JP2003194738A - 表面欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被検体表面の塵埃，膜厚むら等の欠陥を単純な
画像として観察することができ、従って画像処理装置と
組合わせて自動欠陥検査装置を構成するのが容易になる
表面欠陥検査装置を得ることにある。 【構成】表面に薄膜を有する被検体２１の直前に配置さ
れ、かつ２１の観察視野とほぼ等しい大きさであって、
光源１からの光を略平行な光束として２１に照射すると
ともに、２１の表面からの正反射光を通過させるコリメ
ータレンズ１２と、１２の焦点近傍に配置され、任意に
選択可能な複数の中心波長を持ち、１２に光を入射する
狭帯域光源２〜５と、この光源からの光を反射または透
過により１２を通過させて２１に垂直に照射させるハー
フミラー１１と、２１の表面からの正反射光を１２に通
過させ、１１で透過または反射させ、光源２〜５と共役
な位置に入射瞳を有し、２１の表面を観察する結像レン
ズ１３を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウェハあるいは液晶ガラ
ス基板等の製造プロセスラインにおける該ウェハあるい
は液晶ガラス基板等のような、表面に薄膜を有する被検
体あるいは表面が平面である被検体の表面の欠陥を検査
する表面欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル等のフォト・リソグラフィ・
プロセスラインにおいて、基板表面に塗布したレジスト
に膜厚のむら、あるいは塵埃の付着等の欠陥があると、
エッチング後にパターンの線幅不良や、パターン内のピ
ンホールなどの不良となって現れる。そこで、一般にエ
ッチング前の基板について前記欠陥の有無を全数検査す
ることが行われている。

【０００３】従来、このような欠陥検査は、投光装置に
より基板（以下、被検体と呼ぶ）を照明し、目視で欠陥
を探す方法が採られていた。このような用途に適した検
査用投光装置の一例として、本出願人が先に出願した
（特願平４−３１９２２号明細書）の装置の概要を、図
２７および図２８を参照して説明する。

【０００４】高輝度光源２０１からの光束は、熱線吸収
フィルタ２０３を通り、拡散板２０４で均一照明光とさ
れた後、干渉フィルタ２０５でスペクトル幅を制限され
た光束（以下、狭帯域光と呼ぶ）となる。続いて、平面
鏡２０６で反射され、大口径フレネルレンズ２０７およ
び２０８で収束光束に変換されてから被検体２１１を照
明する。フレネルレンズ２０８の直後には液晶拡散板２
０９があり、通常は拡散板として作用するので、被検体
２１１は大きな面光源からの拡散光で照明されることに
なる。

【０００５】一方、図２７に示すように電源２１０によ
り液晶拡散板２０９に電圧を印加すると無色透明にな
り、このとき被検体２１１は収束光で照明される。

【０００６】このような構成の検査用投光装置におい
て、被検体２１１の膜厚のむらについては、図２８に示
す拡散光照明装置の下で検査される。これは、レジスト
の膜厚が変化すると、レジスト表面と裏面からの反射光
の光路差が変化するため、準単色光で照明して観察する
と、膜厚の変化が明暗の干渉縞となり、膜厚のむらを認
識できるものである。

【０００７】被検体２１１に対する塵埃２１２の付着
は、収束光照明（図２７）の下で検査される。即ち、被
検体２１１の平面で反射した光束は、位置Ｓに収束する
ので、それを避けた位置に観察者の眼２１３を置くと、
平面以外の点つまり塵埃２１２で散乱された光だけが目
視で認められる。

【０００８】収束光照明では次のような欠陥も検出され
る。図１３はレジスト現像後の被検体断面の模式図であ
り、基板６０（ガラス板あるいはウェハなど）の上に成
膜層６１があり、その上にパターン化されたレジスト６
２が残っている状態を示している。図１４は、図１３の
一部６５を拡大したもものである。このように被検体の
表面は大きく３つの部分に分けることができる。即ち、
レジスト残膜上の平らな部分Ａとレジストの無い平らな
部分Ｂと、両者の間にある段差の側面ＣおよびＤであ
る。このうち、平らな部分Ａの膜厚むら等の欠陥は、正
反射光を観察する前述した拡散光照明装置で検出でき
る。

【０００９】さて、正常な側面は図１５のＣようになっ
ているのに対し、欠陥部分の側面は例えば図１６のＣの
ように変形している。このように異なる形状は、異なる
光の散乱角度分布を示すため、収束光照明で散乱光によ
り観察すれば、側面ＣおよびＤの欠陥が正常な部分との
輝度の違いとなって認められるのである。

【００１０】一方、膜厚のむらについては、図２９に示
す拡散光照明装置の下で検査される。これは、レジスト
の膜厚が変化すると、レジスト表面と裏面からの反射光
の光路差が変化するため、準単色光で照明して観察する
と、膜厚の変化が明暗の干渉縞となり、膜厚のむらを認
識できるものである。

【００１１】この検査用投光装置は、本出願人が先に出
願して公開された（特開平５−１０９８４９号公報）被
検体の揺動回転機構と組合せて用いられる。つまり実際
の検査では被検体２１１を投光装置で照明するととも
に、揺動回転させて被検体２１１への光束の入・反射角
や、被検体上の周期的なパターンによる回折光の方向を
作業者が調整し、散乱光や干渉した反射光の観察が妨げ
られない状態にしながら、被検体２１１の全面の検査を
行うことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた作業は、作
業者の目視による検査であるため、観察の自由度が大き
く、優れた検査能力を示すことが可能である。しかし一
方、作業者の個人差や、観察状態の違いによる検出能力
のばらつきはどうしても避けることができず、特に検査
が高頻度・長時間に及ぶと作業者の疲労を引き起こし、
一定の検査能力を維持することはさらに困難になる。ま
た、作業者からの発塵も常に問題となっており、同検査
の自動化が望まれていた。

【００１３】自動化の方法として容易に考えられるの
は、図２７ないしは図２８に示した眼２１３の代わり
に、結像レンズとＣＣＤ等の撮像素子を設置して検査画
面を取得し、これを画像処理して欠陥を抽出することで
ある。しかし、この方法は以下に述べる第１〜第４の問
題点を含んでいる。

【００１４】＜第１の問題点＞被検体２１１に対する照
明光の入射角が、場所によって大きく異なる点である。
図２９はこれを説明するためのものであり、図２８を簡
略にしたもので、図中２０９は拡散板、２１１は被検
体、２１４は結像レンズ、２１５は撮像素子である。

【００１５】このような構成のものにおいて、拡散板２
０９を出て被検体２１１で反射し、結像レンズ２１４を
経て撮像素子２１５に達する光線の入射角θ₀ は、基板
の両端における最大値θ_0maxと最小値θ_0minの間で連続
的に変化する。

【００１６】ここで、膜厚むらの観察を例にとると、薄
膜（＝レジスト）の屈折率をｎ，膜厚をｈ，照明光（単
色）の波長をλ₀ ，（Snell の法則で決まる）薄膜内部
の光線の屈折角を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
線になる条件は ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀ ＝ｍλ₀ ，ｍ＝０，±１，±２， (1) で表される（ｍ；干渉次数）。つまり、照明光の入射角
θ₀ が変化する図２９の配置では、被検体２１１の膜厚
が全面で均一であったとしても、入射角θ₀ の分布に従
って被検体上に明暗の分布ができてしまう。そして、膜
厚むらはその明暗の中に、ある場所では明るく、また別
の場所では暗く観察される。そこで、従来の検査装置で
は前述のように被検体２１１を揺動回転させて照明の入
射条件を変えながら被検体２１１全面を検査する必要が
ある。

【００１７】しかし、画像処理装置を用いて膜厚むらを
抽出しようとするとき、同じ膜厚むらが場所により異な
って見えたり、入射条件を変えた複数の画像を処理しな
ければならないとすれば、その処理がたいへん複雑で困
難になるであろうことが容易に推測される。

【００１８】段差側面の欠陥検出に関しても同様に、被
検体上の位置により、観察する散乱光が異なることにな
ってしまう。

【００１９】なお、被検体２１１がウェハ程度の大きさ
であれば入射角θ₀ の変化も小さいが、液晶ガラス基板
を一括あるいは２ないし４分割で検査しようとすると、
θ₀の変化はかなり大きくなり、上記の問題は避けられ
なくなる。

【００２０】＜第２の問題点＞被検体２１１に対して垂
直入射の照明が不可能な点である。(1) 式からわかるよ
うに、垂直入射のとき（θ₀ ＝θ′＝Ｏ°）、膜厚むら
の検出感度は最も大きくなる。

【００２１】しかし、拡散板２０９と撮像素子２１５を
図３０のように配置して被検体２１１への入射角θ₀ を
０°に近くした場合、撮像素子２１５の影になる部分は
照明が当たらず、観測できない。

【００２２】また、拡散板２０９と被検体２１１の間に
ハーフミラーを設けて観察光路を折り曲げれば影は無く
なるが、この場合、被検体２１１より大きいハーフミラ
ーが必要になり、広視野化に対応するのが難しくなる。

【００２３】＜第３の問題点＞被検体２１１上の座標取
得が困難な点である。図２９の配置では観察光軸に対し
て被検体２１１が傾いているために、全面のシャープな
像を得るためには、撮像素子２１５の撮像面も傾けなけ
ればならず（シャインプルーフの条件）、同時に被検体
２１１の結像レンズ２１４に近い側ほど倍率の大きな歪
んだ像になる。従って、欠陥の原因解析等のためにその
位置座標を得ようとすれば、座標を較正する手段を講じ
なければならない。

【００２４】＜第４の問題点＞図２７の装置で被検体２
１１上の塵埃２１２を検出する場合、被検体２１１上の
配線パターンによる回折光で全面が光るため、散乱点の
コントラストがあまり上がらず、画像処理で抽出するの
が困難になる点である。

【００２５】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたもので、被検体表面の塵埃，膜厚むら等の欠陥を
単純な画像として観察することができ、従って画像処理
装置と組合わせて自動欠陥検査装置を構成するのが容易
になる表面欠陥検査装置を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、光源と、この光源から
の光を略平行な光束として被検体の表面に照射する照射
手段と、この照射手段からの光束を被検体の表面に照射
することによりこの被検体の表面から正反射または散乱
される光を集光する集光手段と、この集光手段を介して
前記被検体の表面を観察する観察手段と、を具備した表
面欠陥検査装置である。

【００２７】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、前記光源は、任意に選択可能な中心波長を
もつ狭帯域光源である、請求項１記載の表面欠陥検査装
置である。

【００２８】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、前記照射手段と前記集光手段は、同一光学
部材で兼用されている、請求項１記載の表面欠陥検査装
置である。

【００２９】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、前記観察手段は、前記照射手段からの光束
を前記被検体の表面に照射することによりこの被検体の
表面から正反射される光のみに基づき前記被検体の表面
を観察するものである、請求項１記載の表面欠陥検査装
置である。

【００３０】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、前記観察手段は、前記照射手段からの光束
を前記被検体の表面に照射することによりこの被検体の
表面から散乱される光のうち略同一の出射方向の光束の
みに基づき前記被検体の表面を観察するものである、請
求項１記載の表面欠陥検査装置である。

【００３１】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、前記光源は、中央部が遮蔽された円環状の
発光部を有するものであり、前記観察手段は、前記照射
手段、前記被検体および前記集光手段を介して前記光源
の中央部の遮蔽部と略共役な位置および形状になる入射
瞳を有するものである、請求項１記載の表面欠陥検査装
置である。

【００３２】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、前記観察手段は、前記照射手段、前記被検
体および前記集光手段を介して前記光源の発光部と略共
役な位置および形状になる遮蔽体を有するものである、
請求項１記載の表面欠陥検査装置である。

