JP5655045B2

JP5655045B2 - 光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法

Info

Publication number: JP5655045B2
Application number: JP2012199593A
Authority: JP
Inventors: 滋芹川; 聖岳堀江; 優谷中; ビンアブドルラーシッドファリズ
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP2014055799A; US20140071442A1

Description

本発明は、光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法に係わり、特に、欠陥種類の変化及び細分化に対応に好適な光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法に関する。

磁気ディスクやＩＣウエハ等の被検査体の表面の微細欠陥を検査する光学式表面欠陥検査装置は全数全面検査に対応できる高速の検査と同時に高感度検査（幅数十nm、深さ数nm程度の微細欠陥検出)が要求される。

この種の従来技術としては、特許文献１等がある。特許文献１の方法では、図１２に示すように、横軸に欠陥種を、縦軸に検出光学系の出力結果の表から該当する欠陥を見つける。或いは、図１３に示すような複雑な判断フローによって欠陥種を判断している。

特開２０１２−０４２３７５号公報

しかしながら、昨今、分類したい新たな欠陥或いはもっと細分化して検査を行いたい要求がある。

特許文献１等の方式では、被検査体の表面の微細欠陥を検査する際に、各々欠陥を種類別に弁別する所定のアルゴリズムに基づいて、その閾値を設定して検査してした。特許文献１の方法は、全数全面検査に対応でき、高速に高感度に検査することに優れているが、検査方式に自由度がなく、類したい新たな欠陥或いはもっと細分化して検査を行いたいという要求に対応できない。

従って、本発明は、分類したい新たな欠陥或いはもっと細分化して検査を行うことがでる光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも下記に示す特徴を有する。
本発明は、被検査体に検査光を照射する照射手段と、該被検査体の表面からの散乱光を
検出する複数の検出光学系と、複数の該検出光学系の各受光器からの出力を処理し、該処
理結果に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する処理部と、該処理部で処理された
データを記憶する記憶部を有する光学式表面欠陥検査装置であって、
前記記憶部は、マトリックスの一方の軸に前記欠陥の特徴を表す複数の特徴項目を、他
方の軸に該特徴項目に対する複数の前記検出光学系の検出値レベルの範囲を含む光学系項
目が設けられた、前記マトリックスの複数の位置に前記欠陥を定義する情報を有し、予め
前記欠陥の種類毎に作成された参照マトリックスレシピを記憶し、
前記処理部は、複数の前記検出光学系の出力に基づいて、前記参照マトリックスレシピ
に対応するワークマトリックスレシピを作成し、該ワークマトリックスレシピと前記参照
マトリックスレシピと比較することにより、前記欠陥の種類を判定することを特徴とする。

また、本発明は、被検査体に検査光を照射し、該被検査体の表面からの散乱光を複数の
受光器に結像し、該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する光
学式表面欠陥検査方法であって、
マトリックスの一方の軸に前記欠陥の特徴を表す複数の特徴項目を、他方の軸に該特徴
項目に対する複数の前記検出光学系の検出値レベルの範囲を含む光学系項目を設け、前記
マトリックスの複数の位置に前記欠陥を定義する情報を有する参照マトリックスレシピを
前記欠陥の種類毎に予め作成し記憶し、
複数の前記検出器の出力に基づいて、前記参照マトリックスレシピに対応するワークマ
トリックスレシピを作成し、該ワークマトリックスレシピと前記参照マトリックスレシピ
と比較することにより、前記欠陥の種類を判定することを特徴とする。

本発明によれば、分類したい新たな欠陥或いはもっと細分化して検査を行うことがでる光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法を提供できる。

光学式表面欠陥検査装置の一実施形態を示す図である。本検査光学系の概略構成を示す図である。本検査光学系のうち微小欠陥を検査する第１の検査光学系の構成を示す図である。本検査光学系のうちシャロウ欠陥を検出するする第２の検査光学系の構成を示す図である。マトリックスレシピの作成手順を示す図である。パーティクル(異物)に関するマトリックスレシピを示す図である。気泡に関するマトリックスレシピを示す図である。第２欠陥に関するマトリックスレシピを示す図である。マトリリックスレシピを用いた欠陥種の判別方法を示す図である。図６に示すパーティクル(異物)の参照マトリックスレシピによって、パーティクル(異物)と判断された欠陥のワークマトリックスレシピの例を示す図である。１箇所又は複数箇所における測定点のデータによるワークマトリックスレシピによる欠陥種の判別方法を示す図である。従来の欠陥種判別方法を示す図である。従来の他の欠陥種判別方法を示す図である。

