JP4529108B2

JP4529108B2 - Defect inspection equipment

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Publication number: JP4529108B2
Application number: JP2000392216A
Authority: JP
Inventors: 健雄大森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: JP2002195956A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子等の製造過程における、基板表面の欠陥を検出する欠陥検査装置に関するもので、特に、半導体ウエハ、液晶表示パネル等の表面の欠陥の検査に好適な欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハや液晶表示素子パネル（これらを総称して半導体ウエハ等と称する）は、表面に多数の回路素子パターンを配列形成して構成されている。各回路素子パターンは極く細い配線、極く小さな回路素子等を有しており、半導体ウエハ等に表面欠陥が存在すると回路素子パターンからなるチップもしくはパネルの性能を損なうことになるので、表面欠陥の検査は非常に重要である。
【０００３】
このような表面欠陥装置もしくは方法は従来から種々提案されており、例えば、特開平１１−５１８７４号公報に開示の装置がある。この装置では、散乱光用の照明光学系と回折光用の照明光学系とを設け、基板（半導体ウエハ等）からの散乱光および回折光から表面欠陥の有無を検査するようになっている。
【０００４】
さらに、特開平１１−２３０９１７号公報には、低倍率画像を撮影して半導体ウエハ等の表面全体の欠陥検査を行うマクロ検査ユニットと、高倍率画像を撮影してマクロ検査で見つかった欠陥部分を拡大して検査するレビュー検査ユニットとからなる欠陥検査装置が開示されている。この欠陥検査装置によれば、半導体ウエハ等の表面全域をマクロ検査ユニットにより一括検査して欠陥等が見つかったときに、この半導体ウエハ等をレビュー検査ユニットに搬送し、欠陥部分を拡大して詳細に観察できるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような欠陥検査装置では、マクロ検査ユニットおよびレビュー検査ユニットをそれぞれ設けるとともに、両ユニットの間で被検対象となる半導体ウエハ等を搬送する搬送ユニットが必要である。さらに、レビュー検査ユニットにおいて欠陥部分を正確に拡大して撮影できるように、高倍率撮像装置の対物レンズの直下に被検対象となる半導体ウエハ等の欠陥部分を正確に位置させるように半導体ウエハ等を移動させて位置決めを行う位置決め搬送ユニットも必要である。このため、欠陥検査装置の構成が複雑化、大型化しやすく、装置コストも高くなりやすいという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みたもので、マクロ検査および部分拡大検査を行う装置を一体化したユニット構成とすることが可能であり、比較的簡単且つ小型の構成となる欠陥検査装置を提供することを目的とする。本発明はまた、被検物体を固定保持したままでマクロ検査および任意の部分の拡大検査をそのまま行うことができるような欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００７】
このような目的達成のため、本発明においては、光源からの光束を所定の入射角度で被検物体に照射する照明光学系と、被検物体からの反射光を受光する低倍率の受光光学系と、低倍率の受光光学系により結像された被検物体の像を撮影する低倍率撮像器と、被検物体からの反射光を受光する高倍率の受光光学系と、高倍率の受光光学系により結像された被検物体の像を撮影する高倍率撮像器とを備えて欠陥検査装置が構成され、低倍率撮像器および高倍率撮像器により撮影された被検物体の画像情報に基づいて被検物体の欠陥検査が行われる。この欠陥検査装置は、少なくとも高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を二次元的に移動させる視野移動装置を有し、さらに被検物体からの反射光を受光して集光する集光光学系が設けられ、この集光光学系のほぼ焦点面内に入射瞳が位置するように低倍率の受光光学系および高倍率の受光光学系が配設されている。
【０００８】
また、低倍率の受光光学系および高倍率の受光光学系は、共通の集光光学系で集光された光束を受光する。
【０００９】
このように本発明では、欠陥検査装置を、照明光学系からの照明を受けて被検物体から反射する光に基づいて低倍率検査（マクロ検査）を行うユニット（低倍率の受光光学系および低倍率撮像器）と、同様に上記反射光に基づいて高倍率検査（拡大検査もしくはレビュー検査）を行うユニット（高倍率の受光光学系および高倍率撮像器）とを有し、これら両ユニットを選択的に用いて一つのテーブル上の被検物体の検査を行うように構成しており、装置を一体ユニット構成にして小型、コンパクト化することができる。
【００１０】
なお、低倍率検査は被検物体の表面全体について一度に検査することも可能であるが、高倍率検査は被検物体の表面の所定位置を検査するものである。本発明の欠陥検査装置は、高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を二次元的に移動させる視野移動装置を有しており、この視野移動装置により高倍率受光光学系の視野を移動させるだけで、被検物体の表面における任意位置を簡単に拡大して検査できる。すなわち、比較的大型で構成が複雑な被検物体を搬送する搬送装置が不要であり、装置全体を小型、コンパクト化できる。
【００１１】
また、低倍率の受光光学系によって一度に表面全体の検査が行えないような場合には、視野移動装置は低倍率の受光光学系の視野も二次元的に移動させるように構成しても良い。
【００１２】
さらに、視野移動装置を、高倍率の受光光学系の入射瞳中心を中心として高倍率の受光光学系を二次元的に揺動させる揺動機構を有して構成する。
【００１３】
この揺動機構により高倍率受光光学系の光軸方向を任意に可変設定可能であり、これにより、高倍率撮像器により被検物体の表面における任意の部分を拡大して撮影可能である。
【００１４】
なお、上記集光光学系としては、被検物体からの反射光を受光して集光する集光レンズや、被検物体からの反射光を受光して反射集光させる凹面鏡があり、これら集光レンズもしくは凹面鏡のほぼ焦点面内に入射瞳が位置するように低倍率の受光光学系および高倍率の受光光学系が配設される。
【００１５】
この欠陥検査装置はさらに、被検物体をその検査面位置を維持したまま検査面内における第１の方向に一次元的に移動させる被検物体移動装置と、少なくとも高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を第１の方向とほぼ直交する第２の方向に一次元的に移動させる視野移動装置とを有することが好ましい。
【００１６】
本発明ではまた、被検物体をその検査面位置を維持したまま検査面内における第１の方向に一次元的に移動させる被検物体移動装置と、少なくとも高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を第１の方向とほぼ直交する第２の方向に一次元的に移動させる視野移動装置とを有しており、被検物体を一次元的に移動させる簡単な構成の装置と、高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を一次元的に移動させる簡単な装置とを用いて、被検物体の表面における任意位置を簡単に検査できる。
【００１７】
この本発明においても、被検物体からの反射光を受光して集光する集光光学系を設けても良く、この場合には、集光光学系のほぼ焦点面内に入射瞳が位置するように低倍率の受光光学系および高倍率の受光光学系が配設される。なお、この集光光学系としては、被検物体からの反射光を受光して集光する集光レンズや、被検物体からの反射光を受光して反射集光させる凹面鏡がある。
