JP2007064948A - 表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 入射面に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】 被検物体５の表面（被検面５ａ）に検査用の照明光を照射する照明ユニット１０と、被検面５ａに垂直な軸ＡＸ１を中心として、被検物体と照明ユニットとを相対的に回転させ、照明光の照射条件を変更する変更手段１,３３と、複数の照射条件の各々で、照明光が照射されたときに被検面から出射される散乱光を受光し、被検面の画像を取り込む受光ユニット２０と、受光ユニットによって取り込まれた照射条件の異なる複数の画像を合成して合成画像を生成する合成手段３２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被検物体の表面欠陥の検査を行う表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法に関する。

半導体ウエハなどの被検物体の表面欠陥の検査は、被検物体の表面に検査用の照明光を様々な角度で照射して、被検物体を回転または揺動させながら検査員が目視観察して行われていた。近年では、検査品質のバラツキを小さくして検査の省力化や効率化を図るために、その検査を自動化することが検討されている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、検査用の照明光を照射したときに被検物体の表面から所定方向に出射される散乱光を受光して、表面欠陥の検査を行う。
特開２００３−２８６２１号公報

しかし、被検物体の表面欠陥の形態は様々であり、照明光の照射方向と被検物体の表面の法線とを含む入射面に対して略平行な凹状の傷が表面欠陥として存在する場合、その傷からの散乱光は微弱なため、上記の装置で良好に検査することはできなかった。さらに、凹状の傷が曲線を成し、その一部分が入射面に対して略平行な場合には、その傷の全体を検査することができなかった。

本発明の目的は、入射面に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法を提供することにある。

本発明の表面欠陥検査装置は、被検物体の表面に検査用の照明光を照射する照明ユニットと、前記表面に垂直な軸を中心として、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に回転させ、前記照明光の照射条件を変更する変更手段と、複数の前記照射条件の各々で、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される散乱光を受光し、前記表面の画像を取り込む受光ユニットと、前記受光ユニットによって取り込まれた前記照射条件の異なる複数の前記画像を合成して合成画像を生成する合成手段とを備えたものである。

また、前記変更手段は、前記表面に垂直な軸を中心とする１８０度または３６０度の角度範囲内で、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に等間隔で回転させ、前記照射条件を変更することが好ましい。
また、前記合成手段によって生成された前記合成画像を処理して、前記表面の欠陥を検出する画像処理手段を備えることが好ましい。

また、前記合成手段によって生成された前記合成画像を表示する表示装置を備えることが好ましい。
また、前記受光ユニットは、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される正反射光の出射角をθｏ、前記正反射光の開口角をδθｏ、前記正反射光の光軸から前記受光ユニットの光軸を見込む角度をθｒ、前記受光ユニットの開口角をδθｒとして、次の条件式(１)〜(３)を満足するように設定されることが好ましい。

δθｏ＜（θｒ−δθｒ） …(１)
θｒ≦１０度 …(２)
θｏ≦６０度 …(３)
また、前記受光ユニットの光軸は、前記照明ユニットの光軸および前記正反射光の光軸と同一の入射面内に含まれ、前記被検物体と前記照明ユニットと前記受光ユニットとの少なくとも１つは、前記照明ユニットの光軸と前記表面との交点を通って前記入射面に垂直な軸を中心として回転可能に支持されることが好ましい。

また、前記被検物体と前記照明ユニットと前記受光ユニットとの少なくとも１つを前記入射面に垂直な軸を中心として回転させ、前記正反射光の出射角θｏおよび前記受光ユニットの光軸を見込む角度θｒを設定する設定手段を備えることが好ましい。
また、前記照明光は、直線偏光であり、前記受光ユニットは、前記表面から出射される散乱光のうち、前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分を受光して、前記画像を取り込むことが好ましい。

本発明の表面欠陥検査方法は、被検物体の表面に検査用の照明光を照射する照明ステップと、前記表面に垂直な軸を中心として、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に回転させ、前記照明光の照射条件を変更する変更ステップと、複数の前記照射条件の各々で、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される散乱光を受光し、前記表面の画像を取り込む受光ステップと、前記受光ステップで取り込まれた前記照射条件の異なる複数の前記画像を合成して合成画像を生成する合成ステップとを備えたものである。

また、前記変更ステップでは、前記表面に垂直な軸を中心とする１８０度または３６０度の角度範囲内で、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に等間隔で回転させ、前記照射条件を変更することが好ましい。
また、前記被検物体は、ＣＭＰ処理を行った後の状態であり、その表面に円弧状の傷を有することが好ましい。

本発明の表面欠陥検査装置および表面欠陥検査方法によれば、入射面に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の表面欠陥検査装置１００は、図１に示す通り、半導体ウエハなどの被検物体５を支持する支持テーブル１と、被検物体５の表面（以下「被検面５ａ」）に検査用の照明光を照射する照明ユニット１０と、被検面５ａから出射される散乱光を受光して被検面５ａの画像を取り込む受光ユニット２０と、受光ユニット２０に接続された表示ユニット３１および画像処理ユニット３２と、制御部３３とで構成される。支持テーブル１と照明ユニット１０と受光ユニット２０は不図示のチャンバー内に配置される。

