JP2006220578A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短い時間で波長選択を行うことができ、検査の時間を短縮できる表面検査装置を提供する。
【解決手段】互いに異なる波長の光を射出する複数の発光ダイオード１，２，３と、複数の発光ダイオード１，２，３からの光を合成して、被検物体４に照射する合成光学系８と、被検物体４からの光を集光して被検物体像を撮像する受光光学系１３と、それぞれの発光ダイオード１，２，３に対して、点灯／消灯の制御を行うことにより、合成光学系８から照射される光の波長を切り替える制御手段１５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示パネルなどの表面検査を行うための装置に関する。

半導体ウエハ等の表面欠陥の検査を行うための装置は従来から知られている。このような表面検査装置は、被検物体（半導体ウエハ等）の表面に所定の検査光を照射し、この表面からの反射光、回折光または散乱光を集光光学系を介して集光し、この集光した光をイメージデバイス（撮像素子）に結像させる。この像をイメージデバイスにより光電変換して画像信号を得、この画像信号を処理することによって、被検物体の表面におけるパターンの欠陥、膜厚むら、きずの有無や、被検物体表面への異物の付着等を検査する構成となっている。

被検物体に照射する検査光の光源部には、メタルハライドランプや水銀ランプ等が用いられる。そして、検査光の波長を切り替えて、複数の画像を得て検査を行うことが行われる。この波長の切り替えは、回折光での検査の場合、検査光の波長を変えることによって、回折条件を変えて検査をするために行われ、散乱光での検査の場合、回折光の影響を除去するために行われる。また、反射光による検査の場合も、検査光の波長を変えることにより、欠陥検出の感度が変わることが知られている。

検査光の波長を切り替えること、すなわち波長選択は、例えば特許文献１に記載されているように、光路に波長選択フィルタを挿入することによって行われる。
特開２００２−５８５１号公報

従来の波長選択フィルタを用いた波長選択においては、メカニカルな動作が介在するために、短時間で波長を切り替える動作ができない。複数の光源を用いて切り替える場合でも、やはりメカニカルシャッターでの動作となり、短時間では波長の切り替えができない。したがって、複数の波長の検査光での検査を行おうとした場合、検査に時間がかかってしまうという問題点があった。

本発明は、短い時間で波長選択を行うことができ、検査の時間を短縮できる表面検査装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、請求項１の発明は、
互いに異なる波長の光を射出する複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードからの光を合成して、被検物体に照射する合成光学系と、
前記被検物体からの光を集光して前記被検物体像を撮像する受光光学系と、
それぞれの前記発光ダイオードに対して異なるタイミングで点灯／消灯の制御を行うことにより、前記合成光学系から照射される光の波長を切り替える制御手段と
を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記制御手段は、前記複数の発光ダイオードに対して、順次点灯／消灯の制御を行うことにより、前記合成光学系から照射される光の波長を順次切り替えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記制御手段は、前記複数の発光ダイオードを同時に点灯させる期間を設け、それぞれの発光ダイオードの点灯時間を変化させることにより、前記合成光学系から照射される光の波長を順次切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、短い時間で波長選択を行うことができる。

図１は、本発明の実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。図１（ａ）は、表面検査装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の照明装置１６の構成を示す図である。

図１（ａ）において、照明装置１６から発散して出射された光は、凹面鏡１１によって受光される。凹面鏡１１に発散照射された光束は、凹面鏡１１によって平行光束となって、ステージ１７上に載置されたウエハ４の表面に照射される。

ウエハ４の表面からの出射光は、凹面鏡１２によって受光される。凹面鏡１２の集光位置には、受光用のＣＣＤカメラ（結像光学系も含む）１３が配置されている。したがって、凹面鏡１２によって反射されて集光された光束から、ＣＣＤカメラ１３の結像光学系によってウエハ４の像が結像され、その像がＣＣＤカメラ１３のＣＣＤ撮像素子に形成される。ＣＣＤ撮像素子の受光面に形成されたウエハ４の像を光電変換して画像信号を生成し、画像処理装置１４に送る。画像処理装置１４においては、画像信号からウエハ４の表面の欠陥（膜厚むら、パターンの異常、きず等）の検査を行う。

