JPH10132533A

JPH10132533A - 検査装置

Info

Publication number: JPH10132533A
Application number: JP28773396A
Authority: JP
Inventors: Naoko Yamamoto; 直子山本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣ等の回路パターンの欠陥や異物の検査処
理を行う検査装置において、光の利用効率が高く、か
つ、高速動作が可能で、様々な検査対象物の検査に適用
できる検査装置を提供する。【解決手段】レーザ１０により特定パターンを有する
検査対象物１２に検査光を照射する。位相型空間光変調
素子１４は検査対象物１２からの反射光から上記特定パ
ターンの除去された観測光を生成する。信号処理手段１
７は、撮像手段１６により撮像された前記観測光に基づ
いて検査対象物１２の検査を行い、検査結果出力手段１
８から出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣの回路パター
ンの欠陥や異物等の検査を行う検査装置に関し、特に、
空間フィルタを用いて周期的パターンを除去することに
より検査処理を容易に行えるようにする検査装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】検査装置の分野では、通常、検査処理は
撮像系により得られた回路パターン等のデータを計算機
によるフィルタリングやパターンマッチングをすること
により断線や異物等を検査している。

【０００３】近年、特にＩＣの欠陥検査装置において
は、ＩＣのパターンの微細化により、計算機で画像処理
を行う認識方法では検査範囲を広げたり、解像度を向上
させるためにサンプリング数を増やすことや検出分解能
を向上させることが要求されている。しかしながら、サ
ンプリング数を増やすと、計算処理量が増加するため処
理時間が増加し認識に時間がかかることや、検出分解能
を向上させる場合には、検出光学系の焦点深度が浅くな
り、検出対象物をのせるステージ等に高精度の仕様が要
求されることになる。

【０００４】そこで、最近は上記問題を解決するため
に、空間フィルタを用いて光学的にフィルタリングやパ
ターンマッチングを行うことにより処理時間を減らす方
法が用いられている（従来例１「空間フィルタを用いた
ウエハ異物検出技術」（精密工学会誌，５８，１２１，
１９９２）、従来例２「機械式のピッチ可変フィルタを
用いたＬＳＩウエハ上の異物検査技術」（第６回「外観
検査の自動化」ワークショップ，１９９４．１２．１−
２，ｐｐ．１０４−１０８））。

【０００５】従来例１では、光学的にフィルタリングを
行う空間フィルタとして、写真のネガ，透明フィルムや
ガラス板に黒色パターンを印刷したもの，ＴＦＴ液晶，
単純マトリックス液晶が使用できることが記載されてい
る。

【０００６】このうち、写真のネガ，透明フィルムやガ
ラス板に黒色パターンを印刷したものと、従来例１にお
いて最も良い結果を得たとされる透明フィルムにインク
を転写したものは、スタティック型の空間フィルタであ
り、汎用性に乏しい。

【０００７】一方、ＴＦＴ液晶，単純マトリックス液晶
は書き換え可能型の空間フィルタであるという利点を有
しているが、空間フィルタとして用いる際に偏光依存性
があるために偏光板を挿入する必要があり、その際、検
査対象物からの偏向度のばらつきが大きくなり、偏光板
の透過率がばらつき、検出性能が悪くなってしまう。

【０００８】従来例２に記載された検査装置では、空間
フィルタとして振幅変調型で書き換え可能型のピッチ可
変フィルタを用いている。図６は、そのピッチ可変フィ
ルタを示す構成図である。このピッチ可変フィルタは、
等間隔に並べられた線状の遮光板４１のピッチを変化で
きるようにしたものであり、ピッチの変化はモータ４２
でネジを回し、コイルバネ４３を伸縮させることにより
行う。

【０００９】また、ここでは、照明光源に半導体レーザ
を用い、レンズ系により１次元コヒーレント光でウエハ
を照明することでＳＮ比を更に向上させ、焦点深度の深
い小型の光学系で検出感度を向上させている。

【００１０】以上示した従来例１，従来例２に記載の検
査装置においては、いづれも振幅変調方式の空間フィル
タが用いられている。振幅変調方式とは、フィルタリン
グしたい部位の光の振幅を減少させる方式であり、ＩＣ
パターンの検査装置においては、その周期的パターンか
らの光を減衰させることで、ゴミ等を目立たせるために
用いられている。

【００１１】ところで、検査装置には用いられていない
が、空間フィルタとしては、上記振幅変調方式以外に位
相変調方式がある。位相変調方式の空間フィルタは、通
常、画像表示装置におけるモアレの除去やレーザ光の偏
向や変調に用いられている。従来、この位相変調方式の
空間フィルタには、ＡＯＭ（音響光学変調素子）や電気
光学材料のバルクの単結晶を用いたものが用いられてい
る。

