮像手段から撮像信号を取り込み、該撮像信号に基づいて検査用の画像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、
前記決定手段は、前記光量信号が極大値となる前記装置条件を前記最適条件として決定する
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、
前記モニタ手段は、前記撮像手段が撮像する前記被検物体を一括受光し、前記被検物体の平均的な光量信号を出力する
ことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物体の欠陥検査を行う検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物体からの回折光に基づいて検査用の画像を取り込み、この画像を利用して欠陥検査を行う装置が知られている。この検査装置では、画像を取り込む前に、回折光の進行方向をカメラなどの撮像装置の光軸方向に略一致させる必要がある。このため、例えば被検物体を支持するステージのチルト角などの装置条件をステップ的に変化させて、ステージの停止ごとにカメラから撮像信号を取り込み、最適な装置条件を決定している（例えば特許文献１を参照）。最適な装置条件とは、回折光の進行方向とカメラの光軸方向とが略一致するような条件である。
【特許文献１】特開２００１−２８９７９３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、上記の検査装置では、条件出しの際、例えばステージの停止ごとにカメラから撮像信号を取り込むため、最適な装置条件の決定までに長い時間が掛かってしまう。その所要時間は、ステージの停止時間（つまりカメラの撮像時間）が大半を占め、撮像信号の取り込み回数に比例して長くなる。
本発明の目的は、最適な装置条件の決定に掛かる時間を短縮することができる検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の検査装置は、被検物体を照明する照明手段と、前記被検物体からの回折光に基づく物体像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の光軸上に配置され、前記回折光の光量をモニタするモニタ手段と、前記回折光の進行方向と前記撮像手段の光軸方向との成す角度に関わる装置条件を連続的に変化させて前記モニタ手段から光量信号を取り込み、該光量信号と前記装置条件との関係に基づいて前記装置条件の最適条件を決定する決定手段と、前記装置条件を前記最適条件に設定して前記撮像手段から撮像信号を取り込み、該撮像信号に基づいて検査用の画像を生成する生成手段とを備えたものである。
【０００５】
また、前記決定手段は、前記光量信号が極大値となる前記装置条件を前記最適条件として決定することが好ましい。
さらに、前記モニタ手段は、前記撮像手段が撮像する前記被検物体を一括受光し、前記被検物体の平均的な光量信号を出力することが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の検査装置によれば、最適な装置条件の決定に掛かる時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の検査装置１０は、図１に示す通り、被検物体１０Ａを支持するステージ１１と、照明部(１２,１３)と、撮像部(１４,１５)と、モニタ部(１６,１７)と、制御部１８と、欠陥検出部１９とで構成される。被検物体１０Ａは、例えば半導体ウエハや液晶ガラス基板などであり、その表面に繰り返しパターン（配線パターンなどのライン・アンド・スペース状のパターン）が形成されている。
【０００８】
照明部(１２,１３)は、光源１２と凹面鏡１３とで構成され、所定波長の照明光によって被検物体１０Ａを照明する。照明光は、照明部(１２,１３)の光軸Ｏ１に沿って被検物体１０Ａの表面に斜め方向から入射する。このとき、被検物体１０Ａの表面の繰り返しパターンから所定方向に検査用の回折光（例えば１次回折光）が発生する。
回折光の進行方向は、照明光の波長と、被検物体１０Ａの繰り返しパターンのピッチと、ステージ１１のチルト角とに依存して変化する。このため、照明光の波長が一定の場合には、繰り返しパターンのピッチに応じてステージ１１のチルト角を変化させて、回折光の進行方向を撮像部(１４,１５)の光軸Ｏ２の方向に略一致させる必要がある。ステージ１１のチルト軸は、光軸Ｏ１,Ｏ２に対して垂直である。
【０００９】