【００３３】前記目的を達成するため、請求項８に対応
する発明は、被検体の観察視野外に複数個配置され、前
記被検体の表面を斜め方向から照明して散乱光を得る照
明手段と、前記被検体からの散乱光を観察する観察手段
と、を具備した表面欠陥検査装置である。

【００３４】

【作用】請求項１〜請求項８に対応する発明によれば、
被検体表面の塵埃，膜厚むら等の欠陥を単純な画像とし
て観察することができ、従って画像処理装置と組合わせ
て自動欠陥検査装置を構成するのが容易になる。

【００３５】特に、請求項１に対応する発明によれば、
全視野を同じ条件で観察できる。

【００３６】請求項１〜４に対応する発明によれば、被
検体の膜厚むらを検出できる。

【００３７】請求項１〜３および５〜７に対応する発明
によれば、被検体表面のパターン化された層の段差側面
に関する欠陥を検出できる。

【００３８】さらに、請求項８に対応する発明によれ
ば、被検体の塵挨または傷を検出できる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００４０】初めに、被検体の膜厚むらおよび塵挨、傷
を検出するための実施例を説明する。

【００４１】＜第１実施例＞図１は本発明の表面欠陥検
査装置の第１実施例の光学系の側面図である。膜厚むら
検出用の光源であるハロゲンランプ２を出た光束は熱線
吸収フィルタ３を経て、コンデンサレンズ４で平行光束
群に変換される。これらはランプハウス１に一体となっ
ている。

【００４２】回転ホルダ５には、複数の狭帯域干渉フィ
ルタ（図示せず）が収められており、これをモータ（図
示しない）で回転することにより、所望の干渉フィルタ
を光路内に挿入することができる。

【００４３】観察する薄膜の屈折率ｎは、１．６２（ポ
ジレジスト），厚さｈは１．５μｍ程度であるから、干
渉の光路差は２ｎｈ〜５μｍ程度である。そこで照明光
のコヒーレント長λ₀ ² ／Δλ（λ₀ 〜０．６μｍ；中
心波長，Δλ；スペクトルの半値幅）が５μｍより十分
大きくなるように、Δλ＝１０ｎｍの干渉フィルタを使
用している。中心波長λ₀ の可変範囲は、膜厚の均一な
部分の干渉次数が１だけ変化する範囲にとれば、(1) 式
の任意のφに対して、膜厚が均一な領域を干渉縞の明線
と暗線の間で自在に設定することができる。即ち、可変
範囲をλ₀₁からλ₀₂（λ₀₁＜λ₀₂）とすれば(1) 式よ
り、 ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀₁＝（ｍ＋１）λ₀₁ ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀₂＝ｍλ₀₂ (2) が成立することであり、ｎとφの波長依存を無視し、
θ′＝０として両式よりｍを消去すれば、 １／２ｎｈ＝１／λ₀₁−１／λ₀₂ (3) を得る。

【００４４】つまり、検査する薄膜の光学的厚さｎｈが
小さいほど、広い可変範囲が必要になる。そこで、検査
対象となるすべての薄膜のうち、最小の光学的厚さｎｈ
をもつものに合わせてλ₀ の可変範囲を設定しておけ
ば、薄膜より下層の構成に関わらず（つまりφが変化し
ても）どの薄膜に対しても、膜厚の均一な領域を任意の
干渉縞（例えば暗線）にする中心波長λ₀ を選択するこ
とができる。

【００４５】本実施例ではｎ＝１．６２，ｈ＝１．１μ
ｍに対応できるように、λ₀ の範囲を５５０ｎｍから６
５０ｎｍとし、その間で１０ｎｍ間隔で中心波長を選べ
るようにしている。従って、回転ホルダは５は１１枚の
干渉フィルタと、白色光照明用の空穴１つを備えてい
る。干渉フィルタで狭帯域光化された光束は集光レンズ
６でファイバ束７の端面に集光される。

【００４６】照明光をファイバ束７で導くのは、ランプ
ハウス１から集光レンズ６までの光源部を装置全体の下
部に設置して、調整と保守を容易にするためである。フ
ァイバ束７を出射した光束は拡散板９で強度分布を平均
化された２次光源となる。絞り１０は無用な光束を遮る
ものであり、これらは２次光源部８として一体化されて
いる。拡散板９はコリメータレンズ１２の焦平面上に設
置されており、ハーフミラー１１で反射した光束はコリ
メータレンズ１２で平行光束となり、被検体２１に垂直
入射する。

【００４７】コリメータレンズ１２は１回の検査視野
（液晶ガラス基板の全面あるいは何分割かしたうちの１
面）を覆う径をもち、被検体２１から一定の間隔をおい
て設置される。観察系（後述）の結像性能に関してはこ
の間隔は小さいほど有利であるが、コリメータレンズ表
面の塵埃を検出しないためと、後述の散乱点検出の照明
光を通すために、数cmから１０数cmの間隔をとってい
る。被検体２１で反射した光束は再びコリメータレンズ
１２を通って収束光となり、ハーフミラー１１を通過し
た成分が結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１３は
被検体２１表面の像をモノクロのＣＣＤ１４の撮像面上
に結像する。このとき、結像レンズ１３を、その入射瞳
がコリメータレンズ１２の焦平面近傍（即ち、拡散板９
とほぼ共役の位置）に位置するように設置すると、被検
体２１で反射した光束が効率よく集められ、均一な照度
の観察視野を得ることができる。

【００４８】周期的な配線パターンをＣＣＤで撮像する
とき、ＣＣＤの画素周期と配線パターン像の周期がほぼ
一致すると、撮像画像にモアレが発生してしまうため、
結像レンズ１３の焦点距離を適当に選んで、モアレの発
生しない観察倍率にする必要がある。そこで本実施例で
は、結像レンズ１３としてズームレンズを採用し、様々
な配線パターン周期に対応可能にしている。ただし、ズ
ーミングすると結像レンズ１３の入射瞳位置が変わるた
め、それを相殺して入射瞳を前述した位置に戻すため、
結像レンズ１３とＣＣＤ１４を光軸方向へ移動する平行
移動ステージ（図示しない）を備えている。また、ＣＣ
Ｄの画素周期は一般に水平方向と垂直方向で異なるか
ら、ＣＣＤを光軸を回転軸として回転することにより、
モアレが消える場合もあるので、そのための回転ステー
ジを設けてもよい。板１５と１６は、ハーフミラー１１
を透過した照明光により無用の物が照明されて被検体像
と重畳した像がＣＣＤ１４撮像面上にできるのを防ぐた
めのものであり、表面に黒色塗装などの反射防止処理を
した平面板である。

【００４９】一方、塵埃検出用の光源部１７は図示しな
いハロゲンランプと熱線吸収フィルタ，集光レンズを内
部に含み、ライン照明１８のファイバ束端面に白色光束
を入射する。ライン照明１８は、出射側でファイバ束中
の各ファイバを２列直線状に３０cmの長さで並べたもの
で、半円柱形状の集光レンズ１９と併せて薄いシート状
の照明光をつくる。集光レンズ１９の断面を図５に示
す。同レンズはアクリル円柱を半切し、その切断面にア
ルミニウムを蒸着して反斜面Ｂとしたものであり、ライ
ン照明１８のファイバ端Ａから出射した光束を平行に近
い光束Ｃにして出射する。集光レンズ１９をこのような
形状にしたのは、被検体２１への入射角を９０°に近く
したときに、ライン照明１８と集光レンズ１９が、被検
体２１およびそれを搬送するステージ（図示しない）と
干渉しないようにするためである。

【００５０】さらに図２および図３によりライン照明の
配置を説明する。図２はライン照明１８と被検体２１，
コリメータレンズ１２の位置関係を示しており、１枚の
被検体２１を４分割で検査する例である。破線２３は被
検体２１の移動範囲である。４台のライン照明１８は、
観察視野２２の中心Ｏとの距離L を一定に保ちつつ、Ｏ
を回転軸として被検体２１に対する入射方向φをΔφの
範囲で可変する移動ステージ（図示しない）に各々載置
されており、被検体２１の種類毎に、配線パターンから
の回折光が観察系に最も入射しない適切な入射方向φに
設定される。

【００５１】被検体２１に対して同じ入射方向φになる
ように対称な位置に４台のライン照明１８を設置したの
は、相補って観察視野２２内をほぼ均一に照明するため
と、被検体２１の表面の傷のように方向性をもった欠陥
の検出感度異方性を補うためである。

【００５２】図３は入射方向φの設定をライン照明１８
の中心Ｏ′を回転軸として行う別の例である。図３の方
法は可変範囲Δφを大きくとれる利点があり、図２の方
法はライン照明１８による照野の中心線が常に観察視野
２２の中心を通るため照明効率の点で有利である。ライ
ン照明１８の設定は、被検体の種類や大きさに応じて図
２または図３ないしは両者の折衷案を採用すればよい。

【００５３】ここで、再度図１に戻って説明を続ける。
ライン照明１８で照明された被検体２１は、膜厚むら検
出と同じ結像レンズ１３とＣＣＤ１４で撮像される。こ
のとき、微弱な散乱光の減衰を防ぐために、ハーフミラ
ー１１を平行移動ステージ（図示しない）により、紙面
と垂直な方向へ移動し、観察光路から外す。ハーフミラ
ー１１が厚く、光路長の変化が無視できないときは、材
質と厚さが等しく表面に反射防止コートを施した補償板
を、ハーフミラー１１の代わりに光路に挿入すればよ
い。

【００５４】また、コリメータレンズ１２は被検体２１
全面から等しい散乱角の、つまり被検体２１に対して垂
直方向の散乱光を集めて結像レンズ１３の入射瞳に導く
作用をもつ。しかし、コリメータレンズ１２が無くて
も、散乱点の観察は可能であるから、もし必要なら光路
から外してもよい。被検体２１の下に、被検体２１とほ
ぼ平行に一定の間隔をおいて設置された背景板２０は、
前述の板１５，１６と同様に表面に反射防止処理を施し
た平面板である。液晶ガラス基板等の一部透明な被検体
２１を検査する場合、照明光の一部が被検体２１を透過
して背景を照明することは避けられないが、そのような
場合にも欠陥検出を妨害しないような単純な背景をつく
るように背景板２０は作用する。また、被検体２１との
間隔は、被検体を通過したライン照明１８の照明光が背
景板２０に当たらないように数cmの距離をとっている。

【００５５】次に、図４によって制御部と画像処理部の
構成を説明する。画像処理装置３５はホストコンピュー
タ３１の制御によりＣＣＤ１４から検査画像を取込み、
画像処理を行って膜厚むらや塵埃等の欠陥を抽出し、そ
の種類，数，位置，面積等のデータをホストコンピュー
タ３１へ送る。モニタＴＶ３４は検査画像と処理画像を
表示する。画像記憶装置３６は必要に応じて検査画像や
処理画像を保存するものである。各制御部の制御はホス
トコンピュータ３１の指示によりシーケンサ３７が行
う。光学系制御部３８は、干渉フィルタの回転ホルダ
５，ハーフミラー１１の移動ステージなどの光学系可動
機構と光源２および１７の光量を制御する。ステージ制
御部３９は、被検体２１を真空吸着・支持して、被検体
２１を観察視野内に移動する吸着ステージと、その位置
決め機構を制御する。基板搬送制御部４０は被検体を１
枚ずつストッカから取出して前記吸着ステージ上に載置
し、検査後の被検体２１を同ステージからストッカへ戻
す搬送部を制御する。なお、ステージと搬送部は図示し
ていない。作業者はモニタＴＶ３０に表示されるメニュ
ー画面に従ってキーボード３２を操作することにより、
検査装置に必要な指示を与える。メモリ３３は、被検体
の種類毎の検査条件（光学系の設定と画像処理の条件）
や、検査データ等を保存するものである。

