JPH0619334B2

JPH0619334B2 - 表面欠陥検出方法

Info

Publication number: JPH0619334B2
Application number: JP61034499A
Authority: JP
Inventors: 善郎西元; 康秀中井; 康司米田; 弘行高松
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPS62191741A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、半導体ウエハ等の被検査体について、その
表面に存在する微小な凹凸などの欠陥を光学的に検出す
る装置に関する。

（従来の技術とその問題点）半導体ウエハや、ビデオディスクなどにおいては、その
表面に存在する凹凸や傷などの欠陥によって製品の品質
が大きく左右されるため、これらの欠陥を検出すること
によって製品の品質管理を行なう必要がある。このよう
な表面欠陥検出装置としては種々の方法が提案されてる
が、非破壊検査として代表的なものは光学方式の検出方
法であり、その従来例に用いられる装置を第３図に示
す。

この装置は特開昭５６−４０４０号に開示されているも
のであって、同図(a)に示すように、光源５１からの光
５２を被検査体表面５３に照射し、この被検査体表面５
３の上方に配置した顕微鏡５４によって、被検査体表面
５３を観測する。そして、被検査体表面５３上に欠陥が
存在するときには、その欠陥によって生ずる影を検知す
ることによって当該欠陥の検出を行なう。

ところが、この方法では、同図(b)に示すように、光５
２の照射方向と欠陥５５のの傾斜方向とが一致した場合
に、この欠陥５５による影は発生せず、このために欠陥
５５の検出ができないという問題がある。そこで、上記
特開昭５６−４０４０号では、同図(c)に示すように複
数の光源５１ａ〜５１ｄを被検査体表面５３の周囲に適
宜配置し、多方向から照射することによって種々の方向
についての欠陥を検出しようとしている。

しかしながら、この方法においても、光源の配置は離散
的配置にとどまるため、種々の欠陥を高精度で検出する
ことは実際上困難であるだけでなく、複数の光源を準備
しなければならないことから検査工程におけるコストア
ップを招いてしまう。また、多方向照明のかわりに被検
査体を回転させて実質的に各方向からの光の照射と同等
の効果を得るという方法も考えられるが、この場合にも
検出精度に限界があるほか、回転機構の付加によるコス
トアップや、検査に要する時間の増大などの欠点があ
る。

（発明の目的）この発明は従来技術における上述の問題の克服を意図し
ており、被検査体表面に存在する欠陥を、その欠陥の傾
斜方向などにかかわらず、比較的低コスト・短時間で精
度良く検出することのできる表面欠陥検出方法を提供す
ることを目的とする。

（目的を達成するための手段）上述の目的を達成するため、この発明においては、まず
半導体ウエハなどの表面は精密加工されて鏡面に近い平
坦度を有していることに着目する。したがって、上述の
ような欠陥の影を検出する方法よりは、光源からの光を
被検査体表面で反射させ、平坦部からの反射光が入射し
ない位置に画像観測手段を設けて、欠陥からの反射光を
とらえる方法、すなわち「暗視野法」の方がより優れて
いると考えることができる。

更に上記目的達成のためには、欠陥の種類によっては、
散乱光の指向性が照射光の入射角に強く依存するものが
あることをも考慮する必要がある。

そこで本発明では、当該暗視野法において、線状又は
面状の光源を被検査体の斜め上方に配置し、あおり光
学系配置とした光学レンズによって光源の実像を被検査
体表面に結像させるとともに、被検査体表面の平坦部
に結像した部分からの光が入射しない位置に画像観測手
段を設けている。

（作用）本発明では、広範囲の入射角度で結像する光によって、
被検査体の結像部全体が高照度で且つ同時に照明され
る。従って、欠陥を一度に効率良く照明できる。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例に使用される装置の概略図
である。同図において、被検査体１は図の水平方向に載
置されており、その表面２を延長した方向に存在する仮
想的原点０の垂直上方には、面状放電管などで構成され
た面状光源３が配置されている。この面状光源３は、図
の紙面に垂直な面内に広がった面状の発光面４を有して
いる。この面状光源３からの光はフィルタ５（後述す
る。）を介して結像光学系としてのレンズ６を通り、被
検査体表面２に照射される。

これらのうち、レンズ６は、その主面７の仮想的延長線
が上記原点０に交わるように配置される。また、この主
面７の仮想的延長線は、被検査体表面２，原点０および
面状光源３を結んでできる角α（この例では９０゜）を
２等分する線となっている。さらに、レンズ６は、その
焦点距離ｆ（図示せず）が、レンズ６と被検査体表面２
との中心距離の１／２程度となっているレンズである。
これは「あおり光学系」と呼ばれている光学配置の一態
様である。このような光学系を採用すると、面状光源３
の実像が被検査体表面２上に結像する。