撮像部(１４,１５)は、凹面鏡１４とＣＣＤカメラなどの撮像装置１５とで構成され、被検物体１０Ａからの回折光に基づく物体像を凹面鏡１４により形成し、その物体像を撮像装置１５により撮像する。回折光の進行方向が光軸Ｏ２の方向に略一致しているとき、撮像装置１５では、コントラストの高い物体像を撮像することができる。撮像装置１５における撮像のタイミングは、制御部１８が制御する。撮像装置１５における撮像の結果（撮像信号）は、制御部１８を介して欠陥検出部１９に出力される。
【００１０】
欠陥検出部１９は、制御部１８を介して撮像装置１５からの撮像信号を取り込み、この撮像信号に基づいて検査用の画像を生成する。そして、生成した検査用の画像と予め記憶している良品画像とを比較することにより、被検物体１０Ａの欠陥を検出する。このとき、生成した検査用の画像のコントラストが低いと、欠陥箇所と正常箇所との明暗差がはっきりせず、信頼性の高い欠陥検査を行うことができない。
【００１１】
コントラストの高い画像を検査用の画像として生成し、信頼性の高い欠陥検査を行うためには、上記した回折光の進行方向を光軸Ｏ２の方向に略一致させる必要がある。回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度に関わる装置条件としては、ステージ１１のチルト角と照明光の波長とが考えられる。本実施形態では、照明光の波長を一定とし、ステージ１１のチルト角に応じて、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度を変化させる場合を説明する。ステージ１１のチルト制御は、制御部１８が行う。
【００１２】
回折光の進行方向が光軸Ｏ２の方向に略一致するような最適なチルト角を短時間で決定するため、本実施形態の検査装置１０には、モニタ部(１６,１７)が設けられる。
モニタ部(１６,１７)は、撮像部(１４,１５)の光軸Ｏ２上（つまり被検物体１０Ａから撮像装置１５へ至る光路中）に配置される。また、モニタ部(１６,１７)の配置は、凹面鏡１４から撮像装置１５に至る光路中とすることが好ましく、撮像装置１５の近傍とすることがより好ましい。
【００１３】
モニタ部(１６,１７)は、ハーフプリズム１６と受光素子１７とで構成される。ハーフプリズム１６は、被検物体１０Ａからの回折光の断面全体を横切るような光分岐面を有し、この光分岐面で回折光の一部を分岐して受光素子１７に導く。受光素子１７は、フォトダイオードなどの光電変換素子（例えばピンフォトダイオード）であり、ハーフプリズム１６からの回折光を一括して受光する。すなわち、被検物体１０Ａの全面に相当する光を一括受光して、受光素子１７は被検物体１０Ａの平均的な光の出力信号を出す。高感度な受光素子１７を用いる場合には、ハーフプリズム１６での反射率を極僅か（例えば数％程度）とすればよい。
【００１４】
このようなモニタ部(１６,１７)では、受光素子１７による受光量が被検物体１０Ａからの回折光の光量に略比例して変化するため、受光素子１７による受光量に基づいて、被検物体１０Ａからの回折光の光量をモニタすることができる。また、ハーフプリズム１６の光分岐面が被検物体１０Ａからの回折光の断面全体を横切るように構成されているため、被検物体１０Ａから発生する回折光の平均的な光量をモニタすることができる。
【００１５】
さらに、受光素子１７は、上記した検査用の撮像装置１５とは異なり、光電変換により生成した電荷を蓄積せずに光量信号として逐次出力するため、撮像装置１５と比べて応答速度が非常に速い。受光素子１７からの光量信号は、制御部１８に逐次出力される。制御部１８では、不図示のＡ/Ｄコンバータを介して、受光素子１７からの光量信号を取り込む。
【００１６】
本実施形態の検査装置１０では、上記のようなモニタ部(１６,１７)を用いることで、被検物体１０Ａからの回折光の進行方向が光軸Ｏ２の方向に略一致するような最適なチルト角を短時間で決定することが可能である。最適なチルト角の決定処理は、制御部１８が、図２のフローチャートの手順にしたがって、ステージ１１をチルト制御しながら受光素子１７からの光量信号を取り込むことにより行われる。
【００１７】
図２のステップＳ１〜Ｓ８のうち、ステップＳ２〜Ｓ６が最適なチルト角の決定処理に対応する。最適なチルト角の決定処理に先立ち、制御部１８は、ステップＳ１において、対象ロットの製品情報（ロット番号やウエハ種類など）を登録する。
そして、１枚の良品ウエハが被検物体１０Ａとしてステージ１１に載置されると、この良品ウエハを基準にして、最適なチルト角の決定処理（ステップＳ２〜Ｓ６）が行われる。なお、良品ウエハの表面には、理想的な形状の繰り返しパターンが全体的に形成されている。そのピッチは、ロット内の製品ウエハに形成された繰り返しパターンのピッチと同じである。また、決定処理の際の照明波長は、もちろん製品ウエハの欠陥検査の際の照明波長と同じである。
