JP2012013614A - Specular inspection method and specular inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鏡面状の試料上の微小な凹凸を検出する鏡面検査方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a mirror inspection method and apparatus for detecting minute irregularities on a mirror-like sample.
シリコンウェーハ,圧延された金属,ハードディスク用の基板など,平坦で鏡面状の部材の表面の微小な凹凸は,これを使用したデバイスの動作不良,や,美観上の問題があるので,凹凸を高感度で検出することが求められている。これに対して,特許文献1には魔鏡といわれる現象を用いて検査を行う方法が開示されている。魔鏡現象は,平行光を試料に照射して,この反射光をイメージセンサで検出すると,表面の凹凸に応じて,暗くなったり,明るくなったりする現象である。とくに凹凸の広がりに対して深さあるいは高さの比が非常に小さい凹凸は,ほかの方法である散乱光による検出や,高さプロファイル測定器による方法では感度を得にくいので,魔鏡現象の利用が適している欠陥である。
Small irregularities on the surface of flat, mirror-like members, such as silicon wafers, rolled metal, and hard disk substrates, cause malfunctions in devices that use them, and aesthetic problems. It is required to detect with sensitivity. On the other hand,
従来の魔鏡現象による表面凹凸検査装置では,画像の明暗だけで検出を行うので,表面の凹凸以外の理由で画像の明暗が起こる場合,たとえば,表面の反射率が場所によって異なる試料の場合には,画像の明暗では凹凸によるものかどうかの見分けがつかない。また,微細な表面粗さがある試料では,これによる散乱(拡散反射)がおこり,鏡面反射による画像の明暗成分を隠してしまい,凹凸の検出感度が得られないという課題があった。また,同上の原因により,凹凸の大きさに対して,定量的な測定ができないという課題もあった。また,凹凸に対する感度を向上するためには,解像度を犠牲にして検出器の焦点を大きくずらす必要があるという課題もあった。 The conventional surface irregularity inspection system using the magic mirror phenomenon detects only the brightness of the image, so if the image becomes dark or dark for reasons other than the surface roughness, for example, if the reflectance of the surface varies depending on the location. It is impossible to tell whether the image is due to unevenness in the brightness of the image. In addition, a sample having a fine surface roughness causes scattering (diffuse reflection) due to this, hiding the bright and dark components of the image due to specular reflection, and there is a problem that the detection sensitivity of the unevenness cannot be obtained. In addition, due to the same reasons as above, there is a problem that quantitative measurement cannot be performed with respect to the size of the unevenness. In addition, in order to improve the sensitivity to unevenness, there is a problem that it is necessary to largely shift the focus of the detector at the expense of resolution.
検出条件を変更した複数の信号あるいは画像を取得し,これらの間の差演算を主とする演算あるいは信号の同期検波により,信号あるいは画像にのった外乱とオフセットを取り去ることで,表面状態によらず高感度な微小凹凸検出を実現する。検出条件を変更する方法としては,検出レンズの焦点面にピンホールを置き,このピンホールを光軸方向にずらすことで,試料表面の曲率が 正の場合に明るくなる画像と,曲率が負の場合に明るくなる画像の2条件で画像をとる。別方法として,前記ピンホールを光軸と垂直方向にずらすことで,ピンホールをずらした方向と同じ方向に傾いた面に対して,像が明るくなるので,さまざまなピンホールのずらし方向に対して画像を取る。また,別方法として,ピンホールを検出レンズの焦点面にピンホールを置いた状態で,試料と共役位置にあるイメージセンサの光軸方向の位置を変化させて画像を取得した場合に,イメージセンサを試料から遠ざけると凹面に対して画像が明るくなり,イメージセンサを試料に近づけと凸面に対して画像が明るくなることとなるので,イメージセンサを焦点位置から試料方向に近づけた場合と,遠ざけた場合の2種類で画像を取得する。 By acquiring multiple signals or images with different detection conditions and calculating the difference between them or by synchronous detection of the signals, the disturbance and offset on the signal or image are removed, and the surface state is restored. Regardless of this, highly sensitive micro unevenness detection is realized. The detection conditions can be changed by placing a pinhole in the focal plane of the detection lens and shifting the pinhole in the direction of the optical axis, resulting in a brighter image when the sample surface curvature is positive, and a negative curvature. In this case, an image is taken under two conditions of a bright image. As another method, by shifting the pinhole in the direction perpendicular to the optical axis, the image becomes brighter on the surface inclined in the same direction as the direction in which the pinhole is shifted. And take a picture. As another method, when an image is acquired by changing the position in the optical axis direction of the image sensor at the conjugate position with the sample while the pinhole is placed on the focal plane of the detection lens, the image sensor If the image sensor is moved away from the sample, the image will be brighter with respect to the concave surface. If the image sensor is moved closer to the sample, the image will be brighter with respect to the convex surface. Acquire images in two cases.
さらに上記に付加して,散乱光を検出するレンズ系と検出器あるいはイメージセンサを設けることで,薄い凹凸のほかに,試料上の異物,傷などを検出することを可能とする。 In addition to the above, by providing a lens system and a detector or an image sensor for detecting scattered light, it is possible to detect foreign matters, scratches, etc. on the sample in addition to thin irregularities.
