JP4671078B2

JP4671078B2 - Surface inspection device

Info

Publication number: JP4671078B2
Application number: JP2000188066A
Authority: JP
Inventors: 和彦深澤; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JP2002005851A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハや液晶表示素子パネルなどの表面検査を行うための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハや液晶表示素子パネルは、表面に多数の回路素子パターンをマトリクス状（格子状に）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】
半導体ウエハ等の表面欠陥の検査を行うための装置は従来から知られており、このような表面検査装置は、被検物体（半導体ウエハ等）の表面に所定の検査光（反射光、回折光または散乱光を発生させるのに適した光）を照射し、この表面からの反射光、回折光または散乱光を集光光学系を介して集光し、この集光した光をイメージデバイス（撮像素子）に照射させてその受像面に被検物体の像を形成し、この像をイメージデバイスにより光電変換して画像信号となし、得られた画像信号を画像処理することによって、被検物体の表面におけるパターンの欠陥、膜厚むら、きずの有無や、被検物体表面への異物の付着等を検査する構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように半導体ウエハ等は表面に多数の回路素子パターンをマトリクス状（格子状に）配列形成して構成されている。一方、イメージデバイスとしては、ＣＣＤ撮像素子、撮像管等があるが、多数の画素をマトリクス状に配列してなる受像面を有する。このため、マトリクス状に配列形成された多数の回路素子パターンを有する半導体ウエハの表面の像をイメージデバイスの受像面に形成させてこの像を観察検査するときに、受像面に形成される半導体ウエハの回路素子パターンの配列周期とイメージデバイスの画素の配列周期とがほぼ等しいとき（わずかにずれるとき）、両周期のわずかなずれを原因として本来の像では存在しない大きな周期のパターン縞、いわゆるモアレ縞を発生する場合がある。このようなモアレ縞が発生すると、このモアレ縞と実際の欠陥とが区別できなくなり、正確な表面検査ができなくなるという問題がある。
【０００５】
なお、このモアレ縞の周期は回路素子パターン像の配列周期とイメージデバイス画素の配列周期との差に等しく、そのコントラストは光学像のコントラストに等しく、回路素子パターン像と画素の位置ずれに対して非常に敏感に明暗の位置（位相）が変化するため、画像処理などによって除去することが非常に困難である。
【０００６】
なお、このようなモアレ縞の発生を防止するには、例えば、▲つる▼田匡夫著「第３光の鉛筆」（新技術コミュニケーションズ社発行）第３１章に紹介されているように、水晶の複屈折を利用したアンチエイリアジングフィルターを用いてイメージデバイスの画素の配列周期近傍の光学像の空間周波数成分を除去する方法や、集光光学系の分解能を低下させることにより、点像が画素よりも遙かに大きくする方法などが一般的に知られている。ところがこのような方法を用いると、光学系の空間周波数の伝播性能をかなり損なうことになり、画素の配列周期近傍の大きさを持つ欠陥の像が検出されなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記のような問題に鑑みたもので、光学系の空間周波数伝播性能を損なうことがなく、モアレ縞を除去して高感度な表面検査を行うことができるような構成の表面検査装置および方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明においては、周期的に繰り返されるパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射する照明光学系と、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光する集光光学系と、多数の画素をマトリクス状に配設して構成された受像面を有し、集光光学系により集光された反射光、回折光もしくは散乱光をこの受像面に受けて被検物体の像を検出するイメージデバイスと、受像面と被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整可能な回転位置調整部を有して表面検査装置が構成される。この検査装置においては、Ｐｃをイメージデバイスの受像面の画素の配列周期、ＰＩを被検物体の像の繰り返しパターンの周期、Ｍを受像面の画素領域を構成する画素数、ｍを（ＰＩ／Ｐｃ）に最も近い整数としたとき、前記像のパターンの繰り返し方向に対するイメージデバイスの受像面の画素の配列方向の相対回転角φが、次式

