JP2004184231A - 欠陥検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において基板表面の欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体ウエハや液晶基板(総じて「基板」という)の表面に形成された繰り返しパターンから発生する回折光を利用して、基板の表面のむらや傷などの欠陥を自動的に検査する装置が提案されている。表面の欠陥箇所と正常箇所とでは回折効率が異なるため、繰り返しパターンからの回折光に基づく画像には明るさの相違が現れ、画像の明暗により欠陥箇所を特定できる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
このような欠陥検査装置の一例を図3に示す。欠陥検査装置1は、図3に示すように、筐体2内が壁3により2つの空間に分けられている。壁3は、検査光学系(光源部4、反射素子5を含む)を、その他の部品から遮断するために設けられる。このような欠陥検査装置1では、小型化のために、壁3に箱形の窪み6が設けられ、その窪み6の内側に光源部4が配置されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平10−332602号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した欠陥検査装置1では、光源部4から射出された照明光のうち、周辺部分の光で、窪み6の天井に当たった光の一部の光束が、反射および散乱し(図3、楕円で囲まれた部分)、その反射光および散乱光(図3、矢印R)が基板7に入射することがある。このように基板7に入射した反射光および散乱光は、回折光と共に、不図示の撮像素子に入射し、光ノイズとして撮像されるので、検査の精度が下がるという問題がある。
【0006】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、小型でありながら、検査の信頼性が高い欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の欠陥検査装置は、光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
【0008】
請求項2に記載の欠陥検査装置は、請求項1に記載の欠陥検査装置において、前記光吸収部材は、該光吸収部材により反射された光が、前記被検物体に入射しない位置および向きに備えられることを特徴とする。
請求項3に記載の欠陥検査装置は、請求項1または請求項2に記載の欠陥検査装置において、前記光吸収部材は、表面に反射防止膜を備えることを特徴とする。
【0009】
請求項4に記載の欠陥検査装置は、光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収する光吸収部材と、前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、前記回折像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段とを備えることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、請求項1〜請求項4に対応する。
本実施形態の欠陥検査装置100は、欠陥検査を行うための検査光学系10と、その他の部品(不図示)とからなり、図1に示すように、筐体101内に納められている。
【0011】
筐体101は、壁102により2つの空間に分割され、前述した検査光学系10と、その他の部品とがそれぞれの空間に納められている。これは、壁102を用いて、検査光学系10をその他の部品から遮断するためである。なお、検査光学系10が納められている空間を囲む全ての壁面には、黒色の艶消し処理が施されている。
【0012】
ここで、その他の部品とは、後述する搬送装置における位置決めのための光学系や、不図示のディスプレイや操作部にかかわる部品などである。
検査光学系10は、被検物体である基板11を保持する検査ステージ12と、検査ステージ12上の基板11に照明光L1を照射する照明系13と、照明光L1が照射された基板11の繰り返しパターンから発生する回折光L2を受光する受光系14と、画像処理装置15とで構成されている。
【0013】
本実施形態の欠陥検査装置100は、半導体回路素子などの製造工程において、基板11の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行うための装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンのことである。基板11は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネルなどである。