【００１８】
なお、上記視野移動装置は、高倍率の受光光学系の入射瞳中心を中心として高倍率の受光光学系を一次元的に揺動させる揺動機構を有して構成することができる。
【００１９】
以上の構成の本発明に係る欠陥検査装置において、低倍率撮像器および高倍率撮像器により撮像された被検物体の像を表示する表示装置を設けるのが好ましい。また、上記被検物体としては半導体ウエハ等があり、照明光学系が半導体ウエハ等の表面に大きな入射角で光源からの光束を平行光束にして照射するように構成し、半導体ウエハ等の表面位置を同一平面位置で保持したまま半導体ウエハ等を回転させるウエハ支持テーブルを設けるのが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明を適用した欠陥検査装置の第１の実施形態を示している。なお、説明の容易化のため、図１において紙面に垂直な方向をＹ方向とし、矢印ＸおよびＺで示すように、左右に延びる方向をＸ方向、上下に延びる方向をＺ方向とする。
【００２１】
この欠陥検査装置は、チャンバー１内に、照明光学系１０と、低倍率検査ユニット２０と、高倍率検査ユニット３０と、被検物体となるウエハＷを載置保持するウエハ支持テーブル５０とを備えて構成される。チャンバー１にはウエハＷを搬入出するための開閉扉２により開閉される開口１ａが形成されており、不図示の搬送装置、例えば、ロボットアームなどによりウエハ支持テーブル５０上へのウエハＷの搬入出が行われるようになっている。なお、表面検査が行われるときには開閉扉２により開口１ａが閉じられ、外部からの迷光を遮断して効率の良い検査を可能としている。
【００２２】
ウエハＷは図示のように検査表面が上方を向くようにしてウエハ支持テーブル５０の上に水平に載置されて真空吸着等により固定保持される。このウエハ支持テーブル５０は駆動機構５１により水平面内で回転可能で、ウエハＷは検査表面が同一水平面上に位置したまま回転されるようになっている。
【００２３】
照明光学系１０は、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源を収納するとともに、レンズ、交換可能な波長選択フィルタを備えたランプハウス１１を備えており、特定の波長域の光のみを利用できるようになっている。ランプハウス１１からの光はライトガイド１２を介して、ウエハＷを入射角度８０度〜９０度で照明する。ライトガイド１２の射出側端面１２ａの形状は、紙面に直角な方向（Ｙ方向）が長く、この長手方向に直角な方向が短いスリット状である。ライトガイド１２の射出側端面１２ａから射出されるスリット状光束は、シリンドリカルレンズ３にてスリットの短手方向の面内でほぼ平行な光にされる。これにより、ライトガイド１２の端面１２ａから射出された光が効率良くウエハ全面を照明する。このように入射角度が８０度〜９０度と大きいので、シリンドリカルレンズ１３の短手方向の長さを短く出来る。
【００２４】
このようにして照明光学系１０からの光照射を受けたとき、ウエハＷの表面に異物、傷などの欠陥がある場合は散乱光が生じる。この散乱光は、ウエハ支持テーブル５０の上方にこれと対向して配設された集光レンズ５（特許請求の範囲の集光光学系に該当）で受光される。この集光レンズ５の光軸はウエハＷの法線と平行である。
【００２５】
集光レンズ５の上方に低倍率検査ユニット２０および高倍率検査ユニット３０が並んで配設されている。低倍率検査ユニット２０は低倍率結像レンズ２１および低倍率撮像素子２２から構成され、高倍率検査ユニット３０は高倍率結像レンズ３１および高倍率撮像素子３２から構成され、集光レンズ５のほぼ焦点面内の位置に、結像レンズ２１，３１の入射瞳が位置するように両検査ユニット２０，３０が配設されている。すなわち、集光レンズ５および上記量検査ユニット２０，３０からなる光学系は、物体側がテレセントリックな光学系となっている。
【００２６】
低倍率検査ユニット２０は集光レンズ５の中心光軸と同軸上に中心光軸を有するように配設されており、ウエハＷのほぼ法線方向に散乱された光のみが、結像レンズ２１を介して集光され、散乱光による異物、傷の像が低倍率撮像素子２２に結像される。また、ウエハＷの法線から見込んだある決まった角度方向に散乱された光のみが、結像レンズ２１を介して集光され、散乱光による異物、傷の像が撮像素子２２に結像される。
【００２７】
この時、ウエハＷに繰り返しパターンが形成さていれば、繰り返しパターンにより生じる回折光が受光光学系に混入しないように、テーブル回転駆動装置５１によりウエハ支持テーブル５０が適宜回転される。同一のパターンがウエハＷにくまなく形成されている場合、回折光の回折角度はウエハＷのどの位置でも同じとなり、ウエハＷを回転させた場合、一様に回折角度が変わる。非テレセントリックな光学系の場合、受光光学系で集光される散乱光の角度がウエハ上の位置により異なるので、ウエハＷを回転させてもウエハＷの一部の領域で混入が残る事がある。故に、本例のようにテレセントリックな光学系の方が好都合である。なお、集光光学系として、集光レンズ５に代えて球面反射鏡等の反射光学素子を用いても良く、これついては後述する。
【００２８】
撮像素子２２，３２は二次元センサであり、例えばＣＣＤから構成される。低倍率撮像素子２２ではウエハＷの表面全域を撮像する事が出来るように、低倍率結像レンズ２１の焦点距離および低倍率撮像素子２２の大きさが設定されている。これに対し、高倍率撮像素子３２では、低倍率撮像素子２２で取り込める範囲の所定部位を拡大した像が得られるように高倍率結像レンズ３１の焦点距離および高倍率撮像素子３２の大きさが設定されている。更に、両結像レンズ２１，３１は固定焦点距離のレンズに限られる事無く、ズームレンズやバリフォーカルレンズにしても良く、検査対象となる異物、傷の大きさに合わせて倍率を変える事で効率的な検査が可能となる。
【００２９】
ここで高倍率検査ユニット３０は、高倍率結像レンズ３１および高倍率撮像素子３２を一体に保持したユニットケース３３と、揺動アクチュエータ３４とから構成される。そして、高倍率結像レンズ３１の入射瞳の中央を中心として全方位（３６０度）に揺動自在なようにユニットケース３３が球面ブッシュ等を介して支持されており、揺動アクチュエータ３４により揺動制御されるように構成されている。この揺動制御により高倍率検査ユニット３０の光軸方向を任意に可変設定可能であり、これにより、高倍率撮像素子３２によりウエハＷの表面における任意の部分を拡大して撮影可能である。
【００３０】
両撮像素子２２，３２により撮影された画像信号は、ＣＲＴや液晶パネルディスプレイ等からなる表示装置４１に送られて、ここで撮像された異物、傷などの欠陥の像を表示する。このとき、表示装置４１の画面上に、撮像素子２２，３２からの画像を切り替えて表示する事が出来る。表示装置４１に繋がって画像処理装置４２が設けられており、この画像処理装置４２は撮像素子２２，３２で取り込んだ画像の処理を行い、欠陥の位置、大きさなどの情報を表示装置４１並びに演算装置４３に送る。このため、表示装置４１はこれらの欠陥情報も表示することができる。
【００３１】
なお、演算装置４３から駆動機構５１に作動制御信号を送ってウエハ支持テーブル５０の回転駆動を制御し、さらに、揺動制御装置４５に制御信号を送って揺動アクチュエータ３４による高倍率検査ユニット３０の揺動制御を行う。
【００３２】
次に、上記構成の検査装置により、ウエハＷの表面を一括検査してから欠陥部分を拡大観察する手順について図３のフローチャートを参照して説明する。まず、低倍率検査ユニット２０によりウエハＷの表面全体の散乱光に基づく画像を撮影し、その像を表示装置４１に表示する（ステップＳ１）。これと同時に画像処理装置４２が表面欠陥を検出し（ステップＳ２）、その位置、大きさを計算してその情報を表示装置４１と演算装置４３に送る（ステップＳ３）。これを受けて表示装置４１はウエハ全体の画像上に先の情報を表示する（ステップＳ４）。一方、演算装置４３は、画像処理装置４２から送られた欠陥の位置から、欠陥部分が高倍率撮像素子３２で取り込める視野に入るようにするために必要とされる高倍率検査ユニット３４の揺動方向および揺動量を計算し、その情報を揺動制御装置４５に伝える（ステップＳ５）。揺動制御装置４５はこの情報に基づいて揺動アクチュエータ３４を駆動し（ステップＳ６）、高倍率撮像素子３２により欠陥部分を拡大した画像を撮影し、このように撮影された欠陥部分の拡大画像が表示装置４１に表示される（ステップＳ７）。このとき、高倍率結像レンズ３１がズームレンズであれば、欠陥の大きさに合わせた倍率に変更される。
