JP2012073039A

JP2012073039A - パーティクル検出用光学装置およびパーティクル検出装置

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Publication number: JP2012073039A
Application number: JP2010216113A
Authority: JP
Inventors: Goro Nakamura; 五郎中村
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: JP5648185B2

Abstract

【課題】検査光の光源として発光ダイオードを用いた場合でも、パーティクルを精度良く検出することができるパーティクル検出用光学装置を提供すること。
【解決手段】パーティクル検出用光学装置２は、基板４の基板表面４ａに検査用光源部３１から検査光Ｌを照射し、基板表面４ａのパーティクルＰによって散乱された検査光Ｌの散乱光を撮像部２９により撮像し、得られた画像データに基づいて基板４上のパーティクルＰを検出する。検査用光源部３１は光源としての発光ダイオード４１と、発光ダイオード４１から射出された検査光Ｌを平面検査領域２４に向けて出射すると共に、平面検査領域２４に沿って走査する走査ミラー４３２と、検査光Ｌが収束光の状態で平面検査領域２４に照射される状態とする凸レンズ４４と、基板表面４ａによって反射された検査光Ｌの反射光を当該基板表面４ａの側に反射する反射鏡（反射部材）２６を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板表面に付着したパーティクルを検出するためのパーティクル検出用光学装置およびパーティクル検出装置に関するものである。

半導体の技術分野や液晶装置の技術分野では、基板にパーティクルが付着していると不具合が発生するため、パーティクルの有無が検査されている。特許文献１には、基板表面のパーティクルを検出する装置として、パーティクルの検査対象とされる基板の基板表面に検査用光源部から検査光としてレーザ光を照射するとともに、基板表面のパーティクルによって散乱された検査光の散乱光をイメージセンサにより撮像し、イメージセンサの撮像結果に基づいて、基板上のパーティクルを検出する異物検出装置が記載されている。

特開２００８−３９４４４号公報

レーザ光はコヒーレント光なので、特許文献１では、基板表面に付着している特定のパーティクルについて、検査用光源部からの検査光が直接このパーティクルを照射しているとともに、検査用光源部から基板表面に達した後に検査光が基板表面で跳ね返ってこのパーティクルを照射しているという事態が発生している場合には、これらが干渉する。ここで、検査光の干渉が発生すると干渉に起因して散乱光の強度が変化するので、撮像結果からパーティクルの大きさなどを正確に検出することができなくなるという問題がある。

このような問題に対して、検査用光源部の光源として発光ダイオードを用い、発光ダイオードから射出されるインコヒーレント光を検査光として用いれば、検査光の干渉を低減させることができると考えられる。しかし、光源として発光ダイオードを用いる場合には、検査光の光量がレーザ光よりも少なくなってしまうので、微細なパーティクルを検出することが難しくなるという問題が発生する。また、光源として発光ダイオードを用いる場合には、発光ダイオードの配光特性によって基板表面上に照度分布が発生してしまうので、基板表面上におけるパーティクルの位置によって発散光の強度が変化してしまい、パーティクルの大きさなどを精度よく検出することが難しくなるという問題が発生する。

このような問題点に鑑みて、本発明の課題は、検査光の光源として発光ダイオードを用いた場合でも、パーティクルを精度良く検出することができるパーティクル検出用光学装置およびパーティクル検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、
検査対象の基板の基板表面が配置される平面検査領域に検査光を照射する検査用光源部と、前記基板表面で生じた前記検査光の散乱光を画像データとして取得する撮像部とを有し、前記画像データに基づいて前記基板表面に付着しているパーティクルを検出するためのパーティクル検出用光学装置において、
前記基板表面によって反射された前記検査光の反射光を、当該基板表面の側に反射する反射部材を有し、
前記検査用光源部は、光源としての発光ダイオードを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、検査用光源部は、光源として発光ダイオードを備えており、発光ダイオードから出射されたインコヒーレント光を検査光とする。従って、基板表面に付着している特定のパーティクルについて、検査用光源部からの検査光が直接このパーティクルを照射しているとともに、検査用光源部から基板表面に達した後に基板表面で跳ね返ってこのパーティクルを照射しているという事態が発生しても、干渉が発生しにくい。この結果、検査光の干渉に起因する散乱光の強度の変化を低減できる。ここで、発光ダイオードから出射される検査光は、レーザ光を検査光とした場合と比較して光量の少ないものとなるが、本発明では、パーティクルの検査対象となっている基板の基板表面によって反射された検査光の反射光を基板表面の側に反射する反射部材を有しているので、基板表面に照射される検査光の光量を確保することができる。また、検査光がインコヒーレント光なので、反射部材を用いて、基板表面によって反射された検査光の反射光を基板表面の側に反射させても、検査光に干渉が発生しない。よって、パーティクルが微細であっても精度よく検出することができる。また、光源としてレーザ光を射出する半導体レーザを用いている場合には、温度変化による出力変化が大きいので、環境温度の変化、或いは、半導体レーザ自身の発熱によって検査光の光量が変化してしまい、撮像結果からパーティクルの大きさなどを正確に検出することができなくなることがあるが、光源として発光ダイオードを用いれば温度の変化に起因する光量の変化を抑制できるので、温度の変化に拘わらず撮像部が取得した画像データに基づいて基板上のパーティクルを精度よく検出することができる。