【0014】
欠陥検査装置100の検査ステージ12は、不図示のチルト機構により、基板11の表面に平行な軸12aを中心として所定の角度範囲内でチルト可能である。なお、検査ステージ12では、不図示の搬送装置によって搬送されてきた基板11を上面に載置し、真空吸着によって固定保持する。
ここで、検査ステージ12の軸12aに平行な方向を「X方向」とする。また、検査ステージ12(基板11)が水平に保たれた状態での法線(基準法線)に平行な方向を「Z方向」とする。さらに、X方向およびZ方向に垂直な方向を「Y方向」とする。
【0015】
欠陥検査装置100の照明系13は、不図示のランプハウスとライトガイド16と凹面反射鏡17とNDフィルタ18と、遮光板19とで構成された偏心光学系であり、凹面反射鏡17以外の各構成要素は、前述した壁102に設けられた箱形の窪み20の内側に備えられている。この窪み20は、欠陥検査装置100の小型化を図りつつ、後述するライトガイド16の射出部分から凹面反射鏡17までの光路を十分に取るために設けられたものであり、内部の壁面には、壁102と同様に黒色の艶消し処理が施されている。
【0016】
照明系13のうち、不図示のランプハウス、ライトガイド16、凹面反射鏡17、および遮光板19は、請求項の「照明光学系」に対応し、NDフィルタ18は請求項の「光吸収部材」に対応する。また、窪み20は、請求項の「収納部材」に対応する。
不図示のランプハウスには、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどのランプ、および波長選択フィルタが内蔵されている(いずれも不図示)。そして、ライトガイド16は、不図示のランプハウスからの光を伝送して、端面16aから凹面反射鏡17に向けて射出する。ライトガイド16の端面16aは、請求項の「光源の光射出部分」に対応し、窪み20の内部に収納されている。
【0017】
また、ライトガイド16の端面16aは、凹面反射鏡17の前側焦点位置に配置されている。この端面16aが照明系13の瞳に相当する。また、ライトガイド16の端面16aの中心と凹面反射鏡17の中心とを通る軸(光軸O1)は、基準法線(Z方向)と同じ平面内にある。
図2は、図1中の矢印aの方向から見たNDフィルタ18とその近傍の構成を示す図である。
【0018】
NDフィルタ18は、図2に示すように、窪み20の内部で、かつ、ライトガイド16の上方に配置されている(詳細は後述する)。また、遮光板19は、図2に示すように、コの字型であり、壁102と同じ平面に、窪み20の開口部を覆うように配置されている。このような遮光板19により、照明光のうち、周辺部分の光が、窪み20内部の壁面で反射または散乱して窪み20の外に出て、基板11や、他の構成要素に混入するのを防ぐことができる。ただし、窪み20の開口部の上側の部分については、図1に示すように、基板11から見上げる位置に、窪み20の天井部分があるため、遮光板を配置しても、前述した反射光および散乱光の混入を防ぐ効果は得られない。そのため、遮光板19は、窪み20の開口部の左右側と下側のみを遮るようなコの字型をしている。
【0019】
凹面反射鏡17は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、図1に示すように、検査ステージ12の斜め上方に配置されている。つまり、凹面反射鏡17の中心と検査ステージ12の中心とを通る軸(光軸O2)は、基準法線(Z方向)に対して所定の角度(θi)だけ傾けられている。
また、凹面反射鏡17は、光軸O2が検査ステージ12の軸12a(X方向)に対して直交するように配置されている。以下の説明では、検査ステージ12の軸12aに垂直で、光軸O2と基準法線(Z方向)とを含む面について、「入射面YZ」と言う。入射面YZには、後述する受光系14の光軸O3,O4も含まれる。
【0020】
さらに、凹面反射鏡17は、後側焦点位置が基板11と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置100の照明系13は、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
【0021】
このように構成された照明系13において、不図示のランプハウスからライトガイド16を介して射出された光は、凹面反射鏡17を介してほぼ平行な照明光L1となり、検査ステージ12上の基板11の表面に全体的に照射される。照明系13の基板11側がテレセントリック系であるため、照明光L1の入射角θiは、基板11の全面にわたって一様となる。
【0022】