【００３３】
次に、小さい欠陥を検出する手順について図４のフローチャートを参照して説明する。この場合には、まず高倍率検査ユニット３０により小さな欠陥の検査を行い、欠陥検出後に低倍率検査ユニット２０により全体表示を行うような検査手順としている。このためまず、高倍率撮像素子３２により撮影される拡大像の視野の大きさから、演算装置４３においてウエハＷ上の領域をｎ個の領域に分割し（ステップＳ１１）、そのうちの所定の領域を撮像するのに必要な高倍率検査ユニット３０の揺動量を計算し、その情報を揺動制御装置４５に伝える（ステップＳ１２）。揺動制御装置４５はこの情報に基づいて揺動アクチュエータ３４を駆動し（ステップＳ１３）、高倍率撮像素子３２により上記所定領域の拡大画像を撮影し、これを表示装置１０に表示させる（ステップＳ１４）。このようにすれば、低倍率検査ユニット２０によりウエハ表面の全体像による検査を行う場合より撮像分解能が上がるので、より小さい欠陥の検出が可能となる。
【００３４】
ここで画像処理装置４２が画像処理を行い、欠陥を検出した場合、その位置、大きさを計算してその情報を記憶する（ステップＳ１５）。次に、ステップＳ１６からステップＳ１２に戻り、演算装置４３が次の検査領域に移動する為の高倍率検査ユニット３０の揺動量を計算し、その量を揺動制御装置４５に伝える。これにより揺動制御装置４５は揺動アクチュエータ３４の揺動を制御して高倍率検査ユニット３０を揺動させ、次の検査領域を高倍率撮像素子３２により撮影し、上述と同様の欠陥検査処理を行う。この操作をｎ個の領域全てにわたって（すなわち、ウエハＷの全表面にわたって）行う。
【００３５】
ステップＳ１６において全領域にわたる検査が完了したと判断されたときには、ステップＳ１７に進み、表示装置４１において低倍率撮像素子２２からの画像に切り替えてウエハＷの表面全体の画像を表示し、ここで画像処理装置４２が、記憶していた欠陥の位置、大きさを表示装置４１に送り、ウエハ全体の画像上に先の情報を表示する（ステップＳ１８）。更に欠陥部分を拡大観察したい場合は、ここで欠陥部分の拡大像に切り換え、高倍率結像レンズ３１がズームレンズであれば、欠陥の大きさに合わせた倍率に変更される。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る欠陥検査装置について、図２を参照して説明する。なお、この実施形態において上述した第１実施形態と同じ部分には第１実施形態と同一の符号を用いて説明する。本実施形態においては、特許請求の範囲の集光光学系を構成する第１実施形態における集光レンズ５を、凹面の球面反射鏡８で置き換えている。第１実施形態の様に屈折レンズからなる大口径の集光レンズ５を用いると装置が大型化するため、本実施形態においては球面反射鏡８からなる反射型の光学素子を集光光学系として用いる事で装置を小型化している。また、球面反射鏡なので色収差の発生が無く、好都合である。
【００３７】
この欠陥検査装置も、開閉扉２により開閉される開口１ａが形成されたチャンバー１内に、照明光学系１０と、低倍率検査ユニット２０と、高倍率検査ユニット３０と、被検物体となるウエハＷを載置保持するウエハ支持テーブル５０とを備えて構成される。但し、この装置では、図示のように、ウエハ支持テーブル５０の上方に集光レンズ５に代えて球面反射鏡８を配設している。ウエハＷは検査表面が上方を向くようにしてウエハ支持テーブル５０の上に水平に載置されて真空吸着等により固定保持されるが、このウエハ支持テーブル５０は駆動機構５１により水平面内で回転可能である。
【００３８】
照明光学系１０は、ハロゲンランプやメタルハライドランプなどの光源を収納するとともに、レンズ、交換可能な波長選択フィルタを備えたランプハウス１１を備え、このランプハウス１１からの光はライトガイド１２を介して、ウエハＷを入射角度８０度〜９０度で照明する。ライトガイド１２の射出側端面１２ａの形状は、紙面に直角な方向（Ｙ方向）が長いスリット状であり、ライトガイド１２の射出側端面１２ａから射出されるスリット状光束はシリンドリカルレンズ１３にてスリットの短手方向の面内でほぼ平行な光にされ、ライトガイド１２の端面１２ａから射出された光が効率良くウエハ全面を照明する。
【００３９】
このようにして照明光学系１０からの光照射を受けたとき、ウエハＷの表面に異物、傷などの欠陥がある場合は散乱光が生じ、この散乱光は、ウエハ支持テーブル５０の上方にこれと対向して配設された球面反射鏡８に受光されて反射され、集光される。
【００４０】
このように球面反射鏡８により反射されて集光された光を受ける位置に低倍率検査ユニット２０および高倍率検査ユニット３０が並んで配設されている。低倍率検査ユニット２０は低倍率結像レンズ２１および低倍率撮像素子２２から構成され、高倍率検査ユニット３０は高倍率結像レンズ３１および高倍率撮像素子３２から構成され、球面反射鏡８のほぼ焦点面内の位置に、結像レンズ２１，３１の入射瞳が位置するように両検査ユニット２０，３０が配設されている。すなわち、この装置においては球面反射鏡８および上記量検査ユニット２０，３０からなる光学系は、物体側がテレセントリックな光学系となっている。
【００４１】
低倍率検査ユニット２０は球面反射鏡８の中心光軸を挟んでウエハＷの中心法線軸と対象となる光軸を有するように配設されており、ウエハＷからほぼ法線方向に散乱された光のみが、結像レンズ２１を介して集光され、散乱光による異物、傷の像が低倍率撮像素子２２に結像される。また、ウエハＷの法線から見込んだある決まった角度方向に散乱された光のみが、結像レンズ３１を介して集光され、散乱光による異物、傷の像が撮像素子３２に結像される。この時、ウエハＷに繰り返しパターンが形成さていれば、繰り返しパターンにより生じる回折光が受光光学系に混入しないように、ウエハ支持テーブル５０が適宜回転される。
【００４２】
撮像素子２２，３２は例えばＣＣＤから構成され、低倍率撮像素子２２ではウエハＷの表面全域を撮像するように、また、高倍率撮像素子３２では、低倍率撮像素子２２で取り込める範囲の所定部位を拡大した像が得られるように設定されている。なお、結像レンズ２１もしくは３１をズームレンズやバリフォーカルレンズにしても良く、検査対象となる異物、傷の大きさに合わせて倍率を変える事で効率的な検査が可能となる。
【００４３】
高倍率検査ユニット３０は、高倍率結像レンズ３１の入射瞳の中央を中心として全方位（３６０度）に揺動自在なようにユニットケース３３が球面ブッシュ等を介して支持されており、揺動アクチュエータ３４により揺動制御されるように構成されている。この揺動制御により高倍率検査ユニット３０の光軸方向を任意に可変設定可能であり、これにより、高倍率撮像素子３２によりウエハＷの表面における任意の部分を拡大して撮影可能である。
【００４４】
両撮像素子２２，３２により撮影された画像信号は、ＣＲＴや液晶パネルディスプレイ等からなる表示装置４１に送られて、ここで撮像された異物、傷などの欠陥の像を表示する。表示装置４１に繋がって画像処理装置４２が設けられており、この画像処理装置４２は撮像素子２２，３２で取り込んだ画像の処理を行い、欠陥の位置、大きさなどの情報を表示装置４１並びに演算装置４３に送る。このため、表示装置４１はこれらの欠陥情報も表示することができる。
【００４５】
なお、演算装置４３から駆動機構５１に作動制御信号を送ってウエハ支持テーブル５０の回転駆動を制御し、さらに、揺動制御装置４５に制御信号を送って揺動アクチュエータ３４による高倍率検査ユニット３０の揺動制御を行う。
