JP2006250839A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路の光軸に対して光学部材が傾斜して挿入される場合でも、撮像視野内での位置と被検物体上の位置とを関係を維持できる検査装置を提供する。
【解決手段】被検査基板２０を照明する照明手段Ｌｓと、被検基板からの光を集光し、被検基板の像を結像する結像手段３７と、結像された像を撮像する撮像手段３９と、被検基板から撮像手段に至る光路中に設けられ、通過する光束の光軸に対して入射面が傾斜して配置される光学板部材３８と、光学板部材を前記光路から出し入れする移動手段４１と、移動手段により、光学板部材が光路中にある時とない時とで、撮像手段による撮像範囲内での被検基板の像の位置に対して異なる補正を行う補正手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体素子等の基板表面の検査を行う検査装置に関する。

半導体回路素子等の製造工程におけるウェハの表面の状態（形成された繰り返しパターンの欠陥や表面に付着した異物の検出等）を検査する検査装置が従来から知られている。例えば、特許文献１には、回折光と散乱光を利用した検査装置が記載されている。
特開平１０−２３２１２２号公報

この種の検査装置においては、検査条件を変えるために、被検物体から撮像装置に至る光路中に、フィルタや偏光板などの光学部材を挿入する場合がある。このような光学部材を、光路の光軸に対して傾斜させて配置する場合、この光学部材を挿入したときと挿入しないときとで、撮像装置の撮像視野内での被検物体像の位置が変化する。これは、光学部材を透過する光が屈折するためである。この種の検査装置では、欠陥が検出された場合、その位置を特定することが要求されるが、光学部材を挿入したときと挿入しないときとで被検物体像の位置が変化すると視野内でのある位置と被検物体上での実際の位置が変化してしまうことになり、欠陥の位置を正確に特定できないことになる。

本発明は、光路の光軸に対して光学部材が傾斜して挿入される場合でも、撮像視野内での位置と被検物体上の位置とを関係を維持できる検査装置を提供することを目的とする。

上記課題の計決のため請求項１の発明は、
被検査基板を照明する照明手段と、
前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、 前記結像された像を撮像する撮像手段と、
前記被検基板から前記撮像手段に至る光路中に設けられ、通過する光束の光軸に対して入射面が傾斜して配置される光学板部材と、
前記光学板部材を前記光路から出し入れする移動手段と、
前記移動手段により、前記光学板部材が前記光路中にある時とない時とで、前記撮像手段による撮像範囲内での前記被検基板の像の位置に対して異なる補正を行う補正手段と
を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、
請求項１に記載の検査装置において、
前記照明手段は、被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材とから構成され、
前記光源手段から前記照射部材に至る光路中および前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に偏光板を設け、
前記光学板部材は、前記照射部材に起因して発生する偏光面の乱れを解消するための偏光補償板であることを特徴とする。

請求項３の発明は、
請求項１または２に記載の検査装置において、
前記補正手段での補正は、前記撮像手段と前記被検基板との相対的な位置関係を補正することにより行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、
請求項１または２に記載の検査装置において、
前記補正手段での補正は、前記撮像手段により得られた画像データを補正することにより行うことを特徴とする。

本発明によれば、光路の光軸に対して光学部材が傾斜して挿入される場合でも、撮像視野内での位置と被検物体上の位置とを関係を維持できる。

図１は、本発明の実施形態の表面検査装置の構成を示す図である。図１において、表面検査装置は、被検基板である半導体ウエハ２０を支持するステージ１１と、アライメント系１２と、照明光学系１３と、受光光学系１４と、画像処理装置１５とで構成されている。表面検査装置は、半導体回路素子の製造工程において、半導体ウエハ２０の表面の検査を自動的に行う装置である。半導体ウエハ２０は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウエハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ１１に吸着される。