そして、基板11の表面に形成された繰り返しパターンから、様々な方向に回折光が発生する。図1に示した回折光L2は、受光系14の光軸O3の方向に発生した一部の回折光(例えば1次回折光)である。回折光L2の強度は、基板11の欠陥箇所と正常箇所とで異なる。照明系13の基板11側がテレセントリック系であるため、回折光L2の強度も、繰り返しパターンの状態(欠陥箇所/正常箇所や欠陥の種類)ごとに一様となる。
【0023】
欠陥検査装置100の受光系14は、凹面反射鏡21と受光レンズ22と撮像素子23とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡21と受光レンズ22は、請求項の「結像光学系」に対応する。また、撮像素子23は「撮像手段」に対応する。
凹面反射鏡21は、上記の凹面反射鏡17と同様の反射鏡であり、検査ステージ12の上方に配置される。つまり、凹面反射鏡21の中心と検査ステージ12の中心とを通る軸(光軸O3)がZ方向に平行となるように配置されている。光軸O3は、入射面YZ内に含まれ、検査ステージ12の軸12aに垂直である。
【0024】
また、凹面反射鏡21は、その前側焦点位置が基板11と略一致するように配置されている。このため、欠陥検査装置100の受光系14は、基板11側に対してテレセントリックな光学系となっている。
さらに、凹面反射鏡21と受光レンズ22とは、各々の中心を通る軸(光軸O4)が入射面YZ内に含まれるように配置されている。光軸O4も、検査ステージ12の軸12aに垂直である。
【0025】
また、受光レンズ22は、凹面反射鏡21の後側焦点位置と略一致するように、受光系14の瞳位置(照明系13のライトガイド16の端面16aに対して共役な位置)の近傍に配置されている。受光レンズ22の絞り(不図示)が、受光系14の瞳に相当する。
撮像素子23は、複数の画素が2次元配列されたCCDイメージセンサであり、その撮像面を受光レンズ22の後側焦点位置に略一致させた状態で配置されている。このため、欠陥検査装置100の受光系14は、撮像素子23側に対してもテレセントリックな光学系となっている。なお、撮像素子23の撮像面は、基板11の表面に共役である。
【0026】
上記の受光系14において、基板11からの回折光L2は、凹面反射鏡21を介した後、受光レンズ22の絞り(受光系14の瞳)に到達する。
そして、受光レンズ22の絞りを通過した回折光L2は、凹面反射鏡21と受光レンズ22との作用により集光され、撮像素子23の撮像面に到達する。この撮像面には、基板11の回折像が形成される。撮像素子23は、撮像面に形成された回折像を撮像して、画像信号を画像処理装置15に出力する。
【0027】
なお、画像処理装置15は、請求項の「検査手段」に対応する。
画像処理装置15は、欠陥検査時、撮像素子23からの画像信号に基づいて基板11の回折画像を取り込み、この回折画像と予め記憶している良品基板の回折画像との比較(パターンマッチング)や、予め学習させておいた良品基板の特徴と異なる部分が基板11の回折画像の中に存在するか否かなどの画像処理を行うことで、基板11の欠陥を検出して検査する。なお、欠陥検査の具体的な方法については、公知技術と同様であるため、説明および図示を省略する。
【0028】
次に、本実施形態の特徴である、照明系13に備えられたNDフィルタ18について、詳細に説明する。
NDフィルタ18は、選択吸収せずに、どの波長光に対しても一様に吸収する吸収する機能を備えている。また、NDフィルタ18の表面には、光の吸収効率を高めるために、不図示の反射防止膜が備えられる。ただし、NDフィルタ18は、入射した光の大部分を吸収し、吸収されないわずかな光は全て反射される。したがって、NDフィルタ18の表面では散乱光は発生しない。
【0029】
そして、NDフィルタ18は、図1に示すように、ライトガイド16の上方に設けられている。ライトガイド16の上方とは、すなわち、照明系13の光軸O1を挟んで基板11と対向する位置である。NDフィルタ18には、ライトガイド16から射出される照明光L1のうち、照明光のうち、周辺部分の光で、従来は窪み20の天井に当たっていた一部の光束(図3、楕円に囲まれた部分)が入射する。
【0030】
また、NDフィルタ18は、入射面YZと直交し、壁102を含む平面である「XZ面」に対して所定の角度傾けられている。所定の角度とは、ライトガイド16から射出され、NDフィルタ18によって反射された光が、凹面反射鏡17、凹面反射鏡21、受光レンズ22、基板11のいずれにも入射しない角度である。図1では、凹面反射鏡17の下方、かつ、受光レンズ22の上方に反射光が導かれる角度に、NDフィルタ18が配置されている。
【0031】
このような配置により、NDフィルタ18によって反射された光が、凹面反射鏡17、凹面反射鏡21、受光レンズ22、基板11のいずれかに入射し、撮像素子23により光ノイズとして撮像されるのを防ぐことができる。