即ち、上記目的を達成するために、本発明では、鏡面検査装置を、照明光を発射する光源と、光源から発射された照明光を略平行光にして鏡面状の表面を有する試料に照射する照明光照射手段と、照明光照射手段により照明光が照射された試料からの反射光を集光する集光手段と、集光手段で集光された試料からの反射光を通過させて反射光以外の光を遮光するピンホール手段と、集光手段の光軸上で集光手段の焦点位置からずれた位置に配置されてピンホール手段を通過した光を検出する検出手段と、検出手段で集光手段を透過した光を検出した信号を処理する信号処理手段とを備え、検出手段はピンホール手段を通過した光を異なる複数の条件で検出し、信号処理手段は検出手段で異なる複数の条件で検出したピンホール手段を通過した光の検出信号を用いて試料上の局所的な凹凸度の分布を検出するように構成した。 That is, in order to achieve the above object, in the present invention, the specular inspection apparatus irradiates a sample having a specular surface with a light source that emits illumination light and illumination light emitted from the light source as substantially parallel light. Illumination light irradiation means, condensing means for condensing the reflected light from the sample irradiated with the illumination light by the illumination light irradiation means, and reflected light from the sample collected by the condensing means through the reflected light A pinhole means for blocking light other than the light, a detection means for detecting light passing through the pinhole means disposed at a position shifted from the focal position of the light collection means on the optical axis of the light collection means, and a detection means A signal processing means for processing a signal obtained by detecting the light transmitted through the condensing means, the detection means detects light that has passed through the pinhole means under a plurality of different conditions, and the signal processing means is a plurality of different detection means. Passed through pinhole means detected by condition It constituted by using the detection signals to detect the distribution of the local asperity on the sample.
又、上記目的を達成するために、本発明では、鏡面検査方法を、光源から発射された照明光を略平行光にして鏡面状の表面を有する試料に照射し、照明光が照射された試料からの反射光を集光レンズで集光し、集光レンズで集光した試料からの反射光をピンホールを通過させて反射光以外の光を遮光し、ピンホールを通過した試料からの反射光を集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置された検出器で検出し、検出器で検出した信号を処理することによって行い、検出器はピンホールを通過した試料からの反射光を異なる複数の条件で検出し、検出器で異なる複数の条件で検出した反射光の検出信号を用いて試料上の局所的な凹凸度の分布を検出するようにした。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the specular inspection method is performed by irradiating a sample having a specular surface with illumination light emitted from a light source being substantially parallel light and irradiating the sample with illumination light. Reflected light from the sample is collected by the condenser lens, and the reflected light from the sample collected by the condenser lens is passed through the pinhole to block light other than the reflected light, and reflected from the sample that has passed through the pinhole. The light is detected by a detector arranged at a position shifted from the focal position of the condenser lens, and the signal detected by the detector is processed, and the detector differs in the reflected light from the sample that has passed through the pinhole. Detection was performed under a plurality of conditions, and a local unevenness distribution on the sample was detected using a detection signal of reflected light detected by a detector under a plurality of different conditions.
