JP2000055818A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェハーおよび回路基板等の製品表面
の欠陥の位置を求め、かつ欠陥部に関する詳細な情報を
得ることが可能な欠陥検査装置を提供する。 【解決手段】 高速ラインセンサーＣＣＤカメラ
（１）、鏡筒（４）内に設置された高倍率の対物レン
ズ、画像処理ボード（２３）ならびにワーク駆動装置
（３２）（３３）（３４）等で構成される欠陥部の位置
を求める手段、光ファイバープローブ（１５）を有する
光学顕微鏡、ならびにワークおよび／または光ファイバ
ープローブを有する光学顕微鏡を移動する手段を有し、
光ファイバープローブを有する光学顕微鏡により、ワー
ク（４０）上方から見た欠陥部表面の平面的外観の観
察、欠陥部の反射特性から欠陥部を構成する物質の特
定、およびワーク表面に対して垂直な方向の欠陥部の断
面形状の輪郭の測定の少なくとも一つを実施する欠陥検
査装置およびこの装置を用いた欠陥検査方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク、例えば半
導体ウェハー、回路基板等の表面に存在する欠陥部の位
置を求め、その後、位置が求められた欠陥部に関して、
欠陥部の表面を二次元的に観察すること（即ち、上から
見た平面図的外観を観察すること）、欠陥部表面の該二
次元に垂直な次元の輪郭の測定および欠陥部を構成する
物質を特定することの少なくとも１つを実施する、即
ち、検査することが可能な欠陥検査装置に関する。

【０００２】本発明において、ワークとは、検査の対象
物であり、基本的にはいずれの形態であってもよいが、
全体として、シート形状を有する（即ち、厚さ方向の寸
法が、面方向の次元である二次元方向の寸法に比べて小
さいもの）が特に好ましい。ワークの表面は、平坦であ
る必要は必ずしもなく、多少の凹凸があってもよい。

【０００３】

【従来の技術】半導体もしくは回路基板等の表面に形成
されたパターンの欠損、およびそれらの表面に存在する
異物（以下これらを総称して欠陥部と呼ぶ）を検査する
ために従来から採用されている方法を、図１を参照して
説明する。まず、検査の対象となるワーク（４０）をワ
ークｘ方向駆動ユニット（３２）、ワークｙ方向駆動ユ
ニット（３３）、ワークｚ方向駆動ユニット（３４）を
備えたｘ−ｙ−ｚテーブルの上に置く。ワーク表面に
は、光源（３）から発せられハーフミラー（２）で反射
された光が、鏡筒（４）内の高倍率対物レンズを介して
照射される。そして、対物レンズとワーク（４０）との
間の距離は、対物レンズの焦点深度と関連してワークの
表面の鮮明な画像が得られるように、ワークｚ方向駆動
ユニット（３４）によりテーブルがｚ軸方向に自動的に
移動することにより調節されるようになっている。

【０００４】ワーク（４０）に照射された光は、ワーク
（４０）表面で反射される。ワーク（４０）からの反射
光はハーフミラー（２）を介して高速ラインセンサーＣ
ＣＤカメラ（１）により捕集された後、画像処理ボード
（２３）により画像処理される。画像処理の結果はコン
ピュータ（例えばパーソナルコンピュータ）（２４）に
接続されたディスプレイに表示される。ワーク表面に欠
陥部がある場合、欠陥部で反射する光の反射率が周囲の
それとは異なるため、ディスプレイに表示される画像に
おいて欠陥部とその周囲は異なって表示され、その結
果、欠陥部の存在を知ることができる。

【０００５】ラインセンサーＣＣＤカメラ（１）はワー
クの一部しか観察できないので、ワーク表面の二次元の
画像（即ち、上から見た画像）を得るためには、ライン
センサーＣＣＤカメラ（１）がワーク（４０）の表面全
体を走査するようにしなければならない。具体的には、
ワーク（４０）をｘおよびｙ方向駆動ユニット（３２）
（３３）で移動させて、少しずつ位置をずらした状態で
画像処理する必要がある（図６参照）。したがって、ｘ
−ｙ平面（即ち、ワーク表面）における欠陥部の位置お
よびその二次元的な形状は、ラインセンサーＣＣＤカメ
ラ（１）がワーク表面全体を走査することによって明ら
かになる。なお、ワークの各駆動ユニットは、ワークｘ
方向駆動ドライバー（２９）、ワークｙ方向駆動ドライ
バー（３０）、ワークｚ方向駆動ドライバー（３１）に
よって駆動される。各ドライバーはコンピュータ（２
４）を通じて制御され、各駆動ユニット（３２）（３
３）（３４）を各軸方向に沿って所定のように移動し、
それによって、ワーク表面の特定の箇所をｘ、ｙ、ｚ座
標で定められる所定の位置に配置できる。

