JPH0820372B2 - 光学的検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶欠陥等の検査を行う
光学的検査装置、特に被検査試料に光を照射してここか
ら放出される光を受光して、輝度情報を得るものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種物質の検査装置として、
被検査試料に対し光を照射し、透過光、反射光等の性状
を検出するものが知られている。特に、このような光学
的検査装置によれば、被検査試料の内部構造を試料を破
壊することなく検査することができるというメリットが
あるため、製品やその材料の検査等に広く利用されてい
る。

【０００３】一方、ＬＳＩの基板等に利用される半導体
の単結晶においては、その結晶構造に欠陥があった場合
に所望の製品を得ることができないため、その非破壊検
査が重要であり、光学的検査装置が利用されている。

【０００４】このような光学的検査装置には、例えば、
赤外線を半導体基板試料に照射するとともに、試料を移
動させ、透過あるいは散乱光の強度を二次元の画像とし
てディスプレイ表示して半導体基板試料の結晶欠陥を検
出するものなどがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
赤外線の透過または散乱などを利用した光学的検出装置
においては、得られた信号に次のような理由によるノイ
ズが含まれ、正確な像が得られないという問題点があっ
た。

【０００６】（Ａ）スリット状の赤外光を照射する場
合、このスリット状の赤外光自体の照明むら。

【０００７】（Ｂ）被検査試料から放射されるスリット
状の赤外光を受光するセンサ電機特性の相違に起因する
むら。

【０００８】（Ｃ）他の熱発生源からの熱線に起因する
むら。

【０００９】（Ｄ）被検査試料の透過率等の物性に起因
するむら。

【００１０】従来から、上記（Ａ）照明むら、（Ｂ）セ
ンサのむら等に起因するノイズを軽減するためには、被
検査試料を排除した状態における信号成分を含まない、
いわゆるバックグランド像を作成したり、信号成分を含
む像から平均値フィルタ等の手法によってぼけ像を作成
したりし、これらバックグランド像またはぼけ像と信号
を含む像との間で引算または割算を画素毎に行いノイズ
を除去することが行われている。また、上記（Ｃ）の熱
雑音に起因するむらについては、同一の時間差をおいて
複数回検出値を得、これを平均化することによってノイ
ズを除去することが行なわれている。

【００１１】このような処理によって、ある程度のノイ
ズの除去は行える。しかし、上記（Ｄ）の透過率の相違
によるむらに起因するノイズは被検査試料の自体の特性
に依存するので、その除去ができないという問題点があ
った。

【００１２】この発明は、上記問題点を解決することを
課題としてなされたものであり、受光信号からノイズ信
号を効果的に除去できる結晶欠陥検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光学的検
査装置は、被検査試料に光線を照射する照射手段と、こ
の照射手段により照射された光線に起因して被検査試料
から放出される光をスリット状光として受光し、このス
リット状光の受光位置における輝度を表わす電気信号を
得るセンサと、このセンサで得られた電気信号を処理
し、スリット状光のスリット方向の受光位置に対応する
輝度データを算出する輝度算出手段と、上記被検査試料
を上記スリット状光の受光面に直角な方向に移動させる
移動手段と、上記輝度算出手段によって得られた輝度デ
ータをその受光位置毎に上記移動手段による移動方向全
域にわたって加算し、輝度データにおけるスリット方向
の受光位置毎のノイズ成分を求めるノイズ検出手段と、
上記輝度データから上記ノイズ検出手段において検出さ
れた受光位置毎のノイズ成分を除算することによって、
輝度データ中からノイズ成分を除去し、上記輝度データ
を補正する補正手段と、を有し、補正手段により、補正
された輝度データを得ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】この発明に係る光学的検査装置は上述のような
構成を有しており、スリット状光から得られた輝度デー
タを試料の移動方向毎に加算してノイズ成分を得てい
る。ここで、移動方向の受光位置毎のノイズは被検査試
料の移動によって変動しないはずである。そこで、これ
を加算すると、移動方向のすべての位置においてのって
いるノイズが強調され、特定の位置においてのみのって
いる信号成分はノイズ中に埋没されてしまう。このた
め、この装置により被検査試料の吸収等に起因するノイ
ズ成分を算出することができる。従って、ノイズを除去
して、正確な検出を行うことができる。