【００４６】
次に、上記構成の検査装置により、ウエハＷの表面を一括検査してから欠陥部分を拡大観察する手順は図１の装置の場合と同様であり、これについて簡単に説明する。まず、低倍率検査ユニット２０によりウエハＷの表面全体の散乱光に基づく画像を表示装置４１に表示し、同時に画像処理装置４２が表面欠陥を検出し、その情報を表示装置４１と演算装置４３に送る。これを受けて表示装置４１はウエハ全体の画像上に先の情報を表示し、演算装置４３は欠陥部分が高倍率撮像素子３２で取り込める視野に入るようにするために必要とされる高倍率検査ユニット３４の揺動方向および揺動量を計算し、その情報を揺動制御装置４５に伝える。揺動制御装置４５はこの情報に基づいて揺動アクチュエータ３４を駆動し、高倍率撮像素子３２により欠陥部分を拡大した画像を撮影し、このように撮影された欠陥部分の拡大画像が表示装置４１に表示される。
【００４７】
次に、小さい欠陥を検出する手順についても簡単に述べる。まず、演算装置４３においてウエハＷ上の領域をｎ個の領域に分割し、そのうちの所定の領域を撮像するのに必要な高倍率検査ユニット３０の揺動量を計算し、その情報を揺動制御装置４５に伝える。揺動制御装置４５はこの情報に基づいて揺動アクチュエータ３４を駆動し、高倍率撮像素子３２により上記所定領域の拡大画像を撮影し、これを表示装置１０に表示させる。ここで画像処理装置４２の画像処理により欠陥を検出した場合には、その情報を記憶する。
【００４８】
次に、演算装置４３が次の検査領域に移動する為の高倍率検査ユニット３０の揺動量を計算し、揺動制御装置４５は揺動アクチュエータ３４の揺動を制御して高倍率検査ユニット３０を揺動させ、次の検査領域を高倍率撮像素子３２により撮影し、上述と同様の欠陥検査処理を行う。この操作をｎ個の領域全てにわたって（すなわち、ウエハＷの全表面にわたって）行う。
【００４９】
その後、表示装置４１において低倍率撮像素子２２からの画像に切り替えてウエハＷの表面全体の画像を表示し、ここで画像処理装置４２が、記憶していた欠陥の情報を表示装置４１に送り、ウエハ全体の画像上に先の情報を表示する。更に欠陥部分を拡大観察したい場合は、ここで欠陥部分の拡大像に切り換え、高倍率結像レンズ３１がズームレンズであれば、欠陥の大きさに合わせた倍率に変更される。
【００５０】
以上説明した第１及び第２の実施形態に係る欠陥検査装置においては、高倍率検査ユニット３０を高倍率結像レンズ３１の入射瞳の中央を中心として全方位に（二次元的に）揺動自在に構成しているが、低倍率検査ユニット２０について同様な構成を用いても良い。これは特に、ウエハＷのサイズが大きく低倍率検査ユニット２０でウエハＷの前面を一度に撮影することが難しいような場合に適している。
【００５１】
また、高倍率検査ユニット３０を高倍率結像レンズ３１の入射瞳の中央を中心として一次元的に、すなわち光軸を含む所定面内において揺動自在となし、ウエハ支持テーブル５０を上記所定面と直交する面内においてウエハ面方向に直線移動自在とするような構成としても良い。これにより、高倍率検査ユニット３０の一次元揺動とウエハ支持テーブル５０の直線移動とを制御して、ウエハＷの全面の任意の部位を高倍率撮像素子３２により撮影することができる。この場合、高倍率検査ユニット３０の揺動およびウエハ支持テーブル５０も直線移動はそれぞれ一次元的な移動であるため、その機構および作動制御が簡単である。また、高倍率検査ユニット３０を高倍率結像レンズ３１の光軸がウエハ支持テーブル５０のテーブル面に鉛直となるように固定的に設け、そのテーブル５０を二次元的に移動させるように制御しても良い。
【００５２】
なお、以上説明した欠陥検査装置では、ウエハ表面を照明したときにウエハ表面から出てくる散乱光に基づいて欠陥検査を行っているが、ウエハ表面からの回折光もしくは正反射光に基づいて欠陥検査を行うようにしても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、欠陥検査装置を、照明光学系からの照明を受けて被検物体から反射する光に基づいて低倍率検査（マクロ検査）を行うユニット（低倍率の受光光学系および低倍率撮像器）と、同様に上記反射光に基づいて高倍率検査（拡大検査もしくはレビュー検査）を行うユニット（高倍率の受光光学系および高倍率撮像器）とを有して構成しており、装置を一体ユニット構成にして小型、コンパクト化することができる。
【００５４】
なお、低倍率検査は被検物体の表面全体について一度に検査することも可能であるが、高倍率検査は被検物体の表面の所定位置を検査するものである。本発明の欠陥検査装置は、高倍率の受光光学系の被検物体に対する視野を二次元的に移動させる視野移動装置を有しており、この視野移動装置により高倍率受光光学系の視野を移動させるだけで、被検物体の表面における任意位置を簡単に拡大して検査できる。すなわち、比較的大型で構成が複雑な被検物体を搬送する搬送装置が不要であり、装置全体を小型、コンパクト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る欠陥検査装置の概略図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る欠陥検査装置の概略図である。
【図３】本発明の欠陥検査装置による検査手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の欠陥検査装置によるもう一つの検査手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１チャンバー
５集光レンズ
８球面反射鏡
１０照明光学系
１１ランプハウス
１２ライトガイド
１３シリンドリカルレンズ
２０低倍率検査ユニット
２１低倍率結像レンズ
２２低倍率撮像素子
３０高倍率検査ユニット
３１高倍率結像レンズ
３２高倍率撮像素子
３４揺動アクチュエータ
４１表示装置
４２画像処理装置
４３演算装置
４５揺動制御装置
５０ウエハ支持テーブル
Ｗウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a defect inspection apparatus for detecting defects on the surface of a substrate in the process of manufacturing a semiconductor element or the like, and more particularly to a defect inspection apparatus suitable for inspecting defects on the surface of a semiconductor wafer, a liquid crystal display panel or the like.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor wafer or a liquid crystal display element panel (these are collectively referred to as a semiconductor wafer or the like) is configured by arranging a large number of circuit element patterns on the surface. Each circuit element pattern has extremely thin wiring, extremely small circuit elements, etc., and if there is a surface defect on a semiconductor wafer, the performance of the chip or panel comprising the circuit element pattern will be impaired. The inspection of is very important.