図１において、ランプハウスＬＳの内部には、不図示のハロゲンランプやメタルハライドランプ、水銀ランプなどの光源と、波長選択フィルタ、光量調整用のＮＤフィルタ等が内蔵されており、一部の波長の光のみが照明光Ｌ１として抽出され、ライトガイドファイバ３３に入射している。照明光学系1３はライトガイドファイバ３３と偏光板３４と偏光補償板９と凹面反射鏡３５とで構成されている。ライトガイドファイバ３３から射出された発散光束である照明光Ｌ１は球面形状の凹面反射鏡３５によりほぼ平行な光に変換され、ステージ１１上に載置されたウエハ２０を照明する。

偏光板３４と偏光補償板９は、ライトガイドファイバ３３と凹面反射鏡３５の間の光路から着脱可能に設けられている。駆動モータ４０の回転軸が偏光板３４と偏光補償板９に連結されており、駆動モータ４０を駆動して回転軸を回転させることにより、偏光板３４と偏光補償板９を光路から退避させた位置（図中、破線で示した位置）へ移動させることができる。

偏光板３４と偏光補償板９が光路から退避させた位置にあるときは、ライトガイドファイバ３３から射出された発散光束である照明光Ｌ１は、球面形状の凹面反射鏡３５によりほぼ平行な光に変換され、ステージ１１上に載置されたウエハ２０を照明する。

偏光板３４と偏光補償板９が光路中にあるときは、ライトガイドファイバ３３の射出部付近には偏光板３４が配置されることになり、ライトガイドファイバ３３から射出された照明光Ｌ１を直線偏光にする。偏光板３４によって直線偏光となった光は、偏光補償板９を経て凹面反射鏡３５によってコリメートされ、直線偏光のコリメート光がウエハ２０を照明する。

スループットを向上させるためには、ウエハ面全面の画像を一括で取ることが極めて有利であるので、本実施形態では、上述のように、光源からの光束を拡大して、凹面反射鏡３５によりコリメートし、ウエハ全面を照明できる構成となっている。

ウエハ２０に入射したコリメート光Ｌ１はウエハ表面で反射されて、受光光学系１４に入射する。受光光学系１４は、凹面反射鏡３６と偏光補償板１０と偏光板３８と集光レンズ３７とで構成されている。偏光補償板１０と偏光板３８は、凹面反射鏡３６と集光レンズ３７の間の光路から着脱可能に設けられている。駆動モータ４１の回転軸が偏光板３８と偏光補償板１０に連結されており、駆動モータ４１を駆動して回転軸を回転させることにより、偏光板３８と偏光補償板１０を光路から退避させた位置（図中、破線で示した位置）へ移動させることができる。

照明光学系１３の偏光板３４、偏光補償板９と受光光学系の偏光板３８、偏光補償板１０の位置は連動して移動させる。すなわち、偏光板３４、偏光補償板９が光路中にあるときは、偏光板３８、偏光補償板１０も光路中にあるように移動制御を行う。また、偏光板３４、偏光補償板９が光路から退避した位置にあるときは、偏光板３８、偏光補償板１０も光路から退避した位置に移動させる。偏光板３４、偏光補償板９と偏光板３８、偏光補償板１０がともに光路中にあるときは、偏光板３４と偏光板３８とは、クロスニコルの関係に配置されるようになっている。

偏光板３８、偏光補償板１０が光路から退避した位置にあるときは、ウエハ２０で反射された光束Ｌ２は、凹面反射鏡３６に入射して集光作用を受ける。凹面反射鏡３６で反射した集光光束は、結像レンズ３７によりウエハ２０の表面と共役な位置に配置された撮像素子３９の撮像面上にウエハ２０表面の像を形成する。

偏光板３８、偏光補償板１０が光路中にあるとき（このとき、偏光板３４、偏光補償板９も光路中にある）は、凹面反射鏡３６で反射した集光光束は、偏光補償板１０と、偏光板３４とはクロスニコルの関係に配置された偏光板３８とを経て、結像レンズ３７によりウエハ２０の表面と共役な位置に配置された撮像素子３９の撮像面上にウエハ２０表面の像を形成する。

偏光板３４、偏光補償板９と偏光板３８、偏光補償板１０が光路中にないときは、画像処理装置１５で行うべき撮像素子３９で得られたウエハ２０表面の像による検査は、従来から行われている正反射光による検査と同様である。