この表面欠陥検査装置１００は、ＩＣチップや液晶表示パネルなどの製造工程において、被検物体５の表面欠陥の検査を行う装置である。ＩＣチップや液晶表示パネルは、半導体ウエハなどの表面に種々の回路パターンを何層にも積み重ねて構成される。回路パターンの形成にはフォトリソグラフィ工程などが用いられ、この形成に際して半導体ウエハなどの表面に傷などの欠陥（表面欠陥）があると、最終製品の動作不良などに結びつく。このため、製造工程における表面欠陥の検査は非常に重要である。

表面欠陥の検査時、半導体ウエハなどの被検物体５は、回路パターンなどが形成された被検面５ａを水平な状態にして、支持テーブル１の上に真空吸着などによって固定保持される。この状態で照明ユニット１０から検査用の照明光が照射されると、被検面５ａでは、そこに付着した塵やゴミなどの異物または凸状や凹状の傷など（総じて「表面欠陥」）に起因して散乱光が発生する。この散乱光を効率よく受光ユニット２０に導くことができれば、被検物体５の表面欠陥の検査を良好に行うことができる。

ところが、被検面５ａは滑らかな平面であるため、被検面５ａに照明ユニット１０からの検査用の照明光を照射すると、被検面５ａからは正反射光も発生する。さらに、被検面５ａには多数の回路パターンが形成され、回路パターンは所定ピッチで配列されたアルミや銅などの配線用の金属薄膜（繰り返しパターン）を含む。このため、被検面５ａに検査用の照明光を照射すると、被検面５ａからは繰り返しパターンのピッチなどに応じて回折光も発生する。これらの正反射光や回折光はノイズ光である。

第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、被検面５ａからのノイズ光を確実に除去して散乱光を効率よく受光ユニット２０に導くため、照明ユニット１０の光軸Ｃ１や受光ユニット２０の光軸Ｃ４の角度条件を調整すると共に、照明ユニット１０と受光ユニット２０との各々に偏光ユニット１３,２２を設けている。
さらに、被検物体５がＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理を行った後の状態であり、その表面（被検面５ａ）に図２のような円弧状の傷５ｂが多数存在する場合でも、その傷５ｂの全体を良好に検査するため、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、検査用の照明光の照射条件を変更しながら被検面５ａの複数の画像を取り込み、その合成画像を生成する。

ちなみに、ＣＭＰ処理は、被検物体５を回転させながら研磨パッドによって被検面５ａを研磨する処理である。このとき、研磨パッドは被検面５ａよりも曲率半径の大きな円を描くように被検面５ａ上を移動するため、何らかの要因で研磨パッドと被検面５ａとの間に異物が入ると、被検面５ａ上に多数の円弧状の傷５ｂが付いてしまう。この円弧状の傷５ｂは、ある程度の長さを持ち、凹状で、非常に浅いことが多い。

以下、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００の構成を具体的に説明する。
支持テーブル１は、被検面５ａの中心を通って垂直方向に延びる軸ＡＸ１を中心として水平面内で回転可能である。軸ＡＸ１を中心とする支持テーブル１の回転は、被検面５ａに対する検査用の照明光の照射条件を変更するときに、制御部３３からの指示にしたがって行われる。

また、支持テーブル１は、水平方向に延びる軸ＡＸ２を中心として回転（揺動）可能である。軸ＡＸ２は、照明ユニット１０の光軸Ｃ１と被検面５ａとの交点を通り、照明ユニット１０の光軸Ｃ１と被検面５ａの法線Ｃ２との成す面（以下「入射面Ｐ１」）に垂直である。軸ＡＸ２を中心とする支持テーブル１の回転は、照明ユニット１０の光軸Ｃ１の角度条件などを調整するときに行われる。

照明ユニット１０は、光源１１と、波長選択ユニット１２と、偏光ユニット１３と、照明レンズ１４とで構成される。照明ユニット１０の光軸Ｃ１は、被検面５ａの法線Ｃ２に対して傾けられ、法線Ｃ２との成す角度（つまり入射角θｉ）が次の条件式(４)を満足するように設定される。
θｉ≦６０度 …(４)
照明ユニット１０の光軸Ｃ１の入射角θｉの設定は、上記の支持テーブル１を軸ＡＸ２を中心として回転（揺動）させることにより行うことができる。また、支持テーブル１を回転させる代わりに（あるいは支持テーブル１の回転と併せて）照明ユニット１０自体を軸ＡＸ２を中心として回転（揺動）させても、照明ユニット１０の光軸Ｃ１の入射角θｉの設定を同様に行うことができる。

光源１１は、メタルハライドランプ,水銀ランプ,ハロゲンランプなどである。波長選択ユニット１２は、例えば種々のダイクロイックミラーや干渉フィルタなどを切り換えることによって波長選択を行うものであり、光源１１からの光のうち、所定の波長域の光を選択的に透過させる。
偏光ユニット１３は、例えばシートフィルムの偏光板や液晶素子などであり、波長選択ユニット１２からの光を直線偏光に変換する。照明レンズ１４は、偏光ユニット１３からの直線偏光を平行光に変換し、検査用の照明光として被検面５ａの全面に照射する。また、照明ユニット１０は、その被検面５ａ側がテレセントリックに構成されている。