【００１２】ＡＯＭを用いた方式は、超音波により結晶
に歪みを作り入射光を回折させる方式である。

【００１３】また、電気光学材料のバルクの単結晶を用
いた電気光学効果方式は、電気光学材料に電圧を印加す
ることにより屈折率が変わることを利用して位相を変調
する。

【００１４】これらの位相変調方式は振幅変調方式とは
異なり、光を減衰させないため、光の利用効率が高いと
いう特徴を有している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１や従来例２に記載された検査装置に用いられてきた空
間フィルタはいずれも振幅変調方式であるため、空間フ
ィルタにおいて光を減衰させる。このため、検査対象物
からの反射光の利用効率が低くなり、ＳＮ比が悪くな
る。この問題を解決するため、焦点深度を高める工夫が
なされてきたが、振幅変調方式では限界があった。

【００１６】更に、ＴＦＴ液晶やネマティック液晶で
は、反射光が液晶を透過する際に光が減衰されてしまう
という問題がある。また、ＴＦＴ液晶では応答速度は速
いが開口率が低いため光の利用効率が悪く、ネマティッ
ク液晶は応答速度が遅いために高速処理ができないとい
う問題もある。

【００１７】更に、従来例１の描画マスク法は可変性が
なく、多様な検査パターンに対応できない。

【００１８】また、従来例２の空間フィルタも、光学系
の工夫によりＳＮ比は向上しているが、遮光板に厚みが
あるために細かいパターンの場合には精度が悪くなる欠
点があった。また、機械的な駆動であるために機構が複
雑になることや小型化、高速化が困難であった。

【００１９】更に、位相変調方式の空間フィルタで用い
られているＡＯＭ方式については、超音波を圧電素子に
印加し、圧電結晶に歪みを作るため、サイン波を基本と
する簡単な波形しか形成できないため複雑なパターン像
に対応できない欠点があった。

【００２０】また、バルクの無機単結晶を用いた電気光
学効果方式については、単結晶であるため空間フィルタ
ーの大面積化が困難なことと、厚み方向に電圧を印加す
るため、厚いと画素ピッチを細かくできず複雑なパター
ンに対応できないことや、駆動するために高電圧（〜ｋ
Ｖ）を印加することが必要等の欠点があった。

【００２１】本発明は上記課題を解決するものであっ
て、光の利用効率が高く、小型で、高速且つ低電圧で動
作する検査装置を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の検査装置は、特定パターンを有す
る検査対象物に検査光を照射する照射手段と、検査対象
物からの反射光から特定パターンの除去された観測光を
生成する観測光生成手段と、を有し、観測光に基づいて
検査対象物を検査する検査装置において、観測光生成手
段は、反射光を位相変調することにより、特定パターン
に対応する部分からの光を打ち消す電気光学材料薄膜を
含む位相空間フィルタを有してなるものである。

【００２３】請求項２に記載の検査装置は、請求項１に
記載の検査装置において、電気光学材料薄膜が、異方性
構造を有する異方性膜からなるものである。

【００２４】請求項３に記載の検査装置は、請求項２に
記載の検査装置において、異方性膜は、母体材料中に微
粒子材料が不均一に分散されて形成されてなるものであ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の検査装置の第１の実施の
形態について図面を参照しながら説明する。

【００２６】図１は、本実施の形態の検査装置の構成を
示す概略図である。図１において、レーザ１０（例え
ば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ）はレンズ系１１を通して特定パ
ターン（例えば周期的な配線パターン）を有する検査対
象物１２にレーザ光（請求項における検査光）を照射す
る。レンズ１３は、検査対象物１２からの反射光から、
検査対象物の像をフーリエ変換したフーリエ変換像を生
成する。位相型空間光変調素子（位相空間フィルター）
１４は、このフーリエ変換像から上記特定パターンに対
応する部分を除去するように、除去パターンを形成して
おり、上記フーリエ変換像の結像面に配置されている。
これにより、位相型空間光変調素子１４を透過した光
は、上記特定パターンの除去されたフーリエ変換像とな
る。尚、この位相型空間光変調素子１４は電圧制御手段
１９から電圧を印加されており、この電圧印加パターン
により検査対象物１２の形態に対応した除去パターンを
形成する。レンズ１５は、この特定パターンのフーリエ
変換像が除去された像を逆フーリエ変換して、上記反射
光から上記特定パターンの除去された観測光を出力す
る。撮像装置１６はイメージセンサ等からなり、この観
測光の結像面、あるいは、結像面に配置されたレンズ系
の後段に配置されている。そして、上記観測光を受け、
閾値処理等を行うことにより、検査対象物１２の検査を
行い、検査結果出力手段１８から検査結果を出力する。