【０００６】上述のようにしてラインセンサーＣＣＤカ
メラで存在が確認された欠陥部に関して、欠陥部のワー
ク表面における位置を求めることができる、即ち、欠陥
部のｘ座標およびｙ座標を特定できる。しかしながら、
欠陥部の表面を詳細に観察しようとする場合、通常の光
学顕微鏡では０．３μm以下の物質を観察することがで
きないため、一般に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（３
７）が用いられる。また、ワーク表面に異物の存在が認
められた場合、それを構成する物質の情報を得る、即ち
分析するには、一般に蛍光Ｘ線回折装置（３８）が用い
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＳＥＭを使用する場
合、高真空状態下でワークを観察する必要があるため、
欠陥部の有無の確認に用いたテーブルからワークを取り
出してＳＥＭにセッティングする必要がある。ワークの
セッティングに際しては、ラインセンサーＣＣＤカメラ
により予め測定した欠陥部の位置に関するデータ（ｘ、
ｙ座標により規定されるｘ−ｙアドレス）が用いられる
が、ワークをテーブルから取り出してＳＥＭに移動させ
ることに加えて、ＳＥＭは高倍率であるため、アドレス
に基づいてＳＥＭを設定しても欠陥部と顕微鏡との間の
相対的な位置関係を再現することは難しい。よって、Ｓ
ＥＭを用いる場合、セッティングにかなりの時間を要す
るという不都合がある。加えて、高真空状態にする作業
自体にも時間がかかるため、ＳＥＭによる観察は長時間
に及ぶ傾向にある。また、ＳＥＭそのものが高価であ
り、コスト面でも不利である。

【０００８】同様に、蛍光Ｘ線回折装置を用いてワーク
表面の異物を分析する場合も、ワークをテーブルから取
り出して蛍光Ｘ線回折装置にセッティングしなければな
らないためＳＥＭと同様の問題がある。また、装置が高
価であり、コスト面でも不利である。

【０００９】更に、多くの場合、半導体分野の製品のよ
うなワークの欠陥検査はクリーンルーム内で行う必要が
あるが、ＳＥＭおよび蛍光Ｘ線回折装置を使用すると、
これらの装置を置くためのスペースが必要となり、その
分クリーンルームを大きくしなければならない。クリー
ンルームは、大きいほどそのメンテナンスに労力と費用
がかかるため、これを小さくすることは従来からの課題
であった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために為されたものであり、設置に要するスペ
ースが小さく、より短時間で欠陥検査を実施することを
可能にする欠陥検査装置に係る。

【００１１】本発明は、ワーク表面の欠陥部の位置を求
める手段、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡、
ならびにワークおよび／または光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡を移動する手段を有する欠陥検査装置
である。更に、本発明は、ワーク表面の欠陥部の位置を
予め求める工程、および求めた位置に基づいて、光ファ
イバープローブを有する光学顕微鏡とワークとの間の相
対的位置関係を調節して光ファイバープローブを有する
光学顕微鏡により欠陥部を検査する工程を含んでなるワ
ーク表面の欠陥検査方法を提供する。なお、本発明の装
置および方法において、光ファイバーを有する光学顕微
鏡は、光ファイバーを有する近接場光学顕微鏡であるこ
とが好ましい。

【００１２】本発明において欠陥部の位置を求める手段
とは、ワーク表面に存在する欠陥部を例えば光学的な手
段で検出し、その位置を求めることが可能な手段をい
う。その手段は、例えば先に図１を参照して説明した高
速ラインセンサーＣＣＤカメラを備えた装置であり、欠
陥部のｘ−ｙアドレスを予め求めることができる。この
ような手段は自体既知であり、ワークの表面検査に広く
用いられている。

【００１３】本発明において、光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡（以下、単に光学顕微鏡という場合が
ある）とは、一端を先鋭化した光ファイバーをプローブ
として用いる光学顕微鏡である。この顕微鏡による検査
は、光ファイバーの他方の端部に入射した光を、先鋭化
した端部からワーク表面に照射し、その反射光を捕集し
て検出することによって実施される。この光学顕微鏡
は、ワーク表面の欠陥部の微細な表面構造の二次元的な
画像（即ち、上から見た時の様子）を得ることを可能に
するとともに、後述するように、欠陥部の表面の上記二
次元画像に垂直な方向の輪郭を測定する手段、もしくは
欠陥部を構成する物質を特定する、即ち、分析する手段
としても機能し得る。光ファイバープローブを有する光
学顕微鏡は、小型で、かつＳＥＭで必要とされるような
高真空の環境もしくは条件を必要としない。したがっ
て、これは、例えば図１に示すような高速ラインセンサ
ーＣＣＤカメラを用いる欠陥部の位置を求める手段と近
接して設置することが可能である。その結果、欠陥部の
位置を予め求める際に用いたワークを載せたテーブルか
らワークを移すことなく検査することができ、その欠陥
部に関する詳細な情報を得ることができる。なお、本発
明において、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
は、近接場光学顕微鏡であることが好ましい

【００１４】本発明の欠陥検査装置は、求めた欠陥部の
位置に基づいて、光ファイバープローブを有する光学顕
微鏡の光ファイバープローブとワークとの相対的位置関
係が、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡により
検査可能となるように、ワークおよび／または光ファイ
バープローブを有する光学顕微鏡を移動する手段を有す
る。この手段は、欠陥部の位置を求める手段により予め
位置を求めた欠陥部の表面を光ファイバープローブを有
する光学顕微鏡で検査するために、必要なものであっ
て、光学顕微鏡の光ファイバープローブを欠陥部に対し
て正確に位置させるためにワークおよび／または光ファ
イバープローブを有する光学顕微鏡を移動させる手段で
ある。この手段により、ワークとプローブとの間の相対
的位置関係を調節して光学顕微鏡による検査を可能にす
る。具体的には、ワークをｘ、ｙ、ｚ軸方向に移動でき
る、レール、ギヤ等を用いた機械的な駆動手段（例えば
ｚ軸方向にも移動できるようにしたｘ−ｙテーブル）、
ピエゾ素子駆動手段を用いてよく、これらは、それぞれ
ワークおよび光ファイバープローブの移動に用いること
ができる。移動させるのは、いずれか一方でも、あるい
は双方であってもよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な構成を、
図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施
態様を示す。図２において、ワーク表面の欠陥部の位置
を求める手段（以下、単に位置測定手段という場合あ
る）は、図１に示した従来の態様と実質的に同様の構成
であってよく、例えば、種々の制御を行うコンピュータ
（例えばパーソナルコンピュータ）（２４）、光源
（３）、光源からの光を反射してワーク（４０）に照射
し、かつワークからの反射光を通過させるハーフミラー
（２）、高倍率対物レンズが設置された鏡筒（４）、反
射光を捕集する高速ラインセンサーＣＣＤカメラ
（１）、ラインセンサーＣＣＤカメラ（１）からのデー
タに基づいて画像処理を行う画像処理ボード（２３）、
ワークをｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向に移動させる駆動ユ
ニット（３２）（３３）（３４）、およびこれらの、例
えばＮＣコントローラーである各駆動ユニットのドライ
バー（２９）（３０）（３１）で構成されている。

