JPH11166901A

JPH11166901A - 検査装置及び方法

Info

Publication number: JPH11166901A
Application number: JP9347362A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Fukazawa; 和彦深澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】基板表面の状態が変化しても、レジストの有
無等の欠陥を確実に検査すること。【解決手段】照明系駆動装置３及び検出系駆動装置５
を動作させて、検査対象基板Ｗへの照明光の入射角θｉ
と基板Ｗからの反射光の回折角θｄとを調節する。次
に、モータ７０を駆動してＮＤフィルタ２４を回転さ
せ、検査対象基板Ｗに入射する照明光の強度を参照基板
Ｗについて記憶した参照強度に設定する。次に、ＣＣＤ
カメラ４３で撮影した検査対象基板Ｗの画像を制御装置
６内に取り込んで内部に設けた記憶装置に保存する。次
に、制御装置６内で、撮影した検査対象基板Ｗの画像と
標準基板Ｗの画像とを比較して欠陥部分を検出する。な
お、検査対象基板Ｗに入射する照明光の強度は参照強度
のまま常に一定に保たれる。また、ＣＣＤカメラ４３の
感度は一定値に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、シリコンウェハ
や液晶ガラス基板等の各種基板の製造過程において、こ
れら基板の表面に生じている欠陥等を検査するための検
査装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、基板表面の欠陥等を検査するた
め、検査員が基板の表面を適当な照明系で照明し、照明
した基板を回転させるとともに照明光の照射角度を変え
るためのチルト調整を行い、傷やゴミなどの欠陥を直接
目視によって観察していた。また近年は、例えば特開昭
６１−１３７０５０号公報に開示のように、自動的に基
板表面の欠陥検査を行う検査装置が開発されている。こ
のような検査装置では、適当な照明角度で照明した基板
からの反射光によって形成された基板像を画像処理装置
に取り込み、基板表面の欠陥を自動的に検出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
人手による目視検査方法では、検査結果に個人差があ
り、検査作業が非効率的である。

【０００４】また、反射光を用いた自動検査装置では、
照明系の光源の劣化等に起因して同一の基板であっても
得られる検出画像が変化し、かかる自動検査装置を例え
ばレジストの有無等の欠陥検出に利用した場合、誤検出
が生じてしまうことがある。即ち、レジストの有無等の
欠陥なのか、光源劣化なのか判別できない。さらに、画
像検出装置側で増幅度の自動調整（ＡＧＣ）を行うと、
基板の処理工程の段階によって例えばレジストの厚さや
段差等の条件が変化して、輝度の変化が起こっても、Ａ
ＧＣにより調整されてしまい、レジストの有無の欠陥、
レジストの分布むらなどが十分に検出できなくなる場合
もある。

【０００５】そこで、本発明は、照明系を構成する光源
が経時的に変化した場合にも基板表面の欠陥等を確実に
検査することができる検査装置及び方法を提供すること
を目的とする。

【０００６】また、本発明は、基板の処理工程の段階に
よって基板表面の状態が変化しても、レジストの有無等
の欠陥を確実に検査することができる検査装置及び方法
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る検査装置は、検査対象基板の表面に照
明光を照射する照明装置（２）と、ゲインを固定するゲ
イン固定回路を有し、前記照明装置からの照明光を前記
検査対象基板の表面に照射することによって生じた反射
光をゲインを固定した状態で検出する検出装置（４）
と、前記照明装置からの照明光の強度を検出する照明光
検出装置（８０，８１）と、前記照明光検出装置で検出
した照明光の強度に応じて前記照明装置（２）を制御し
て、前記検査対象基板に照射される照明光の強度を所望
の値に調節する強度調節装置（６，２４，７０）とを備
える。

