JP2007147441A

JP2007147441A - 検査装置

Info

Publication number: JP2007147441A
Application number: JP2005342095A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Fujimori; 義彦藤森; Hirokazu Ishii; 裕和石井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】装置全体を小型化でき、かつ、被検物体への異物の付着も回避できる検査装置を提供する。
【解決手段】被検物体１０Ａを支持する支持手段１１と、被検物体を照明して撮像する可動部(２Ａ,２Ｂ)を有し、該可動部を移動させて被検物体を走査する走査手段１２と、走査手段と被検物体との間に配置された透明な板状部材１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検物体の欠陥検査を行う検査装置に関する。

被検物体の画像を取り込み、この画像を利用して被検物体の欠陥検査を行う装置が知られている。また、装置の光学系を小型化するためにライン状の照明系と撮像系とを用い、これらを固定して被検物体を一方向に移動させて、被検物体の画像を取り込むことも提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特表２００１−５２４２０５号公報

しかし、上記の装置では、被検物体を移動させて画像を取り込むため、被検物体を支持するステージのストロークは少なくとも被検物体のサイズ以上となり、装置の水平方向の大きさは少なくとも被検物体のサイズの２倍以上となってしまう。したがって、装置全体の小型化には限界があった。
なお、被検物体を固定して照明系と撮像系を移動させて画像を取り込む構成とすれば、装置の水平方向の大きさは被検物体のサイズと同程度になり、装置全体の小型化が可能となる。しかし、この構成では、照明系と撮像系の移動によって発生した異物が被検物体に付着する可能性があり、被検物体が例えば半導体ウエハなどのように異物の付着を非常に嫌う場合には採用できない。

本発明の目的は、装置全体を小型化でき、かつ、被検物体への異物の付着も回避できる検査装置を提供することにある。

本発明の検査装置は、被検物体を支持する支持手段と、前記被検物体を照明して撮像する可動部を有し、該可動部を移動させて前記被検物体を走査する走査手段と、前記走査手段と前記被検物体との間に配置された透明な板状部材とを備えたものである。
また、前記可動部は、前記被検物体をライン状に照明して撮像することが好ましい。
また、前記板状部材は、前記可動部の撮像面とは非共役な位置に配置されることが好ましい。

また、前記走査手段を囲い込む筐体を備え、前記板状部材は、前記筐体の一部として設けられることが好ましい。
また、前記筐体の中を負圧にする排気手段を備えることが好ましい。
また、前記板状部材の少なくとも前記走査手段と対向する側の面から異物を除去する除去手段を備えることが好ましい。

また、前記板状部材は、着脱可能であることが好ましい。
また、前記可動部による前記被検物体の照明は、明視野および／または暗視野照明であることが好ましい。
また、反射特性が既知の反射部材を備えることが好ましい。

本発明の検査装置によれば、装置全体を小型化でき、かつ、被検物体への異物の付着も回避することができる。

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実施形態の検査装置１０は、図１(ａ),(ｂ)に示す通り、被検物体１０Ａを支持するステージ１１と、被検物体１０Ａの上方に配置されたライン状の光学ブロック１２と、被検物体１０Ａと光学ブロック１２との間に配置された透明なセパレータ１３とで構成される。また、検査装置１０には不図示の制御部が設けられる。この制御部は、検査装置１０の各部をシーケンス制御して被検物体１０Ａの欠陥検査を行い、検出した欠陥の表示・印刷・外部への送信などを制御する。

被検物体１０Ａは、半導体ウエハや液晶ガラス基板などであり、その最上層に繰り返しパターン（配線パターンなどのライン・アンド・スペース状のパターン）に対応するレジスト層が形成されている。検査装置１０は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、被検物体１０Ａに形成された回路パターンの欠陥検査を行う装置である。
ステージ１１は、被検物体１０Ａを例えば真空吸着によって固定的に支持するものであり、被検物体１０Ａを水平方向に移動させる機構を持たない。このため、ステージ１１の水平方向の大きさ（つまり検査装置１０の水平方向の大きさ）は、被検物体１０Ａのサイズと同程度になる。被検物体１０Ａをステージ１１の上面に載置するためには、検査装置１０の外に配置された搬送系（不図示のロボットアームなど）が用いられる。