図１は、磁気ディスクなどの光学式表面欠陥検査装置(以下、単に検査装置という)５０の一実施形態を示す図である。検査装置は磁気ディスク、ハードディスク等のワーク（被検査体）２の表面に検査光を照射し反射光を得る検査光学系１と、検査光学系を装置に支持するフレーム９と、ハードディスクの全面を検査できるようにハードディスクを走査する走査部１０と、検査光学系の出力を処理し、照射光を制御する前処理照射制御部４と、及び走査部１０の制御や前処理部の出力を入力しデータを処理する処理部１２を具備するデータ処理装置１１とを有する。

以下、検査光学系１、前処理照射制御部４、データ処理装置１１及び走査部１０の本実施形態の構成とこれら構成による検査方法を、図を用いて順に説明する。

まず、本発明の実施形態の特徴のである検査光学系１の構成について図２乃至図４を用いて説明する。図２は、検査光学系１の概略構成を示す図である。検査光学系１は、２０ｎｍ程度の大きさ、幅を有する微小欠陥を検査する第１の検査光学系６００と、シャロウ欠陥(スクラッチ欠陥の中でも深さが浅い欠陥)を検出する第２の検査光学系７００の２つの検査光学系を備える。図３は、第１の検査光学系６００の構成をより詳細に示した図である。図４は、第２の検査光学系７００の構成をより詳細に示した図である。なお、図２において、黒塗り、白抜きの矢印は、それぞれ照明光学系と、その照射光の反射光を受光する検出光学系の関係を示す。

図３に示す第１の検査光学系６００は、微小欠陥を検出するために微小サイズ径(数十ナノメートル以上)の検出光をワーク２に照射する第１の照明光学系６１０と、ワーク２上の異物からの散乱光を検出する第１の正反射光検出光学系６２０と、側方に散乱する散乱光検出する暗視野検出光学系６３０と、ワーク２の垂直軸側に散乱する散乱光を検出する明視野検出光学系６４０とを備える。

第１の照射光学系６１０は、レーザ光源６１１、レーザ光源６１１から発射されたレーザ光を拡大するビーム拡大レンズ６１２、ビーム拡大レンズ６１２で拡大されたレーザを平行光にするコリメートレンズ６１３、径が拡大された平行なレーザ光をワーク２の表面に収束させる収束レンズ６１４を備えている。

第１の正反射光検出光学系６２０は、照明光学系６１０により収束されたレーザ光が照射されたワーク２からの正反射光の光軸に沿って配置され、集光レンズ６２１、ビームスプリッタ６２５、結像レンズ６２３、スリット６２２及び第１の検出器６２４を備える。集光レンズ６２１は、ワーク２からの正反射光や散乱光を含む反射光を集光する。ビームスプリッタ６２５は、集光された反射光を、明視野検出光学系６４０に所定の割合で分配する。結像レンズ６２３は、集光レンズ６２１からの反射光を所定の倍率で結像させる。スリット６２２は、結像レンズで結像する反射光のうちワーク２から散乱光を遮光する。第１の検出器６２４は正反射光のみを検出し、分解能を上げるために２つの検出器６２４する。

第１の正反射光検出光学系６２０は、散乱や回折が生じにくい欠陥を検出する。例えば、第１の正反射光検出光学系６２０は、ピット欠陥にレーザ光を照射すると、欠陥による軸ズレ及びレンズ効果が生じ、正反射光の強度分布が変化するので、スリット６２２を通る光量変化を検出し、ピット欠陥を検出する。