の条件を満たすように、前記受像面と前記被検物体の像との像面内における回転位置関係が回転位置調整部で設定されている。
【０００９】
このような構成の本発明の表面検査装置を用いれば、被検物体の像におけるパターン繰り返し周期とイメージデバイスにおける画素の配列周期とが近接してイメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、回転位置調整部によりイメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整すれば、パターン繰り返し周期と画素の配列周期とを一致させるなどしてモアレを消去でき、被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００１０】
なお、上記回転位置調整部により、イメージデバイスをその受像面に垂直に延びる軸を中心として回転させるように構成するのが好ましい。このようにすれば、回転位置調整部を非常にシンプルな構成とすることができる。なお、上記受像面と受像面に形成される像とを相対回転させるため被検物体を回転させる被検物体回転機構を有するような構成にしてもよく、更に、受像面と被検物体の像との相対位置は、被検物体の表面検査に先立って予め調整されていることが好ましい。
【００１１】
このような構成において、イメージデバイスにより検出された被検物体の像からモアレの発生を検出するモアレ検出器を設け、モアレ検出器によりモアレの発生が検出されたときに回転位置調整装置により回転位置関係を調整してモアレを消去するように構成するのが好ましい。これによりモアレの発生をより確実に検出でき、自動的にモアレを消去するなどして常に正確な表面検査を行う装置を得ることができる。
【００１２】
なお、このようなモアレ検出器としては、イメージデバイスにより検出された被検物体の像におけるパターン繰り返し周期と、被検物体の表面の像をイメージデバイスに形成したと仮定して求められるパターン繰り返し周期とを比較し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像におけるパターン繰り返し周期が被検物体の表面の像をイメージデバイスに形成したと仮定して求められるパターン繰り返し周期より大きいときにモアレが発生していると判断するように構成することができる。また、回転位置調整装置によりイメージデバイスの受像面に対して受像面に形成された被検物体の像を像面内において相対回転させたときに、被検物体の像が変化する場合にモアレが発生していると判断するように構成しても良い。いずれのモアレ検出器もモアレ発生の有無を正確にまた自動的に検出することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る表面検査方法においては、周期的に繰り返すパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射し、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光光学系により集光し、このようにして集光した反射光、回折光もしくは散乱光を、多数の画素をマトリクス状に配設して構成されたイメージデバイスの受像面に照射させて被検物体の像をイメージデバイスにより検出し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。そして、被検物体の像におけるパターン繰り返し周期とイメージデバイスにおける画素の配列周期とが近接してイメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるときに、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整してモアレを消去した後に、被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。
【００１４】
このように、本発明に係る表面検査方法を用いれば、被検物体の像におけるパターン繰り返し周期とイメージデバイスにおける画素の配列周期とが近接してイメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整してモアレを消去した後、被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００１５】
本発明に係る第２の表面検査装置は、周期的に繰り返すパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射する照明光学系と、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光する集光光学系と、多数の画素をマトリクス状に配設して構成された受像面を有し、集光光学系により集光された反射光、回折光もしくは散乱光を受像面に受けて被検物体の像を検出するイメージデバイスとを有して構成され、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。この表面検査装置においては、集光光学系に、イメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整可能なズーム光学装置を有する。
【００１６】
このような構成の第２の表面検査装置を用いれば、イメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、ズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整すれば、パターン繰り返し周期と画素の配列周期とを一致させるなどしてモアレを消去でき、被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００１７】
なお、イメージデバイスにより検出された被検物体の像からモアレの発生を検出するモアレ検出器を設け、モアレ検出器によりモアレの発生が検出されたときにズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整するように構成するのが好ましい。これによりモアレの発生をより確実に検出でき、自動的にモアレを消去するなどして常に正確な表面検査を行う装置を得ることができる。
【００１８】
本発明に係る第２の表面検査方法においては、周期的に繰り返すパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射し、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光光学系により集光し、このようにして集光した反射光、回折光もしくは散乱光を、多数の画素をマトリクス状に配設して構成されたイメージデバイスの受像面に照射させて被検物体の像をイメージデバイスにより検出し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。このときに、被検物体の像におけるパターン繰り返し周期とイメージデバイスにおける画素の配列周期とが近接してイメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるときに、集光光学系を構成するズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整してモアレを消去した後に、被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。
【００１９】
このように、本発明に係る第２の表面検査方法を用いれば、イメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、集光光学系を構成するズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整してモアレを消去した後、被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００２０】
本発明に係る第３の表面検査装置は、周期的に繰り返されるパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射する照明光学系と、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光する集光光学系と、多数の画素をマトリクス状に配設して構成された受像面を有し、集光光学系により集光された反射光、回折光もしくは散乱光を受像面に受けて被検物体の像を検出するイメージデバイスとを有して構成され、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。この装置は、イメージデバイスの受像面と受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整可能な回転位置調整装置を有し、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向に関するデータに基づいて、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、回転位置調整装置により回転位置関係を設定するようになっている。
【００２１】
このような構成の表面検査装置を用いれば、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出しておき、モアレが発生しないような回転位置関係となるように調整した後、被検物体の表面検査が行われる。このため、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００２２】
本発明に係る第３の表面検査方法においては、周期的に繰り返されるパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射し、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光光学系により集光し、このようにして集光した反射光、回折光もしくは散乱光を、多数の画素をマトリクス状に配設して構成されたイメージデバイスの受像面に照射させて被検物体の像をイメージデバイスにより検出し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。このときに、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向に関するデータに基づいて、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、イメージデバイスの受像面と受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を設定してから、被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。このため、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００２３】
本発明に係る第４の表面検査装置は、周期的に繰り返されるパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射する照明光学系と、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光する集光光学系と、多数の画素をマトリクス状に配設して構成された受像面を有し、集光光学系により集光された反射光、回折光もしくは散乱光を受像面に受けて被検物体の像を検出するイメージデバイスとを有して構成され、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。この装置は、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向とに関するデータに基づいて、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係が固定的に設定されている。
【００２４】
このような構成の表面検査装置を用いれば、被検物体におけるパターンの方向が常に一定であるような場合に、このパターンの方向とイメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出し、モアレが発生しないような回転位置関係となる位置で被検物体およびイメージデバイスを固定保持し、この状態で被検物体の表面検査が行われる。このため、この装置によっても、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００２５】
本発明に係る第４の表面検査方法においては、周期的に繰り返されるパターンが形成された表面を有する被検物体に検査用照明光を照射し、被検物体からの反射光、回折光もしくは散乱光を集光光学系により集光し、このようにして集光した反射光、回折光もしくは散乱光を、多数の画素をマトリクス状に配設して構成されたイメージデバイスの受像面に照射させて被検物体の像をイメージデバイスにより検出し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像から被検物体の表面の欠陥の有無を検査する。このときに、被検物体におけるパターンの方向とイメージデバイスの受像面における画素の配列方向とに関するデータに基づいて、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるような、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を求め、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係をこのようにモアレが発生しない方向で固定した状態で、被検物体の表面の欠陥の有無を検査するため、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００２６】
【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に本発明に係る表面検査装置の一例を示しており、この装置により半導体ウエハ１の表面欠陥を検査する。この装置は、ウエハ１を載置保持するホルダ５を有し、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウエハ１を、ホルダ５の上に載置させるとともに真空吸着によって固定保持する。ホルダ５は、このように固定保持したウエハ１の表面に垂直な軸Ax1を中心として回転（ウエハの表面内での回転）可能で、且つ、ウエハ１の表面を通る軸Ax2を中心としてチルト（傾動）可能に構成されている。
【００２７】
この表面検査装置はさらに、ホルダ５に固定保持されたウエハ１の表面に検査用照明光を照射する照明光学系１０と、検査用照明光の照射を受けたときのウエハ１からの反射光、回折光等を集光する集光光学系２０と、集光光学系２０により集光された光を受けてウエハ１の表面の像を検出するＣＣＤカメラ３０等を有する。
【００２８】
照明光学系１０は、メタルハライドランプなどの放電光源１１と、この放電光源１１からの照明光束を集光するコレクタレンズ１２と、コレクタレンズ１２により集光された照明光束を透過させて波長選択を行う波長選択フィルタ１３と、調光を行うニュートラルデンシティフィルタ１４とを備える。さらに、これらフィルタ１３，１４を透過した照明光束を集束させるインプットレンズ１５を有し、インプットレンズ１５により集束された照明光がファイバ１６の基端１６ａに導入される。
【００２９】
ここで、波長選択フィルタ１３は、例えば、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）など特定の波長の光だけを透過させる干渉フィルタや、特定の波長帯域の光を透過させるバンドパスフィルタや、所定の波長より長い波長の光だけを透過させるシャープカットフィルタなどを必要に応じて選択して用いることができるように、いくつかの種類のフィルタを切替駆動機構１３ａを有した円盤（ターレット）１３ｂに設けて切換使用が可能となっている。ニュートラルデンシティフィルタ１４は、回転角に応じて透過光量が順次変化する円盤状のフィルタからなり、回転駆動機構１４ａにより回転制御されて透過光量を制御できるように構成されている。
【００３０】
照明光学系１０はさらに、ファイバ１６の先端１６ｂから出射される発散光束を受ける照明系凹面鏡１７を有しており、この照明系凹面鏡１７からほぼその焦点距離だけ離れた位置にファイバ１６の先端１６ｂが配設されている。このため、ファイバ１６の基端１６ａに導入されてファイバ１６の先端１６ｂから照明系凹面鏡１７に発散照射された照明光は、照明系凹面鏡１７によって平行光束となってホルダ５に保持されたウエハ１の表面に照射される。このときウエハ１の表面に照射される照明光束は、ウエハ１の表面に垂直な軸Ax1（鉛直軸）に対して角度θiを有して照射され、ウエハ１からの光が角度θrを有して出射される。これら入射角θiと出射角θrとの関係が、軸Ax2を中心としてホルダ５をチルト（傾動）させることにより調整可能である。なお、これら照射光の角度θiおよび出射光の角度θrは、出射光として反射光を用いるか、回折光を用いるか、散乱光を用いるかによって異なるが、ここでは、ｎ次（但し、ｎは整数）の回折光を用いて表面検査を行う場合について説明する。
【００３１】
ウエハ１の表面からの出射光は集光光学系２０により集光される。この集光光学系２０は、鉛直軸Ax1に対して角度θrを有した方向に対向して配設された集光系凹面鏡２１と、この集光系凹面鏡２１の集光位置に配設された絞り２２と、この絞り２２の後側に配設された結像レンズ２３とから構成される。この結像レンズ２３の後側にＣＣＤカメラ３０が配設されており、集光系凹面鏡２１により集光されるとともに絞り２２によって絞られた射出光（ｎ次の回折光）から、レンズ２３によって結像されたウエハ１の表面の像がＣＣＤカメラ３０のＣＣＤ撮像素子（イメージデバイス）３１に形成される。
【００３２】
ＣＣＤ撮像素子３１においては、その受像面に形成されたウエハ表面の像を光電変換して画像信号を生成し、画像処理装置３５に送る。この画像処理装置３５は、後述するようにモアレ検出器なども含む装置構成である。画像処理装置３５においては、この画像信号からウエハ１の表面の欠陥（膜厚むら、パターン形状の異常、きず等）の検査を行う。なお、ＣＣＤカメラ３０は、ＣＣＤ撮像素子３１の受像面に垂直に延びる軸を中心として回転可能なように、すなわち、ＣＣＤ撮像素子３１の受像面がその面内に位置したまま回転可能なようになっており、この回転を行わせる回転駆動装置３２が設けられている。
【００３３】
本検査装置には、切替駆動機構１３ａによる波長選択フィルタ１３の切替作動制御、回転駆動機構１４ａによるニュートラルデンシティフィルタ１４の回転制御、鉛直軸Ax1を中心としたホルダ５の回転制御、チルト中心軸Ax2を中心としたホルダ５のチルト制御、回転駆動装置３２によるＣＣＤカメラ３０の回転制御を行う制御装置（これらは画像処理装置３５と一体の装置として構成される）が設けられている。
【００３４】
ここで、被検物体であるウエハ１の表面には回路パターンが周期的に繰り返して配列されて形成されており、ウエハ１の表面においてはこれら回路パターンを構成する線が周期的に繰り返して配列されている。このため、このように配設された回路パターンを構成する線の繰り返しピッチｐに対して、照明光の波長がλであるときに、ホルダ５をチルトさせてウエハ１の表面のチルト角Ｔを次式（１）が成立するように設定すれば、ウエハ１から出射されるｎ次の回折光が集光光学系２０を介してＣＣＤカメラ３０に集光されるようになる。このようにして、ｎ次の回折光からＣＣＤ撮像素子３１により得られたウエハ１の表面の像から表面欠陥の有無の検査を行うことができる。
【００３５】
【数１】
sin(θi − Ｔ) − sin(θr ＋Ｔ) ＝ n・λ／ｐ・・・（１）
【００３６】
上述した構成から分かるように、この表面検査装置においては、ウエハ１の像をＣＣＤ撮像素子３１において一括して取り込んで画像信号を得るために、ウエハ１の表面の像が集光光学系２０においてＣＣＤ撮像素子３１の受像面に縮小投影される。ＣＣＤ撮像素子３１の受光素子（画素）の大きさは、約７μｍ〜約１３μｍ程度の大きさであるので、これを集光光学系での縮小率を勘案してウエハ１の表面上での大きさに換算すると数百μｍ程度に相当する。つまり、ウエハ１のＣＣＤ撮像素子３１によって得られる検査画像は、ウエハ１上に換算して数百μｍ程度の大きさの画素で構成される。この場合にウエハ１にこの画素の大きさ（もしくはこの画素の整数倍の大きさ）程度の繰り返しパターンが存在すると、パターンの端部と画素との重なり合いによって画素に取り込まれる光量が変化して、光学的な像（像の光量）には本来存在しない周期の明暗パターン、すなわちモアレ縞が発生する。
【００３７】
この現象を図２に模式的に示しており、配列周期（ピッチ）がＰcからなるＣＣＤ撮像素子３１に、繰り返しパターン周期がＰIの像が形成されているときに、像と画素の重なり合いによるモアレ縞は、次式（２）で示されるような繰り返し周期ＰMで繰り返される。但し、式（２）におけるｍは、（ＰI／Ｐc）に最も近い整数、すなわち、次式（３）を満足する整数である。
【００３８】
【数２】
ＰM ＝ (ＰI・Ｐc) ／(｜ＰI − ｍ・Ｐc｜) ・・・（２）
(ｍ − 1/2) ＜ (ＰI／Ｐc) ＜ (ｍ＋ 1/2) ・・・（３）
【００３９】
図２においては、ｍ＝６で、像の繰り返しパターン周期ＰIが画素の配列周期Ｐcの５．９倍となっている場合について示してある。このときモアレ縞の周期ＰMは、上記式（２）より求まり、画素の配設周期Ｐcの５９倍となる。これを説明する図が図３であり、ここでは横軸にＣＣＤ撮像素子３１における画素数（画素位置）を示し、縦軸に各画素の受光光量を示している。この図を見れば、モアレ縞が周期ＰMで発生していることが良く分かる。
【００４０】
モアレ縞はもともとの光学像の明暗パターンと同様のコントラストがあり、上記モアレ縞の周期の式（２）から分かるように、光学像の繰り返し周期よりも長い周期で変化するモアレ縞が発生する。このため、元々の画像による信号とモアレ縞との判別ができず、画像信号に変換した後に、低周波透過フィルタなどの電気的な処理や、画像処理によってモアレ縞を除去することは不可能である。
【００４１】
このようなことから、本発明の表面検査装置においては、回転駆動装置３２によりＣＣＤカメラ３０を回転させ、ＣＣＤ撮像素子３１の受像面における像に対して受像面をその面内で相対回転させるようにしている。これにより、図４に示すように、画素の配列方向と像のパターン繰り返し方向とをずらせる。図４には、角度φだけ相対回転させた場合を示しており、この相対回転によって、画素の配列方向の繰り返し周期は像のパターン繰り返し方向に対して（１／cosφ）倍の周期となり、モアレ縞の周期が変化する。このようにしてモアレ縞の周期をＣＣＤ撮像素子３１の画像領域より（もしくは検査画像を示す画面領域より）大きくなればモアレ縞は実質的に目立たなくなるため、上述したＣＣＤカメラ３０の相対回転角φは、次式（４）を満足するように設定される。なお、式（４）において、Ｍは画像領域を構成する（画素配列方向の）画素数を示す。
【００４２】
【数３】