[0003]
Various types of such surface defect devices or methods have been conventionally proposed. For example, there is a device disclosed in JP-A-11-51874. In this apparatus, an illumination optical system for scattered light and an illumination optical system for diffracted light are provided, and the presence or absence of surface defects is inspected from scattered light and diffracted light from a substrate (semiconductor wafer or the like).
[0004]
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 11-230917 discloses a macro inspection unit that takes a low-magnification image to inspect the entire surface of a semiconductor wafer or the like, and a defect portion that is found by macro-inspection by taking a high-magnification image. A defect inspection apparatus including a review inspection unit that inspects in an enlarged manner is disclosed. According to this defect inspection apparatus, when the entire surface of a semiconductor wafer or the like is collectively inspected by a macro inspection unit and a defect or the like is found, the semiconductor wafer or the like is transferred to a review inspection unit, and the defect portion is enlarged and detailed. Has the advantage of being observable.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a defect inspection apparatus, a macro inspection unit and a review inspection unit are provided, and a transport unit for transporting a semiconductor wafer or the like to be tested is required between the two units. Further, in order to accurately magnify and photograph the defective portion in the review inspection unit, the semiconductor wafer or the like so as to accurately position the defective portion such as the semiconductor wafer to be inspected immediately below the objective lens of the high magnification imaging apparatus. There is also a need for a positioning and transport unit that performs positioning by moving the. For this reason, there exists a problem that the structure of a defect inspection apparatus becomes complicated and large-sized easily, and apparatus cost tends to become high.
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and provides a defect inspection apparatus that can be configured as a unit configuration in which apparatuses for performing macro inspection and partial enlargement inspection are integrated, and has a relatively simple and small configuration. The purpose is to do. Another object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus that can perform a macro inspection and an enlarged inspection of an arbitrary part as it is while the object to be inspected is fixedly held.
[0007]
  In order to achieve such an object, in the present invention,An image is formed by an illumination optical system that irradiates a test object with a light beam from a light source at a predetermined incident angle, a low-power optical system that receives reflected light from the test object, and a low-power optical system. A low-magnification imager that captures the image of the test object, a high-magnification light-receiving optical system that receives the reflected light from the test object, and an image of the test object imaged by the high-magnification light-receiving optical system The defect inspection apparatus is configured to include a high-magnification imager, and the defect inspection of the test object is performed based on the image information of the test object photographed by the low-magnification imager and the high-magnification imager. This defect inspection apparatus has a visual field moving device that two-dimensionally moves the visual field of a light receiving optical system with a high magnification at least two-dimensionally, and further collects light received and collected from reflected light. An optical system is provided, and a low-magnification light-receiving optical system and a high-magnification light-receiving optical system are disposed so that the entrance pupil is positioned almost in the focal plane of the condensing optical system.
[0008]
  The low-magnification light receiving optical system and the high-magnification light receiving optical system receive the light beam collected by the common condensing optical system.
[0009]
  As described above, according to the present invention, the defect inspection apparatus is a unit that performs low-magnification inspection (macro inspection) based on light reflected from the object to be examined by receiving illumination from the illumination optical system (low-magnification light-receiving optical system and low-power optical system And a unit (high magnification light receiving optical system and high magnification imager) that performs high magnification inspection (enlargement inspection or review inspection) based on the reflected light, and selects both of these units. It is configured so as to inspect an object to be inspected on one table, and the apparatus can be made compact and compact by making the apparatus an integral unit structure.
[0010]
  The low-magnification inspection can inspect the entire surface of the object to be inspected at once, but the high-magnification inspection inspects a predetermined position on the surface of the object to be inspected. The defect inspection apparatus of the present invention has a field-of-view moving device that two-dimensionally moves the field of view of a high-magnification light-receiving optical system with respect to a test object, and the field-of-view moving device moves the field of view of the high-magnification light-receiving optical system. It is possible to simply enlarge and inspect an arbitrary position on the surface of the object to be inspected simply by making it. That is, a transport device that transports a test object that is relatively large and has a complicated structure is not required, and the entire device can be made compact and compact.
[0011]
  Further, in the case where the entire surface cannot be inspected at a time by the low-magnification light receiving optical system, the visual field moving device may be configured to move the field of view of the low-magnification light receiving optical system two-dimensionally. .
[0012]
  Further, the visual field moving device is configured to include a swing mechanism that swings the high-magnification light-receiving optical system two-dimensionally around the entrance pupil center of the high-magnification light-receiving optical system.
[0013]
  With this swing mechanism, the optical axis direction of the high-magnification light receiving optical system can be arbitrarily variably set, so that an arbitrary portion on the surface of the object to be inspected can be enlarged and photographed by the high-magnification imaging device.
[0014]
  The condensing optical system includes a condensing lens that receives and collects reflected light from a test object, and a concave mirror that receives and reflects and reflects reflected light from the test object. A low-magnification light-receiving optical system and a high-magnification light-receiving optical system are arranged so that the entrance pupil is positioned almost in the focal plane of the optical lens or concave mirror.
[0015]
  The defect inspection apparatus further includes a test object moving apparatus that moves the test object one-dimensionally in a first direction within the inspection surface while maintaining the position of the inspection surface, and a target of at least a high-power receiving optical system. It is preferable to have a visual field moving device that moves the visual field with respect to the inspection object in a one-dimensional manner in a second direction substantially orthogonal to the first direction.
[0016]
In the present invention, the test object moving device that moves the test object one-dimensionally in the first direction in the inspection surface while maintaining the position of the inspection surface, and the test object of at least the high-power receiving optical system A visual field moving device for moving the visual field in a one-dimensional manner in a second direction substantially orthogonal to the first direction, a device having a simple configuration for moving the object to be examined one-dimensionally, An arbitrary position on the surface of the object to be inspected can be easily inspected using a simple device that moves the field of view of the object to be inspected of the light receiving optical system of magnification one-dimensionally.
[0017]
In the present invention as well, a condensing optical system that receives and collects reflected light from the object to be examined may be provided. In this case, the entrance pupil is positioned substantially in the focal plane of the condensing optical system. Thus, a low magnification light receiving optical system and a high magnification light receiving optical system are provided. As the condensing optical system, there are a condensing lens that receives and collects reflected light from a test object, and a concave mirror that receives and reflects and reflects reflected light from the test object.
[0018]
The visual field moving device can be configured to have a swing mechanism that swings the high-magnification light-receiving optical system in a one-dimensional manner around the entrance pupil center of the high-magnification light-receiving optical system.
[0019]
In the defect inspection apparatus according to the present invention having the above-described configuration, it is preferable to provide a display device that displays an image of an object to be inspected captured by a low-magnification imager and a high-magnification imager. The object to be inspected is a semiconductor wafer or the like, and the illumination optical system is configured to irradiate the surface of the semiconductor wafer or the like as a parallel light beam from a light source at a large incident angle. It is preferable to provide a wafer support table for rotating the semiconductor wafer or the like while holding the wafer in the same plane position.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a first embodiment of a defect inspection apparatus to which the present invention is applied. For ease of explanation, the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1 is defined as the Y direction, and as indicated by arrows X and Z, the direction extending left and right is defined as the X direction, and the direction extending vertically is defined as the Z direction.
[0021]
The defect inspection apparatus includes an illumination optical system 10, a low-magnification inspection unit 20, a high-magnification inspection unit 30, and a wafer support table 50 that places and holds a wafer W to be a test object in the chamber 1. Configured. The chamber 1 is formed with an opening 1a that is opened and closed by an opening / closing door 2 for loading and unloading the wafer W, and the wafer W is loaded onto the wafer support table 50 by a transfer device (not shown) such as a robot arm. Outing is going to be done. When surface inspection is performed, the opening 1a is closed by the open / close door 2, and stray light from the outside is blocked to enable efficient inspection.
