JPH1172443A

JPH1172443A - 自動マクロ検査装置

Info

Publication number: JPH1172443A
Application number: JP9234505A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kitamura; 俊昭北村
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JP3981895B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
るようにする。【解決手段】ウエハ３に対して第１の所定角度で固定
配設され、ウエハ３の全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光学系１００と、ウエハ３
に対して第２の所定角度で固定配設され、ウエハ３から
回折光もしくは散乱光を受光してウエハの像を撮像する
撮像素子６と、この撮像素子６により得られた画像信号
を取り込み、画像処理を行ってマクロ検査を行う画像処
理装置７とから構成され、照明光学系１００からの照明
光の波長を可変設定する複数の干渉フィルターを備えて
いる。

Description

【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、被検査物の全面に
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、被検査物から回折光もしくは散乱光を受光して被検
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
明光の波長を可変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可変設
定できるので、被検査物から射出される回折光および散
乱光の方向を結像撮影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
び結像撮影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。

【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】（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd）＝ｎ・λ／ｐ・・・（１）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

【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。

【００１５】なお、回折光ではなく散乱光を撮像手段に
より捉えてマクロ検査を行うときには照明波長設定手段
により波長設定は次のようにして行われる。すなわち、
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、第２の所定角度が被検査物の表面に直角
な線に対して角度θdであり、照明波長設定手段により
設定される照明光の波長をλとしたときに、次式（２）
により決まる角度θd’と、次式（３）により決まる角
度θd”とに対して、 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。

【００１６】

【数２】（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd’）＝ｎ・λ／ｐ・・・（２）（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd”）＝（ｎ＋１）・λ／ｐ・・・（３）但し、ｎ：照明光から発生する回折光の次数ｐ：被検査物の表面のパターンピッチ

【００１７】このようにして照明光の波長λを設定すれ
ば、ｎ次の回折光の方向と（ｎ＋１）次の回折光の方向
との間に撮像手段が位置し、撮像手段には回折光は入射
せず、散乱光のみが入手する。このため、この場合に
は、散乱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】（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd）＝ｎ・λ／ｐ・・・（４）但し、λ：照明光の波長ｎ：撮像対象となる回折光の次数

【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θ
ｄ’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’＜θ
ｄ＜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１
０１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もしくは散乱光による被
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、照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および散乱光の方向を結像
撮影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、照明装置および結像撮影手段
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、被検査物の汚染を抑えることができる。

【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。

【００４４】回折光ではなく散乱光を撮像手段により捉
えてマクロ検査を行うときには照明波長設定手段により
波長設定は、前述の式（２）により決まる角度θd’
と、前述の式（３）により決まる角度θd”とに対し
て、 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。このように
して照明光の波長λを設定すれば、ｎ次の回折光の方向
と（ｎ＋１）次の回折光の方向との間に撮像手段が位置
し、撮像手段には回折光は入射せず、散乱光のみが入手
する。このため、この場合には、散乱光を用いたマクロ
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

Claims

【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、前記被検査物の全面に向かってほぼ
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
する回折光もしくは散乱光を受光して前記被検査物の像
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照明光の波長を可変設定する照明波
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、この拡散
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前記回折光もしくは散乱光から前
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のいずれかに記載の
自動マクロ検査装置。
【請求項５】前記照明装置が、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なり、このシリンドリ
カルレンズにより前記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６】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
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
であり、前記照明波長設定手段により設定される前記照
明光の波長をλとしたときに、次式（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd’）＝ｎ・λ／ｐ但し、ｎ：照明光から発生する回折光の次数ｐ：被検査物の表面のパターンピッチにより決まる角度θd’と、（ｓｉｎθi − ｓｉｎθd”）＝（ｎ＋１）・λ／ｐにより決まる角度θd”とに対して、 θｄ’＜θｄ＜θｄ” となるような前記照明光の波長λが前記照明波長設定手
段により設定され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。