【００５６】続いて、主に図４と図１により、本実施例
の検査装置の動作を説明する。作業者がキーボード３２
により被検体２１の種類とともに検査開始を指示する
と、メモリ３３に予め保存されている検査条件の中か
ら、その被検体２１に該当する条件がホストコンピュー
タ３１に読み込まれ、シーケンサ３７を介して光学系制
御部３８が光学系の設定を行う。

【００５７】この光学系制御部３８で設定されるのは、
干渉フィルタの選択，ライン照明１８の入射方向，結像
レンズ１３のズーミングとそれに伴う光軸方向の移動・
位置決めである。次にストッカから搬送部によって１枚
めの被検体２１が取出され、吸着ステージに載置され
る。吸着ステージは、被検体２１を４分割で検査する場
合、被検体２１を吸着固定した後、図２のようにその４
分の１が観察視野の中央にくるように移動し、位置決め
する。検査は初めにハロゲンランプ２を点灯し、その光
量を前記検査条件により調整する。

【００５８】光量が所定値に達したらＣＣＤ１４から検
査画像を画像処理装置３５に取込む。このとき検査画像
１０１は図６のように、被検体２１の縁１０２を含み、
被検体内は膜厚の均一な暗い領域の中に、膜厚むらの部
分１０４だけが明るくなった画像となっている。画像処
理装置３５はこの画像から検査領域１０３だけをマスキ
ングで取出し、シェード補正，二値化処理等を経て膜厚
むらの部分１０４だけを抽出し、その位置，面積等のデ
ータをホストコンピュータ３１へ送る。次にハロゲンラ
ンプ２を消灯し、光源部１７を点灯すると共に、ハーフ
ミラー１１を光路から外す。このとき検査画像１０５は
図７のようになり、暗い領域の中に、塵埃による散乱点
１０８だけが明るく見えている。これより同様の画像処
理により散乱点１０８だけを抽出し、その位置等のデー
タをホストコンピュータ３１へ送る。画像処理の過程は
前記検査条件で規定されている。

【００５９】なお、ハロゲンランプ２と光源部１７の光
量を適当に調整して同時点灯することにより、膜厚むら
と塵埃による散乱点を同一の検査画面で取得することも
可能である。被検体２１の残りの４分の３の領域も同様
に検査される。

【００６０】１枚の被検体２１の検査が終了すると、ホ
ストコンピュータ３１は４分割で検査された被検体２１
の欠陥データを総合し、欠陥の種類，数等を前記検査条
件に含まれている検査基準と照らし合わせて、被検体２
１の良否を判定する。検査された被検体２１は搬送部に
より、吸着ステージから良否に分かれた検査済みストッ
カへ送られ、１枚の検査を終了する。以上の動作の中
で、ハロゲンランプ２と光源部１７の点灯と消灯は、光
路中に設けたシャッタの開閉によって行ってもよい。

【００６１】上記の実施例では膜厚むら検査用の準単色
光の中心波長を可変とするために、ハロゲンランプ２と
回転ホルダ５に挿入支持される干渉フィルタの組合わせ
を用いているが、干渉フィルタの代わりにモノクロメー
タなどを使用したり、あるいは元々準単色光であるレー
ザ等の光源を用いてもよい。また、干渉フィルタは光源
側ではなく結像レンズ１３の前面に載置してもよい。

【００６２】＜第２実施例＞図１の光学系は以下のよう
に変形することも可能である。

【００６３】図８は本発明の第２実施例を示すもので、
照射手段および集光手段は、１つコリメータレンズ１２
からなり、被検体２１の直前に配置され、かつ該被検体
２１の観察視野とほぼ等しい大きさであって光源すなわ
ちファイバ束７からの光を略平行な光束として該被検体
２１に照射するとともに、該被検体２１の表面からの反
射光を通過させる。

【００６４】ファイバ束７はコリメータレンズ１２の焦
平面近傍に配置され、コリメータレンズ１２に狭帯域光
を入射する。

【００６５】観察手段は結像レンズ１３とＣＣＤ１４か
らなり、コリメータレンズ１２の光軸を中心にファイバ
束７と軸対称の位置に入射瞳を有し、被検体２１の表面
を観察するものである。

【００６６】このように構成された第２実施例において
も、被検体２１の近傍に、観察視野とほぼ等しい大きさ
のコリメータレンズ１２を備えたことにより、全視野を
等しい入射角で照明して、膜厚むらを等厚干渉縞として
観察できる。また、図１の実施例のハーフミラー１１が
不要になるという利点がある。

【００６７】＜第３実施例＞図９は本発明の第３実施例
の光学系を示すもので、以下に述べる光源、照射手段、
集光手段および観察手段から構成されている。照射手段
および集光手段は、ハーフミラー１１と第１および第２
のコリメータレンズ１２，１２´からなっている。

【００６８】狭帯域光束を導くファイバ束７の出射端面
がコリメータレンズ１２の焦点近傍に配置されている。
ハーフミラー１１は被検体２１の表面に対してほぼ４５
度に傾斜した状態に配置され、光を反射または透過させ
るものである。コリメータレンズ１２は、ファイバ束７
からの光を略平行にしてハーフミラー１１を介して被検
体２１に照射する。コリメータレンズ１２´は、被検体
２１の表面からの反射光の光軸とその光軸が一致するよ
うに配置され、被検体２１の表面からの反射光を集光さ
せる。

【００６９】観察手段は結像レンズ１３とＣＣＤ１４か
らなり、ＣＣＤ１４はコリメータレンズ１２´の焦点近
傍に配置され、被検体２１の表面を観察するものであ
る。

【００７０】この第３実施例によれば、第１実施例と同
様の効果が得られる。

【００７１】＜第４実施例＞図１０は本発明の第４実施
例の光学系を示すもので、第１のコリメータレンズ１２
が被検体２１の表面に対してその光軸を傾けて配置さ
れ、狭帯域光源であるファイバ束７からの光を略平行な
光束として該被検体２１に照射するものである。第２の
コリメータレンズ１２´が、被検体２１の表面からの反
射光の光軸とその光軸が一致するように配置されるもの
である。

【００７２】コリメータレンズ１２´の焦点近傍に結像
レンズ１３、ＣＣＤ１４が配置され、これにより被検体
２１の表面を観察できるようになっている。

【００７３】この第４実施例によれば、第３実施例と同
様な効果が得られるばかりでなく、図９の実施例のハー
フミラー１１が不要になるという利点がある。

【００７４】＜第５実施例＞次に、被検体表面のパター
ン化された層の段差側面に関する欠陥を検出するための
実施例について説明する。

【００７５】図１１は本発明の第５実施例の光学系を示
す図であり、図示しない光源であるハロゲンランプを出
た光束は、干渉フィルタを通して狭帯域光にされた後、
ファイバ束７に入射するようになっている。

【００７６】ファイバ束７の出射端面は、コリメータレ
ンズ１２の後側焦平面上の、コリメータレンズ１２の光
軸上でない位置に設置されている。この出射端面は移動
ステージ（図示せず）により同焦平面上を移動できるよ
うになっており、コリメータレンズ１２の光軸に対する
照明中心光線の角度θ_o を任意の値に設定することがで
きる。コリメータレンズ１２は、その光軸が被検体に対
して垂直になるように、かつ被検体と適度な間隔をおい
て設置される。コリメータレンズ１２は、被検体２１の
検査領域を覆う大きさとなっている。

【００７７】図１１のように構成することにより、ファ
イバ束７から出射した光束はコリメータレンズ１２で平
行光束となり、入射角θ_o で被検体２１を照明する。被
検体２１で正反射した光束は再びコリメータレンズ１２
を通って集束点２９に集束する。

【００７８】第５実施例では、正反射光は不要であるの
で、散乱光の観察に悪影響を与えないようにトラップす
る（図示せず）。

【００７９】一方、被検体２１から垂直方向へ出射した
散乱光（図１１の破線）はコリメータレンズ１２で集め
られ、その後側焦点に集束する。その近傍に入射瞳が位
置するように結像レンズ１３を設置し、ＣＣＤ１４の撮
像面に被検体２１の像を結像させる。なお、前述の理由
により、結像レンズ１３としてズームレンズを採用して
いる。

【００８０】次に、図１１の制御部と画像処理部の構成
について説明するが、図４とほぼ同じであるので、図４
を参照して説明する。画像処理装置３５はホストコンピ
ュータ３１の制御によりＣＣＤ１４から検査画像を取込
み、画像処理を行って欠陥を抽出し、その種類、数、位
置、面積等のデータをホストコンピュータ３１へ送る。
モニタＴＶ３４は検査画像と処理画像を表示する。

【００８１】画像記憶装置３６は必要に応じて検査画像
や処理画像を保存するものである。各制御部の制御はホ
ストコンピュータ３１の指示によりシーケンサ３７が行
う。光学系制御部３８は、光源の光量、ファイバ束７の
出射端面位置などを制御する。ステージ制御部３９は、
被検体２１を真空吸着・支持して、被検体２１を観察視
野内に移動する吸着ステージと、その位置決め機構を制
御する。基板搬送制御部４０は被検体を１枚ずつストッ
カから取出して前記吸着ステージ上に載置し、検査後の
被検体２１を同ステージからストッカへ戻す搬送部を制
御する。

【００８２】なお、ステージと搬送部は図示していな
い。作業者はモニタＴＶ３０に表示されるメニュー画面
に従ってキーボード３２を操作することにより、検査装
置に必要な指示を与える。メモリ３３は、被検体の種類
毎の検査条件（光学系の設定と画像処理の条件）や、検
査データ等を保存するものである。

【００８３】続いて、第５実施例の検査装置の動作を説
明する。作業者がキーボード３２により被検体２１の種
類とともに検査開始を指示すると、メモリ３３に予め保
存されている検査条件の中から、その被検体２１に該当
する条件がホストコンピュータ３１に読み込まれ、シー
ケンサ３７を介して光学系制御部３８が光学系の設定を
行う。

【００８４】この光学系制御部３８で設定されるのは、
光源の光量、ファイバ束１の出射端面位置、結像レンズ
１３のズーミングとそれに伴う光軸方向の移動・位置決
めである。次にストッカから搬送部によって１枚めの被
検体２１が取出され、吸着ステージに載置される。吸着
ステージは、被検体２１を吸着固定した後、観察視野の
中央にくるように移動し、位置決めする。

【００８５】続いて、ＣＣＤ１４から検査画像を画像処
理装置３５に取込む。このとき検査画像５０は例えば図
１２のように、被検体の縁５１を含み、被検体２１内は
欠陥のない均一輝度領域の中に、側面欠陥の部分５３だ
けが異なる輝度になった画像となっている。画像処理装
置３５はこの画像から検査領域５２だけをマスキングで
取出し、シェード補正、二値化処理等を経て欠陥の部分
５３だけを抽出し、その位置、面積等のデータをホスト
コンピュータ３１へ送る。

【００８６】このようにして１枚の被検体２１の検査が
終了すると、ホストコンピュータ３１は欠陥の種類、数
等を前記検査条件に含まれている検査基準と照らし合わ
せて、被検体２１の良否を判定する。そして、検査され
た被検体２１は搬送部により、吸着ステージから良否に
分かれた検査済みストッカへ送られる。

【００８７】第５実施例では光源としてハロゲンランプ
を用いたが、その代わりにレーザやメタルハライドラン
プのような高輝度の光源を用いてもよい。さらに、照明
光をファイバ束７で導かずに光源を直接コリメータレン
ズ１２の後側焦平面に設置してもよい。また、干渉フィ
ルタは光源側ではなく、結像レンズ１３の前面に載置し
てもよい。