本発明によれば、シリコンウェーハ,圧延された金属,ハードディスク用の基板などの鏡面状の試料の,試料表面の粗さや反射率の場所による違いの影響をキャンセルしながら,平坦で鏡面状の部材の表面の微小な凹凸を高感度に検出することが可能となる。また,本発明によれば,同時に傷や異物のような欠陥を検出することが可能である。 According to the present invention, a flat, mirror-like member is canceled while canceling the influence of the difference in the surface roughness and reflectivity of a sample of a mirror-like sample such as a silicon wafer, a rolled metal, and a hard disk substrate. It is possible to detect minute irregularities on the surface of the surface with high sensitivity. Further, according to the present invention, it is possible to detect defects such as scratches and foreign matters at the same time.
まず,図11を用いて魔鏡の原理を示す。光源101から出射した光はレンズ102でいったん集光された後,ピンホール103をとおり,コリメートレンズ104で平行光に変えられたあと,ハーフミラー120で試料1に照射される。試料1で鏡面反射された光は,ハーフミラー120を透過した後,レンズ105と108を通った後,イメージセンサ109上に試料1の像を結ぶ。このとき,試料1の共役(結像)面110からずれた位置にイメージセンサ109を置くと,魔鏡原理により試料1の凹凸に応じた明暗がイメージセンサによって検出されるイメージに現れる。具体的には,試料1上に凹面330が存在すると,光線が内側に曲げられて光線160,161の点線から実線のような軌跡にずれる。すると結像レンズ108によって曲げられた光線160,161は,凹面部330によって曲げられなかったときの点線で表された光線160’,161’と,共役面110で交わり,その後はずれていく。
First, the principle of the magic mirror will be described with reference to FIG. The light emitted from the
ここで,図11(a)のように試料1の共役(結像)面110からずれた位置にイメージセンサ109を置くと,凹面部330から反射した光は凹面部に対応する像の領域330’の内側に集まるため,図11(b)のように凹面部に対応する像領域330’の中心部が明るい像が得られる。逆に試料1上の330部凸面だった場合は,共役面110を過ぎた後光線が発散するので,像領域330’が暗くなることとなる。一方,図11(a)の331のように,試料1上に反射率の異なる部分(図では暗い部分)があると,凹凸がなくても,対応する像領域331’の明るさが変わる(図の例では暗くなる)。これが,凹凸によるものなのか,試料1上の場所による反射率の違いによるものなのかを知ることは困難であった。また明るさの微妙な違いから,凹凸の大きさを定量的に測ることや,感度よく検出することも難しかった。また,試料が完全な鏡面ではなく,散乱反射成分をある程度含む場合には,この成分がイメージセンサ109上に到達しノイズとなるため,凹凸の検出感度が低くなるという問題もあった。また,鏡面状の凹凸以外の,傷や異物のような欠陥の検出は困難であるという問題もあった。
When the
そこで本発明では,図9のように,イメージセンサ109と試料共役面110との位置関係を変化させて,109と109’のように複数のイメージセンサの位置で画像をとる。ここで,109’の位置は共役面110に対してレンズ108に近いほうにずらしておく。すると,試料1上の凹面部330からの鏡面反射光線160,161は,共役面110で鏡面のない場合の光線160’,161’と再度交わる前にイメージセンサ109’で検出されるために,本来の像よりも拡がった状態で検出されることとなり,図9(c)のように,凹面部330に対する像の領域330’の中心が暗くなった像が得られる。逆に109で得られた画像は面部330に対する像の領域330’の中心が明るくなった像が得られる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 9, the positional relationship between the
そこで,イメージセンサを共役位置109から,遠い位置に置いた図9(b)のイメージ1と近い位置に置いた図9(c)のイメージ2から,イメージ1−イメージ2を計算することで,明るさのオフセットをキャンセルし,検出感度を向上すると同時に,反射面の違う331のような領域の影響もキャンセルすることができる。さらにこれをイメージ1とイメージ2の平均的な明るさで割った,(イメージ1−イメージ2)/(イメージ1+イメージ2)を計算することで,図9(d)に示すように試料の局所的な反射率の違いに左右されないで凹凸の大きさを定量的に評価することができる。さらに,イメージ1+イメージ2によって試料1の反射率分布を同時に検出することも可能となる。
Therefore, by calculating the image 1-image 2 from the image 2 of FIG. 9C placed at a position close to the
さらに,レンズ105の後ろ側焦点面に絞り107をおくことで,試料1で発生した鏡面反射成分ではない散乱光を遮断し,散乱光が検出イメージにノイズとして重なることを防ぐことができる。
Furthermore, by placing the
次に図1を用いて,上記発明を具現化する具体的な装置の形態の一実施例を示す。図1に示した鏡面検査装置は、照明・検出光学系100、信号処理・制御系200及びステージ系300で構成されている。
Next, referring to FIG. 1, an embodiment of a specific apparatus embodying the invention will be described. The mirror surface inspection apparatus shown in FIG. 1 includes an illumination / detection