【００４３】
例えば、図４に示した例において画像領域を構成する画素数Ｍが６４０のとき、相対回転角φを9.98°〜10.95°の範囲で回転させることによりモアレ縞が画面上で目立たなくなる。このようにＣＣＤカメラ３０を10°だけ回転させたときでの画像信号を図５に示しており、この図から分かるようにモアレ縞が目立たなくなる。なお、この相対回転角φをさらに大きくしていくと、ＣＣＤ撮像素子３１の受像面に形成された像の繰り返し周期に含まれる画素数（上記整数ｍで表される画素数）が増えるので、新たなモアレ縞の発生しない領域がでてくる。これ例の場合には、ｍ＝７の場合での相対回転角φの範囲は、32.41°〜32.70°となる。さらに回転角を大きくしてさらに大きなｍの値についても設定できる。
【００４４】
なお、上記のようにしてＣＣＤ撮像素子３１を回転させると得られる像が回転するため、画像処理装置３５において、比較検査や特徴抽出などの欠陥検出のための画像処理を行ったり、検査有効領域を設定している場合にはこの回転に対応する補正が必要となる。このため、ＣＣＤカメラ３０の回転角をモニターし、この回転角に応じて画像の回転を補正して画像処理を行うのが望ましい。
【００４５】
上記のようにモアレ縞が発生したか否かの判断は、肉眼観察によれば比較的容易であり、モアレ縞が見えなくなるようにＣＣＤカメラ３０の回転を手動制御すれば良い。但し、これでは検査を行う者の負担が大きく、モアレ縞の発生を自動的に検出し、且つモアレ縞を見えなくするような回転角φを自動設定して回転駆動装置３２の作動を制御するのが好ましい。ところが、モアレ縞の発生は、被検物体であるウエハ１のスケーリング誤差や配列誤差等の影響を受けて大きく変化するので、モアレ縞を発生させない相対回転角φを決定することは難しいことが多い。
【００４６】
ここで、ウエハ１に形成されるパターンは、ステッパーやスキャナーなどの露光機によりレチクル上のパターンを何個も繰り返して露光させて形成し、この繰り返し周期（ショット周期）が最も大きな周期であり、ＣＣＤ撮像素子３１により得られた像においてこのショット周期より大きな周期のパターンはモアレ縞もしくは表面欠陥であると考えて良い。そこで、画像処理装置３５において、画像信号を周波数成分に分解して、上記ショット周期より大きな繰り返し周期を有する成分があるときにはモアレが発生していると判断する。すなわち、ＣＣＤ画像素子３１において実際に得られた像での繰り返しパターンの周期と、ウエハ１の表面におけるショット周期を集光系２０での縮小投影率を考慮して算出されるＣＣＤ画像素子３１の受像面における繰り返し周期とを比較し、実際の繰り返しパターン周期が算出されたショットパターン繰り返し周期より大きいときにはモアレが発生していると判断する。このことから分かるように画像処理装置３５内にモアレ検出器の構成が設けられている。
【００４７】
このようにしてモアレ発生が判断されると、回転駆動装置３２に駆動信号を送り、画像のモアレ成分がなくなるように、ＣＣＤカメラ３０を回転させる。そして、その回転量に応じて画像処理装置３５において画像の回転分の補正を行い、ウエハ１の表面欠陥の検査を行う。こののように、本例の表面検査装置では、ＣＣＤカメラ３０の回転のみによりモアレ縞を消去するので画像信号の解像力は全く低下することがなく、高感度の欠陥検査を行うことができる。
【００４８】
モアレ発生の判断を次のようにして行うこともできる。上述のようにモアレ縞はＣＣＤカメラ３０の回転に応じて大きく変化するが、表面欠陥は回転に応じた位置変化のみであるため、ＣＣＤカメラ３０を回転させながら画像の変化を検出し、画像変化があるパターンがモアレ縞であると判断する。そして、このように変化するパターンが見えなくなる回転位置での画像信号を用いて表面検査を行えば、モアレ縞の影響を受けることなく欠陥検査を行うことができる。
【００４９】
なお、上記の例においては、照明用凹面鏡１７および集光用凹面鏡２１を用いているが、これらに代えてレンズなどの屈折光学素子を用いても良い。また、上記例ではウエハ表面からのｎ次の回折光を集光して表面検査を行う例を示したが、ウエハ表面からの反射光を集光して表面検査を行う場合にも、同様に本発明を適用できる。また、ウエハ表面に対し80°〜89°程度の大きな入射角で照明し、表面からの散乱光を暗視野的に受光することにより、ウエハ表面に付着した異物や傷の検査を行う場合にも適用可能である。さらに、上記例では被検物体としてウエハを例にしているが、周期的に繰り返されるパターンを有する被検物体の表面検査全てに対して本発明を適用できる。
【００５０】
上記の例においては、ＣＣＤカメラ３０、すなわちイメージデバイスを回転させているが、受像面とこの受像面に形成される像とを相対回転させればモアレ縞を消去できるため、ＣＣＤカメラは固定したままウエハを回転させるようにしても良い。但し、この場合には、ウエハの回転に応じて回折光の回折する方向が変化するため、検査可能なパターン周期や形状が制限されるという問題や、ホルダのチルト角もウエハ回転に応じて変化させる必要があるという問題がある。
【００５１】
上記の例においては、ホルダ５に固定したウエハ１の位置とＣＣＤカメラ３０との回転位置関係を特に規定せずにＣＣＤカメラ３０により撮影された画像からモアレの有無を検出し、モアレが発生するときに例えばＣＣＤカメラを回転させモアレを消去するようにしている。しかしながら、一般的に、ウエハ１の表面において回路パターンを構成する線の方向は決まっていることが多く、この方向に対してＣＣＤカメラの画素の配列方向も予め分かっている。このような場合には、ウエハの回路パターンの方向に対してＣＣＤカメラの画素配列方向を、モアレが発生しないもしくはしにくい方向となるように予め設定しておけば、モアレの発生を未然に防止することができる。
【００５２】
このように、モアレが発生しない方向にＣＣＤカメラの回転位置を設定する方法としては、図１に示すような構成において、回転駆動装置３２により予めＣＣＤカメラ３０をこの方向に設定しておいて、ウエハ１の表面検査を行う方法がある。しかしながら、同一のウエハもしくは回路パターンの線の方向が常に一定となるウエハを検査し続けるような場合には、回転駆動装置３２を用いずに、ＣＣＤカメラ３０の回転位置を上記のようにモアレが発生しない方向で固定保持しておくようにしても良い。この場合には、回転駆動装置が不要で、ＣＣＤカメラの回転位置を所定方向で位置決め保持する治具等が用いられる。なお、この場合に、もし異なる種類の回路パターンの線の方向が異なるウエハを検査するようなときには、このように位置決め保持する治具を交換してＣＣＤカメラの回転位置をこのようなウエハに対してモアレが発生しない方向となるように変更して固定保持する。
【００５３】
次に、本発明に係る表面検査装置の第２の実施形態について図６を参照して説明する。なお、この表面検査装置は、図１に示した第１の実施形態に係る表面検査装置とは、集光光学系２０′にズームレンズ系２５が配設され、ＣＣＤカメラ３０が固定配設されている（回転自在となっていない）という構成のみが相違するだけであるので、第１の実施形態に係る表面検査装置と同一部分には同一番号を付してその説明を省略する。
【００５４】
この表面検査装置は、ホルダ５に固定保持されたウエハ１の表面に検査用照明光を照射する照明光学系１０を有するが、この照明光学系１０は図１と同一構成である。ウエハ１からの回折光等を集光する集光光学系２０′は、図１と同一構成の集光系凹面鏡２１、絞り２２および結像レンズ２３を有し、さらに、結像レンズ２３の後側にズームレンズ系２５が配設されて構成される。このズームレンズ系２５の後側にＣＣＤカメラ３０が配設されており、集光系凹面鏡２１により集光されるとともに絞り２２によって絞られた射出光（ｎ次の回折光）から、レンズ２３によって結像されたウエハ１の表面の像がズームレンズ系２５により拡大もしくは縮小されてＣＣＤカメラ３０のＣＣＤ撮像素子（イメージデバイス）３１に形成される。
【００５５】
このような構成の表面検査装置を用いてウエハ１の表面からの回折光を用いてウエハ１の表面検査を行う場合に、ＣＣＤ撮像素子３１により得られたウエハ１の表面の画像にモアレ縞が生じたときには、ズームレンズ系２５により画像の拡大もしくは縮小制御を行う。前述のように、モアレ縞はＣＣＤ撮像素子３１に形成されたウエハ１の表面の像における繰り返しパターンの端部とＣＣＤ撮像素子３１の画素との重なり合いにより生じるものであるため、ズームレンズ系２５によりＣＣＤ撮像素子３１に形成されたウエハ１の表面の像を拡大もしくは縮小すれば、この重なり合う位置を可変調整してモアレ縞の発生を抑えることができる。本実施形態の表面検査装置においてはこの原理を利用しており、モアレ縞が発生したときにはズームレンズ系２５によりウエハ１の表面の像を拡大もしくは縮小してモアレ縞を抑える。
【００５６】
本実施形態に係る表面検査装置ではズームレンズ系２５により像を拡大もしくは縮小することによりモアレ縞を無くして正確な表面検査を行うようにしているが、この場合には、前述の第１の実施形態のようにＣＣＤカメラ３０を回転させる必要がないため、画像の回転を補正する画像処理が不要であるという利点を有する。なお、モアレ縞が発生したか否かの判断については、前述の第１の実施形態の場合と同様にして行われる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整可能な回転位置調整装置を有して表面検査装置が構成されているので、被検物体の像におけるパターン繰り返し周期とイメージデバイスにおける画素の配列周期とが近接してイメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、回転位置調整装置によりイメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整してモアレを消去でき、被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００５８】
なお、回転位置調整装置により、イメージデバイスをその受像面に垂直に延びる軸を中心として回転させるように構成するのが好ましい。このようにすれば、回転位置調整装置を非常にシンプルな構成とすることができる。なお、回転位置調整装置により被検物体を回転させることも可能であるが、この構成の場合には、回折光の回折する方位が変化するという問題があるが、イメージデバイスを回転させる場合にはこのような問題は生じない。
【００５９】
このような構成において、イメージデバイスにより検出された被検物体の像からモアレの発生を検出するモアレ検出器を設け、モアレ検出器によりモアレの発生が検出されたときに回転位置調整装置により回転位置関係を調整してモアレを消去するように構成するのが好ましい。これによりモアレの発生をより確実に検出でき、自動的にモアレを消去するなどして常に正確な表面検査を行う装置を得ることができる。
【００６０】
なお、このようなモアレ検出器としては、イメージデバイスにより検出された被検物体の像におけるパターン繰り返し周期と、被検物体の表面の像をイメージデバイスに形成したと仮定して求められるパターン繰り返し周期とを比較し、イメージデバイスにより検出された被検物体の像におけるパターン繰り返し周期が被検物体の表面の像をイメージデバイスに形成したと仮定して求められるパターン繰り返し周期より大きいときにモアレが発生していると判断するように構成することができる。また、回転位置調整装置によりイメージデバイスの受像面に対して受像面に形成された被検物体の像を像面内において相対回転させたときに、被検物体の像が変化する場合にモアレが発生していると判断するように構成しても良い。いずれのモアレ検出器もモアレ発生の有無を正確にまた自動的に検出することが可能となる。
【００６１】
本発明に係る表面検査方法は、被検物体に検査用照明光を照射して得られる反射光、回折光もしくは散乱光を集光光学系により集光してイメージデバイスの受像面に照射させ、被検物体の像をイメージデバイスにより検出して被検物体の表面の欠陥の有無を検査する方法において、検出された被検物体の像にモアレが生じるときに、イメージデバイスの受像面とこの受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整してモアレを消去した後に、被検物体の表面の欠陥の有無を検査するようになっているので、モアレの影響を受けることなく被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００６２】
本発明に係る第２の表面検査装置は、集光光学系にイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整可能なズーム光学装置を有するので、イメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるようなときに、ズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整して、パターン繰り返し周期と画素の配列周期とを一致させるなどしてモアレを消去でき、モアレの影響を受けることなく被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００６３】
なお、イメージデバイスにより検出された被検物体の像からモアレの発生を検出するモアレ検出器を設け、モアレ検出器によりモアレの発生が検出されたときにズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整するように構成するのが好ましい。これによりモアレの発生をより確実に検出でき、自動的にモアレを消去するなどして常に正確な表面検査を行う装置を得ることができる。
【００６４】
本発明に係る第２の表面検査方法は、イメージデバイスにより検出された被検物体の像にモアレが生じるときに、集光光学系を構成するズーム光学装置によりイメージデバイスの受像面に形成される被検物体の像の大きさを可変調整してモアレを消去した後に、被検物体の表面の欠陥の有無を検査するように構成されているので、この方法によってもモアレの影響を受けることなく被検物体の表面の検査を正確に行うことができる。
【００６５】
本発明に係る第３の表面検査装置は、イメージデバイスの受像面と受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を可変調整可能な回転位置調整装置を有し、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出し、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、回転位置調整装置により回転位置関係を設定するようになっているので、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００６６】
本発明に係る第３の表面検査方法も同様に、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出し、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、イメージデバイスの受像面と受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を設定してから、被検物体の表面の欠陥の有無を検査するため、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００６７】