【００１５】

【実施例】この発明に係る光学的検出装置の結晶欠陥検
査に適用した実施例について、図面に基づいて説明す
る。

【００１６】図１は、実施例の全体構成図であり、被検
査試料１００は試料台１０上に載置固定される。この被
検査試料１００は、半導体結晶のウエハーであり、この
ウエハー中の構造の欠陥を発見することがこの実施例の
装置の目的である。そして、試料台１０は試料１００を
固定した状態で、図中手前および奥行き方向に移動可能
となっている。この試料台１０は、伝達機構（図示せ
ず）を介しパルスモータ１２によって移動される。

【００１７】試料台１０上に載置固定した被検査試料１
００には、レーザ発射装置１４からのレーザ光２００が
試料１００の端面から入射するように光学系１６を介し
照射される。ここで、この装置においては、図２に示す
ようにレーザ光２００の照射方向が試料台１０の移動方
向Ｍと直交する方向に設定されている。

【００１８】一方、試料台１０の上方には、試料１００
から放射されたスリット状の放射光３００を受光するＴ
Ｖカメラ２０が配置されている。このＴＶカメラ２０は
スリット状の放射光３００をその位置に応じて輝度を表
わす電気信号に変換する。なお、試料１００から放出さ
れる光が幅広でスリット状光でない場合には、スリット
等を設けスリット状光に変換してＴＶカメラ２０に入射
させるとよい。また、このＴＶカメラ２０はホトダイオ
ードアレイで形成してもよい。このようにセンサをホト
ダイオードアレイによって構成すれば、スリット等を設
けなくともスリット状光として受光することができる。

【００１９】ＴＶカメラ２０で得られた電気信号は画像
入力演算装置２２に入力される。この画像入力演算装置
２２には、パルスモータの移動を制御するコントローラ
２４からの信号も入力される。そして、両者の信号を基
に試料１００の移動に伴なって得られる二次元画像を合
成し、モニタ受像機２６に表示する。

【００２０】ここで、この発明において特徴的なこと
は、受光位置におけるノイズの強度は一定であることを
前提として、ノイズを除去することである。すなわち、
本発明においては、画像入力演算装置２２において、受
光強度を試料台１０の移動方向毎に積算する。図２に示
したようにレーザ光２００の照射方向をｘ座標、試料台
１０の移動方向Ｍをｙ座標とすると、検査によって得ら
れた二次元像のｘ座標の座標値が同一の部分（例えば、
図３に斜線で示す部分）におけるノイズ成分は同一と考
えられる。

【００２１】そして、ｘ座標における同一の座標値にお
ける検出値（受光した輝度値）をｙ座標について積算し
積算数で除算して平均値を求めれば、すべての検出値に
含まれるノイズ成分が強調され、結晶欠陥等に起因する
検出値の変化、すなわち信号成分はノイズ成分中に埋没
することとなる。

【００２２】これについて、さらに説明すれば、ノイズ
成分の原因が単なる物質の吸収とみなせる場合には、信
号成分を取り出すための減算すべきノイズ成分Ｎは次式
で表わすことができる。

【００２３】Ｎ＝Ｎ0 ・ｅｘｐ［−αｘ］ ここで、Ｎ0 はｘ＝の位置でのノイズ成分、αは吸収係
数である。

【００２４】また、ノイズ成分Ｎが単なる吸収ではなく
多項式で近似できる場合には、ノイズ成分Ｎは次式で表
わすことができる。

【００２５】 Ｎ＝Ａ0 ＋Ａ1 ｘ＋Ａ2 ｘ² ＋Ａ3 ｘ³ ＋ … ＋Ａk ｘ^k このようなノイズ成分Ｎがある場合に、吸収係数αや多
項式の各係数Ａ0 〜Ａk を最小二乗法等により決定すれ
ば、上述のようにして得られた積算値からノイズ成分の
値を決定することができる。なお、多項式の場合には、
計算時間、その効果を勘案すれば、４〜５次以上の次数
については省略した方が実用的である。このようにし
て、ノイズ成分Ｎについて求められるが、このノイズ成
分Ｎは得られた検出値（受光強度）Ｉに対し、次のよう
な関係がある。