照明・検出光学系100は、照明光を発射する光源101、光源101から発射された光を集光するレンズ102、レンズ102で集光された光を通過させるための開口を設けたピンホール103、ピンホール103の開口を通過した光を平行光または略平行光にして試料1に照射するコリメートレンズ104、試料1で反射した光を集光するレンズ105、レンズ105を透過した光の一部を反射して残りを透過させるハーフミラー106、ハーフミラー106を透過した光を通過させるための開口を設けたピンホール107a,ピンホール107aを通過した光を検出するセンサ109a,ハーフミラー106で反射された光を通過させるための開口を設けたピンホール107b,ピンホール107bを通過した光を検出するセンサ109b、中央部に楕円状の孔が設けられて平行光または略平行光が照射された試料1から反射した光のうち正反射光を中央部に設けられた孔を通過させてその周辺の散乱光を反射させるミラー130、ミラー130で反射された試料1からの散乱光を集光する集光レンズ131、集光レンズ131で集光された試料1からの散乱光を検出する検出器132を備えて構成されている。
The illumination / detection
信号処理・制御系200は、センサ109aで試料1からの正反射光を検出した信号を処理するイメージ取得手段201a,センサ109bで試料1からの正反射光を検出した信号を処理するイメージ取得手段201b,イメージ取得手段201aと201bとで取得したイメージを用いて試料1の表面の凹凸を検出する凹凸検出手段202、検出器132で試料1からの散乱光を検出した信号を処理するイメージ取得手段240、凹凸検出手段202とイメージ取得手段240とから出力される信号を処理して試料1上の欠陥を検出する欠陥検出部203、欠陥検出部203で検出した欠陥に関する情報を画面上に出力する表示手段204、欠陥検出部203で検出した欠陥に関する情報を記憶する記憶手段205、ステージ系300を制御するステージ制御手段250、全体を制御する全体制御部210を備えている。
The signal processing /
ステージ系300は、X方向に移動可能なXステージ301とX方向に対して直角なY方向に移動可能なYステージ302とを備えている。
The
次に、上記した構成を備えた鏡面検査装置の動作を説明する。光源101から出射した光はレンズ102でいったん集光された後,ピンホール103を通り,コリメートレンズ104で平行光100に変えられたあと,ハーフミラー120で試料1に照射される。なお,光源101にレーザを用いる場合は,必ずしも集光レンズ102やピンホール103は使用しなくても平行光または略平行光が生成できるので,これら二つ,あるいはいずれかは無い構成も考えられる。
Next, the operation of the mirror inspection apparatus having the above-described configuration will be described. The light emitted from the
試料1で鏡面反射された光は,レンズ105を通った後,ハーフミラー106で二つに分けられ,ピンホール107a,bを通った後,センサ109a,109bで検出される。ピンホールの位置を検出レンズ105の焦点面におくと,試料1が平坦な場合には,この位置で試料1から反射された照明光は集光される。このとき,ピンホール107a,107bを検出レンズ105の焦点面からずらした位置におく。
The light specularly reflected by the
この図ではピンホール107aはレンズ105から遠い(レンズ105の焦点115aから離れた)位置に,ピンホール107bはレンズ105に近い(レンズ105の焦点115bに近い)位置においている。このとき,試料1上で凸になった箇所に照明光が当たったとき,集光位置はレンズ105から離れる方向に移動するので,検出器109aの検出光量が増し,検出器109bの検出光量が減少する。逆に,試料1上で凹になった箇所に照明光が当たったとき,集光位置はレンズ105に近づくので,検出器109bの検出光量が増し,検出器109aの検出光量が減少する。
In this figure, the
凹面の場合の光線の変化を図7によって示した。このように試料1上の凹面部330に照明光100が照射されると,試料1からの反射光の光路は点線の状態から,実線の状態に変化することで,検出器109bに到達する光量が増加し,検出器109aに到達する光量が減少することが読み取れる。上記構成により,図9で説明した原理と同様に,検出器109aと検出器109bの検出光量から演算することで,試料1の局所的な反射率の違いに左右されないで凹凸の大きさを定量的に評価することができる。
The change of the light beam in the case of the concave surface is shown in FIG. When the
また,試料1による鏡面反射光の通る光路の周りを取り囲むような中心部が楕円形にあいたミラー130をおき,これにより,試料1による拡散反射光あるいは散乱光を反射し,レンズ131で集光し,検出器132で検出することにより,試料1上の異物あるいは傷といった欠陥を検出することができる。これは異物や傷といった鏡面の浅い凹凸に比べて背の高い欠陥は光を散乱しやすいためである。ここで,試料1はステージ302上に載置され,ステージはステージ制御手段250によって制御されて,試料1を照明光が走査するようにXステージ301及びYステージ302が制御される。このときの位置信号はイメージ取得手段201a,201b,240に送られて,位置に同期して検出器109a,109bで検出された光量のデータを取り込むことにより,画像(イメージ)を取得する。
Further, a
Xステージ301とYステージ302とは直行するX,Y方向に駆動される。このステージ部300は,X−Yステージの代わりに、極座標R−Θ方向に駆動するステージであっても良い。このようにして得られたイメージ1(イメージ取得手段201aで取得したイメージ)とイメージ2(イメージ取得手段201bで取得したイメージ)から,凹凸検出手段202で凹凸度=(イメージ1−イメージ2)/(イメージ1+イメージ2)を計算し,この値の正のところが凸部,マイナスのところが凹部となる。さらに,散乱光の大きさの分布を示すイメージ3(イメージ取得手段240で取得したイメージ)の情報をあわせて,欠陥検出部203で,試料1上の欠陥箇所を検出する。
The
すなわち,凹凸度がプラスで閾値を超えて大きいところは凸欠陥,マイナスで大きいところは凹欠陥,イメージ3が閾値を超えて大きいところは,異物・傷などの欠陥であると判断する。これらの結果や判定の基準となった検出画像は記憶手段205に蓄積されると同時に,表示手段204に表示される。また,これらの動作は全体制御手段によって制御される。なお,検出器109a,109b,132としては例えばフォトダイオード,フォトマルチプライアなどの光電検出器を用いればよい。
That is, it is determined that a convexity defect is positive when it is larger than the threshold value and is larger than the threshold value, a concave defect when it is larger than the negative value, and a defect where the
[実施例1の変形例]
