JPH063625A

JPH063625A - 検査装置

Info

Publication number: JPH063625A
Application number: JP18745092A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Haga; 一実芳賀
Original assignee: REITETSUKUSU KK
Current assignee: REITETSUKUSU KK
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1992-06-23
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】試料表面の状態が実時間でしかも正確に観測
できる検査装置を提供する。【構成】試料に対して光を照射し、その透過光または
反射光を光学素子によって集束し、その直後で前記試料
の観測を行うように構成された検査装置において、前記
光学素子の後像空間焦平面またはその近傍に開口絞りを
設置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、検査装置に関するも
ので、さらに詳しくは、シュリーレン光学系を改良して
なる検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造に用いられる鏡面
ウェーハ等の表面状態（うねり、ディンプル、突起、洗
浄不良またはバフダメージなど）を検出する検査装置と
して、従来、シュリーレン光学系を用いた検査装置が知
られている。

【０００３】この検査装置で用いられるシュリーレン光
学系は、試料表面の凹凸による屈折率変化や反射率変化
を明暗の差として表す代表的な光学系の１つである。こ
の光学系は、点光源からの光を光学素子（レンズ）によ
って平行光にし、試料表面にその法線方向から照射し、
その反射光を光学素子（レンズ）によって集束し、その
後像空間焦平面に設置されたナイフエッジによって散乱
光の一部を遮断するようにしているとともに、その後方
において肉眼やカメラ等によって反射像を観測するよう
にしたものである。

【０００４】この光学系によれば、試料表面に凹凸があ
るとその部分で光が散乱されるが、この散乱光のうちナ
イフエッジに当たった部分は遮断される。その結果、ナ
イフエッジの後方では、そのナイフエッジで遮られた散
乱光に対応する部分は暗くなり、それ以外の部分は明る
くなる。この明暗パターンは試料の表面状態に対応して
いるので、その明暗パターンから試料の表面状態が観測
できることになる。

【０００５】なお、ちなみに言えば、このシュリーレン
光学系において、ナイフエッジを用いず散乱光成分を全
く遮断しないものでは、光量が大きいと全体が明るくな
ってしまうため、光量を小さくして明暗パターンを現出
させて観測を行うようになっているが、この明暗パター
ンでは若干のコントラストしか得られないために明暗パ
ターンが極めて見にくいという問題がある。

【０００６】一方、前記シュリーレン光学系において、
ナイフエッジを設置しないで、ピントを僅かにずらすこ
とにより（ピントがあっている場合は、シュリーレン光
学系でナイフエッジを設けないときと同じとなる。）、
比較的コントラストの高い場所で試料の表面状態を観測
するようにした検査装置も知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
検査装置にあっては下記のような問題があった。

【０００８】すなわち、前者のシュリーレン光学系を用
いた検査装置では、ナイフエッジ後方では、試料の表面
状態に応じた明暗パターンはできるものの、この明暗パ
ターンにはナイフエッジによって遮断されなかった散乱
光成分が多く含まれるため、コントラストが低い。ま
た、ナイフエッジ後方で観測できる範囲は試料表面の一
部であって試料表面全体ではないことから、試料表面全
体の状態を観測するためには、試料を光軸を中心に１回
転しなければならない。

【０００９】一方、後者の検査装置のように観測点を光
軸方向に動かすものでは、散乱光がほとんど遮断されな
いことから、コントラストが極めて低く、しかも、凹凸
が生じているエリアをおおよそは判別できるものの、そ
れがどれだけの深さ・高さを持っているのかの判別がで
きないという問題があった。

【００１０】本発明は、かかる点に鑑みなされたもの
で、試料表面の状態が実時間でしかも正確に観測できる
検査装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
試料に光を照射し、その透過光または反射光を光学素子
によって集束し、その直後で前記試料の観測を行うよう
に構成された検査装置において、前記光学素子の後像空
間焦平面またはその近傍に開口絞りを設置したものであ
る。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明における開口絞りの前に、光を回折させる格子状フィ
ルタを設置したことものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明における開口絞りおよび観測部を、光軸に対する偏心
位置に移動可能に構成したものである。

【００１４】

【作用】上記した手段によれば、試料にピントを合わせ
て観測できる上、開口絞りによって屈折光または散乱光
のほとんどが除去できるため、反射像の鮮明度が著しく
向上されることになる。また、開口絞りの遮蔽部後方で
は、試料内部あるいは表面全体の状態を表す明暗パター
ンが形成されるので、試料の内部あるいは表面状態を一
時に観測可能となる。

【００１５】この場合、請求項２記載の発明のように、
格子状フィルタを設ければ、その格子状フィルタで屈折
光あるいは反射光を強く回折させることができるので、
屈折角あるいは散乱角の大きい傷などの発見が容易とな
る。

