JP2010002330A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に与えるダメージを低減し、かつ、鮮明な画像を取得すること。
【解決手段】基板１０の表面に照射する紫外領域の波長の照明光を発するＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから発せられ基板１０の表面において反射した反射光を取得して基板１０の表面の像を撮影するカメラ１１と、カメラ１１による反射光の取得タイミングに合わせて基板１０の表面に照射される照明光の照明タイミングを制御するコントローラ１３とを備える欠陥検査装置１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、欠陥検査装置に関するものである。

従来、紫外領域の光、例えば、深紫外光（ＤＵＶ光）を半導体ウエハ等の基板に照射し、基板からの反射光から紫外光観察像を得ることにより表面欠陥を検査する紫外線顕微鏡等の欠陥検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

紫外線顕微鏡は高分解能が実現されるため微細な試料の観察に適しているものの、ＤＵＶ光を基板に照射し続けると、ＤＵＶ光が持つ大きなエネルギーにより基板の照射面がダメージを受けるおそれがある。例えば、フォト・レジストが塗布された半導体ウエハを観察する場合、フォト・レジスト部に紫外光が照射されるとフォト・レジストが硬化して半導体ウエハに不良箇所が発生してしまう。

特許文献１に記載の紫外線顕微鏡では、基板が受けるダメージを最小限にするためにＤＵＶ光の光量を低減するとともに、カメラのフレームレートを減速し、かつ、取得された画像のアナログ画像信号増幅することにより、光量の低減に伴う画像の明るさおよびコントラストの低下を補完し、観察に必要な画質を確保することとしている。

特開２００２−２３０６３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている手法では、カメラのフレームレートを減速することにより、動画を撮影する場合に限らず、静止画を撮影する場合であっても振動によって画像にブレが生じ易く、鮮明な画像が得られないおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板に与えるダメージを低減し、かつ、鮮明な画像を取得することができる欠陥検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、基板の表面に照射する紫外領域の波長の照明光を発する光源と、該光源から発せられ前記基板の表面において反射した反射光を取得して前記表面の像を撮影する撮影部と、該撮影部による前記反射光の取得タイミングに合わせて前記基板の表面に照射される前記照明光の照明タイミングを制御する照明制御部とを備える欠陥検査装置提供する。

本発明によれば、撮影部により基板表面からの反射光が取得されるタイミング、例えば、シャッタが開いたとき等に、照明制御部により光源から照明光を発光することで、撮影部による画像の撮影に必要な照明光のみ基板に照射することができる。

これにより、基板の表面に紫外領域の照明光が過剰に照射されてしまうのを防ぐことができ、基板に与えるダメージを極力少なくしつつ鮮明な画像を取得して、基板の表面を精度よく検査することが可能となる。
なお、紫外領域の波長には、深紫外の領域の波長（例えば、約２００〜３００ｎｍの波長）を含むものとする。

上記発明においては、前記基板の表面に照射する前記照明光の波長範囲を切替える波長切替部を備えることとしてもよい。

このように構成することで、波長切替部により、様々な波長の照明光を基板に照射して表面欠陥の検査を行うことができる。波長切替部としては、例えば、ターレット等が挙げられる。

また、上記発明においては、前記光源が所定の波長帯域の前記照明光を発生し、前記波長切替部が前記光源から発せられた前記照明光の中から前記基板の表面に照射する照明光を選択することとしてもよい。

このように構成することで、所定の波長帯域ごとに光源を設ける必要がなく、光源を簡略化することができる。

また、上記発明においては、前記光源が、異なる波長帯域の前記照明光を発する複数のＬＥＤを備え、前記波長切替部が、いずれかの前記ＬＥＤから前記基板の表面に照射する照明光を選択することとしてもよい。

光源としてＬＥＤを採用することにより点灯制御が可能となり、波長切替部による波長の切替えを容易かつ高速に行うことができる。また、紫外光の照射時間を短くして基板に与えるダメージの低減を図ることができる。

また、上記発明においては、前記撮影部により撮影された前記基板の表面の画像を記憶する記憶部と、該記憶部に記憶されている異なる波長の前記照明光で撮影された同一領域の複数の各前記画像にそれぞれ異なる色を着色して重ね合せる合成部とを備えることとしてもよい。

波長の異なる紫外光を同一の照射領域に照射することにより、波長ごとの反射光に応じたコントラストの異なる画像が得られる。したがって、合成部により、異なる色が着色された同一領域の画像を合成して擬似カラー画像を作成することにより、波長に応じて画像に現れる基板の表面の欠陥部分を色分けして、より際立たせることができる。これにより、基板の表面欠陥の検出を容易にすることができる。