【００８８】＜第６実施例＞図１１の光学系は以下のよ
うに変形することも可能である。図１７は第６実施例の
光学系を示す図であり、結像レンズ１３とＣＣＤ１４を
コリメータレンズ１２の光軸から外した位置に設置し、
かつ、観察角度θは被検体２１の正反射の方向から外し
てある。このとき結像レンズ１３の入射瞳がコリメータ
レンズ１２の後側焦平面の近傍に位置していることは、
第５実施例の図１１と変わりない。

【００８９】この実施例では、ので、図１１の実施例に
比べて観察の自由度をより大きくとることができる。

【００９０】＜第７実施例＞図１８は第７実施例の光学
系を三角法で示すもので、（ａ）はその正面図であり、
（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその平面図であ
る。この例では複数（図１８では２個）の照明光を導く
ファイバ束７，７′を設けて、入射角θ₁ ，θ₂ と入射
方向φ₁ ，φ₂ を自由に設定できるようにしている。被
検体２１上のレジストパターンは２次元的に広がってい
るから、複数の照明により異なる方向の段差側面を同時
に照明することで、欠陥検出の感度を改善することがで
きる。

【００９１】＜第８実施例＞図１９は第８実施例の光学
系を示すもので、コリメータレンズ１２と結像レンズ１
３の間にハーフミラー１１を設け、ファイバ束７からの
照明光はこのハーフミラー１１で反射して被検体２１を
照明するようにしている。この例では結像レンズ１３が
コリメータレンズ１２の光軸上に位置しているのに対
し、ファイバ束７の出射端面が角度θ_o だけ光軸から外
してある。

【００９２】前述の図１１の第５実施例では角度θ_o を
小さくしていくとファイバ束７と結像レンズ１３が当た
ってしまうため、θ_o に下限があるが、この例ではその
ような制限はなく、正反射光のごく近傍の散乱光を観察
することができる。

【００９３】＜第９実施例＞図２０は第９実施例の光学
系を示す図であり、照明光のために独立のコリメータレ
ンズ１２′を設け、ファイバ束７の出射端面をその前側
焦点に設置している。コリメータレンズ１２′はその光
軸に対して回転対称であり、これにより被検体２１を入
射角θ_o の平行光束で照明する。この例は、正反射に対
して大きな角度を隔てた散乱光を観察するのに有利であ
る。

【００９４】＜第１０実施例＞図２１は本発明の第１０
実施例の光学系を示す側面図である。図示しない光源で
あるハロゲンランプを出た光束はファイバ束７に入射す
る。ファイバ束７の出射端面から出た光束は、ハーフミ
ラー１１を介してコリメータレンズ１２の後側焦点近傍
に位置する拡散板４２に入射する。

【００９５】この拡散板４２の中心部は、図２２に示す
ように後述する結像レンズ４５の入射瞳よりわずかに大
きい径の光を通さない遮蔽板４３で遮蔽され、以上で円
環状の光源部を構成している。

【００９６】光源部を出た光束はコリメータレンズ１２
の光軸に対して４５℃の角度に設置されたハーフミラー
１１で反射し、コリメータレンズ１２により平行光束群
となって被検体２１を照明する。このコリメータレンズ
１２は、被検体２１の検査領域を覆う大きさをもち、そ
の光軸が被検体２１に対して垂直になるように、かつ被
検体２１と適度な間隔をおいて設置されている。被検体
２１で正反射した光は再びコリメータレンズ１２を通っ
て収束光となる。

【００９７】このうち、ハーフミラー１１を透過した光
束は、拡散板４２と共役な位置にある、図２３に示す遮
蔽板４４上に、光源の円環状の像をつくる。この遮蔽板
４４は結像レンズ７の周囲にあり、結像レンズ４５を通
らずにＣＣＤ１４の撮像面に達する光を遮るはたらきを
する。従って、結像レンズ４５が通常のＴＶ撮影レンズ
のようにＣＣＤ１４にねじ込まれる型式であれば、この
遮蔽板は不要である。さて、光源部の中央部に遮蔽板４
３があるので、被検体２１からの正反射光は結像レンズ
４５に入射せず、正反射光近傍の散乱光だけが結像レン
ズ４５に入射し、被検体２１の像をＣＣＤ１４撮像面上
につくる。

【００９８】このように第１０実施例では、１つの照明
手段で、観察手段の光軸に対して回転対称な平行光束群
をつくり、被検体２１を照明することができる。従って
被検体２１を、正反射近傍のあらゆる方向の散乱光によ
り同時に観察できる。

【００９９】なお、この実施例は後述する、結像レンズ
の中央部を遮蔽する構成に比べて、結像レンズの入射瞳
を広く使えるため検査画像の明るさの点で有利である。

【０１００】以上述べた第１０実施例で光源をハロゲン
ランプからメタルハライドランプ等の高輝度光源に換え
ると、より高い検出能力が得られる。また光源部はリン
グ状の光源を直接、拡散板４２の代わりに置いてもよ
い。さらに光量に余裕があれば、光源部に干渉フィルタ
を挿入すると、コリメータレンズ１２に色収差がある場
合にも遮蔽板４３による遮蔽をうまく行うことができ
る。

【０１０１】＜第１１実施例＞図２４は第１１実施例の
光学系を示すもので、図２１とほぼ同様に構成され、光
源部を構成するファイバ束７、拡散板４２、遮蔽板４３
と、結像レンズ４５およびＣＣＤ１４をコリメータレン
ズ１２の光軸から外した位置に設置している。ここで、
拡散板４２および遮蔽板４３と、結像レンズ４５および
遮蔽板４４がコリメータレンズ１２の後側焦平面の近傍
にあり、互いに共役な位置関係にあることは第１０実施
例と同様である。この実施例ではハーフミラーが不要で
あるため光量の点で有利であり、また照明および観察す
る角度にいくらかの自由度が与えられる。

【０１０２】＜第１２実施例＞図２５は第１２実施例の
光学系を示すもので、照明光のために独立のコリメータ
レンズ１２′を設け、拡散板４２および遮蔽板４３をそ
の前側焦点近傍に設置している。結像レンズ４５および
遮蔽板４４は、第２のコリメータレンズ１２の後側焦点
近傍にあり、第１，第２のコリメータレンズ１２′，１
２と被検体２１を介して拡散板４２および遮蔽板４３と
互いに共役な位置関係にある。

【０１０３】この実施例では、第１１実施例よりさらに
大きな入射角の照明光の下で被検体２１からの正反射近
傍の散乱光を観察することができる。このような照明光
の入射角は、検査対象となる被検体２１の種類（例えば
パターン段差側面の傾斜角度など）によって最適値が異
なるため、それに適した光学系を選択する必要がある。

【０１０４】＜第１３実施例＞図２６は本発明の第１３
実施例の光学系を示す側面図である。この実施例が図２
１の光学系と異なるのは、光源部としてファイバ束７の
出射端面がコリメータレンズ１２の後側焦点近傍にあ
り、結像レンズ４５の直前のそれと共役な位置に遮蔽板
４３を設置している点である。遮蔽板４３はファイバ束
７の出射端面よりわずかに大きい径をもつ。従って、被
検体２１からの正反射光はこの遮蔽板４３で遮られ、正
反射光近傍の散乱光だけが結像レンズ４５に入射し、Ｃ
ＣＤ１４の撮像面上に被検体２１の像を結ぶ。被検体２
１を正反射近傍のあらゆる方向の散乱光により同時に観
察できる点は、図２１の実施例と同じであり、従って得
られる画像や効果も同様である。そして、図２４ないし
は図２５のように変形できる点も同様である。

【０１０５】なお、以上述べた第５〜第１３実施例の光
学系は、第１〜第４実施例の光学系と、コリメータレン
ズと、結像レンズ、ＣＣＤを共用して組合わせることが
できる場合がある。その場合、１台の欠陥検査装置で照
明を切換えることにより被検体の膜厚むら、塵埃、傷お
よびパターン段差側面の欠陥をすべて検出することが可
能となる。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、全視野を等しい条件
で、即ち被検体を等しい入射角で照明し、被検体から等
しい方向に反射ないし散乱する光により被検体を観察で
きる。

【０１０７】また、本発明によれば、照明の狭帯域光源
の中心波長を選択することにより、被検体の種類にかか
わらず、膜厚が均一な部分と膜厚むらのある部分を任意
の輝度差にすることができる。この狭帯域光源は、被検
体からの反射ないし散乱光の波長の依存性や光学系の色
収差を除去し、画像を改善する効果もある。

【０１０８】なお、本発明によれば、膜厚むら、塵埃、
傷およびパターン段差側面などの各欠陥に対して最適な
観察条件を設定できる。

【０１０９】以上により、欠陥検査の画像が単純で高感
度になり、従って画像処理装置と組合わせて自動欠陥検
査装置を構成するのが容易になる表面欠陥検査装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面欠陥検査装置の第１実施例の光学
系を示す側面図。

【図２】図１の実施例のライン照明の配置を説明するた
めの平面図。

【図３】図１の実施例のライン照明の配置を説明するた
めの平面図。

【図４】図１の制御部と画像処理部の構成を説明するブ
ロック図。

【図５】図１のライン照明用集光レンズの説明図。

【図６】図１の検査画像を説明するための図。

【図７】図１の検査画像の説明図。

【図８】本発明の表面欠陥検査装置の第２実施例の光学
系を示す側面図。

【図９】本発明の表面欠陥検査装置の第３実施例の光学
系を示す側面図。

【図１０】本発明の表面欠陥検査装置の第４実施例の光
学系を示す側面図。

【図１１】本発明の表面欠陥検査装置の第５実施例の光
学系を示す側面図。

【図１２】図１１の動作を説明するための図。

【図１３】本発明の被検体を説明するための図。

【図１４】本発明の被検体を説明するための図。

【図１５】本発明の被検体を説明するための図。

【図１６】本発明の被検体を説明するための図。

【図１７】本発明の表面欠陥検査装置の第６実施例の光
学系を示す側面図。

【図１８】本発明の表面欠陥検査装置の第７実施例の光
学系を示す側面図。

【図１９】本発明の表面欠陥検査装置の第８実施例の光
学系を示す側面図。

【図２０】本発明の表面欠陥検査装置の第９実施例の光
学系を示す側面図。

【図２１】本発明の表面欠陥検査装置の第１０実施例の
光学系を示す側面図。

【図２２】図２１の作用効果を説明するための図。

【図２３】図２１の作用効果を説明するための図。

【図２４】本発明の表面欠陥検査装置の第１１実施例の
光学系を示す側面図。

【図２５】本発明の表面欠陥検査装置の第１２実施例の
光学系を示す側面図。

【図２６】本発明の表面欠陥検査装置の第１３実施例の
光学系を示す側面図。

【図２７】従来の技術を説明するための図。

【図２８】従来の技術を説明するための図。

【図２９】従来の技術を説明するための図。

【図３０】従来の技術を説明するための図。

【符号の説明】

１…ランプハウス、２…ハロゲンランプ、３…熱線吸収
フィルタ、４…コンデンサレンズ、５…回転ホルダ、６
…集光レンズ、７…ファイバ束、８…２次光源部、９…
拡散板、１０…絞り、１１…ハーフミラー、１２，１
２′…コリメータレンズ、１３…結像レンズ、１４…Ｃ
ＣＤ、１５，１６…板、１７…光源部、１８…ライン照
明、１９…集光レンズ、２０…背景板、２１…被検体。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１１月２７日（２００２．１１．
２７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 表面欠陥検査装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェハあるいは液晶
ガラス基板等の製造プロセスラインにおける該ウェハあ
るいは液晶ガラス基板等のような、表面に薄膜を有する
被検体あるいは表面が平面である被検体の表面の欠陥を
検査する表面欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル等のフォト・リソグラフィ・
プロセスラインにおいて、基板表面に塗布したレジスト
に膜厚のむら、あるいは塵埃の付着等の欠陥があると、
エッチング後にパターンの線幅不良や、パターン内のピ
ンホールなどの不良となって現れる。そこで、一般にエ
ッチング前の基板について前記欠陥の有無を全数検査す
ることが行われている。