【００１８】
制御部１８は、ステップＳ２において、ステージ１１のチルト角を初期値（例えば最小リミット）に設定し、チルト制御を開始する。本実施形態では、このチルト制御が、予め定めた最終値（例えば最大リミット）まで継続して行われるとする。さらに、このチルト制御は、ステージ１１のチルト角を一定の速度で連続的に変化させるように行われる。一例を挙げると、速度１.２rad/sec、加速度４.６rad/sec2、移動時間５０度/１.０秒という条件でチルト制御が行われる。
【００１９】
次のステップＳ３において、制御部１８は、モニタ部(１６,１７)の受光素子１７から光量信号を取り込む。光量信号は、被検物体１０Ａからの回折光の光量をモニタした結果であり、回折光の進行方向が光軸Ｏ２の方向から外れているほど小さな値となる。光量信号の取り込みは、ステップＳ４,Ｓ５の何れかの判断がＹｅｓとなるまで、不図示のＡ/Ｄコンバータを介して繰り返し行われる。Ａ/Ｄコンバータのサンプリング周期は、例えば１０μsecである。
【００２０】
このように本実施形態の検査装置１０では、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を繰り返す間、ステージ１１のチルト角を連続的に変化させて（つまりステージ１１を停止させることなく）受光素子１７から光量信号を取り込んでいく。受光素子１７の応答速度は、ステージ１１の速度より遙かに速く、Ａ/Ｄコンバータのサンプリングレートよりも速い。このため、ステージ１１の動きに追従して光量信号をサンプリングすることができる。
【００２１】
制御部１８は、チルト角を連続的に変化させながら光量信号を繰り返し取り込み（ステップＳ３）、光量信号を取り込むごとに前回の光量信号との大小比較を行い、光量信号の極大値の検出処理（ステップＳ４）を行う。なお、受光素子１７のフォトダイオードの光電変換出力信号をＡ／Ｄ変換することなく使用してもよい。
傾向としては、例えば図３に示す通り、チルト角の変化に応じて光量信号が徐々に増大し、あるチルト角で光量信号が極大値となり、その後は、チルト角の変化に応じて光量信号が徐々に減少する。このような光量信号の増減は、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度に起因し、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向とが略一致したときに極大値となる。
【００２２】
制御部１８は、光量信号の大小比較を行うことにより、光量信号の極大値を検出すると（ステップＳ４がＹｅｓ）、光量信号とチルト角との関係に基づいて、光量信号が極大値となるチルト角を最適なチルト角として決定する（ステップＳ６）。この最適なチルト角は、制御部１８のメモリに記憶され、ステップＳ７,Ｓ８の処理で良品画像や検査用の画像を取り込む際に用いられる。
【００２３】
ステップＳ６の処理が終わると、制御部１８は、ステップＳ３の処理に戻り、ステップＳ５の判断がＹｅｓとなるまで光量信号の取り込みを繰り返す。そして、ステージ１１のチルト角が予め定めた最終値（例えば最大リミット）になると（ステップＳ５がＹｅｓ）、最適なチルト角の決定処理を終了する。そして、決定した最適なチルト角を用いて、次のステップＳ７,Ｓ８の処理を行う。
【００２４】
まず、ステップＳ７では、複数の良品ウエハ（例えば７枚〜１０枚）の各々をステージ１１に載置してステージ１１を最適なチルト角に設定し、そのとき撮像装置１５から出力される撮像信号を欠陥検出部１９に取り込む。欠陥検出部１９は、良品ウエハによる撮像信号に基づいて良品画像を生成し、これをメモリに記憶する。さらに、複数の良品画像を用いて所定の学習処理を行い、ステップＳ８の処理で使用する良品画像を生成する。
【００２５】
そして次のステップＳ８では、１枚の製品ウエハが被検物体１０Ａとしてステージ１１に載置されると、ステージ１１を最適なチルト角に設定し、そのとき撮像装置１５から出力される撮像信号を欠陥検出部１９に取り込む。欠陥検出部１９は、製品ウエハによる撮像信号に基づいて検査用の画像を生成し、この検査用の画像と予め記憶している良品画像との比較により、製品ウエハの良否判定を行う（欠陥検査）。良品画像を用いることで、欠陥検査を自動化することができる。
【００２６】