暗視野検出光学系６３０は、レーザ光が照射されたワーク２からの側方への散乱光を集光する集光レンズ６３１と、集光レンズ６３１で集光された散乱光を検出する第２の検出器６３２とを備えている。
暗視野検出光学系６３０、ワーク２上の異物にレーザ光を照射すると、被検査体面から強い散乱光(回析光)と、異物から散乱光とが生じるので、この散乱光を捉えて付着異物を検出する。ディスクのような被検査体面から強い散乱光は、研磨跡により影響を受けランダムな回析光となる。異物からの散乱光がこの回析光の影響を受けにくく、且つ異物からの散乱強度が受け易いように、受光角度は低角度にしている。

明視野検出光学系６４０、反射光のうち主として散乱光を反射させるビームスプリッタ６２５と、ビームスプリッタで反射した散乱光を結像する結像レンズ６４１と、結像された散乱光を受光する第３の検出器６４２を備える。
明視野検出光学系６４０は、被検査体２上の傷又は汚れにレーザ光を照射すると、被検査体の正常面からの回折パターンと異なった指向性のある散乱回折パターンが生じるので、この散乱回析光を捉えてスクラッチなどの傷又は汚れを検出する。

一方、図４に示す第２の検査光学系７００は、第２の照明光学系７１０と、第２の正反射光検出光学系７２０と、第２の照明光学系７１０による反射光も検出する図２に暗視野検出光学系６３０とを備えている。第２の照明光学系７１０の基本的構成７１１乃至７１４は、第１の照明光学系６１１と乃至６１４と同じである。両者の異なる点は、第２の照明光学系７１０は、照射光のビーム径が第１の照明光学系より大きい点である。

第２の正反射光検出光学系７２０は、第２の照明光学系７１０により収束されたレーザ光が照射された被検査体２からの正反射光の光軸に沿って配置され、集光レンズ７２１、結像レンズ７２３、第４の検出器７２４を備える。集光レンズ７２１は、被検査体２からの正反射光や散乱光を含む反射光を集光する。結像レンズ７２３は、集光レンズ６２１からの反射光を所定の倍率で結像させる。
第２の正反射光検出光学系７２０は、第１の正反射光検出光学系６２０と同様、散乱や回折が生じにくい欠陥を検出する。第１の正反射光検出光学系６２０は、欠陥の大きさ(幅)に合致したレーザ光をバンプやディンプル等の欠陥に照射すると、欠陥からの正反射光の明暗パターンを検出し、当該欠陥を検出する。

次に、磁気ディスクのようなドーナツ状の被検査体２を螺旋走査して、被検査体表面を全面走査する機構と動作を説明する。ワークテーブル３は、図１に示すように、直線移動テーブル５とθ回転テーブル６とに支持されている。直線移動テーブル５はＲ方向に直線移動し、θ回転テーブル６はこの直線移動テーブル５の上に設けられている。θ回転テーブル６には回転角度を示す信号を発生するエンコーダ６ａが設けられ、直線移動テーブル５にはＲ方向の移動位置を示すエンコーダ５ａが設けられている。各エンコーダ５ａ，６ａの信号はデータ処理装置１１（インターフェース１４）に走査位置信号として送出される。なお、２ａは、被検査体２がワークテーブル３に載置されていることを検出するセンサである。３ａは、ドーナツ状にした被検査体２の中心がθ回転テーブル６の回転中心と一致するように被検査体２をセットするためのガイドピンである。８は、θ回転テーブル６を駆動するθ方向駆動回路であり、ワークテーブル３の回転方向と回転速度、停止位置等がこの駆動回路を介して制御される。７は、直線移動テーブル５をＲ方向に直線移動させるＲ方向駆動回路である。これら駆動回路は、データ処理装置１１からの制御信号に応じて制御される。

このような機構を記憶部１３に格納された定速度螺旋走査プログラム１３ｂよって、被検査体２を螺旋走査する。具体的には、被検査体２の中心がθ回転テーブル６の回転中心と一致するように被検査体２を載置し、検査光２１をドーナツの内側の縁にセットする。その後、ワークテーブル３をθ回転テーブル６で定速に回転させながら、直線移動テーブル５で被検査体２の径(Ｒ)方向、例えば図１において左右方向に移動させる。これによって、検査光２１を被検査体２の全面に亘って走査できる、即ち検査できる。
走査は螺旋に限らず矩形上に走査させてもよいし、検査光学系１側を走査させてもよい。

