JP6414842B2 - 検査方法及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、好適にはシリカガラス板等の光透過性材料に含まれる欠陥、脈理等の異物を検出する検査方法、及びこの異物の検査方法を用いた検査装置に関する。

半導体製造装置用のフォトリソグラフィーマスクやディスプレーパネルの品質を決定する要因として、光透過性材料中の脈理等の異物の存在がある。これらの検出方法には、光学的な手法が広く用いられている。

例えば特許文献１には、表裏面を平滑にした板状の透明体を連続走行させ、その幅方向の少なくとも一方の端面から検査光を入射し、この検査光が透明体の表裏面で全反射を繰
り返しながら透明体内部を伝播する過程で、透明体に存在する欠陥部によって散乱された散乱光を透明体の表裏いずれかの面を通して光電検出する透明体の欠陥検出方法、が開示されている。

また特許文献２には、公知デバイスのスキームとして、従来型の光源２４がガラスカートリッジ１００の真下に置かれ、操作者は、最も欠陥が生じやすいその下端を観察するために、ガラスカートリッジ１００の上方に自分の頭を置き、操作者のビューライン（view line）７０はそれ故、ガラスカートリッジ１００の縦軸に沿って伸び、光源は下方からガラスカートリッジ１００を通して伝播する光ビーム２２を放射するので、ライトライン（light line）６０はガラスカートリッジの縦軸に沿って伸び、ライトライン６０及びビューライン７０は平行であり、それ故検出角度８０はそれぞれ０°又は１８０°である、という技術が開示されている。

特開平８−２６１９５３号公報 特開２０１３−５２５８０４号公報

ところで、近年では、最終製品の検査のみならず、その前段階で異物の検査、良否判定を行うことで、製品歩留まりを向上させることが求められている。

ところが、フォトマスクのような板状製品に適用される散乱光による検査方法を、前工程段階のブロック体に適用すると、特に深部に存在する異物等の検出が、適切に行われない懸念がある。

特許文献１に記載の発明は、板ガラス等の検査には適しているが、板の主面から得られる散乱光を検出するので、例えばブロック体のような場合では、その深部の異物を観察することが困難と考えられる。

特許文献２に記載の技術は、透明材料中の深部に存在する異物の検出が可能ではあるが、目視観察の為、微小な異物の確認は困難である。また、観察にＣＣＤカメラ等の検出素子を用いた場合でも、形状を正確に把握するのは困難なものであった。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、透明材料中の深部に存在する微小な異物の検出を可能にし、さらには、その形状を正確に把握することを目的とする。

本発明は、照射光を光透過性の材料に照射する照射部と、前記照射光の光線軸上に配置された、前記照射光が前記光透過性の材料中を透過して得られた出射光を受光する受光部と、前記受光した出射光を解析する解析装置とを備えた検査装置を用いた、光透過性の材料内部に存在する異物を光学的に検査する検査方法であって、予め、寸法が既知の金属箔を光透過性の材料に形成し、前記参照画像を蓄積するステップと、照射光を検査対象の光透過性の材料に照射する照射ステップと、前記照射光が、前記検査対象の光透過性材料中を透過後得られた出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、前記解析ステップでは、前記異物と接触せずに透過した直接光成分と前記異物外周縁部で回折した回折光成分のうち、直接光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物の外郭の測定画像を得、前記測定画像から異物の外郭を特定すると共に、前記直接光成分と前記回折光成分のうち、前記回折光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物が作り出す特定の一平面方向の形状の測定画像を得、前記測定画像と前記参照画像と比較し、異物の特定の一平面方向の形状を特定することを特徴とする。

かかる構成を有することで、透明材料中の深部に存在する微小な異物の検出、および、その形状を正確に把握することを可能とする。

また本発明は、照射光を材料表面に照射する照射部と、前記照射光の光線軸上に配置された、前記照射光が前記材料表面で全反射後出射して得られる出射光を受光する受光部と、前記受光した出射光を解析する解析装置とを備えた検査装置を用いた、材料表面に存在する異物を光学的に検査する検査方法であって、予め、寸法が既知の金属箔を材料に形成し、前記参照画像を蓄積するステップと、照射光を検査対象の材料表面に照射する照射ステップと、前記照射光が、前記検査対象の材料表面で全反射後出射して得られる出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、前記解析ステップでは、前記異物と接触せずに全反射した直接光成分と前記異物外周縁部で回折した回折光成分のうち、直接光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物の外郭の測定画像を得、前記測定画像から異物の外郭を特定すると共に、前記直接光成分と前記回折光成分のうち、前記回折光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物が作り出す特定の一平面方向の形状の測定画像を得、前記測定画像と前記参照画像と比較し、異物の特定の一平面方向の形状を特定することを特徴とする。