光学ブロック１２には、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂとが設けられる。ＬＥＤアレイ２Ａは、例えば複数のＬＥＤを一列（または複数列）に並べた照明光源であり、被検物体１０Ａの表面と平行に配置される。ラインセンサ２Ｂは、複数の受光部を一列（または複数列）に並べた撮像素子であり、上記と同様、被検物体１０Ａの表面と平行に配置される。また、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂは互いに平行である。ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂの各長さは、被検物体１０Ａの最大幅（直径）と同程度である。

この光学ブロック１２では、ライン状の照明系(２Ａ)と撮像系(２Ｂ)とを用いるため、検査装置１０の光学系を小型化できる。また、ＬＥＤアレイ２Ａを用いることで照明光源を小型軽量にできる。ただし、ＬＥＤアレイ２Ａに限らず、他のライン状の照明光源を用いてもよい。なお、光学ブロック１２としては、ライン状の照明系と撮像系をコンパクトに組み合わせた周知のコンタクトイメージセンサ（ＣＩＳ）を用いてもよい。

さらに、光学ブロック１２には不図示の駆動部も設けられる。この駆動部は、例えば、モータとボールネジなどにより構成され、光学ブロック１２のＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂとを一体的に移動させる。その移動方向は、被検物体１０Ａの表面と平行で、かつ、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂの長手方向に垂直な副走査方向である。ちなみに、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂの移動は、被検物体１０Ａを固定した状態で行われる。

このように、第１実施形態の検査装置１０では、光学ブロック１２のＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂとを移動可能とするため、この移動によって光学ブロック１２の駆動部(不図示)の接触面などから異物が発生することもある。発生する異物は、微小（例えば１μｍ程度の大きさ）で微量と考えられる。しかし、半導体ウエハや液晶ガラス基板などのように異物の付着を非常に嫌う被検物体１０Ａの場合は、微小で微量の異物であっても、その付着を回避する必要がある。

また、光学ブロック１２のＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２の移動は被検物体１０Ａの上方で行われ、その移動によって発生した異物は被検物体１０Ａの方に落下するため、異物が被検物体１０Ａに付着しないようにするには、異物の落下を途中で（被検物体１０Ａに到達する前に）阻止しなければならない。
そこで、本実施形態の検査装置１０では、被検物体１０Ａと光学ブロック１２との間にセパレータ１３を配置する。セパレータ１３は、透明な板状部材（例えばガラス板など）であり、その大きさは被検物体１０Ａの全面よりも大きい。透明とは、検査の使用波長域（例えば可視域や紫外域など）で所定の透過率が確保されていることを意味する。このため、目視したときにセパレータ１３が色付きであっても色無しであっても構わない。また、セパレータ１３は、被検物体１０Ａの表面と平行に配置することが好ましい。

被検物体１０Ａと光学ブロック１２との間にセパレータ１３を配置した状態で、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２を移動させれば、その移動により発生した異物の落下を途中で（被検物体１０Ａに到達する前に）阻止することができ、異物が被検物体１０Ａに付着することはない。ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂの移動制御は、被検物体１０Ａの欠陥検査の際に不図示の制御部が行う。

また、被検物体１０Ａの欠陥検査の際、検査装置１０の制御部(不図示)は、ＬＥＤアレイ２Ａの点灯／消灯を制御し、上記のＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂの移動制御と並行してラインセンサ２Ｂの読み出し制御も行う。
ＬＥＤアレイ２Ａを点灯すると、ＬＥＤアレイ２Ａからの照明光は、透明なセパレータ１３を通過した後、斜め方向から被検物体１０Ａの表面に入射する。図１(ｂ)に点ハッチングを付して示した通り、被検物体１０Ａの照明領域１４はライン状となる。照明領域１４では、被検物体１０Ａの表面の状態（例えば最上層の欠陥など）に応じて、正反射光や回折光や散乱光などが発生する。