図１（ｂ）は、照明装置１６の構成を示す図である。図１（ｂ）において、検査対象物である半導体ウエハ４を照明するための光源として、赤色光を射出する赤色発光ダイオード光源装置１、緑色光を射出する緑色発光ダイオード光源装置２、青色光を射出する青色発光ダイオード光源装置３が設けられている。赤色発光ダイオード光源装置１は、複数の赤色発光ダイオードを２次元的に並べて構成されている。同様に、緑色発光ダイオード光源装置２は緑色発光ダイオード、青色発光ダイオード光源装置３は青色発光ダイオードを複数２次元的に並べて構成されている。

赤色発光ダイオード光源装置１から発せられた赤色光は、コリメートレンズ５によって平行光とされ、クロスダイクロイックプリズム８に入射される。同様に、緑色発光ダイオード光源装置２からの緑色光はコリメートレンズ６を介して、青色発光ダイオード光源装置３からの青色光はコリメートレンズ７を介して、それぞれクロスダイクロイックプリズム８に入射される。

クロスダイクロイックプリズム８は、各側面に形成された赤色光反射ダイクロイック膜８Ｒと青色光反射ダイクロイック膜８Ｂとが互いに直交してＸ型となるように４個の直角二等辺三角形プリズムを、互いに直角部分を合わせる形で接着剤で貼り合わせて組み合わせた構造をしている。

赤色発光ダイオード光源装置１からの赤色光は、クロスダイクロイックプリズム８に入射して赤色光反射ダイクロイック膜８Ｒで反射され、クロスダイクロイックプリズム８から集光レンズ９方向に出射される。緑色発光ダイオード光源装置２からの緑色光は、クロスダイクロイックプリズム８に入射して赤色光反射ダイクロイック膜８Ｒ、青色光反射ダイクロイック膜８Ｂを透過して、赤色光と同様、クロスダイクロイックプリズム８から集光レンズ９方向に出射される。青色発光ダイオード光源装置３からの青色光は、クロスダイクロイックプリズム８に入射して青色光反射ダイクロイック膜８Ｂで反射され、クロスダイクロイックプリズム８から集光レンズ９方向に出射される。

以上のように、各色発光ダイオード光源装置１，２，３から出射されたそれぞれの光は、クロスダイクロイックプリズム８を介して同じ方向に出射される。すなわち、クロスダイクロイックプリズム８からの出射光は、赤色、緑色、青色が色合成された光となる。

クロスダイクロイックプリズム８からの光は、集光レンズ９により集光され、集束された光束が、ファイバ１０の端部１０ａに導入される。そして、ファイバ１０に導入された光束は、端部１０ｂより発散して出射し、図１（ａ）の凹面鏡１１によって受光される。この凹面鏡１１から、ほぼその焦点距離だけ離れた位置にファイバの端部１０ｂが配設されている。このため、ファイバ１０の端部１０ｂから凹面鏡１１に発散照射された光束は、凹面鏡１１によって平行光束となって、ウエハ４の表面に照射されることになる。

以上のような構成において、制御装置１５は、赤色、緑色、青色の各色発光ダイオード光源装置１，２，３の点灯／消灯を制御する。各光源装置それぞれの点灯のさせ方を固定した状態にしていると、ウエハ４面には同じ波長の光が照射されることになる。しかし、制御装置１５を用いて、各色発光ダイオード光源装置１，２，３のそれぞれの点灯、消灯を制御することにより、様々な波長の照明光を得ることができる。以下、その説明をする。

図２は、各色発光ダイオード光源装置に対する制御パルス信号を示す図である。ＬＥＤ１、２、３はそれぞれ発光ダイオード光源装置１，２，３に対するパルス信号を示している。これらのパルス信号は、制御装置１５から発光ダイオード光源装置１，２，３のそれぞれに出力され、パルス信号が高レベルになっている間、対応する光源装置の発光ダイオードが点灯し、低レベルになっている間は消灯する構成となっている。

図２（ａ）は、３つの光源装置の点灯を順次行う例を示している。図２（ａ）においては、制御装置１５は、同じパルス幅のパルスを３つの光源装置に順次送る。赤色発光ダイオード光源装置１にパルスを送って後、そのパルスの終了後（パルスの立下り後）に緑色発光ダイオード光源装置２に同様のパルスを送り、そのパルスの終了後に青色発光ダイオード光源装置３に同様のパルスを送る。