このため、被検面５ａは、照明ユニット１０からの直線偏光（検査用の照明光）によって全面一括で照明される。この直線偏光の振動面の方向は、偏光ユニット１３によって、上記の入射面Ｐ１と平行または垂直な方向に設定される。ただし、その方向が入射面Ｐ１に対して斜めであっても構わない。また、直線偏光の波長は、波長選択ユニット１２によって設定される。直線偏光の入射角は、照明ユニット１０の光軸Ｃ１の入射角θｉに相当し、被検面５ａの全面で一定となる。

このようにして照明されたとき、被検面５ａからの正反射光は、光軸Ｃ３で示す方向に、出射角θｏで出射する。この出射角θｏは、正反射光の光軸Ｃ３と被検面５ａの法線Ｃ２との成す角度であり、上記した直線偏光の入射角θｉと等しい。したがって、入射角θｉが上記の条件式(４)を満足すれば、出射角θｏも同様の条件式(５)を満足する。
θｏ≦６０度 …(５)
受光ユニット２０は、第１の受光レンズ２１と、偏光ユニット２２と、第２の受光レンズ２３と、ＣＣＤ撮像素子２４とで構成される。受光ユニット２０の光軸Ｃ４は、正反射光の光軸Ｃ３に対して傾けられ、光軸Ｃ３との成す角度（つまり光軸Ｃ３から光軸Ｃ４を見込む角度θｒ）が次の条件式(６)を満足するように設定される。

θｒ≦１０度 …(６)
また、受光ユニット２０の光軸Ｃ４は、照明ユニット１０の光軸Ｃ１および正反射光の光軸Ｃ３と同一面内に含まれる。この面は上記の入射面Ｐ１に相当し、図１の紙面に平行である。
さらに、光軸Ｃ４を見込む角度θｒは、図３に示す通り、正反射光が光軸Ｃ３を中心として開口角δθｏの円錐状の広がりを有する場合でも、この開口角δθｏと、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を中心とする開口角δθｒとが重ならないように、つまり、次の条件式(７)を満足するように設定される。

δθｏ＜（θｒ−δθｒ） …(７)
このように設定すれば、被検面５ａからの正反射光が受光ユニット２０の円錐状の受光範囲（開口角δθｒ）に入射することはなく、受光ユニット２０は正反射光に対して暗視野の光学系となる。つまり、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光の１つである正反射光を確実に除去することができる。

なお、正反射光の出射角θｏは、照明ユニット１０の光軸Ｃ１の入射角θｉを設定すれば自動的に決まる。つまり、支持テーブル１と照明ユニット１０との少なくとも一方を軸ＡＸ２を中心として回転（揺動）させることにより、入射角θｉおよび出射角θｏを設定できる。また、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を見込む角度θｒの設定は、受光ユニット２０自体を軸ＡＸ２を中心として回転（揺動）させることにより行うことができる。

また、受光ユニット２０において、受光レンズ２１,２３は、被検面５ａから出射された光（散乱光や正反射光や回折光など）を集光する。偏光ユニット２２は、上記の偏光ユニット１３と同様の偏光板や液晶素子などであり、検査用の照明光である直線偏光の振動面に垂直な偏光成分を通過する（平行な偏光成分を遮断する）ように配置されている。いわゆるクロスニコルの配置である。受光ユニット２０の被検面５ａ側はテレセントリックに構成されている。ＣＣＤ撮像素子２４は、被検面５ａを全面一括で撮像可能である。

被検面５ａからの正反射光は、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光の１つであり、上記のように、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を中心とする開口角δθｒの受光範囲から外れた方向（つまり光軸Ｃ３を中心とする開口角δθｏ内）を通過する。このため、受光レンズ２１,２３により集光されても、正反射光がＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射することはない。つまり、正反射光を確実に除去することができる。

一方、被検面５ａの繰り返しパターンからの回折光は、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光の１つであるが、通常、正反射光とは異なる方向に出射する。また、繰り返しパターンのピッチによっては、正反射光の光軸Ｃ３から回折光の光軸を見込む角度が、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を見込む角度θｒに近くなることがある。この場合、回折光も光軸Ｃ４を中心とする開口角δθｒの受光範囲内を通過することになり、偏光ユニット２２が無ければ、ＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射してしまう。

しかし、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、偏光ユニット２２を設け、検査用の照明光である直線偏光の振動面に垂直な偏光成分を通過する（平行な偏光成分を遮断する）ようにしたので、被検面５ａの繰り返しパターンからの回折光が、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を中心とする開口角δθｒの受光範囲内を通過する場合でも、その回折光を偏光ユニット２２によって遮断し、ＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射しないようにすることができる。

被検面５ａの繰り返しパターンからの回折光を偏光ユニット２２によって遮断できるのは、検査用の照明光である直線偏光が被検面５ａの繰り返しパターンによって回折されるときに、その振動面が回転しないからである。つまり、被検面５ａの繰り返しパターンからの回折光も直線偏光であり、回折光の振動面は照明用の直線偏光の振動面と平行である。ここで、繰り返しパターンの方位を図４に示すように入射面Ｐ１に対して平行または垂直な方向とした場合、回折光の振動面は照明側での振動面と正確に平行となる。

