CN1424576A - 表面检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是，在对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置中，包含具有发射激光光线的多个发光源的光源部和将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统。

Description

表面检查装置
技术背景
本发明涉及检查半导体晶片等基板表面的微细异物或晶体缺陷等微细伤痕的表面检查装置。
表面检查装置是用激光光线照射基板表面，通过检测由异物、伤痕产生的散射反射光，对基板表面上的异物、伤痕进行检测的装置。另外，作为表面检查装置中的发光源虽然可用气体(He、Ar等)激光器等装置，但最近由于操作简便、安全、寿命长等原因使用了激光二极管(LD)
图27示出了使用激光二极管作为发光源的现有的照射光学系统。
从光源1发出的激光光线2被准直透镜3变为平行光束，再被成像透镜4会聚到晶片等基板5的表面(上述成像透镜4的聚光位置f的照射点18)。另外，上述激光光线2以θ的角度对上述基板5入射。散射反射光检测器(未图示)在离开上述激光光线2的反射光轴的位置，例如从对纸面大致垂直的方向检测到散射反射光。在上述照射点18的照射光强度分布示于图28。
在检测上述基板5的整个表面时，一面旋转该基板5，一面以规定的速度沿半径方向从中心到边缘移动上述照射点18。图28示出了在照射点18的激光光线2的照射光强度分布，另外还示出了照射点18从扫描位置u起，在上述基板旋转一周后移动至扫描位置u+1的位置的状态。这时照射点18在半径方向上的移动速度是随着上述基板5旋转一周在半径方向移动p的距离这样的速度。
由异物、伤痕引起的散射反射光的光量依赖于照射的激光光线的照射光强度，另外，异物、伤痕的检测精度也受激光光线的照射光强度的影响。因此，为保持规定的检测精度，必须使照射光强度在规定的照射光强度I以上。图28示出的基板每旋转一周的移动量p以保持必要的照射强度I而定。
另外，检测灵敏度、检测精度与对基板表面进行照射的激光光线2的波长有关。通过使波长变短或者提高照射光强度都能提高检测灵敏度。因此，通过在保持照射光强度均匀的条件下加大照射范围，可以在保持检测灵敏度不变的状态下提高检测精度。
为了对制品的品质进行管理，必须对基板5的表面进行检查，例如在半导体制造工序中，该基板5的表面检查工序被纳入制造工序之中。
近年来，随着半导体器件的高密度化，对表面检查装置要求检测灵敏度和检测精度进一步提高，要求表面检查装置能对晶片表面上的更为微细的异物、伤痕进行检测。另外，由于表面检查所需要的检查时间影响制品的生产率，因此迅速地进行表面检查是所期望的。
在上述的现有例中，当增加激光光线的照射光强度时，照射光强度分布的峰值也增大。检测灵敏度、检测精度因照射光强度增加而提高。在不要求检测精度增高的场合，不改变所必须的照射光强度就能增大基板旋转一周的移动量，即扫描间距p，使扫描上述基板5的整个面所必须的基板旋转周数减少，从而可缩短表面检查时间。
但是，在以激光二极管作为发光源时，一方面是激光二极管具有易操作、安全、寿命长等种种优点，而另一方面，与气体激光器等相比存在发光光量少的问题，在增加照射光强度方面存在限度。还有，当照射的激光光线的波长短时检测精度得到提高，所以期望使用发射波长短的蓝色激光光线的激光二极管。然而，蓝光激光二极管与红光激光二极管相比，发光光量更少，存在不能得到表面检查装置所必须的充分的光量的问题。还有，为了缩短检查时间，希望在基板表面上的照射范围宽，但是，当加宽照射范围时，照射光线的强度就减小，因而存在检测灵敏度、检测精度都下降的问题。
另外，如上所述，在表面检查装置中，是根据对散射反射光的检测而进行异物、伤痕的检测的，但散射反射光因基板表面的性能，即膜种类、膜厚度而有微妙的变化。例如，在形成于硅晶片表面上的氧化硅(SiO2)膜的场合，已知反射率随膜厚变化，另外还知道反射率的变化随膜厚周期性地变化，反射率的变化还随波长而异。
图29对3种不同波长的激光光线(488nm、680nm、780nm)示出了在基板表面形成氧化硅(SiO2)膜时的、对应于膜厚的反射率变化曲线。
异物、伤痕的检测灵敏度与基板表面的反射率大致相关，反射率降低、散射反射光的光量减少时，检测精度降低。因此，为了稳定地保持规定的检测精度，必须与膜种类、膜厚对应地选择照射的激光光线的波长。
在上述现有的表面检查装置中，必须设置与膜种类、膜厚相应的激光光线的波长，操作起来不方便。另外，关于膜厚，在整个基板面上并非完全均匀，存在反射率随基板表面的部位而变化的可能性，随着反射率的变化，存在检测精度变化的可能性。