各パルスが立ち上がっているときごとにＣＣＤカメラ１３で撮像すれば（すなわち、各色ごとに３回撮像する）、波長の異なる光での像を得ることができる。この場合、波長切り替えを高速で行いながら、各波長の光による像を得ることができる。

また、最初のパルスを送ってから最後のパルスを送り終わるまでの時間が、ＣＣＤカメラ１３の露光時間内になるようにして撮像すれば、ＣＣＤカメラ１３では、３色による像が合成された画像を得ることができる。この場合、３色は同じ光量でＣＣＤカメラに入射されるが、それぞれのパルスの幅を変えることにより（あるパルスを長くして、他のパルスを短くする等）、合成された光の波長を変えることができ、波長選択を行うことができる。

図２（ｂ）は、それぞれの光源装置に送るパルス信号のパルス幅を変える例を示している。図３においては、制御装置１５は、３色の発光ダイオード光源装置を同時に点灯させ、その後、所定時間後に発光ダイオード光源装置１を消灯させ、さらに所定時間後に発光ダイオード光源装置２を消灯させる。その後、所定時間後の発光ダイオード光源装置３を消灯させる。このような点灯、消灯の制御を行うことによって、ウエハ４に照射される各波長の光の強度比を変化させることができる。

３色の発光ダイオード光源装置を同時に点灯させた後の所定時間内、発光ダイオード光源装置１を消灯させた後（つまり他の２つの発光ダイオード光源装置のみが点灯している状態）の所定時間内、さらに発光ダイオード光源装置２を消灯させた後（つまり他の発光ダイオード光源装置３のみが点灯している状態）の所定時間内のそれぞれでＣＣＤカメラ１３で撮像すれば（すなわち３回撮像する）、波長の異なる光での像を得ることができる。この場合、波長切り替えを高速で行いながら、各波長の光による像を得ることができる。この場合、３つの撮像時それぞれで、ウエハ４への照射光量は異なるので、必要に応じてＣＣＤカメラ１３での露光時間を変化させることが好ましい。

また、３色に光源装置を同時に点灯してから、すべての光源装置が消灯されるまでの時間が、ＣＣＤカメラ１３の露光時間内になるようにして撮像すれば、図２（ａ）と比べて、各波長の光のＣＣＤカメラへの露光時間を変化させることができ、その結果、図２（ａ）とは、異なる波長条件での画像を得ることができる。

以上のように、本実施形態によれば、各発光ダイオード光源装置に対しての点灯／消灯の制御を行うことにより、ウエハ４へ出射する波長を短時間で切り替えることができる。

本発明の実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。 各色発光ダイオード光源装置に対する制御パルス信号を示す図である。

符号の説明

１：赤色発光ダイオード光源装置、２：緑色発光ダイオード光源装置、３：赤色発光ダイオード光源装置、４：ウエハ、５，６，７：コリメートレンズ、８：クロスダイクロイックプリズム、９：集光レンズ、１０：ファイバ、１１，１２：凹面鏡、１３：ＣＣＤカメラ、１４：画像処理装置、１５：制御装置、１６：照明装置、１７：ステージ。

Claims (3)

1. 互いに異なる波長の光を射出する複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードからの光を合成して、被検物体に照射する合成光学系と、
   前記被検物体からの光を集光して前記被検物体像を撮像する受光光学系と、
   それぞれの前記発光ダイオードに対して異なるタイミングで点灯／消灯の制御を行うことにより、前記合成光学系から照射される光の波長を切り替える制御手段と
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１に記載の表面検査装置において、
   前記制御手段は、前記複数の発光ダイオードに対して、順次点灯／消灯の制御を行うことにより、前記合成光学系から照射される光の波長を順次切り替えることを特徴とする表面検査装置。
3. 請求項１に記載の表面検査装置において、
   前記制御手段は、前記複数の発光ダイオードを同時に点灯させる期間を設け、それぞれの発光ダイオードの点灯時間を変化させることにより、前記合成光学系から照射される光の波長を順次切り替えることを特徴とする表面検査装置。