(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物に対して第１の所定角度で対向して固定配設され、前記被検査物の被検査面に向かってほぼ平行な光束を有した照明光を照射する照明装置と、
前記被検査物に対して第２の所定角度で対向して固定配設され、前記被検査物から前記照明光の照射により発生する回折光を受光して前記被検査物の像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により得られた画像信号を取り込み、画像処理を行って前記被検査物のマクロ検査を行う画像処理手段と、
前記照明装置からの前記照明光の波長を、前記照明装置が前記第１の所定角度で固定配設され、且つ、前記撮像手段が前記第２の所定角度で固定配設された状態で前記回折光が前記撮像手段に入射する波長に設定する照明波長設定手段とを備えたことを特徴とする自動マクロ検査装置。
【請求項２】
前記照明装置が、拡散光源と、前記拡散光源からの光をほぼ平行な光束に変換する平行変換手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の自動マクロ検査装置。
【請求項３】
前記平行変換手段が、前記拡散光源が焦点位置になるようにして配設された凹面鏡からなることを特徴とする請求項２に記載の自動マクロ検査装置。
【請求項４】
前記撮像手段が、前記被検査物からの前記回折光を収束させる凹面鏡と、前記凹面鏡により収束された前記回折光から前記被検査物の像を結像させて撮像するカメラ手段とからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動マクロ検査装置。
【請求項５】
前記照明装置が、前記被検査物の前記被検査面全体を同時に照明可能なことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の自動マクロ検査装置。
【請求項６】
前記照明装置が、ライン状の拡散光源と、前記ライン状の拡散光源のラインに沿って対向配設されたシリンドリカルレンズとからなり、前記シリンドリカルレンズにより前記ライン状の拡散光源からの光を少なくとも一方向にほぼ平行となる光束を作り出して前記被検査物を照明することを特徴とする請求項１に記載の自動マクロ検査装置。
【請求項７】
前記第１の所定角度が前記被検査物の表面に直角な線に対して角度θiであり、前記第２の所定角度が前記被検査物の表面に直角な線に対して角度θdであるときに、前記照明波長設定手段により設定される前記照明光の波長λが、次式
（ｓｉｎθi  −  ｓｉｎθd）  ＝  ｎ・λ／ｐ
但し、ｎ：撮像対象となる回折光の次数
ｐ：被検査物の表面のパターンピッチ
を満足するように設定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の自動マクロ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶製造用ガラス基板や、ＩＣ製造用のウエハ等の表面検査を行う装置に関し、特に、いわゆるマクロ検査と称される被検査物の表面全体の検査を行う装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶製造用ガラス基板や、ＩＣ製造用のウエハ等（以下、これらを被検査物とも称する）の表面のマクロ検査は、基板、ウエハ等の表面のキズ、レジスト塗布むら、フォトリソグラフィー工程における欠陥などを、被検査物の表面全体を観察して検査を行うものである。従来のマクロ検査は、スポットライト状の白色拡散光源を用いて、被検査物を回転させながら検査員が目視判断して検査していた。
【０００３】
しかしながら、検査員による目視検査では、検査員毎の技術レベル差、および検査員の体調等による検査レベルのばらつきがあり、安定した検査結果が得にくい、効率が良くない等という問題がある。また、液晶製造用ガラス基板、ＩＣ製造用のウエハ等の製造に際しては微細な異物の付着等による表面汚染を避けなければならいなので、発塵要因となる人間による検査工程はできるかぎり避けるべきである。
【０００４】
このようなことから、マクロ検査工程を自動化することが提案されており、このようなものとして、特公平６−８７８９号公報に開示の装置がある。この装置では、ウエハ表面に光を照射し、この表面からの反射光をＩＴＶカメラで受光して、被検査物の表面全体の反射光画像を取得し、このようして得られた反射光画像を予め測定した正常検査物の反射光画像と比較する画像処理を行って被検査物のマクロ検査を行うようになっている。この装置においては、ウエハ表面に対する光の照射角度を種々変更して検査できるように、ＩＴＶカメラは固定したままで、ウエハ表面角度および照明角度を可変設定できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような自動マクロ検査装置の場合には、ウエハ表面角度および照明角度を可変設定させる機構が必要であり、このような機構の作動に際して可動部分からの発塵が生じて被検査物表面を汚染する可能性があるという問題がある。なお、上記公報に開示の装置は、被検査物の表面から直接反射される光を用いてマクロ検査を行うようになっており、被検査物表面への照射光の入射角度と反射光の反射角度が等しくなる位置にカメラが配設される。