【００１６】図２に示す位置測定手段は、図１に示した
装置と同じ原理でワーク表面の欠陥部の位置を求める。
この手段は周知であり、したがって、ワーク表面の欠陥
部の位置の測定法についてのより詳細な説明を省略す
る。

【００１７】ラインセンサーＣＣＤカメラ（１）がワー
ク全体を走査した後、求めた欠陥部の位置情報と欠陥部
情報（ラインセンサーＣＣＤカメラから得られるその他
の情報、例えば概略形状等）がコンピュータ（２４）に
蓄えられる。位置情報は図７に示すようにｘ座標ｘ_aお
よびｙ座標ｙ_aで与えられるアドレスである。この位置
情報は、光学顕微鏡による欠陥部表面の検査を行う際
に、光ファイバープローブをワークに対して位置決めす
る上で不可欠なものである。

【００１８】以上、位置測定手段の一実施態様を説明し
たが、位置測定手段は、ワーク表面の欠陥部の位置を精
度良く測定することができ、かつ測定された位置に関す
る情報をコンピュータ等に記憶させることが可能であっ
て、後で、欠陥部を検査するために、ワークおよび／ま
たは光ファイバープローブを有する光学顕微鏡を移動さ
せる手段により、光ファイバープローブを欠陥部に対し
て所定のように位置させて検査を可能にすることができ
るものであれば、図２に示すものに限定されないことは
いうまでもない。

【００１９】ワーク表面で欠陥部の位置が求められ、欠
陥部の位置が特定された後、欠陥部の表面は光ファイバ
ープローブを有する光学顕微鏡により検査される。図２
において、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
は、光ファイバープローブ（１５）、ピエゾ素子（１３
ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）、保持具Ａ（１０）、保持具
Ｂ（１２）、鏡筒（９）、光ファイバー結合器（１
６）、レーザ光入射用光ファイバー（１５’）、シャッ
ター（１７）、集光レンズ（１８ａ）（１８ｂ）、レー
ザー（１９ａ）（１９ｂ）、ハーフミラー（２０）、集
光レンズ（２１）、光検出器（２２）、画像処理装置
（２６）ならびにピエゾ素子駆動ドライバー（２７ａ）
（２７ｂ）（２７ｃ）を含む。

【００２０】光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
で欠陥部を検査する場合、光学顕微鏡の光ファイバープ
ローブを欠陥部の上に正確に位置させる必要がある。欠
陥部に対する光ファイバープローブのこの位置決めは、
ワークおよび／または光ファイバープローブを有する光
学顕微鏡を移動させることにより行う。

【００２１】ワークの移動は、先に説明したワーク駆動
ユニット（３２）（３３）（３４）を用いて行うことが
できる。位置決めは、例えば、先に位置測定手段によっ
て得た位置情報をコンピュータ（２４）に接続されたデ
ィスプレイ上にシンボル表示させ、この表示部にマウス
・カーソルを合わせてクリックすることにより、ドライ
バー（２９）（３０）によりｘおよびｙ方向駆動ユニッ
ト（３２）（３３）が駆動して、光ファイバープローブ
の先端が欠陥部上に位置するようにワーク（４０）が移
動するような態様で実施されることが望ましい。

【００２２】位置決めはまた光ファイバープローブを有
する光学顕微鏡を適当な駆動手段を用いて移動させるこ
とによっても実施できる。光学顕微鏡の駆動手段として
は、例えばピエゾ素子がある。ピエゾ素子による移動距
離は小さいので、機械的手段によりワークおよび／また
は光ファイバープローブを有する光学顕微鏡を予め大き
く移動させておき、その後、最後の微調整をピエゾ素子
による移動により実施するのが好ましい。図３にピエゾ
素子（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）を設置した、光フ
ァイバープローブを有する光学顕微鏡の態様を示す。図
３（ａ）は斜め上方から見た斜視図、図３（ｂ）はｘ−
ｚ面に沿った断面図である。ここに示す光学顕微鏡は可
動なものである。ここで、「可動」なる語は、制御装置
および駆動装置によって所望の位置に移動させることが
可能であることを意味する。