さらに、光源として発光ダイオードを用いる場合には、発光ダイオードの配光特性によって基板表面上で照度分布が発生してしまうので、同一サイズのパーティクルであっても基板表面上の位置によって散乱光の強度が異なり、パーティクルを検出する検出精度が低下することがあるが、反射部材による反射によって検査用光源部からの検査光とは異なる方向から検査光を基板表面に照射できるので、基板表面上で照度分布を均一に近いものとすることができる。また、検査光を一方向から平面検査領域に照射している場合には、検査光によって形成されたパーティクルの影の中に他のパーティクルが入ってしまい、この影の中に入った他のパーティクルを検出することができない場合が発生するが、反射部材による反射によって、検査用光源部からの検査光とは異なる方向から検査光を基板表面に照射できるので、このような影の中に入った他のパーティクルも検出できる。

本発明において、前記検査用光源部は、前記光源から射出された前記検査光を、前記平面検査領域に照射すると共に前記平面検査領域に沿って走査する走査ミラーを備えていることが望ましい。このようにすれば、発光ダイオードの配光特性に拘わらず、平面検査領域における照度分布を均一に近いものとすることができる。

本発明において、前記光源から前記走査ミラーに向かう光路に、前記検査光が収束光の状態で前記平面検査領域に照射される状態とする集束レンズを備えていることが望ましい。発光ダイオードからの検査光が発散光の状態で基板に照射されると、基板表面において検査光が入射してくる側（光学的に光源に近い側）に届く光の光量は多いが、基板表面において検査光が入射してくる側から離れた側（光学的に光源から遠い側）に届く光の光量は少なくなるので、同一サイズのパーティクルであっても基板表面上の位置によって散乱光の強度が異なり、パーティクルを検出する検出精度が低下することがあるが、検査光を収束光の状態で基板に照射される状態とすることにより、このような検査光の強度分布を緩和することができる。従って、基板表面上のパーティクルを精度良く検出できる。

本発明において、検査用光源部からの検査光の反射光を基板表面の側に反射するためには、前記反射部材の反射面は、少なくとも、前記平面検査領域を挟んで前記走査ミラーとは反対側に位置する反射面部分を備えていることが望ましい。

本発明において、検査対象の前記基板として、基板表面が鏡面研磨されている基板を有していることが望ましい。このようにすれば、基板自身の基板表面での散乱を防止することができるので、検出精度が高い。また、このようにすれば、基板表面に照射された検査光の光量と、基板表面で反射した検査光の反射光の光量との差が僅かなものとなる。従って、基板表面で反射した検査光の反射光を反射部材で基板表面の側に反射することにより、基板表面に照射される検査光の光量を十分なものとすることができる。

次に、本発明のパーティクル検出装置は、
上記のパーティクル検出用光学装置と、
前記撮像部によって撮影された前記基板表面の撮像画像の前記画像データに基づいて前記基板表面に付着しているパーティクルを検出する画像処理部を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、パーティクル検出用光学装置によって取得された画像データにおいて検査光の干渉に起因する散乱光の強度の変化が低減されている。また、パーティクル検出用光学装置によって画像データが取得される際に、基板表面に照射される検査光の光量が確保されている。従って、画像処理部では、画像データに基づいて基板上のパーティクルを精度よく検出できる。

本発明によれば、検査用光源部は、光源として発光ダイオードを備えており、発光ダイオードから出射されたインコヒーレント光を検査光とする。従って、基板表面に付着している特定のパーティクルについて、検査用光源部からの検査光が直接このパーティクルを照射しているとともに、検査用光源部から基板表面に達した後に基板表面で跳ね返ってこのパーティクルを照射しているという事態が発生しても、干渉が発生しにくい。この結果、検査光の干渉に起因する散乱光の強度の変化を低減できる。ここで、発光ダイオードから出射される検査光は、レーザ光を検査光とした場合と比較して光量の少ないものとなるが、本発明では、パーティクルの検査対象となっている基板の基板表面によって反射された検査光の反射光を基板表面の側に反射する反射部材を有しているので、基板表面に照射される検査光の光量を確保することができる。また、検査光がインコヒーレント光なので、反射部材を用いて、基板表面によって反射された検査光の反射光を基板表面の側に反射させても、検査光に干渉が発生しない。よって、パーティクルが微細であっても精度よく検出することができる。

本発明を適用したパーティクル検出装置および基板を示す説明図である。パーティクル検出用光学装置の要部を説明するための説明図である。パーティクル検出用光学装置の光学系等の構成を示す説明図である。反射鏡（反射部材）が検査光を反射する様子を示す説明図である。パーティクル検出装置のデータ処理系の構成を示すブロック図である。画像データの一例を示す説明図である。パーティクル検出方法を示すフローチャートである。検査用光学部の別の例を示す説明図である。検査用光学部の更に別の例を示す説明図である。

以下に図面を参照して、本発明を適用したパーティクル検出用光学装置およびパーティクル検出装置を説明する。

（全体構成）
図１（ａ）はパーティクル検出装置全体の構成を示す説明図であり、図１（ｂ）はパーティクルの検査対象となる基板の平面図である。図２はパーティクル検出用光学装置の要部を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、パーティクル検出装置１は、パーティクル検出用光学装置２と、表示部３ａおよびキーボードやマウスなどの入力部３ｂを備えるコンピュータ３を有している。コンピュータ３はパーティクル検出用光学装置２に通信可能に接続されている。