发明的目的
本发明的目的之一是在表面检查装置中得到充分的照射光强度，从而在求得检测精度提高的同时，求得生产率的提高。此外，本发明的另一目的是提供能够不受基板表面的膜种类、膜厚影响地进行稳定的高精度检查的表面检查装置。
本发明的表面检查装置是对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置，它包括具有发射激光光线的多个发光源的光源部和将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统将激光光线形成其光轴相互平行的光束，照射到基板表面，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统包括1个成像透镜和与各发光源对应设置、使来自该各发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件，另外，本发明的表面检查装置使从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴相互平行，另外，本发明的表面检查装置使从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴与上述成像透镜的光轴平行，另外，本发明的表面检查装置，在从上述发光源入射至上述成像透镜的光线的光轴上，设置至少使1个光轴倾斜的光轴倾斜装置，另外，在本发明的表面检查装置中，至少来自1个发光源的激光光线对上述成像透镜的光轴以规定的角度进行入射，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统以照射位置相互错开的方式，将来自上述多个发光源的每一个的激光光线照射到基板表面上，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统具有成像透镜，在从上述发光源入射至上述成像透镜的光线的光轴上，设置至少使1个光轴倾斜的光轴倾斜装置，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统具有1个成像透镜，同时具有与各发光源对应设置、使来自该各发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件，从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴的至少1个对上述成像透镜的光轴倾斜，另外，本发明的表面检查装置使照射位置在对扫描方向交叉的方向错开，另外，本发明的表面检查装置是在对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光检测异物的表面检查装置中，设置了具有发射激光光线的多个发光源的光源部，以及在基板表面的反射特性相互不同的状态下将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统，另外，在本发明的表面检查装置中，上述多个发光源的至少1个以不同的波长发光，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统具有偏振构件，借助于该偏振构件变更上述多个发光源中的至少1个的激光光线的偏振状态，另外，本发明的表面检查装置的上述照射光学系统还包括1个成像透镜，以及与各发光源对应设置、使来自该各发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件，另外，本发明的表面检查装置的上述发光源被配置成矩阵状，另外，本发明的表面检查装置的上述多个发光源的发光状态能够独立地变更，另外，本发明的表面检查装置的上述光轴倾斜装置是楔形棱镜，另外，本发明的表面检查装置的上述光轴倾斜装置是反射镜，另外，本发明的表面检查装置使来自配置成矩阵状的发光源之中的属于一行或一列的发光源的激光光线的光轴倾斜，另外，本发明的表面检查装置的多个发光源各有自己的光路，在该光路上设置了光路切换装置，另外，在本发明的表面检查装置中，多个发光源的排列、波长、偏振状态和光强之中的至少一种被调整到可以得到扁平的反射率变化曲线，
附图的简单说明
图1是示出本发明实施例的表面检查装置的基本结构的概略图。
图2是该表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图3是示出在该照射光学系统的照射点的光量分布的曲线图。