【００１６】同様に、請求項３記載の発明のように、光
軸に対して観測部を偏心移動させることによっても、傷
などを容易に発見できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る検査装置の実施例につい
て説明する。

【００１８】図１には第１実施例の検査装置の光学系１
が示されている。この光学系１について説明すれば、こ
の光学系１は、平板状試料２の表面（以下試料表面と称
す）２ａにその法線方向から光を当て、その試料表面２
ａからの反射光を後像空間焦平面で集束し、後像空間焦
平面の直後でその反射像をスクリーン４上に投影して観
測するようにしたもので、観測にあたっては、後像空間
焦平面に置いた開口絞り３によって、試料表面２ａで散
乱された光（拡散光）を遮断するようになっている。

【００１９】続いて、この光学系１について詳細に説明
する。

【００２０】この光学系１では、光源５として特に限定
はされないがキセノンランプやハロゲンランプなどが用
いられている。この光源５として何を用いるかは、検査
対称物（試料２）の性質によって決定される。例えば、
半導体ウェーハなどのように反射率の比較的高いものを
検査する場合には、ハロゲンランプまたはキセノンラン
プのいずれを用いることとしても良いが、ガラス基板の
ように反射率の比較的低いものを検査する場合には、輝
度の大きいキセノンランプを用いることが好ましい。し
たがって、検査対称物の性質によって光源５を適宜に変
えられるような構成にしておいても良い。

【００２１】光源５には楕円リフレクタ６が付設されて
いる。この場合、光源５は楕円リフレクタ６の一方の焦
点に設置される。楕円リフレクタ６の他方の焦点にはピ
ンホール７が置かれる。その結果、楕円の性質から楕円
リフレクタ６で反射された光はピンホール７の所で集束
される。その結果、この集束点に点光源を置いたのと同
じ状態が現出されることになる。なお、楕円リフレクタ
６の代わりにパラボラリフレクタを用いても良い。この
場合には、パラボラリフレクタを出た光はその光軸に平
行に進むので、コリメートレンズを別途設け、このコリ
メートレンズによりピンホールの所に集束するようにす
れば良い。

【００２２】このピンホール７と試料２との間には、ピ
ンホール７から出た光を平行光束に変える目的でコリメ
ートレンズ８が設けられている。そのため、このコリメ
ートレンズ８はピンホール７が前像空間焦平面にくるよ
うな位置に設置される。なお、このコリメートレンズ８
としては、光のロスを可及的に防止するため収差の小さ
いものを使用することが好ましい。

【００２３】また、ピンホール７とコリメートレンズ８
との間にはＮＤフィルタ（ニュートラル・デンシティ・
フィルタ）９、波長選択フィルタ１０およびハーフミラ
ー１１が設置されている。

【００２４】ＮＤフィルタ９は入射光の分光特性を変化
させずに減光する目的で使用されるものであり、その設
置は任意である。この場合の減光は、例えば試料表面２
ａのうねりなどの検出において必要となる。うねりなど
なだらかな表面の形状変化の場合には、光の正反射成分
が極めて多くなることから試料表面２ａの輝度が高過ぎ
て、減光しないと反射像全体が明るくなり過ぎ観測しに
くくなるからである。なお、この場合、光源５を輝度の
小さいものに代えても良いが、ＮＤフィルタ９を用いる
方が作業が簡単である。

【００２５】波長選択フィルタ１０としては例えば干渉
フィルタが用いられ、その設置は任意であるとともに、
その設置場所はハーフミラー１１の後ろであっても良
い。この波長選択フィルタ１０は光学系の感度調節に用
いられ、凹凸のピークツーバレーが小さい場合には波長
の短い領域が選択される。

【００２６】ハーフミラー１１は光路分割のために用い
られ、試料表面２ａからの反射光の光路を入射光の光路
に直交する方向に曲げるために使用される。このハーフ
ミラー１１によってスクリーン４の方向へ反射光の光路
が曲げられる。

【００２７】このハーフミラー１１とスクリーン４との
間には格子状フィルタ１２、開口絞り３およびコリメー
トレンズ１３が設けられている。

【００２８】格子状フィルタ１２は縞格子状の溝が形成
されたものであって、光を回折する働きをする。この格
子状フィルタ１２によって比較的大きな散乱角をもって
散乱された光が開口絞り３の開口に導かれることにな
る。したがって、小さな散乱角でもって散乱されるうね
りなどの検査の場合には、この格子状フィルタ１２を設
けなくても良い。

【００２９】格子状フィルタ１２としては、ここではア
イリス絞りが用いられ、可動調節部を動かすことにより
同心状の開口部の直径を連続的に変化できるようになっ
ている。この開口部の直径を変化させることにより、検
査の種別（うねりの検査、ディンプルの検査、傷の検査
など）に適した反射像が得られる。