そして、被検物体１０Ａからの光の一部は、透明なセパレータ１３を通過した後、ラインセンサ２Ｂに入射する。ラインセンサ２Ｂの配置の傾き角に応じてラインセンサ２Ｂへの入射光の種類（例えば正反射光）を選択することができる。ラインセンサ２Ｂは、被検物体１０Ａからの光に基づいて、被検物体１０Ａのライン状の領域（照明領域１４の全体または一部に相当）を撮像し、得られた撮像信号を不図示の制御部に出力する。

このようなラインセンサ２Ｂの読み出し制御は、被検物体１０Ａを固定して、ＬＥＤアレイ２Ａとラインセンサ２Ｂとを例えば一定速度で移動させながら、繰り返し行われる。光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)を移動させて、ラインセンサ２Ｂの読み出し制御を繰り返し行うことにより、被検物体１０Ａを２次元的に走査することができる。
その結果、検査装置１０の制御部では、ラインセンサ２Ｂからの撮像信号に基づいて、被検物体１０Ａの比較的広い領域（全領域または一部領域）の２次元的な画像を得ることができる。この画像はマクロ画像とも呼ばれる。制御部では、被検物体１０Ａを走査して取り込んだ画像の各部を処理して、被検物体１０Ａの欠陥を検出する。被検物体１０Ａの欠陥とは、最上層の欠陥（膜厚ムラやパターン欠陥など）である。

上記の通り、本実施形態の検査装置１０では、被検物体１０Ａと光学ブロック１２との間に透明なセパレータ１３を配置し、光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)を移動させて被検物体１０Ａを走査し、検査用の画像を取り込む。このため、装置全体を小型化でき、かつ、被検物体１０Ａへの異物の付着も回避できる。
検査装置１０の水平方向の大きさは、ステージ１１が被検物体１０Ａを水平方向に移動させる機構を持たないため、被検物体１０Ａのサイズと同程度になる。さらに、検査装置１０の高さ方向も抑えることができ、非常に小型の検査装置１０が実現する。

また、異物の付着を回避するために設けたセパレータ１３は、簡素な構成の透明な板状部材である。このため、セパレータ１３を設けたことによって装置の構成が複雑化したり大型化することはない。
また、本実施形態の検査装置１０では、光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)の長さを被検物体１０Ａの最大幅（直径）と同程度にしたので、可動部(２Ａ,２Ｂ)を被検物体１０Ａの一端側から他端側まで（主走査方向に）１回移動させるだけで、被検物体１０Ａの全領域を走査することができる。したがって、検査用の画像を短時間で取り込むことができる。ただし、可動部(２Ａ,２Ｂ)の長さを被検物体１０Ａの最大幅（直径）より短くして、可動部(２Ａ,２Ｂ)を主走査方向と直交する方向に移動させて、主走査方向に複数回移動させ、被検物体１０Ａを走査してもよい。なお、この場合には、被検物体１０Ａをライン状に照明してもよいし、ポイントで照明しても構わない。

さらに、本実施形態の検査装置１０では、光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)を移動させたときに異物が発生すると、この異物がセパレータ１３の上面に付着する。しかし、異物は微小で微量なため、ＬＥＤアレイ２Ａからの照明光路やラインセンサ２Ｂへの撮像光路を遮るように異物が付着しても、検査用の画像への影響（異物の影）はほとんど無視することができる。つまり、セパレータ１３への異物の付着によって検査品質が低下することはほとんどないと考えられる。

検査用の画像への影響を確実に小さくするためには、セパレータ１３の配置を次のようにすることが好ましい。すなわち、ラインセンサ２Ｂの撮像面とは非共役な位置にセパレータ１３を配置することが好ましい。非共役な位置とは、ラインセンサ２Ｂの撮像面における結像に寄与しない位置である。このような配置とすれば、セパレータ１３に付着した異物によって光が遮られても、ラインセンサ２Ｂの撮像面に異物の鮮明な像が形成されることはなく、検査用の画像への影響を確実に小さくできる。