全面走査した場合の各測定点での散乱光の測定データは、前処理部４を経てデジタル値に変換されてデータ処理装置１１に転送されて、各エンコーダ５ａ，６ａで規定される各測定点(走査)位置とその点における測定値が、記憶部１３の測定結果記憶エリア１３ｃに記憶される。記憶部１３に格納された欠陥解析プログラム１３ａによって、位置が認識された各測定点のデータを解析し、スクラッチＳを始め異物などの検査を行うことができ、その結果を表示装置１５に表示することができる。なお、図１において１６はバスである。

以下、本願発明の特徴である欠陥検出方法を説明する。図５は、本願発明の特徴である欠陥検出方法のフローを示す。図６乃至図８は、図１に示した光学式表面欠陥検査装置における、後述する欠陥に対するマトリックスレシピの実施例を示す。

本実施形態では、各欠陥に対してマトリックスレシピを作成し、その後、それらのマトリックスレシピを用いて被検査体２を検査する。図５に、マトリックスレシピの作成手順を示す。まず、図６に示すように、縦軸に欠陥の特徴を表す特徴項目を、横軸に図２に示す各検出光学系の検出値レベルの範囲(最大値、最小値)などの光学系項目を有するマトリックス表を設定する(Ｓ１)。特徴項目としては、検出器の検出値、欠陥の半径方向の長さＲＬ、欠陥のアングルθ方向の長さＴＬ、それらの位置、半径方向とアングルθ方向の欠陥長さの比ＲＬ／ＴＬ、又は検出器間の検出レベル比等がある。光学系項目としては、図６に示す、第１、第２の正反射光検出光学系６２０、７２０における、凸形状の凸欠陥か、凹形状の凹欠陥かを示す形状項目がある。凸欠陥か凹欠陥かは、検出信号の形状を見て判断する。また、本実施例では、第１の正反射光検出光学系６２０は２つの検出器を有するが、１検査項目としているので、横軸は４つ検査光光学系に対して６の検査項目を備える。

次に、各欠陥に対して、図６のマトリックスに対して、シミュレーション又は模擬欠陥によって得られる複数のデータを整理し、マトリックスの複数の位置に各欠陥を定義する情報を得る(Ｓ２)。この各欠陥に対して得られるマトリック状の情報をマトリックスレシピと呼ぶ。本実施例におけるマトリックスレシピでは、各欠陥を定義するマトリックス位置の項目に対してレ点が記入されている。

図６に示すマトリックスレシピは、パーティクル(異物)に関するものである。本実施例におけるパーティクルは、３箇所のレ点で示す２つの検出光学に対する２つの特徴項目で定義される。即ち、明視野検出光学系６４０の検出値レベルＢが１ｍＶ以上であり、暗視野検出光学系６３０の検出値レベルＤが８５ｍＶ以上であり、そして両者の比Ｄ／Ｂが１以上、３３以下である。この条件に合えばパーティクルと判断する。

また、例えば、パーティクルが多発し、発生位置に特徴があれば、その位置を半径方向位置に記入する。このようにすることによって、被検査体２の製造過程における問題点を把握できる。さらに、例えば、暗視野検出光学系６３０の検出値レベルＤ又は両者のＤ／Ｂに応じて、大中小等の大きさレベルに分けた異なったマトリックスレシピを用意する。このように、目的に応じて、より細分化が容易にでき、製造過程の問題点も把握できる。

図７に示すマトリックスレシピは、泡(被検査体中の気泡)に関するものである。本実施例における泡の定義は、４箇所のレ点で示す４つの検出光学に対する４つの特徴項目で定義される。即ち、第１に明視野検出光学系６４０の検出値レベルＢが５００ｍＶ以下であり、第２に暗視野検出光学系６３０の検出値レベルＤが１ｍＶ以上で弱い散乱光信号を検出してある。そして、第３に、第２の正反射光検出光学系７２０の凸欠陥項目が１ｍＶ以下で殆ど検出しない。第４に、第２の正反射光検出光学７２０の凹形状項目及び第１の正反射光検出光学系６２０の凸欠陥項目、特に第１の正反射光検出光学系６２０の凸欠陥項目が１ｍＶ以上の有意な値を示している。この条件に合えば泡と判断する。