このようにすることで、透明材料中の深部のみならず、表面に存在する微小な異物の検出、および、その形状を正確に把握することも可能とする。

また、本発明においては、異物の解析は、受光された出射光を画像処理する手段、または、電気信号へ変換後処理する手段のいずれかを用いても良い。

本発明によれば、従来と比べて高価かつ複雑な装置を用いることなく、透明材料の表面及び内部、特に深部に存在する微小な異物の検出、および、その形状を正確に把握することを可能とする。

図１は、本発明の一態様に係る検査方法を実施するための検査装置を示す概念図である。 図２は、異物Ｘを通過した平行光による出射光の形態を説明する概念図である。 図３は、異物Ｘを通過前に集光後拡散した光による出射光の形態を説明する概念図である。 図４は、異物Ｘの形態による回折光形状の違いを示す概念図である。 図５は、本発明の他の一態様に係る検査方法を実施するための検査装置を示す概念図である。 図６は、板状の光透過性材料の側面から照射し、異物に当たって散乱した散乱光を主面方向から受光する、従来の一方法を示す概念図である。 図７は、本発明の一態様に係る検査方法で測定して得られた異物の一例を示す画像である。

以下、図面も参照して本発明を詳細に説明する。本発明は、照射光を前記光透過性の材料に照射する照射ステップと、前記照射光が前記光透過性材料中を透過後得られた出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、前記照射光の光線軸上に前記出射光を受光する受光部が配置されており、前記受光された出射光が前記異物と接触せずに透過した直接光成分と前記異物外周縁部で回折した回折光成分から構成されており、前記直接光成分と前記回折光成分から得られる情報を基にして異物の解析を実行する、光透過性の材料内部に存在する異物を光学的に検査する検査方法である。

まず、本発明の一態様にかかる検査方法は、照射光を光透過性の材料に照射する照射ステップと、照射光が光透過性材料中を透過後得られた出射光を受光する受光ステップと、受光された出射光を解析する解析ステップと、を備えている。図１に、本発明の一態様に係る検査方法を実施するための検査装置を概念図で示す。

照射部１から発せられた照射光Ｌ１が、光透過性材料Ｗ１中を透過後、異物Ｘを含んで通過することで得られた出射光Ｌ２を受光する受光部２と、受光された出射光Ｌ２の情報
を解析装置１０で解析する。ここでａは、出射光Ｌ２が受光部２に映し出された平面画像である。

照射ステップ、受光ステップ、解析ステップは、公知の光学的異物観察方法に適用されているものに準ずる。また、必要に応じて、測定対象の座標移動機構を備えても良いし、照射部、受光部を複数設置し、自在に可動するものでも良い。

照射光Ｌ１には、公知の光源、波長、強度のものを用いても良いが、紫外領域波長のレーザ光を用いると、測定精度が高く出来るので、より好ましい。

本発明では、図１に示すとおり、照射光Ｌ１の光線軸上に出射光Ｌ２を受光する受光部２が配置されている。

異物Ｘの情報を含む出射光Ｌ２は、光透過性材料Ｗ１中の散乱や吸収による拡散や減衰の影響を受ける。しかし、本発明のように構成すると、出射光２の散乱や拡散は、異物からの散乱光を主面方向で受光する方法に比べて少ない。従って、異物Ｘから光学的に得られる情報の劣化が抑えられる。

照射部１から照射される照射光Ｌ１の断面形状は、円形、楕円形、長方形、等の形状を任意に選択して採用できる。また、一度に広い面積を照射できるよう、所定の縦幅を有しかつ横方向に充分長い、いわゆるラインビーム形状にしてもよい。