[0022]
As shown in the drawing, the wafer W is placed horizontally on the wafer support table 50 so that the inspection surface faces upward, and is fixedly held by vacuum suction or the like. The wafer support table 50 can be rotated in a horizontal plane by a driving mechanism 51, and the wafer W is rotated while the inspection surface is positioned on the same horizontal plane.
[0023]
The illumination optical system 10 houses a light source such as a halogen lamp or a metal halide lamp, and includes a lamp house 11 having a lens and a replaceable wavelength selection filter so that only light in a specific wavelength region can be used. It has become. The light from the lamp house 11 illuminates the wafer W through the light guide 12 at an incident angle of 80 degrees to 90 degrees. The shape of the exit-side end surface 12a of the light guide 12 is a slit shape in which the direction perpendicular to the paper surface (Y direction) is long and the direction perpendicular to the longitudinal direction is short. The slit-shaped light beam emitted from the emission-side end surface 12a of the light guide 12 is made into substantially parallel light by the cylindrical lens 3 in the short-side surface of the slit. Thereby, the light emitted from the end surface 12a of the light guide 12 efficiently illuminates the entire surface of the wafer. Since the incident angle is as large as 80 degrees to 90 degrees in this way, the length of the cylindrical lens 13 in the short direction can be shortened.
[0024]
In this way, when receiving light from the illumination optical system 10, scattered light is generated if the surface of the wafer W has defects such as foreign matter and scratches. This scattered light is received by the condenser lens 5 (corresponding to the condensing optical system in the claims) disposed above the wafer support table 50 and facing it. The optical axis of the condenser lens 5 is parallel to the normal line of the wafer W.
[0025]
A low-magnification inspection unit 20 and a high-magnification inspection unit 30 are arranged side by side above the condenser lens 5. The low-magnification inspection unit 20 is composed of a low-magnification imaging lens 21 and a low-magnification imaging device 22, and the high-magnification inspection unit 30 is composed of a high-magnification imaging lens 31 and a high-magnification imaging device 32. Both inspection units 20 and 30 are arranged so that the entrance pupils of the imaging lenses 21 and 31 are located at positions in the focal plane. That is, the optical system including the condenser lens 5 and the quantity inspection units 20 and 30 is an optical system telecentric on the object side.
[0026]
The low-magnification inspection unit 20 is arranged so as to have a central optical axis that is coaxial with the central optical axis of the condenser lens 5, and only the light scattered in the normal direction of the wafer W is the imaging lens 21. The image of foreign matter and scratches due to scattered light is formed on the low-magnification imaging device 22. Further, only the light scattered in a certain angle direction as viewed from the normal line of the wafer W is collected through the imaging lens 21, and an image of foreign matter and scratches due to the scattered light is formed on the image sensor 22. The
[0027]
At this time, if a repeated pattern is formed on the wafer W, the wafer support table 50 is appropriately rotated by the table rotation driving device 51 so that diffracted light generated by the repeated pattern does not enter the light receiving optical system. When the same pattern is formed all over the wafer W, the diffraction angle of the diffracted light is the same at any position on the wafer W, and when the wafer W is rotated, the diffraction angle changes uniformly. In the case of a non-telecentric optical system, since the angle of the scattered light collected by the light receiving optical system varies depending on the position on the wafer, contamination may remain in a part of the wafer W even if the wafer W is rotated. . Therefore, the telecentric optical system is more convenient as in this example. As the condensing optical system, a reflecting optical element such as a spherical reflecting mirror may be used in place of the condensing lens 5, and this will be described later.
[0028]
The image sensors 22 and 32 are two-dimensional sensors, and are composed of CCDs, for example. The focal length of the low-magnification imaging lens 21 and the size of the low-magnification imaging element 22 are set so that the entire surface of the wafer W can be imaged by the low-magnification imaging element 22. On the other hand, in the high-magnification imaging device 32, the focal length of the high-magnification imaging lens 31 and the size of the high-magnification imaging device 32 are set so that an image obtained by enlarging a predetermined portion in a range that can be captured by the low-magnification imaging device 22 is obtained. Is set. Further, the imaging lenses 21 and 31 are not limited to lenses having a fixed focal length, but may be zoom lenses or varifocal lenses, and the magnification is changed according to the size of a foreign object or a flaw to be inspected. Efficient inspection is possible.
[0029]
Here, the high-magnification inspection unit 30 includes a unit case 33 that integrally holds a high-magnification imaging lens 31 and a high-magnification imaging element 32, and a swing actuator 34. A unit case 33 is supported via a spherical bush or the like so as to be swingable in all directions (360 degrees) around the center of the entrance pupil of the high-magnification imaging lens 31. It is configured to be dynamically controlled. By this swing control, the optical axis direction of the high-magnification inspection unit 30 can be arbitrarily variably set, so that an arbitrary portion on the surface of the wafer W can be enlarged and photographed by the high-magnification imaging device 32.
[0030]
The image signals photographed by both the image sensors 22 and 32 are sent to a display device 41 composed of a CRT, a liquid crystal panel display or the like, and display images of defects such as foreign matter and scratches captured here. At this time, the images from the image sensors 22 and 32 can be switched and displayed on the screen of the display device 41. An image processing device 42 is provided in connection with the display device 41. The image processing device 42 processes the image captured by the image sensors 22 and 32, and displays information such as the position and size of the defect on the display device 41 and the display device 41. This is sent to the arithmetic unit 43. For this reason, the display device 41 can also display such defect information.
[0031]
It should be noted that an operation control signal is sent from the arithmetic unit 43 to the drive mechanism 51 to control the rotational drive of the wafer support table 50, and further, a control signal is sent to the swing control unit 45 to check the high magnification inspection unit 30 by the swing actuator 34. Swing control is performed.
[0032]
Next, a procedure for enlarging and observing a defective portion after the surface of the wafer W is collectively inspected by the inspection apparatus having the above configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. First, an image based on scattered light on the entire surface of the wafer W is taken by the low-magnification inspection unit 20, and the image is displayed on the display device 41 (step S1). At the same time, the image processing device 42 detects a surface defect (step S2), calculates its position and size, and sends the information to the display device 41 and the arithmetic device 43 (step S3). In response to this, the display device 41 displays the previous information on the image of the entire wafer (step S4). On the other hand, the arithmetic unit 43 swings the high-magnification inspection unit 34 that is necessary to bring the defective portion into the field of view that can be captured by the high-magnification imaging device 32 from the position of the defect sent from the image processing device 42. The direction and the swing amount are calculated, and the information is transmitted to the swing control device 45 (step S5). Based on this information, the swing control device 45 drives the swing actuator 34 (step S6), takes an image in which the defective portion is enlarged by the high-magnification imaging device 32, and an enlarged image of the defective portion thus taken. Is displayed on the display device 41 (step S7). At this time, if the high-magnification imaging lens 31 is a zoom lens, the magnification is changed according to the size of the defect.