実施例1の変形例を図2によって示す。本変形例では,照明・検出光学系2100と信号処理・制御系2200との構成が実施例1で説明した図1の構成と異なる。
[Modification of Example 1]
A modification of the first embodiment is shown in FIG. In this modification, the configurations of the illumination / detection
まず、照明・検出光学系2100では、ピンホール117aと117bとを共にレンズ105の後ろ側焦点位置に配置した点、結像レンズ108aと108bとを設けた点、イメージセンサ119aと119bとをそれぞれ結像レンズ108aと108bとの像面に対して位置をずらして設置した点、及び散乱光を検出する光学系を持たない点で図1に示した実施例1の場合と異なる。
First, in the illumination / detection
また、信号処理・制御系2200では、図1の構成で説明した試料1からの散乱光を検出した信号を処理するイメージ取得手段240を備えていない点で実施例1の場合と異なる。
Further, the signal processing /
図2に示した構成において、試料1からの反射光がレンズ105を通った後,ハーフミラー106で二つに分けられるところまでは,図1によって説明した実施例1と同一であるが,ピンホール117a,117bはレンズ105の後ろ側焦点位置におき,試料1による散乱光成分を遮断する。このとき,試料1上の凹凸による光路の変化程度ではピンホール117a及び117bによってさえぎられないように,レンズ105で集光した試料1からの正反射光を通過させるためのピンホール117a,117bに設ける開口は大きめにしておく。ピンホール117a,117bを通過した光は結像レンズ108a,108bでそれぞれ像面110a,110bに結像する。このとき,イメージセンサ119aを像面110aより手前(レンズ108aに近づく方向)にずらしておき,イメージセンサ119bを像面110bより後ろにずらしておく。すると,図8に示した光路の図のように,試料1上の凹面に当たった光は,平坦面に当たった光の点線で示した光路に比べて,実線のようにずれて進み,レンズ108a,108bを通った後,像面110a,110bに向かって収束しながら進んでいく。そのため,イメージセンサ119aの表面では像は明るくなり,イメージセンサ119bの表面では像は暗くなる。
The configuration shown in FIG. 2 is the same as that of the first embodiment described with reference to FIG. 1 until the reflected light from the
凹面の場合の光線の変化を図8によって示した。このように試料1上の凹面部に光源101から発射された照明光が照射されると,試料1からの反射光の光路は点線の状態から,実線の状態に変化することで,検出器(リニアイメージセンサ)119b上の照度が増加し,検出器(リニアイメージセンサ)119a上の照度が減少することが読み取れる。
The change of the light beam in the case of the concave surface is shown in FIG. When the illumination light emitted from the
このとき,イメージセンサ119a,119bを紙面に垂直な方向に画素の並んだラインイメージセンサとし,照明光も紙面に垂直な方向に長いスリット光とすると,試料1上の紙面に垂直な方向のライン上の凹凸データが一括で取得できる。このとき,Xステージ301を図2の矢印に示した方向(X方向)に,ステージ制御手段250によって走査し,このときの位置信号によって同期を取りながら,ラインイメージセンサ119a,119bよりのライン画像データをイメージ取得手段211a,211bによって取り込むと,面状の明暗分布データが得られる。この後の構成と処理は図1で示した実施例と同様である。これによって,ステージをX−YあるいはR−Θの2次元に振らなくても,一次元に(図の場合は右方向に)Xステージ301を走査するだけで,2次元イメージデータが得られる。本実施例図には散乱光検出用の図1の130,131,132,240からなる構成は書かれていないが,これを図2の実施例でも同様に付加することで,散乱光画像による検査も行うことができる。なお,この実施例に付加する場合のセンサ132は一次元イメージセンサになる。
At this time, if the
次に,図3(a)を用いて,図1によって示した実施例1とは異なる第2の実現形態を示す。図1で説明した実施例1の構成とは、照明・検出光学系3100、信号処理・制御系3200の構成が異なる。照明・検出光学系3100には駆動手段3211を備えたピンホール3170と検出器3111とを備えている。信号処理・制御系3200は、駆動手段3211を制御するピンホール駆動制御部3212と、検出器3111で検出した信号をピンホール駆動制御部3212でピンホール3170を駆動する信号で同期検波する同期検波回路部3210を備えている。
Next, a second mode of realization different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The configuration of the illumination / detection
以下に、図3に示した構成に基づいて、実施例における動作を説明する。まず、レンズ105までの光路の構成は図1で説明した第1の実施形態と同じである。この後のハーフミラー106がなく,レンズ105の後ろ側焦点面付近に置かれたピンホール3107とその後ろに検出器3111をそれぞれ1つずつ置く。ここでピンホール3107をピエゾ素子やボイスコイルモータ等を用いて構成される駆動手段3112によって光軸に沿って前後に振動させる。このときのピンホール3107の位置を示す駆動信号によって,検出器3111で受光した光量信号を同期検波手段3210で同期検波する。
Below, based on the structure shown in FIG. 3, the operation | movement in an Example is demonstrated. First, the configuration of the optical path to the
図3(b)の横軸に時間をとって示した信号波形に示す。この図に示すように,試料1上の凸面に光源101から発射された検出光が当たった場合は,ピンホール3107がレンズ105から離れた場合に透過光量が大きくなるので検出器3111の信号が大きくなる。平坦面に検出光が当たった場合は,検出器3111の信号はピンホール3107が中間位置にある場合に検出器3111から出力される信号が大きくなり,ピンホール3107がレンズ105に対して離れた場合も近づいた場合は検出器3111の信号は小さくなる。試料1上の凹面330に検出光が当たった場合は,ピンホール3107がレンズ105に近づいた場合に透過光量が大きくなるので検出器3111の信号が大きくなる。