本発明に係る第４の表面検査装置は、上記のような回転位置調整装置を用いず、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出し、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように回転位置関係を設定して、治具等により固定保持するようになっているので、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【００６８】
本発明に係る第４の表面検査方法も同様に、被検物体におけるパターンの方向と、イメージデバイスの受像面における画素の配列方向を予め検出し、受像面に形成される被検物体の像におけるパターンの方向が受像面における画素の配列方向に対してモアレが発生しない方向となるように、イメージデバイスの受像面と受像面に形成される被検物体の像との像面内における回転位置関係を、治具等により固定保持してから、被検物体の表面の欠陥の有無を検査するため、モアレを発生させることなく検査が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表面検査装置の構成を示す概略図である。
【図２】ＣＣＤ撮像素子により得られる画像におけるモアレ縞の発生を説明する図である。
【図３】ＣＣＤ撮像素子により得られる画像に発生したモアレ縞を説明するため、画素位置と強度信号との関係を示す図である。
【図４】ＣＣＤ撮像素子を回転してモアレ縞を抑制させる原理を説明する図である。
【図５】ＣＣＤ撮像素子を回転して得られる画像における画素位置と強度信号との関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る表面検査装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ウエハ
５ホルダ
１０照明光学系
１６ファイバ
１７照明系凹面鏡
２０集光光学系
２１集光系凹面鏡
２３結像レンズ
２５ズームレンズ系
３０ＣＣＤカメラ
３１ＣＣＤ撮像素子
３２回転駆動装置
３５画像処理装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for performing surface inspection of a semiconductor wafer, a liquid crystal display element panel, and the like.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor wafers and liquid crystal display element panels are configured by arranging a large number of circuit element patterns on the surface in a matrix (lattice) pattern. Each circuit element pattern has extremely thin wiring, etc. If surface defects exist on a semiconductor wafer, etc., the performance of the chip or panel made of the circuit element pattern will be impaired, so inspection of surface defects is very important. It is.
[0003]
An apparatus for inspecting a surface defect of a semiconductor wafer or the like is conventionally known, and such a surface inspection apparatus has a predetermined inspection light (reflected light, diffracted light) on the surface of an object to be examined (semiconductor wafer or the like). Or light suitable for generating scattered light), and the reflected light, diffracted light, or scattered light from the surface is collected via a condensing optical system, and the collected light is image device (imaging) The image of the object to be detected is formed by forming an image of the object to be detected on the image-receiving surface and photoelectrically converting the image into an image signal by performing image processing on the obtained image signal. It is configured to inspect the surface for pattern defects, film thickness unevenness, presence or absence of flaws, adhesion of foreign matter to the surface of the object to be examined, and the like.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, a semiconductor wafer or the like is configured by arranging a large number of circuit element patterns on the surface in a matrix (lattice) pattern. On the other hand, the image device includes a CCD image pickup device, an image pickup tube, and the like, and has an image receiving surface formed by arranging a large number of pixels in a matrix. For this reason, when an image of the surface of a semiconductor wafer having a large number of circuit element patterns arranged in a matrix is formed on the image receiving surface of an image device and this image is observed and inspected, the semiconductor wafer formed on the image receiving surface When the circuit element pattern array period and the image device pixel array period are substantially the same (when slightly shifted), a pattern fringe with a large period that does not exist in the original image due to a slight deviation between both periods, so-called moire. Stripes may be generated. When such moire fringes are generated, there is a problem that the moire fringes cannot be distinguished from actual defects, and accurate surface inspection cannot be performed.
[0005]
Note that the period of the moire fringes is equal to the difference between the arrangement period of the circuit element pattern image and the arrangement period of the image device pixels, and the contrast is equal to the contrast of the optical image. Since the position (phase) of light and dark changes very sensitively, it is very difficult to remove by image processing or the like.
[0006]
In order to prevent such moiré fringes from occurring, for example, as described in Chapter 31 of “Tsuru” Tatsuo Tadashi “Third Light Pencil” (published by New Technology Communications Inc.) By using a refraction-based anti-aliasing filter to remove the spatial frequency component of the optical image near the pixel array period of the image device, or by reducing the resolution of the condensing optical system, the point image is more than the pixel. A method of making it much larger is generally known. However, if such a method is used, the spatial frequency propagation performance of the optical system is considerably impaired, and there is a problem that a defect image having a size in the vicinity of the pixel arrangement period cannot be detected.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and a surface inspection apparatus having a configuration capable of performing moire fringes and performing highly sensitive surface inspection without impairing the spatial frequency propagation performance of the optical system. And to provide a method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, in the present invention, an illumination optical system that irradiates a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed, illumination light for inspection, reflected light from the test object, A condensing optical system for condensing diffracted light or scattered light, and an image receiving surface configured by arranging a large number of pixels in a matrix, and reflected light, diffracted light collected by the condensing optical system, or An image device for detecting the image of the object to be detected by receiving the scattered light on the image receiving surface;Rotational position adjustment unit capable of variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface and the image of the test objectA surface inspection apparatus is configured. In this inspection apparatus, Pc is the pixel array period on the image receiving surface of the image device, and PI is the period of the repetitive pattern of the image of the object to be inspected., MIs the number of pixels constituting the pixel area of the image receiving surface, and m is an integer closest to (PI / Pc), The relative rotation angle φ in the arrangement direction of the pixels of the image receiving surface of the image device with respect to the repetition direction of the image pattern,Next formula