【０００３】従来、このような欠陥検査は、投光装置に
より基板（以下、被検体と呼ぶ）を照明し、目視で欠陥
を探す方法が採られていた。このような用途に適した検
査用投光装置の一例として、本出願人が先に出願した
（特願平４−３１９２２号明細書）の装置の概要を、図
２７および図２８を参照して説明する。

【０００４】高輝度光源２０１からの光束は、熱線吸収
フィルタ２０３を通り、拡散板２０４で均一照明光とさ
れた後、干渉フィルタ２０５でスペクトル幅を制限され
た光束（以下、狭帯域光と呼ぶ）となる。続いて、平面
鏡２０６で反射され、大口径フレネルレンズ２０７およ
び２０８で収束光束に変換されてから被検体２１１を照
明する。フレネルレンズ２０８の直後には液晶拡散板２
０９があり、通常は拡散板として作用するので、被検体
２１１は大きな面光源からの拡散光で照明されることに
なる。

【０００５】一方、図２７に示すように電源２１０によ
り液晶拡散板２０９に電圧を印加すると無色透明にな
り、このとき被検体２１１は収束光で照明される。

【０００６】このような構成の検査用投光装置におい
て、被検体２１１の膜厚のむらについては、図２８に示
す拡散光照明装置の下で検査される。これは、レジスト
の膜厚が変化すると、レジスト表面と裏面からの反射光
の光路差が変化するため、準単色光で照明して観察する
と、膜厚の変化が明暗の干渉縞となり、膜厚のむらを認
識できるものである。

【０００７】被検体２１１に対する塵埃２１２の付着
は、収束光照明（図２７）の下で検査される。即ち、被
検体２１１の平面で反射した光束は、位置Ｓに収束する
ので、それを避けた位置に観察者の眼２１３を置くと、
平面以外の点つまり塵埃２１２で散乱された光だけが目
視で認められる。

【０００８】収束光照明では次のような欠陥も検出され
る。図１３はレジスト現像後の被検体断面の模式図であ
り、基板６０（ガラス板あるいはウェハなど）の上に成
膜層６１があり、その上にパターン化されたレジスト６
２が残っている状態を示している。図１４は、図１３の
一部６５を拡大したもものである。このように被検体の
表面は大きく３つの部分に分けることができる。即ち、
レジスト残膜上の平らな部分Ａとレジストの無い平らな
部分Ｂと、両者の間にある段差の側面ＣおよびＤであ
る。このうち、平らな部分Ａの膜厚むら等の欠陥は、正
反射光を観察する前述した拡散光照明装置で検出でき
る。

【０００９】さて、正常な側面は図１５のＣようになっ
ているのに対し、欠陥部分の側面は例えば図１６のＣの
ように変形している。このように異なる形状は、異なる
光の散乱角度分布を示すため、収束光照明で散乱光によ
り観察すれば、側面ＣおよびＤの欠陥が正常な部分との
輝度の違いとなって認められるのである。

【００１０】一方、膜厚のむらについては、図２９に示
す拡散光照明装置の下で検査される。これは、レジスト
の膜厚が変化すると、レジスト表面と裏面からの反射光
の光路差が変化するため、準単色光で照明して観察する
と、膜厚の変化が明暗の干渉縞となり、膜厚のむらを認
識できるものである。

【００１１】この検査用投光装置は、本出願人が先に出
願して公開された（特開平５−１０９８４９号公報）被
検体の揺動回転機構と組合せて用いられる。つまり実際
の検査では被検体２１１を投光装置で照明するととも
に、揺動回転させて被検体２１１への光束の入・反射角
や、被検体上の周期的なパターンによる回折光の方向を
作業者が調整し、散乱光や干渉した反射光の観察が妨げ
られない状態にしながら、被検体２１１の全面の検査を
行うことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた作業は、作
業者の目視による検査であるため、観察の自由度が大き
く、優れた検査能力を示すことが可能である。しかし一
方、作業者の個人差や、観察状態の違いによる検出能力
のばらつきはどうしても避けることができず、特に検査
が高頻度・長時間に及ぶと作業者の疲労を引き起こし、
一定の検査能力を維持することはさらに困難になる。ま
た、作業者からの発塵も常に問題となっており、同検査
の自動化が望まれていた。

【００１３】自動化の方法として容易に考えられるの
は、図２７ないしは図２８に示した眼２１３の代わり
に、結像レンズとＣＣＤ等の撮像素子を設置して検査画
面を取得し、これを画像処理して欠陥を抽出することで
ある。しかし、この方法は以下に述べる第１〜第４の問
題点を含んでいる。

【００１４】＜第１の問題点＞被検体２１１に対する照
明光の入射角が、場所によって大きく異なる点である。
図２９はこれを説明するためのものであり、図２８を簡
略にしたもので、図中２０９は拡散板、２１１は被検
体、２１４は結像レンズ、２１５は撮像素子である。

【００１５】このような構成のものにおいて、拡散板２
０９を出て被検体２１１で反射し、結像レンズ２１４を
経て撮像素子２１５に達する光線の入射角θ₀ は、被検
体２１１の両端における最大値θ_0maxと最小値θ_0minの
間で連続的に変化する。

【００１６】ここで、膜厚むらの観察を例にとると、薄
膜（＝レジスト）の屈折率をｎ，膜厚をｈ，照明光（単
色）の波長をλ₀ ，（Snell の法則で決まる）薄膜内部
の光線の屈折角を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
線になる条件は ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀ ＝ｍλ₀ ，ｍ＝０，±１，±２， (1) で表される（ｍ；干渉次数）。つまり、照明光の入射角
θ₀ が変化する図２９の配置では、被検体２１１の膜厚
が全面で均一であったとしても、入射角θ₀ の分布に従
って被検体上に明暗の分布ができてしまう。そして、膜
厚むらはその明暗の中に、ある場所では明るく、また別
の場所では暗く観察される。そこで、従来の検査装置で
は前述のように被検体２１１を揺動回転させて照明の入
射条件を変えながら被検体２１１全面を検査する必要が
ある。

【００１７】しかし、画像処理装置を用いて膜厚むらを
抽出しようとするとき、同じ膜厚むらが場所により異な
って見えたり、入射条件を変えた複数の画像を処理しな
ければならないとすれば、その処理がたいへん複雑で困
難になるであろうことが容易に推測される。

【００１８】段差側面の欠陥検出に関しても同様に、被
検体上の位置により、観察する散乱光が異なることにな
ってしまう。

【００１９】なお、被検体２１１がウェハ程度の大きさ
であれば入射角θ₀ の変化も小さいが、液晶ガラス基板
を一括あるいは２ないし４分割で検査しようとすると、
θ₀の変化はかなり大きくなり、上記の問題は避けられ
なくなる。

【００２０】＜第２の問題点＞被検体２１１に対して垂
直入射の照明が不可能な点である。(1) 式からわかるよ
うに、垂直入射のとき（θ₀ ＝θ′＝０°）、膜厚むら
の検出感度は最も大きくなる。

【００２１】しかし、拡散板２０９と撮像素子２１５を
図３０のように配置して被検体２１１への入射角θ₀ を
０°に近くした場合、撮像素子２１５の影になる部分は
照明が当たらず、観測できない。

【００２２】また、拡散板２０９と被検体２１１の間に
ハーフミラーを設けて観察光路を折り曲げれば影は無く
なるが、この場合、被検体２１１より大きいハーフミラ
ーが必要になり、広視野化に対応するのが難しくなる。

【００２３】＜第３の問題点＞被検体２１１上の座標取
得が困難な点である。図２９の配置では観察光軸に対し
て被検体２１１が傾いているために、全面のシャープな
像を得るためには、撮像素子２１５の撮像面も傾けなけ
ればならず（シャインプルーフの条件）、同時に被検体
２１１の結像レンズ２１４に近い側ほど倍率の大きな歪
んだ像になる。従って、欠陥の原因解析等のためにその
位置座標を得ようとすれば、座標を較正する手段を講じ
なければならない。

【００２４】＜第４の問題点＞図２７の装置で被検体２
１１上の塵埃２１２を検出する場合、被検体２１１上の
配線パターンによる回折光で全面が光るため、散乱点の
コントラストがあまり上がらず、画像処理で抽出するの
が困難になる点である。

【００２５】本発明は以上の問題点を解決するためにな
されたもので、正反射光近傍のあらゆる方向の散乱光を
検査することができる表面欠陥検査装置を提供すること
を目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、被検体の上方から拡散
光束を照射する拡散光束照射光源と、この拡散光束照射
光源からの拡散光束を略平行な光束として前記被検体に
照射する平行光束照射光手段と、この平行光束照射手段
の平行光束により照射される前記被検体からの光を集光
する集光手段と、この集光手段を介して前記被検体から
の光を撮像する撮像手段と具備し、前記拡散光束照射光
源は、前記撮像手段の結像レンズの入射瞳よりわずかに
大きい径の遮光領域を有するリング状出射面を前記平行
光束照射手段の後側焦点近傍に位置させ、前記撮像手段
により前記被検体からの散乱光を取り込むことを特徴と
する表面欠陥検査装置である。

【００２７】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前
記拡散光束照射光源は、前記平行光束照射手段の後側焦
点近傍に前記撮像手段の結像レンズの入射瞳よりわずか
に大きい径の遮光領域を形成する遮光板を配置してリン
グ状出射面を構成することを特徴とする請求項１記載の
表面欠陥検査装置である。

【００２８】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前
記拡散光束照射光源は、前記撮像手段の結像レンズの入
射瞳よりわずかに大きい径のリング状出射面を有するリ
ング状光源からなることを特徴とする請求項１記載の表
面欠陥検査装置である。

【００２９】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前
記平行光束照射手段と前記集光手段は、同一のコリメー
タレンズで兼用し、このコリメータレンズの光軸に透過
光路と反射光路に分割する光路分割手段を配置し、この
光路分割手段と前記被検体との間で前記被検体に対する
前記拡散光束照射光源の光軸と前記撮像手段の光軸を一
致させたことを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査
装置である。

【００３０】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、次のようにしたものである。すなわち、前
記平行光束照射手段と前記集光手段は、同一のコリメー
タレンズで兼用し、このコリメータレンズの光軸に対し
て前記被検体に対する前記拡散光束照射光源の光軸を回
転対称にずらして配置したことを特徴とする請求項１記
載の表面欠陥検査装置である。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３２】初めに、被検体の膜厚むらおよび塵挨、傷
を検出するための実施例を説明する。

【００３３】＜第１実施例＞図１は本発明の表面欠陥検
査装置の第１実施例の光学系の側面図である。膜厚むら
検出用の光源であるハロゲンランプ２を出た光束は熱線
吸収フィルタ３を経て、コンデンサレンズ４で平行光束
群に変換される。これらはランプハウス１に一体となっ
ている。

【００３４】回転ホルダ５には、複数の狭帯域干渉フィ
ルタ（図示せず）が収められており、これをモータ（図
示しない）で回転することにより、所望の干渉フィルタ
を光路内に挿入することができる。