【００２７】尚、この検査装置では、計算機によるフィ
ルタリング等の画像処理を上記の構成に組み合わせて用
いることもできる。

【００２８】次に、以上示した検査装置の動作を図２を
用いて具体的に説明する。尚、図２においては、図１に
おけるレーザ１０，信号処理手段１７，検査結果出力手
段１８については省略している。また、撮像手段１６と
して、ＣＣＤカメラ１００を用いている。

【００２９】検査対象物１２は周期的格子パターンを有
しており、その中央部に付着物が存在しているものとす
る。このとき、反射光１０１は、図２（Ａ）に示すよう
なパターンのものとなる。

【００３０】この検査対象物１２からの反射光１０１
は、レンズ１３に入射し、そこでフーリエ変換され、図
２（Ｂ）に示すフーリエ変換像１０２となる。即ち、上
記周期的格子パターンが周期的なスポットパターンとな
り、付着物のパターンは全面に広がったパターンとな
る。

【００３１】位相型空間光変調素子１４は、図２（Ｃ）
に示すように、上記の周期的なスポットパターンを打ち
消すような位相変調パターンを持つように形成されてい
る。

【００３２】この位相型空間光変調素子１４に入射した
フーリエ変換像１０２は、上記の位相変調パターンによ
り、図２（Ｄ）に示すパターン、即ち上記の周期的なス
ポットパターンの打ち消されたパターンとなり、位相型
空間光変調素子１４から出力される。

【００３３】そして、レンズ１５により逆フーリエ変換
されて、図２（Ｅ）に示す観測光１０３となり、ＣＣＤ
カメラ１００により撮像される。このとき、観測光１０
３は、反射光１０１から周期的格子パターンが除去され
た付着物のパターンのみの像である。

【００３４】このようなシステムにより、特定パターン
を有する検査対象物からその特定パターンを除去した観
測光を得ることができる。このため、上記観測光に基づ
き検査対象物における特定パターンの欠陥やゴミの付着
を容易に検査することが可能となる。

【００３５】以上のような検査装置では、位相型空間光
変調素子１４を用いているため、撮像手段１６により撮
像する光の量が増大し、検査対象物（例えば、ＩＣのパ
ターン）のＳＮ比を向上することができ、焦点深度の深
い光学系でも検査ができるため、より広範囲の検査対象
物の検査が可能になる。また、書き換え可能型であるた
め一つの素子で様々なパターンの検査対象物に対応でき
る。この書き換え可能型位相型空間光変調素子１４はレ
ンズ系と併せて複数組を検出光学系に用いることによ
り、より複雑なパターンの検査に用いることもできる。

【００３６】次に、位相型空間光変調素子１４について
詳しく説明する。

【００３７】位相型空間光変調素子１４は、例えば、検
査対象物の周期的パターンのフーリエ変換像を除去する
ようシミュレーティッドアニーリング法等の手法により
計算された変調パターンを持つように設定される。この
設定は、図１においては電圧制御手段１９により行われ
る。

【００３８】図３は、位相型空間光変調素子１４の構成
の一例を示す図である。この図に示すように、位相型空
間光変調素子１４は、２次の非線形光学材料のうち屈折
率が電界に比例する電気光学効果を示す材料（以下、電
気光学材料薄膜と記す）２３と、それを挟み込む第１透
明電極層２２，第２の透明電極層２４とがガラス基板２
１上に形成されたものである。この位相型空間光変調素
子１４では、第１の透明電極層２２が引出線２５により
接地されており、上記変調パターンの設定は第２の電極
２４への電圧の印加により行われる。この図では、図１
における電圧制御手段１９を構成するＩＣ２６が第２の
電極２４への印加電圧を制御しており、この印加電圧に
より、上記変調パターンを変えることができる。従っ
て、様々な特定のパターンを有する検査対象物に対応す
ることができる。尚、ＩＣ２６は、電気光学材料薄膜２
３と同一基板上に形成されている。

【００３９】尚、第１の透明電極層２２と第２の透明電
極層２４のパターン形状は逆の構成であってもよい。ま
た、図４に示すように、第１の透明電極層２２と第２の
透明電極層２４が共にストライプ状の電極であり、か
つ、第１の透明電極２２と第２の透明電極２４とで電気
光学材料薄膜２３をマトリックス駆動できるように構成
されていても差し支えない。