The image receiving surface and the image of the test object areThe rotational position relationship in the image plane is set by the rotational position adjustment unit.
[0009]
When the surface inspection apparatus of the present invention having such a configuration is used, the pattern repetition period in the image of the test object and the pixel arrangement period in the image device are close to each other, and the image of the test object detected by the image device is moire. When this happens,Rotation position adjusterIf the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface is variably adjusted, the moiré pattern is made to coincide with the pattern repetition cycle and the pixel arrangement cycle. Can be erased, and the surface of the object to be inspected can be accurately inspected.
[0010]
The aboveRotation position adjusterThus, the image device is preferably configured to rotate about an axis extending perpendicular to the image receiving surface. In this way,Rotation position adjusterThe configuration can be very simple. The image receiving surface and the image formed on the image receiving surface may be configured to have a test object rotating mechanism for rotating the test object, and further, the image receiving surface and the image of the test object. Is preferably adjusted in advance prior to the surface inspection of the object to be examined.
[0011]
In such a configuration, a moiré detector that detects the occurrence of moiré from the image of the object to be detected detected by the image device is provided, and when the occurrence of moiré is detected by the moiré detector, the rotational position is adjusted by the rotational position adjusting device. It is preferable that the moire is eliminated by adjusting the relationship. As a result, it is possible to more reliably detect the occurrence of moiré, and it is possible to obtain a device that always performs accurate surface inspection by automatically erasing the moiré.
[0012]
As such a moire detector, the pattern repetition period in the image of the test object detected by the image device and the pattern repetition period obtained on the assumption that the image of the surface of the test object is formed on the image device. Moiré occurs when the pattern repetition period in the image of the test object detected by the image device is greater than the pattern repetition period obtained on the assumption that the image of the surface of the test object was formed on the image device It can be configured to determine that it is. Also, when the image of the test object changes relative to the image receiving surface of the image device by the rotation position adjusting device relative to the image receiving surface in the image plane, moire occurs when the image of the test object changes. You may comprise so that it may determine with having generate | occur | produced. Any moiré detector can accurately and automatically detect the occurrence of moiré.
[0013]
In the surface inspection method according to the present invention, the inspection illumination light is irradiated to the test object having the surface on which the periodically repeated pattern is formed, and the reflected light, diffracted light or scattered light from the test object is collected. The object to be examined is collected by the optical system, and the reflected light, diffracted light, or scattered light collected in this way is irradiated onto the image receiving surface of an image device having a large number of pixels arranged in a matrix. The image is detected by an image device, and the presence or absence of a defect on the surface of the test object is inspected from the image of the test object detected by the image device. When the pattern repetition period in the image of the test object and the arrangement period of the pixels in the image device are close to each other and moire occurs in the image of the test object detected by the image device, the image receiving surface of the image device and the image receiving surface After variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane with the image of the test object formed on the surface to eliminate moire, the surface of the test object is inspected for defects.
[0014]
As described above, when the surface inspection method according to the present invention is used, the pattern repetition period in the image of the test object and the pixel arrangement period in the image device are close to each other and the moiré pattern is detected in the image of the test object detected by the image device. When the moiré is eliminated by variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface, the surface of the test object The inspection can be performed accurately.
[0015]
A second surface inspection apparatus according to the present invention includes an illumination optical system that irradiates a test object having a surface on which a periodically repeating pattern is formed, illumination light for inspection, reflected light from the test object, and diffracted light. Alternatively, it has a condensing optical system for condensing scattered light and an image receiving surface formed by arranging a large number of pixels in a matrix, and is reflected light, diffracted light or scattered light collected by the condensing optical system. And an image device for detecting the image of the object to be detected, and inspecting the surface of the object to be detected from the image of the object detected by the image device. In this surface inspection apparatus, the condensing optical system includes a zoom optical apparatus that can variably adjust the size of the image of the object to be detected formed on the image receiving surface of the image device.
[0016]
When the second surface inspection apparatus having such a configuration is used, when a moire occurs in the image of the object to be detected detected by the image device, the object to be detected formed on the image receiving surface of the image device by the zoom optical device. If the size of the object image is variably adjusted, moire can be eliminated by making the pattern repetition period coincide with the pixel arrangement period, and the surface of the object to be inspected can be accurately inspected.
[0017]
A moiré detector is provided to detect the occurrence of moiré from the image of the object detected by the image device. When the moiré is detected by the moiré detector, it is formed on the image receiving surface of the image device by the zoom optical device. It is preferable that the size of the image of the object to be inspected is variably adjusted. As a result, it is possible to more reliably detect the occurrence of moiré, and it is possible to obtain a device that always performs accurate surface inspection by automatically erasing the moiré.
[0018]
In the second surface inspection method according to the present invention, the inspection illumination light is irradiated to the test object having the surface on which the periodically repeating pattern is formed, and the reflected light, diffracted light or scattered light from the test object is irradiated. Is condensed by a condensing optical system, and the reflected light, diffracted light or scattered light collected in this way is irradiated onto the image receiving surface of an image device configured by arranging a large number of pixels in a matrix. An image of the test object is detected by an image device, and the presence or absence of a defect on the surface of the test object is inspected from the image of the test object detected by the image device. At this time, when the pattern repetition period in the image of the test object and the pixel arrangement period in the image device are close to each other, moire occurs in the image of the test object detected by the image device. The zoom optical device variably adjusts the size of the image of the test object formed on the image receiving surface of the image device to eliminate moire, and then inspects for the presence or absence of defects on the surface of the test object.
[0019]
As described above, when the second surface inspection method according to the present invention is used, when moire occurs in the image of the object to be detected detected by the image device, an image is obtained by the zoom optical device constituting the condensing optical system. After variably adjusting the size of the image of the test object formed on the image receiving surface of the device to eliminate moire, the surface of the test object can be accurately inspected.
[0020]
A third surface inspection apparatus according to the present invention includes an illumination optical system that irradiates a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed, illumination light for inspection, reflected light from the test object, and diffraction A condensing optical system that condenses light or scattered light and an image receiving surface configured by arranging a large number of pixels in a matrix, and reflected light, diffracted light, or scattering condensed by the condensing optical system An image device that receives light on an image receiving surface and detects an image of the test object, and inspects the presence or absence of a defect on the surface of the test object from the image of the test object detected by the image device. This apparatus has a rotational position adjustment device capable of variably adjusting a rotational positional relationship in an image plane between an image receiving surface of an image device and an image of a test object formed on the image receiving surface, and a pattern direction on the test object. And the direction of the pattern in the image of the test object formed on the image receiving surface based on the data relating to the pixel arranging direction on the image receiving surface of the image device, and the direction in which moire does not occur with respect to the pixel arranging direction on the image receiving surface. Thus, the rotational position relationship is set by the rotational position adjusting device.
[0021]
By using the surface inspection apparatus having such a configuration, the direction of the pattern on the object to be inspected and the arrangement direction of the pixels on the image receiving surface of the image device are detected in advance so that the rotational positional relationship is such that moire does not occur. After the adjustment, the surface inspection of the test object is performed. For this reason, the inspection can be performed without generating moire.
[0022]
In the third surface inspection method according to the present invention, a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed is irradiated with inspection illumination light, and reflected light, diffracted light, or scattering from the test object. The light is collected by a condensing optical system, and the reflected light, diffracted light, or scattered light collected in this way is irradiated onto the image receiving surface of an image device configured with a large number of pixels arranged in a matrix. The image of the test object is detected by the image device, and the presence or absence of a defect on the surface of the test object is inspected from the image of the test object detected by the image device. At this time, the direction of the pattern in the image of the test object formed on the image receiving surface is determined by the direction of the pixel on the image receiving surface based on the data on the pattern direction on the test object and the pixel arrangement direction on the image receiving surface of the image device. Set the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface so that no moire occurs in the arrangement direction. Inspect for surface defects. For this reason, the inspection can be performed without generating moire.
[0023]
A fourth surface inspection apparatus according to the present invention includes an illumination optical system that irradiates a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed, illumination light for inspection, reflected light from the test object, and diffraction A condensing optical system that condenses light or scattered light and an image receiving surface configured by arranging a large number of pixels in a matrix, and reflected light, diffracted light, or scattering condensed by the condensing optical system An image device that receives light on an image receiving surface and detects an image of the test object, and inspects the presence or absence of a defect on the surface of the test object from the image of the test object detected by the image device. This apparatus is configured such that the pattern direction in the image of the test object formed on the image receiving surface is the pixel on the image receiving surface based on the data regarding the pattern direction on the test object and the arrangement direction of the pixels on the image receiving surface of the image device. The rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface is fixedly set so that the moire does not occur with respect to the arrangement direction of Yes.
[0024]
By using the surface inspection apparatus having such a configuration, when the direction of the pattern on the object to be inspected is always constant, the direction of the pattern and the arrangement direction of the pixels on the image receiving surface of the image device are detected in advance, and the moire pattern is detected. The object to be examined and the image device are fixedly held at a position where the rotational positional relationship is such that the occurrence of the occurrence of the surface, and the surface inspection of the object to be examined is performed in this state. For this reason, this apparatus can also be inspected without generating moire.
[0025]
In the fourth surface inspection method according to the present invention, a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed is irradiated with inspection illumination light, and reflected light, diffracted light, or scattering from the test object. The light is collected by a condensing optical system, and the reflected light, diffracted light, or scattered light collected in this way is irradiated onto the image receiving surface of an image device configured with a large number of pixels arranged in a matrix. The image of the test object is detected by the image device, and the presence or absence of a defect on the surface of the test object is inspected from the image of the test object detected by the image device. At this time, based on the data regarding the pattern direction on the test object and the pixel arrangement direction on the image receiving surface of the image device, the pattern direction on the image of the test object formed on the image receiving surface is the pixel direction on the image receiving surface. Obtain the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface so that no moire occurs in the arrangement direction. In order to inspect for the presence or absence of defects on the surface of the test object in a state where the rotational positional relationship in the image plane between the test object and the image of the test object formed on the image receiving surface is fixed in such a direction that moire does not occur Inspection is possible without generating moire.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a surface inspection apparatus according to the present invention, and a surface defect of a semiconductor wafer 1 is inspected by this apparatus. This apparatus has a holder 5 for mounting and holding the wafer 1. The wafer 1 transported by a transport device (not shown) is placed on the holder 5 and fixed and held by vacuum suction. The holder 5 can rotate around the axis Ax1 perpendicular to the surface of the wafer 1 fixed and held in this way (rotation within the surface of the wafer), and can tilt around the axis Ax2 passing through the surface of the wafer 1 ( (Tilting) is possible.
[0027]
The surface inspection apparatus further includes an illumination optical system 10 that irradiates the surface of the wafer 1 fixedly held by the holder 5 with illumination light for inspection, and reflected light from the wafer 1 when irradiated with the illumination light for inspection. A condensing optical system 20 that condenses diffracted light and the like, and a CCD camera 30 that receives light collected by the condensing optical system 20 and detects an image of the surface of the wafer 1 are included.
[0028]
The illumination optical system 10 performs wavelength selection by transmitting a discharge light source 11 such as a metal halide lamp, a collector lens 12 for condensing the illumination light beam from the discharge light source 11, and transmitting the illumination light beam collected by the collector lens 12. A wavelength selection filter 13 and a neutral density filter 14 for dimming are provided. Furthermore, an input lens 15 that focuses the illumination light beam that has passed through the

