JP4632564B2

JP4632564B2 - 表面欠陥検査装置

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Publication number: JP4632564B2
Application number: JP2001065456A
Authority: JP
Inventors: 泰央西山
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Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2011-02-16
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造プロセスにおける半導体ウエハ或いは液晶ガラス基板等のような表面に薄膜が形成された被検体の表面上の欠陥を検査する表面欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば半導体ウエハ或いは液晶ガラス基板等のフォト・リソグラフィ・プロセスでは、半導体ウエハ表面に塗布したレジストに膜厚のムラ或いは塵埃の付着等の欠陥があると、その部分がエッチング後にパターンの線幅不良やパターン内のピンホール等の不良となって現われる。一般的にエッチング前の半導体ウエハ或いは液晶ガラス基板に対しては、欠陥部分の有無を全数検査することが行われている。
【０００３】
このような欠陥検査としては、投光装置により半導体ウエハ或いは液晶ガラス基板に対して光を照射し、作業者の目視により半導体ウエハ上或いは液晶ガラス基板上の欠陥を探す方法が採られていたが、最近では、例えば特開平９−６１３６５号公報に開示されているように被検体表面を撮像しつつその画像処理を行なうことにより欠陥検査する表面欠陥検査装置がある。
【０００４】
図７はかかる表面欠陥検査装置の光学系の概略構成図である。半導体ウエハ或いは液晶ガラス基板等の被検体１は、矢印イ方向に移動する１軸ステージ２上に載置されている。この１軸ステージ２の上方には、照明部３が配置されている。この照明部３は、照明用の光源とその光学系とを有するもので、このうち光源はハロゲンランプと熱吸収フィルタとコンデンサレンズとを内部に備えたランプハウスが用いられ、光学系はランプハウスからの光束を収束させる集光レンズとファイバ束とが用いられている。この照明部３から出力された照明光は、シリンドリカルレンズ４を通して入射角θ_０で被検体１に照射されるようになっている。
【０００５】
この照明部３に法線ｓを介して対向位置すなわち法線ｓに対して角度θ_０’には、干渉フィルタ５と撮像装置としてのラインセンサカメラ６とが配置されている。このラインセンサカメラ６の出力端子には、このラインセンサカメラ６から出力された画像信号を取り込んで二次元画像データを構築する画像取込部７が接続されている。
【０００６】
ホストコンピュータ８は、画像取込部７から送出される二次元画像データを受け取り、この二次元画像データを画像処理して被検体１の表面上の膜厚ムラや塵埃などの欠陥部分を検出し、これらの結果から検査条件に含まれる合格基準と照合して被検体１の良否を判定する機能を有している。
【０００７】
このような構成であれば、照明部３から出力された照明光は、シリンドリカルレンズ４を通して入射角θ_０で被検体１に照射される。このとき、被検体１を載置した１軸ステージ２は矢印イ方向に移動し、これと共にラインセンサカメラ６は、照明された被検体１の直線状の領域を撮像してその画像信号を出力する。画像取込部７は、１軸ステージ２の移動に同期してラインセンサカメラ６から出力された画像信号を取り込んで二次元画像データを構築し、この二次元画像データをホストコンピュータ８に送出する。このホストコンピュータ８は、画像取込部７から送出される二次元画像データを受け取り、この二次元画像データを画像処理して被検体１の表面上の膜厚ムラや塵埃などの欠陥部分を抽出し、これらの結果から検査条件に含まれる合格基準と照合して被検体１の良否を判定する。なお、欠陥部分の抽出は、膜厚ムラを画像データ上の輝度値として捉え、所定のしきい値を超える領域を膜厚ムラによる欠陥として検出している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、検査工程においては、どの程度の膜厚ムラなのかを計測する必要が生じることがある。例えば、表面欠陥検査において検出された欠陥部分であっても、その膜厚ムラが所定の基準範囲内に入っていれば良品と判定して次の工程に流したり、或いはリワークして再生するといった方法が採られることがある。
【０００９】
そこで、表面欠陥検査において欠陥部分があると判定された被検体１は、さらに別途膜厚計測装置を用いて膜厚を計測する方法が採られている。この計測方法では、別途用意する膜厚計測装置が高価でかつ長い計測時間を必要とし、全数検査には不向きであるためであり、このために表面欠陥検査装置によって全数検査し、欠陥部分があると判定された被検体１のみを抜き出して別途用意する膜厚計測装置により膜厚を計測するといった方法が採られている。