以下、偏光板３４、偏光補償板９と偏光板３８、偏光補償板１０が光路中にあるときの検査について説明する。
半導体ウエハ２０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域２１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域２１の中に繰り返しパターン２２が形成されている。繰り返しパターン２２のライン部の配列方向(Ｘ方向)を「繰り返しパターン２２の繰り返し方向」という。

また、本実施形態では、繰り返しパターン２２に対する照明光の波長と比較して繰り返しパターン２２のピッチＰが十分小さいとする。本実施形態における欠陥検査の原理は、本出願人がすでに出願した特願2003-366255号に記載されているので、ここでは原理に関しては詳しく説明しない。

ステージ１１の表面には、上述のパターンが形成されたウエハ２０が載置され、真空吸着等により固定保持される。さらに、ステージ１１はステージ回転機構１６によってステージ面に直交する所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。このステージ回転機構１６により、ウエハ２０を照明する光束Ｌ１の直線偏光の振動面に対するウエハ２０表面の形成された繰り返しパターンの長手方向とのなす角度を任意の角度に設定することができる。

また、図１の表面検査装置において、凹面反射鏡３５と凹面反射鏡３６との間には、ステージ１１に載置されたウエハ２０の表面に形成されたパターンの向きを検知するためのアライメント系１２が配設され、予め設定された光束Ｌ１の直線偏光の振動面と繰り返しパターン２２の長手方向Ｙとのなす角度を検知して、ステージ回転機構１６により照明光学系１３及び受光光学系１４に対する繰り返しパターンの長手方向Ｙの向きを調整することができる。

アライメント系１２は、ステージ１１が回転しているときに、半導体ウエハ２０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ１１を停止させる。その結果、半導体ウエハ２０の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（図２のＸ方向）を、後述の照明光の入射面３Ａ（図３参照）に対して、４５度の角度に傾けて設定することができる。

本実施形態では、直線偏光の光束Ｌ１がＰ偏光である。つまり、図４(ａ)に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向とベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、凹面反射鏡３５の前段に配置された偏光板３４の透過軸により規定される。

本実施形態では、半導体ウエハ２０に入射する直線偏光Ｌ１がＰ偏光（図４(ａ)）であるため、図５に示す通り、半導体ウエハ２０の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)に対して４５度の角度に設定された場合、半導体ウエハ２０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５のＶ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度も、４５度に設定される。

換言すると、直線偏光Ｌ１は、半導体ウエハ２０の表面における振動面の方向（図５のＶ方向）が繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)に対して４５度に傾いた状態で、繰り返しパターン２２を斜めに横切るような状態で、繰り返しパターン２２に入射する。

このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度状態は、半導体ウエハ２０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度,２２５度,３１５度の何れかに言い換えても、直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度状態は同じである。また、図５の振動面の方向(Ｖ方向)と繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン２２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。

そして、上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン２２を照明すると、繰り返しパターン２２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図１,図４(ｂ)）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)内に含まれ、ステージ１１の法線１Ａに対して直線偏光Ｌ１の入射角度等しい角度だけ傾いた方向である。なお、上記の通り、繰り返しパターン２２のピッチＰが照明波長と比較して十分小さいため、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。

次に、受光光学系１４の説明を行う。凹面反射鏡３６は、上記した照明光学系１３の凹面反射鏡３５と同様の反射鏡であり、楕円偏光Ｌ２を反射して結像レンズ３７の方に導き、結像レンズ３７と協働して撮像素子３９の撮像面に集光する。

ただし、結像レンズ３７と凹面反射鏡３６との間には、偏光板３８が配置されている。偏光板３８の透過軸の方位は、上記した照明光学系１３の偏光板３４の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコル(直交ニコル)の状態）。したがって、偏光板３８により、楕円偏光Ｌ２の図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３に相当する偏光成分のみを抽出して、撮像素子３９に導くことができる。その結果、撮像素子３９の撮像面には、図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３に相当する偏光成分による半導体ウエハ２０の反射像が形成される。

撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された半導体ウエハ２０の反射像を光電変換して、画像信号を画像処理装置１５に出力する。半導体ウエハ２０の反射像の明暗は、偏光成分Ｌ４の光強度（図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３の大きさ）に略比例し、半導体ウエハ２０の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン２２が理想的な形状の場合である。なお、半導体ウエハ２０の反射像の明暗は、ショット領域ごとに現れる。

画像処理装置１５は、撮像素子３９から出力される画像信号に基づいて、半導体ウエハ２０の反射画像を取り込む。なお、画像処理装置１５は、比較のため、良品ウエハの反射画像を予め記憶している。良品ウエハとは、繰り返しパターン２２が理想的な形状で表面全体に形成されたものである。良品ウエハの反射画像の輝度情報は、最も高い輝度値を示すと考えられる。

したがって、画像処理装置１５は、被検基板である半導体ウエハ２０の反射画像を取り込むと、その輝度情報を良品ウエハの反射画像の輝度情報と比較する。そして、半導体ウエハ２０の反射画像の暗い箇所の輝度値の低下量に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の低下量が予め定めた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断すればよい。

上記したように、本実施形態の表面検査装置によれば、直線偏光Ｌ１を用い、図５の振動面の方向(Ｖ方向)が繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)に対して傾いた状態で、繰り返しパターン２２を照明すると共に、正反射方向に発生した楕円偏光Ｌ２のうち、図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３の大きさに基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出するため、照明波長と比較して繰り返しパターン２２のピッチＰが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことができる。つまり、照明光である直線偏光Ｌ１を短波長化しなくても、確実に繰り返しピッチの微細化に対応できる。

さらに、本実施形態においては、照明光学系１３には、偏光板３４と凹面反射鏡３５との間に、偏光補償板９が配置されている。まず、偏光補償板を有さない場合に、凹面反射鏡１２に入射し、反射した光束の偏光状態について説明する。

さらに、本実施形態においては、照明光学系１３には、偏光板３４と凹面反射鏡３５との間に、偏光補償板９が配置されている。また、受光光学系１４には、偏光板３８と凹面反射鏡３６との間に、偏光補償板１０が配置されている。

まず、これらの偏光補償板を有さない場合に、凹面反射鏡３５に入射し、反射した光束の偏光状態について説明する。
図１において、凹面反射鏡３５に関して、凹面反射鏡に入射する直線偏光Ｌ１の主光線ＡＸ１を含み凹面反射鏡の光軸Ｏ35に平行な平面が、凹面反射鏡に入射する直線偏光Ｌ１の入射面である。一方、ライトガイドファイバ３３の開口数に応じて発散された照明光Ｌ１は上述のように偏光板３４で所定の直線偏光に変換され、発散光束の主光線ＡＸ１は凹面反射鏡３５の光軸Ｏ35に対してずれた部位に入射する所謂軸外しの光学系となっている。

従って、凹面反射鏡３５に入射する光線は、凹面反射鏡３５に対して垂直ではない。このためFrenelの反射の式に従って、偏光のＰ成分とＳ成分との間に透過率の差が発生し、その結果偏光面の回転が発生する。

例えば、偏光板３４により、この入射面に対して平行な振動面（Ｐ偏光）を有する直線偏光が生成されるとする。この場合、主光線ＡＸ１と光軸Ｏ３５とで形成される入射面を基準入射面とすると、光軸Ｏ３５を含み前記入射面に対して垂直な面と凹面反射鏡３５との交点付近においては、偏光面の回転は起こらないが、凹面反射鏡３５の他の部位では回転が起こる。偏光の振動面は、凹面反射鏡３５の面内のうち基準入射面を挟んで線対称に回転する。この回転量は凹面反射鏡の光軸Ｏ35から離れた部位ほど大きい。これは、凹面反射鏡３５に入射する発散光束が、凹面反射鏡３５の光軸Ｏ35からずれた位置から入射するため、図１において、凹面反射鏡３５に入射する光束の最も左側の光は最も入射角度が小さく、最も右側の光は最も入射角度が大きくなるような傾斜を有するからである（入射角度は入射光と、凹面反射鏡面の法線との角度である）。