【０００８】また、好ましい態様では、前記強度調節装
置（６，２４，７０）が、前記検査対象基板の種類に応
じて前記照明装置を制御する。

【０００９】また、好ましい態様では、標準基板の表面
に照明光を照射することによって生じた反射光の強度を
調節し、参照強度を得る参照強度取得装置（４，６，２
４，７０）と、前記参照強度を記憶する参照データ記憶
装置（６）とをさらに備える。

【００１０】また、好ましい態様では、前記強度調節装
置（６，２４，７０）が、前記検査対象基板に照射され
る照明光の強度が前記参照データ記憶装置で記憶した前
記参照強度と一致するように前記照明装置（２）を制御
する。

【００１１】また、好ましい態様では、前記標準基板か
らの反射像と前記検査対象基板からの反射像とを比較
（Ｓ２５）して前記検査対象基板の欠陥を検出すること
を特徴とする。

【００１２】また、本発明に係る検査方法は、検査対象
基板に照明装置からの照明光を照射し（Ｓ２２）、前記
検査対象基板の表面からの反射光を検出することによっ
て、前記検査対象基板の表面を検査するものであって、
前記照明装置からの照明光の強度を検出する工程（Ｓ２
２〜Ｓ２４）と、前記検査対象基板からの反射光をゲイ
ンを固定した状態で検出する工程（Ｓ２３）と、前記検
査対象基板の種類と前記照明装置からの照明光の強度と
に応じて前記照明装置を制御して、前記検査対象基板に
照射される照明光の強度を所望の値に調節する工程（Ｓ
２２〜Ｓ２４）とを備える。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る検査装置の具
体的な実施形態を図面を参照しつつ説明する。

【００１４】図１は、実施形態の検査装置の構造を説明
するブロック図である。この装置は、ウェハステージ９
５上の基板Ｗに照明光を照射する照明装置２と、照明装
置２を駆動して照明装置２からの照明光を所望の入射角
で基板Ｗの表面に入射させる照明系駆動装置３と、基板
Ｗからの反射光を検出する検出装置４と、検出装置４を
駆動して基板Ｗからの反射光のうち所望の出射角の反射
光を選択的に検出させる検出系駆動装置５と、照明装置
２、照明系駆動装置３、検出装置４、及び検出系駆動装
置５を統括制御する制御装置６とを備える。

【００１５】照明装置２は、所定の波長帯域の照明光を
発生する照明用ランプ２１と、照明用ランプ２１からの
照明光を平行光に変換するコリメータレンズ２２と、照
明光のうち所望波長の光のみを通過させる波長選択フィ
ルタ２３と、モータ７０に駆動されて回転して波長選択
フィルタ２３を通過した照明光の強度を調節するＮＤフ
ィルタ２４と、ＮＤフィルタ２４を通過した照明光を分
割するハーフミラー２５と、ハーフミラー２５を通過し
た照明光を集光する集光レンズ２６と、集光レンズ２６
で集めた照明光を入射端２７ａで受けて出射端２７ｂに
伝送する光ファイバ２７と、光ファイバ２７の出射端２
７ｂからの照明光を基板Ｗ上に投影するシリンドリカル
レンズ２８とを備える。

【００１６】また、照明装置２は、この照明装置２から
出力される照明光の強度を監視するための装置として、
ハーフミラー２５で反射された照明光を集光する集光レ
ンズ２９と、この集光レンズ２９によって集光された照
明光を検出して照明光の光量に対応する電気信号を出力
するを光センサ８０と、光センサ８０からのアナログの
電気信号をデジタルの電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器
８１とを備える。