图4是本发明的第2实施例中的照射光学系统的说明图。
图5是示出在该第2实施例中的照射光学系统的照射点的光量分布的曲线图。
图6是本发明的第3实施例的照射光学系统的说明图。
图7是在本发明的第4实施例的照射光学系统中使光轴倾斜的情况的说明图。
图8是在本发明的第4实施例的照射光学系统中使光轴倾斜的情况的说明图。
图9是示出在该照射光学系统的照射点处的照射光强度分布的曲线图。
图10是该照射光学系统的光轴倾斜装置的说明图。
图11是本发明的第5实施例的照射光学系统的说明图。
图12是本发明的第6实施例的照射光学系统的说明图。
图13是示出在该第6实施例的照射光学系统的照射点处的照射光强度分布的曲线图。
图14是本发明的第7实施例的照射光学系统的说明图。
图15是示出在图2所示的照射光学系统中使光轴平行时的照射点处的照射光强度分布的曲线图。
图16是示出在图12所示的照射光学系统中使光轴平行时的照射点处的照射光强度分布的曲线图。
图17是示出将发光源配置成矩阵状所得到的照射点处的照射光强度分布的曲线图。
图18是本发明的第8实施例的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图19是示出用单一波长的激光光线照射基板表面时的膜厚变化与反射率的关系的曲线图。
图20是示出用偏振状态不同的单一波长的激光光线照射基板表面时的膜厚变化与反射率的关系的曲线图。
图21是本发明的第9实施例的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图22是本发明的第10实施例的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图23是本发明的第11实施例的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图24是本发明的第12实施例的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图25是示出该第12实施例的光路切换装置之一例的说明图。
图26(A)、图26(B)是示出第12实施例的光路切换装置的另一例的说明图。
图27是示出现有的表面检查装置的照射光学系统的说明图。
图28是示出现有例的表面检查装置的照射光强度与扫描间距的关系的图。
图29是示出在基板表面形成的膜厚变化与波长不同的激光光线的反射率的关系的曲线图。
优选实施例的详细说明
下面参照附图对本发明的实施例进行说明。
根据图1对表面检查装置的梗概进行说明。
图中，5是晶片等作为被检查物体的基板，表面检查装置主要由扫描驱动机构部6、照射光学系统7和检测系统8构成。
另外，上述扫描驱动机构部6具有保持上述基板5的基板保持部9，该基板保持部9以能够借助于旋转驱动部10进行旋转的方式进行支持，该旋转驱动部10借助于线性驱动机构部11可以在与上述基板5的旋转面相平行的半径方向进行线性移动。
上述照射光学系统7由发射作为检查光的激光光线2的光源部12，使来自该光源部12的激光光线2射向上述基板5的反射镜等偏转光学构件13、14，以及将上述激光光线2会聚到到上述基板5的表面的透镜组15等构成。上述检测系统8包括具有与照射上述基板5的表面的激光光线2的光轴相交叉的探测光轴的光探测器16、17。
关于上述基板5的表面检查，在借助于上述旋转驱动部10使上述基板5旋转的状态下，利用上述照射光学系统7将上述激光光线2照射到上述基板5的表面上，进而借助于上述线性驱动机构部11在半径方向上移动上述旋转驱动部10。
然后，借助于上述基板5每转一周以所要求的间距步进，或者借助于以规定的速度连续传送上述旋转驱动部10，使上述激光光线2的照射点18一边描绘同心圆或螺旋圆的轨迹，一边从上述基板5的中心移动至边沿，使得该基板5的整个面被上述激光光线2扫描。
在该激光光线2扫描上述基板5的表面的过程中，如表面上存在异物、伤痕，则上述激光光线2被散射反射。该散射反射光被在规定的位置上配置的上述检测系统8的光探测器16、17检测，通过由图中未示出的运算处理部对来自该光探测器16、17的信号进行信号处理，可以检测异物、伤痕。
图2示出了本发明的表面检查装置的照射光学系统7的梗概，图2中省略了偏转光学构件13、14等。
上述光源部12具有2组发光源1a、1b，来自该发光源1a、1b的激光光线2a、2b分别分开地被准直透镜3a、3b变为平行光束，再被1个成像透镜4会聚到上述基板5的表面。还有，作为基本结构，上述准直透镜3a、3b的光轴分别与成像透镜4的光轴平行，从上述发光源1a和发光源1b发出的激光光线2a、2b被上述成像透镜4会聚到同一照射点18。