[0033]
Next, a procedure for detecting a small defect will be described with reference to the flowchart of FIG. In this case, the inspection procedure is such that a small defect is first inspected by the high-magnification inspection unit 30 and the entire display is performed by the low-magnification inspection unit 20 after the defect is detected. For this reason, first, based on the size of the field of view of the magnified image photographed by the high-magnification imaging device 32, the arithmetic unit 43 divides the region on the wafer W into n regions (step S11), and a predetermined region among them is divided. The amount of swing of the high-magnification inspection unit 30 necessary for imaging is calculated, and the information is transmitted to the swing control device 45 (step S12). Based on this information, the swing control device 45 drives the swing actuator 34 (step S13), takes an enlarged image of the predetermined area with the high magnification image pickup device 32, and displays it on the display device 10 (step S14). ). In this way, the imaging resolution is higher than when the low-magnification inspection unit 20 inspects the entire surface of the wafer, so that smaller defects can be detected.
[0034]
When the image processing apparatus 42 performs image processing and detects a defect, the position and size are calculated and the information is stored (step S15). Next, the process returns from step S16 to step S12, the amount of swing of the high-magnification inspection unit 30 for the arithmetic device 43 to move to the next inspection region is calculated, and the amount is transmitted to the swing control device 45. As a result, the swing control device 45 controls the swing of the swing actuator 34 to swing the high-magnification inspection unit 30, and the next inspection area is photographed by the high-magnification imaging device 32, and the defect inspection process similar to that described above is performed. I do. This operation is performed over all n regions (that is, over the entire surface of the wafer W).
[0035]
If it is determined in step S16 that the inspection over the entire region has been completed, the process proceeds to step S17, where the display device 41 switches to the image from the low-magnification imaging device 22 and displays the image of the entire surface of the wafer W. The processing device 42 sends the stored position and size of the defect to the display device 41, and displays the previous information on the entire wafer image (step S18). Further, when it is desired to magnify the defect portion, the image is switched to an enlarged image of the defect portion, and if the high-magnification imaging lens 31 is a zoom lens, the magnification is changed according to the size of the defect.
[0036]
Next, a defect inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the same portions as those in the first embodiment described above will be described using the same reference numerals as those in the first embodiment. In this embodiment, the condensing lens 5 in the first embodiment constituting the condensing optical system of the claims is replaced with a concave spherical reflecting mirror 8. When the large-diameter condensing lens 5 made of a refractive lens is used as in the first embodiment, the apparatus becomes large. In this embodiment, a reflective optical element made up of the spherical reflector 8 is used as the condensing optical system. The device is miniaturized by using it. Further, since it is a spherical reflector, it is convenient because it does not generate chromatic aberration.
[0037]
This defect inspection apparatus also includes an illumination optical system 10, a low magnification inspection unit 20, a high magnification inspection unit 30, and a wafer that is an object to be tested in a chamber 1 in which an opening 1a that is opened and closed by a door 2 is formed. And a wafer support table 50 on which W is placed and held. However, in this apparatus, a spherical reflecting mirror 8 is provided above the wafer support table 50 in place of the condenser lens 5 as shown in the figure. The wafer W is placed horizontally on the wafer support table 50 so that the inspection surface faces upward and is fixed and held by vacuum suction or the like. The wafer support table 50 can be rotated in a horizontal plane by a drive mechanism 51. It is.
[0038]
The illumination optical system 10 houses a light source such as a halogen lamp or a metal halide lamp, and includes a lamp house 11 having a lens and a replaceable wavelength selection filter. Light from the lamp house 11 is transmitted through a light guide 12. The wafer W is illuminated at an incident angle of 80 to 90 degrees. The shape of the exit-side end surface 12a of the light guide 12 is a slit shape that is long in the direction perpendicular to the paper surface (Y direction). The light emitted from the end face 12a of the light guide 12 efficiently illuminates the entire surface of the wafer.
[0039]
In this way, when the illumination optical system 10 is irradiated with light, if there is a defect such as foreign matter or scratch on the surface of the wafer W, scattered light is generated, and this scattered light is generated above the wafer support table 50. Are received, reflected, and collected by the spherical reflecting mirror 8 disposed opposite to.
[0040]
Thus, the low-magnification inspection unit 20 and the high-magnification inspection unit 30 are arranged side by side at a position where the light reflected and collected by the spherical reflector 8 is received. The low-magnification inspection unit 20 is composed of a low-magnification imaging lens 21 and a low-magnification imaging element 22, and the high-magnification inspection unit 30 is composed of a high-magnification imaging lens 31 and a high-magnification imaging element 32. Both inspection units 20 and 30 are arranged so that the entrance pupils of the imaging lenses 21 and 31 are located at positions in the focal plane. That is, in this apparatus, the optical system including the spherical reflector 8 and the quantity inspection units 20 and 30 is an optical system telecentric on the object side.
[0041]
The low-magnification inspection unit 20 is disposed so as to have the center normal axis of the wafer W and the target optical axis across the center optical axis of the spherical reflecting mirror 8, and is scattered from the wafer W in a substantially normal direction. Only the light is collected through the imaging lens 21, and an image of foreign matter and scratches due to the scattered light is formed on the low-magnification imaging element 22. Further, only the light scattered in a certain angle direction as viewed from the normal line of the wafer W is collected through the imaging lens 31, and an image of foreign matter and scratches due to the scattered light is formed on the image sensor 32. The At this time, if a repeated pattern is formed on the wafer W, the wafer support table 50 is appropriately rotated so that diffracted light generated by the repeated pattern does not enter the light receiving optical system.
[0042]
The imaging elements 22 and 32 are constituted by, for example, CCDs, and the low magnification imaging element 22 captures the entire surface of the wafer W, and the high magnification imaging element 32 defines a predetermined portion in a range that can be captured by the low magnification imaging element 22. It is set to obtain an enlarged image. Note that the imaging lens 21 or 31 may be a zoom lens or a varifocal lens, and efficient inspection is possible by changing the magnification according to the size of a foreign object or scratch to be inspected.
[0043]
In the high-magnification inspection unit 30, a unit case 33 is supported via a spherical bush or the like so that it can swing in all directions (360 degrees) around the center of the entrance pupil of the high-magnification imaging lens 31. The moving actuator 34 is configured to be controlled to swing. By this swing control, the optical axis direction of the high-magnification inspection unit 30 can be arbitrarily variably set, so that an arbitrary portion on the surface of the wafer W can be enlarged and photographed by the high-magnification imaging device 32.
[0044]
The image signals photographed by both the image sensors 22 and 32 are sent to a display device 41 composed of a CRT, a liquid crystal panel display or the like, and display images of defects such as foreign matter and scratches captured here. An image processing device 42 is provided in connection with the display device 41. The image processing device 42 processes the image captured by the image sensors 22 and 32, and displays information such as the position and size of the defect on the display device 41 and the display device 41. This is sent to the arithmetic unit 43. For this reason, the display device 41 can also display such defect information.
[0045]
It should be noted that an operation control signal is sent from the arithmetic unit 43 to the drive mechanism 51 to control the rotational drive of the wafer support table 50, and further, a control signal is sent to the swing control unit 45 to check the high magnification inspection unit 30 by the swing actuator 34. Swing control is performed.
[0046]
Next, the procedure for enlarging and observing the defective portion after the batch inspection of the surface of the wafer W by the inspection apparatus having the above configuration is the same as that of the apparatus of FIG. 1, and this will be briefly described. First, an image based on scattered light over the entire surface of the wafer W is displayed on the display device 41 by the low-magnification inspection unit 20, and at the same time, the image processing device 42 detects surface defects, and the information is displayed on the display device 41 and the arithmetic device 43. send. In response to this, the display device 41 displays the previous information on the image of the entire wafer, and the arithmetic device 43 is a high-magnification inspection required to bring the defective portion into the field of view that can be captured by the high-magnification imaging device 32. The swing direction and swing amount of the unit 34 are calculated and the information is transmitted to the swing control device 45. Based on this information, the swing control device 45 drives the swing actuator 34 to capture an image in which the defective portion is enlarged by the high-magnification imaging device 32, and the enlarged image of the defective portion thus captured is displayed on the display device 41. Is displayed.