このように凹面反射鏡に対する光の入射角度が面内で異なる（傾斜を有する）ため、面内で偏光面の回転にわずかの差が生じ、クロスニコルでの消光比のムラが発生する。
さらに、受光光学系１４で発生する消光比のムラについて説明する。図１において、凹面反射鏡３６に関して、凹面反射鏡３６から射出する直線偏光Ｌ２の主光線ＡＸ２を含み凹面反射鏡の光軸Ｏ36に平行な平面が、凹面反射鏡３６から射出する直線偏光Ｌ２の入射面を基準入射面である。一方、ウエハ２０を反射した平行光束Ｌ２は、凹面反射鏡３６のうち光軸Ｏ36から外れた部位に入射して収束作用を受けるので、受光光学系１４は、所謂軸外しの光学系となっている。

凹面反射鏡３６から射出する収束光束の偏光面の回転は、前述の照明光学系１３の場合と同様である。凹面反射鏡３６において、凹面反射鏡３６の面内のうち、前記基準入射面を挟んで線対称に、偏光の振動面が回転する。この回転量は凹面反射鏡の光軸Ｏ36から離れた部位ほど大きい。これは、凹面反射鏡３６を射出する収束光束Ｌ２が、凹面反射鏡３６の光軸Ｏ36からずれた位置から射出するため、図１において、凹面反射鏡３６から射出する光束の最も右側の光は最も入射角度が小さく、最も左側の光は最も射出角度が大きくなるような傾斜を有するからである（入射角度は入射光と、凹面反射鏡面の法線との角度である）。このように凹面反射鏡に対する光の射出角度が面内で異なる（傾斜を有する）ため、面内で偏光面の回転にわずかの差が生じ、クロスニコルでの消光比のムラが発生する。

本実施形態のように、クロスニコルに配置した２枚の偏光板３４、３８によって、構造複屈折による偏光の変化を検出する場合は、このような、装置に起因する僅かの偏光の乱れがノイズとなり検出精度を劣化させる。

このような、傾斜を有して分布する微小な偏光面の回転による、照明光の面内での偏光面の回転ムラを解消するために、本実施形態では、偏光補償板９、１０をそれぞれ偏光板３４と凹面反射鏡３５との間、偏光板３８と凹面反射鏡３６との間に配置する。

偏光補償板９，１０は、例えばガラスの平行平板であり、偏光補償板９は、照明光Ｌ１の光軸ＡＸ１に対して傾斜して配置されている。
ライトガイドファイバ１１から射出され、偏光板３４を経て直線偏光となった光束Ｌ１は偏光補償板９に入射する。ここで、光束Ｌ１は発散光束であり、かつ偏光補償板９は光軸ＡＸ１に対して傾いた入射面が存在するので、偏光補償板９に入射する光束の入射角度の大きさは光束の断面方向で傾斜を有する。したがって、偏光補償板９を透過した照明光Ｌ１は、入射光の入射角度に応じて、Ｐ成分とＳ成分の位相差が変化し偏光面が回転する。

ウエハ２０を照明する時点での照明光Ｌ１の偏光面は、偏光補償板９で生じた偏光面の回転と凹面反射鏡３５で生じた偏光面の回転量との足し合わせとなる。従って、凹面反射鏡３５で生じる偏光面の回転量の傾斜とは反対の傾斜を有する偏光面の回転を生じるように、偏光補償板９を照明光学系の光軸ＡＸ１に対して傾斜させれば、偏光面の回転量の値を揃えることができる。受光光学系１４に設けられた偏光補償板１０においても同様のことが言えるので、２つの偏光補償板をそれぞれ光軸に対して傾斜させることにより、偏光面の回転量の値をより均一に揃えることが可能となる。