【００３５】観察する薄膜の屈折率ｎは、１．６２（ポ
ジレジスト），厚さｈは１．５μｍ程度であるから、干
渉の光路差は２ｎｈ〜５μｍ程度である。そこで照明光
のコヒーレント長λ₀ ² ／Δλ（λ₀ 〜０．６μｍ；中
心波長，Δλ；スペクトルの半値幅）が５μｍより十分
大きくなるように、Δλ＝１０ｎｍの干渉フィルタを使
用している。中心波長λ₀ の可変範囲は、膜厚の均一な
部分の干渉次数が１だけ変化する範囲にとれば、(1) 式
の任意のφに対して、膜厚が均一な領域を干渉縞の明線
と暗線の間で自在に設定することができる。即ち、可変
範囲をλ₀₁からλ₀₂（λ₀₁＜λ₀₂）とすれば(1) 式よ
り、 ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀₁＝（ｍ＋１）λ₀₁ ２ｎｈcos θ′＋( φ／２π) ・λ₀₂＝ｍλ₀₂ (2) が成立することであり、ｎとφの波長依存を無視し、
θ′＝０として両式よりｍを消去すれば、 １／２ｎｈ＝１／λ₀₁−１／λ₀₂ (3) を得る。

【００３６】つまり、検査する薄膜の光学的厚さｎｈが
小さいほど、広い可変範囲が必要になる。そこで、検査
対象となるすべての薄膜のうち、最小の光学的厚さｎｈ
をもつものに合わせてλ₀ の可変範囲を設定しておけ
ば、薄膜より下層の構成に関わらず（つまりφが変化し
ても）どの薄膜に対しても、膜厚の均一な領域を任意の
干渉縞（例えば暗線）にする中心波長λ₀ を選択するこ
とができる。

【００３７】本実施例ではｎ＝１．６２，ｈ＝１．１μ
ｍに対応できるように、λ₀ の範囲を５５０ｎｍから６
５０ｎｍとし、その間で１０ｎｍ間隔で中心波長を選べ
るようにしている。従って、回転ホルダ５は１１枚の干
渉フィルタと、白色光照明用の空穴１つを備えている。
干渉フィルタで狭帯域光化された光束は集光レンズ６で
ファイバ束７の端面に集光される。

【００３８】照明光をファイバ束７で導くのは、ランプ
ハウス１から集光レンズ６までの光源部を装置全体の下
部に設置して、調整と保守を容易にするためである。フ
ァイバ束７を出射した光束は拡散板９で強度分布を平均
化された２次光源となる。絞り１０は無用な光束を遮る
ものであり、これらは２次光源部８として一体化されて
いる。拡散板９はコリメータレンズ１２の焦平面上に設
置されており、ハーフミラー１１で反射した光束はコリ
メータレンズ１２で平行光束となり、被検体２１に垂直
入射する。

【００３９】コリメータレンズ１２は１回の検査視野
（液晶ガラス基板の全面あるいは何分割かしたうちの１
面）を覆う径をもち、被検体２１から一定の間隔をおい
て設置される。観察系（後述）の結像性能に関してはこ
の間隔は小さいほど有利であるが、コリメータレンズ１
２の表面の塵埃を検出しないためと、後述の散乱点検出
の照明光を通すために、数cmから１０数cmの間隔をとっ
ている。被検体２１で反射した光束は再びコリメータレ
ンズ１２を通って収束光となり、ハーフミラー１１を通
過した成分が結像レンズ１３に入射する。結像レンズ１
３は被検体２１表面の像をモノクロのＣＣＤ１４の撮像
面上に結像する。このとき、結像レンズ１３を、その入
射瞳がコリメータレンズ１２の焦平面近傍（即ち、拡散
板９とほぼ共役の位置）に位置するように設置すると、
被検体２１で反射した光束が効率よく集められ、均一な
照度の観察視野を得ることができる。

【００４０】周期的な配線パターンをＣＣＤ１４で撮像
するとき、ＣＣＤ１４の画素周期と配線パターン像の周
期がほぼ一致すると、撮像画像にモアレが発生してしま
うため、結像レンズ１３の焦点距離を適当に選んで、モ
アレの発生しない観察倍率にする必要がある。

【００４１】そこで本実施例では、結像レンズ１３とし
てズームレンズを採用し、様々な配線パターン周期に対
応可能にしている。ただし、ズーミングすると結像レン
ズ１３の入射瞳位置が変わるため、それを相殺して入射
瞳を前述した位置に戻すため、結像レンズ１３とＣＣＤ
１４を光軸方向へ移動する平行移動ステージ（図示しな
い）を備えている。また、ＣＣＤ１４の画素周期は一般
に水平方向と垂直方向で異なるから、ＣＣＤ１４を光軸
を回転軸として回転することにより、モアレが消える場
合もあるので、そのための回転ステージを設けてもよ
い。板１５と１６は、ハーフミラー１１を透過した照明
光により無用の物が照明されて被検体２１の像と重畳し
た像がＣＣＤ１４の撮像面上にできるのを防ぐためのも
のであり、表面に黒色塗装などの反射防止処理をした平
面板である。

【００４２】一方、塵埃検出用の光源部１７は図示しな
いハロゲンランプと熱線吸収フィルタ，集光レンズ６を
内部に含み、ライン照明１８のファイバ束端面に白色光
束を入射する。ライン照明１８は、出射側でファイバ束
中の各ファイバを２列直線状に３０cmの長さで並べたも
ので、半円柱形状の集光レンズ１９と併せて薄いシート
状の照明光をつくる。集光レンズ１９の断面を図５に示
す。集光レンズ１９はアクリル円柱を半切し、その切断
面にアルミニウムを蒸着して反斜面Ｂとしたものであ
り、ライン照明１８のファイバ端Ａから出射した光束を
平行に近い光束Ｃにして出射する。集光レンズ１９をこ
のような形状にしたのは、被検体２１への入射角を９０
°に近くしたときに、ライン照明１８と集光レンズ１９
が、被検体２１およびそれを搬送するステージ（図示し
ない）と干渉しないようにするためである。

【００４３】さらに図２および図３によりライン照明の
配置を説明する。図２はライン照明１８と被検体２１，
コリメータレンズ１２の位置関係を示しており、１枚の
被検体２１を４分割で検査する例である。破線２３は被
検体２１の移動範囲である。４台のライン照明１８は、
観察視野２２の中心Ｏとの距離L を一定に保ちつつ、Ｏ
を回転軸として被検体２１に対する入射方向φをΔφの
範囲で可変する移動ステージ（図示しない）に各々載置
されており、被検体２１の種類毎に、配線パターンから
の回折光が観察系に最も入射しない適切な入射方向φに
設定される。

【００４４】被検体２１に対して同じ入射方向φになる
ように対称な位置に４台のライン照明１８を設置したの
は、相補って観察視野２２内をほぼ均一に照明するため
と、被検体２１の表面の傷のように方向性をもった欠陥
の検出感度異方性を補うためである。

【００４５】図３は入射方向φの設定をライン照明１８
の中心Ｏ′を回転軸として行う別の例である。図３の方
法は可変範囲Δφを大きくとれる利点があり、図２の方
法はライン照明１８による照野の中心線が常に観察視野
２２の中心を通るため照明効率の点で有利である。ライ
ン照明１８の設定は、被検体の種類や大きさに応じて図
２または図３ないしは両者の折衷案を採用すればよい。

【００４６】ここで、再度図１に戻って説明を続ける。
ライン照明１８で照明された被検体２１は、膜厚むら検
出と同じ結像レンズ１３とＣＣＤ１４で撮像される。こ
のとき、微弱な散乱光の減衰を防ぐために、ハーフミラ
ー１１を平行移動ステージ（図示しない）により、紙面
と垂直な方向へ移動し、観察光路から外す。ハーフミラ
ー１１が厚く、光路長の変化が無視できないときは、材
質と厚さが等しく表面に反射防止コートを施した補償板
を、ハーフミラー１１の代わりに光路に挿入すればよ
い。

【００４７】また、コリメータレンズ１２は被検体２１
の全面から等しい散乱角の、つまり被検体２１に対して
垂直方向の散乱光を集めて結像レンズ１３の入射瞳に導
く作用をもつ。しかし、コリメータレンズ１２が無くて
も、散乱点の観察は可能であるから、もし必要なら光路
から外してもよい。被検体２１の下に、被検体２１とほ
ぼ平行に一定の間隔をおいて設置された背景板２０は、
前述の板１５，１６と同様に表面に反射防止処理を施し
た平面板である。液晶ガラス基板等の一部透明な被検体
２１を検査する場合、照明光の一部が被検体２１を透過
して背景を照明することは避けられないが、そのような
場合にも欠陥検出を妨害しないような単純な背景をつく
るように背景板２０は作用する。また、被検体２１との
間隔は、被検体２１を通過したライン照明１８の照明光
が背景板２０に当たらないように数cmの距離をとってい
る。

【００４８】次に、図４によって制御部と画像処理部の
構成を説明する。画像処理装置３５はホストコンピュー
タ３１の制御によりＣＣＤ１４から検査画像を取込み、
画像処理を行って膜厚むらや塵埃等の欠陥を抽出し、そ
の種類，数，位置，面積等のデータをホストコンピュー
タ３１へ送る。モニタＴＶ３４は検査画像と処理画像を
表示する。画像記憶装置３６は必要に応じて検査画像や
処理画像を保存するものである。各制御部の制御はホス
トコンピュータ３１の指示によりシーケンサ３７が行
う。光学系制御部３８は、干渉フィルタの回転ホルダ
５，ハーフミラー１１の移動ステージなどの光学系可動
機構と光源２および１７の光量を制御する。ステージ制
御部３９は、被検体２１を真空吸着・支持して、被検体
２１を観察視野内に移動する吸着ステージと、その位置
決め機構を制御する。基板搬送制御部４０は被検体を１
枚ずつストッカから取出して前記吸着ステージ上に載置
し、検査後の被検体２１を同ステージからストッカへ戻
す搬送部を制御する。なお、ステージと搬送部は図示し
ていない。作業者はモニタＴＶ３０に表示されるメニュ
ー画面に従ってキーボード３２を操作することにより、
検査装置に必要な指示を与える。メモリ３３は、被検体
の種類毎の検査条件（光学系の設定と画像処理の条件）
や、検査データ等を保存するものである。

【００４９】続いて、主に図４と図１により、本実施例
の検査装置の動作を説明する。作業者がキーボード３２
により被検体２１の種類とともに検査開始を指示する
と、メモリ３３に予め保存されている検査条件の中か
ら、その被検体２１に該当する条件がホストコンピュー
タ３１に読み込まれ、シーケンサ３７を介して光学系制
御部３８が光学系の設定を行う。

【００５０】この光学系制御部３８で設定されるのは、
干渉フィルタの選択，ライン照明１８の入射方向，結像
レンズ１３のズーミングとそれに伴う光軸方向の移動・
位置決めである。次にストッカから搬送部によって１枚
めの被検体２１が取出され、吸着ステージに載置され
る。吸着ステージは、被検体２１を４分割で検査する場
合、被検体２１を吸着固定した後、図２のようにその４
分の１が観察視野の中央にくるように移動し、位置決め
する。検査は初めにハロゲンランプ２を点灯し、その光
量を前記検査条件により調整する。

【００５１】光量が所定値に達したらＣＣＤ１４から検
査画像を画像処理装置３５に取込む。このとき検査画像
１０１は図６のように、被検体２１の縁１０２を含み、
被検体２１内は膜厚の均一な暗い領域の中に、膜厚むら
の部分１０４だけが明るくなった画像となっている。画
像処理装置３５はこの画像から検査領域１０３だけをマ
スキングで取出し、シェード補正，二値化処理等を経て
膜厚むらの部分１０４だけを抽出し、その位置，面積等
のデータをホストコンピュータ３１へ送る。次にハロゲ
ンランプ２を消灯し、光源部１７を点灯すると共に、ハ
ーフミラー１１を光路から外す。このとき検査画像１０
５は図７のようになり、暗い領域の中に、塵埃による散
乱点１０８だけが明るく見えている。これより同様の画
像処理により散乱点１０８だけを抽出し、その位置等の
データをホストコンピュータ３１へ送る。画像処理の過
程は前記検査条件で規定されている。