第１図中には面状光源３の上端および下端からの光の光
路幅がそれぞれ一点鎖線および二点鎖線で示されてお
り、この図からわかるように、面状光源３のサイズは、
その実像が被検査体表面２の全体をカバーするように決
定される。また、点線で示す光路幅９は、被検査体表面
２上に存在する欠陥１０に結像する光の光路幅を示して
おり、面状光源３からの光は、角度範囲θ内の各方向か
ら欠陥１０にに入射する。

なお、これらによって構成されるこの装置は、暗箱（図
示せず）中に収納されて、外部からの光が入らないよう
にされている。

第２図はこのようにして被検査体表面２のひとつの点に
入射・結像する光の光路を示したものである。同図(a)
に示すように、被検査体表面２のうち、欠陥のない平坦
部では、角度範囲θを有する入射光１１が鏡面反射して
同一の角度範囲θを有する反射光１２となる。この入射
光１１と反射光１２とは、被検査体表面の法線Ａに対し
て対称となる。

一方、第２図(b)に示すように、欠陥１０に角度範囲θ
で入射する光１３は、欠陥１０を形成する傾斜面１６で
反射されて、角度範囲θの反射光１４となる。ただし、
図中の領域１５は、入射光１３と反射光１４との重なり
領域を示している。この場合には、傾斜面１６が被検査
体表面２の平坦部に対して角度φだけ傾いているため、
反射光１４の進行方向は第２図(a)の反射光１２とは異
なったものになる。

そこで、第２図(b)における反射光１４のみを検出する
ために、第２図(a)の入射光１１と反射光１２との間の
領域１７、換言すれば、上記実像のうち被検査体表面２
の平坦部に結像した部分からの光が入射しない領域内の
位置に第１図の撮像装置２０を設ける。この撮像装置２
０は被検査体表面２の全体をカバーする画角を有してい
る。そして、このような配置とすると、第２図(b)の欠
陥１０からの反射光１４のみが撮像装置２０に入射する
ことになり、撮像装置２０では、被検査体表面２のうち
欠陥が存在する箇所のみが輝点として観測されることに
なる。

そして、このような関係が被検査体表面２の全体にわた
って成立するということは、光源として面状光源３を使
用し、かつその実像を被検査体表面２上に結像させてい
ることによって得られる効果である。そこで、以下では
その理由について詳述する。

まず、仮に、単なる平行光線を被検査体表面２に照射し
た場合を考える。この場合には、第２図(b)の入射光１
３したがって反射光１４の角度範囲θは極めて小さいも
の（実質的に０゜）となってしまうため、特定の傾斜角
を持つ欠陥のみからの光が撮像装置２０に入射し、他の
傾斜角を持つ欠陥からの反射光をとらえることは困難と
なる。

また、面状光源からの光を結像光学系を介さずに被検査
体表面２に照射した場合には、面状光源のサイズをかな
り大きくしなければ入射光の角度範囲θを大きくするこ
とができない。また、光源からの光を集光しないため
に、被検査体表面２における照度も小さくなって、検出
精度にも限界がある。

これに対して、この実施例のように、結像光学系を用い
て実像を結像させる場合には、面状光源３としてあまり
大きなサイズのものを用いない場合にも、上記反射光１
４の入射角度範囲θはかなり大きなものとなる。このた
め、傾斜角φが互いに異なる種々の欠陥についても、そ
れぞれの反射光１４のいずれかの部分が撮像装置２０の
方向（本実施例では上方）に進むため、この撮像装置２
０で各欠陥に対応する輝点をとらえることができる。

また、面状光源３からの光を結像させているために被検
査体表面２における照度が向上し、微小な欠陥も検出可
能となる。

次に、結像光学系は使用するが、光源としては面状光源
を用いずに点光源を用いた場合を仮定する。この場合に
は被検査体表面２のうちの一点のみが照射されることに
なるため、かなり長い時間をかけて被検査体表面２の全
体を走査しなければ、被検査体表面２の全体についての
欠陥検出を行なうことができなくなる。

これに対して、この実施例では面状光源３を使用して被
検査体表面２の全体を一度に照射しているため、このよ
うな問題は生じない。

なお、光源としては、上述の理由により、被検査体表面
２の全体を一度に照射できる面状光源が最も望ましい
が、被検査体表面２の一部分を照射する面状光源や、
単一または複数の線状光源を使用してもよい。これら
を採用した場合、被検査体表面２の全体についての欠陥
検出を行なうためには走査を必要とするが、上述の点光
源の場合と異なり、その走査時間は比較的短くてすむた
め、実用上は問題はない。