図６に、板状の光透過性材料Ｗ１の側面から照射し、異物Ｘに当たって散乱した散乱光を主面方向から受光する、従来の一方法を示す。図６に示す方法では、散乱光の一部しか受光されず、信号は弱い。かつ、板状材料でなくブロック体では、主面方向にも光透過性材料Ｗ１中を透過中に減衰し、信号はさらに弱くなるので、特に異物が小さいと検出が困難となる。

ここで、出射光Ｌ２が受光部２に映し出され手形成された平面画像ａについて、さらに詳しく説明する。図２に示すように、ａは、受光された出射光Ｌ２が異物Ｘと接触せずに透過した直接光成分ａ０と、異物Ｘの外周縁部で回折した回折光成分Ｘａ１と、ａ０およびＸａ１のいずれもが照射されない領域Ｘａ２から構成される。

図２では、照射光Ｌ１は平行光を図示しているが、実際は完全な平行光で構成されているわけではない。本発明でも、完全な平行光であることは要しない。また、図３に示すように、集光光を用いても良い。集光光は平行光と比べて、異物Ｘの形状の特定精度を高くできる点で好適といえる。

なお集光光を用いる場合、集光光の焦点もしくはその近傍に異物Ｘがくるように調整すると、単位面積当たりの光量が最大になり回折光の強度も増すので、異物Ｘの形状の特定精度をさらに高くできる。

図４は、受光された出射光Ｌ２が異物Ｘと接触せずに透過した直接光成分ａ０と、異物Ｘの外周縁部で回折した回折光成分Ｘａ１と、ａ０およびＸａ１のいずれもが照射されない領域Ｘａ２から構成されるａを示す概念図である。

直接光成分ａ０は、照射光Ｌ１の輪郭を形成し、かつ、異物Ｘと接触することなく照射部１から直進してきた光成分である。また、回折光成分Ｘａ１は、回折の度合いにより光強度に分布をもち、いわゆる「縞状」に形成されている。Ｘａ２は、直接光ａ０及び回折光Ｘａ１を含まない領域で、いわゆる「影」である。

厳密には、ａ０およびＸａ２の領域にも回折光Ｘａ１が存在しているが、実用上の光学素子での検出限界以下であるので、実質的に回折光Ｘａ２は存在していない、と扱って差し支えない。

本発明においては、直接光成分ａ０と、回折光成分Ｘａ１から得られる情報を基にして異物の解析を実行する。ａは、外周が強度に強いａ０で構成されるので、異物Ｘからの不要な散乱や他の部位からの光の影響を受けることなく、異物Ｘを含む鮮明な外郭を有する測定画像を得ることが可能となる。

回折光成分Ｘａ１は、異物Ｘの外周縁部の形状の情報が多く含まれている。言い換えると、異物Ｘの外周縁部の形状以外の情報はほぼ含まれない。そのため、回折光成分Ｘａ１を解析することで、異物Ｘが作り出す特定の一平面方向の形状を、精度よく解析できる。

図４に示す回折光Ｘａ１の形状は、あくまで模式的に示したものであり、実際の異物Ｘの外周縁部は、見る方向によっても形状は変わるので、厳密に形状の特定は必ずしも容易ではない。

本発明では、例えば寸法が既知の真円、正方形等の金属箔をシリカガラス中に形成し、この画像ａをいくつかあらかじめ得ておき、これを参照画像とする。そして、実際の異物Ｘの観測画像と比較して、近い形状のものを特定する、という方法を用いても良い。

そして、参照画像を多く用意すること、そして、異物Ｘの画像を蓄積することで、画像解析の精度を向上させることも可能である。

また、本発明においては、照射光１の平面上の最小幅を、測定対象とする異物Ｘのサイズを想定して適切に設定することで、微小な異物Ｘの検出、形状の特定を、より効果的に実行できる。

一例として、異物Ｘの最大幅が２０μｍ程度を検出しようとするならば、照射光の最小幅を６０μｍとするとよい。照射光１の平面上の最小幅が異物Ｘのサイズより大きすぎると、微小な異物を１つの画像内に複数含むことになり、回折光が相互に干渉して解析しにくくなる懸念がある。