另外，上述发光源1a、1b可以独立地进行控制，从该发光源1a、1b发出的激光光线2a、2b的照射光强度可以改变。还有，该激光光线2a、2b可以是相同的波长，也可以使波长不同。在透过透射膜等的场合，因表面的反射率随波长而变化，故检测灵敏度受此变化影响。通过使波长不同，可以减小上述基板5的表面处的反射状态对波长的影响。另外，同一照射点18存在于上述成像透镜的焦面上或其附近。
通过用上述成像透镜4将来自上述发光源1a和1b的激光光线2a、2b会聚到同一照射点18，在该照射点18的激光光线2的光量分布则如在图3中的实线所示，上述照射点18处的光量增加。另外，图3中用虚线示出的曲线是激光光线2a、2b的单独一条的光量分布。
于是，在单个发光源的发光量少时，也能得到所希望的照射光强度。
在上述实施例中，有2组发光源，也可以使用3组以上的多个发光源。
图4示出了第2实施例，示出了使用多个发光源1a、...、1n的情形。
对各个发光源1a、...、1n分别设置了准直透镜3a、...、3n，激光光线2a、...、2n经该准直透镜3a、...、3n入射至1个成像透镜4，使上述准直透镜3a、...、3n的光轴与上述成像透镜4的光轴平行。
在本实施例中，所有的激光光线2a、...、2n会聚于照射点18这一点，如图5所示，在该照射点18处可以得到单个发光源1的约n倍的照射光强度。还有，在图5中，纵轴表示光的强度，横轴表示空间位置。
在图4中，将多个发光源1的配置排成了1列，也可配置成多个列的矩阵形状。
另外，借助于光源部12具有多个发光源1，还可以对上述照射点18处的光量分布进行调整。
图6示出了第3实施例，该第3实施例是在分离的位置上设置发光源1a、1b的情形。
发光源1a以及与该发光源1a对应设置的准直透镜3a设置在与成像透镜4的光轴交叉的位置，例如在与成像透镜4的光轴正交的光轴上，从上述发光源1a发出的激光光线2a被反射镜21a反射至与上述成像透镜4的光轴平行的方向，被引至该成像透镜4。
还同样地设置了发光源1b、准直透镜3b，从上述发光源1b发出的激光光线2b被反射镜21b反射，与上述成像透镜4的光轴平行地入射至该成像透镜4。
从上述发光源1a、1b发出的激光光线2a、2b被该成像透镜4会聚到照射点18。
在上述第3实施例中，当发光源1为3个以上时，可以在以成像透镜4的光轴为中心的辐射线上设置发光源1、准直透镜3。
另外，图7示出了第4实施例，示出了使准直透镜3的光轴对成像透镜4的光轴倾斜的情形。
当使上述准直透镜3的光轴对成像透镜4的光轴倾斜时，上述照射点18移动。因此，当如图8那样，使准直透镜3a、3b各自的光轴倾斜时，各发光源1a、1b的光线的照射点18a、18b错开。
在图8所示的光学条件下的照射点18处的照射光强度分布是图9中的激光光线2a、2b的合成照射光强度分布，呈图中实线那样的大致为台形的形状。这时，以所必须的照射光强度为I求扫描间距时，则得到图9中的p’。作为参照，在图中用p示出了照射一条激光光线时的扫描间距。
另外，合成激光光线的方向是与扫描方向交叉的方向，最好是成直角的方向，即图9中的横轴为基板5的半径方向。
而且，由于加宽了在上述照射点18处的具有规定的照射光强度的范围(宽度)，所以可以增大扫描时每旋转一周照射点18在半径方向的移动量，能够减少扫描整个面时的上述基板5的旋转周数，从而可以在使检测灵敏度稳定的状态下缩短表面检查时间。
关于使上述准直透镜3的光轴对上述成像透镜4的光轴倾斜，可以以上述准直透镜3的光轴本身对成像透镜4的光轴倾斜的方式构成，但也可以对上述准直透镜3设置光轴倾斜装置，借助于该光轴倾斜装置使上述准直透镜3的光轴对上述成像透镜4的光轴倾斜。
作为使上述准直透镜3的光轴倾斜的光轴倾斜装置，有如图10所示，在上述准直透镜3的光轴上插入楔形棱镜19，适当地旋转该楔形棱镜19。另外，也可用反射镜等偏转装置将从上述发光源1发出的激光光线2引向上述成像透镜4，使该偏转装置具有作为光轴倾斜装置的功能。
图11示出了第5实施例，将多个发光源1a、1b，准直透镜3a、3b配置在以成像透镜4的光轴为中心的辐射线上，借助于反射镜21a、21b使激光光线2a、2b偏转，入射至上述成像透镜4。当为图11所示的照射光学系统的结构时，通过使上述反射镜21a、21b倾斜，可以使上述激光光线2a、2b的光轴对上述成像透镜4的光轴倾斜。
图12示出了第6实施例，将多个发光源1a、...、1n配置在直线上，对各发光源1a、...、1n分别设置了准直透镜3a、...、3n，激光光线2a、...、2n分别经该准直透镜3a、...、3n入射至1个成像透镜4，作为基本构成，使上述准直透镜3a、...、3n的光轴与上述成像透镜4的光轴相平行，并且在图12中虽没有示出，但对每个光轴设置了图10所示的楔形棱镜19。