したがって、被検面５ａの繰り返しパターンからの回折光は、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を中心とする開口角δθｒの受光範囲内を通過する場合でも、照明側の偏光ユニット１３に対してクロスニコルの状態で配置された偏光ユニット２２を通過することができず、そこで遮断され、ＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射することはない。つまり、回折光を確実に除去することができる。

これに対し、検査用の照明光である直線偏光が被検面５ａの異物や傷など（表面欠陥）によって散乱されるときには、その振動面が回転する。つまり、表面欠陥からの散乱光には、照明用の直線偏光の振動面に垂直な偏光成分も含まれる。そして、この偏光成分のみが偏光ユニット２２を通過し、受光レンズ２１,２３により集光されてＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射する。

このように、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、受光ユニット２０を正反射光に対して暗視野の光学系とし、さらに、照明ユニット１０と受光ユニット２０とに偏光ユニット１３,２２を設けることにより、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光（正反射光や回折光など）を確実に除去することができ、被検面５ａの異物や傷など（表面欠陥）からの散乱光のみをＣＣＤ撮像素子２４の受光面に入射させることができる。

したがって、ＣＣＤ撮像素子２４では、被検面５ａの異物や傷など（表面欠陥）によって生じる散乱光に基づいて、被検面５ａを全面一括で撮像し、表面欠陥の画像を取り込むことができる。ＣＣＤ撮像素子２４によって撮影された画像情報は、表示ユニット３１および画像処理ユニット３２に出力される。
表示ユニット３１は、ＣＲＴモニタや液晶ディスプレイなどから構成され、ＣＣＤ撮像素子２４からの画像情報（表面欠陥の画像）を画面に表示する。検査員は、この画面表示を見て、被検物体５の表面欠陥の有無を判断可能である。

画像処理ユニット３２は、ＣＣＤ撮像素子２４からの画像情報について画像処理を行い、撮影画像における輝度が所定輝度を超える部分に、異物や傷などの表面欠陥が存在すると判断する。このため、被検物体５の表面欠陥の有無を自動的に検査可能である。
第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、照明ユニット１０と受光ユニット２０とに偏光ユニット１３,２２を設けて被検面５ａからの回折光を除去するため、回折光の光軸が受光ユニット２０の光軸Ｃ４に重なってしまう場合でも、その回折光を確実に除去して表面欠陥からの散乱光のみを選択することができ、表面欠陥の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。

特に、被検面５ａにピッチの異なる多数の繰り返しパターンが存在する場合、繰り返しパターンからの回折光は様々な方向に発生するため、角度条件の調整では、回折光を取り込まないように受光ユニット２０の光軸Ｃ４や開口角δθｒを設定することが難しい。しかし、第１実施形態のように偏光ユニット１３,２２を用いれば、被検面５ａにピッチの異なる多数の繰り返しパターンが存在する場合でも、確実に回折光を除去することができ、表面欠陥の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。

さらに、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、照明ユニット１０の光軸Ｃ１の入射角θｉが条件式(４)を満足する（つまり正反射光の出射角θｏが条件式(５)を満足する）ように設定した。このため、検査用の照明光（直線偏光）を被検面５ａに対して比較的小さな角度で上方から入射させることができる。したがって、被検面５ａに形成された凹状の傷であっても、そこから確実に散乱光を発生させることができ、凹状の傷の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。

そして、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、被検面５ａに付着した塵やゴミなどの異物または凸状や凹状の傷などの検査に必要なＳＮ比を確保できるため、その検査を良好に行うことができる。
また、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、照明ユニット１０によって被検面５ａを全面一括で照明し、受光ユニット２０のＣＣＤ撮像素子２４によって被検面５ａを全面一括で撮像する。このため、表面欠陥の検査を短時間で行うことができ、スループットが向上する。

さらに、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、照明ユニット１０と受光ユニット２０との各々の被検面５ａ側をテレセントリックに構成した。このため、照明ユニット１０による照明条件と受光ユニット２０による受光条件とを被検面５ａの全面で均一とすることができ、表面欠陥の検査をさらに良好に行える。
また、ＣＭＰ処理によって被検面５ａに生じた円弧状の多数の傷５ｂ（図２）の検査を行う場合には、各傷５ｂのうち入射面Ｐ１に対して略垂直な部分５Ｖ（図５(ａ)）からの散乱光は十分な強度を有するが、略平行な部分５Ｈからの散乱光は微弱なため、受光ユニット２０によって１枚の表面欠陥の画像を取り込んでも、各傷５ｂの全体を検査することはできない。略平行な部分５Ｈからの散乱光が微弱になるのは、検査用の照明光を略平行光にして法線Ｃ２から傾けて被検面５ａに照射し、傷５ｂの内壁面での散乱光よりも正反射光の割合が大きくなるからと考えられる。

このような場合、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００では、制御部３３からの指示にしたがって支持テーブル１を軸ＡＸ１を中心として回転させることで、検査用の照明光の照射条件（つまり被検面５ａに対する照射方向）を変更する。図５(ｂ)は、被検面５ａを図５(ａ)の状態から角度φだけ回転させた状態を示す。図５(ａ),(ｂ)の比較から分かるように、照明光の照射条件が異なると、円弧状の傷５ｂのうち散乱光の強度を充分に確保できる部分５Ｖの位置も異なる。