【００３０】コリメートレンズ１３は開口絞り１２を出
てきた光をスクリーン４に投影するためのものである。

【００３１】このように構成された検査装置によれば、
光源５から出た光は楕円リフレクタ６によってピンホー
ル７の所で集束されて点光源を構成し、この点光源から
の光はＮＤフィルタ９、波長選択フィルタ１０、ハーフ
ミラー１１およびコリメートレンズ８によって試料表面
２ａに照射される。

【００３２】そして、この試料表面２ａからの反射光は
コリメートレンズ８、ハーフミラー１１、格子状フィル
タ１２、開口絞り３およびコリメートレンズ１３を経て
スクリーン４に導かれる。

【００３３】このように構成された実施例の検査装置は
次のような効果を有する。

【００３４】すなわち、前記検査装置によれば、試料表
面２ａにピントを合わせて観測できる上、開口絞り３に
よって散乱光のほとんどが除去できるため、反射像の鮮
明度が著しく向上される。また、開口絞り３の遮蔽部後
方には、試料表面全体の状態が明暗パターンが形成され
るので、試料２の表面状態を一時に観測可能となる。

【００３５】この場合、格子状フィルタ１２を設けれ
ば、その格子状フィルタ１２で反射光を回折させること
ができるので、散乱角の大きい傷などの発見が容易とな
る。勿論、格子状フィルタ１２を設けない場合には、う
ねりなどの発見もすることができる。

【００３６】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は、かかる実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能であ
ることはいうまでもない。

【００３７】例えば、前記実施例の検査装置では、傷な
ど大きな散乱角をもって散乱される光を開口絞り３に導
くために格子状フィルタ１２を用いたが、格子状フィル
タ１２を用いずに、開口絞り３および必要ならばスクリ
ーン４を光軸に対して偏心させるようにしても良い。

【００３８】また、前記実施例の検査装置では、スクリ
ーン４で観測するようにしたが、ＣＣＤやカメラあるい
は肉眼で観測するような光学系としても良い。

【００３９】さらに、前記実施例の検査装置では、平板
状の試料２を検査する場合を説明したが、円柱などの表
面検査の場合にはシリンドリカルレンズを用いて、ま
た、球体などの表面検査の場合には平凸レンズを用い
て、試料表面に法線方向から光を照射するようにすれば
良い。また、場合によっては、平板状の試料２のときで
もシリンドリカルレンズを用い、ある方向の凹凸状態を
強調させて観測するようにすることも可能である。

【００４０】また、前記実施例の検査装置では、開口絞
り３としてアイリス絞りを用いたが、固定的な円形開口
部が設けられた開口絞りを設け、この開口絞りを光軸方
向に移動させるようにして使用するようにしても良い。

【００４１】さらに、前記実施例の検査装置では、後像
空間焦平面に開口絞り３を設けたが、その設置位置は後
像空間焦平面近傍であれば良い。

【００４２】また、前記実施例の検査装置では、図１に
示すようにハーフミラー１２を用いて反射光路の方を入
射光路に対して曲げたが、光源５とスクリーン４とを交
代して、反対に、ハーフミラーにて入射光路の方を曲げ
るような光学系にしても良い。但し、図１の光学系によ
れば、ハーフミラー１２の反射率変化あるいは屈折率変
化が強調されないので、反対にした場合よりも精度は高
くなる。

【００４３】またさらに、前記実施例の検査装置では、
試料表面２ａの反射光を観測するような構成としたが、
試料が透過性のものである場合にはその内部状態を観測
するため、試料の透過光を観測するような構成としても
良いことは勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、試料に光を照射し、そ
の透過光あるいは反射光を光学素子によって集束し、そ
の直後で前記試料の観測を行うように構成された検査装
置において、前記光学素子の後像空間焦平面またはその
近傍に開口絞りを設置したので、試料表面にピントを合
わせて観測できる上、開口絞りによって屈折光あるいは
散乱光のほとんどが除去できるため、透過像あるいは反
射像の鮮明度が著しく向上され、実時間での観測も可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の検査装置の光学系の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１光学系２試料２ａ試料表面３開口絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対して光を照射し、その透過光ま
たは反射光を光学素子によって集束し、その直後で前記
試料の観測を行うように構成された検査装置において、
前記光学素子の後像空間焦平面またはその近傍に開口絞
りを設置したことを特徴とする検査装置。
【請求項２】前記開口絞りの前に、光を回折させるた
めの格子状フィルタを設置したことを特徴とする請求項
１記載の検査装置。
【請求項３】前記開口絞りと観測部は、光軸に対する
偏心位置に移動可能に構成されていることを特徴とする
請求項１記載の検査装置。