このとき、ステージ１１を最適なチルト角に設定し、製品ウエハからの回折光の進行方向を光軸Ｏ２の方向に略一致させた状態で、撮像装置１５から撮像信号を取り込むため、コントラストの高い画像を検査用の画像として生成することができ、信頼性の高い欠陥検査を行うことができる。さらに、ロット内の他の製品ウエハについても同様の欠陥検査を行い、必要な枚数についての欠陥検査を終えると、図２の処理を終了する。
【００２７】
なお、上記ステップＳ７,Ｓ８の処理で良品画像や検査用の画像を取り込む際、モニタ部(１６,１７)のハーフプリズム１６は、撮像部(１４,１５)の光軸Ｏ２から退避させても退避させなくても構わない。既に説明した通り、ハーフプリズム１６の光分岐面は、被検物体１０Ａからの回折光の断面全体を横切るように構成されるため、ハーフプリズム１６を固定的に配置する場合でも、良品画像や検査用の画像の中に不要な明暗分布が生じることはない。また、ハーフプリズム１６での反射率は極僅か（例えば数％程度）であるため、光量損失の問題もない。
【００２８】
上記のように、本実施形態の検査装置１０では、最適なチルト角を決定するために、検査用の撮像装置１５とは別に、応答速度の非常に速い受光素子１７を設け、ハーフプリズム１６で分岐した一部の回折光を受光素子１７に導くようにした。このため、ステージ１１を停止させることなく回折光の光量のモニタを行える。
したがって、ステージ１１のチルト角を連続的に変化させて受光素子１７から光量信号を取り込み、チルト角と光量信号との関係に基づいて、短時間で、最適なチルト角を決定することができる。その所要時間は、ステージ１１のチルト開始からチルト終了までの連続スキャンの時間だけであり、従来の条件出しの所要時間（ステージ１１の停止時間が大半を占める）に比べて非常に短いと言える。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ステージ１１のチルト角の連続スキャンの終点を予め定めておいたが、本発明はこれに限定されない。例えば、光量信号の極大値を検出した時点（図２のステップＳ４がＹｅｓとなった時点）で、ステージ１１の連続スキャンを終了させてもよい。このような制御を行う方が、より効率的となる。
【００２９】
また、上記した実施形態では、ステージ１１を一定の速度で始点から終点まで連続スキャンすることで最適なチルト角を決定したが、本発明はこれに限定されない。光量信号の極大値を検出した後、ステージ１１のチルト方向を反転させ、より低速に切り替えてステージ１１の連続スキャンを再開し、極大値付近で詳細に光量信号の取り込みを行って、最適なチルト角を決定してもよい。このような制御を行う方が精度が向上する。
【００３０】
さらに、上記した実施形態では、照明光の波長を一定とし、ステージ１１のチルト角に応じて、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度を変化させたが、本発明はこれに限定されない。ステージ１１のチルト角を一定とし、照明光の波長に応じて、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度を変化させ、最適な照明光の波長を決定する場合にも、本発明を適用できる。照明光の波長を変化させるためには、照明光路上に光学フィルタや分光素子などを配置すればよい。照明光の波長とステージ１１のチルト角との双方に応じて、回折光の進行方向と光軸Ｏ２の方向との成す角度を変化させても構わない。
【００３１】
また、上記した実施形態では、モニタ部(１６,１７)の受光素子１７に回折光を導くためにハーフプリズム１６を用いたが、これに代えてハーフミラーを用いてもよい。さらに、被検物体１０Ａからの回折光の一部を分岐させる構成に限らず、反射ミラーを用いてほぼ全ての回折光を受光素子１７に導いても構わない。この場合は、最適な装置条件（最適なチルト角や最適な照明光の波長）の決定処理が終了した後、光軸Ｏ２から反射ミラーを退避させることが必要となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】最適な装置条件（チルト角）の決定処理を含む動作フローチャートである。
【図３】光量信号の増減を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  検査装置  ；  １０Ａ  被検物体  ；  １１  ステージ  ；  １２  光源  ；    １３,１４  凹面鏡  ；  １５  撮像装置  ；  １６  ハーフミラー  ；
１７  受光素子  ；  １８  制御部  ；  １９  欠陥検出部
【図１】
2007010623.tif 000003
【図２】
2007010623.tif 000004
【図３】
2007010623.tif 000005