【００２３】図３に示す光学顕微鏡において、ピエゾｘ
方向素子（１３ａ）およびピエゾｙ方向素子（１３ｂ）
は保持具Ｂ（１２）で保持され、ピエゾｚ方向素子（１
３ｃ）は保持具Ａ（１０）で保持されている。各素子
は、駆動ドライバー（２７ａ）（２７ｂ）（２７ｃ）に
より駆動され、具体的には、コンピュータ（２４）によ
って制御された電圧が印加されることによって制御され
る。光学顕微鏡を所定の位置に移動させる場合、コンピ
ュータから各駆動ドライバー（２７ａ）（２７ｂ）（２
７ｃ）に指示を与えて各ピエゾ素子（１３ａ）（１３
ｂ）（１３ｃ）を作動させ、それにより、光ファイバー
プローブを有する光学顕微鏡、従って、光ファイバープ
ローブを移動させる。上述のように、ピエゾ素子は微小
距離の移動に適した素子であるので、ワークを予め移動
させた後、光ファイバープローブの位置を微調整するこ
とが好ましい。

【００２４】なお、制御されたピエゾ素子によらずに、
光ファイバープローブを有する光学顕微鏡が動いた場
合、従って、光ファイバープローブが動いた場合、すな
わち「自発的」に動いた場合にはピエゾ素子にひずみが
生じる。したがって、光学顕微鏡が引力あるいは斥力の
ような外部から作用する力によって動いて変位した場
合、その変位量は、各ピエゾ素子のひずみ（または変形
量）を通じて電気的に測定することが可能である。ピエ
ゾ素子のひずみは、各駆動ドライバー（２７ａ）（２７
ｂ）（２７ｃ）において電圧の変化という形であらわれ
る。そして各駆動ドライバーから電圧の変化量に関する
情報がコンピュータに送られる。この情報はコンピュー
タで処理されて光ファイバープローブを有する光学顕微
鏡の変位量として表される。光学顕微鏡の変位量測定
は、後述する欠陥部の形状測定に有用である。

【００２５】上述のように、本発明で用いる光学顕微鏡
は、プローブとして光ファイバーを使用する。その光フ
ァイバープローブの先端部を模式的に示す図４において
示すように、光ファイバープローブ（１５）は、溝（３
６ａ）およびガイド穴（３６ｂ）を経由して光ファイバ
ー固定具（１４）にセットされる。光ファイバープロー
ブを導入した光ファイバー固定具は、図３（ｂ）に示す
ように、鏡筒（９）と嵌め合わせることにより光ファイ
バープローブを有する光学顕微鏡を構成する。なお、図
示していないが鏡筒（９）にも光ファイバー固定具（１
４）と同様の溝が設けられ、光ファイバープローブ（１
５）をガイドしている。

【００２６】光ファイバープローブの先端部を図８に軸
方向の模式的断面図にて示す。光ファイバープローブ
（１５）は、コア（１５ａ）がクラッド（１５ｂ）で被
覆された光ファイバーの端部においてコアのみを突出さ
せ、突出部を先鋭化させた構造となっている。先鋭部を
形成していない他方の端部にレーザー光を入射させる
と、レーザー光は光ファイバーにより伝送されて、先鋭
部からエバネッセント光（４１）として非常に細い光が
出射される。エバネッセント光はワーク表面で反射し、
この反射光は光ファイバープローブに入射する。そし
て、反射光からワーク表面の二次元的な情報、例えば表
面の画像を得ることができる。このような光ファイバー
プローブは特開平１０−１５３６０５号公報に開示され
ている。

【００２７】光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
を用いて欠陥部の表面の観察する方法について、図２を
参照して説明する。光ファイバープローブに入射させる
レーザー光は、半導体レーザー（１９ａ）から発振され
る。発振されたレーザー光は、集光レンズ（１８ａ）を
経由して光ファイバー結合器（１６）に導入される。導
入されたレーザ光は、一旦レーザ光入射用光ファイバー
（１５’）に入射し、結合器（１６）の中に設置されて
いるハーフミラー（２０）を介して、結合器（１６）の
中に配置されている光ファイバープローブ（１５）の末
端に入射する。ここで、レーザー光入射用光ファイバー
（１５’）の端部、すなわちレーザー光が出射する端部
と、光ファイバープローブ（１５）の端部、すなわちレ
ーザー光が入射する端部とは、一直線上に配置して、レ
ーザー光入射用光ファイバー（１５’）から光ファイバ
ープローブ（１５）へレーザ光が伝送されるようになっ
ている。

【００２８】入射したレーザー光は光ファイバープロー
ブ（１５）を経由して先鋭部からエバネッセント光とし
て欠陥部表面に照射される。照射されたエバネッセント
光は欠陥部表面で反射し、反射光は光ファイバープロー
ブ（１５）の先端部を通じて光ファイバーのコアの中に
導入される。コア内に導入された反射光は、レーザー光
が入射した側の末端から出射し、光ファイバー結合器
（１６）の中に設置されたハーフミラー（２０）、およ
び集光レンズ（２１）を介して光検知器（２２）により
検出される。検出された反射光は画像処理ボード（２
６）で処理される。画像はコンピュータ（２４）を介し
てディスプレイに表示され、この画像から欠陥部の二次
元的な表面状態（即ち、上から見た様子）を知ることが
できる。

【００２９】図１２は、今説明した図２の実施態様にお
けるエバネッセント光の照射と反射の様子を模式的に示
したものである。図１２では、エバネッセント光（４
１）を照射した光ファイバープローブ（１５）に反射光
（４１’）が入射しており、また反射光（４１’）はハ
ーフミラー（２０）を介して光検知器（２２）に到達す
る。この態様では、反射光（４１’）の捕集は、エバネ
ッセント光（４１）を発する１本の光ファイバー（１
５）により行っているので、検知される光は微弱になる
傾向にある。検知される光の量が微弱であると得られる
画像は暗く不鮮明になりやすい。