【００２６】 Ｉ＝Ａ・ｅｘｐ［γ（Ｅ＋ｎ）］ ＝Ａ・ｅｘｐ［γ・Ｅ］＋ｅｘｐ［γ・ｎ］＝Ａ・ｅｘｐ［γ・Ｅ］＋Ｎ ここで、Ａ，γは所定の定数、Ｅは信号のエネルギー、
ｎはノイズエネルギー、Ｎが検出値におけるノイズ成分
である。

【００２７】そして、Ａ・ｅｘｐ［γ・Ｅ］が信号成分
であるため、信号成分Ｉ^* は、次式で表わされる。

【００２８】Ｉ^* ＝Ａ・ｅｘｐ［γ・Ｅ］＝Ｉ／Ｎ このように、信号成分Ｉ^* は検出値Ｉをノイズ成分Ｎに
よって除算することによって得られることになる。

【００２９】そして、この検出値Ｉは試料台１０の移動
に伴なうｙ方向のすべての点において得られる。そこ
で、ｙ方向も含めた検出値Ｉ（ｘ，ｙ）として得られ
る。一方、ノイズ成分Ｎは上述のようにｙ方向のすべて
の検出値Ｉ（ｘ）について積算して得たものである。そ
こで、ノイズ成分Ｎはｘのみの変数であり、Ｎ（ｘ）と
して得られる。そこで、ｙ方向も含めた信号成分Ｉ
^* （ｘ，ｙ）は、得られた検出値Ｉ（ｘ，ｙ）とノイズ
成分Ｎ（ｘ）から次のようにして求めることができる。

【００３０】Ｉ^* （ｘ，ｙ）＝Ｉ（ｘ，ｙ）／Ｎ（ｘ） このようにして得られたＩ^* （ｘ，ｙ）を基に二次元画
像を表示すれば、ノイズ成分を除去した信号成分に対応
する画像を得ることができる。そこで、この実施例にお
いては、画像入力演算装置２２において、得られた検出
値Ｉ（ｘ，ｙ）からノイズ成分Ｎ（ｘ）を算出した後、
両者を除算することによって信号成分Ｉ^* （ｘ，ｙ）を
演算算出し、これを輝度信号としてモニタ受像器２６に
輝度信号として供給し、ここに二次元画像表示してい
る。

【００３１】そして、このようにして得られた二次元画
像においては、試料１００内の吸収等によるノイズが除
去されている。このため、図４に示すように、ノイズを
除去した信号成分の検出が行える。従って、正確な二次
元画像表示を行うことができ、欠陥検出の精度を向上す
ることができる。

【００３２】なお、この発明によれば、照明むら、受光
側の感度むらなどもすべてノイズ成分Ｎ（ｘ）に含まれ
てしまうため、これらの除去も達成することができ、非
常に正確な検査を達成することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る光
学的検出装置によれば、被検査試料における吸収などに
起因するノイズを除去することができ、非常に正確な光
学的検査を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る光学的検査装置の一実施例を示
す構成図である。

【図２】同実施例における光及び移動の方向を示す説明
図である。

【図３】同実施例における二次元画像の方向を示す説明
図である。

【図４】同実施例における検出値のｘ方向の特性を示す
特性図である。

【符号の説明】

１０ 試料台（移動手段） １２ パルスモータ １４ レーザ発射装置（照射手段） ２０ ＴＶカメラ（センサ） ２２ 画像入力演算装置 １００ 試料 ２００ レーザ光

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査試料に光線を照射する照射手段
   と、 この照射手段により照射された光線に起因して被検査試
   料から放出される光をスリット状光として受光し、この
   スリット状光の受光位置における輝度を表わす電気信号
   を得るセンサと、 このセンサで得られた電気信号を処理し、スリット状光
   のスリット方向の受光位置に対応する輝度データを算出
   する輝度算出手段と、 上記被検査試料を上記スリット状光の受光面に直角な方
   向に移動させる移動手段と、 上記輝度算出手段によって得られた輝度データをその受
   光位置毎に上記移動手段による移動方向全域にわたって
   加算し、輝度データにおけるスリット方向の受光位置毎
   のノイズ成分を求めるノイズ検出手段と、上記輝度データから 上記ノイズ検出手段において検出さ
   れた受光位置毎のノイズ成分を除算することによって、
   輝度データ中からノイズ成分を除去し、上記輝度データ
   を補正する補正手段と、を有し、 補正手段により、補正された輝度データを得る ことを特
   徴とする光学的検査装置。