（第２実施形態）
第２実施形態の検査装置２０は、図２に示す通り、上記の光学ブロック１２を筐体２１により囲い込むようにして、筐体２１の中を排気機構２２により負圧にしたものである。また、上記のセパレータ１３は、筐体２１の一部として設けられている。
この場合、被検物体１０Ａの走査は、光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)を筐体２１の中で移動させることにより行われる。したがって、可動部(２Ａ,２Ｂ)の移動により異物が発生しても、この異物が被検物体１０Ａに付着する事態を確実に回避することができ、さらに、被検物体１０Ａの周囲（つまり筐体２１の外部）に異物が飛散しないようにすることもできる。

また、第２実施形態の検査装置２０では、筐体２１を排気機構２２に連結し、排気機構２２によって筐体２１の中の空気を弱く引くことにより、筐体２１の中を負圧にしている。負圧とは、筐体２１の中の気圧を周囲より低く（例えば５％〜１０％程度低く）した状態である。したがって、被検物体１０Ａの周囲（つまり筐体２１の外部）に異物が飛散する事態を確実に回避することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の検査装置３０は、図３に示す通り、上記のセパレータ１３の上面（光学ブロック１２と対向する側の面）に付着した異物を除去するため、クリーニング機構３１を備えたものである。
上記の通り、セパレータ１３の上面に異物が付着しても、検査用の画像への影響（異物の影）はほとんど無視できるため、被検物体１０Ａの欠陥検査に支障はない。ところが、長期間使用している間にセパレータ１３の透過率が低下し、検査用の画像の明るさが低下する可能性がある。

このため、クリーニング機構３１を用いて、セパレータ１３の上面から異物を除去し、定期的にクリーニングすることが好ましい。クリーニング機構３１は、例えば、被検物体１０Ａの最大幅（直径）と同程度の長さのブラシと、ブラシを光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)と同様の主走査方向へ移動させる駆動部とを備える。
クリーニング機構３１によってセパレータ１３の上面をクリーニングする際には、光学ブロック１２をセパレータ１３の周囲へ退避させることが好ましい。

セパレータ１３の上面を定期的にクリーニングすることで、セパレータ１３の透過率の低下を防止し、検査用の画像を一定の明るさに保つことができる。また、検査装置１０の内部にクリーニング機構３１を設けることで、セパレータ１３のクリーニングを自動的に行うことができる。
また、セパレータ１３の下面（被検物体１０Ａと対向する側の面）には、光学ブロック１２の可動部(２Ａ,２Ｂ)の移動による異物が付着することはないが、長期的には何らかの汚れが付着する可能性はある。したがって、同様のクリーニング機構をセパレータ１３の下面側にも設け、この下面を定期的にクリーニングすることが好ましい。さらに、下面のクリーニングを行う際には、ステージ１１から被検物体１０Ａを取り除き、クリーニングが終わって一定時間が経過した後、被検物体１０Ａをステージ１１の上面に載置することが好ましい。

なお、検査装置１０の内部にクリーニング機構３１などを設ける代わりに、セパレータ１３を着脱可能とし、つまり、セパレータ１３を検査装置１０から簡単に取り外せるようにして、セパレータ１３の上面および／または下面を手動で定期的にクリーニングするようにしてもよい。
（第４実施形態）
第４実施形態の検査装置４０は、図４に示す通り、上記した光学ブロック１２に代えて光学ブロック４１を設けたものである。光学ブロック４１には、２本のＬＥＤアレイ４Ａ,４Ｂと１本のラインセンサ４Ｃとが設けられる。