本発明によれば、基板に与えるダメージを低減し、かつ、鮮明な画像を取得することができるという効果を奏する。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る欠陥検査装置１は、例えば、半導体ウエハやガラス基板等の標本（以下、単に「基板」という。）の表面に紫外領域の照明光を照射して欠陥を検査する顕微鏡装置である。

この欠陥検査装置１は、図１に示すように、同軸落射照明を構成するように設計されており、基板１０の表面に照射する紫外領域の波長の照明光を発する４つのＬＥＤ光源（光源）３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄごとに設けられたダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから発せられた照明光を基板１０に向けて反射するハーフミラー７と、ハーフミラー７によって反射された照明光を基板１０の表面に照射する深紫外対物レンズ９Ａと、基板１０の表面において反射した反射光を取得して基板１０の表面の像を撮影するカメラ（撮影部）１１とを備えている。

また、欠陥検査装置１は、各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの点灯を制御するコントローラ（制御部）１３と、コントローラ１３やカメラ１１を制御する制御装置１５と、カメラ１１により撮影された基板１０の表面の画像を制御装置１５を介して表示するモニタ１７とを備えている。

ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、例えば、波長２４８ｎｍの深紫外光を発生する第１のＬＥＤ光源３Ａと、波長３０３ｎｍの深紫外光を発生する第２のＬＥＤ光源３Ｂと、波長３６５ｎｍの紫外光を発生する第３のＬＥＤ光源３Ｃと、波長４０５ｎｍの可視光を発生するＬＥＤ光源３Ｄである。

ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを採用することにより、点灯制御で波長の切替えを容易かつ高速に行うことができる。また、紫外光の照射時間を短くして基板１０に与えるダメージの低減を図ることができる。また、紫外領域の任意の波長を選択し易くなる。また、光源の寿命が長く、劣化による光量の変化や交換作業等の手間が少なくなるとともに、放熱対策等も不要となる。

ダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、それぞれ対応するＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからのそれぞれ対応する波長の光を反射して他の光を透過するものである。これらダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、それぞれＬＥＤ照明軸１９上に設けられており、対応する各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから発せられた深紫外光をそれぞれＬＥＤ照明軸１９に沿って反射してカメラ１１の光軸２１へ導くように配置されている。

ハーフミラー７は、深紫外光から可視光の範囲の照明光を反射するものである。ハーフミラー７は、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの波長領域の照明光のみを反射する特性としてもよい。このハーフミラー７は、ダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによってＬＥＤ照明軸１９上に導かれた照明光を光軸２１に沿って反射して基板１０へ導くように配置されている。

深紫外対物レンズ９Ａは、光軸２１上に配置されるようになっており、ハーフミラー７によって光軸２１上に導かれた照明光を基板１０の表面に照射するとともに、基板１０の表面からの反射光を拡大してカメラ１１に導くようになっている。また、深紫外対物レンズ９Ａは、図示しないターレット等により、可視対物レンズ９Ｂと切替可能に設けられている。

カメラ１１は、制御装置１５に接続されており、制御装置１５によりシャッタ速度やゲイン値が制御されるようになっている。
コントローラ１３は、制御装置１５に入力された照明光の発光間隔および発光出力や予め作成されたパラメータに基づいて、各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの点灯を制御するようになっている。

制御装置１５には、カメラ１１の操作やコントローラ１３の操作が入力される。また、制御装置１５には、基板１０ごと、もしくは、基板１０の検査部位ごとに作成された各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの発光間隔および発光出力や、対応するカメラ１１のシャッタ速度およびゲイン値等のパラメータがそれぞれ入力されるようになっている。

このように構成された本実施形態に係る欠陥検査装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る欠陥検査装置１により基板１０の表面を検査するには、まず、検査対象の基板１０に代えてテストサンプル１０’を用いて、基板１０ごと、もしくは、基板１０の検査部位ごとにパラメータを作成する。このようにすることで、基板１０の実際の検査工程において、基板１０に照射する紫外光を極力少なくし基板１０へのダメージを低減させることができる。

具体的には、光軸２１上のステージ（図示略）にテストサンプル１０’をセットし、図示しない光源から可視光を発して可視対物レンズ９Ｂを介してテストサンプル１０’にピントを合わせる。

続いて、可視対物レンズ９Ｂから深紫外対物レンズ９Ａに切替えて、可視対物レンズ９Ｂのピントを合わせた位置に深紫外対物レンズ９Ａを設定する。このとき、可視対物レンズ９Ｂのフォーカス位置と深紫外対物レンズ９Ａのフォーカス位置とが異なるが、それぞれのフォーカス位置の差分に合わせて、フォーカスが合うようにステージの高さが自動で調整される。