【００１０】
しかしながら、表面欠陥検査装置と膜厚計測装置とが別体となって配置されているために、表面欠陥検査装置での被検体１の欠陥位置情報を膜厚計測装置に対して正確に伝達する必要が生じ、そのために位置決め機構や位置補正機構が必要となって、各々の装置の構成が複雑かつ高価なものになってしまう。
【００１１】
又、表面欠陥検査装置と膜厚計測装置とが別体なために、装置そのものや各装置毎に被検体１を収納するカセットや、被検体１を表面欠陥検査装置と膜厚計測装置との間に搬送する搬送ロボット等の設置スペースが必要となる。このため、これら表面欠陥検査装置及び膜厚計測装置は、クリーンルーム内に設置されるが、設備コストが高価で省スペース化が重要とされているクリーンルームに対しては省スペース化等の要望を満たすことができない。
【００１２】
さらに、被検体１の表面欠陥検査装置と膜厚計測装置との間での搬送が必要なために、欠陥検査全体に多大な時間を要するばかりか、作業者の各装置間の移動が必要となる。このため、作業者の疲労を招き、検査作業の効率の低下を招いてしまう。
【００１３】
そこで本発明は、被検体表面上の欠陥部分を検出すると共にその欠陥部分の膜厚を同時に効率よく計測できる表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載による本発明は、表面に薄膜が形成された被検体に対して所定の角度から照明光を照射する照明手段と、前記照明手段に対し、前記被検体表面の法線を介して対向する位置に配置され、前記被検体及び前記薄膜によって生じる干渉縞を撮像して２次元の画像データを生成する撮像手段と、前記薄膜に関する情報を入力する入力手段と、前記薄膜に関する情報に基づいて、前記照明手段の照明条件を設定する駆動制御手段と、前記薄膜に関する情報に基づいて、前記薄膜により生じる干渉縞の理論的なデータを求める干渉縞演算手段と、前記撮像により得られた前記画像データと、予め参照用の干渉縞を撮像して記憶しておいた基準画像データとに基づいて前記被検体表面上の欠陥部分を抽出する欠陥抽出手段と、前記画像データと前記干渉縞の理論的なデータとに基づいて前記薄膜の膜厚値を計測する膜厚計測手段とを具備したことを特徴とする表面欠陥検査装置である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（１）以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図７と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００２５】
図１は表面欠陥検査装置の構成図である。照明部３と１軸ステージ２上の被検体１との間には、シリンドリカルレンズ４とスリット１０とが配置されている。なお、１軸ステージ２は、ステージ駆動部１１の駆動によって矢印イ方向に１軸移動するものとなっている。
【００２６】
照明部３に法線ｓを介して対向位置には、フィルタ部１２とラインセンサカメラ６とが配置されている。フィルタ部１２は、照明光の波長帯域を制限して干渉像を得るための複数の狭帯域フィルタを備えたもので、ラインセンサカメラ６の前方に配置され、複数の狭帯域フィルタをフィルタ駆動部１３の駆動によって光路上に挿脱し、薄膜測定に必要な波長帯域の狭帯域フィルタを光路上に配置するものとなっている。
【００２７】
これら１軸ステージ２や照明部３、シリンドリカルレンズ４、スリット１０、ラインセンサカメラ６、フィルタ部１２（以下、これら全体を撮像部と称する）などは、外乱光の影響を受けないように図示しない暗箱状の筐体に収容され、かつ被検体１へのパーティクル付着を防止するために上方から空気洗浄用フィルタを通じてダウンフローが流れている。
【００２８】
一方、メインコントローラ２０には、画像取込部７が設けられている。この画像取込部７は、１軸ステージ２の移動に同期してラインセンサカメラ６から出力された画像信号を取り込んで各１ラインの画像データを繋ぎ合わせて被検体１の二次元画像データを構築し、この二次元画像データを画像記憶部２１に送出する機能を有している。
【００２９】
この画像記憶部２１は、複数枚の画像データを記憶する記憶容量を有するもので、任意の画像データを読み書きできるものとなっている。又、この画像記憶部２１には、予め被検体１の良品として取り込んだリファレンス画像データ（基準画像データ）も記憶されている。
【００３０】
薄膜パラメータ入力部２２は、メインコントローラ２０に接続されたキーボード２３のキー操作により入力される被検体１に関する情報、例えば工程名、品種名、外形寸法や、被検体１の表面上に形成された薄膜に関する情報として例えば材質、屈折率、膜厚、反射率などを干渉縞演算部２４に送る機能を有している。