【０００６】
しかし、最近においては、被検査物の表面の繰り返しパターンに応じて発生する回折光や、散乱光等を検査対象とすることが考えられている。このような場合には、検査対象となる反射光の反射角度は、被検査物のパターンピッチ等に応じて変化するため、これら各種の角度に対応できるように、照明装置の照明角度、撮像カメラの受光角度を調整する必要がある。このため、この場合にも角度調整機構が必要であり、この機構からの発塵による被検査物表面の汚染等が問題となる。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みたもので、照明角度、被検査物の表面角度、受光装置もしくは撮像装置の受光角度等を可変調整することなく、すなわち、照明装置、撮像装置等を固定したまま、さまざまな被検査物のマクロ検査を効率よく行うことができるような自動マクロ検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明に係る自動マクロ検査装置は、被検査物に対して第１の所定角度で固定配設され、被検査物の被検査面に向かってほぼ平行な光束を有した照明光を照射する照明装置と、被検査物に対して第２の所定角度で固定配設され、被検査物から照明光の照射により発生する回折光を受光して被検査物の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により得られた画像信号を取り込み、画像処理を行って被検査物のマクロ検査を行う画像処理手段と、照明装置からの照明光の波長を、照明装置が第１の所定角度で固定配設され、且つ、撮像手段が第２の所定角度で固定配設された状態で回折光が撮像手段に入射する波長に設定する照明波長設定手段とを備えて構成される。
【０００９】
このような構成の自動マクロ検査装置の場合には、照明波長設定手段により照明光の波長を設定することができるので、被検査物から射出される回折光の方向を撮像手段の受光方向に合致するように波長を設定すれば、効率の良いマクロ検査が行える。このため、このマクロ検査装置の場合には、照明装置および撮像手段を固定することができ、従来の装置のようにこれらの向きを変える可動機構が不要であるので、余計な発塵源がなくなり、被検査物の汚染が抑えられる。
【００１０】
なお、照明装置を、拡散光源およびこれからの光をほぼ平行な光速に変換する平行変換手段から構成するのが好ましく、この場合、平行変換手段を、拡散光源が焦点位置になるようにして配設された凹面鏡から構成するのが好ましい。このように凹面鏡を用いることにより白色光を用いた照明の場合でも色収差発生の問題がなくなる。また、同様な理由から、撮像手段を、被検査物からの回折光を収束させる凹面鏡と、この凹面鏡により収束された光から被検査物の像を撮影するカメラ手段とから構成するのが好ましい。さらに、照明装置が、被検査物の被検査面全体を同時に照明可能に構成するのが好ましく、これにより被検査物の被検査面全体を一度に照明して検査することができるため、効率の良いマクロ検査が可能となる。
【００１１】
また、照明装置を、ライン状の拡散光源と、このライン状拡散光源のラインに沿って対向配設されたシリンドリカルレンズとから構成することもでき、この場合には、シリンドリカルレンズによりライン状拡散光源からの光を少なくとも一方向にほぼ平行となる光束を作り出して被検査物を照明する。
【００１２】
ここで、照明波長設定手段による波長設定は、次のようにして行われる。すなわち、上記第１の所定角度が被検査物の表面に直角な線に対して角度θiであり、上記第２の所定角度が前記被検査物の表面に直角な線に対して角度θdであるときに、照明光の波長λが、次式（１）を満足するように設定される。
【００１３】
【数１】
0003981895.tif 000002
【００１４】
このように照明光の波長λを設定すれば、撮像手段により効率良くｎ次の回折光を捉えて、この回折光を用いたマクロ検査を効率良く行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明に係る自動マクロ検査装置の第１の実施例に係る概略構成を示しており、この装置は、ウエハ（被検査物）３の表面に平行光束の照明光を照射する照明光学系１００と、ウエハ３からの回折光、散乱光等を受光する受光系１０１と、撮像素子（撮像カメラ）６と、画像処理装置７とから構成される。
【００１９】
照明光学系１００は、光源部１と凹面鏡２によって構成される。光源部１は凹面鏡２の焦点位置に配設されており、光源部１からの拡散光は凹面鏡２により平行光束に変換されてウエハ３に向かって照射される。このとき凹面鏡２はウエハ３の全面を照明可能な口径を有し、平行光束の照明光によりウエハ３の全面が同時に照明される。光源部１は白色光源であるハロゲンランプと、照明波長域を制限する干渉フィルタとを有する。この干渉フィルタは所定の波長域の光を透過するバンドパスフィルタとして機能し、異なる波長域の光を透過させる複数の干渉フィルタを外部から手動ないし遠隔操作により切り替え、光源部１から照射される光の波長選択が可能となっている。
【００２０】