【００１７】照明系駆動装置３は、光ファイバ２７の出
射端２７ｂとシリンドリカルレンズ２８とを固定した第
１移動台９１を基板Ｗのほぼ中心を通る法線を含む所定
面内（図面の紙面の面内）で基板Ｗからの距離を一定に
保って回動させるためのものである。このため、照明系
駆動装置３は、第１固定台３０上に、第１移動台９１か
ら延在し第１移動台９１を支持する支持具３１と、支持
具３１の移動を案内する入射角調節ガイド３２と、支持
具３１をモータ３３の回転に応じて適宜移動させるねじ
機構３４とを備える。なお、ねじ機構３４は、ねじの回
転に伴って移動する可動部材３４ａを有する。この可動
部材３４ａは、支持具３１に対し角度及び距離を可変に
したリンク機構（図示を省略）を介して支持具３１に連
結されており、その移動に伴って支持具３１を入射角調
節ガイド３２に沿って駆動する。

【００１８】検出装置４は、基板Ｗから出射した特定方
向の反射光のうち特定の回折光をテレセントリック光学
系として集光する球面の凹面鏡４１と、凹面鏡４１で集
光された特定の回折光（例えば±１次回折光）をＣＣＤ
カメラ４３に投影するレンズ４２とを備える。なお、Ｃ
ＣＤカメラ４３は、カメラ駆動置４５に制御されて基板
Ｗ表面の状態を撮像する。カメラ駆動装置４５は、自動
利得調整回路（ＡＧＣ）を備えているが、自動利得調整
回路は、ゲイン固定回路４６によって利得（ゲイン）が
固定されている。

【００１９】検出系駆動装置５は、凹面鏡４１とレンズ
４２とを固定した第２移動台９２を基板Ｗのほぼ中心を
通る法線を含む所定面内で基板Ｗからの距離を一定に保
って回動させるためのものである。このため、照明系駆
動装置５は、第２固定台５０上に、第２移動台９２から
延在し第２移動台９２を支持する支持具５１と、この支
持具５１の移動を案内する出射角調節ガイド５２と、支
持具５１をモータ５３の回転に応じて適宜移動させるね
じ機構５４とを備える。なお、ねじ機構５４は、ねじの
回転に伴って移動するとともに支持具５１に連結されて
支持具５１を駆動する可動部材５４ａを有する。

【００２０】ウェハステージ９５は、この上に吸着保持
した基板Ｗとともに基板Ｗのほぼ中心を通る法線を中心
として回転する。ウェハステージ９５の回転位置は、回
転装置９６が調節する。

【００２１】制御装置６は、演算処理装置、記憶装置、
入出力装置等を備える一般的コンピュータ装置であり、
照明装置２を制御して基板Ｗに入射する照明光の強度を
調節したり、検出装置４で取り込んだ画像に順次画像処
理を施して基板Ｗ表面のレジストの有無等の状態を検出
する。さらに、制御装置６は、照明系駆動装置３のモー
タ３３と検出系駆動装置５のモータ５３とを駆動して基
板Ｗへの照明光の入射角と基板Ｗからの反射光の回折角
とを適宜調節する。

【００２２】検査の際の入射角と回折角の設定は、以下
のようにして行う。すなわち、検査の対象となる測定パ
ターンのピッチ幅と、照明に使用する光源の波長と、反
射光のうち検査に使用する干渉光の回折次数（１つ）と
を予め適宜設定し、下記式に基づいて基板Ｗへの照明光
の入射角θｉと基板Ｗからの反射光の回折角θｄとを算
出する。Ｐ×（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）＝ｍλ ここで、Ｐは特定の測定パターンのピッチ幅を、λは照
明光の波長を、ｍは回折次数を意味する。このように、
照明光の波長幅を狭帯化するとともに入射角θｉ及び回
折角θｄを適宜設定することにより、基板Ｗ表面上に検
査対象となるピッチ幅以外のピッチ幅の連続パターンが
混在していた場合でも対象ピッチ幅に対応する部分から
のみの回折画像で基板Ｗを検査できる。

【００２３】以下、図１に示す検査装置の動作について
説明する。図２は、予め参照用の標準基板について行う
リファレンス測定を説明するフローチャートであり、図
３は、検査対象の基板について行う検査を説明するフロ
ーチャートである。