The signal waveform is shown with time taken on the horizontal axis of FIG. As shown in this figure, when the detection light emitted from the
このような挙動をする検出器3111の信号に対して,同期検波手段3210で直流成分を取り除いた後,ピンホール駆動制御部3212からのピンホールの位置を示す駆動信号によって,同期検波した結果を図3(b)の右半分に示す。実線の曲線がピンホール駆動制御部3212から発振されるピンホール駆動信号と検出器3111の信号との積の波形を示す。点線の直線が前記積波形の時間平均値を示す。このように同期検波を行うことによって,凹凸度に比例する信号を得ることが可能となる。
For the signal of the
この同期検波手段3210の出力信号をステージ制御手段3250からの位置信号に同期して取り込むことで,凹凸検出に必要な同期検波した結果の信号がイメージ取得手段3201によって得られる。さらに,同期検波手段3210で検出器3111の信号の直流信号除去前の最大値も検出することで,試料1上の走査位置の反射率に相当する明度信号も得ることができる。凹凸度=同期検波結果信号/明度信号を凹凸検出手段3202によって計算することで試料1の表面の凹凸を検出する。以降の処理は実施例1において図1で説明したケースと同様である。
By acquiring the output signal of the synchronous detection means 3210 in synchronization with the position signal from the stage control means 3250, the image acquisition means 3201 obtains a signal as a result of the synchronous detection necessary for detecting the unevenness. Further, by detecting the maximum value of the signal of the
図4を用いて図9で説明した本発明の原理を実現する第3の実施例を示す。本実施例において、光学系は図9で説明したものと同一である。図1で説明した実施例1の構成とは、照明・検出光学系4100、信号処理・制御系4200の構成が異なる。照明・検出光学系4100は第1及び第2の実施例と異なり、光源4101から発射された照明光を、試料1に対して真上から照明する。そのために、図4に示した構成においては、ハーフミラー4120を備えている。また、本実施例においては、図2で説明した実施例1の変形例の場合と同様に、検出側のスリット4107を通過した反射光を結像するための結像レンズ4108を備えている。更に、イメージセンサ4109を光軸方向に沿って振動させるための駆動手段4112を備えている。
A third embodiment for realizing the principle of the present invention described in FIG. 9 will be described with reference to FIG. In this embodiment, the optical system is the same as that described in FIG. The configuration of the illumination / detection
一方、信号処理・制御系4200には、駆動手段4112を制御するための駆動制御部4212、イメージセンサ4109からの検出信号から駆動制御部4112の駆動信号を用いてイメージを取得するイメージ取得手段4201を備えている。
On the other hand, the signal processing /
上記した構成において、光源4101から発射されてレンズ4102で集光され、スリット4103を通過した光はコリメートレンズ4104で平行光にされた後、ハーフミラー4120に入射し、その一部は試料1の方向に反射される。試料1に入射し試料1の表面で反射された光は再びハーフミラー4120に入射し、その一部はハーフミラー4120を透過してレンズ4105に入射してレンズ4105の後焦点面に集光される。この後焦点面にはピンホール4107が設置されており、後焦点面に集光した光だけがピンホール4107に設けた開口を通過して結像レンズ4108に入射して試料共役面4110上に結像される。
In the above configuration, the light emitted from the
本実施例の場合は、イメージセンサ4109はたとえばCCDセンサなどの2次元イメージセンサを用いる。イメージセンサ4109と試料共役面4110との位置関係を変化させるための手段として,駆動手段4112でイメージセンサ4109の位置を光軸方向に上下させる。このときの,イメージセンサ4109がもっとも上方にあるときのイメージ1と,もっとも下方にあるときのイメージ2を,イメージ取得手段4201で取得する。これらから凹凸算出手段4202によって,イメージ1−イメージ2を計算することで,明るさのオフセットをキャンセルし,検出感度を向上させると同時に,反射面の違う331のような領域の影響もキャンセルすることができる。さらにこれをイメージ1とイメージ2の平均的な明るさで割った,(イメージ1−イメージ2)/(イメージ1+イメージ2)を計算することで,試料の局所的な反射率の違いに左右されないで凹凸の大きさを定量的に評価することができる。さらに,イメージ1+イメージ2によって試料1の反射率分布を同時に検出することも可能となる。その他の部分の動作は図1,2,3で説明した実施例と同様である。
In this embodiment, the
[実施例3の変形例]
次に,図5を用いて,図4で説明した実施例3の変形例を説明する。本変形例は、図5に示すように、光源5101からイメージセンサ5109までの照明・検出光学系5100は図4に示した光源4101からイメージセンサ4109までの光学系の構成と同じであるが,イメージセンサ5109を移動させず,代わりにピンホール5107を駆動手段5112によって光軸の周りに回転させる。図5に示すようにピンホール5107の開口部51071を図の水平方向に光軸中心からずらすと,試料1からの反射光のうち一定距離傾いた光の成分のみを選択して,試料1の像を得ることができる。
[Modification of Example 3]
Next, a modification of the third embodiment described with reference to FIG. 4 will be described with reference to FIG. In this modification, as shown in FIG. 5, the illumination / detection