filters

13 and 14 is provided, and the illumination light focused by the input lens 15 is introduced into the proximal end 16 a of the fiber 16.
[0029]
Here, the wavelength selection filter 13 is, for example, an interference filter that transmits only light of a specific wavelength such as g-line (wavelength 436 nm) or i-line (wavelength 365 nm), or a band-pass filter that transmits light of a specific wavelength band. Or a disc having a switching drive mechanism 13a (turret) so that a sharp cut filter that transmits only light having a wavelength longer than a predetermined wavelength can be selected and used as necessary. ) 13b can be used for switching. The neutral density filter 14 is composed of a disk-shaped filter in which the amount of transmitted light sequentially changes according to the rotation angle, and is configured to be able to control the amount of transmitted light by being rotationally controlled by the rotation drive mechanism 14a.
[0030]
The illumination optical system 10 further includes an illumination system concave mirror 17 that receives a divergent light beam emitted from the tip 16b of the fiber 16, and the tip 16b of the fiber 16 is located at a position substantially away from the illumination system concave mirror 17 by its focal length. Is arranged. For this reason, the illumination light introduced into the proximal end 16 a of the fiber 16 and radiated and irradiated from the distal end 16 b of the fiber 16 to the illumination system concave mirror 17 is converted into a parallel light beam by the illumination system concave mirror 17 and held in the holder 5. Irradiate the surface. At this time, the illumination light beam irradiated on the surface of the wafer 1 is irradiated with an angle θi with respect to an axis Ax1 (vertical axis) perpendicular to the surface of the wafer 1, and the light from the wafer 1 has an angle θr. Are emitted. The relationship between the incident angle θi and the outgoing angle θr can be adjusted by tilting the holder 5 about the axis Ax2. Note that the angle θi of the irradiation light and the angle θr of the emitted light differ depending on whether reflected light, diffracted light, or scattered light is used as the emitted light. Here, the nth order (where n is A case where surface inspection is performed using (integer) diffracted light will be described.
[0031]
Light emitted from the surface of the wafer 1 is condensed by the condensing optical system 20. The condensing optical system 20 is disposed at a condensing position of the condensing concave mirror 21 disposed opposite to the direction having an angle θr with respect to the vertical axis Ax1 and the condensing concave mirror 21. The aperture 22 is composed of an imaging lens 23 disposed on the rear side of the aperture 22. A CCD camera 30 is disposed on the rear side of the imaging lens 23, and the lens 23 converts the emitted light (n-order diffracted light) condensed by the condensing concave mirror 21 and narrowed by the diaphragm 22. An image of the surface of the formed wafer 1 is formed on a CCD image pickup device (image device) 31 of the CCD camera 30.
[0032]
In the CCD image pickup device 31, an image of the wafer surface formed on the image receiving surface is photoelectrically converted to generate an image signal, which is sent to the image processing device 35. As will be described later, the image processing device 35 has a device configuration including a moire detector and the like. In the image processing device 35, the surface of the wafer 1 is inspected for defects (film thickness unevenness, pattern shape abnormality, flaws, etc.) from the image signal. The CCD camera 30 can be rotated about an axis extending perpendicularly to the image receiving surface of the CCD image pickup device 31, that is, the image receiving surface of the CCD image pickup device 31 can be rotated while being located in the surface. A rotation drive device 32 for performing this rotation is provided.
[0033]
In this inspection apparatus, the switching operation control of the wavelength selection filter 13 by the switching drive mechanism 13a, the rotation control of the neutral density filter 14 by the rotation drive mechanism 14a, the rotation control of the holder 5 around the vertical axis Ax1, the tilt center axis Ax2 Is provided with a control device (which is configured as an apparatus integrated with the image processing device 35) for controlling the tilt of the holder 5 around the center and the rotation control of the CCD camera 30 by the rotation driving device 32.
[0034]
Here, circuit patterns are periodically and repeatedly formed on the surface of the wafer 1 which is the object to be inspected, and lines constituting these circuit patterns are periodically and repeatedly arranged on the surface of the wafer 1. Has been. For this reason, when the wavelength of the illumination light is λ with respect to the repetition pitch p of the lines constituting the circuit pattern thus arranged, the holder 5 is tilted so that the tilt angle T of the surface of the wafer 1 is increased. If the following equation (1) is set, the n-th order diffracted light emitted from the wafer 1 is condensed on the CCD camera 30 via the condensing optical system 20. In this way, the presence or absence of surface defects can be inspected from the image of the surface of the wafer 1 obtained by the CCD image pickup device 31 from the nth-order diffracted light.
[0035]
[Expression 1]
sin (θi−T) −sin (θr + T) = n · λ / p (1)
[0036]
As can be seen from the above-described configuration, in this surface inspection apparatus, the image of the surface of the wafer 1 is obtained in the condensing optical system 20 in order to obtain the image signal by collectively capturing the image of the wafer 1 in the CCD image pickup device 31. The image is reduced and projected onto the image receiving surface of the CCD image sensor 31. Since the size of the light receiving element (pixel) of the CCD image pickup device 31 is about 7 μm to about 13 μm, the size of the light receiving element (pixel) on the surface of the wafer 1 in consideration of the reduction ratio in the condensing optical system. This corresponds to about several hundred μm. That is, the inspection image obtained by the CCD image pickup device 31 on the wafer 1 is composed of pixels having a size of about several hundred μm when converted on the wafer 1. In this case, if there is a repetitive pattern of the size of this pixel (or an integer multiple of this pixel) on the wafer 1, the amount of light taken into the pixel changes due to the overlap between the edge of the pattern and the pixel, In an optical image (the amount of light of an image), a light / dark pattern having a period that does not originally exist, that is, moire fringes are generated.
[0037]
This phenomenon is schematically shown in FIG. 2, and when an image having a repetitive pattern period PI is formed on the CCD image sensor 31 having an arrangement period (pitch) of Pc, moire due to the overlap of the image and the pixel is formed. The fringes are repeated at a repetition period PM as shown by the following equation (2). However, m in the formula (2) is an integer closest to (PI / Pc), that is, an integer satisfying the following formula (3).
[0038]
[Expression 2]
PM = (PI · Pc) / (| PI−m · Pc |) (2)
(m-1/2) <(PI / Pc) <(m + 1/2) (3)
[0039]
FIG. 2 shows a case where m = 6 and the image repetition pattern period PI is 5.9 times the pixel arrangement period Pc. At this time, the period PM of the moire fringes is obtained from the above formula (2) and is 59 times the pixel arrangement period Pc. FIG. 3 is a diagram for explaining this. Here, the horizontal axis indicates the number of pixels (pixel position) in the CCD image sensor 31, and the vertical axis indicates the amount of light received by each pixel. From this figure, it can be clearly seen that moire fringes are generated with a period PM.
[0040]
The moire fringes have the same contrast as the light and dark pattern of the original optical image, and as can be seen from the above-described moiré fringe equation (2), moiré fringes that change at a period longer than the repetition period of the optical image are generated. For this reason, it is impossible to discriminate between a signal from the original image and moire fringes, and it is impossible to remove moire fringes by electrical processing such as a low-frequency transmission filter or image processing after conversion to an image signal. is there.
[0041]
For this reason, in the surface inspection apparatus of the present invention, the CCD camera 30 is rotated by the rotation driving device 32 so that the image receiving surface is rotated relative to the image on the image receiving surface of the CCD image pickup device 31 within the surface. I have to. As a result, as shown in FIG. 4, the pixel arrangement direction and the image pattern repetition direction are shifted. FIG. 4 shows a case of relative rotation by an angle φ. With this relative rotation, the repetition period in the pixel arrangement direction becomes a period (1 / cos φ) times as long as the image pattern repetition direction. The fringe period changes. If the period of the moiré fringes is made larger than the image area of the CCD image pickup device 31 (or the screen area showing the inspection image) in this way, the moiré fringes become substantially inconspicuous. Therefore, the relative rotation angle φ of the CCD camera 30 described above. Is set so as to satisfy the following equation (4). In Expression (4), M represents the number of pixels (in the pixel arrangement direction) that constitute the image area.
[0042]
[Equation 3]