【００５２】なお、ハロゲンランプ２と光源部１７の光
量を適当に調整して同時点灯することにより、膜厚むら
と塵埃による散乱点を同一の検査画面で取得することも
可能である。被検体２１の残りの４分の３の領域も同様
に検査される。

【００５３】１枚の被検体２１の検査が終了すると、ホ
ストコンピュータ３１は４分割で検査された被検体２１
の欠陥データを総合し、欠陥の種類，数等を前記検査条
件に含まれている検査基準と照らし合わせて、被検体２
１の良否を判定する。検査された被検体２１は搬送部に
より、吸着ステージから良否に分かれた検査済みストッ
カへ送られ、１枚の検査を終了する。以上の動作の中
で、ハロゲンランプ２と光源部１７の点灯と消灯は、光
路中に設けたシャッタの開閉によって行ってもよい。

【００５４】上記の実施例では膜厚むら検査用の準単色
光の中心波長を可変とするために、ハロゲンランプ２と
回転ホルダ５に挿入支持される干渉フィルタの組合わせ
を用いているが、干渉フィルタの代わりにモノクロメー
タなどを使用したり、あるいは元々準単色光であるレー
ザ等の光源を用いてもよい。また、干渉フィルタは光源
側ではなく結像レンズ１３の前面に載置してもよい。

【００５５】＜第２実施例＞図１の光学系は以下のよう
に変形することも可能である。

【００５６】図８は本発明の第２実施例を示すもので、
照射手段および集光手段は、１つコリメータレンズ１２
からなり、被検体２１の直前に配置され、かつ該被検体
２１の観察視野とほぼ等しい大きさであって光源すなわ
ちファイバ束７からの光を略平行な光束として該被検体
２１に照射するとともに、該被検体２１の表面からの反
射光を通過させる。

【００５７】ファイバ束７はコリメータレンズ１２の焦
平面近傍に配置され、コリメータレンズ１２に狭帯域光
を入射する。

【００５８】観察手段は結像レンズ１３とＣＣＤ１４か
らなり、コリメータレンズ１２の光軸を中心にファイバ
束７と軸対称の位置に入射瞳を有し、被検体２１の表面
を観察するものである。

【００５９】このように構成された第２実施例において
も、被検体２１の近傍に、観察視野とほぼ等しい大きさ
のコリメータレンズ１２を備えたことにより、全視野を
等しい入射角で照明して、膜厚むらを等厚干渉縞として
観察できる。また、図１の実施例のハーフミラー１１が
不要になるという利点がある。

【００６０】＜第３実施例＞図９は本発明の第３実施例
の光学系を示すもので、以下に述べる光源、照射手段、
集光手段および観察手段から構成されている。照射手段
および集光手段は、ハーフミラー１１と第１および第２
のコリメータレンズ１２，１２´からなっている。

【００６１】狭帯域光束を導くファイバ束７の出射端面
がコリメータレンズ１２の焦点近傍に配置されている。
ハーフミラー１１は被検体２１の表面に対してほぼ４５
度に傾斜した状態に配置され、光を反射または透過させ
るものである。コリメータレンズ１２は、ファイバ束７
からの光を略平行にしてハーフミラー１１を介して被検
体２１に照射する。コリメータレンズ１２´は、被検体
２１の表面からの反射光の光軸とその光軸が一致するよ
うに配置され、被検体２１の表面からの反射光を集光さ
せる。

【００６２】観察手段は結像レンズ１３とＣＣＤ１４か
らなり、ＣＣＤ１４はコリメータレンズ１２´の焦点近
傍に配置され、被検体２１の表面を観察するものであ
る。

【００６３】この第３実施例によれば、第１実施例と同
様の効果が得られる。

【００６４】＜第４実施例＞図１０は本発明の第４実施
例の光学系を示すもので、第１のコリメータレンズ１２
が被検体２１の表面に対してその光軸を傾けて配置さ
れ、狭帯域光源であるファイバ束７からの光を略平行な
光束として該被検体２１に照射するものである。第２の
コリメータレンズ１２´が、被検体２１の表面からの反
射光の光軸とその光軸が一致するように配置されるもの
である。

【００６５】コリメータレンズ１２´の焦点近傍に結像
レンズ１３、ＣＣＤ１４が配置され、これにより被検体
２１の表面を観察できるようになっている。

【００６６】この第４実施例によれば、第３実施例と同
様な効果が得られるばかりでなく、図９の実施例のハー
フミラー１１が不要になるという利点がある。

【００６７】＜第５実施例＞次に、被検体表面のパター
ン化された層の段差側面に関する欠陥を検出するための
実施例について説明する。

【００６８】図１１は本発明の第５実施例の光学系を示
す図であり、図示しない光源であるハロゲンランプを出
た光束は、干渉フィルタを通して狭帯域光にされた後、
拡散光束照射手段例えばファイバ束７に入射するように
なっている。

【００６９】ファイバ束７の出射端面は、平行光束照射
手段例えばコリメータレンズ１２の後側焦平面上の、コ
リメータレンズ１２の光軸上でない位置に設置されてい
る。この出射端面は、角度設定手段例えば移動ステージ
（図示せず）により同焦平面上を移動できるようになっ
ており、コリメータレンズ１２の光軸に対する照明中心
光線の入射角度θ_o を任意の値に設定することができ
る。コリメータレンズ１２は、その光軸が被検体２１に
対して垂直になるように、かつ被検体と適度な間隔をお
いて設置される。コリメータレンズ１２は、被検体２１
の検査領域を覆う大きさとなっている。

【００７０】図１１のように構成することにより、ファ
イバ束７から出射した光束はコリメータレンズ１２で平
行光束となり、入射角θ_o で被検体２１を照明する。被
検体２１で正反射した正反射光束は再びコリメータレン
ズ１２を通って集束点２９に集束する。

【００７１】一方、被検体２１から垂直方向へ出射した
散乱光（図１１の破線）はコリメータレンズ１２で集め
られ、その後側焦点に集束する。その近傍に入射瞳が位
置するように結像レンズ１３を設置し、撮像手段例えば
ＣＣＤ１４の撮像面に被検体２１の像を結像させる。な
お、前述の理由により、結像レンズ１３としてズームレ
ンズを採用している。

【００７２】次に、図１１の制御部と画像処理部の構成
について説明するが、図４とほぼ同じであるので、図４
を参照して説明する。画像処理手段例えば画像処理装置
３５はホストコンピュータ３１の制御によりＣＣＤ１４
から検査画像を取込み、画像処理を行って欠陥を抽出
し、その種類、数、位置、面積等のデータをホストコン
ピュータ３１へ送る。モニタＴＶ３４は検査画像と処理
画像を表示する。

【００７３】画像記憶装置３６は必要に応じて検査画像
や処理画像を保存するものである。各制御部の制御はホ
ストコンピュータ３１の指示によりシーケンサ３７が行
う。光学系制御部３８は、光源の光量、ファイバ束７の
出射端面位置などを制御する。ステージ制御部３９は、
被検体２１を真空吸着・支持して、被検体２１を観察視
野内に移動する吸着ステージと、その位置決め機構を制
御する。基板搬送制御部４０は被検体を１枚ずつストッ
カから取出して前記吸着ステージ上に載置し、検査後の
被検体２１を同ステージからストッカへ戻す搬送部を制
御する。

【００７４】なお、ステージと搬送部は図示していな
い。作業者はモニタＴＶ３０に表示されるメニュー画面
に従ってキーボード３２を操作することにより、検査装
置に必要な指示を与える。メモリ３３は、被検体の種類
毎の検査条件（光学系の設定と画像処理の条件）や、検
査データ等を保存するものである。

【００７５】続いて、第５実施例の検査装置の動作を説
明する。作業者がキーボード３２により被検体２１の種
類とともに検査開始を指示すると、メモリ３３に予め保
存されている検査条件の中から、その被検体２１に該当
する条件がホストコンピュータ３１に読み込まれ、シー
ケンサ３７を介して光学系制御部３８が光学系の設定を
行う。

【００７６】この光学系制御部３８で設定されるのは、
光源の光量、ファイバ束１の出射端面位置、結像レンズ
１３のズーミングとそれに伴う光軸方向の移動・位置決
めである。次にストッカから搬送部によって１枚めの被
検体２１が取出され、吸着ステージに載置される。吸着
ステージは、被検体２１を吸着固定した後、観察視野の
中央にくるように移動し、位置決めする。

【００７７】続いて、ＣＣＤ１４から検査画像を画像処
理装置３５に取込む。このとき検査画像５０は例えば図
１２のように、被検体の縁５１を含み、被検体２１内は
欠陥のない均一輝度領域の中に、側面欠陥の部分５３だ
けが異なる輝度になった画像となっている。画像処理装
置３５はこの画像から検査領域５２だけをマスキングで
取出し、シェード補正、二値化処理等を経て欠陥の部分
５３だけを抽出し、その位置、面積等のデータをホスト
コンピュータ３１へ送る。

【００７８】このようにして１枚の被検体２１の検査が
終了すると、ホストコンピュータ３１は欠陥の種類、数
等を前記検査条件に含まれている検査基準と照らし合わ
せて、被検体２１の良否を判定する。そして、検査され
た被検体２１は搬送部により、吸着ステージから良否に
分かれた検査済みストッカへ送られる。

【００７９】以上述べた第５実施例では、集束点２９等
の集光手段の光軸に対するコリメータレンズ１２等の平
行光束照射手段の光軸の角度を任意に設定できるので、
如何なる膜厚むらでも簡単に抽出できる。

【００８０】第５実施例では光源としてハロゲンランプ
を用いたが、その代わりにレーザやメタルハライドラン
プのような高輝度の光源を用いてもよい。さらに、照明
光をファイバ束７で導かずに光源を直接コリメータレン
ズ１２の後側焦平面に設置してもよい。また、干渉フィ
ルタは光源側ではなく、結像レンズ１３の前面に載置し
てもよい。

【００８１】＜第６実施例＞図１１の光学系は以下のよ
うに変形することも可能である。図１７は第６実施例の
光学系を示す図であり、結像レンズ１３とＣＣＤ１４を
コリメータレンズ１２の光軸から外した位置に設置し、
かつ、観察角度θは被検体２１の正反射の方向から外し
てある。このとき結像レンズ１３の入射瞳がコリメータ
レンズ１２の後側焦平面の近傍に位置していることは、
第５実施例の図１１と変わりない。

【００８２】この実施例では、結像レンズ１３とＣＣＤ
１４を、コリメータレンズ１２の光軸から外した位置に
設置されているので、図１１の実施例に比べて観察の自
由度をより大きくとることができる。

【００８３】＜第７実施例＞図１８は第７実施例の光学
系を三角法で示すもので、（ａ）はその正面図であり、
（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその平面図であ
る。この例では複数個（図１８では２個）の照明光を導
くファイバ束７，７′を設け、ファイバ束７，７′の入
射角θ₁ ，θ₂ と入射方向φ₁ ，φ₂ を自由に設定でき
るように、図示しない入射方向設定手段を設けたもので
ある。

【００８４】被検体２１上のレジストパターンは２次元
的に広がっているから、複数の照明により異なる方向の
段差側面を同時に照明することで、欠陥検出の感度を改
善することができ、全視野に対しシャープな画像を得る
ことができる。