【００３１】
この干渉縞演算部２４は、薄膜に関する情報（例えば材質、屈折率、膜厚、反射率など）に基づいて薄膜により生じる干渉縞、すなわち被検体１上の薄膜表面で反射する光と被検体１の本体表面で反射する光とにより生じる干渉縞の理論的なデータを求めるもので、具体的には、薄膜の材質や屈折率、膜厚、反射率、照明光の波長に基づいて照明光を照射したときに現われる干渉縞の明線と暗線との繰り返しパターンを演算し、図２に示すような画像の輝度値に対する理論的な膜厚データＤａを求める機能を有している。
【００３２】
すなわち、干渉縞演算部２４は、薄膜パラメータ入力部２２から入力された薄膜に関する情報のうち例えば屈折率をｎ、膜厚をｈ、照明光の波長をλ_０、薄膜内部の光線の屈折率をθ’、薄膜下面での反射時の位相変化をφ（０≦φ≦２π）とすれば、薄膜による干渉縞が明瞭（干渉により強め合う）になる条件は、
２ｎｈ・ｃｏｓθ’＋（φ／２π）・λ_０＝ｍ・λ_０
（ｍ＝０，±１，±２，…） …(1)
により表わされる。
【００３３】
従って、この式（１）を基に膜厚変化と画像データの輝度値との対応を示したものが上記図２である。同図に示すように膜厚データＤａなどの輝度値は、膜厚に対して周期的に変化するものとなっている。
【００３４】
又、この干渉縞演算部２４は、フィルタ部１２の複数の狭帯域フィルタのうち薄膜測定に必要な波長帯域の狭帯域フィルタを選択変更して光路上に挿入したときの、その波長帯域に応じた干渉縞の理論的な膜厚データＤｂを求める機能を有している。すなわち、上記図２に示すように膜厚データＤａなどの輝度値は、膜厚に対して周期的に変化するものとなっているので、膜厚計測に適用する範囲が限られており、膜厚を計測するには、理論的な膜厚データＤａなどにおける直線部分を用いると精度高く膜厚値を求められる。例えば膜厚ｔを計測するには、膜厚データＤａを用いると曲線部分にあたり精度高い計測が出来ないが、膜厚データＤｂを用いれば、当該膜厚データＤｂの直線部分を用いて精度高い計測が可能となる。
【００３５】
この干渉縞演算部２４により求められた膜厚データＤａ、Ｄｂなどは干渉データ記憶部２６に記憶されるようになっている。
【００３６】
なお、薄膜に関する情報（例えば材質、屈折率、膜厚、反射率など）は、フィルタ部１２の波長帯域や照明部３の角度を設定するために駆動制御部２５にも同時に送られている。
【００３７】
画像処理部２７は、画像記憶部２１に記憶されている被検体１の画像データとリファレンス画像データとを読み出し、これら被検体１の画像データとリファレンス画像データとを比較し、その差を検出して欠陥抽出部２８に送出する機能を有している。
【００３８】
又、画像処理部２７は、画像記憶部２１に記憶されている被検体１の画像データを読み出すと共に干渉データ記憶部２６に記憶されている複数の膜厚データＤａ、Ｄｂなどのうち膜厚計測に必要な例えばＤｂを読み出し、これら被検体１の画像データの輝度値と膜厚データＤｂとの相関をとり、輝度値が膜厚を示す画像データを生成して膜厚計測部２９に送出する機能を有している。
【００３９】
欠陥抽出部２８は、画像処理部２７により検出された被検体１の画像データとリファレンス画像データとの差を受け取り、この差画像データから被検体１の表面上の欠陥部分を抽出し、被検体１の表面上の膜ムラなどの欠陥情報（例えば位置、欠陥種類）を取得して記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。
【００４０】
膜厚計測部２９は、画像処理部２７により生成された輝度値が膜厚を示す画像データを受け取り、この画像データから膜厚計測を行なってその結果を記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。
【００４１】
この表示器３１への実際の表示は、例えば図３に示す通りの下記の各機能により行われる。
【００４２】
欠陥抽出部２８は、上記差画像データからから抽出された被検体１の表面上の欠陥部分のうち例えば作業員により指示された欠陥部分Ｇを含む画像データを読み出してその画像を第１の表示領域Ｈ_１に表示する機能を有している。
【００４３】
膜厚計測部２９は、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員によりライン状に指定されると、このライン指定された欠陥部分Ｇを含む膜厚値のプロファイルを第２の表示領域Ｈ_２に表示する機能を有している。
【００４４】
さらに、膜厚計測部２９は、ライン指定された膜厚値のプロファイルに対して２点、例えばａ点とｂ点とが作業員により指定されると、これら２点の座標ａ点（Ｘ_１，Ｙ_１）とｂ点（Ｘ_２，Ｙ_２）とに基づいてそれぞれの各膜厚値Ｄ_１とＤ_２とを求め、これら２点間（ａ点−ｂ点）の膜厚差ΔＤ＝Ｄ_２−Ｄ_１を求めて表示器３１に表示する機能を有している。
【００４５】