図８に示すマトリックスレシピは、第２欠陥(ユーザーが定義した欠陥名)に関するものである。本実施例における第２欠陥の定義は、３箇所のレ点で示す明視野検査光学系６４０による３つの特徴項目で定義される。即ち、明視野検出光学系以外６４０は、殆ど検出されない。明視野検出光学系６４０の検出値レベルＢが５００ｍＶ以下であり、半径方向とアングルθ方向に成分を有する対角長の長さＤＤが、５０ｍｍ以上であり、その対角長の長さＢＤの暗視野検出光学系で検出された対角長の長さＤＤに対する比ＢＤ／ＤＤが２２以上である。この条件に合えば第２欠陥と判断する。
以上説明したように、各欠陥に対して比較対象となる参照マトリックスレシピを予め用意する。

図９は、このようなマトリリックスレシピを用いた欠陥の判別方法を示す。

まず、被検査体２を移動しながら各点の測定データを得る(Ｓ５)。それらの測定データを処理し、参照マトリックスレシピに対応するワークマトリックスレシピを得る（Ｓ６）。図１０は、図６に示すパーティクル(異物)の参照マトリックスレシピによって、パーティクル(異物)と判断された欠陥のワークマトリックスレシピの例である。ワークマトリックスレシピは、本例では、参照マトリックスレシピの光学系項目である最大値、最小値項目がなく、当該欠陥から得られた数値が入る列のみが用意される。また、データとしては、マトリック状に記憶する必要がなく、有意なデータをマトリックスのアドレスと共にその情報を記憶してもよい。
なお、特徴項目において、データが存在しない或いは必要度の低い項目もあるので、全て特徴項目に対して処理する必要はない。

次に、得られたワークマトリックスレシピと参照マトリックスレシピとを比較して欠陥を判断し（Ｓ７）、当該ワークマトリックスレシピを表示装置１５に表示する（Ｓ８）。

また、ロッド単位で検査する場合には、欠陥に特徴が出てくる検査する特徴項目を削除し、絞ってもよい。

図９では、被検査体２の全ての点でデータを取得した後、ワークマトリックスレシピと参照マトリックスレシピとを比較して欠陥の判別を行った。図１１では、欠陥の中には、例えば、特徴項目が少なく１箇所又は複数箇所における測定点のデータが得られれば(Ｓ１５)、得られた測点のワークマトリックスレシピを得(Ｓ１６)、欠陥を取り敢えず一次判別を行う(Ｓ１７)。その後、図９に示Ｓ６に行き、欠陥の位置、及び長さなどの詳細データを加えて、一次判別した欠陥に対しては一次判別した結果を踏まえながら、その他の欠陥の対しては直接、詳細判別を行う。

また、図６で説明したように、多発する欠陥に対して更に細分化して検査することによって、検査効率を上げても良い。
さらに、図６に示すように最初から多く特徴項目のデータを得るのではなく、検査結果から特徴項目を加えて、得られたデータを再処理するなどして検査してもよい。特に欠陥された欠陥位置や長さなどの特徴項目を追加することにより、製造工程における欠陥原因等の追究し易く、その後の歩留まり向上に寄与できる。

このように、マトリックスレシピによる検査は、簡単に特徴項目を追加、又は削除或いは細分化することができ、自由度の高い検査を行うことができる。

１：検査光学系２：ワーク（被検査体）
３：ワークテーブル４：前処理部
１０：走査部１１：データ処理装置
１２：処理部１３：記憶部
１４：インターフェース１５：表示装置
５０：光学式表面欠陥検査装置６００：第１の検査光学系
６１０：第１の照明光学系６２０：第１の正反射光検出光学系
６３０：暗視野検出光学系６４０：明視野検出光学系
７００：第２の検査光学系７１０：第２の照明光学系
７２０：第２の正反射光検出光学系Ｂ：明視野検出光学系の検出値レベル
ＢＤ：明視野検出光学系で検出された対角長の長さ
Ｄ：暗視野検出光学系の検出値レベル
ＤＤ：暗視野検出光学系で検出された対角長の長さ
ＲＬ：欠陥の半径方向の長さＴＬ：欠陥のアングルθ方向の長さ