次に、本発明の他の一態様にかかる検査方法について説明する。すなわち、材料の表面に存在する異物を光学的に検査する検査方法であって、照射光を前記材料表面に照射する照射ステップと、前記照射光が前記材料表面で全反射後出射して得られる出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、前記出射光の光線軸上に前記出射光を受光する受光部が配置されており、前記受光された出射光が前記異物と接触せずに全反射した直接光成分と前記異物外周端部で回折した回折光成分から構成されており、前記直接光成分と前記回折光成分から得られる情報を基にして異物の解析を実行する、というものである。

すなわち、図５に示すように、材料Ｗ２の表面に存在する異物Ｘを、照射光１の全反射により、直接光ａ０と回折光Ｘａ１、それ以外のＸａ２を得ることで、図１と同様に異物Ｘの解析を行うものである。

照射光１は、異物Ｘの存在する表面に対して全反射が起こる入射角より浅い角度で入射される。また、この場合、材料Ｗ２は光透過性に限定されず、半透明や不透明でもよい。

また、本発明における異物の解析は、受光された出射光を画像処理する手段、または、電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによるものであって良い。

電気信号へ変換後処理する手段の一例としては、得られた回折光Ｘａ１の変化量をフーリエ変換してデータ処理する方法が挙げられる。

あるいは、本発明は、照射光の照射角度あるいは照射位置の変更により、任意の一測定範囲を複数回測定することができる。

図２では、照射光Ｌ１を光透過性材料Ｗ１中の一方向から照射したものを示しているが、これを立体的に３方向から同一箇所を測定すれば、異物Ｘを立体的に捉えられ、異物Ｘの形状をさらに正確に把握することができる。

また、一回目の測定実施後、水平方向にわずかにずらして２回目の測定、さらに複数回同一方向、あるいは反対方向にずらして測定を繰り返し、複数回の測定データを得ることでも、異物Ｘの形状を正確に把握することが可能となる。

さらには、照射光線軸を基準として、わずかに角度をつけて複数回測定してもよい。これは、特に得られたａを信号強度に変換してデータ解析する手法において、好適である。

なお、本発明でいう異物とは、これに照射光が透過、反射、散乱、または回折されることで、光の強度、波長に変化をきたすものは、広義に含まれるものとする。

すなわち、異物の材質、形態は、本発明の実施を特に制限しない。異物の形状は、粒、針、板、環、筒、中空体、もしくはこれらの複合構造が例示される。また異物の材質は
、異物が含まれる材料と相違していれば検出は可能である。さらに異物の形態も、固体、液体、気体のいずれか、またはこれらの複合体、でもよい。

なお、異物Ｘが完全に光を反射または吸収せず、一部もしくは大部分が透過するような材料で構成されていても、直接光ａ０と異物Ｘ透過光との光強度や波長の違いを解析して分離することで、異物の検出、形状の解析は可能である。

その他、たとえばシリカガラス中に存在する脈理のような、結晶構造のみの相違で材質が材料と同じものも、光学的な変化を引き起こす要因となるという観点から、本発明においては異物の一形態に含むものとする。

そして、本発明にかかる検査方法を用いて、照射光を材料に照射する照射部と、前記照射光が前記材料中を透過または前記材料表面を全反射して得られた出射光を受光する受光部と、前記受光した出射光を解析する解析装置と、を備え、材料の表面または内部に存在する異物を光学的に検出、解析する検査装置が提供される。

本発明に係る検査装置では、照射部１の移動、材料の設置、移動、搬出、得られたデータの解析を自動で行うようにして、異物の検出工程をオンラインで自動化することも可能である。

また本発明に係る検査装置では、受光部２と垂直方向に分光器を併設すれば、異物Ｘからの蛍光成分を得ることで、異物Ｘ中に含まれる元素の同定も合わせて実施できる。

以上の通り、本発明においては、従来検出が困難であった微小な異物を検出することを可能とした。更に異物の存在有無だけでなく、その形状や位置も、精度よく特定することも可能とするものである。

以下、本発明の好ましい実施形態を実施例に基づいて説明するが、本発明は、下記実施例により限定されるものではない。

[実験１]
合成シリカからなるガラスブロック（３００ｍｍ立方体）を試験体として用意した。この試験体に対して、蛍光灯下での目視観察（比較例１）、従来の検査方法（比較例２）、本発明の検査方法（実施例１）を用いて、水平に載置した試験体の一側面から対向する側面に対して、内部の異物観察を実施した。測定条件はそれぞれ以下のとおりである。