【００３０】かかる不都合を回避するために、照光用光
ファイバーである光ファイバープローブに近接して、反
射光が入射するための反射光用光ファイバーを一もしく
は複数配置することが好ましい。その実施態様を図１
３、図１５および図１６に示す。

【００３１】図１３は、光ファイバープローブの周囲
に、反射光用光ファイバー（５１）を複数本配置させた
ものである。反射光は、光ファイバープローブおよび各
反射光用光ファイバーに入射して伝送され、ハーフミラ
ー（２０）を介して光検知器（２２）で検知される。複
数本の光ファイバーに反射光が入射するため、光量が多
くなり、より鮮明な画像を得ることができる。

【００３２】図１５に示す実施態様では、反射光捕集用
として反射光用光ファイバー（５１）が別に一本配置さ
れ、反射光（４１’）は集合レンズ（５２）を介して集
光され、反射光用光ファイバー（５１）により伝送され
た後、光検知器（２２）で検知されて画像処理されるよ
うになっている。この態様によれば、真上以外の方向に
散乱した反射光（４１）を、集合レンズ（５２）で集光
するので、より多くの反射光を捕集できるという利点が
ある。

【００３３】図１６に示す実施態様では、反射光用光フ
ァイバー（５１）を複数、例えば図示するように二本配
置し、集光レンズ（５２）を介してこれらのファイバー
（５１）に入射した反射光が光検知器（２２）で検知さ
れ、画像処理されるようになっている。この実施態様で
は、検知される光量を増加させるために、反射光用光フ
ァイバー、ならびにそれと組み合わされる集光レンズの
数を更に増加させてもよい。

【００３４】検知される光量を増加させる別の実施態様
として、図１４に示すように、光ファイバープローブの
周囲に、反射光を受光し、受光した光を反射して集光す
ることができる凹面鏡（５３）を配置させる態様があ
る。凹面鏡は図１４のように光ファイバープローブの周
囲全体に配置されていても、あるいは周囲の一部のみに
配置されてもよい。また、図１４では、凹面鏡で受光・
集光した反射光と光ファイバープローブに入射した反射
光とをそれぞれ別の検知器（２２ａ）（２２ｂ）で検知
し、別の画像処理ボード（２６ａ）（２６ｂ）で画像処
理しているが、検知器（２２ａ）のみで反射光を検知し
て画像処理してもよく、あるいは図１３のように光ファ
イバープローブの周囲に反射光用光ファイバープローブ
を配置して検知される光量を更に増加させてもよい。

【００３５】一般に、光が対象物体に照射された場合、
全ての光が反射するわけではなく、対象物体は固有の反
射特性（例えば反射率）を有する。通常、ワーク表面を
構成する物質（構成成分および／または組成）が異なる
と、同一波長のレーザー光を照射した場合でも表面から
のレーザー光の反射率が異なる。従って、検査対象に応
じて予想される物質について特定波長の光に対する反射
特性を予め測定し、その特性をデータベースとして蓄積
しておけば、検査に際して反射特性を測定すると、測定
結果から、例えば異物を構成する物質を特定することが
できる。更に、物質の種類、組成によっては、１つの光
の波長だけでは偶発的に同じ、または類似する反射特性
を有する場合があり得る。この場合、複数の波長の光に
ついて反射特性を予め求めておく。そうすれば、検査に
際して、波長がそれぞれ異なる複数のレーザー光を照射
し、それぞれの場合の反射特性を測定することによって
も異物を特定することができる。

【００３６】具体的には、図２に示す実施態様におい
て、半導体レーザー（１９ａ）および集光レンズ（１８
ａ）のほかに、もう一つの半導体レーザー（１９ｂ）お
よび集光レンズ（１８ｂ）を設置しているが、これは先
の記述に従って欠陥部を特定するためのものであって、
一方の半導体レーザー（１９ａ）とは異なる波長のレー
ザー光を発振する。レーザー光の波長の選択は、シャッ
ター状の切り替えスイッチ（１７）を操作して行う。ま
た、レーザー光入射用光ファイバー（１５’）は分岐し
ており、分岐した光ファイバーの末端に、各レーザー
（１９ａ）（１９ｂ）から発振される光が入射し伝送さ
れるようになっている。

【００３７】なお、図２では、レーザー光入射用光ファ
イバーを用い、このレーザ光出射側端部と光ファイバー
プローブの入射側端部とを一直線上に配置させて、レー
ザー光を光ファイバープローブに入射させているが、レ
ーザー光入射用光ファイバーを用いずに、例えば集光レ
ンズ（１８ａ）（１８ｂ）の角度を変化させることによ
って、集光レンズ（１８ａ）（１８ｂ）から、直接、レ
ーザー光を光ファイバー結合器（１６）の中に導入し、
ハーフミラー（２０）を介して光ファイバープローブ
（１５）に入射させてもよい。

【００３８】図１０および図１１は欠陥部に波長の異な
る二種類のレーザー光を照射したときの反射の様子を示
している。図１０は欠陥部で反射された光の反射率が小
さく画像が暗い様子を、図１１は光の反射率が大きく画
像が明るい様子を示している。