当使上述准直透镜3a、...、3n的光轴随着离开上述成像透镜4的光轴而渐次倾斜时，在照射点18处，来自上述各发光源1a、...、1n的激光光线2a、...、2n的照射点18a、...、18n在基板5的半径方向(与扫描方向正交的方向)相错开地进行合成，形成如图13所示的扁平台形形状的照射光强度分布。因此，可将扫描间距取得更大，扫描整个面所需的上述基板5的旋转周数更加减少。
在上述实施例中，使激光光线2a、2b入射至同一成像透镜4，而在图14所示的第7实施例中，借助于准直透镜3a、3b使从发光源1a、1b发出的激光光线2a、2b成为平行光束，借助于反射镜21a、21b分别偏转上述激光光线2a、2b，再分别经成像透镜4a、4b会聚至同一点的照射点18。
在这样的照射光学系统中，也能借助于上述反射镜21a、21b使上述激光光线2a、2b的聚光位置18a、18b在基板5的半径方向错开，得到图9所示的照射光强度分布。
其次，在图2的照射光学系统的结构中，当使激光光线2a、2b的光束与成像透镜4的光轴平行时，则如图15所示，光会聚于同一照射点18，照射光强度的分布如图15中的实线所示，照射光强度约增加1倍。另外，在图12的照射光系统的结构中，当使激光光线2a、...、2n的光轴全部与成像透镜4的光轴平行时，则所有的激光光线2a、...、2n会聚于同一照射点18，该照射点18处的照射光强度的分布如图16所示，为激光光线2a、...、2n的照射光强度的相加后的分布。
另外，在图12中对将发光源1a、...、1n在直线上排成一列的情形进行了说明，此外，也可以排成所需要的列，使发光源1的配置呈矩阵状。
在使发光源1的配置呈矩阵状的场合，虽未特别进行图示，但可按如下方式对照射点18的照射光强度分布进行调整。
即，当使各列的准直透镜3a、...、3n的光轴渐次倾斜，各行的准直透镜3b、...、3m的光轴平行时，对每一列可以得到图13所示的扁平的台形形状的照射光强度分布，并且所有列的光量会聚在同一位置，因此，照射光强度分布按行数相叠加，因而可以得到如图17所示的照射光强度分布，可以得到具有所希望的照射光强度、且照射范围宽的激光光线2。
由于照射光强度的增加使检查精度提高，所以在本实施例的场合，能够在提高检查精度的同时，还可以提高生产率。
另外，使用多个发光源1，并借助于光轴倾斜装置使激光光线2的光轴偏转，可以得到任意的照射光强度分布，或照射点的光束形状。
于是，可以得到是以生产率优先还是提高精度优先等的表面检查状况相应的照射条件。
如上所述，本发明由于是在基板表面照射激光光线，通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置中，包含具有发射激光光线的多个发光源的光源部和将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统，所以能够在保持规定的照射光强度的状态下扩展具有规定光强的照射范围，增大扫描间距的长度，缩短表面检查时间。
另外，由于在从上述发光源入射至成像透镜的光轴上设置了使至少1个光轴倾斜的光轴倾斜装置，或者上述照射光学系统具有1个成像透镜，同时具有与各发光源对应设置、将来自该发光源的激光光线入射至上述成像透镜的光学构件，从上述发光源入射至成像透镜的光轴的至少1个对上述成像透镜的光轴倾斜，因而可以将由多个发光源进行照射的照射点处的照射光强度分布调整到与检查状态相应的光强分布。
图18示出了本发明的第8实施例的表面检查装置的照射光学系统7的梗概，图中省略了偏转光学构件13、14等。
上述光源部12具有2组发光源1a、1b，该发光源1a、1b可以分开控制其发光状态，同时发射不同波长λ1、λ2的激光光线2a、2b。
来自上述发光源1a、1b的激光光线2a、2b分别分开地被准直透镜3a、3b变为平行光束，再被1个成像透镜4会聚到上述基板5的表面。还有，使上述准直透镜3a、3b的光轴分别与成像透镜4的光轴平行，从上述发光源1a和发光源1b发出的激光光线2a、2b被上述成像透镜4会聚到同一照射点18。
来自上述发光源1a和发光源1b的波长不同的激光光线2a、2b被上述成像透镜4会聚照射到同一照射点18。