又、膜厚計測部２９は、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により１点が指示されると、その１点の座標に基づいてその点の膜厚値を求めて記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。
【００４６】
又、膜厚計測部２９は、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により所望の領域が指示されると、その領域内の膜厚値を記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。
【００４７】
又、膜厚計測部２９は、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により所望の領域が指示されると、その領域内の膜厚値の少なくとも最大値、最小値又は平均値を求め、これら最大値、最小値又は平均値を記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。
【００４８】
又、膜厚計測部２９は、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により所望の領域が指示されると、その領域内の被検体１の表面における膜厚値の度数分布を求める機能を有している。
【００４９】
駆動制御部２５は、画像処理部２７との間で情報を伝達しながら上記撮像部を動作させるために照明部３の角度を設定し、フィルタ駆動部１３、ステージ駆動部１１、試料方向合わせ部３３、試料搬送部３４を動作制御する機能を有している。
【００５０】
フィルタ駆動部１３は、被検体１の薄膜の情報に基づいてフィルタ部１２を制御し、フィルタ部１２の複数の狭帯域フィルタのうち薄膜測定に必要な波長帯域の狭帯域フィルタを選択変更して光路上に挿入する機能を有している。
【００５１】
ステージ駆動部１１は、被検体１の画像を取り込むために１軸ステージ２を矢印イ方向に駆動する機能を有している。
【００５２】
試料搬送部３４は、試料搬送ロボットなどを駆動制御し、被検体１をカセットから取り出し、試料方向合わせ部３３によって被検体１のオリフラ或いはノッチの方向を一定方向に位置合わせし、１軸ステージ２まで搬送させ、かつ検査が終了した被検体１を試料搬送ロボットなどを駆動制御して１軸ステージ２から取り出し、カセットまで搬送させる機能を有している。
【００５３】
次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【００５４】
キーボード２３に対する作業者の操作により、このキーボード２３から被検体１に関する情報、例えば工程名、品種名、外形寸法や、被検体１の表面上に形成された薄膜に関する情報として例えば材質、屈折率、膜厚、反射率などが入力される。このうち工程名、品種名、外形寸法などの情報は、検査条件として検査結果の記憶の際に利用されるために、薄膜パラメータ入力部２２を通して干渉縞演算部２４に送られたり、駆動条件として駆動制御部２５に送られる。
【００５５】
又、薄膜に関する情報として例えば材質、屈折率、膜厚、反射率などの情報は、干渉縞演算部２４により薄膜の干渉縞を演算して求める際に利用されると共に、フィルタ部１２の波長帯域や照明部３の角度を設定するために駆動制御部２５に送出される。
【００５６】
被検体１に関する情報の入力が終了すると、被検体１が収納されたカセットが作業者或いは図示しない生産ラインにより試料搬送部３４にセットされる。そして、作業者により操作入力部３２が操作されて検査開始が指示されると、又は図示しない通信システムを介して生産ラインより検査開始が指示されると、試料搬送部３４は、カセットから被検体１を１枚ずつ取り出し、１軸ステージ２へ搬送する。これにより、被検体１に対する検査が開始される。
【００５７】
試料搬送部３４により搬送された被検体１は、試料方向合わせ部３３によって一定方向に位置合せられ、１軸ステージ２上に載置される。
【００５８】
次に、駆動制御部２５は、画像処理部２７との間で情報を伝達しながら上記撮像部を動作させるために照明部３の角度を設定し、フィルタ駆動部１３及びステージ駆動部１１を動作制御して、被検体１の撮像を開始する。このときフィルタ駆動部１３は、被検体１の薄膜の情報に基づいてフィルタ部１２を制御し、フィルタ部１２の複数の狭帯域フィルタのうち薄膜測定に最適な波長帯域の狭帯域フィルタを選択変更して光路上に挿入する。ステージ駆動部１１は、被検体１の画像を取り込むために１軸ステージ２を矢印イ方向に駆動する。
【００５９】
しかるに、照明部３から出力された照明光は、シリンドリカルレンズ４及びスリット１０を通して入射角θ_０で被検体１に照射される。このとき、被検体１上の薄膜表面で反射する光と被検体１の本体表面で反射する光とにより干渉縞が生じるので、ラインセンサカメラ６は、この干渉縞の明線と暗線との繰り返しパターンを撮像する。