パーティクル検出用光学装置２は、前側にスイッチ２１ａおよびランプ２１ｂが設けられた装置本体２１と、装置本体２１の後側で起立して上側部分が前方に張り出している光学系収納部２２を有している。装置本体２１の上面部には、試料台２３が一段高く設けられている。試料台２３は、その上端面に円形の平面検査領域２４が設けられており、平面検査領域２４にはパーティクルＰの検査対象となる基板４が配置されており、基板４の基板表面４ａが平面検査領域２４上に位置している。試料台２３の側方には、照度基準部材２５が設けられている(図２参照）。試料台２３および照度基準部材２５の前方には、これら試料台２３および照度基準部材２５の前側部分を覆う反射鏡（反射部材）２６が取り付けられている。反射鏡２６の前方には、装置本体２１と光学系収納部２２との間で試料台２３を囲んだ状態および開放した状態に切り換える二重の回転ドア２７が設けられている。回転ドア２７は遮光性を有しており、回転ドア２７を閉状態にした状態で回転ドア２７の内側は、外部から光が遮断された測定室２８となる。本形態において、反射鏡２６は反射面として鏡面を備えるものである。

基板４の平面形状は略円形をしている。基板４はシリコンウエハーであり、基板表面４ａが鏡面となるまで研磨されている。基板表面４ａにはレーザ加工等により基板４の位置を特定するための位置決めマーク４ｂが刻印されている。位置決めマーク４ｂは、基板４の中心４ｃから外れた位置に形成されており、基板４の半径方向と直交する方向に長く延びる長方形をしている。

図２に示すように、試料台２３は中央に円形凹部２３１を備えており、基板４は円形凹部２３１に配置されている。円形凹部２３１は、基板４の外径と対応する内径を備えており、円形凹部２３１の内側に基板４を配置すると、基板４は径方向で位置決めされ、基板４の中心４ｃと平面検査領域２４の中心２４ａが一致する。また、円形凹部２３１は基板４の厚さと対応する深さを備えており、円形凹部２３１の内側に基板４を配置された状態では、基板表面４ａと試料台２３の上端面２３ａが高さ方向で一致する。円形凹部２３１の上端開口が平面検査領域２４を規定している。

光学系収納部２２内は、試料台２３の上方に撮像部２９と照明装置３０を備えている。撮像部２９は、複数の画素がマトリクス状に配置されたＣＣＤカメラを備えており、平面検査領域２４の中心２４ａに対して対向するように下向きに配置されている。照明装置３０は平面検査領域２４に対向するように下向きに配置されており、平面検査領域２４の全体を照射可能な発散光を照射する。また、光学系収納部２２は、試料台２３の後方に、平面検査領域２４および照度基準部材２５に検査光Ｌ（図３参照）を照射する検査用光源部３１を備えている。

基板４に付着したパーティクルＰを検出する際には、パーティクル検出用光学装置２において、試料台２３に基板４をセットして回転ドア２７を閉状態とする。次に、検査用光源部３１から平面検査領域２４に検査光Ｌを照射して、基板表面４ａに付着しているパーティクルＰによって散乱された検査光Ｌの散乱光を撮像部２９によって撮影する。これにより画像データが取得されると、パーティクル検出用光学装置２は画像データをコンピュータ３に送信する。コンピュータ３では、受信した画像データに基づいて基板４上のパーティクルＰの数および大きさを検出する。また、コンピュータ３では、受信した画像データと共に、パーティクルＰの検出結果を表示部３ａに表示する。

基板４に付着したパーティクルＰを観察する際には、パーティクル検出用光学装置２において、試料台２３に基板４をセットして回転ドア２７を開状態とする。次に、照明装置３０によって平面検査領域２４を照らすとともに、検査用光源部３１から平面検査領域２４に検査光Ｌを照射して、基板表面４ａのパーティクルＰによって散乱された検査光Ｌの散乱光を撮像部２９によって撮影する。これにより画像データが取得されると、パーティクル検出用光学装置２は画像データをコンピュータ３に送信する。コンピュータ３では、受信した画像データを表示部３ａに表示する。

（検査用光源部）
図２、図３を参照して、パーティクル検出用光学装置２の検査用光源部３１を説明する。図３（ａ）は検査用光源部３１の平面的なレイアウトを示す平面図であり、図３（ｂ)は検査用光源部３１の光学的なレイアウトを示す説明図であり、図３（ｃ）は基板表面４ａに検査光Ｌが照射される様子を示す説明図である。図３では反射鏡２６を取り外して示している。検査用光源部３１は、光源としての発光ダイオード４１と、発光ダイオード４１を保持するホルダ４２と、検査光Ｌを平面検査領域２４に向けて出射するとともに、平面検査領域２４に沿って走査させるための走査装置４３を備えている。

発光ダイオード４１は緑色の発散光を出射するものである。走査装置４３は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、走査ミラー４３２と、この走査ミラー４３２をその中心軸線４３１回りに回転させる駆動装置（図示せず）を備えている。走査ミラー４３２は、平面検査領域２４に対して垂直な方向に中心軸線４３１を向ける正八角柱状のポリゴンミラーであり、図２、図３（ｃ）に示すように、平面検査領域２４よりもわずかに上方に位置している。

図３に示すように、ホルダ４２内には、凸レンズ(収束レンズ）４４が収納されており、発光ダイオード４１から射出された発散光は凸レンズ４４によって収束光に変換される。この収束光は、図３（ｃ）に示すように、走査ミラー４３２で反射した後も収束光として進行し、検査光Ｌとして、平面検査領域２４に向って照射される。検査光Ｌは、平面検査領域２４において光学的に光源からの距離が最も遠いところで焦点Ｆを結んでいる。

また、検査光Ｌは、中心軸線４３１周りに回転している走査ミラー４３２によって反射されることにより、図３（ｂ）に矢印Ｓで示すように、平面検査領域２４に沿って基板表面４ａの面内方向で走査され、基板表面４ａ全体を、その側方斜め上方から照射する。