【００４０】次に、図３に示した位相型空間光変調素子
１４の製造方法について説明する。まず、ガラス等の基
板２１（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ社製ガラス＃７０５
９）上に第１の透明電極層２２（例えばＩＴＯなど）と
して蒸着源であるＩｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂（３〜１０ｗｔ
％）複合化合物をＥＢ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ）
蒸着法により１００［ｎｍ］〜１［μｍ］、基板加熱温
度６０［℃］〜３００［℃］で成膜する。そして、第１
の透明電極層２２上の電極引き出し部分以外の部分に、
電気光学材料薄膜２３（例えば、有機材料のＰＭＭＡ
（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｒａｔｅ）＋
ＤＲ１（ＤｉｓｐｅｒｓｅＲｅｄ１））を有機溶剤
（例えば、ｏ−ジクロロベンゼン）に溶解し、スピンコ
ート法で膜厚１〜１０［μｍ］形成し、成膜後にオーブ
ン等により温度６０［℃］〜２００［℃］、時間１０
［ｍｉｎ］〜１００［ｍｉｎ］で処理を行い溶剤を蒸発
させる。そして、第２の透明電極層２４（例えば、ＩＴ
Ｏ膜）として、蒸着源であるＩｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂（３〜
１０ｗｔ％）複合化合物をＥＢ蒸着法で１００［ｎｍ］
〜１［μｍ］、基板加熱温度６０［℃］〜１００［℃］
で成膜する。続いて、第２の透明電極層２４をフォトリ
ソグラフィー工程を用いて一辺の長さ５〜５００［μ
ｍ］でピッチ８〜５００［μｍ］の正方形状電極パター
ンに加工する。そして、熱処理（８０℃〜２００℃）を
しながら第１の透明電極２２と第２の透明電極２４との
間に電圧（１００〜３００Ｖ）を印加し、電気的異方性
を付与するポーリング処理を行うことにより２次の非線
形光学効果である電気光学効果を出現させる。尚、この
ポーリング処理は第２の電極パターンの加工前に金属板
電極、あるいは、針状電極等を用いてコロナ放電により
ポーリング処理を行っても良い。その後、第１の透明電
極層２２から引出線２５をつなぎ、例えば接地する。そ
して、第２の透明電極を駆動するＩＣ２６をマウントす
ることにより、書き換え可能型位相型空間フィルタ（位
相型空間光変調素子）１４が形成される。

【００４１】尚、電気光学材料２３は成膜後にフォトリ
ソグラフィー工程を用いて第１の透明電極２２の引出線
２５が露出するようにパターニングしても良い。第２の
透明電極２４を駆動するＩＣ２６は図１のように素子上
にマウントしてもよいが、電極をＦＰＣで引き出して素
子外のＩＣで駆動してもよい。

【００４２】また、上記工程中で、基板２１は光の透過
率の高い材料であればよい。透明電極層２２，２４、お
よび、薄膜の電気光学材料２３の成膜方法は、このほ
か、真空蒸着法、スパッタ法、ディップ法、スクリーン
印刷法等の公知の薄膜の成膜方法が使用できる。透明電
極層２２，２４はディップ法、スクリーン印刷法で形成
する場合、例えば、Ｉｎ、Ｓｎを含む材料を組み合わせ
た金属アルコキシド系、金属有機化合物系、無機化合物
系などの材料を用いても良い。第２の透明電極層２４の
パターン形状は図３のパターンの他、矩形状等の形状で
もフィルタとして必要とされる形状が電気的駆動により
形成できれば構わない。

【００４３】電気光学材料薄膜２３は薄膜で屈折率が電
界に比例する電気光学効果を示す材料で、かつ電圧（０
〜１００Ｖ）の印加により光の位相を変化させることが
できる有機材料、無機材料、あるいは、有機ー無機の複
合材料を用いてもよい。

【００４４】また、有機材料のＰＭＭＡ＋ＤＲ１を用い
てスピンコート法で電気光学材料薄膜２３を成膜する場
合における、スピンコート法の溶剤として用いるｏージ
クロロベンゼンは、沸点は高いが、赤外線加熱装置を必
要とせず、従来のスピンコート法の工程で成膜できるた
め最も適している。しかし、膜厚が薄い（５μｍ以下）
場合は従来から用いられているシクロペンタノン、セロ
ソルブアセテート等の溶剤を用いても成膜ができる。有
機材料としては上記の他にＢｉｓＡ−ＡＮＴ（ｂｉｓｐ
ｈｅｍｏｌ−Ａ−４−ａｍｉｎｏ４’ーｎｉｔｒｏｔｏ
ｌａａｎｅ）等でも良い。