すなわちレンズ5105の焦点距離(図5Aにおいて、レンズ5105とピンホール5107との距離)をfとして,試料1からの反射光の垂直方向からのx,y方向の角度ずれを(Θx,Θy)とすると,ピンホール5107位置での集光位置は(f・Θx,f・Θy)だけ光軸中心からずれる。そのため,ピンホール5107の開口部51071をピンホール5107の回転中心からずらしてピンホール5107を回転させながらXステージ301を水平方向に移動してそれぞれのイメージをイメージセンサ5109によって取り込む。
That is, the focal length of the lens 5105 (the distance between the
ピンホール5107を駆動手段5112で駆動して回転させながら信号処理・制御系5200のステージ制御部5250でXステージ301とYステージ302とを2次元に駆動してイメージセンサ5109で検出したイメージの中から,凹凸検出手段5202によって画像内の各位置で一番明るくなるピンホールの位置を決定して,この位置をfで割ると試料1の表面角度分布が算出できる。また,画像内の各位置で一番明るいデータを選択すると,試料1の表面反射率分布も得られる。ピンホール5107の開口部51071をピンホール5107の回転中心からずらす量は、((f・Θx)2+(f・Θy)2)1/2 程度に設定すればよい。
While the
あるいは,ピンホール5107を偏芯させた状態で回転させて,凹凸検出手段5202によって,画像内の各位置で明るさが最大となる方向αを求め,さらに,角度αでの明るさと,角度-αでの明るさの差を求めると,試料1の表面の傾きの方向と,大きさをそれぞれ求めることができる。このときの光線の状態を図10を用いて補足説明する。このように試料1上の凹面330に当たった光線のうち,凹面330の右斜面3301に当たった光は,点線で示された光線5160’から実線で示された光線5160のように左方向にずれて,左に偏芯したピンホール5107の開口部51071を通過し,イメージセンサ5109に到達する。逆に,凹面330の左斜面3302に当たった光は,点線で示された光線5161’から実線で示された光線5161のように右方向にずれるせいで,左に偏芯したピンホール5107を透過しないため,対応するイメージセンサ5109上の像は暗くなる。
Alternatively, the
本発明による第4の実施例を、図6を用いて説明する。試料1上で検出光を走査する構成を特徴とする。図1に示した実施例1ではステージ部300をXY2次元方向に走査することで,照明光を試料1上の全面に走査していたが,図6に示す本実施例4では,照明光を横方向に走査しつつ,ステージを紙面に垂直な方向に走査することで,試料1の高速な2次元走査を実現する。
A fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. The configuration is characterized in that the detection light is scanned on the
図6に示した鏡面検査装置は、照明・検出光学系6100、信号処理・制御系6200及びステージ系6300で構成されている。
The mirror surface inspection apparatus shown in FIG. 6 includes an illumination / detection
照明・検出光学系6100は、照明光を発射する光源101、光源101から発射された光を集光するレンズ102、レンズ102で集光された光を通過させるための開口を設けたピンホール6103、ピンホール6103を通過した光を平行光または略平行光にするコリメートレンズ6104、平行光の光路を分岐するためのビームスプリッタ(ハーフミラー)6120、分岐された平行光を集光するレンズ6151、レンズ6151で集光された照明光を基板1の方向に反射するためのポリゴンミラー6150、ポリゴンミラー6150で反射された照明光を平行光または略平行光に変換するレンズ6152、照明光が照射された試料1から反射してレンズ6152、ポリゴンミラー6150、レンズ6151、ビームスプリッタ6120を透過した反射光のうちミラー6130の中央部に設けられた楕円状の孔を通過した反射光を集光するレンズ6105、レンズ6105を透過した反射光の一部を反射して残りを透過させるハーフミラー6106、ハーフミラー6106を透過した光の光路上でレンズ6105焦点位置よりも遠い位置に設けられたピンホール6107a、ピンホール6107aを通過した反射光を検出するセンサ6109a、ハーフミラー6106で反射した光の光路上でレンズ6105焦点位置よりも近い位置に設けられたピンホール6107b、ピンホール6107bを通過した反射光を検出するセンサ6109b、ミラー6130で反射された試料1からの散乱光を集光する集光レンズ6131、集光レンズ6131で集光された試料1からの散乱光を検出する検出器6132を備えて構成されている。
The illumination / detection
信号処理・制御系6200は、センサ6109aで試料1からの正反射光を検出した信号を処理するイメージ取得手段6201a,センサ6109bで試料1からの正反射光を検出した信号を処理するイメージ取得手段6201b,イメージ取得手段6201aと6201bとで取得したイメージを用いて試料1の表面の凹凸を検出する凹凸検出手段6202、検出器6132で試料1からの散乱光を検出した信号を処理するイメージ取得手段6240、凹凸検出手段6202とイメージ取得手段6240とから出力される信号を処理して試料1上の欠陥を検出する欠陥検出部6203、欠陥検出部6203で検出した欠陥に関する情報を画面上に出力する表示手段6204、欠陥検出部6203で検出した欠陥に関する情報を記憶する記憶手段6205、ステージ系6300を制御するステージ制御手段6250、ぽりごんみらー6150を制御するポリゴンミラー制御部6220、及び全体を制御する全体制御部6210を備えている。
The signal processing /
ステージ系6300は、X方向に移動可能なXステージ6301とX方向に対して直角なY方向に移動可能なYステージ6302とを備えている。
The
次に、各部の動作を説明する。
光源6101から出射した光はレンズ6102でいったん集光された後,ピンホール6103の開口部をとおり,コリメートレンズ6104で平行光に変えられたあと,ビームスプリッタ(ハーフミラー)6120で図の左方向に反射され,レンズ6151でいったん集光された後,ポリゴンミラー6150(ガルバノミラーでも可)で角度を変えた後,レンズ6152で平行光または略平行光に変えた後試料1に照射される。なお,光源6101にレーザを用いる場合は,必ずしも集光レンズ6102やピンホール6103は使用しなくても平行光または略平行光が生成できるので,これら二つ,あるいはいずれかは無い構成も考えられる。試料1で鏡面反射された光は,再び同じ光路を戻ってレンズ6152を通った後,ポリゴンミラー6150でレンズ6151の方向に反射する。
Next, the operation of each unit will be described.