[0043]
For example, in the example shown in FIG. 4, when the number M of pixels constituting the image area is 640, the moiré fringes become inconspicuous on the screen by rotating the relative rotation angle φ in the range of 9.98 ° to 10.95 °. The image signal when the CCD camera 30 is thus rotated by 10 ° is shown in FIG. 5, and the moire fringes are not noticeable as can be seen from this figure. As the relative rotation angle φ is further increased, the number of pixels included in the repetition period of the image formed on the image receiving surface of the CCD image pickup device 31 (the number of pixels represented by the integer m) increases. A region where no new moire fringes appear. In this example, the range of the relative rotation angle φ when m = 7 is 32.41 ° to 32.70 °. Further, the rotation angle can be increased to set a larger value of m.
[0044]
Since the image obtained by rotating the CCD image sensor 31 as described above is rotated as described above, the image processing device 35 performs image processing for defect detection such as comparative inspection and feature extraction, or an effective inspection area. Is set, correction corresponding to this rotation is required. For this reason, it is desirable to monitor the rotation angle of the CCD camera 30 and correct the image rotation in accordance with the rotation angle to perform image processing.
[0045]
As described above, it is relatively easy to determine whether or not moire fringes have occurred, and the rotation of the CCD camera 30 may be manually controlled so that the moire fringes are not visible. However, this imposes a heavy burden on the person who performs the inspection, automatically detects the occurrence of moiré fringes, and automatically sets the rotation angle φ so as to make the moiré fringes invisible to control the operation of the rotation drive device 32. Is preferred. However, since the generation of moire fringes changes greatly due to the influence of the scaling error and arrangement error of the wafer 1 that is the test object, it is often difficult to determine the relative rotation angle φ at which no moire fringes are generated. .
[0046]
Here, the pattern formed on the wafer 1 is formed by repeatedly exposing a pattern on the reticle with an exposure machine such as a stepper or a scanner, and this repetition period (shot period) is the largest period. In an image obtained by the CCD image sensor 31, a pattern having a period longer than the shot period may be considered to be a moire fringe or a surface defect. Therefore, the image processing device 35 decomposes the image signal into frequency components, and determines that moire has occurred when there is a component having a repetition period larger than the shot period. That is, the period of the repetitive pattern in the image actually obtained in the CCD image element 31 and the shot period on the surface of the wafer 1 are calculated in consideration of the reduction projection rate in the condensing system 20. The repetition period on the image receiving surface is compared, and when the actual repetition pattern period is greater than the calculated shot pattern repetition period, it is determined that moire has occurred. As can be seen from this, the configuration of the moire detector is provided in the image processing device 35.
[0047]
When the occurrence of moiré is determined in this way, a drive signal is sent to the rotation drive device 32, and the CCD camera 30 is rotated so that the moiré component of the image disappears. Then, the image processing device 35 corrects the amount of rotation of the image according to the amount of rotation, and inspects the surface defect of the wafer 1. As described above, in the surface inspection apparatus of this example, since the moire fringes are erased only by the rotation of the CCD camera 30, the resolution of the image signal is not lowered at all, and a highly sensitive defect inspection can be performed.
[0048]
The determination of moiré can also be made as follows. As described above, the moiré fringes change greatly according to the rotation of the CCD camera 30, but the surface defect is only a change in position according to the rotation, so the change in the image is detected while rotating the CCD camera 30, and the image change A certain pattern is determined to be moire fringes. If the surface inspection is performed using the image signal at the rotation position at which the changing pattern cannot be seen, the defect inspection can be performed without being affected by the moire fringes.
[0049]
In the above example, the illumination concave mirror 17 and the condensing concave mirror 21 are used, but instead of these, a refractive optical element such as a lens may be used. In the above example, the n-th order diffracted light from the wafer surface is collected and the surface inspection is performed. However, the same applies to the case where the reflected light from the wafer surface is collected and the surface inspection is performed. The present invention can be applied. Also, when illuminating the wafer surface with a large incident angle of about 80 ° to 89 ° and receiving scattered light from the surface in a dark field, it is possible to inspect foreign matter and scratches attached to the wafer surface. Applicable. Furthermore, in the above example, a wafer is taken as an example of the test object, but the present invention can be applied to all surface inspections of a test object having a pattern that is repeated periodically.
[0050]
In the above example, the CCD camera 30, that is, the image device is rotated. However, if the image receiving surface and the image formed on the image receiving surface are rotated relative to each other, moire fringes can be erased, so the CCD camera is fixed. The wafer may be rotated as it is. However, in this case, since the direction in which the diffracted light is diffracted changes according to the rotation of the wafer, the pattern period and shape that can be inspected are limited, and the tilt angle of the holder also changes according to the rotation of the wafer. There is a problem that needs to be made.
[0051]
In the above example, the presence or absence of moire is detected from an image photographed by the CCD camera 30 without particularly defining the rotational positional relationship between the position of the wafer 1 fixed to the holder 5 and the CCD camera 30, and moire is generated. Sometimes, for example, a CCD camera is rotated to eliminate moire. However, in general, the direction of the lines constituting the circuit pattern on the surface of the wafer 1 is often determined, and the arrangement direction of the pixels of the CCD camera is known in advance with respect to this direction. In such a case, if the pixel array direction of the CCD camera is set in advance so as not to cause or hardly cause moire, the occurrence of moire can be prevented in advance. can do.
[0052]
As described above, as a method of setting the rotational position of the CCD camera in a direction in which moire does not occur, the CCD camera 30 is set in this direction in advance by the rotation driving device 32 in the configuration shown in FIG. There is a method for inspecting the surface of the wafer 1. However, when the same wafer or a wafer in which the line direction of the circuit pattern is always inspected is continuously inspected, the rotational position of the CCD camera 30 is not moire as described above without using the rotation drive device 32. You may make it fix-hold in the direction which does not generate | occur | produce. In this case, a rotation driving device is unnecessary, and a jig or the like for positioning and holding the rotational position of the CCD camera in a predetermined direction is used. In this case, when inspecting a wafer having different line directions of different types of circuit patterns, the jig for positioning and holding in this way is replaced, and the rotational position of the CCD camera is adjusted with respect to such a wafer. Change the direction so that moire does not occur.
[0053]
Next, a second embodiment of the surface inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. This surface inspection apparatus is different from the surface inspection apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that a zoom lens system 25 is disposed in a condensing optical system 20 ′, and a CCD camera 30 is fixedly disposed. The only difference is the configuration of the surface inspection apparatus according to the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
[0054]
This surface inspection apparatus has an illumination optical system 10 that irradiates the surface of the wafer 1 fixedly held by a holder 5 with inspection illumination light. The illumination optical system 10 has the same configuration as that shown in FIG. A condensing optical system 20 ′ that condenses diffracted light from the wafer 1 has a condensing concave mirror 21, a diaphragm 22, and an imaging lens 23 having the same configuration as in FIG. A zoom lens system 25 is arranged on the side. A CCD camera 30 is disposed on the rear side of the zoom lens system 25, and is collected by the lens 23 from the emitted light (n-order diffracted light) condensed by the condensing concave mirror 21 and constricted by the diaphragm 22. The formed image of the surface of the wafer 1 is enlarged or reduced by the zoom lens system 25 and formed on the CCD image pickup device (image device) 31 of the CCD camera 30.
[0055]
When the surface inspection of the wafer 1 is performed using the diffracted light from the surface of the wafer 1 using the surface inspection apparatus having such a configuration, moire fringes are formed on the image of the surface of the wafer 1 obtained by the CCD image pickup device 31. When this occurs, the zoom lens system 25 controls image enlargement or reduction. As described above, the moire fringes are caused by the overlap of the end of the repetitive pattern in the image of the surface of the wafer 1 formed on the CCD image pickup device 31 and the pixels of the CCD image pickup device 31. If the image of the surface of the wafer 1 formed on the CCD image sensor 31 is enlarged or reduced, the overlapping position can be variably adjusted to suppress the occurrence of moire fringes. The surface inspection apparatus of the present embodiment uses this principle, and when moire fringes are generated, the zoom lens system 25 enlarges or reduces the surface image of the wafer 1 to suppress the moire fringes.
[0056]
In the surface inspection apparatus according to the present embodiment, the zoom lens system 25 enlarges or reduces the image so as to eliminate the moire fringes and perform an accurate surface inspection. In this case, the first embodiment described above is performed. Since the CCD camera 30 does not need to be rotated as in the embodiment, there is an advantage that image processing for correcting the rotation of the image is unnecessary. Note that whether or not moire fringes have occurred is determined in the same manner as in the first embodiment described above.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has a rotational position adjustment device capable of variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface. Since the surface inspection apparatus is configured, the pattern repetition period in the image of the test object and the pixel arrangement period in the image device are close to each other, and moire occurs in the image of the test object detected by the image device. Sometimes, the rotational position adjustment device can eliminate the moire by variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface. The inspection can be performed accurately.
[0058]
It is preferable that the rotational position adjusting device is configured to rotate the image device about an axis extending perpendicularly to the image receiving surface. If it does in this way, a rotation position adjustment device can be made into a very simple composition. Although it is possible to rotate the object to be inspected by the rotation position adjusting device, this configuration has a problem that the diffracting direction of the diffracted light changes, but when rotating the image device Such a problem does not occur.
[0059]
In such a configuration, a moiré detector that detects the occurrence of moiré from the image of the object to be detected detected by the image device is provided, and when the occurrence of moiré is detected by the moiré detector, the rotational position is adjusted by the rotational position adjusting device. It is preferable that the moire is eliminated by adjusting the relationship. As a result, it is possible to more reliably detect the occurrence of moiré, and it is possible to obtain a device that always performs accurate surface inspection by automatically erasing the moiré.
[0060]
As such a moire detector, the pattern repetition period in the image of the test object detected by the image device and the pattern repetition period obtained on the assumption that the image of the surface of the test object is formed on the image device. Moiré occurs when the pattern repetition period in the image of the test object detected by the image device is greater than the pattern repetition period obtained on the assumption that the image of the surface of the test object was formed on the image device It can be configured to determine that it is. Also, when the image of the test object changes relative to the image receiving surface of the image device by the rotation position adjusting device relative to the image receiving surface in the image plane, moire occurs when the image of the test object changes. You may comprise so that it may determine with having generate | occur | produced. Any moiré detector can accurately and automatically detect the occurrence of moiré.
[0061]
In the surface inspection method according to the present invention, the reflected light, diffracted light or scattered light obtained by irradiating the object to be inspected with illumination light for inspection is condensed by a condensing optical system and irradiated on the image receiving surface of the image device. In a method of detecting an image of a test object with an image device and inspecting the surface of the test object for defects, when the detected image of the test object has moiré, the image receiving surface of the image device and the received image Since the moire is erased by variably adjusting the rotational positional relationship in the image plane with the image of the test object formed on the surface, the surface of the test object is inspected for defects. The surface of the object to be inspected can be accurately inspected without being affected by the above.
[0062]
The second surface inspection apparatus according to the present invention has a zoom optical apparatus capable of variably adjusting the size of the image of the object formed on the image receiving surface of the image device in the condensing optical system. When moiré occurs in the image of the test object, the zoom optical device variably adjusts the size of the image of the test object formed on the image receiving surface of the image device, and the pattern repetition period and the pixel arrangement Moire can be eliminated by making the period coincide, and the surface of the object to be inspected can be accurately inspected without being affected by moire.
[0063]
A moiré detector is provided to detect the occurrence of moiré from the image of the object detected by the image device. When the moiré is detected by the moiré detector, it is formed on the image receiving surface of the image device by the zoom optical device. It is preferable that the size of the image of the object to be inspected is variably adjusted. As a result, it is possible to more reliably detect the occurrence of moiré, and it is possible to obtain a device that always performs accurate surface inspection by automatically erasing the moiré.
[0064]
The second surface inspection method according to the present invention is formed on the image receiving surface of the image device by the zoom optical device constituting the condensing optical system when moire occurs in the image of the object to be detected detected by the image device. Since it is configured to inspect for the presence or absence of defects on the surface of the test object after variably adjusting the size of the image of the test object and erasing moire, this method is also not affected by moire. The surface of the test object can be accurately inspected.
[0065]
A third surface inspection apparatus according to the present invention includes a rotational position adjusting device capable of variably adjusting a rotational positional relationship in an image plane between an image receiving surface of an image device and an image of a test object formed on the image receiving surface. The direction of the pattern in the object to be detected and the arrangement direction of pixels on the image receiving surface of the image device are detected in advance, and the direction of the pattern in the image of the object to be detected formed on the image receiving surface is relative to the direction of pixel arrangement on the image receiving surface. Thus, the rotational position relationship is set by the rotational position adjusting device so that the moire does not occur, so that inspection can be performed without generating moire.
[0066]
Similarly, in the third surface inspection method according to the present invention, the direction of the pattern on the test object and the arrangement direction of the pixels on the image receiving surface of the image device are detected in advance, and the image of the test object formed on the image receiving surface is detected. Rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface so that the pattern direction is the direction in which moire does not occur relative to the pixel arrangement direction on the image receiving surface Since the presence or absence of defects on the surface of the object to be inspected is inspected, the inspection can be performed without generating moire.
[0067]
The fourth surface inspection apparatus according to the present invention does not use the rotational position adjustment apparatus as described above, but detects in advance the pattern direction on the object to be inspected and the pixel arrangement direction on the image receiving surface of the image device. The rotational positional relationship is set so that the direction of the pattern in the image of the object to be formed formed in the image is the direction in which moire does not occur with respect to the pixel arrangement direction on the image receiving surface, and is fixedly held by a jig or the like Therefore, inspection can be performed without generating moire.
[0068]
Similarly, in the fourth surface inspection method according to the present invention, the direction of the pattern on the test object and the arrangement direction of the pixels on the image receiving surface of the image device are detected in advance, and the image of the test object formed on the image receiving surface is detected. Rotational positional relationship in the image plane between the image receiving surface of the image device and the image of the test object formed on the image receiving surface so that the pattern direction is the direction in which moire does not occur relative to the pixel arrangement direction on the image receiving surface Is fixed and held by a jig or the like, and the presence or absence of defects on the surface of the object to be inspected is inspected, so that inspection can be performed without generating moire.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a surface inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the generation of moire fringes in an image obtained by a CCD image sensor.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a pixel position and an intensity signal in order to explain moire fringes generated in an image obtained by a CCD image sensor.
FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of rotating a CCD image sensor to suppress moire fringes.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a pixel position and an intensity signal in an image obtained by rotating a CCD image sensor.
FIG. 6 is a schematic view showing a configuration of a surface inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Wafer
5 Holder
10 Illumination optics
16 fiber
17 Illumination concave mirror
20 Condensing optical system
21 Condensing concave mirror
23 Imaging lens
25 Zoom lens system
30 CCD camera
31 CCD image sensor
32 Rotation drive
35 Image processing device