（比較例１）
白色光の蛍光灯下（１０００ルクス）で、目視により試験体の６主面全面から異物の有無を確認した。

（比較例２）
波長５３２ｎｍのレーザ光を１５００μｍ径から６０μｍ径に集光したビーム光（出力５ｍＷ）を、試験体の一面から、一面の高さ中心部をブロック幅一往復スキャンして、照射した。そして、照射面と垂直方向の一主面方向に、ＣＣＤカメラを設置し、得られた画像を市販の光学分光解析装置にて、異物の有無を判定した。

（実施例１）
波長５３２ｎｍのレーザ光を１５００μｍ径から６０μｍ径に集光したビーム光（出力５ｍＷ）を試験体の一面から照射し比較例１と同様にスキャンして、照射面と対向する一主面方向の照射光の光軸上に、ＣＣＤカメラの受光部が来るように設置し、得られた画像を比較例２と同じ光学分光解析装置で解析し、異物の有無を判定した。

その結果、比較例１では、異物は観測されなかった。比較例２では、最大幅５００μｍの異物３ケが検出された。そして実施例１では、比較例１で検出された分に加えて、比較例１，２では検出できなかった最大幅５μｍの異物５ケが検出された。

図７に、本発明の一態様に係る検査方法で測定して得られた異物の一例を示す画像を示す。なお図７は、得られたデータを光の濃淡で画像処理したものであり、解像度の関係で回折光の形状はややぼやけている。

Ｗ１ 光透過性材料
１ 照射部
２ 受光部
Ｌ１ 照射光
Ｌ２ 出射光
Ｘ 異物
ａ 受光部２で得られる平面画像
Ｘａ 異物Ｘにより得られた画像
１０ 解析装置

Claims (2)

1. 照射光を光透過性の材料に照射する照射部と、前記照射光の光線軸上に配置された、前記照射光が前記光透過性の材料中を透過して得られた出射光を受光する受光部と、前記受光した出射光を解析する解析装置とを備えた検査装置を用いた、光透過性の材料内部に存在する異物を光学的に検査する検査方法であって、
   予め、寸法が既知の金属箔を光透過性の材料に形成し、前記参照画像を蓄積するステップと、照射光を検査対象の光透過性の材料に照射する照射ステップと、前記照射光が、前記検査対象の光透過性材料中を透過後得られた出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、
   前記解析ステップでは、
   前記異物と接触せずに透過した直接光成分と前記異物外周縁部で回折した回折光成分のうち、直接光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物の外郭の測定画像を得、前記測定画像から異物の外郭を特定すると共に、
   前記直接光成分と前記回折光成分のうち、前記回折光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物が作り出す特定の一平面方向の形状の測定画像を得、前記測定画像と前記参照画像と比較し、異物の特定の一平面方向の形状を特定することを特徴とする異物検査方法。
2. 照射光を材料表面に照射する照射部と、前記照射光の光線軸上に配置された、前記照射光が前記材料表面で全反射後出射して得られる出射光を受光する受光部と、前記受光した出射光を解析する解析装置とを備えた検査装置を用いた、材料表面に存在する異物を光学的に検査する検査方法であって、
   予め、寸法が既知の金属箔を材料に形成し、前記参照画像を蓄積するステップと、照射光を検査対象の材料表面に照射する照射ステップと、前記照射光が、前記検査対象の材料表面で全反射後出射して得られる出射光を受光する受光ステップと、前記受光された出射光を解析する解析ステップと、を備え、
   前記解析ステップでは、
   前記異物と接触せずに全反射した直接光成分と前記異物外周縁部で回折した回折光成分のうち、直接光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物の外郭の測定画像を得、前記測定画像から異物の外郭を特定すると共に、
   前記直接光成分と前記回折光成分のうち、前記回折光成分から画像処理する手段または電気信号へ変換後処理する手段のいずれかによって、前記異物が作り出す特定の一平面方向の形状の測定画像を得、前記測定画像と前記参照画像と比較し、異物の特定の一平面方向の形状を特定することを特徴とする異物検査方法。