[0047]
Next, a procedure for detecting a small defect will be briefly described. First, the arithmetic unit 43 divides the area on the wafer W into n areas, calculates the amount of oscillation of the high-magnification inspection unit 30 required to image a predetermined area, and controls the information as oscillation control. Tell the device 45. Based on this information, the swing control device 45 drives the swing actuator 34, takes a magnified image of the predetermined area with the high-magnification imaging device 32, and displays it on the display device 10. If a defect is detected by the image processing of the image processing device 42, the information is stored.
[0048]
Next, the amount of swing of the high magnification inspection unit 30 for the arithmetic device 43 to move to the next inspection area is calculated, and the swing control device 45 controls the swing of the swing actuator 34 to control the high magnification inspection unit 30. The next inspection area is imaged by the high-magnification image sensor 32, and the defect inspection process similar to the above is performed. This operation is performed over all n regions (that is, over the entire surface of the wafer W).
[0049]
Thereafter, the display device 41 switches to the image from the low-magnification imaging device 22 and displays an image of the entire surface of the wafer W, where the image processing device 42 sends the stored defect information to the display device 41, The previous information is displayed on the image of the entire wafer. Further, when it is desired to magnify the defect portion, the image is switched to an enlarged image of the defect portion, and if the high-magnification imaging lens 31 is a zoom lens, the magnification is changed according to the size of the defect.
[0050]
In the defect inspection apparatus according to the first and second embodiments described above, the high-magnification inspection unit 30 is swung in all directions (two-dimensionally) around the center of the entrance pupil of the high-magnification imaging lens 31. Although it is configured freely, a similar configuration may be used for the low magnification inspection unit 20. This is particularly suitable when the size of the wafer W is large and it is difficult to photograph the front surface of the wafer W at once with the low-magnification inspection unit 20.
[0051]
Further, the high-magnification inspection unit 30 is made to be swingable in a one-dimensional manner around the center of the entrance pupil of the high-magnification imaging lens 31, that is, within a predetermined plane including the optical axis, and the wafer support table 50 is formed on the predetermined plane. It is also possible to adopt a configuration that allows linear movement in the wafer surface direction within a plane perpendicular to the surface. Thereby, the one-dimensional swing of the high-magnification inspection unit 30 and the linear movement of the wafer support table 50 can be controlled, and an arbitrary part of the entire surface of the wafer W can be imaged by the high-magnification imaging device 32. In this case, since the swing of the high-magnification inspection unit 30 and the wafer support table 50 are linear movements, the mechanism and operation control are simple. Further, the high-magnification inspection unit 30 is fixedly provided so that the optical axis of the high-magnification imaging lens 31 is perpendicular to the table surface of the wafer support table 50, and the table 50 is controlled to move two-dimensionally. May be.
[0052]
In the defect inspection apparatus described above, the defect inspection is performed based on the scattered light emitted from the wafer surface when the wafer surface is illuminated, but the defect is detected based on the diffracted light or the specularly reflected light from the wafer surface. An inspection may be performed.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, the defect inspection apparatus is a unit for performing low magnification inspection (macro inspection) based on light reflected from an object to be inspected upon receiving illumination from an illumination optical system (low magnification light receiving optical system and low magnification) Image pickup device) and a unit (high magnification light receiving optical system and high magnification image pickup device) for performing high magnification inspection (enlargement inspection or review inspection) based on the reflected light in the same manner. Can be made compact and compact with an integrated unit configuration.
[0054]
The low-magnification inspection can inspect the entire surface of the object to be inspected at once, but the high-magnification inspection inspects a predetermined position on the surface of the object to be inspected. The defect inspection apparatus of the present invention has a field-of-view moving device that two-dimensionally moves the field of view of a high-magnification light-receiving optical system with respect to a test object, and the field-of-view moving device moves the field of view of the high-magnification light-receiving optical system. It is possible to simply enlarge and inspect an arbitrary position on the surface of the object to be inspected simply by making it. That is, a transport device that transports a test object that is relatively large and has a complicated structure is not required, and the entire device can be reduced in size and size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a defect inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a defect inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an inspection procedure by the defect inspection apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing another inspection procedure by the defect inspection apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 chamber
5 Condensing lens
8 Spherical reflector
10 Illumination optics
11 Lamphouse
12 Light guide
13 Cylindrical lens
20 Low magnification inspection unit
21 Low magnification imaging lens
22 Low magnification image sensor
30 High magnification inspection unit
31 High magnification imaging lens
32 High magnification image sensor
34 Swing actuator
41 Display device
42 Image processing apparatus
43 Arithmetic unit
45 Swing control device
50 Wafer support table
W wafer

Claims

An illumination optical system that irradiates a test object with a light beam from a light source at a predetermined incident angle, a low-magnification light-receiving optical system that receives reflected light from the test object, and an image formed by the low-magnification light-receiving optical system A low-magnification imager that captures an image of the object to be inspected, a high-magnification light-receiving optical system that receives reflected light from the object to be inspected, and the object imaged by the high-magnification light-receiving optical system A high-magnification imager that captures an image of the test object, and the defect inspection of the test object based on image information of the test object imaged by the low-magnification imager and the high-magnification imager In defect inspection equipment that performs
A field-of-view movement device that two-dimensionally moves the field of view of the object to be examined of at least the high-magnification light-receiving optical system;
A condensing optical system for receiving and collecting the reflected light from the object to be examined is provided;
The low-magnification light-receiving optical system and the high-magnification light-receiving optical system are respectively disposed so that the entrance pupil is positioned substantially in the focal plane of the condensing optical system,
The low-magnification light-receiving optical system and the high-magnification light-receiving optical system receive the light beam collected by the common light-collecting optical system,
The field-of-view moving device includes a swing mechanism that swings the high-magnification light-receiving optical system two-dimensionally around the entrance pupil center of the high-magnification light-receiving optical system. Defect inspection equipment.

A test object moving device that moves the test object one-dimensionally in a first direction in the inspection surface while maintaining the position of the inspection surface;
2. The field-of-view moving device moves one-dimensionally at least a field of view of the high-magnification light receiving optical system with respect to the object to be examined in a second direction substantially orthogonal to the first direction. Defect inspection apparatus as described.

A condensing optical system that receives and collects reflected light from the object to be inspected is provided, and the low-magnification light receiving optical system and the low-magnification optical system so that an entrance pupil is positioned substantially in the focal plane of the condensing optical system The defect inspection apparatus according to claim 2, wherein a high-magnification light receiving optical system is provided.

The field-of-view moving device includes a swinging mechanism that swings the high-magnification light-receiving optical system in a one-dimensional manner around the entrance pupil center of the high-magnification light-receiving optical system. The defect inspection apparatus according to claim 2 or 3.

5. The defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising a display device that displays an image of the object to be inspected captured by the low-magnification imager and the high-magnification imager.

The object to be inspected is made of a semiconductor wafer or the like, and the illumination optical system irradiates the surface of the semiconductor wafer or the like with a light beam from the light source as a parallel light beam at a large incident angle, so that the surface position of the semiconductor wafer or the like is flush with the surface. 6. The defect inspection apparatus according to claim 1, further comprising a wafer support table for rotating the semiconductor wafer or the like while being held in position.