Claims

An illumination optical system for irradiating a test object having a surface on which a periodically repeated pattern is formed with illumination light for inspection;
A condensing optical system for condensing the reflected light, diffracted light or scattered light from the test object;
The test object has an image receiving surface configured by arranging a large number of pixels in a matrix, and receives the reflected light, diffracted light, or scattered light collected by the light collecting optical system on the image receiving surface. An image device for detecting the image of
A rotation position adjustment unit configured to variably adjust the rotation position relationship in the image plane between the image receiving surface and the image of the test object ;
In the surface inspection apparatus for inspecting the presence or absence of defects on the surface of the test object from the image of the test object detected by the image device,
Pc is the pixel array period of the image receiving surface of the image device, PI is the repetitive pattern period of the image of the test object , M is the number of pixels constituting the pixel area of the image receiving surface, and m is (PI / Pc) The relative rotation angle φ in the arrangement direction of the pixels of the image receiving surface of the image device with respect to the repetition direction of the image pattern is represented by the following equation:

A surface inspection apparatus in which a rotational position relationship in the image plane between the image receiving surface and the image of the object to be inspected is set by the rotational position adjustment unit so as to satisfy the above condition.

The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein the rotation position adjustment unit is configured to rotate the image device about an axis extending perpendicularly to the image receiving surface.

The surface inspection apparatus according to claim 1, further comprising: a test object rotating mechanism that rotates the test object in order to relatively rotate the image receiving surface and an image formed on the image receiving surface.

The surface inspection apparatus according to claim 1, wherein a relative position between the image receiving surface and the image of the object to be inspected is adjusted in advance prior to surface inspection of the object to be inspected. .