【００２４】まず、後の検査の基準となるリファレンス
測定について説明する。図２に示すように、最初に標準
基板Ｗをウェハステージ９５上にセットする（ステップ
Ｓ１）。

【００２５】次に、照明系駆動装置３及び検出系駆動装
置５を動作させて、標準基板Ｗへの照明光の入射角θｉ
と基板Ｗからの反射光の回折角θｄとを調節する（ステ
ップＳ２）。

【００２６】次に、モータ７０を駆動してＮＤフィルタ
２４を適宜回転させ、標準基板Ｗに入射する照明光の強
度を初期値に設定する（ステップＳ３）。

【００２７】次に、ＣＣＤカメラ４３で撮影した標準基
板Ｗの画像（反射像）を制御装置６内に取り込んで、内
部に設けた記憶装置（図示を省略）に保存する（ステッ
プＳ４）。なお、この実施形態では、ＣＣＤカメラ４３
の感度は一定値に固定されている。すなわち、カメラ駆
動装置４５の自動利得調整回路（ＡＧＣ）の動作をゲイ
ン固定回路４６でオフ状態にすることによってゲインを
固定し、標準基板Ｗ上にレジストが有るか否かの欠陥検
査における検出精度を一定に保っている。

【００２８】次に、制御装置６内で、撮影した標準基板
Ｗの画像（反射像）を統計処理する（ステップＳ５）。
具体的には、基板Ｗの各画素データを分解し、明度とこ
れに対応する画素数との輝度分布を調べ、標準基板Ｗに
入射している照明光の強度が欠陥検査に最適な強度とな
っているか否かを判断する。

【００２９】欠陥検査に最適な照明強度となっていない
場合、反射像につい得た上記輝度分布から標準基板Ｗに
入射させるべき照明光の強度を予測して、照明装置２か
ら出力される照明光を最適と考えられる状態にする。す
なわち、モータ７０を駆動してＮＤフィルタ２４を回転
させ、標準基板Ｗに入射する照明光の強度を最適値と予
想される状態に設定する（ステップＳ３）。

【００３０】一方、欠陥検査に最適な照明強度となって
いる場合、照明装置２から出力される照明光の強度を最
適な強度（参照強度）と判断して制御装置６内部に設け
た記憶装置に保存する（ステップＳ６）。具体的には、
光センサ８０の出力をＡ／Ｄ変換した強度対応信号を参
照強度に対応するものとして記憶する。

【００３１】次に、光センサ８０の出力に対応する強度
対応信号を一定にしたままで、標準基板Ｗの画像を記憶
装置に保存する（ステップＳ７）。すなわち、光センサ
８０の出力が常に参照強度に対応する一定値を示すよう
にモータ７０を駆動してＮＤフィルタ２４の回転位置を
調整しつつ、ＣＣＤカメラ４３で撮影している標準基板
Ｗの画像（反射像）を記憶装置に保存する（ステップＳ
７）。このように、光センサ８０の出力を常に一定値と
するのは、照明用ランプ２１の光量変動をキャンセルし
て検査精度を一定に保つためである。

【００３２】以上のようなリファレンス測定は、検査対
象基板Ｗの種類、例えば製造工程の各加工段階に応じた
ものとして実行する。すなわち、各加工段階ごとに標準
基板Ｗの画像とその際の参照強度とを記憶しておく。

【００３３】以下、実際の検査対象基板Ｗの検査につい
て説明する。図３に示すように、まず検査対象基板Ｗを
ウェハステージ９５上にセットする（ステップＳ２
１）。

【００３４】次に、照明系駆動装置３及び検出系駆動装
置５を動作させて、検査対象基板Ｗへの照明光の入射角
θｉと基板Ｗからの反射光の回折角θｄとを調節する
（ステップＳ２２）。具体的には、これらの角を標準基
板Ｗの場合の入射角θｉ及び回折角θｄと一致させる。
なお、直前の測定が参照基板Ｗについて行われている場
合、照明系駆動装置３及び検出系駆動装置５を動作させ
ないで入射角θｉ及び回折角θｄの設定をそのまま維持
する。