Claims

被検査体に検査光を照射する照射手段と、該被検査体の表面からの散乱光を検出する複
数の検出光学系と、複数の該検出光学系の各受光器からの出力を処理し、該処理結果に基
づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する処理部と、該処理部で処理されたデータを記
憶する記憶部を有する光学式表面欠陥検査装置であって、
前記記憶部は、マトリックスの一方の軸に前記欠陥の特徴を表す複数の特徴項目を、他
方の軸に該特徴項目に対する複数の前記検出光学系の検出値レベルの範囲を含む光学系項
目が設けられた、前記マトリックスの複数の位置に前記欠陥を定義する情報を有し、予め
前記欠陥の種類毎に作成された参照マトリックスレシピを記憶し、
前記処理部は、複数の前記検出光学系の出力に基づいて、前記参照マトリックスレシピ
に対応するワークマトリックスレシピを作成し、該ワークマトリックスレシピと前記参照
マトリックスレシピと比較することにより、前記欠陥の種類を判定することを特徴とする
光学式表面欠陥検査装置。
請求項１に記載の光学式表面欠陥検査装置において、
複数の前記検出光学系は、明視野検出光学系、暗視野検出光学及び正反射検出光学系を
有することを特徴とする光学式表面欠陥検査装置。
請求項１又は２に記載の光学式表面欠陥検査装置において、
前記照射手段は、照射サイズの異なる複数の照射手段を有することを特徴とする光学式
表面欠陥検査装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式表面欠陥検査装置において、
前記特徴項目は、さらに細分化、又は削除或いは追加できることを特徴とする光学式表
面欠陥検査装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の光学式表面欠陥検査装置において、
前記参照マトリックスレシピ、前記ワークマトリックスレシピ及び前記判定結果のうち
少なくとも一つを表示する表示装置を有することを特徴とする光学式表面欠陥検査装置。
被検査体に検査光を照射し、該被検査体の表面からの散乱光を複数の受光器に結像し、
該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する光学式表面欠陥検査
方法であって、
マトリックスの一方の軸に前記欠陥の特徴を表す複数の特徴項目を、他方の軸に該特徴
項目に対する複数の前記検出光学系の検出値レベルの範囲を含む光学系項目を設け、前記
マトリックスの複数の位置に前記欠陥を定義する情報を有する参照マトリックスレシピを
前記欠陥の種類毎に予め作成し記憶し、
複数の前記検出器の出力に基づいて、前記参照マトリックスレシピに対応するワークマ
トリックスレシピを作成し、該ワークマトリックスレシピと前記参照マトリックスレシピ
と比較することにより、前記欠陥の種類を判定することを特徴とする光学式表面欠陥検査
方法。
請求項６に記載の光学式表面欠陥検査方法において、
複数の前記検出光学系は、明視野検出光学系、暗視野検出光学及び正反射検出光学系を
有することを特徴とする光学式表面欠陥検査方法。
請求項６又は７に記載の光学式表面欠陥検査方法において、
前記参照マトリックスレシピは、シミュレーション或いは模擬欠陥に得られた複数のデ
ータによって得られることを特徴とする光学式表面欠陥検査方法。
請求項６乃至８のいずれかに記載の光学式表面欠陥検査方法において、
前記特徴項目は、さらに細分化、又は削除或いは追加することを特徴とする光学式表面
欠陥検査方法。
請求項６に記載の光学式表面欠陥検査方法において、
前記参照マトリックスレシピ、前記ワークマトリックスレシピ及び前記判定結果のうち
少なくとも一つを表示装置に表示することを特徴とする光学式表面欠陥検査方法。