受光系１０１は、上記のようにしてウエハ３に照射されたときにウエハ３から発生する回折光もしくは散乱光を受光するもので、ウエハ３の全面からの回折光もしくは散乱光を取り込むに十分な口径を有した凹面鏡４と、この凹面鏡４に入射して集光された光を結像させる受光レンズ５とを有する。このとき受光レンズ５は撮像素子６に結像させるようになっており、撮像素子６によりウエハ３の回折光もしくは散乱光の像が撮影される。
【００２１】
このようにして撮像素子６により撮影されたウエハの像は、画像処理装置７に送られ、ここに予め撮影されて記憶されている正常ウエハの像と比較して、表面欠陥検査等のマクロ検査が行われる。
【００２２】
この例においては、光源部１は凹面鏡の前側焦点位置付近に配設され、ウエハ３は凹面鏡４の後側焦点面付近に配設されており、これにより、凹面反射鏡を用いた反射型のテレセントリック光学系としている。このように光学系に凹面鏡を用いているために色収差の問題がなく、精度の高い検査が可能である。
【００２３】
このような構成の自動マクロ検査装置を用いてウエハ３のマクロ検査を行う例を説明する。まず、図示しない搬送機構により図２に示す検査位置にウエハ３が搬送される。そして、上記のような配置に対応するとともに検査の種類に対応して光源部１の干渉フィルタを選択する。この例では、照明光学系１００および受光系１０１は固定配設されており、照明光学系１００からウエハ３への照明光の入射角度は常に一定であり、且つ受光系１０１へ入射される回折光の回折角度も常に一定であるため、所望の検査光が受光系１０１に入射するように干渉フィルタの選択を行うものである。
【００２４】
この点について図３および図４を参照して詳しく説明する。図３に示すように、ウエハ３の表面に基本ピッチｐで繰り返し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、次式（４）のようになる。
【００２５】
【数３】
0003981895.tif 000003
【００２６】
このため、ウエハ３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照明光学系１００を配設し、回折光の反射角度θｄに対向して凹面鏡４が位置するように受光系１０１を配設すると、照明光の波長がλのときに、受光系１０１によりｎ次の回折光を最も効率よく受光できることがわかる。本例では、照明光学系１００および受光系１０１を固定配設しており、その配設位置に対して、ｎ次の回折光が最も効率良く受光系１０１により受光されるような波長λとなるように干渉フィルタが選択される。
【００２７】
一方、受光系１０１により散乱光を受光してマクロ検査を行う場合もある。この場合には、図４に示すように、ｎ次の回折光の射出角度θｄ’と、（ｎ＋１）次の回折光の射出角度θｄ”との間の位置に、受光系１０１の凹面鏡４が位置するように、照明光の波長λが設定される。具体的には、ｎ次の回折光の射出角度θｄ’は次式（５）で決まり、（ｎ＋１）次の回折光の射出角度θｄ”は次式（６）で決まるため、受光系１０１の凹面鏡４に入射する回折光の角度θｄが、  θｄ’＜θｄ＜θｄ”  となるような照明光の波長λが照明波長設定手段により設定される。
【００２８】
【数４】
（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd’） ＝ ｎ・λ／ｐ            ・・・（５）
（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd”） ＝ （ｎ＋１）・λ／ｐ    ・・・（６）
【００２９】
上記のように波長λの選択を行うと、この波長の照明光がウエハ３に照射されたときに、図４に示すように、ｎ次の回折光は角度θｄ’の方向に射出され、（ｎ＋１）次の回折光はθｄ”の方向に射出され、これらの間に受光系１０１の凹面鏡４が位置するため、受光系１０１には回折光は入射せず、散乱光のみが受光され、散乱光を用いた効率の良いマクロ検査が行われる。
【００３０】
ここで元に戻って、上記のようにして受光系１０１により受光された回折光もしくは散乱光は、凹面鏡４により受光レンズ５に集光されるとともに受光レンズ４により撮像素子６の上に結像される。このようにして撮像素子６により撮影された画像情報は、画像処理装置６に送られ、正常ウエハの画像と対比されてマクロ検査が自動的に行われる。
【００３１】
なお、ウエハ３を検査位置で支持する装置に回転支持機構を設け、ウエハ３の回転位置調整を行えるようにしても良い。このようにした場合、ウエハ３のパターン方向、キズ欠陥等のように、照明光と、回折光強度、散乱光の発生方向が回転位置に応じて異なるときに、ウエハ３を回転させて最も検査効率の良い方向に設定することができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、凹面鏡を用いたが、これに変えて反射型のフレネルゾーンプレートを用いても良い。さらに、レンズを用いた屈折光学系で色収差補正を行ったものを用いることもできる。
【００３３】
次に、本発明に係る自動マクロ検査装置の第２の実施例について図２を参照して説明する。なお、この例の装置において、上記第１の実施例の装置と同一部分には同一の符号を付して説明する。この装置は、照明光学系１０２、受光系１０１、撮像素子６および画像処理装置７から構成され、照明光学系１０２のみが第１の実施例の装置と異なるだけである。