【００６０】
そして、被検体１を載置した１軸ステージ２は矢印イ方向に移動するので、ラインセンサカメラ６は、照明された被検体１の直線状の領域をフィルタ部１２を通してその干渉縞の結像光を撮像し、その結像光を電気信号である画像信号に変換して１ライン毎にメインコントローラ２０の画像取込部７に転送する。これにより、ラインセンサカメラ６からは、最終的に被検体１の全領域を撮像した干渉縞の画像信号を出力するものとなる。
【００６１】
画像取込部７は、１軸ステージ２の移動に同期してラインセンサカメラ６から出力された画像信号を取り込んで二次元画像データを構築し、この二次元画像データを画像記憶部２１に記憶する。
【００６２】
画像処理部２７は、画像記憶部２１に記憶された被検体１の画像データと予め記憶されているリファレンス画像データとを読み出し、これら被検体１の画像データとリファレンス画像データとを比較し、その差画像データを検出して欠陥抽出部２８に送出する。
【００６３】
この欠陥抽出部２８は、画像処理部２７により検出された被検体１の画像データとリファレンス画像データとの差画像データを受け取り、この差画像データから被検体１の表面上の欠陥部分を抽出し、被検体１の表面上の膜ムラなどの欠陥情報（例えば位置、欠陥種類）を取得して記憶部３０に記憶する。
【００６４】
これと共に欠陥抽出部２８は、上記差画像データからから抽出された被検体１の表面上の欠陥部分のうち例えば作業員により指示された欠陥部分Ｇを含む画像データを読み出し、その画像を図３に示すように表示器３１の第１の表示領域Ｈ_１に表示する。
【００６５】
一方、干渉縞演算部２４は、薄膜パラメータ入力部２２を通して薄膜に関する情報（例えば材質、屈折率、膜厚、反射率など）を受け取り、薄膜の材質や屈折率、膜厚、反射率、照明光の波長に基づいて照明光を照射したときに現われる干渉縞の明線と暗線との繰り返しパターンを演算し、図２に示すように輝度値が膜厚に対して周期的に変化するような画像の輝度値に対する理論的な膜厚データＤａを求める。
【００６６】
又、この干渉縞演算部２４は、フィルタ部１２の複数の狭帯域フィルタのうち薄膜測定に必要な波長帯域の狭帯域フィルタを選択変更して光路上に挿入したときの、複数の波長帯域に応じた干渉縞の複数の理論的な膜厚データ、例えば膜厚データＤｂを求める。これら膜厚データＤａ、Ｄｂなどは干渉データ記憶部２６に記憶される。
【００６７】
画像処理部２７は、画像記憶部２１に記憶されている被検体１の画像データを読み出すと共に干渉データ記憶部２６に記憶されている複数の膜厚データＤａ、Ｄｂなどのうち例えば膜厚データＤｂを読み出し、これら被検体１の画像データの輝度値と膜厚データＤｂとの相関をとり、輝度値が膜厚を示す画像データを生成して膜厚計測部２９に送出する。
【００６８】
この膜厚計測部２９は、画像処理部２７により生成された輝度値が膜厚を示す画像データを受け取り、この画像データから膜厚計測を行なってその結果を記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する機能を有している。この表示器３１への実際の表示は、例えば図３（〜図６）に示す通り各種行われる。
【００６９】
第１の表示機能として、第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員によりラインが指定されると、膜厚計測部２９は、ラインの座標を読み取り、このライン指定された欠陥部分Ｇを含む膜厚値のプロファイルを第２の表示領域Ｈ_２に表示する。この膜厚値のプロファイルは、欠陥部分Ｇに相当するところの輝度値がハイレベルになっている。
【００７０】
さらに、ライン指定された膜厚値のプロファイルに対して２点、例えばａ点とｂ点とが作業員により指定されると、膜厚計測部２９は、これら２点の座標ａ点（Ｘ_１，Ｙ_１）とｂ点（Ｘ_２，Ｙ_２）とに基づいてそれぞれの各膜厚値Ｄ_１とＤ_２とを求め、これら２点間（ａ点−ｂ点）の膜厚差ΔＤ＝Ｄ_２−Ｄ_１を求めて表示器３１に表示する。このとき表示器３１の画面上の右側には、例えばａ点の座標（Ｘ_１＝1024，Ｙ_１＝512）とその膜厚値５０、ｂ点の座標（Ｘ_１＝1200，Ｙ_１＝300）とその膜厚値８９、膜厚差ΔＤ＝Ｄ_２−Ｄ_１＝２９が表示されている。
【００７１】
第２の表示機能として、図４に示すように第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により１点Ｑが指示されると、膜厚計測部２９は、１点Ｑの座標（Ｘ_Ｑ，Ｙ_Ｑ）に基づいてその点Ｑの膜厚値Ｄ_Ｑを求めて記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する。
【００７２】