（照度基準部材）
照度基準部材２５は、表面２５ａに細かな凹凸を備えたガラス板などであり、表面２５ａは光散乱性を備えている。図２に示すように、照度基準部材２５は、平面検査領域２４から外れた位置において、照度基準部材２５の表面が平面検査領域２４に配置された基板表面４ａよりも低くなるように配置されている。従って、検査用光源部３１からの検査光Ｌは、平面検査領域２４より低い照度で照度基準部材２５に照射される。

（反射鏡）
図２、図４を参照して反射鏡２６を説明する。図４は反射鏡２６が検査光Ｌを反射する様子を示す説明図である。反射鏡２６は、図２に示すように、平面検査領域２４の中心２４ａを挟んで走査ミラー４３２とは反対側に配置されており、平面検査領域２４の前側部分を前方斜め上方から覆っている。反射鏡２６において平面検査領域２４の側を向いている内側の反射面２６ａは、平面検査領域２４の中心２４ａを中心として規定された円弧面となっている。図４に示すように、反射鏡２６は、平面検査領域２４に配置された基板４の基板表面４ａによって反射された検査光Ｌの反射光を、反射面２６ａで基板表面４ａの側に反射する。

（制御系）
図５は、本発明を適用したパーティクル検出装置１における制御系を示すブロック図である。図６は画像データの一例を示す説明図である。コンピュータ３は予めメモリに格納されたプログラムに基づいて動作しており、図５に示すように、入力部３ｂからの命令に基づいてパーティクル検出用光学装置２を制御する光学装置制御部５１、パーティクル検出用光学装置２から送信された画像データを受信する受信部５２、画像データに基づいてパーティクルＰを検出する画像処理部５３、および、画像データおよび画像データに基づいて検出されたパーティクルＰの検出結果を表示部３ａに表示する表示制御部５４を備えている。

光学装置制御部５１は、入力部３ｂから入力された命令に基づいて、撮像部２９、照明装置３０および検査用光源部３１を制御する。

本例では、試料台２３に基板４をセットして回転ドア２７を閉状態とした後に入力部３ｂから「パーティクル検出命令」が入力されると、検査用光源部３１および撮像部２９を駆動制御して、検査用光源部３１から平面検査領域２４に検査光Ｌを照射し、撮像部２９によって基板表面４ａのパーティクルＰによって散乱された検査光Ｌの散乱光を撮影する。そして、取得した画像データを撮像部２９からコンピュータ３に送信させる。「パーティクル検出命令」では照明装置３０は点灯されず、撮像部２９による撮影は「暗視野状態」で行なわれる。暗視野状態とは、検査光Ｌ以外の光が、測定室２８に照射されていない状態を意味する。

また、試料台２３に基板４をセットして回転ドア２７を閉状態とした後に入力部３ｂから「パーティクル観察命令」が入力されると、照明装置３０、および検査用光源部３１および撮像部２９を駆動制御して、照明装置３０によって平面検査領域２４を照らし、かつ、検査用光源部３１から平面検査領域２４に検査光Ｌを照射し、撮像部２９によって基板表面４ａのパーティクルＰによって散乱された検査光Ｌの散乱光を撮影する。そして、取得した画像データを撮像部２９からコンピュータ３に送信させる。「パーティクル観察命令」では照明装置３０が点灯され、撮像部２９による撮影は「明視野状態」で行なわれる。明視野状態とは検査光Ｌ以外の光が、平面検査領域２４に照射されている状態を意味する。なお、「パーティクル観察命令」が入力されている場合に、検査用光源部３１を駆動せずに、撮影を行うようにしてもよい。すなわち、検査光Ｌを検査用光源部３１から平面検査領域２４に検査光Ｌを照射せず、基板表面４ａのパーティクルＰによって散乱された照明装置３０の発散光の散乱光を撮像部２９によって撮影してもよい。

ここで、パーティクル検出用光学装置２からコンピュータ３に送信される画像データは、２次元の画像データであり、画素の位置を示す座標と、各画素の輝度値が対応付けられたものである。各画素の位置は、例えば、図６に示すように、座標（Ｘｉ、Ｙｊ）＝座標（Ｘ１、Ｙ１）、（Ｘ１、Ｙ２）・・（Ｘｎ、Ｙｍ）で表される。

受信部５２は、パーティクル検出用光学装置２からの画像データを受信して、記憶装置５５に記憶保持する。また、画像データを、画像処理部５３および表示制御部５４に出力する。

画像処理部５３は、パーティクル検出用光学装置２から受信した画像データから散乱光の領域を抽出する領域抽出部５３１、領域抽出部５３１によって抽出された領域に基づいてパーティクルＰの大きさを特定するパーティクル特定部５３２、パーティクル特定部５３２により特定されたパーティクルＰの数を計数する計数部５３３を備えている。ここで、領域抽出部５３１、パーティクル特定部５３２、計数部５３３は、「パーティクル検出命令」が入力されている場合に動作するものであり、「パーティクル観察命令」が入力されている場合には、動作しない。

領域抽出部５３１は、各種メモリ等を備えており、入力部３ｂから予め入力されているしきい値を記憶している。しきい値は、パーティクルＰに照射された検査光Ｌの散乱光の強度が、パーティクルＰが存在すると認識するための下限値である。また、領域抽出部５３１は、撮像部２９から入力された画像データとしきい値を用いて画像データを処理し、図６に示すように、しきい値以上の輝度値を持つ画素がひとまとまりとなった高輝度画素領域Ｒ（高輝度画素領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）を求めるとともに、かかる高輝度画素領域Ｒ（高輝度画素領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）の位置、および高輝度画素領域Ｒ（高輝度画素領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）に含まれる画素数および各画素の輝度値を高輝度画素情報として抽出して、パーティクル特定部５３２に出力する。領域抽出部５３１で抽出される高輝度画素領域Ｒは、パーティクルＰに対して１対１で対応するものとなる。