なお、凹面反射鏡17の下方、かつ、受光レンズ22の上方に導かれた反射光は、検査光学系10が納められている空間の、壁102と反対側の壁103に当たることになるが、NDフィルタ18によって反射される光は、十分に減退しているため、壁103に照射した光は、壁103に施された艶消し処理によって略消滅するとみなすことができる。
【0032】
さらに、NDフィルタ18は、図2に示すように、NDフィルタ18の法線nが、入射面YZ上から外されるように配置されている。
このような配置をするのは、NDフィルタ18の法線nが、入射面YZ上にある場合に発生する以下のような問題を防ぐためである。すなわち、NDフィルタ18の法線nが、入射面YZ上にある場合、検査ステージ12が不図示のチルト機構によりチルトされ、基板11とNDフィルタ18とが向かい合わせになることがある。その場合、基板11から発生する1次回折光以外の光がNDフィルタ18に入射することがある。そして、NDフィルタ18に入射した光は、NDフィルタ18により反射され、反射光が基板11に入射し、凹面反射鏡21、受光レンズ22を介して、撮像素子23により光ノイズとして撮像されてしまうという問題がある。
【0033】
以上説明したように、本実施形態によれば、窪み20の内部で、かつ、照明系13の光軸O1を挟んで基板11と対向する位置に、NDフィルタ18を備えたことにより、ライトガイド16から射出された照明光L1のうち、従来は箱形の窪み20の天井に当たっていた光がNDフィルタ18により吸収される。そのため、箱形の窪み20の天井に当たった光の一部の光束が反射および散乱し、その反射光および散乱光が撮像素子23により光ノイズとして撮像されてしまい、検査の精度が下がるという問題を防ぐことができる。つまり、照明系13の光軸O1を挟んで基板11と対向する位置に、NDフィルタ18を備えたことにより、光ノイズが低減されるので、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【0034】
また、本実施形態によれば、窪み20の内部に光源の光射出部分が収納されていることにより、照明光のうち、周辺部分の光が基板11や、検査光学系10に入るのを防ぎつつ、中央部分の光のみを凹面反射鏡17に導いて検査に利用することができる。したがって、検査精度を保ちつつ、欠陥検査装置100の小型化を実現することができる。
【0035】
また、本実施形態によれば、NDフィルタ18によって反射された光が、凹面反射鏡17、凹面反射鏡21、受光レンズ22、基板11のいずれにも入射しない位置および向きにNDフィルタ18が配置されたことにより、NDフィルタ18により反射された光が、凹面反射鏡17、凹面反射鏡21、受光レンズ22、基板11のいずれかに入射し、撮像素子23により光ノイズとして撮像されてしまい、検査の精度が下がるという問題を防ぐことができる。したがって、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【0036】
また、本実施形態によれば、NDフィルタ18の法線nが、入射面YZから外されるようにNDフィルタ18が配置されたことにより、検査ステージ12が不図示のチルト機構によりチルトされても基板11とNDフィルタ18とは向かい合わせにならない。そのため、基板11から発生する1次回折光以外の光がNDフィルタ18に入射し、その光がNDフィルタ18により反射し、さらに、基板11に入射して凹面反射鏡21、受光レンズ22を介して、撮像素子23により光ノイズとして撮像されてしまうという問題を防ぐことができる。したがって、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
【0037】
また、本実施形態によれば、NDフィルタ18の表面に反射防止膜を備えたことにより、ライトガイド16から射出された光のうち、NDフィルタ18により反射される光を、より減退させることができる。そのため、光ノイズが低減されるので、検査精度が向上し、検査の信頼性が向上する。
なお、本実施形態において、NDフィルタ18の表面には、不図示の反射防止膜を備えられる例を示したが、反射防止膜を備えていなくても良い。ただし、この場合、NDフィルタにより反射される光を減退させる効果は低くなる。
【0038】
なお、本実施形態において、NDフィルタ18の代わりに、入射する光を吸収および反射する他の光吸収部材を用いても良いし、入射した光を全て吸収する(反射率0%の)光吸収部材を用いるようにしても良い。入射した光を全て吸収する光吸収部材を用いた場合、光吸収部材による反射光および散乱光を考慮する必要がなくなるので、欠陥検査装置内における各構成要素の配置の自由度が上がる。
【0039】