【００３９】欠陥部の組成を分析する場合、３以上の異
なる波長の半導体レーザーを用いてもよく、その場合
も、例えば、図２に示したシャッター（１７）のよう
な、各レーザーから発振されるレーザー光が独立して光
学顕微鏡の光ファイバープローブに入射することを可能
にする手段、例えば切り替えスイッチを設ける必要があ
る。なお、上述の実施態様では半導体レーザーを使用し
ているが、その他のレーザを使用してもよいことは言う
までもない。

【００４０】本発明において、光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡がワークの表面に対して少なくとも垂
直な方向（即ち、Ｚ軸方向）に自由に可動なものであれ
ば、垂直な方向の断面形状の輪郭を測定できる。これ
は、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡の変位を
測定する手段、ならびに測定された変位から欠陥の形状
を決定する手段とともに、光ファイバープローブを有す
る光学顕微鏡を用いることによって実施できる。更に、
先に説明したように測定される二次元画像とこの輪郭を
組み合わせて欠陥部表面の三次元形状を推定することが
できる。欠陥部表面の輪郭測定は、光ファイバープロー
ブの先端が非常に細く鋭利であるため、ワーク表面とプ
ローブの先端との間の距離を短くしていくと、これらの
間に作用する原子間力により、光ファイバープローブの
先端と欠陥部との間の距離が一定に保たれることを利用
して実施できる。例えば、図９に示すように、三次元的
な凹凸を有する異物がワーク表面に付着していて、これ
が欠陥部として検出された場合、光ファイバープローブ
の先端を異物表面に極めて近づける、例えば表面から数
十nm程度の距離に近づけると、原子間力が作用してワー
クと光ファイバープローブの先端間の距離が一定に保た
れる。したがって、この状態でプローブの先端をｘ−ｙ
面上のいずれかの線に沿ってワークに対して相対的に走
査させると、先端はワークの表面形状に追随して上下
に、すなわちｚ軸方向に動き、その線に沿った表面輪郭
が得られる。この輪郭と二次元画像を組み合わせて、ワ
ーク表面の三次元形状を推定できる。また、この走査を
種々行うと推定の精度が向上する。

【００４１】光ファイバープローブの先端のｚ軸方向に
おける変位は、先に述べたように、ピエゾｚ方向素子の
ひずみから測定することができる。ピエゾｚ方向素子の
ひずみは、ピエゾｚ方向素子駆動ドライバーにおいて電
圧変化量として測定され、測定された電圧変化量から、
例えばコンピュータプログラムによって欠陥部の表面形
状を決定することができる。その場合、欠陥部の形状は
コンピュータに接続されたディスプレイにグラフィック
スとして表示させ得る。したがって、欠陥部表面全体を
走査するようにワークを移動させる、あるいはプローブ
の先端を移動させることにより、欠陥部全体の三次元的
な表面形状を測定することが可能である。

【００４２】図２に示した実施態様では、一つの光ファ
イバープローブを有する光学顕微鏡で、欠陥部表面の観
察、欠陥部の組成分析ならびに欠陥部表面の三次元的形
状の測定を実施できるが、別の実施態様においては、例
えば、それぞれが一つの機能のみを有する三種の光学顕
微鏡を設置してもよい。

【００４３】光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
を用いた欠陥部の観察および測定等に際しては、光ファ
イバープローブの大まかな位置決め等、目視しながら操
作を実施するのが好都合である場合がある。その場合、
例えば、欠陥部ならびに光ファイバープローブをディス
プレイに写し、ディスプレイを見ながら操作することが
望ましい。そこで、図２に示した実施態様では、欠陥部
と光学顕微鏡の光ファイバープローブとを撮影するため
に二次元ＣＣＤカメラ（６）を配置している。二次元Ｃ
ＣＤカメラ（６）による撮影は、光源（８）からハーフ
ミラー（７）および鏡等（９）内の対物レンズ（９ａ）
（図３（ｂ）参照）を経由して撮影対象物に照射された
光の反射光を二次元ＣＣＤカメラ（６）が捕集し、画像
処理ボード（２５）が反射光のデータを画像処理するこ
とによって行われる。画像処理の結果は画像処理ボード
（２５）に接続されたディスプレイ（４２）に表示され
る。したがって、二次元ＣＣＤカメラによる撮影を行わ
ない場合には、図２における二次元ＣＣＤカメラ
（６）、ハーフミラー（７）、光源（８）、画像処理ボ
ード（２５）およびディスプレイ（４２）、ならびに図
３（ｂ）における対物レンズ（９ａ）は必要でない。

【００４４】このように、図２に示された実施態様は、
一つのテーブル上でワークの欠陥部の位置測定と光ファ
イバープローブを有する光学顕微鏡による検査を可能に
しており、ＳＥＭ等を用いる場合に比べて欠陥検査に要
するスペースは非常に小さい。欠陥部位置測定用の対物
レンズと光学顕微鏡の光ファイバープローブは、それぞ
れ独立して配置してよいが、これらを一つのユニットに
配置させれば装置を更に小型にすることができる。その
実施態様の一つを図５に示す。図５（ａ）では、一つの
レボルバー（３５）に、欠陥部の位置測定に用いられる
対物レンズを有する鏡筒（４）と、光ファイバープロー
ブを有する光学顕微鏡を構成する光ファイバープローブ
（１５）を導入したの鏡筒部（９）を配置させている。