【００４５】無機材料の場合、ＳｉＯ₂＋Ｘ（Ｘ＝Ｇ
ｅ、あるいは、ＧａＰ）をスパッタ法、蒸着法、スピン
コート法、ディップ法等で積層構造、柱状構造、あるい
は微粒子を母体材料中に不均一に混合させた構造とすれ
ば、膜に構造的異方性が付与され（異方性構造とな
り）、点対称性がなくなるため、２次の非線形光学効果
を出現させることができる。この場合は上記で述べたポ
ーリング処理を行う必要はないため、製造工程を簡略化
することができる。尚、上記のような構造的異方性を有
する電気光学材料薄膜は、例えば、図５に示すような電
気光学材料薄膜（図５はある一方向で切断した断面図を
示している）は、薄膜形成時における微粒子の添加を基
板全面に均一に行うのではなく、基板の一部分に集中的
に添加するように行うことで形成できる。

【００４６】また、無機材料としては上記のＳｉＯ₂の
他、無機酸化物、あるいは、無機窒化物でも良い。また
分散材Ｘも、Ｇｅ、ＧａＰの他、半導体微粒子、あるい
は、金属微粒子、あるいは、有機非線形分子でも良い。
電気光学材料が有機材料の場合でも、ポーリング処理に
より異方性を持たせることができるが、成膜時に異方性
を持ち電気光学効果を示す材料に関しては、ポーリング
処理を行う必要はない。

【００４７】上記の膜では、通常、材料自身には絶縁性
があるが、スパッタ法により成膜するとピンホール等が
発生して絶縁性が確保されない場合がある。その場合、
無機材料の下層、上層、あるいは、上下層に絶縁層とし
て有機材料（ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈ
ａｃｒｙｒａｔｅ）、ポリイミド、あるいは、有機ＳＯ
Ｇなど）、無機材料、有機無機複合材料をスピンコート
法、ディップ法等で０．０１〜１．０［μｍ］成膜する
ことにより絶縁性を良好にすることができる。上記のよ
うな電気光学材料薄膜を用いると、電気光学結晶の場合
に比べて膜厚が薄いため印加電圧を低くすることがで
き、成膜および大面積化も容易である。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光の利用効率が高い位相空間フィルタを用いるため、Ｓ
Ｎ比をあげることができ、焦点深度の深い光学系で高精
度に欠陥や異物を検査することができる。

【００４９】また、位相空間フィルタとして、電気光学
材料薄膜を用いることにより、検査対象物に応じた書き
換え可能な空間フィルタを構成できる。また、低電圧で
駆動でき、高速かつ高精度に欠陥や異物を検査すること
ができる。

【００５０】更に、位相空間フィルタを構成する電気光
学材料薄膜として、母体材料に微粒子が不均一に添加さ
れた薄膜のような異方性構造を有するものを用いれば、
その電気光学材料薄膜膜の形成を簡単に行うことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検出装置の構成を示す概略模式図であ
る。

【図２】図１の検出装置の具体的動作を説明する図であ
る。

【図３】位相型空間光変調素子の構成を示す概略構成図
である。

【図４】位相型空間光変調素子の他の構成を示す概略構
成図である。

【図５】電気光学材料薄膜の構成を説明する断面図であ
る。

【図６】従来の空間フィルタ−の一例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１２検査対象物１４位相型空間光変調素子１６撮像手段１７信号処理手段１０１反射光１０２フーリエ変換像１０３観測光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定パターンを有する検査対象物に検査
光を照射する照射手段と、前記検査対象物からの反射光
から前記特定パターンの除去された観測光を生成する観
測光生成手段と、を有し、前記観測光に基づいて前記検
査対象物を検査する検査装置において、前記観測光生成手段は、前記反射光を位相変調すること
により、前記特定パターンに対応する部分からの光を打
ち消す電気光学材料薄膜を含む位相空間フィルタを有し
てなることを特徴とする検査装置。
【請求項２】請求項１に記載の検査装置において、前記電気光学材料薄膜は、異方性構造を有する異方性膜
からなることを特徴とする検査装置。
【請求項３】請求項２に記載の検査装置において、前記異方性膜は、母体材料中に微粒子材料が不均一に分
散されて形成されてなることを特徴とする検査装置。