そして、支持テーブル１を回転させながら、複数の異なる照射条件（図５(ａ),(ｂ)）の各々で、受光ユニット２０によって繰り返し表面欠陥の画像を取り込む。このようにして取り込まれた複数の画像には、各照射条件に応じた入射面Ｐ１に対して略垂直な部分５Ｖが明るい像として現れる。これらの画像情報も、上記と同様に、表示ユニット３１および画像処理ユニット３２に出力される。

支持テーブル１の回転は、軸ＡＸ１を中心とする１８０度または３６０度の角度範囲内で等間隔に行うことが好ましい。角度範囲は、傷５ｂの断面形状が対称な場合には１８０度でよく、非対称な場合には３６０度とすることが好ましい。回転させる角度の間隔は、傷５ｂの状態によって決めればよい。例えば１５度ずつ回転させる場合は、照明光の照射方向が１５度ずつ異なる条件での画像を順に取り込むことができる。

また、支持テーブル１を１５度ずつ回転させる場合、角度範囲が１８０度であれば１２枚の画像を取り込み、３６０度であれば２４枚の画像を取り込むことになる。これらの画像に関わる情報は、受光ユニット２０による画像取込動作が終了するまで、画像処理ユニット３２のメモリに記憶される。
画像処理ユニット３２は、画像取込動作が終了すると、照明光の照射条件の異なる複数の画像を合成して合成画像を生成する。このとき、支持テーブル１の回転（つまり被検面５ａの回転）の角度を考慮して、被検面５ａの同一箇所が画像上で同じ位置になるように合成する。合成画像には、例えば図３のように、円弧状の傷５ｂの全体が明るい像として現れる。

画像処理ユニット３２は、その後、生成した合成画像を処理し、所定輝度を超える部分に円弧状の傷５ｂなどの表面欠陥が存在すると判断する。このため、被検面５ａに円弧状の傷５ｂが存在し、その一部分が入射面Ｐ１に対して略平行な場合であっても、各傷５ｂの全体（その大きさや領域）を良好に検査することができる。さらに、画像処理ユニット３２が生成した合成画像を表示ユニット３１に表示して、目視による検査を行ってもよい。ただし、画像処理ユニット３２を用いる方が自動で効率良く検査することができる。

同様の検査は、ＣＭＰ処理による円弧状の傷５ｂに限らず、その他の凹状の傷にも有効であり、傷が浅い場合に特に有効である。凹状の傷が曲線を成す場合には、上記と同様の合成画像を生成することで、傷の全体を良好に検査できる。また、凹状の傷が直線を成す場合、ある照射条件（傷が入射面Ｐ１に対して略平行な条件）のみではその検査を行うことができないが、上記と同様の合成画像を生成すれば、傷が入射面Ｐ１に対して略垂直なときの画像も加味することができ、その検査を良好に行える。被検面５ａに様々な方向の傷が存在する場合にも、その全体を良好に検査できる。

なお、合成画像を生成するために支持テーブル１（被検物体５）を回転させると、被検面５ａの繰り返しパターンの方位（図４）の入射面Ｐ１に対する角度も変化する。そして入射面Ｐ１に対する角度によっては繰り返しパターンからの回折光を十分に除去できない場合もあり得る。このような回折光が混入する角度は、テストウエハなどを用いて予め実験的に求めることができる。

このため、支持テーブル１（被検物体５）を回転させながら画像を取り込む際に、回折光が混入する角度での画像の取り込みを省略して、回折光が混入しない角度のみで画像を取り込むことがことが好ましい。この場合、取り込んだ全ての画像に回折光が混入しないため、全ての画像から合成画像を生成することができる。ただし、回折光が混入する角度も含めて多数の角度で画像を取り込み、その中から回折光の光量が多くて傷の検査に不適な画像を除き、残りの画像を合成してもよい。

なお、本発明者は、正反射光の出射角θｏを約２１度、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を見込む角度θｒを約２度、開口角δθｏを約０.６度、開口角δθｒを約０.１５度とした装置、および、出射角θｏを約１６度、見込む角度θｒを約２度、開口角δθｏを約０.５度、開口角δθｒを約０.１５度とした装置において、種々の半導体ウエハ（被検物体５）の表面欠陥の検査を良好に行えることを確認した。

また、本発明者は、上記の数値に設定した装置を用い、あるサンプルウエハを被検物体５として支持テーブル１に載置し、軸ＡＸ１を中心にして２２.５度ずつ回転させながら９枚の画像を取り込み、この９枚のうち繰り返しパターンからの回折光が混入した３枚を除く６枚の画像を合成すれば、ＣＭＰ処理に起因する円弧状の傷５ｂ（図２）の全体を良好に検査できることを実験的に確かめた。

さらに、本発明者は、繰り返しパターンからの回折光の混入が少なく効率的に検査できる条件として、３０度ずつ回転させながら取り込んだ６枚の画像を合成すればよいことも実験的に確かめた。ただし、支持テーブル１（被検物体５）を回転させる角度と撮影枚数がこれに限られないのは言うまでもない。回転させる角度と撮影枚数は、被検面５ａの傷の状態により異なるため、被検物体５に応じて適宜決めればよい。