【００４５】この実施態様において、欠陥検査は次の手
順で実施される。まず、図５（ｂ）に示すように、レボ
ルバー（３５）上方に設けられたラインセンサーＣＣＤ
カメラ（１）とレボルバー（３５）に配置された鏡筒
（４）とが一直線となるようにし、先に述べた方法で欠
陥部の位置を求める。次に、図５（ｃ）に示すように、
レボルバー（３５）を回転させて鏡筒（９）が欠陥部の
真上に来るようにし、光ファイバープローブ（１５）を
欠陥部に接近させる。そして光ファイバープローブを有
する光学顕微鏡による観察および測定等の検査を実施す
る。したがって、この実施態様によれば、欠陥部の位置
が特定されたワークを殆ど動かさずに光ファイバープロ
ーブを有する光学顕微鏡による検査が可能であるから、
検査時間をより短縮することが可能となる。

【００４６】光ファイバープローブ（１５）と欠陥部を
撮影するための二次元ＣＣＤカメラを設置する必要があ
る場合、図５に示すように、二次元ＣＣＤカメラ（６）
をラインセンサーＣＣＤカメラ（１）の向きと直角とな
るように設置することが望ましく、また、図２の実施態
様と同様に、ハーフミラー（７）を設置し、鏡筒（９）
内に対物レンズ（図示省略）を配置しなければならな
い。光源（３）は、両方のＣＣＤカメラ（１）（６）に
共通して用いることができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明の欠陥検査装置ならびに欠陥検査
方法は、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡を採
用することにより、欠陥の位置が測定されたワークをテ
ーブルから取り出すことなく、欠陥部の表面状態の二次
元的な観察を可能にし、更に欠陥部の表面状態の三次元
的な形状測定、および欠陥部の組成分析を可能としたも
のである。光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
は、光学分解限度以上の超微細構造を観察および測定で
きるにもかかわらず、その構造は比較的簡単であり、ま
た測定等に際しても設定が特別な困難な環境および条件
を必要としないので、これを用いた本発明の欠陥検査装
置ならびに欠陥検査方法によれば、スペース、時間およ
び費用のいずれをも削減することができる。したがっ
て、本発明の欠陥検査装置ならびに欠陥検査方法は、欠
陥検査の高精度化と低コスト化の両立が望まれている半
導体ウェハーならびに回路基板の製造分野において特に
有用なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の欠陥検査装置の模式図である。

【図２】 本発明の欠陥検査装置の一実施態様の模式図
である。

【図３】 （ａ）は、本発明で使用する光ファイバープ
ローブを有する光学顕微鏡の一実施態様の部分斜視図で
あり、（ｂ）は、その部分断面図である。

【図４】 本発明で使用する光ファイバープローブを有
する光学顕微鏡を構成する光ファイバー固定具ならびに
光ファイバープローブの先端部を模式的に示した斜視図
である。

【図５】 本発明の欠陥検査装置の別の実施態様の模式
図である。

【図６】 高速ラインセンサーＣＣＤカメラを用いてワ
ーク表面の欠陥部の位置を求める方法を模式的に示した
図である。

【図７】 ワーク表面の欠陥部の位置が求められた状態
を模式的に示した図である。

【図８】 本発明で用いる光ファイバープローブを有す
る光学顕微鏡の光ファイバープローブの先端部の軸方向
の模式図である。

【図９】 ワーク表面に対して垂直な方向に凹凸を有す
る異物の一例を模式的に示した図である。

【図１０】 ワーク表面の欠陥部に、ある波長のレーザ
ー光を照射したときの反射の様子を模式的に示した図で
ある。

【図１１】 ワーク表面の欠陥部に、図１０で照射した
レーザー光と異なる波長のレーザー光を照射したときの
反射の様子を模式的に示した図である。

【図１２】 本発明で使用する光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡によるワーク表面の測定の様子を模式
的に示した図である。

【図１３】 （ａ）は本発明で使用する光ファイバープ
ローブを有する光学顕微鏡の一実施態様の模式図であ
り、（ｂ）は（ａ）において線Ａ−Ａ’の下方から上方
を見た模式図である。

【図１４】 （ａ）は本発明で使用する光ファイバープ
ローブを有する光学顕微鏡の一実施態様の模式図であ
り、（ｂ）は（ａ）において線Ａ−Ａ’の下方から上方
を見た平面図である。

【図１５】 本発明で使用する光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡の一実施態様の模式図である。

【図１６】 本発明で使用する光ファイバープローブを
有する光学顕微鏡の一実施態様の模式図である。

【符号の説明】

１…高速ラインセンサーＣＣＤカメラ、２…ハーフミラ
ー、３…光源、４…高倍率対物レンズを設置した鏡筒、
６…二次元ＣＣＤカメラ、７…ハーフミラー、８…光
源、９…鏡筒、９ａ…対物レンズ、１０…保持具Ａ、１
２…保持具Ｂ、１３ａ…ピエゾＸ方向素子、１３ｂ…ピ
エゾＹ方向素子、１３ｃ…ピエゾＺ方向素子、１４…光
ファイバー固定具、１５…光ファイバープローブ、１５
ａ…コア、１５ｂ…クラッド、１５’…レーザー光入射
用光ファイバー、１６…光ファイバー結合器、１７…シ
ャッター、１８ａ…集光レンズ、１８ｂ…集光レンズ、
１９ａ…半導体レーザー、１９ｂ…半導体レーザー、２
０…ハーフミラー、２１…集光レンズ、２２、２２ａ、
２２ｂ…光検知器、２３…画像処理ボード、２４…コン
ピュータ、２５…画像処理ボード、２６、２６ａ、２６
ｂ…画像処理ボード、２７ａ…ピエゾＸ方向素子駆動ド
ライバー、２７ｂ…ピエゾＹ方向素子駆動ドライバー、
２７ｃ…ピエゾＺ方向素子駆動ドライバー、２９…ワー
クｘ方向駆動ドライバー、３０…ワークｙ方向駆動ドラ
イバー、３１…ワークｚ方向駆動ドライバー、３２…ワ
ークｘ方向駆動ユニット、３３…ワークｙ方向駆動ユニ
ット、３４…ワークｚ方向駆動ユニット、３５…レボル
バー、３６ａ…溝、３６ｂ…ガイド穴、３７…走査型電
子顕微鏡、３８…蛍光Ｘ線回折装置、４０…ワーク、４
１…エバネッセント光、４１’ …反射光、４２…ディ
スプレイ、５１…反射光用光ファイバー、５２…集光レ
ンズ、５３…凹面鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AA65 AB02 AC22 BA08 BA10 BB17 BC03 CA03 CA04 CA07 CA11 CB01 CC17 DA07 EA14 FA10