【００３５】次に、モータ７０を駆動してＮＤフィルタ
２４を回転させ、検査対象基板Ｗに入射する照明光の強
度を図２のステップＳ６で記憶した参照強度に設定する
（ステップＳ２３）。なお、直前の測定が上記の参照基
板Ｗや別の検査対象基板Ｗについて行われている場合、
検査対象基板Ｗに入射する照明光の強度は当初の参照強
度のまま常に一定に保たれる。

【００３６】次に、ＣＣＤカメラ４３で撮影した検査対
象基板Ｗの画像（反射像）を制御装置６内に取り込んで
内部に設けた記憶装置に保存する（ステップＳ２４）。
なお、この際及び以下の動作において、ＣＣＤカメラ４
３の感度は一定値に固定されている。

【００３７】次に、制御装置６内で、検査対象基板Ｗの
画像と標準基板Ｗの画像の両画像を比較して欠陥部分を
検出し、適当な画像処理を施した後にディスプレイ上に
表示する（ステップＳ２５）。

【００３８】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は、上記実施形態に限定されるものでは
ない。例えば、照明系駆動装置３は不可欠ではなく、検
出系駆動装置５のみの調節によって基板Ｗからの反射光
の回折角を適宜調整し、所望の周期パターンに対応する
欠陥等を検出することができる。さらに、検出対象が特
定の周期パターンに限定されている場合、検出系駆動装
置５も不要となり、照明光の基板Ｗへの入射角θｉと基
板Ｗからの反射光の回折角θｄとは一定値に固定され
る。

【００３９】また、ＣＣＤカメラとして、自動利得調整
回路を備えていないカメラを使用してもよい。このよう
に、自動利得調整回路を備えていないカメラでは、常
時、ゲインが固定されているので、新たにゲイン固定回
路を設ける必要はない。

【００４０】また、検査対象の周期パターンの状態や性
質が不明確である場合、例えば入射角θｉをＮ゜（０＜
Ｎ）からＮ゜＋２０゜程度まで連続的に変化させて基板
Ｗの画像を記録する。この場合、検査対象基板Ｗのみな
らず、参照基板Ｗについても入射角θｉをＮ゜からＮ゜
＋２０゜まで連続的に変化させて参照強度を適宜最適値
に決定しつつ参照基板Ｗの画像（反射像）を取り込む。

【００４１】また、上記実施形態では、検出装置４を構
成する凹面鏡４１を設けてテレセントリック光学系の配
置としているが、凹面鏡４１は必ずしも必要でない。た
だしその場合、所望の回折光のみを選択して検出する意
味での精度が相対的に低下する。

【００４２】

【発明の効果】本発明に係る検査装置によれば、前記強
度調節装置が前記照明光検出装置で検出した照明光の強
度に応じて前記照明装置を制御して前記検査対象基板に
照射される照明光の強度を所望の値に調節するので、照
明光源の経時変化に関わりなく検査対象基板を一定強度
で照明することができ、検査対象基板を一定の精度で検
査することができる。

【００４３】また、好ましい態様によれば、前記強度調
節装置が前記検査対象基板の種類に応じて前記照明装置
を制御するので、検査対象基板の種類（例えば処理工
程）の変更に応じた適切な検査が可能になる。

【００４４】また、好ましい態様によれば、標準基板の
表面に照明光を照射することによって生じた反射光の強
度を調節し参照強度を得る参照強度取得装置と、前記参
照強度を記憶する参照データ記憶装置とをさらに備える
ので、前記検査対象基板の種類に拘わらず適切な光量の
反射光を得るために必要な照明光の強度を求めることが
でき、これを利用して照明装置を適宜調節することがで
きる。