（第２実施形態）
第２実施形態の表面欠陥検査装置２００は、図６に示す通り、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００（図１）の照明レンズ１４および受光レンズ２１に代えて球面反射鏡１５,２５を設け、球面反射鏡１５,２５と偏光ユニット１３,２２との間の光路中に偏光補償板１６,２６を斜めに挿入したものである。

偏光補償板１６,２６は、高屈折率ガラスの平行平面板であり、屈折率が１.８以上（例えば１.９程度）の材料を用いることが好ましい。さらに、屈折率は高い方が好ましいが、最適な屈折率は光の波長によって異なる。例えば紫外光の場合には、透過率を考慮すると、屈折率１.８程度が好ましい。
第２実施形態の表面欠陥検査装置２００でも、上記の条件式(４)〜(７)を満足するように各部の設定を行い、受光ユニット(２２〜２６)を正反射光に対して暗視野の光学系とし、さらに、照明ユニット(１１〜１３,１５,１６)と受光ユニット(２２〜２６)とに偏光ユニット１３,２２を設けるため、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光（正反射光や回折光など）を確実に除去することができる。

また、偏光ユニット１３,２２によって被検面５ａからの回折光を除去するため、回折光の光軸が受光ユニット(２２〜２６)の光軸Ｃ４に重なってしまう場合でも、その回折光を確実に除去して表面欠陥からの散乱光のみを選択することができ、表面欠陥の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。さらに、被検面５ａに形成された凹状の傷であっても、そこから確実に散乱光を発生させることができ、凹状の傷の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。その結果、表面欠陥の検査を良好に行うことができる。

また、第２実施形態の表面欠陥検査装置２００では、球面反射鏡１５,２５と偏光ユニット１３,２２との間に偏光補償板１６,２６を設けるため、被検面５ａの全面における消光比を略均一にすることができる。なお、偏光補償板１６,２６の表面をガラス材料と同程度の屈折率の保護膜でコートしてヤケを防止することが好ましい。
さらに、第２実施形態の表面欠陥検査装置２００でも、支持テーブル１（被検物体５）を回転させながら複数の画像を取り込み、合成画像を生成するため、入射面Ｐ１に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の表面欠陥検査装置３００は、図７に示す通り、第１実施形態の表面欠陥検査装置１００（図１）の照明レンズ１４および受光レンズ２１に代えて大口径のレンズ１７を設けたものである。
第３実施形態の表面欠陥検査装置３００では、照明ユニット(１１〜１３,１７)と受光ユニット(１７,２２〜２４)とが大口径のレンズ１７を共用しているので、装置構成を簡単にすることができる。ただし、照明ユニット(１１〜１３,１７)と受光ユニット(１７,２２〜２４)とを近づけて配置する必要があり、検査用の照明光の入射角θｉおよび正反射光の出射角θｏは小さな角度となる。

第３実施形態の表面欠陥検査装置３００でも、上記の条件式(４)〜(７)を満足するように各部の設定を行い、受光ユニット(１７,２２〜２４)を正反射光に対して暗視野の光学系とし、さらに、照明ユニット(１１〜１３,１７)と受光ユニット(１７,２２〜２４)とに偏光ユニット１３,２２を設けるため、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光（正反射光や回折光など）を確実に除去することができる。

また、偏光ユニット１３,２２によって被検面５ａからの回折光を除去するため、回折光の光軸が受光ユニット(１７,２２〜２４)の光軸Ｃ４に重なってしまう場合でも、その回折光を確実に除去して表面欠陥からの散乱光のみを選択することができ、表面欠陥の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。さらに、被検面５ａに形成された凹状の傷であっても、そこから確実に散乱光を発生させることができ、凹状の傷の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。その結果、表面欠陥の検査を良好に行うことができる。

さらに、第３実施形態の表面欠陥検査装置３００でも、支持テーブル１（被検物体５）を回転させながら複数の画像を取り込み、合成画像を生成するため、入射面Ｐ１に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる。
（第４実施形態）
第４実施形態の表面欠陥検査装置４００は、図８に示す通り、第３実施形態の大口径のレンズ１７に代えて凹面反射鏡１８を設け、凹面反射鏡１８と偏光ユニット１３,２２との間の光路中に第２実施形態と同様の偏光補償板１６,２６を斜めに挿入したものである。

第４実施形態の表面欠陥検査装置４００では、照明ユニット(１１〜１３,１６,１８)と受光ユニット(１８,２２〜２４,２６)とが凹面反射鏡１８を共用しているので、装置構成を簡単にすることができる。また、第３実施形態のようにレンズ１７を用いた構成と比較して装置をコンパクトにすることができる。
第４実施形態の表面欠陥検査装置４００でも、上記の条件式(４)〜(７)を満足するように各部の設定を行い、受光ユニット(１８,２２〜２４,２６)を正反射光に対して暗視野の光学系とし、さらに、照明ユニット(１１〜１３,１６,１８)と受光ユニット(１８,２２〜２４,２６)とに偏光ユニット１３,２２を設けるため、被検面５ａの表面欠陥の検査に不要なノイズ光（正反射光や回折光など）を確実に除去することができる。