在上述发光源1a、发光源1b的单独一条激光光线照射到上述照射点18的场合，例如来自上述发光源1a的波长为λ1的激光光线2a单独照射上述照射点18的场合的散射反射光的反射率，当如上所述膜的种类为氧化硅(SiO2)膜时，如在图29中规定的1种波长那样，对膜厚的变化呈周期性变化。另外，图中虽未示出，来自上述发光源1b的波长为λ2的激光光线2b单独照射上述照射点18时，如图29中的波长为另外值的曲线那样，以与上述发光源1a的情形不相同的相位，对应于膜厚变化呈周期性变化。
然后，关于用来自上述发光源1a、发光源1b的上述激光光线2a、2b同时照射时的反射率，因存在如图29所示的相位偏离，所以对膜厚变化的合成反射率成为将该各激光光线2a、2b的反射率进行合成的结果。即，由于该激光光线2a、2b的反射率被合成，反射率的峰值部分变得略微平坦，反射率变化曲线成为台形形状。
由于通过将该2种波长λ1、λ2的激光光线2a、2b同时照射同一照射点18，能够减少例如在图29中规定的2种波长的反射率急剧下降的部分，所以即使在膜厚变化的场合，由异物、伤痕引起的散射反射光也稳定，检测精度稳定而无变化。
另外，也可将3种以上的不同波长的激光光线进行混合照射同一照射点。这时，反射率的变化曲线为将各激光光线的反射率进行合成的结果，如果选择各激光光线的反射率变化曲线的相位各以适当量错开的波长来调整照射光强度，则反射率变化曲线的峰值的平坦部分变得更大，对膜厚的变化更为稳定。
在图21中示出了混合3种以上不同波长的激光光线的照射光学系统的一个例子。
图21示出了第9实施例，在该第9实施例中，示出了使用多个发光源1a、...、1n的情形。从该发光源1a、...、1n发出波长各不相同的激光光线2a、...、2n。
将上述各发光源1a、...、1n排成直线，对该各发光源1a、...、1n分别设置了准直透镜3a、...、3n，激光光线2a、...、2n经该准直透镜3a、...、3n入射至1个成像透镜4，并使上述准直透镜3a、...、3n的光轴与上述成像透镜4的光轴平行。
在本实施例中，波长不同的所有的激光光线2a、...、2n会聚到照射点18这一点，各激光光线2a、...、2n的反射率被合成，得到了呈扁平的台形形状的反射率变化曲线。
在上述实施例中，对在波长不同的条件下反射率对膜厚的变化进行了说明，但是，如图18所示，已知激光光线2对基板5入射的角度θ增大时，上述激光光线2的偏振状态对反射率有影响。
在图22中对第10实施例进行说明。
图22示出了第10实施例的照射光学系统7的梗概，在图中对与图18所示构件相同的构件标以相同的符号，而省略其详细说明。
发光源1a、1b的发光状态可分开控制，来自该发光源1a、1b的激光光线2a、2b各自分别被准直透镜3a、3b变为平行光束，再被1个成像透镜4会聚照射到基板5的表面。另外，上述准直透镜3a、3b的光轴分别与成像透镜4的光轴平行，从上述发光源1a和发光源1b发出的激光光线2a、2b被上述成像透镜4会聚到同一照射点18。
对上述激光光线2a、2b的每一条的光轴设置了可装卸的偏振构件19a、偏振构件19b。另外，从上述发光源1a、1b发出的激光光线2a、2b的波长可以相同，也可以不同，下面对相同的情形进行说明。还有，激光光线2对上述基板5的入射角θ是上述激光光线2的偏振状态能被反射率反映的角度。
另外，作为偏振构件，有偏振片、1/2λ片、1/4λ片、消偏振片(将偏振光变为无序振动的光)等。
在图22中，当例如仅对上述激光光线2a的光轴插入上述偏振构件19a时，上述激光光线2a的相对于激光光线2b的偏振状态发生变化。因此，在该激光光线2a与激光光线2b中如图19那样对于膜厚变化的反射率变化曲线产生了差别，该激光光线2a、2b的合成反射率变化曲线如图20所示，在膜厚在0.6μm～0.7μm之间时，峰值变得平坦。
而且，在第10实施例中，即使在膜厚变化的场合，由异物、伤痕引起的散射反射光也稳定，检测精度稳定而无变化。
另外，通过选择偏振片、1/2λ片、1/4λ片、消偏振片，可以改变激光光线的偏振状态，使反射率变化曲线也发生变化。因此，通过适当地选择插入到上述激光光线2a的光轴、激光光线2b的光轴上的偏振构件19a、19b，可以调整上述激光光线2a、2b的反射率变化曲线。
另外，不言而喻，通过改变该激光光线2a、2b的波长，该激光光线2a、2b的反射率变化曲线会发生变化，通过适当地选择作为改变反射率变化曲线的重要因素的激光光线的波长、偏振状态，可以增大反射率变化曲线的调节范围，能够实现更为合适的反射率变化曲线。
图23示出了第11实施例，该第11实施例是在分离的位置设置发光源1a、1b的情形，是将激光光线混合的情形。
发光源1a以及与该发光源1a对应设置的准直透镜3a设置在对成像透镜4的光轴交叉的位置，例如在与成像透镜4的光轴正交的光轴上，从上述发光源1a发出的激光光线2a被反射镜21a反射至与上述成像透镜4的光轴平行的方向上，被引至该成像透镜4。