ここで、領域抽出部５３１は、照度基準部材２５に照射された検査光Ｌの散乱光の強度に基づいて、各画素の輝度やしきい値を補正する。すなわち、光源として用いた発光ダイオード４１での出射光量が変動して各画素の輝度に影響を与える場合があるので、各画素の輝度やしきい値を補正する。本例では、各画素の実際の輝度を照度基準部材２５での散乱光の検出値で除した値を画素の輝度として扱う。このため、しきい値についても、各画素の実際の輝度を照度基準部材２５での散乱光の検出値で除した値に対応する値に設定されている。

パーティクル特定部５３２は、高輝度画素情報に含まれる、高輝度画素領域Ｒの位置、高輝度画素領域Ｒに含まれる各画素の画総数および輝度値に基づいて、基板表面４ａに付着している各パーティクルＰの位置および大きさを特定する。すなわち、パーティクルＰのサイズが大きければ、高輝度画素領域Ｒに存在する画素数が多く、かつ、輝度が高いので、高輝度画素領域Ｒに存在する画素数および輝度に基づいてパーティクルＰのサイズを特定することができる。

また、パーティクル特定部５３２は、特定された各パーティクルＰを大きさによって分級する。本例では、例えば、３０μｍ以上かつ６０μｍ未満、６０μｍ以上かつ９０μｍ未満、９０μｍ以上に分級する。さらに、パーティクル特定部５３２は、パーティクルＰの位置および大きさ並びに分級結果を、パーティクル特定情報として計数部５３３に出力する。

計数部５３３は複数のカウンタを備えており、パーティクル特定情報を受信する毎にカウンタの値を１増加させて、パーティクルＰの数を計数する。また、パーティクル特定情報に含まれている分級結果に基づいて、各分級のパーティクルＰの数を計数する。また、パーティクル特定情報と、計数されたパーティクルＰの総数および各分級のパーティクルＰの数を表示制御部５４に出力する。

なお、領域抽出部５３１が高輝度画素領域Ｒを検出できなかった場合には、領域抽出部５３１からパーティクル特定部５３２に、高輝度画素領域Ｒが存在しないことを示すゼロ情報が出力される。この場合には、パーティクル特定部５３２からパーティクル特定情報が出力されないので、計数部５３３によるパーティクルＰの計数は行われない。

表示制御部５４は、「パーティクル検出命令」が入力されている場合には、受信部５２からの画像データを表示部３ａに表示すると共に、各パーティクルＰの位置および大きさ並びに分級結果を含むパーティクル特定情報、パーティクルＰの総数および各分級のパーティクルＰの数を表示部３ａに表示する。ここで表示部３ａに表示される画像データは、暗視野状態において取得されたものである。

また、表示制御部５４は、「パーティクル観察命令」が入力されている場合には、受信部５２からの画像データをのみを表示部３ａに表示する。ここで表示部３ａに表示される画像データは明視野状態において取得されたものである。

（パーティクル検出動作）
図７はパーティクル検出動作を示すフローチャートである。本例のパーティクル検出装置１は、基板４が配置されていたエリアにおけるパーティクルＰの監視に用いられる。後者の場合、基板４を所定のエリアに配置した後、回収し、基板４上に付着したパーティクルＰを監視することにより、基板４が配置されていたエリアに存在するパーティクルＰの数や大きさが求められる。かかる監視を継続的に行なう場合、例えば、パーティクル検出装置１によってパーティクルＰの検出を終えた基板４を再度、監視エリアに配置し、所定の時間が経過した後、再度、基板４を回収して基板４上に付着したパーティクルＰの数や大きさが求め、前回の検出結果と比較される。その際、基板４の位置を合わせる必要があることから、本例では、基板４に付された位置決めマーク４ｂを原点位置にして、パーティクルＰの基板４上の位置を決定する。

パーティクルＰを検出する際には、まず、試料台２３に基板４をセットし、すなわち、平面検査領域２４上に基板４の基板表面４ａを配置し、回転ドア２７を閉状態とする（ステップＳＴ１）。しかる後に入力部３ｂから「パーティクル検出命令」を入力する（ステップＳＴ２）。これにより、検査用光源部３１から平面検査領域２４への検査光Ｌの照射が開始され、撮像部２９による撮像が始まる（ステップＳＴ３）。その際に、照明装置３０は消灯した状態となっている（暗視野撮像工程）。

暗視野撮像工程において、パーティクルＰにより発生した散乱光を撮像部２９が画像データとして取得してコンピュータ３に送信すると、受信部５２はこの画像データを記憶装置５５に記憶保持する。また、受信部５２はこの画像データを表示制御部５４に出力するとともに、領域抽出部５３１に出力する。領域抽出部５３１は高輝度画素領域Ｒを求めるとともに、かかる高輝度画素領域Ｒの位置、および高輝度画素領域に含まれる画素数および各画素の輝度を高輝度画素情報として抽出してパーティクル特定部５３２に出力する（ステップＳＴ４）。

高輝度画素情報が入力されたパーティクル特定部５３２では、高輝度画素領域Ｒの位置、高輝度画素領域に含まれる画素数および各画素の輝度に基づいて、基板表面４ａに付着している各パーティクルＰの位置および大きさを特定する。また、各パーティクルＰを大きさによって分級する。そして、各パーティクルＰの位置および大きさ並びに分級結果をパーティクル特定情報として測定部に出力する（ステップＳＴ５）。