次に、制御装置１５において第１のＬＥＤ光源３Ａを選択し、予め実験により得られた速度（例えば、振動しても画像がぶれない速度等）のカメラ１１のシャッタ速度と、設定されたシャッタ速度に発光タイミングが同期する第１のＬＥＤ光源３Ａの発光間隔と、カメラ１１のゲイン値の最高値等をそれぞれ設定する。

この状態で、第１のＬＥＤ光源３Ａの発光出力を最低に設定して、コントローラ１３により第１のＬＥＤ光源３Ａから照明光を発生させる。
第１のＬＥＤ光源３Ａから発せられた照明光は、ダイクロハーフミラー５ａによりＬＥＤ照明軸１９に沿って反射され、ハーフミラー７で光軸２１へと導かれた後、深紫外対物レンズ９Ａを介してテストサンプル１０’の表面に照射される。

テストサンプル１０’からの反射光は、深紫外対物レンズ９Ａで拡大されて光軸２１を戻り、ハーフミラー７を透過してカメラ１１に入射される。カメラ１１に入射された反射光により撮影されたテストサンプル１０’の表面の像は、モニタ１７に送られて表示される。

モニタ１７に表示された画像の輝度が飽和していないことを確認し、画像の平均輝度が取得階調（例えば、２５６階調）のほぼ中心になるようにカメラ１１のゲイン値を調整する。ゲイン値が高すぎて画像にノイズがないかを確認し、ノイズがある場合にはゲイン値を下げて第１のＬＥＤ光源３Ａの発光出力を上げる。

カメラ１１のゲイン値および第１のＬＥＤ光源３Ａの発光出力の調整により画像の平均輝度が取得階調のほぼ中心になったら、第１のＬＥＤ光源３Ａの発光間隔および発光出力や、カメラ１１のシャッタ速度およびゲイン値を記録し、第１のＬＥＤ光源３Ａによるパラメータを記憶させる。
第２，第３，第４のＬＥＤ光源３Ｂ，３Ｃ，３Ｄについても、それぞれ同様にパラメータを作成して記憶させる。

次に、実際に基板１０の表面を検査する場合は、テストサンプル１０’に代えて基板１０をステージにセットし、制御装置１５に記憶されている予め作成したパラメータに基づきコントローラ１３を制御する。

この場合に、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄのうち、基板１０のレジスト感光に与える影響が小さい波長帯域のものを選択することが好ましい。また、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄをそれぞれ単独で点灯させることとしてもよいし、複数を同時に点灯させることとしてもよい。

コントローラ１３においては、基板１０ごと、もしくは、基板１０の検査部位ごとのパラメータに基づき、基板１０の表面に照射される照明光の照明タイミングがカメラ１１による反射光の取得タイミングに合わせて制御される。言い換えれば、コントローラ１３の点灯制御により、基板１０に照明光が照射されてその反射光がカメラ１１の受光素子に蓄積されるのに必要な最小限の時間のみ、選択されたＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから所定の間隔で照明光が発生される。

これにより、任意に選択された波長で、かつ、カメラ１１による画像の撮影に必要な照明光のみ基板１０に照射し、基板１０の表面に紫外領域の照明光が過剰に照射されてしまうのを防ぐことができる。
カメラ１１により撮影された基板１０の表面の画像はモニタ１７に表示され、欠陥の検査が行われる。

以上本実施形態に係る欠陥検査装置１によれば、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄをカメラ１１のシャッタ速度に合わせて点灯制御し、また、カメラ１１のゲイン値およびＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの発光出力を調整することにより、基板１０に与えるダメージを極力少なくしつつ鮮明な画像を取得して、基板１０の表面を精度よく検査することが可能となる。

なお、本実施形態においては、４つのＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを採用し、コントローラ１３により各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの点灯を制御することとしたが、これに代えて、例えば、所定の波長帯域の照明光を発生する１つの光源（例えば、広い波長領域を持つＬＥＤや水銀キセノンランプ）と、公知のターレット（波長切替部）等を採用して、光源から発せられた照明光の中から基板１０の表面に照射する所定の波長範囲の照明光を選択することとしてもよい。この場合、ＬＥＤと同様にカメラのシャッタに合わせて高速に開閉するシャッタをターレットに設けることとすればよい。

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、単にカメラ１１により撮影された画像をそのまま欠陥検査に用いることとしたが、さらに、同一領域の複数の画像に着色を施して合成した擬似カラー画像を作成して欠陥検査を行うこととしてもよい。