对发光源1b同样地也设置了准直透镜3b，从上述发光源1b发出的激光光线2b被反射镜21b反射，与上述成像透镜4的光轴平行地入射至该成像透镜4。
从上述发光源1a、1b发出的激光光线2a、2b被该成像透镜4会聚到照射点18。
在上述第11实施例中，当发光源1为3个以上时，可以在以上述成像透镜4的光轴为中心的辐射线上设置发光源1、准直透镜3。
在该第11实施例中，借助于改变上述发光源1a、1b发射的激光光线的波长，或者在该激光光线2a、2b的光轴上装卸偏振构件19a、19b，能够得到与上述实施例相同的反射率变化曲线，能够实现最佳的反射率变化曲线。
图24示出了第12实施例，该第12实施例与第11实施例一样，是在分离的位置设置发光源1a、1b的情形，是将激光光线2a、2b相混合的情形。
光源部12具有相背设置的2组发光源1a、1b，该发光源1a、1b的发光状态可分开控制，同时发射不同波长λ1、λ2的激光光线2a、2b。
来自上述发光源1a、1b的激光光线2a、2b分别分开地被准直透镜3a、3b变为平行光束。在上述激光光线2a的光轴上设置反射镜22，在该反射镜22的反射光轴与上述准直透镜3b的光轴的交点处设置半反射镜23。
上述激光光线2a被上述反射镜22和半反射镜23反射，与透过该半反射镜23的激光光线2b一致，会聚照射到在成像透镜4的光轴上的基板5上的照射点18。
在上述第12实施例中，也能够借助于改变上述发光源1a、1b发射的激光光线的波长，或者在上述激光光线2a、2b的光轴上装卸偏振构件19a、19b，得到与上述实施例相同的反射率变化曲线，实现最佳的反射率变化曲线。
另外，在第12实施例中，也可以省略上述反射镜22、半反射镜23，用偏转光学构件14’、成像透镜4’将来自上述发光源1a的激光光线2a直接会聚照射到照射点18，在该照射点18处进行激光光线2a、2b的混合。这时，该激光光线2a与激光光线2b对上述基板5的入射角不同，因反射特性受入射角的影响，所以通过切换上述激光光线2a、2b的光路，可以得到不同的反射特性。
图25示出了光路切换装置之一例。
使反射镜24a、25a可以一体地在上述激光光线2a的光轴上进行装卸，另外，使反射镜24b、25b可以一体地在上述激光光线2b的光轴上进行装卸，在插入反射镜24a、25a和反射镜24b和25b的状态下，激光光线2a被反射镜24a、25b反射，其光路被变至改变前的激光光线2b的光轴上，另外，激光光线2b被反射镜24b、25a反射，其光路被变至改变前的激光光线2a的光轴上。
图26(A)、图26(B)示出了光路切换装置的另一例。
在该另一例光路切换装置中，可以将发光源1a、1b一体地旋转，通过将该发光源1a、1b旋转180°进行光路切换。
在图21示出的实施例中，将多个发光源设置在直线上，另外，也可以设置成所需要的列，使多个发光源1的配置呈矩阵状。
在设置成矩阵状的场合，虽未特别进行图示，但可按如下方式进行照射点的光强调整。下面参照图21进行说明。
即，在各列中改变发光源1的波长，再装卸适当的偏振构件19，形成为第1列的各激光光线的反射率被合成，得到呈扁平台形形状的反射率变化曲线的状态。然后，对第2列以下的各列，也形成为得到与第1列相同的反射率变化曲线的状态。另外，使与各发光源对应设置的准直透镜3的光轴与成像透镜4的光轴平行。
在此状态下，所有的激光光线2会聚照射到照射点18，对各列得到呈扁平台形形状的反射率变化曲线，另外，光强为各列的光强按列数相叠加，得到的散射反射光量增大。
由于因增大照射光强度而检测精度得到提高，所以将多个发光源1配置成矩阵状时，表面检查装置的检查精度对膜厚变化的稳定性得到提高，同时检查精度也得到提高。
另外，在激光光线2为蓝光激光二极管所发射的那样的光时，对在用一条光束不能得到充分的光量的场合，也是有效的。
还有，多个发光源的排列不限于矩阵状，也可以是圆形，或者其他排列。重要的是，只要借助于调整各发光源的波长、偏振状态、光强，能够得到扁平的反射率变化曲线就可以了。
本发明由于在对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置中，设置了具有发射激光光线的多个发光源的光源部和在基板表面的反射特性相互不同的状态下将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统，所以散射反射光不容易受基板表面的膜种类、膜厚度的影响，能够进行稳定的高精度检查。

Claims (22)