また、ラインセンサ４Ｃの配置の傾き角は、外側のＬＥＤアレイ４Ａを点灯したときに被検物体１０Ａからの正反射光が入射せず（被検物体１０Ａからの回折光や散乱光が入射し）、かつ、内側のＬＥＤアレイ４Ｂを点灯したときに被検物体１０Ａからの正反射光が入射するように設定される。
外側のＬＥＤアレイ４Ａによる照明は、暗視野照明であり、正反射光を排除して高感度な検査が可能となる。回折光をラインセンサ４Ｃに入射させる場合には、被検物体１０Ａの傷や異物などの検出を良好に行える。散乱光は被検物体１０Ａのパターンのエッジから発生するため、散乱光をラインセンサ４Ｃに入射させれば、パターンの欠陥の検出を良好に行える。

内側のＬＥＤアレイ４Ｂによる照明は、明視野照明であり、被検物体１０Ａのレジスト塗布不良やデフォーカスなどの検出に好適である。
検査対象となる被検物体１０Ａの種類や、検査したい欠陥の種類などに応じて、２つの照明系（暗視野照明／明視野照明）を使い分けてもよいし、暗視野照明と明視野照明とを同時に行ってもよい。同時に行う場合には、両方の検査を１回の走査で行うことができる。ただし、この場合には、例えば照明光の色を変えるなどの方法で、暗視野および／または明視野照明による欠陥を区別することが好ましい。

なお、被検物体１０Ａからの回折光をラインセンサ４Ｃに入射させる場合には、被検物体１０Ａの表面に形成されているパターンのピッチに応じて、ＬＥＤアレイ４Ａやラインセンサ４Ｃの傾き角を調整してもよい。
（第５実施形態）
第５実施形態の検査装置５０は、図５に示す通り、ステージ１１の上面に校正用の反射部材５１を設けたものである。反射部材５１は、反射特性（反射率分布）が既知である。このため、光学ブロック１２を用いて反射部材５１のライン画像を取り込むことで、ＬＥＤアレイ２Ａの照明不均一性や照明光量の変動、ラインセンサ２Ｂの感度の不均一性などを校正することができる。また、ラインセンサ２Ｂがカラーセンサの場合には、カラーバランスの校正も行える。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ステージ１１の上面が水平方向に平行であり、被検物体１０Ａを水平な状態に保持して検査する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。被検物体を例えば鉛直方向に平行となるように保持して検査する装置にも、本発明を適用できる。

検査装置１０の構成を示す図である。検査装置２０の構成を示す図である。検査装置３０の構成を示す図である。検査装置４０の構成を示す図である。検査装置５０の構成を示す図である。

符号の説明

１０,２０,３０,４０,５０検査装置 ; １０Ａ被検物体 ; １１ステージ ;
１２,４１光学ブロック ; ２Ａ,４Ａ,４ＢＬＥＤアレイ ; ２Ｂ,４Ｃラインセンサ ;
１３セパレータ ; ２１筐体 ; ２２排気機構 ; ３１クリーニング機構 ; ５１反射部材

Claims

被検物体を支持する支持手段と、
前記被検物体を照明して撮像する可動部を有し、該可動部を移動させて前記被検物体を走査する走査手段と、
前記走査手段と前記被検物体との間に配置された透明な板状部材とを備えた
ことを特徴とする検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記可動部は、前記被検物体をライン状に照明して撮像する
ことを特徴とする検査装置。
請求項１または請求項２に記載の検査装置において、
前記板状部材は、前記可動部の撮像面とは非共役な位置に配置される
ことを特徴とする検査装置。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の検査装置において、
前記走査手段を囲い込む筐体を備え、
前記板状部材は、前記筐体の一部として設けられる
ことを特徴とする検査装置。
請求項４に記載の検査装置において、
前記筐体の中を負圧にする排気手段を備えた
ことを特徴とする検査装置。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の検査装置において、
前記板状部材の少なくとも前記走査手段と対向する側の面から異物を除去する除去手段を備えた
ことを特徴とする検査装置。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の検査装置において、
前記板状部材は、着脱可能である
ことを特徴とする検査装置。
請求項１から請求項７の何れか１項に記載の検査装置において、
前記可動部による前記被検物体の照明は、明視野および／または暗視野照明である
ことを特徴とする検査装置。
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の検査装置において、
反射特性が既知の反射部材を備えた
ことを特徴とする検査装置。