また、偏光ユニット１３,２２によって被検面５ａからの回折光を除去するため、回折光の光軸が受光ユニット(１８,２２〜２４,２６)の光軸Ｃ４に重なってしまう場合でも、その回折光を確実に除去して表面欠陥からの散乱光のみを選択することができ、表面欠陥の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。さらに、被検面５ａに形成された凹状の傷であっても、そこから確実に散乱光を発生させることができ、凹状の傷の検査に必要なＳＮ比を確保することができる。その結果、表面欠陥の検査を良好に行うことができる。

さらに、第４実施形態の表面欠陥検査装置４００でも、支持テーブル１（被検物体５）を回転させながら複数の画像を取り込み、合成画像を生成するため、入射面Ｐ１に対して略平行な凹状の傷（またはその一部分）であっても、良好に検査することができる。
（変形例）
上記した実施形態では、受光ユニット２０の光軸Ｃ４が入射面Ｐ１（照明ユニットの光軸Ｃ１と被検面５ａの法線Ｃ２との成す面）に含まれる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１,図３の矢視IIIを示す図９(ａ)のように、正反射光の光軸Ｃ３と受光ユニット２０の光軸Ｃ４とを含む面Ｐ２が入射面Ｐ１に対して傾けられ、所定の角度θｓを成すようにしてもよい。この場合、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を見込む角度θｒは、面Ｐ２内で条件式(６),(７)を満足するように設定される。

また、図１,図３の矢視IIIを示す図９(ｂ)のように、正反射光の光軸Ｃ３と受光ユニット２０の光軸Ｃ４とを含む面Ｐ３が入射面Ｐ１に対して角度θｓ＝９０度を成すようにしてもよい。このようにすれば、光軸Ｃ４を見込む角度θｒを一定に保持したまま、照明ユニットの光軸Ｃ１の入射角θｉや正反射光の光軸Ｃ３の出射角θｏを容易に変化させることが可能となる。

図９(ａ),(ｂ)のように、正反射光の光軸Ｃ３と受光ユニット２０の光軸Ｃ４とを含む面Ｐ２,Ｐ３を入射面Ｐ１に対して傾ける場合、光軸Ｃ４を見込む角度θｒの設定は、受光ユニット２０自体を、次のような軸ＡＸ３を中心として回転（揺動）させることにより行うことができる。軸ＡＸ３は、照明ユニット１０の光軸Ｃ１と被検面５ａとの交点を通り、面Ｐ２,Ｐ３に垂直な軸である。

さらに、上記した実施形態では、偏光ユニット１３,２２を所定光路に固定的に配置したが、それぞれ光路に挿脱可能としてもよい。繰り返しパターンが全面に形成された被検面５ａのＣＭＰ処理後の傷５ｂ（図２）を検査する場合には、傷５ｂからの散乱光を受光するに際し、直線偏光を用いる方がＳＮ比を向上させることができる。このため、そのような場合には偏光ユニット１３,２２を光路に挿入し、それ以外の場合には光路から退避させることが好ましい。

また、上記した実施形態では、偏光ユニット１３,２２によって被検面５ａからの回折光を除去する例を説明したが、これに加えて（またはこれに代えて）次のような角度条件の調整を行ってもよい。つまり、受光ユニット２０の光軸Ｃ４を見込む角度θｒの設定に際し、正反射光に対して暗視野の光学系を構成するような角度範囲内で可能な限り小さな角度（つまり正反射光の光軸Ｃ３に近い角度）に設定し、かつ、回折光に対しても暗視野の光学系を構成するような角度に設定する。このような角度調整を行うことで、より確実に回折光を除去できる。

また、回折光の出射方向は、被検面５ａに形成された繰り返しパターンのピッチと、照明光の波長に応じて定まるため、照明光の波長を変えることによって回折光が受光ユニット２０に導かれないように調整してもよい。この場合、照明ユニット１０の波長選択ユニット１２により照明光の波長を選択的に設定し、回折光が受光ユニット２０に導かれないように回折角を調整すればよい。ただし、同様の波長選択ユニットを受光ユニットに設け、受光側で回折光の波長を選択しても構わない。

さらに、上記した実施形態では、偏光ユニット１３,２２を設けたり、角度条件の調整を行うことなどによって、回折光を除去する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。被検面５ａの傷からの散乱光の強度が、繰り返しパターンからの回折光の強度より相当大きい場合には、回折光を除去しなくても構わない。つまり、回折光を除去しなくても表面欠陥の検査に必要な散乱光のＳＮ比を確保でき、傷の検出が容易となる。

また、上記した実施形態では、被検面５ａへの照射条件を変更するために支持テーブル１（被検物体５）を軸ＡＸ１を中心として回転させたが、本発明はこれに限定されない。支持テーブル１を回転させる代わりに、照明ユニット１０を軸ＡＸ１を中心として回転させてもよいし、支持テーブル１と照明ユニット１０との双方を回転させてもよい。被検物体５と照明ユニット１０とを相対的に回転させれば被検面５ａへの照射条件を変更することができる。