The light emitted from the
この光はビームスプリッタ(ハーフミラー)6120を透過した後レンズ6105で集光され,ピンホール6107a,bに設けられた開口を通った後,センサ6109a,6109bで検出される。ピンホールの位置をレンズ6152,6151,6105からなるレンズ系の焦点面におくと,試料1が平坦な場合には,この位置で試料1から反射された照明光は集光される。このとき,ピンホール6107a,6107bをレンズ6152,6151,6105からなるレンズ系の焦点面からずらした位置におく。この図ではピンホール6107aはレンズ6105から遠ざかる位置に,ピンホール6107aはレンズ6105に近づく位置においている。
The light passes through a beam splitter (half mirror) 6120, is collected by a
これらのセンサ6109a,6109bの出力を用いて,試料の局所的な反射率の違いに左右されないで凹凸の大きさを定量的に評価することができるが,この後の欠陥検出のための構成と動作は図1で示した実施例とまったく同じである。なお,ポリゴンミラー6150は,ポリゴンミラー制御手段6304によって制御され,これと連動してステージ制御手段6250が動作することで,ステージとミラーを同期させて2次元像を得ることができる。
The output of these
また,試料1による鏡面反射光の通る光路の周りを取り囲むような中心部が楕円形にあいたミラー6130により,試料1による拡散反射光あるいは散乱光を反射し,レンズ6131で集光し,検出器6132で検出することにより,試料1上の異物あるいは傷といった欠陥を検出することができる。これに関しても,この後の構成と動作は図1で示した実施例1と同じである。
Further, the diffused reflected light or scattered light from the
なお,本発明の実施例全般の説明において,試料1を照明する照明光を平行光であるとしているが,照明光は略平行であればよく,レンズ6105の後ろ側の集光位置とピンホール6107との位置関係あるいは試料1の共役位置と検出器6109a,6109bとの位置関係が,満たされていれば,照明光は平行からずれていても同様の効果を奏することを補足しておく。
In the general description of the embodiments of the present invention, the illumination light for illuminating the
101,4101,5101,6101・・・光源 102,4102、5102,6102・・・レンズ 103,4103,5103,6103・・・ピンホール 104,4104,5104,6104・・・コリメートレンズ 105、4105,5105,6105・・・集光レンズ 106,6106・・・ハーフミラー 107a,107b、117a,117b,3107,4107、5107,6107a,6107b・・・検出ピンホール 108,108a,108b,4108,5108・・・結像レンズ 109,109a,109b、119a,119b,311,4109,5109,6109a,6109b・・・検出器 3112、4112,5112・・・駆動手段 130、6130・・・ミラー 131,6131・・・集光レンズ 132,6132・・・検出器 6150・・・ポリゴンミラー 6151・・・レンズ 6152・・・レンズ 201a,201b,240、211a,211b,3201,4201,5201,6201a,6201b,6240・・・イメージ取り込み手段 202,212,3202,4202,5202,6202・・・凹凸検出手段 203,213,3202,4203,5203,6203・・・欠陥検出手段 3210・・・同期検波手段 3212・・・駆動手段 4212・・・駆動手段 5212・・・駆動手段 6220・・・ミラー制御手段。
101, 4101, 5101, 6101 ...
Claims (16)
該光源から発射された照明光を略平行光にして鏡面状の表面を有する試料に照射する照明光照射手段と、
該照明光照射手段により前記照明光が照射された前記試料からの反射光を集光する集光手段と、
該集光手段で集光された前記試料からの反射光を通過させて該反射光以外の光を遮光するピンホール手段と、
該集光手段の光軸上で該集光手段の焦点位置からずれた位置に配置されて前記ピンホール手段を通過した光を検出する検出手段と、
該検出手段で前記集光手段を透過した光を検出した信号を処理する信号処理手段とを備え、
前記検出手段は前記ピンホール手段を通過した光を異なる複数の条件で検出し、
前記信号処理手段は前記検出手段で異なる複数の条件で検出した前記ピンホール手段を通過した光の検出信号を用いて前記試料上の局所的な凹凸度の分布を検出することを特徴とする鏡面検査装置。 A light source that emits illumination light;
Illumination light irradiating means for irradiating a sample having a mirror-like surface with illumination light emitted from the light source as substantially parallel light;
Condensing means for condensing the reflected light from the sample irradiated with the illumination light by the illumination light irradiating means;
Pinhole means for passing reflected light from the sample collected by the light collecting means and blocking light other than the reflected light; and
A detecting means for detecting the light passing through the pinhole means arranged at a position shifted from the focal position of the light collecting means on the optical axis of the light collecting means;
Signal processing means for processing a signal obtained by detecting light transmitted through the light collecting means by the detection means;
The detection means detects light passing through the pinhole means under a plurality of different conditions,
The mirror is characterized in that the signal processing means detects a local unevenness distribution on the sample by using a detection signal of light passing through the pinhole means detected by the detection means under a plurality of different conditions. Inspection device.
該照明光が照射された前記試料からの反射光を集光レンズで集光し、
該集光レンズで集光した前記試料からの反射光をピンホールを通過させて該反射光以外の光を遮光し、
該ピンホールを通過した前記試料からの反射光を前記集光レンズの焦点位置からずれた位置に配置された検出器で検出し、
該検出器で検出した信号を処理する方法であって、
前記検出器は前記ピンホールを通過した前記試料からの反射光を異なる複数の条件で検出し、
前記検出器で異なる複数の条件で検出した前記反射光の検出信号を用いて前記試料上の局所的な凹凸度の分布を検出することを特徴とする鏡面検査方法。 Irradiate a sample having a mirror-like surface with illumination light emitted from a light source as substantially parallel light,
The reflected light from the sample irradiated with the illumination light is collected by a condenser lens,
The reflected light from the sample collected by the condenser lens is passed through a pinhole to block light other than the reflected light,
The reflected light from the sample that has passed through the pinhole is detected by a detector disposed at a position shifted from the focal position of the condenser lens,
A method of processing a signal detected by the detector,
The detector detects reflected light from the sample that has passed through the pinhole under a plurality of different conditions,
A specular inspection method, wherein a local unevenness distribution on the sample is detected using detection signals of the reflected light detected under a plurality of different conditions by the detector.
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