【００８５】＜第８実施例＞図１９は第８実施例の光学
系を示すもので、平行光束照射手段例えばコリメータレ
ンズ１２と集光手段例えば結像レンズ１３の間に、光路
分割手段例えばハーフミラー１１を設け、ファイバ束７
からの照明光はこのハーフミラー１１で反射して被検体
２１を照明するようにしている。この例では結像レンズ
１３がコリメータレンズ１２の光軸上に位置しており、
かつファイバ束７の出射端面の光軸が角度θ_o だけコリ
メータレンズ１２の光軸から外してある。

【００８６】前述の図１１の第５実施例では角度θ_o を
小さくしていくとファイバ束７と結像レンズ１３が当た
ってしまうため、θ_o に下限があるが、この例ではその
ような制限はなく、正反射光のごく近傍の散乱光を観察
することができる。

【００８７】＜第９実施例＞図２０は第９実施例の光学
系を示す図であり、照明光のために独立のコリメータレ
ンズ１２′を設け、ファイバ束７の出射端面をコリメー
タレンズ１２′の前側焦点に設置している。コリメータ
レンズ１２′はコリメータレンズ１２の光軸に対して回
転対称であり、これにより被検体２１を入射角θ_o の平
行光束で照明する。この例は、正反射に対して大きな角
度を隔てた散乱光を観察するのに有利である。

【００８８】＜第１０実施例＞図２１は本発明の第１０
実施例の光学系を示す側面図である。図示しない光源で
あるハロゲンランプを出た光束はファイバ束７に入射す
る。ファイバ束７の出射端面から出た光束は、ハーフミ
ラー１１を介してコリメータレンズ１２の後側焦点近傍
に位置する拡散板４２に入射する。

【００８９】この拡散板４２の中心部は、図２２に示す
ように後述する結像レンズ４５の入射瞳よりわずかに大
きい径の光を通さない遮蔽板４３で遮蔽され、これによ
りリング状例えば円環状の光源部を構成している。

【００９０】ファイバ束７を出た光束はコリメータレン
ズ１２の光軸に対して４５度の角度に設置されたハーフ
ミラー１１で反射し、コリメータレンズ１２により平行
光束群となって被検体２１を照明する。このコリメータ
レンズ１２は、被検体２１の検査領域を覆う大きさをも
ち、その光軸が被検体２１に対して垂直になるように、
かつ被検体２１と適度な間隔をおいて設置されている。
被検体２１で正反射した光は再びコリメータレンズ１２
を通って収束光となる。

【００９１】このうち、ハーフミラー１１を透過した光
束は、拡散板４２と共役な位置にある、図２３に示す遮
蔽板４４上に、光源の円環状の像をつくる。この遮蔽板
４４は結像レンズ４５の周囲にあり、結像レンズ４５を
通らずにＣＣＤ１４の撮像面に達する光を遮るはたらき
をする。従って、結像レンズ４５が通常のＴＶ撮影レン
ズのようにＣＣＤ１４にねじ込まれる型式であれば、遮
蔽板４４は不要である。さて、光源部の中央部に遮蔽板
４３があるので、被検体２１からの正反射光は結像レン
ズ４５に入射せず、正反射光近傍の散乱光だけが結像レ
ンズ４５に入射し、被検体２１の像をＣＣＤ１４の撮像
面上につくる。

【００９２】このように第１０実施例では、例えばハロ
ゲンランプとファイバ束７からなる例えば１つの照明手
段で、観察手段例えばＣＣＤ１４の光軸に対して回転対
称な平行光束群をつくり、被検体２１を照明することが
できる。従って被検体２１を、正反射近傍のあらゆる方
向の散乱光により同時に観察できる。

【００９３】なお、この実施例は後述する、結像レンズ
の中央部を遮蔽する構成に比べて、結像レンズの入射瞳
を広く使えるため検査画像の明るさの点で有利である。

【００９４】以上述べた第１０実施例で光源をハロゲン
ランプからメタルハライドランプ等の高輝度光源に換え
ると、より高い検出能力が得られる。また光源部はリン
グ状の光源を直接、拡散板４２の代わりに置いてもよ
い。さらに光量に余裕があれば、光源部に干渉フィルタ
を挿入すると、コリメータレンズ１２に色収差がある場
合にも遮蔽板４３による遮蔽をうまく行うことができ
る。

【００９５】＜第１１実施例＞図２４は第１１実施例の
光学系を示すもので、図２１とほぼ同様に構成され、光
源部を構成するファイバ束７、拡散板４２、遮蔽板４３
と、結像レンズ４５およびＣＣＤ１４をコリメータレン
ズ１２の光軸から外した位置に設置している。ここで、
拡散板４２および遮蔽板４３と、結像レンズ４５および
遮蔽板４４がコリメータレンズ１２の後側焦平面の近傍
にあり、互いに共役な位置関係にあることは第１０実施
例と同様である。この実施例では図２１のハーフミラー
１１が不要であるため光量の点で有利であり、また照明
および観察する角度にいくらかの自由度が与えられる。

【００９６】＜第１２実施例＞図２５は第１２実施例の
光学系を示すもので、照明光のために独立のコリメータ
レンズ１２′を設け、拡散板４２および遮蔽板４３をコ
リメータレンズ１２′の前側焦点近傍に設置している。
結像レンズ４５および遮蔽板４４は、第２のコリメータ
レンズ１２の後側焦点近傍にあり、第１，第２のコリメ
ータレンズ１２′，１２と被検体２１を介して拡散板４
２および遮蔽板４３と互いに共役な位置関係にある。

【００９７】この実施例では、第１１実施例よりさらに
大きな入射角の照明光の下で被検体２１からの正反射近
傍の散乱光を観察することができる。このような照明光
の入射角は、検査対象となる被検体２１の種類（例えば
パターン段差側面の傾斜角度など）によって最適値が異
なるため、それに適した光学系を選択する必要がある。

【００９８】＜第１３実施例＞図２６は本発明の第１３
実施例の光学系を示す側面図である。この実施例が図２
１の光学系と異なるのは、光源部としてファイバ束７の
出射端面がコリメータレンズ１２の後側焦点近傍にあ
り、結像レンズ４５の直前のそれと共役な位置に遮蔽板
４３を設置している点である。遮蔽板４３はファイバ束
７の出射端面よりわずかに大きい径をもつ。従って、被
検体２１からの正反射光はこの遮蔽板４３で遮られ、正
反射光近傍の散乱光だけが結像レンズ４５に入射し、Ｃ
ＣＤ１４の撮像面上に被検体２１の像を結ぶ。被検体２
１を正反射近傍のあらゆる方向の散乱光により同時に観
察できる点は、図２１の実施例と同じであり、従って得
られる画像や効果も同様である。そして、図２４ないし
は図２５のように変形できる点も同様である。

【００９９】なお、以上述べた第５〜第１３実施例の光
学系は、第１〜第４実施例の光学系と、コリメータレン
ズと、結像レンズ、ＣＣＤを共用して組合わせることが
できる場合がある。その場合、１台の欠陥検査装置で照
明を切換えることにより被検体の膜厚むら、塵埃、傷お
よびパターン段差側面の欠陥をすべて検出することが可
能となる。

【０１００】

【発明の効果】本発明によれば、正反射光近傍のあらゆ
る方向の散乱光を検査することができる表面欠陥検査装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面欠陥検査装置の第１実施例の光学
系を示す側面図。

【図２】図１の実施例のライン照明の配置を説明するた
めの平面図。

【図３】図１の実施例のライン照明の配置を説明するた
めの平面図。

【図４】図１の制御部と画像処理部の構成を説明するブ
ロック図。

【図５】図１のライン照明用集光レンズの説明図。

【図６】図１の検査画像を説明するための図。

【図７】図１の検査画像の説明図。

【図８】本発明の表面欠陥検査装置の第２実施例の光学
系を示す側面図。

【図９】本発明の表面欠陥検査装置の第３実施例の光学
系を示す側面図。

【図１０】本発明の表面欠陥検査装置の第４実施例の光
学系を示す側面図。

【図１１】本発明の表面欠陥検査装置の第５実施例の光
学系を示す側面図。

【図１２】図１１の動作を説明するための図。

【図１３】本発明の被検体を説明するための図。

【図１４】本発明の被検体を説明するための図。

【図１５】本発明の被検体を説明するための図。

【図１６】本発明の被検体を説明するための図。

【図１７】本発明の表面欠陥検査装置の第６実施例の光
学系を示す側面図。

【図１８】本発明の表面欠陥検査装置の第７実施例の光
学系を示す側面図。

【図１９】本発明の表面欠陥検査装置の第８実施例の光
学系を示す側面図。

【図２０】本発明の表面欠陥検査装置の第９実施例の光
学系を示す側面図。

【図２１】本発明の表面欠陥検査装置の第１０実施例の
光学系を示す側面図。

【図２２】図２１の作用効果を説明するための図。

【図２３】図２１の作用効果を説明するための図。

【図２４】本発明の表面欠陥検査装置の第１１実施例の
光学系を示す側面図。

【図２５】本発明の表面欠陥検査装置の第１２実施例の
光学系を示す側面図。

【図２６】本発明の表面欠陥検査装置の第１３実施例の
光学系を示す側面図。

【図２７】従来の技術を説明するための図。

【図２８】従来の技術を説明するための図。

【図２９】従来の技術を説明するための図。

【図３０】従来の技術を説明するための図。

【符号の説明】 １…ランプハウス、２…ハロゲンランプ、３…熱線吸収
フィルタ、４…コンデンサレンズ、５…回転ホルダ、６
…集光レンズ、７…ファイバ束、８…２次光源部、９…
拡散板、１０…絞り、１１…ハーフミラー、１２，１
２′…コリメータレンズ、１３…結像レンズ、１４…Ｃ
ＣＤ、１５，１６…板、１７…光源部、１８…ライン照
明、１９…集光レンズ、２０…背景板、２１…被検体。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 桂司 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 神津 尚士 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA51 AB01 AB02 BA01 BA10 BA20 BB01 BB07 BB09 BB11 BB17 BC04 CA03 CB01 CB05 CD05 DA05 DA13 EA11 EB01 ED01 4M106 AA01 AA20 BA04 CA38 DB02 DB19

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの光を略平行な光
   束として被検体の表面に照射する照射手段と、 この照射手段からの光束を被検体の表面に照射すること
   によりこの被検体の表面から正反射または散乱される光
   を集光する集光手段と、 この集光手段を介して前記被検体の表面を観察する観察
   手段と、 を具備した表面欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、任意に選択可能な中心波長
   をもつ狭帯域光源である、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
3. 【請求項３】 前記照射手段と前記集光手段は、同一光
   学部材で兼用されている、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
4. 【請求項４】 前記観察手段は、前記照射手段からの光
   束を前記被検体の表面に照射することによりこの被検体
   の表面から正反射される光のみに基づき前記被検体の表
   面を観察するものである、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
5. 【請求項５】 前記観察手段は、前記照射手段からの光
   束を前記被検体の表面に照射することによりこの被検体
   の表面から散乱される光のうち略同一の出射方向の光束
   のみに基づき前記被検体の表面を観察するものである、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
6. 【請求項６】 前記光源は、中央部が遮蔽された円環状
   の発光部を有するものであり、 前記観察手段は、前記照射手段、前記被検体および前記
   集光手段を介して前記光源の中央部の遮蔽部と略共役な
   位置および形状になる入射瞳を有するものである、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
7. 【請求項７】 前記観察手段は、前記照射手段、前記被
   検体および前記集光手段を介して前記光源の発光部と略
   共役な位置および形状になる遮蔽体を有するものであ
   る、 請求項１記載の表面欠陥検査装置。
8. 【請求項８】 被検体の観察視野外に複数個配置され、
   前記被検体の表面を斜め方向から照明して散乱光を得る
   照明手段と、 前記被検体からの散乱光を観察する観察手段と、 を具備した表面欠陥検査装置。