JPS62191741A - 表面欠陥検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体ウェ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） 半導体ウェハや、ビデオディスクなどにおいては、その
表面に存在づ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い
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５６−４．０４０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５３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□する影を
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
５２の照射方向と欠陥５５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１１ｆｌ　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、多方向から照明することによって
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
半導体ウェハなどの表面は精ど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。

そこで、この発明では、この暗視野法にｄ３いて、■光
源として面状または線状の光源を用い、■この光源の実
像を結像光学系を通して被検査体に結像させるようにす
る。

このようにすることによって、後に例示するように、各
欠陥には広い角度範囲からの光が高照度で照射されるこ
とになり、各方向の欠陥についての高精度の検出が可能
となってくる。

（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。Ｔｉ１１図において、被検査体１は図の水平方
向に載置され（おり、その表面２を延長した方向に存在
する仮想的原点Ｏの垂直上方には、面状放雷管などで構
成された面状光源３が配置されている。この面状光＃ｉ
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ｉ２Ｂ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ｖｊｉｔ＋的
延長線が上記原点○に交わるように配置される。

また、この主面７の仮想的延長綿は、被検査体表面２．
原点Ｏ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雪分する線となっている。さらに、レン
ズ６は、その焦点箱Ｉｆ（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＋１！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、この図かられかるように、面状光ＦＡ３のサイズ
は、その実像が被検査体表面２の全体をカバーづ°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＋１Ｐｉ３からの光は、角度範囲θ
内の各方向から欠陥１０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２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図の搬像装置２０を設ける。この撮像装
置２０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￥Ａ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
１３したがって反射光１４の角度範囲θは極めて小さい
ものく実質的にＯｏ）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、池
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はかなり大ぎなものとなる。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ｖＲ象装置
２０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′ｒＡ３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ＩＱ
置する躍象装ｇ！Ｉ２０に取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ｍを、所定のしきい値と比較して弁別する
ことなどににす、欠陥の有無オの伯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に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
うこと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、ミラー等を用い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１ｊｌ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、半導体ウェハやビデオディスクなどに
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、面状または線
状光源と結像光学系とを併用することによって、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得ることができる。

【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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、 面状または線状の光源の実像を結像光学系を用いて前記
   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。
2. （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。