このようにして、第１図の被検査体表面２の上方に位置
する撮像装置２０に組込まれた画像情報は、画像処理装
置２１に与えられ、欠陥に対応する輝点の強度や数な
ど、欠陥検出の目的に応じた量が取出される。そして、
これらの量を、所定のしきい値と比較して弁別すること
などにより、欠陥の有無その他に関する諸情報が求めら
れる。この情報は表示装置，記憶装置などの任意の出力
機器２２与えられて出力されるが、これらの情報をマイ
クロコンピュータなどに与えて種々の処理を行なうこど
ができることは言うまでもない。

次に第１図のフィルタ５の作用を説明する。上記検出系
において、被検査体表面２の各部分における欠陥検出精
度をより均一化させるためには、この被検査体表面２の
全体にわたって均一な照度で光が照射されることが望ま
しい。そこで、この実施例では、面状光源３からの光の
空間的輝度分布を補正する手段として、面光源３の輝度
分布と逆の大小関係で透過率を分布させたフィルタ５を
用いており、これによって被検査体表面での空間的照度
分布を均一化させている。

なお、この透過率分布を具体的に決定するには、フィル
タ５が存在しないときの、被検査体表面２上の照度分布
を求め、このデータに基づいて上記透過率分布を決定す
ればよい。

以上、この発明の一実施例について説明したが、この発
明は上述の実施例に限定されるものではなく、たとえば
次のような変形も可能である。

結像光学系は、上記レンズによって構成するだけで
なく、ミラー等を用て構成することもできる。

また、光源からの光の空間的輝度分布を補正に際して
も、反射率分布ミラーなどの手段を利用してもよい。

上記実施例では食込み状欠陥１０を例にとったが、
さらに細かな凹凸を有する欠陥の場合には、反射光とし
て散乱光が観察されることになる。この場合でもこの発
明は適用可能であり、面状光源や線状光源の実像を結像
させることによって照度が向上・均一化され、散乱光の
検出も容易となる。この発明における「反射光」とはこ
のような散乱光も包含している用語である。

面状光源としては発光面自体が面状であるものが望
ましいが、複数の線状発光体を近接させて配列し、それ
らによって面状の発光面としたものを用いることもでき
る。これらの場合には、輝度分布の一様性に劣るため、
上記空間的輝度分布補正手段を用いることが望ましい。

また、この発明における「面状光源」とは、リボン状光
源等も含んでおり、「線状光源」とは、棒状光源等も含
む。また、平面や直線に限定されない。

画像観測手段として上記撮像装置や画像処理装置を
用いることによって、欠陥検出の自動化に適したものと
なるが、第３図に示したような顕微鏡を画像観測手段と
して用いて肉眼で欠陥を観測する場合にもこの発明は適
用可能である。

この発明は、半導体ウエハやビデオデイスクなどに
限らず、光反射を生ずる種々の被検査体の欠陥検出に適
用可能である。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、面状又は線状
光源の実像をあおり光学系配置とした光学レンズをもっ
て被検査体表面に結像させているため、広範囲の入射角
度の光で被検査体を照射することができる。そのため、
被検査体表面の欠陥の傾斜方向や欠陥による散乱光の指
向性等に影響を受けることなく、一度に被検査体表面の
実像域全域にわたる欠陥評価を行うことができる。しか
も、その際、散乱光の指向性等に基づいて、画像観測手
段をその都度移動させる必要はなく、画像観測手段はそ
の配置位置において常に反射光を観測することができ
る。この結果、本発明は、従来技術に比較して格段に短
時間・低コストで、しかも高精度で表面欠陥を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に使用される装置の概略
図、第２図は実施例の動作を説明するための光路図、第３図は従来の欠陥検出方法に使用される装置の概略図
である。２……被検査体表面、３……面状光源５……フィルタ、６……レンズ２０……撮像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−19647（ＪＰ，Ａ) 特公昭57−461（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査体表面に存在する欠陥を光学的に検
出する方法であって、線状あるいは面状の光源を当該被検査体の斜め上方に配
置し、あおり光学系配置とした光学レンズをもって、前記光源
の実像を前記被検査体表面に結像させ、前記実像のうち前記被検査体表面の平坦部に結像した部
分からの光が入射しない位置に設けられた画像観測手段
によって前記欠陥からの反射光を観測し、前記観測に基づいて前記欠陥を検出することを特徴とす
る表面欠陥検出方法。
【請求項２】前記光源からの光の空間的輝度分布を補正
して、前記被検査体表面での空間的照度分布を均一化さ
せた、特許請求の範囲第１項記載の表面欠陥検出方法。