【００４５】また、好ましい態様によれば、前記強度調
節装置が前記検査対象基板に照射される照明光の強度が
前記参照データ記憶装置で記憶した前記参照強度と一致
するように前記照明装置を制御するので、前記検査対象
基板の種類に応じて当該検査対象基板に照射する照明光
の強度を適切に設定することができ、欠陥等の検出精度
を一定に保つことができる。

【００４６】また、好ましい態様によれば、前記標準基
板からの反射像と前記検査対象基板からの反射像とを比
較して前記検査対象基板の欠陥を検出するので、検査対
象基板について標準基板を基準にした簡単で確実な比較
検査が可能になる。

【００４７】また、本発明に係る検査方法によれば、前
記照明装置からの照明光の強度を検出する工程と、前記
検査対象基板からの反射光をゲインを固定した状態で検
出する工程と、前記検査対象基板の種類と前記照明装置
からの照明光の強度とに応じて前記照明装置を制御し
て、前記検査対象基板に照射される照明光の強度を所望
の値に調節する工程とを備えるので、照明光源の経時変
化や検査対象基板の種類の変更に関わりなく、検査対象
基板を一定の精度で検査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の装置構造を示す図であ
る。

【図２】図１の装置の参照測定動作を説明するフローチ
ャートである。

【図３】図１の装置の検査測定動作を説明するフローチ
ャートである。

【符号の説明】

２照明装置部分３照明系駆動装置４検出装置部分５検出系駆動装置６制御装置２１照明用ランプ２２レンズ２３波長選択フィルタ２４ＮＤフィルタ２５ハーフミラー２６レンズ２７光ファイバ２８シリンドリカルレンズ２９レンズ３２ガイド３３モータ３１駆動部５１駆動部５２ガイド５３モータ５４ボールネジ３４ボールネジ４１凹面鏡４２レンズ４３ＣＣＤカメラ８０光センサ８１Ａ／Ｄ変換器９１第１移動台９２第２移動台９５ウェハステージＷ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象基板の表面に照明光を照射する
照明装置と、ゲインを固定するゲイン固定回路を有し、前記照明装置
からの照明光を前記検査対象基板の表面に照射すること
によって生じた反射光をゲインを固定した状態で検出す
る検出装置と、前記照明装置からの照明光の強度を検出する照明光検出
装置と、前記照明光検出装置で検出した照明光の強度に応じて前
記照明装置を制御して、前記検査対象基板に照射される
照明光の強度を所望の値に調節する強度調節装置とを備
える検査装置。
【請求項２】前記強度調節装置は、前記検査対象基板
の種類に応じて前記照明装置を制御することを特徴とす
る請求項１記載の検査装置。
【請求項３】標準基板の表面に照明光を照射すること
によって生じた反射光の強度を調節し、参照強度を得る
参照強度取得装置と、前記参照強度を記憶する参照デー
タ記憶装置とをさらに備えることを特徴とする請求項２
記載の検査装置。
【請求項４】前記強度調節装置は、前記検査対象基板
に照射される照明光の強度が前記参照データ記憶装置で
記憶した前記参照強度と一致するように前記照明装置を
制御することを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項５】前記標準基板からの反射像と、前記検査
対象基板からの反射像とを比較して、前記検査対象基板
の欠陥を検出することを特徴とする請求項４記載の検査
装置。
【請求項６】検査対象基板に照明装置からの照明光を
照射し、前記検査対象基板の表面からの反射光を検出す
ることによって、前記検査対象基板の表面を検査する検
査方法であって、前記照明装置からの照明光の強度を検出する工程と、前記検査対象基板からの反射光をゲインを固定した状態
で検出する工程と、前記検査対象基板の種類と前記照明装置からの照明光の
強度とに応じて前記照明装置を制御して、前記検査対象
基板に照射される照明光の強度を所望の値に調節する工
程とを備えることを特徴とする検査方法。