1.一种表面检查装置，它是对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置，其特征在于，包括：
具有发射激光光线的多个发光源的光源部；以及
将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统。
2.如权利要求1所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统将激光光线形成为其光轴相互平行的光束，照射到基板表面。
3.如权利要求1所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统包括：
1个成像透镜；以及
与各发光源对应设置、使来自该各发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件。
4.如权利要求3所述的表面检查装置，其特征在于：
使从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴相互平行。
5.如权利要求3所述的表面检查装置，其特征在于：
使从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴与上述成像透镜的光轴平行。
6.如权利要求1、3、4或5所述的表面检查装置，其特征在于：
在从上述发光源入射至上述成像透镜的光线的光轴上，设置至少使1个光轴倾斜的光轴倾斜装置。
7.如权利要求3所述的表面检查装置，其特征在于：
至少来自1个发光源的激光光线对上述成像透镜的光轴以规定的角度入射。
8.如权利要求1所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统以照射位置相互错开的方式，将来自上述多个发光源的每一个中的激光光线照射到基板表面上。
9.如权利要求7所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统具有成像透镜，在从上述发光源入射至上述成像透镜的光线的光轴上，设置至少使1个光轴倾斜的光轴倾斜装置。
10.如权利要求7所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统具有1个成像透镜，同时具有与各发光源对应设置、使来自该各发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件，从上述发光源入射至成像透镜的光线的光轴的至少1个对上述成像透镜的光轴倾斜。
11.如权利要求8所述的表面检查装置，其特征在于：
照射位置在对扫描方向交叉的方向错开。
12.一种表面检查装置，它是对基板表面照射激光光线、通过检测该激光光线的散射反射光来检测异物的表面检查装置，其特征在于，包括：
具有发射激光光线的多个发光源的光源部；以及
在基板表面的反射特性相互不同的状态下，将来自该各发光源的激光光线照射到基板表面上的照射光学系统。
13.如权利要求12所述的表面检查装置，其特征在于：
上述多个发光源的至少1个以不同的波长发光。
14.如权利要求12所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统具有偏振构件，借助于该偏振构件变更上述多个发光源中的至少1个的激光光线的偏振状态。
15.如权利要求12所述的表面检查装置，其特征在于：
上述照射光学系统还包括：
1个成像透镜；以及
与各发光源对应设置、使来自该发光源的激光光线入射到上述成像透镜的光学构件。
16.如权利要求1、3、4、5、6、7、8、9、10、12、13、14、15中的任何一项所述的表面检查装置，其特征在于：
上述发光源配置成矩阵状。
17.如权利要求1、8、12所述的表面检查装置，其特征在于：
上述多个发光源的发光状态可以独立地变更。
18.如权利要求6、9所述的表面检查装置，其特征在于：
上述光轴倾斜装置是楔形棱镜。
19.如权利要求6、9所述的表面检查装置，其特征在于：
上述光轴倾斜装置是反射镜。
20.如权利要求16所述的表面检查装置，其特征在于：
使来自配置成矩阵状的发光源之中的属于一行或一列的发光源的激光光线的光轴倾斜。
21.如权利要求12所述的表面检查装置，其特征在于：
多个发光源各有自己的光路，在该光路上设置了光路切换装置。
22.如权利要求12所述的表面检查装置，其特征在于：
多个发光源的排列、波长、偏振状态和光强之中的至少一种被调整为可以得到扁平的反射率变化曲线。
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