パーティクル特定情報が入力された計数部５３３では、パーティクルＰの総数および各分級のパーティクルＰの数を計数し（ステップＳＴ６）、パーティクル特定情報と共に表示制御部５４に出力するので、表示制御部５４は、画像データと共に、各パーティクルＰの位置および大きさ並びに分級結果を含むパーティクル特定情報、パーティクルＰの総数、および各分級のパーティクルＰの数を表示部３ａに表示する（ステップＳＴ７）。

次に、パーティクル検出装置１の使用者がコンピュータ３の入力部３ｂに「パーティクル観察命令」を入力すると（ステップＳＴ８）、照明装置３０が点灯し、撮像部２９は明視野状態で基板表面４ａを撮像する（ステップＳＴ９）。その際に、検査用光源部３１からの検査光Ｌは平面検査領域２４を走査する状態となっている。（明視野撮像工程）。

明視野撮像工程において、パーティクルＰにより発生した散乱光を撮像部２９が画像データとして取得してコンピュータ３に送信すると、受信部５２はこの画像データを記憶装置５５に記憶保持する。また、受信部５２はこの画像データを表示制御部５４に出力し、表示制御部５４は、画像データを表示部３ａに表示する（ステップＳＴ１０）。すなわち、明視野撮像工程では、パーティクルＰの特定は行われないので、表示制御部５４よって画像データのみが表示部３ａに表示される。

ここで、明視野撮像工程では、サイズの大きなパーティクルＰの像が表示部３ａに表示されるので、かかるサイズの大きなパーティクルＰの外形を観察することができる。従って、サイズの大きなパーティクルＰが何に由来しているかを判別することができる。また、明視野撮像工程の間も、発光ダイオード４１は点灯し続けているので、サイズの小さなパーティクルＰについては、外形は観察できないものの、サイズの小さいパーティクルＰでの散乱光が表示部３ａに表示される。

このような、パーティクル検出動作では、散乱光の輝度が低いパーティクルＰに対応させて検査光Ｌの強度や撮像部２９の感度を設定しておけば、暗視野撮像工程において、小さなパーティクルＰの数やサイズを検出することができる。この場合、大きなパーティクルＰでの散乱光の輝度レベルでは検出感度が飽和してしまい、大きなパーティクルＰについては外形を検出できないが、大きなパーティクルＰの外形については明視野撮像工程で検出することができる。従って、簡素な構成で、サイズが小さいパーティクルＰを検出することができるとともに、サイズが大きいパーティクルＰについても外形を検出することができる。

（作用効果）
本例によれば、検査用光源部３１は、光源として発光ダイオード４１を備えており、発光ダイオード４１から出射されたインコヒーレント光を検査光Ｌとする。従って、基板表面４ａに付着している特定のパーティクルＰについて、検査用光源部３１からの検査光Ｌが直接このパーティクルＰを照射しているとともに、検査用光源部３１から基板表面４ａに達した後に基板表面４ａで跳ね返ってこのパーティクルＰを照射しているという事態が発生しても、干渉が発生しにくい。この結果、検査光Ｌの干渉に起因する散乱光の強度の変化を低減できるので、撮像部２９が取得した画像データに基づいて基板４上のパーティクルＰを精度よく検出することができる。

また、光源としてレーザ光を射出する半導体レーザを用いている場合には、温度変化による出力変化が大きいので、環境温度の変化、或いは、半導体レーザ自らの発熱によって検査光Ｌの光量が変化してしまい、撮像結果からパーティクルＰの大きさなどを正確に検出することができなくなることがあるが、光源として発光ダイオード４１を用いているので、温度の変化に起因する光量の変化を抑制できる。よって、温度の変化に拘わらず撮像部２９が取得した画像データに基づいて基板４上のパーティクルＰを精度よく検出することができる。

ここで、発光ダイオード４１から出射される検査光Ｌは、レーザ光を検査光Ｌとした場合と比較して光量の少ないものとなるが、検査光Ｌは収束光となっているので、照射エリアに照射される検査光Ｌの光量を確保することができる。さらに、検査光Ｌは、平面検査領域２４において光学的に光源からの距離が最も遠いところで焦点を結んでいるので、平面検査領域２４に照射される検査光Ｌの光量が多くなる。

加えて、本例では、パーティクルＰの検査対象となっている基板４の基板表面４ａによって反射された検査光Ｌの反射光を基板表面４ａの側に反射する反射鏡２６を有しているので、基板表面４ａに照射される検査光Ｌの光量を確保することができる。また、検査光Ｌがインコヒーレント光なので、反射鏡２６を用いて、基板表面４ａによって反射された検査光Ｌの反射光を基板表面４ａの側に反射させても、検査光Ｌに干渉が発生しない。よって、パーティクルＰが微細であっても精度よく検出することができる。

また、検査光Ｌが発散光の状態で基板４に照射されると、基板表面４ａにおいて検査光Ｌが入射してくる側（光学的に光源に近い側）に届く光の光量は多いが、基板表面４ａにおいて検査光Ｌが入射してくる側から離れた側（光学的に光源から遠い側）に届く光の光量は少なくなるので、同一サイズのパーティクルＰであっても基板表面４ａ上の位置によって散乱光の強度が異なり、パーティクルＰを検出する検出精度が低下することがあるが、検査光Ｌは収束光の状態で基板４に照射されているので、このような検査光Ｌの強度分布を緩和することができる。