また、本実施形態では、NDフィルタ18によって反射された光を、凹面鏡17の下方、かつ、受光レンズ22の上方に導くように、NDフィルタ18の向きを傾けて配置する例を示したが、NDフィルタ18によって反射された光が、凹面反射鏡17、凹面反射鏡21、受光レンズ22、基板11のいずれにも入射しなければ、どのような位置および向きであっても良い。例えば、NDフィルタ18によって反射された光が、受光レンズ22の下方、かつ、基板11の上方に導かれるような位置および向きに、NDフィルタ18を配置しても良い。
【0040】
また、本実施形態で用いた欠陥検査装置100とは検査光学系10の構成が異なる欠陥検査装置に本発明を適用する場合、NDフィルタによって反射された光が、照明系、受光系、のいずれの構成要素にも入射しない位置および向きにNDフィルタを配置すれば良い。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型でありながら、検査の信頼性が高い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】本実施形態の欠陥検査装置100の全体構成を示す図である。
【図2】NDフィルタ18とその近傍の構成を説明するための図である。
【図3】従来の欠陥検査装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
1,100 欠陥検査装置
2,101 筐体
3,102,103 壁
4 光源部
5 反射素子
6,20 窪み
7,11 基板
10 検査光学系
12 検査ステージ
13 照明系
14 受光系
15 画像処理装置
16 ライトガイド
17,21 凹面反射鏡
18 NDフィルタ
19 遮光板
22 受光レンズ
23 撮像素子
Claims (4)
- 光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、
窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、
前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収かつ反射する光吸収部材と、
前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、
前記回折像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段と
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1に記載の欠陥検査装置において、
前記光吸収部材は、該光吸収部材により反射された光が、前記被検物体に入射しない位置および向きに備えられる
ことを特徴とする欠陥検査装置。 - 請求項1または請求項2に記載の欠陥検査装置において、
前記光吸収部材は、表面に反射防止膜を備える
ことを特徴とする欠陥検査装置。 - 光源を含み、該光源からの照明光を被検物体に照射する照明光学系と、
窪みを有し、該窪みの内部に前記光源の光射出部分を収納する収納部材と、
前記窪みの内部で、かつ、前記照明光学系の光軸を挟んで前記被検物体と対向する位置に配され、前記照明光のうち、周辺部分の光を吸収する光吸収部材と、
前記被検物体からの回折光を集光して該被検物体の回折像を形成する結像光学系と、
前記回折像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される前記回折像の画像を取り込み、該画像に基づいて前記被検物体の欠陥を検出して検査する検査手段と
を備えることを特徴とする欠陥検査装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002351561A JP2004184231A (ja) | 2002-12-03 | 2002-12-03 | 欠陥検査装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100815340B1 (ko) | 2005-05-31 | 2008-03-19 | 삼성전기주식회사 | 균일성 구현을 위한 다각 반사 조명 장치 |
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2002
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KR100815340B1 (ko) | 2005-05-31 | 2008-03-19 | 삼성전기주식회사 | 균일성 구현을 위한 다각 반사 조명 장치 |
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