第３の表示機能として、図５に示すように第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により計測する所望の領域Ｗが指示されると、膜厚計測部２９は、その領域Ｗ内の膜厚値の少なくとも最大値Ｄmax、最小値Ｄmin及び平均値Ｄavを求め、これら最大値Ｄmax、最小値Ｄmin及び平均値Ｄavを記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する。
【００７３】
ここで、作業員により指定する領域Ｗは、図５では四辺形であるが、この四辺形に限らず円形や楕円形、任意の閉曲線により指定してもよい。
【００７４】
第４の表示機能として、図６に示すように第１の表示領域Ｈ_１に表示されている欠陥部分Ｇを含む画像に対し、その画面上で作業員により所望の領域Ｗが指示されると、膜厚計測部２９は、その領域Ｗ内の被検体１の表面における膜厚値の度数分布を求め、この度数分布を記憶部３０に記憶し、かつ表示器３１に表示する。
【００７５】
このように上記第１の実施の形態においては、ラインセンサカメラ６の撮像により得られた被検体１の画像データと予め記憶されたリファレンス画像データとに基づいて被検体１の表面上の欠陥部分Ｇを抽出すると共に、干渉縞演算部２４により被検体１に形成された薄膜に関する情報に基づいて薄膜により生じる干渉縞の理論的な複数の膜厚データＤａ、Ｄｂなどを求め、膜厚計測部２９によりラインセンサカメラ６の撮像により得られた被検体１の画像データと干渉縞の理論的な膜厚データＤａ、Ｄｂなどに基づいて薄膜の膜厚値を計測するので、被検体１の表面上の欠陥部分Ｇを検出すると共に、その欠陥部分Ｇの膜厚値を簡単に、かつ同時に効率よく計測できる。
【００７６】
特に膜厚値の表示方式としては、例えば表示器３１の画面上で作業員により指示され２点間（ａ点−ｂ点）の膜厚差ΔＤ＝Ｄ_２−Ｄ_１、又は作業員により指示された１点Ｑの膜厚値Ｄ_Ｑ、作業員により指示された領域Ｗ内の膜厚値の最大値Ｄmax、最小値Ｄmin及び平均値Ｄav、さらに作業員により指示された領域Ｗ内の膜厚値の度数分布が表示できる。
【００７７】
別の膜厚値の表示方式の例としては、画像処理部２７により生成された輝度値が膜厚を示す画像をそのまま表示器３１に表示するようにしてもよい。この場合、画像の輝度値が直接膜厚値を示しているので、汎用の画像解析ソフトウエアによってもラインプロファイル等の表示ができ、上記各種表示方式と共に被検体１の表面に形成された薄膜に対する膜厚解析の幅を広げることができる。
【００７８】
従って、上記第１の実施の形態の装置によれば、従来装置の構成に対して小規模な構成の追加で膜厚ムラを計測が可能となり、効率よく欠陥検査を行なうことができる。
【００７９】
（２）次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態とほぼその構成が同一であるので、その構成の異なるところを上記図１を用いて説明する。
【００８０】
被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長の短い光束の照明光を被検体１に照射して当該被検体１の第１の画像データＩａを取得し、次に被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長の長い光束の照明光を被検体１に照射して当該被検体１の第２の画像データＩｂを取得し、これら画像データＩａ、Ｉｂの間で、
【数１】

【００８１】
を演算することで、被検体１の下地、例えば半導体ウエハ表面上に形成されたパターンの影響を消去した画像データＩｃを生成することが可能であることが知られている。
【００８２】
従って、上記図１に示す装置の構成において、フィルタ部１２の構成を変更し、このフィルタ部１２に被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長の短い光束を撮像して第１の画像データＩａを取得するための第１の干渉フィルタと、被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長の長い光束を撮像して第２の画像データＩｂを取得するための第２の干渉フィルタとの組を複数設ける。
【００８３】
このような構成において、照明部３から照明光が出力されると、この照明光は、シリンドリカルレンズ４及びスリット１０を通して入射角θ_０で被検体１に照射する。このとき、被検体１を載置した１軸ステージ２は矢印イ方向に移動するので、ラインセンサカメラ６は、照明された被検体１の直線状の領域をフィルタ部１２の第１の干渉フィルタを通してその結像光を撮像し、その結像光を電気信号である画像信号に変換して１ライン毎にメインコントローラ２０の画像取込部７に転送する。これにより、画像取込部７により第１の画像データＩａが取得され、画像記憶部２１の記憶される。
【００８４】