以上のような構成により、偏光板３８と偏光補償板１０が光路中にある場合は、偏光補償板１０は光路に対して傾斜して配置されている。この傾斜して配置される偏光補償板１０の影響により、この場合に撮像素子３９で撮像されるウエハ２０の像の撮像視野内の位置は、偏光板３８と偏光補償板１０が光路から退避した位置にあるときに撮像素子３９で撮像されるウエハ２０の像の撮像視野内の位置からずれてしまう。

そのため、本実施形態では、偏光板３８と偏光補償板１０が光路中にない場合に対して、偏光板３８と偏光補償板１０が光路中にある場合に撮像視野内でのウエハ２０の像に位置のずれ量を予め求めておいて、そのずれ量を補正値として記憶しておく。

図６は、補正値を求めるための処理手順を示す流れ図である。これらの動作は、画像処理装置１５において行うことができる。図６において、ステージ１１上にウエハ２０を載置した状態で、まずモータ４０、モータ４１を駆動することにより、偏光板３４、偏光補償板９と偏光板３８、偏光補償板１０をそれぞれ光路から退避させた位置に移動させる（ステップＳ６１）。そして、撮像素子３９でウエハ２０の像を撮像し、画像処理装置１５に画像を取り込む（ステップＳ６２）。画像処理装置１５は、この画像を記憶する。次に、モータ４０、モータ４１を駆動して、偏光板３４、偏光補償板９と偏光板３８、偏光補償板１０をそれぞれ光路内に移動させる（ステップＳ６３）。そして、ステップＳ６２と同様に、ウエハ２０の像を撮像し、画像処理装置１５に画像を取り込み、この画像を記憶する（ステップＳ６４）。

このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にないときとあるときのウエハ２０の画像を得たら、それぞれの画像における撮像範囲内におけるウエハ２０の画像の位置を検出する（ステップＳ６５）。これは、ウエハ２０の周囲の形状を基準にして求めてもよいし、ウエハ２０の表面に形成されている特定のパターンを基準にして求めてもよい。そして、２つの画像におけるウエハ２０の画像の位置の差を求める。この差を補正値として記憶する（ステップＳ６６）。

以上のようにして、補正値を求めたら、この補正値を以下のように使う。本実施形態では、画像処理装置１５では、ウエハ２０上に検出された欠陥の位置を特定するのに、撮像素子３９の撮像視野（撮像範囲）を基準とした座標値で特定する。そして、偏光板と偏光補償板が光路中にないときは、得られた画像をそのまま採用して、欠陥の位置等を求める。そして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときは、求めた補正値に基づいて、補正処理を行う。この補正処理のしかたを以下の複数の実施形態ごとに説明する。なお、それぞれの実施形態では、偏光板と偏光補償板が光路中にないときを基準として、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときの検査において補正処理を行うこととしているが、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときを基準として、偏光板と偏光補償板が光路中にないときの検査において補正処理を行うこととしてもよい。また、偏光板と偏光補償板が光路中にあるとないときと、どちらの場合も補正処理をすることにしてもよい。この場合、偏光板と偏光補償板が光路中にあるとないときとで補正値を変えればよい。

（実施形態１）
実施形態１では、偏光板と偏光補償板を光路中に移動させた状態で撮像して得られた画像の画像データを補正する。画像処理装置１５において、前述のようにして求めた補正値に基づいて、画像全体に対してのウエハ２０の画像の位置をずらして、偏光板と偏光補償板が光路中にない状態のときと同じ位置にウエハ２０の画像がくるように画像データを補正する。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

（実施形態２）
実施形態２では、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、ウエハ２０の物理的な位置を変えて撮像する。ウエハ２０の位置を変えるために、本実施形態では、ステージ１１は、ウエハ２０をウエハ２０の表面に対して平行な方向に移動可能な構成となっている。これは、いわゆるＸＹ方向に移動可能なＸ−Ｙステージであり、公知のステージで実現可能である。偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとでのステージ１１の移動量は、画像処理装置１５によって、前述のようにして求めた補正値に基づいて算出し、ステージ１１に対して駆動指令が出される。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