具体的には、制御装置（記憶部、合成部）１５が、カメラ１１により撮影された基板１０の表面の画像を記憶する機能と、記憶した複数の画像にそれぞれ異なる色を着色して重ね合せる機能を備えることとしてもよい。この場合、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄからの異なる波長の照明光により基板１０の同一領域の像を複数枚撮影することとし、制御装置１５において、これらの画像を記憶するとともに、記憶した画像の中から異なる波長の同一領域の例えば３枚の画像を選択して、それぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）に割り当てて着色して重ね合せることとすればよい。

波長の異なる紫外光を同一の照射領域に照射することにより、紫外光の波長ごとに材質に応じた反射率が異なることを利用して、反射光の光量に応じた明るさの異なる画像が得られる。したがって、制御装置１５により、異なる色が着色された同一領域の画像を合成して擬似カラー画像を作成することにより、波長に応じて画像に現れる基板１０の表面の欠陥部分を色分けして、より際立たせることができる。これにより、基板１０の表面欠陥の検出を容易にするとともに、欠陥部の材料を特定することが可能となる。

なお、基板１０によって各波長の反射率が大きく異なる場合には、基板１０から反射される反射光の光量がほぼ同一になるように、各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの明るさを調整すればよい。このようにすることで、色の違いにより欠陥を見つけられるため、欠陥を検出し易い擬似カラー画像を作成することができる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置１０１について、図２を参照して説明する。
本実施形態に係る欠陥検査装置１０１は、各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを配置したターレット１３１を備え、ダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを備えないこととした点で第１の実施形態と異なる。
以下、第１の実施形態に係る欠陥検査装置１と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

ターレット１３１は、ほぼ円板状に形成され、ＬＥＤ照明軸１９と平行な回転軸を有している。このターレット１３１には、ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが回転軸から等しい距離に同心円状に間隔をあけて取り付けられている。

また、ターレット１３１は、コントローラ１３の作動により回転軸回りに回転させられるようになっており、各ＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３ＤがＬＥＤ照明軸１９上に順次配置可能とされている。

このように構成することで、コントローラ１３により、ＬＥＤ照明軸１９上に配置したいずれかのＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄから照明光を発生し、ハーフミラー７および深紫外対物レンズ９Ａを介して基板１０の表面に照射することができる。これにより、ダイクロハーフミラー５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを透過することによる照明光の光量の損失を防ぐことができる。なお、擬似カラー画像を作成して欠陥検査を行うこととしてもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態においては、４つのＬＥＤ光源３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを例示して説明したが、これに限定されるものではない。また、標本として半導体ウエハやガラス基板を例示したが、これに限定されるものではない。

また、上記各実施形態においては、深紫外対物レンズ９Ａおよび可視対物レンズ９Ｂを採用し、これらを切換えて使用することとしたが、これに代えて、例えば、深紫外領域から可視領域まで対応した対物レンズを採用することとしてもよい。このようにすることで、対物レンズの切換えを不要とすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 欠陥検査装置
３Ａ 第１のＬＥＤ光源（ＬＥＤ光源）
３Ｂ 第２のＬＥＤ光源（ＬＥＤ光源）
３Ｃ 第３のＬＥＤ光源（ＬＥＤ光源）
３Ｄ 第４のＬＥＤ光源（ＬＥＤ光源）
１０ 基板
１１ カメラ（撮影部）
１３ コントローラ（照明制御部）
１５ 制御装置（記憶部、合成部）

Claims (5)

1. 基板の表面に照射する紫外領域の波長の照明光を発する光源と、
   該光源から発せられ前記基板の表面において反射した反射光を取得して前記表面の像を撮影する撮影部と、
   該撮影部による前記反射光の取得タイミングに合わせて前記基板の表面に照射される前記照明光の照明タイミングを制御する照明制御部と
   を備える欠陥検査装置。
2. 前記基板の表面に照射する前記照明光の波長範囲を切替える波長切替部を備える請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記光源が所定の波長帯域の前記照明光を発生し、
   前記波長切替部が前記光源から発せられた前記照明光の中から前記基板の表面に照射する照明光を選択する請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記光源が、異なる波長帯域の前記照明光を発する複数のＬＥＤを備え、
   前記波長切替部が、いずれかの前記ＬＥＤから前記基板の表面に照射する照明光を選択する請求項２に記載の欠陥検査装置。
5. 前記撮影部により撮影された前記基板の表面の画像を記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶されている異なる波長の前記照明光で撮影された同一領域の複数の各前記画像にそれぞれ異なる色を着色して重ね合せる合成部と
   を備える請求項２から請求項４のいずれかに記載の欠陥検査装置。

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