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク表面の欠陥部を検査する装置であ
   って、欠陥部の位置を求める手段、光ファイバープロー
   ブを有する光学顕微鏡、ならびにワークおよび／または
   光ファイバープローブを有する光学顕微鏡を移動する手
   段を有する欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡が、ワーク上方から見た欠陥部表面の平面的外観の観
   察のために用いられる請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡が、欠陥部を構成する物質を特定するために用いられ
   る請求項１もしくは２に記載の欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡、複数のレーザ、ならびに各レーザーから発振される
   レーザー光が独立して光ファイバープローブを有する光
   学顕微鏡の光ファイバープローブに入射することを可能
   にする手段によって、欠陥部を構成する物質を特定する
   請求項３に記載の欠陥検査装置。
5. 【請求項５】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡が、ワークの表面に対して垂直な方向に自由に移動可
   能であり、光ファイバープローブを有する光学顕微鏡
   が、ワークの表面に対して垂直な方向の欠陥部の断面形
   状の輪郭を測定するために用いられることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 欠陥部の位置を求める手段が、高倍率の
   対物レンズ、高速ラインセンサーＣＣＤカメラ、画像処
   理ボードを含む装置である請求項１〜５のいずれか一項
   に記載の欠陥検査装置。
7. 【請求項７】 ワークを移動する手段が、機械的な駆動
   手段である請求項１〜６のいずれか一項に記載の欠陥検
   査装置。
8. 【請求項８】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡を移動する手段が、ピエゾ素子である請求項１〜７の
   いずれか一項に記載の欠陥検査装置。
9. 【請求項９】 光ファイバープローブを有する光学顕微
   鏡の光ファイバープローブに近接して、反射光を入射さ
   せるための一もしくは複数の反射光用光ファイバーが配
   置されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の欠陥
   検査装置。
10. 【請求項１０】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡の光ファイバープローブの周囲の少なくとも一部
    に、反射光を受光し、受光した光を反射して集光する凹
    面鏡が配置されている請求項１〜９のいずれか一項に記
    載の欠陥検査装置。
11. 【請求項１１】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡の光ファイバープローブを観察するための二次元Ｃ
    ＣＤカメラを更に備えている請求項１〜１０のいずれか
    一項に記載の欠陥検査装置。
12. 【請求項１２】 欠陥部の位置を求める手段を構成する
    対物レンズ、ならびに光ファイバープローブを有する光
    学顕微鏡の光ファイバープローブが一つのユニットに配
    置されている請求項６〜１１のいずれか一項に記載の欠
    陥検査装置。
13. 【請求項１３】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡が、近接場光学顕微鏡である請求項１〜１２のいず
    れか一項に記載の欠陥検査装置。
14. 【請求項１４】 ワークが半導体ウェハーであり、半導
    体ウェハー表面の欠陥を検査する請求項１〜１３のいず
    れか一項に記載の欠陥検査装置。
15. 【請求項１５】 ワークが回路基板であり、回路基板表
    面の欠陥を検査する請求項１〜１３のいずれか一項に記
    載の欠陥検査装置。
16. 【請求項１６】 ワーク表面の欠陥部の位置を予め求め
    る工程、および求めた欠陥部の位置に基づいて光ファイ
    バープローブを有する光学顕微鏡とワークとの間の相対
    的位置関係を調節して光ファイバープローブを有する光
    学顕微鏡により欠陥部を検査する工程を含んでなるワー
    ク表面の欠陥検査方法。
17. 【請求項１７】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡による欠陥部を検査する工程が、ワーク上方から見
    た欠陥部表面の平面的外観を観察する工程を含んでなる
    請求項１６に記載のワーク表面の欠陥検査方法。
18. 【請求項１８】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡による欠陥部を検査する工程が、欠陥部を構成する
    物質を特定する工程を含んでなる請求項１６もしくは１
    ７に記載のワーク表面の欠陥検査方法。
19. 【請求項１９】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡による欠陥部を検査する工程が、ワークの表面に対
    して垂直な方向の欠陥部の断面形状の輪郭を測定する工
    程を含んでなる請求項１６〜１８のいずれか一項に記載
    のワーク表面の欠陥検査方法。
20. 【請求項２０】 光ファイバープローブを有する光学顕
    微鏡が、近接場光学顕微鏡である請求項１６〜１９のい
    ずれか一項に記載のワーク表面の欠陥検査方法。