（実施形態３）
実施形態２では、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像素子３９の位置を変えて撮像する。これは、撮像素子の撮像面を光軸に対して垂直な方向に移動可能な構成とすることで実現できる。偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとでの撮像素子３９の移動量は、画像処理装置１５によって、前述のようにして求めた補正値に基づいて算出し、撮像素子３９の駆動装置に対して駆動指令が出される。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

（実施形態４）
実施形態４では、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像素子３９からの出力信号の位相を変える。すなわち、出力信号の出力タイミングを変えることによって、画面内での像の位置をずらすことができる。偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとでの撮像素子３９からの出力信号の位相をずらす量は、画像処理装置１５によって、前述のようにして求めた補正値に基づいて算出し、撮像素子３９からの出力信号を処理する。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

（実施形態５）
実施形態５では、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、ウエハの設置角度を変えて撮像する。これは、ステージ１１にチルト機構を設け、ウエハ２０を載置する面を傾斜させることにより実現できる。これによって、光束Ｌ１がウエハ２０面に対して入射する角度が変わり、光束Ｌ２の出射角度も変わる。その結果、撮像素子３９で撮像されるウエハ２０の像の位置も変化する。偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとでのチルト角度の変化量は、画像処理装置１５によって、前述のようにして求めた補正値に基づいて算出し、ステージ１１に対して駆動指令が出される。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

（実施形態６）
実施形態５では、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、結像レンズ３７の位置を変えて撮像する。これは、結像レンズ３７を光軸に対して傾斜させる機構を設けることによって実現できる。結像レンズ３７を傾斜させることによって、撮像素子３９で撮像される像の位置がずれるので、これを利用して傾斜して配置される偏光補償板によってずれる像の位置を補正することができる。偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとでの結像レンズ３７の傾斜角度は、画像処理装置１５によって、前述のようにして求めた補正値に基づいて算出し、結像レンズ３７の駆動機構に対して駆動指令が出される。このようにして、偏光板と偏光補償板が光路中にあるときとないときとで、撮像した画像内でのウエハ２０の画像の位置を同じにすることができる。そして、このようにして得られた画像に基づいて、欠陥の検出を行う。

本発明の実施形態による表面検査装置の全体構成を示す図である。 半導体ウエハ２０の表面の外観図である。 直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との傾き状態を説明する図である。 直線偏光Ｌ１と楕円偏光Ｌ２の振動方向を説明する図である。 直線偏光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との傾き状態を説明する図である。 補正値を求めるための処理手順を示す流れ図である。

符号の説明

１１：ステージ、１２：アライメント系、１３：照明光学系、１４：受光光学系、１５：画像処理装置、１６：ステージ回転機構、２０：半導体ウエハ、２１：チップ領域、２２，２５，２６：繰り返しパターン、３３：ライトガイドファイバ、３４，３８：偏光板、３５，３６：凹面反射鏡、３７：結像レンズ、３９：撮像素子、４０、４１：駆動モータ、Ｌ１：照明光、Ｌ２：反射光、ＬＳ：ランプハウス。

Claims (4)

1. 被検査基板を照明する照明手段と、
   前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、
   前記結像された像を撮像する撮像手段と、
   前記被検基板から前記撮像手段に至る光路中に設けられ、通過する光束の光軸に対して入射面が傾斜して配置される光学板部材と、
   前記光学板部材を前記光路から出し入れする移動手段と、
   前記移動手段により、前記光学板部材が前記光路中にある時とない時とで、前記撮像手段による撮像範囲内での前記被検基板の像の位置に対して異なる補正を行う補正手段と
   を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記照明手段は、被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材とから構成され、
   前記光源手段から前記照射部材に至る光路中および前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に偏光板を設け、
   前記光学板部材は、前記照射部材に起因して発生する偏光面の乱れを解消するための偏光補償板であることを特徴とする検査装置。
3. 請求項１または２に記載の検査装置において、
   前記補正手段での補正は、前記撮像手段と前記被検基板との相対的な位置関係を補正することにより行うことを特徴とする検査装置。
4. 請求項１または２に記載の検査装置において、
   前記補正手段での補正は、前記撮像手段により得られた画像データを補正することにより行うことを特徴とする検査装置。

Images