さらに、本例では、撮像部２９により得られた画像データにおいて、各画素の輝度値としきい値とを比較してパーティクルＰを認識するので、照度の連続性が確保されないと、パーティクルＰの大きさや数を誤検出してしまう。しかるに本例では、検査光Ｌを収束光として基板４に向けて照射しているので、検査光Ｌの強度は、走査ミラー４３２から遠ざかるに連れて収束度合いが連続的に高まり、照度が連続している状態となる。それ故、パーティクルＰの大きさや数の検出精度が高い。

また、光源として発光ダイオード４１を用いる場合には、発光ダイオード４１の配光特性によって平面検査領域２４に配置された基板表面４ａに照度分布が発生してしまうが、反射鏡２６によって、基板表面４ａで反射された検査光Ｌの反射光を基板表面４ａの側に反射しているので、平面検査領域２４における照度分布を均一に近いものとすることができる。さらに、走査ミラー４３２によって検査光Ｌを走査しながら平面検査領域２４に向けて出射するので、平面検査領域２４における照度分布を均一に近いものとすることができる。

また、走査ミラー４３２によって検査光Ｌを走査しながら平面検査領域２４に向けて出射すれば、基板４を静止させた状態で、基板表面４ａ全体においてパーティクルＰを検出することができるので、パーティクル検出用光学装置２の構成を簡素化することができる。

本例において、基板４は、シリコンウエハーであり、基板表面４ａは鏡面研磨されている。この結果、基板自身の基板表面４ａでの散乱を防止することができるので、検出精度が高い。また、基板表面４ａを鏡面研磨しておけば、基板表面４ａに照射された検査光Ｌの光量と、基板表面４ａで反射した検査光Ｌの反射光の光量との差が僅かなものとなる。従って、基板表面４ａで反射した検査光Ｌの反射光を反射鏡２６で基板表面４ａの側に反射することにより、基板表面４ａに照射される検査光Ｌの光量を十分なものとすることができる。

また、基板表面４ａには位置決めマーク４ｂが付されているため、パーティクルＰの検出を実施した基板４を、再び、空気清浄度を監視する環境下に配置し、しかる後に基板表面４ａのパーティクルＰを検出した際、位置決めマーク４ｂを基準に基板表面４ａの各位置でのパーティクルＰの付着量変化を追跡することができる。

さらに、本例では、検査光Ｌが照射される照度基準部材２５が設けられているので、かかる照度基準部材２５に対する検出結果により、撮像部２９での撮像結果を補正できる。このため、発光ダイオード４１から出射される検査光Ｌの光量が変動した場合でも、パーティクルＰの検出精度が高い。

また、照度基準部材２５は、平面検査領域２４の側方に配置され、かつ、照度基準部材２５の表面は、平面検査領域２４よりも低い位置にある。この結果、検査光Ｌが基板表面４ａより低い照度で照射されるので、撮像部２９の撮像結果において、照度基準部材２５で生じた散乱光の強度が基板表面４ａのパーティクルＰによって生じた散乱光の強度よりも弱くすることができるので、この散乱光を基準として基板表面４ａのパーティクルによって生じた検査光Ｌの散乱光の強度を補正することが容易となる。しかも、検査光Ｌが基板表面４ａより低い照度で照度基準部材２５に照射されるように構成するにあたって、照度基準部材２５の表面を平面検査領域２４より低くしているので、照度基準部材２５と走査ミラー４３２との距離を長くした構成や、走査ミラー４３２と照度基準部材２５との間に光強度を低下させる透光性部材を配置した構成に比較して、狭い領域内に平面検査領域２４と照度基準部材２５とを配置することができる。

さらに、検査光Ｌを一方向から平面検査領域２４に照射している場合には、検査光Ｌによって形成されたパーティクルＰの影の中に他のパーティクルＰが入ってしまい、この影の中に入ったパーティクルＰを検出することができない場合があるが、本例では、反射鏡２６による反射によって、検査用光源部３１からの検査光Ｌとは異なる方向から検査光Ｌを基板表面４ａに照射できる。従って、他のパーティクルＰの影の中に入ったパーティクルＰも検出できる。

（その他の実施の形態）
図８は検査用光源部の別の例の光学的なレイアウトを示す説明図である。上記の検査用光源部３１では、発光ダイオード４１と走査ミラー４３２との間に凸レンズ４４を備えているが、本例の検査用光源部６１では、この凸レンズ４４に替えて、コリメートレンズ６２および凸レンズ６３からなるレンズ系６４を備えるように構成してある。なお、本例の検査用光源部６１は検査用光源部３１と対応する構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本例の検査用光源部６１では、発光ダイオード４１は、発散光からなる検査光Ｌ１を出射するが、かかる検査光Ｌ１は、レンズ系６４において、コリメートレンズ６２により平行光束化された後、凸レンズ６３によって、収束光に変換される。ここで、検査光Ｌ１においては、走査ミラー４３２による走査方向で収束光になっていればよいことから、凸レンズ６３としては、水平方向（走査方向）に正のパワーを有するシリンドリカルレンズが用いられている。

このようにすれば、コリメートレンズ６２から出射される光はコリメート光であるため、凸レンズ６３を光軸方向のいずれの位置に配置しても、凸レンズ６３への入射光量や凸レンズ６３から出射される検査光Ｌの収束角については変化しない。それ故、凸レンズ６３の位置調整などが容易である。

図９（ａ）は検査用光源部の更に別の例の光学的なレイアウトを示す説明図であり、図９（ｂ)は図９（ａ）の検査用光源部において基板表面４ａに検査光Ｌが照射される様子を示す説明図である。なお、本例の検査用光源部７１は検査用光源部３１と対応する構成を備えているので、対応する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