次に、フィルタ部１２が第２の干渉フィルタに交換され、このときに上記同様に、ラインセンサカメラ６は、照明された被検体１の直線状の領域をフィルタ部１２の第２の干渉フィルタを通してその結像光を撮像し、その結像光を電気信号である画像信号に変換して１ライン毎にメインコントローラ２０の画像取込部７に転送する。これにより、画像取込部７により第２の画像データＩｂが取得される。
【００８５】
次に、画像取込部２７は、第１と第２の画像データＩａ、Ｉｂの間で上記式（２）を演算することで、被検体１の下地、例えば半導体ウエハ表面上に形成されたパターンの影響を消去した画像データＩｃを生成する。そして、この画像取込部２７は、画像データＩｃとリファレンス画像データとの差画像データを求める。
【００８６】
以下、上記第１の実施の形態と同様に、欠陥抽出部２８は、画像データＩｃとリファレンス画像データとの差画像データから被検体１の表面上の欠陥部分を抽出し、被検体１の表面上の膜ムラなどの欠陥情報（例えば位置、欠陥種類）を取得し、かつ例えば作業員により指示された欠陥部分Ｇを含む画像を図３に示すように表示器３１の第１の表示領域Ｈ_１に表示する。
【００８７】
又、画像処理部２７は、画像記憶部２１に記憶されている被検体１の画像データを読み出すと共に干渉データ記憶部２６に記憶されている複数の膜厚データＤａ、Ｄｂなどのうち例えば膜厚データＤｂを読み出し、これら被検体１の画像データの輝度値と膜厚データＤｂとの相関をとり、輝度値が膜厚を示す画像データを生成して膜厚計測部２９に送出する。
【００８８】
この膜厚計測部２９は、画像データから膜厚計測を行なってその結果を記憶部３０に記憶すると共に表示器３１に表示し、かつ例えば表示器３１の画面上で作業員により指示された２点間（ａ点−ｂ点）の膜厚差ΔＤ＝Ｄ_２−Ｄ_１、又は作業員により指示された１点Ｑの膜厚値Ｄ_Ｑ、作業員により指示された領域Ｗ内の膜厚値の最大値Ｄmax、最小値Ｄmin及び平均値Ｄav、さらに作業員により指示された領域Ｗ内の膜厚値の度数分布を表示する。
【００８９】
このように上記第２の実施の形態においては、被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長の短い光束の照明光を被検体１に照射して当該被検体１の第１の画像データＩａを取得し、次に被検体１の表面上に形成された薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長の長い光束の照明光を被検体１に照射して当該被検体１の第２の画像データＩｂを取得し、これら画像データＩａ、Ｉｂの間で上記式（２）を演算することで、被検体１の下地、例えば半導体ウエハ表面上に形成されたパターンの影響を消去した画像データＩｃを生成するので、被検体１の画像から下地パターンの反射率分布を分離することが可能となり、膜厚ムラだけを検出するのでなく、被検体１の下地として例えば半導体ウエハ表面上に形成されたパターンの影響を消去することができ、上記第１の実施の形態に比べてさらに効率よく欠陥検査を行なうことができる。
【００９０】
なお、本発明は、上記第１及び第２の実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【００９１】
さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００９２】
例えば、上記第１及び第２の実施の形態は、ラインセンサカメラ６の前側にフィルタ部１２を配置しているが、このフィルタ部１２を照明部３の後側に配置するようにしてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、被検体表面上の欠陥部分を検出すると共にその欠陥部分の膜厚を同時に効率よく計測できる表面欠陥検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態における画像の輝度値に対する理論的な膜厚データを示す図。
【図３】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態における表示器への実際の欠陥部分及び膜厚の表示を示す図。
【図４】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態における１点の膜厚値の表示を示す図。
【図５】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態における領域内の膜厚値の最大値、最小値及び平均値の表示を示す図。
【図６】本発明に係わる表面欠陥検査装置の第１の実施の形態における領域内の膜厚値の度数分布の表示を示す図。
【図７】従来の表面欠陥検査装置の光学系の概略構成図。
【符号の説明】
１：被検体
２：１軸ステージ
３：照明部
４：シリンドリカルレンズ
６：ラインセンサカメラ
７：画像取込部
１０：スリット
１１：ステージ駆動部
１２：フィルタ部
１３：フィルタ駆動部
２０：メインコントローラ
２１：画像記憶部
２２：薄膜パラメータ入力部
２３：キーボード
２４：干渉縞演算部
２５：駆動制御部