【００３４】
照明光学系１０２は、光源部１０と、光ファイバ送光系１１およびシリンドリカルレンズ１２によって構成され、ウエハ３の全面を照明可能な光束をウエハ３に照射する。光源部１０は白色光源光であるハロゲンランプと、照明波長域を制限する干渉フィルタとからなる。これについては、第１の実施例と同一構成である。
【００３５】
光ファイバ送光系１１は、一端側（入射端）が光源部１０に対向して光源部１０からの照明光を受光し、他端側（出射端）は一次元のライン状に配列されて構成されている。このため、光ファイバ送光系１１の他端側からの射出光束は、図２の紙面と平行な面内では角度θの広がり角度を持つ拡散光であり、紙面に垂直な方向へのファイバのライン長分の奥行きを持つ光源となる。
【００３６】
この光ファイバ送光系１１の他端は、シリンドリカルレンズ１２の後側焦点となる位置に位置しており、光ファイバ送光系１１の他端側から射出された拡散光はシリンドリカルレンズ１２により紙面に平行な面内では平行光束に近い光束に変換される。これにより、少なくとも図２の紙面に平行な面内では上記第１実施例で示したテレセントリック光学系と同等な平行光束がウエハ３の全面に照射される。
【００３７】
このようにウエハ３に照明光が照射されると、これにより生じる回折光もしくは散乱光が受光系１０１により受光され、撮像素子６により撮像され、画像処理装置７において画像処理がなされてマクロ検査が行われるのであるが、これについては第１実施例と同じなのでその説明は省略する。
【００３８】
このような構成のマクロ検査装置の場合には、照明光学系の構成が小型、コンパクト化でき、且つ低コスト化できる。
【００３９】
なお、上記第１および第２実施例において、光源部を、白色光源と分光器を組み合わせて構成することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の所定角度で固定配設された照明装置と、第２の所定角度で固定配設されて回折光による検査物の像を撮像する撮像手段と、この撮像手段により得られた画像から被検査物のマクロ検査を行う画像処理手段とを有し、さらに、証明波長設定手段により照明光の波長を可変設定できるように構成されているので、被検査物から射出される回折光の方向を撮像手段の受光方向に合致するように波長を設定すれば、効率の良いマクロ検査が行える。このため、このマクロ検査装置の場合には、照明装置および撮像手段を固定することができ、従来の装置のようにこれらの向きを変える可動機構が不要であり、余計な発塵源がなくなり、被検査物の汚染が抑えられる。
【００４１】
なお、照明装置を、拡散光源およびこれからの光をほぼ平行な光束に変換する平行変換手段から構成するのが好ましく、この場合、平行変換手段を、拡散光源が焦点位置になるようにして配設された凹面鏡から構成するのが好ましい。このように凹面鏡を用いることにより白色光を用いた照明の場合でも色収差発生の問題がなくなる。また、同様な理由から、撮像手段を、被検査物からの回折光もしくは散乱光を収束させる凹面鏡と、この凹面鏡により収束された光から被検査物の像を撮影するカメラ手段とから構成するのが好ましい。
【００４２】
また、照明装置を、ライン状の拡散光源と、このライン状拡散光源のラインに沿って対向配設されたシリンドリカルレンズとから構成することもでき、この場合には、シリンドリカルレンズによりライン状拡散光源からの光を少なくとも一方向にほぼ平行となる光束を作り出して被検査物を照明する。このようにすれば、照明装置を小型、コンパクト化して、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
なお、回折光を用いたマクロ検査を行うときには、照明波長設定手段による波長設定は、前述の式（１）を満足するようになされる。この式（１）は回折光が受光系（撮像手段）の方に射出されるための条件であり、これにより、撮像手段により効率良くｎ次の回折光を捉えて、この回折光を用いたマクロ検査を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る自動マクロ検査装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る自動マクロ検査装置を示す概略図である。
【図３】ウエハに照射される照明光と回折光との関係を示す説明図である。
【図４】ウエハに照射される照明光とｎ次および（ｎ＋１）次の回折光と受光系の凹面鏡位置との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１０  光源部
２，４    凹面鏡
３        ウエハ
５        受光レンズ
６        撮像素子
７        画像処理装置
１１      光ファイバ送光系
１２      シリンドリカルレンズ
１００，１０２  照明光学系
１０１    受光系
【図１】
0003981895.tif 000004
【図２】
0003981895.tif 000005
【図３】
0003981895.tif 000006
【図４】
0003981895.tif 000007