本例では、検査用光源部７１は発光ダイオード４１と走査ミラー４３２との間に凸レンズ７２を備えているが、検査光Ｌ２は凸レンズ７２によって収束光の状態とされておらず、発散光の状態で平面検査領域２４に照射される。

ここで、検査光Ｌ２が発散光の状態で基板４に照射されると、基板表面４ａにおいて検査光Ｌ２が入射してくる側（光学的に光源に近い側）に届く光の光量は多いが、基板表面４ａにおいて検査光Ｌ２が入射してくる側から離れた側（光学的に光源から遠い側）に届く光の光量は少なくなるので、同一サイズのパーティクルＰであっても基板表面４ａ上の位置によって散乱光の強度が異なり、パーティクルＰを検出する検出精度が低下することがあるが、本例では、図９（ｂ）に示すように、反射鏡２６を備えているので、反射鏡２６によって反射される検査光Ｌ２によって、基板表面４ａにおいて検査光Ｌ２が入射してくる側から離れた側（光学的に光源から遠い側）の光量を増加させることができる。この結果、検査光Ｌ２の強度分布を緩和することができるので、パーティクルＰを検出する検出精度を維持することができる。なお、検査光Ｌ２を発散光とする場合には、平面検査領域２４の側方から検査光Ｌ２を照射するよりも、平面検査領域２４の上方から検査光Ｌ２を照射した方が平面検査領域２４における光量を確保しやすい。

また、上記の例では、反射鏡２６は、平面検査領域２４の中心２４ａを挟んで走査ミラー４３２とは反対側に配置されているが、反射鏡２６は、その反射面２６ａが、少なくとも、平面検査領域２４を挟んで走査ミラー４３２とは反対側に位置する反射面部分を備えていればよく、反射鏡２６の位置および形状は、上記の例に限られるものではない。例えば、基板表面４ａによって反射された検査光の反射光を当該基板表面４ａの側に反射することができれば、反射面２６ａは平坦面やテーパー面であってもよい。また、反射鏡２６は、走査ミラー４３２からの検査光を遮る位置、或いは、撮像部２９により撮像を妨げる位置を除けば、どのような位置に配置されていてもよく、反射鏡を複数配置してもよい。

なお、平面検査領域２４に基板４を配置するためには、反射鏡２６は着脱可能な状態で装置本体２１に取り付けられていることが望ましい。

また、上記の例では、反射鏡２６は反射面として鏡面を備えるものであるが、この反射鏡２６に替えて、反射面が細かな凹凸を備えるガラス板などから構成されており、この反射面が光散乱性を備える反射部材を用いてもよい。

１・パーティクル検出装置、２・パーティクル検出用光学装置、３・コンピュータ、３ａ・表示部、３ｂ・入力部、４・基板、４ａ・基板表面、４ｂ・位置きめマーク、４ｃ・中心、２１・装置本体、２１ａ・スイッチ、２１ｂ・ランプ、２２・光学系収納部、２３・試料台、２３ａ・上端面、２４・平面検査領域、２４ａ・中心、２５・照度基準部材、２５ａ・表面、２６・反射鏡（反射部材）、２６ａ・反射面、２７・回転ドア、２８・測定室、２９・撮像部、３０・照明装置、３１・検査用光源部、４１・発光ダイオード、４２・ホルダ、４３・走査ミラー装置、４４・凸レンズ、５１・光学装置制御部、５２・受信部、５３・画像処理部、５４・表示制御部、５５・記憶装置、６１・検査用光源部、６２・コリメートレンズ、６３・凸レンズ、６４・レンズ系、７１・検査用光源部、７２・凸レンズ、２３１・円形凹部、４３１・中心軸線、４３２・走査ミラー、５３１・領域抽出部、５３２・パーティクル特定部、５３３・計数部、Ｌ・Ｌ１・Ｌ２・検査光、Ｐ・パーティクル、Ｒ・高輝度画素領域

Claims

検査対象の基板の基板表面が配置される平面検査領域に検査光を照射する検査用光源部と、前記基板表面で生じた前記検査光の散乱光を画像データとして取得する撮像部とを有し、前記画像データに基づいて前記基板表面に付着しているパーティクルを検出するためのパーティクル検出用光学装置において、
前記基板表面によって反射された前記検査光の反射光を、当該基板表面の側に反射する反射部材を有し、
前記検査用光源部は、光源としての発光ダイオードを備えていることを特徴とするパーティクル検出用光学装置。
請求項１において、
前記検査用光源部は、前記光源から射出された前記検査光を、前記平面検査領域に照射すると共に前記平面検査領域に沿って走査する走査ミラーを備えていることを特徴とするパーティクル検出用光学装置。
請求項２において、
前記光源から前記走査ミラーに向かう光路に、前記検査光が収束光の状態で前記平面検査領域に照射される状態とする集束レンズを備えていることを特徴とするパーティクル検出用光学装置。
請求項２ないし３において、
前記反射部材の反射面は、少なくとも、前記平面検査領域を挟んで前記走査ミラーとは反対側に位置する反射面部分を備えていることを特徴とするパーティクル検出用光学装置。
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
検査対象の前記基板として、基板表面が鏡面研磨されている基板を有していることを特徴とするパーティクル検出用光学装置。
請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載のパーティクル検出用光学装置と、
前記撮像部によって撮影された前記基板表面の撮像画像の前記画像データに基づいて前記基板表面に付着しているパーティクルを検出する画像処理部とを備えていることを特徴とするパーティクル検出装置。