２６：干渉データ記憶部
２７：画像処理部
２８：欠陥抽出部
２９：膜厚計測部
３０：記憶部
３１：表示器
３２：操作入力部
３３：試料方向合わせ部
３４：試料搬送部

Claims

表面に薄膜が形成された被検体に対して所定の角度から照明光を照射する照明手段と、
前記照明手段に対し、前記被検体表面の法線を介して対向する位置に配置され、前記被検体及び前記薄膜によって生じる干渉縞を撮像して２次元の画像データを生成する撮像手段と、
前記薄膜に関する情報を入力する入力手段と、
前記薄膜に関する情報に基づいて、前記照明手段の照明条件を設定する駆動制御手段と、
前記薄膜に関する情報に基づいて、前記薄膜により生じる干渉縞の理論的なデータを求める干渉縞演算手段と、
前記撮像により得られた前記画像データと、予め参照用の干渉縞を撮像して記憶しておいた基準画像データとに基づいて前記被検体表面上の欠陥部分を抽出する欠陥抽出手段と、
前記画像データと前記干渉縞の理論的なデータとに基づいて前記薄膜の膜厚値を計測する膜厚計測手段と、
を具備したことを特徴とする表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記撮像により得られた前記画像データの輝度値と前記理論的なデータの相関から、輝度値が膜厚を示す画像データを生成し、該輝度値が膜厚を示す画像データから膜厚を計測することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記駆動制御手段は、前記照明条件として、前記被検体表面に対する前記照明光の入射角を可変させることを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記駆動制御手段は、前記照明条件として、前記照明手段が照射する前記照明光の波長帯域又は前記撮像手段が受光する前記照明光の波長帯域を制限し、薄膜測定に必要な波長帯域に選択変更することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記撮像光学系は撮像装置ラインセンサを含み、前記被検体と前記照明光学系及び前記撮像光学系とを前記ラインセンサの長手方向に直交する方向に相対移動させることで前記被検体の２次元画像データを構築することを特徴とする請求項３記載の表面欠陥検査装置。
前記干渉縞演算手段は、前記照明手段が照射する前記照明光の波長帯域又は前記撮像手段が受光する前記照明光の波長帯域を選択変更したときの、これら波長帯域に応じた前記干渉縞の理論的な前記データを求める機能を有することを特徴とする請求項４記載の表面欠陥検査装置。
前記干渉縞演算手段は、前記薄膜に関する情報から少なくとも前記薄膜の材質、屈折率、膜厚、反射率、前記照明光の波長に基づいて前記干渉縞の明線と暗線との繰り返しパターンを演算し、画像の輝度値に対する膜厚データを求める機能を有することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記欠陥抽出手段は、前記欠陥部分を含む前記被検体表面の画像を表示装置に表示し、かつ前記膜厚計測手段は、前記表示装置の画面上で指定された部分の前記膜厚値を出力する機能を有することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記表示装置の画面上でライン状に指定された前記欠陥部分の前記膜厚値のプロファイルを出力する機能を有することを特徴とする請求項３記載の表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記表示装置の画面上でライン状に指定された２点間の膜厚差を出力する機能を有することを特徴とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記表示装置の画面上で指定された領域内の前記膜厚値を出力する機能を有することを特徴とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記表示装置の画面上で指定された領域内の前記膜厚値の少なくとも最大値、最小値又は平均値を出力する機能を有することを特徴とする請求項８記載の表面欠陥検査装置。
前記膜厚計測手段は、前記被検体表面における前記膜厚値の度数分布を求める機能を有することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
前記画像データは、前記被検体の表面に形成された前記薄膜の厚さに対して波長幅が広くかつコヒーレンス長が短い光束を撮像して取得された第１の画像データと前記薄膜の厚さに対して波長幅が狭くかつコヒーレンス長が長い光束を撮像して取得された第２の画像データとの間で演算処理して前記被検体の下地の影響を除去したものとして生成することを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。