さらに、上記した実施形態では、照明ユニットの光軸Ｃ１の入射角θｉが条件式(４)を満足し、正反射光の出射角θｏが条件式(５)を満足し、受光ユニットの光軸Ｃ４を見込む角度θｒが条件式(６)を満足する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。入射角θｉと出射角θｏとが６０度より大きく、および／または、光軸Ｃ４を見込む角度θｒが１０度より大きい場合にも本発明を適用できる。

第１実施形態の表面欠陥検査装置１００の構成を示す概略図である。 ＣＭＰ処理による円弧状の傷５ｂを説明する模式図である。 各光軸の方向および開口角の関係を説明する図である。 被検面５ａに形成された繰り返しパターンの方位を説明する図である。 円弧状の傷５ｂのうち散乱光が強い部分５Ｖと弱い部分５Ｈとを説明する図である。 第２実施形態の表面欠陥検査装置２００の構成を示す概略図である。 第３実施形態の表面欠陥検査装置３００の構成を示す概略図である。 第４実施形態の表面欠陥検査装置４００の構成を示す概略図である。 照明ユニットの光軸Ｃ１と受光ユニットの光軸Ｃ４との関係を図１,図３の矢印IIIの方向から見て示す説明図である。

符号の説明

１００,２００,３００,４００ 表面欠陥検査装置 ； １０ 照明ユニット ；
２０ 受光ユニット ； ５ 被検物体 ； ５ａ 被検面 ；
５ｂ ＣＭＰ処理による円弧状の傷 ； １３,２２ 偏光ユニット ；
Ｃ１ 照明ユニットの光軸 ； Ｃ３ 正反射光の光軸 ； ３３ 制御部
Ｃ４ 受光ユニットの光軸 ； Ｐ１ 入射面 ； １６,２６ 偏光補償板

Claims (11)

1. 被検物体の表面に検査用の照明光を照射する照明ユニットと、
   前記表面に垂直な軸を中心として、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に回転させ、前記照明光の照射条件を変更する変更手段と、
   複数の前記照射条件の各々で、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される散乱光を受光し、前記表面の画像を取り込む受光ユニットと、
   前記受光ユニットによって取り込まれた前記照射条件の異なる複数の前記画像を合成して合成画像を生成する合成手段とを備えた
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
2. 請求項１に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記変更手段は、前記表面に垂直な軸を中心とする１８０度または３６０度の角度範囲内で、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に等間隔で回転させ、前記照射条件を変更する
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記合成手段によって生成された前記合成画像を処理して、前記表面の欠陥を検出する画像処理手段を備えた
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記合成手段によって生成された前記合成画像を表示する表示装置を備えた
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記受光ユニットは、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される正反射光の出射角をθｏ、前記正反射光の開口角をδθｏ、前記正反射光の光軸から前記受光ユニットの光軸を見込む角度をθｒ、前記受光ユニットの開口角をδθｒとして、次の条件式(１)〜(３)を満足するように設定される
   δθｏ＜（θｒ−δθｒ） …(１)
   θｒ≦１０度 …(２)
   θｏ≦６０度 …(３)
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
6. 請求項５に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記受光ユニットの光軸は、前記照明ユニットの光軸および前記正反射光の光軸と同一の入射面内に含まれ、
   前記被検物体と前記照明ユニットと前記受光ユニットとの少なくとも１つは、前記照明ユニットの光軸と前記表面との交点を通って前記入射面に垂直な軸を中心として回転可能に支持される
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
7. 請求項６に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記被検物体と前記照明ユニットと前記受光ユニットとの少なくとも１つを前記入射面に垂直な軸を中心として回転させ、前記正反射光の出射角θｏおよび前記受光ユニットの光軸を見込む角度θｒを設定する設定手段を備えた
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載の表面欠陥検査装置において、
   前記照明光は、直線偏光であり、
   前記受光ユニットは、前記表面から出射される散乱光のうち、前記直線偏光の振動面に垂直な偏光成分を受光して、前記画像を取り込む
   ことを特徴とする表面欠陥検査装置。
9. 被検物体の表面に検査用の照明光を照射する照明ステップと、
   前記表面に垂直な軸を中心として、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に回転させ、前記照明光の照射条件を変更する変更ステップと、
   複数の前記照射条件の各々で、前記照明光が照射されたときに前記表面から出射される散乱光を受光し、前記表面の画像を取り込む受光ステップと、
   前記受光ステップで取り込まれた前記照射条件の異なる複数の前記画像を合成して合成画像を生成する合成ステップとを備えた
   ことを特徴とする表面欠陥検査方法。
10. 請求項９に記載の表面欠陥検査方法において、
    前記変更ステップでは、前記表面に垂直な軸を中心とする１８０度または３６０度の角度範囲内で、前記被検物体と前記照明ユニットとを相対的に等間隔で回転させ、前記照射条件を変更する
    ことを特徴とする表面欠陥検査方法。
11. 請求項９または請求項１０に記載の表面欠陥検査方法において、
    前記被検物体は、ＣＭＰ処理を行った後の状態であり、その表面に円弧状の傷を有する
    ことを特徴とする表面欠陥検査方法。
    

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