JPS631532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリコンウエハ等各種面板材料にお
ける平滑に仕上げられた表面に傷等の欠陥（以下
表面欠陥という）を検出するための光学式表面欠
陥検出器に関するものである。

〔従来の技術〕

電子部品材料としてのシリコンウエハ等各種面
板材料の表面欠陥を検出するのに、従来、裸眼ま
たは顕微鏡による目視検査が行われていたが、か
かる方法は非能率であり、かつ検査者による個人
差の影響を免れず、信頼性が低く、量産工程には
不適当であつた。このために検査者の目視に依存
せずに表面欠陥箇所では正常箇所とは光の反射状
態が異なつていることを利用して、自動的に表面
欠陥を検出し、この検出信号を電気信号にしてコ
ンピユータ処理を行う光学式表面欠陥装置による
自動検出方式の開発が進められている。

光学式表面欠陥検査方式は種々開発されている
が、例えば第１図ａ，ｂに示したようなXY走査
方式がある。即ち、第１図ａにおいて、レーザ光
源１からの光ビームは振動ミラー４に反射され、
透孔レンズ２を通つて被検面板３の表面に微小な
ビームスポツトに集束するように照射するように
なつている。そして、振動ミラー４は、図中に矢
印で方向に所定角度回転振動させるようになし、
これによりビームスポツトは面板上をＸ方向（図
における紙面に平行な方向）に走査線ｌに沿つて
往復しながら操作するようになる。この走査線ｌ
に対して直角の方向、即ち図中において、二重円
で示すＹ方向に面板３を移動させるようにすれ
ば、該面板３の表面全体にわたつて走査が行われ
る。これがXY走査方式で、この方式によれば、
高速で面板３の表面欠陥の検査を行うことができ
るようになる。

而して、第１図ｂに示したように、レーザ光源
１からのレーザビームは振動ミラー４を介して面
板３に直角に入射されたときにおいて、この面板
３が正しく平滑に仕上げられていれば、このレー
ザビームはその入射方向と同一の方向に反射され
ることになる。一方、表面に欠陥箇所があると、
前述した反射方向とは異なる方向に散乱反射する
ことになるので、この散乱反射光を集光レンズ５
を通して検出すれば、この表面欠陥の有無を検出
することができることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、一般に表面欠陥による散乱反射光の
方向，角度，強度等は、欠陥の種類，形状，大き
さ等によつて異なるために、これら多様な欠陥を
検出するためには、受光器の感度を高める必要が
ある。このためには、受光器の開口部が欠陥箇所
に見込む立体角θを大きくとらなければならず、
このためには集光レンズ５の口径を大きくとると
共に、極力被検面板３におけるビームスポツトの
近くに位置させなければならない。しかも、この
ように集光レンズ５を使用する場合においては、
走査線ｌの全範囲にわたつて一様な集光特性を有
するようにするために、該集光レンズ５は広い視
野と、この視野の全範囲における収差が小さくな
るようにしなければならない。かかる要求は相反
するものであつて、このために、集光レンズ５
は、そのレイアウト上非常に制限されることにな
る。また、第１図ｂに示した如く、走査線ｌにお
ける片側にだけ１個の集光レンズを設けただけで
は、反対側への散乱光を検出することができない
ことになり、このために、両側に集光レンズを設
けることは、機構が複雑かつ大型化するので、現
実上の問題点がある。

しかも、投光レンズ界面その他光学系各部にお
ける複雑な反射等に起因して迷光が発生し、この
迷光によつて、レーザ光源１からの光は、厳密に
は１本の微小なスポツト以外にも散乱し、このビ
ームスポツト以外の迷光はかなり広い範囲で不規
則に面板３上に投射されることになる。かかる迷
光が集光レンズの視野内にあると、ノイズとな
り、Ｓ／Ｎ比が低下することになる。このような
迷光による妨害を排除するために、集光レンズ５
の背後における焦点位置近傍に走査線ｌからの像
だけが通過することができるスリツト６を設ける
等の対策を講じたりしているものの、なお迷光に
よるノイズ防止には不十分である欠点がある。

さらに、前述した集光レンズによつて走査線ｌ
からの散乱光を集束させるようにすれば、該走査
線ｌにおけるどの位置において、どの方向からど
の程度の散乱光が生じているのかを検出すること
ができないために、面板３に表面欠陥があるか否
かの検出を行うことはできるが、この欠陥箇所の
正確な位置，種類，形状等を検出することができ
ない欠点がある。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、小型かつコンパクトな構
成により被検面板の表面欠陥を極めて高い精度で
検出することができるようにした光学式表面欠陥
検出器を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前述した目的を達成するために、本発明は、レ
ーザ光源から照射されるレーザビームにおける被
検面板の走査線の両側斜上方に、被検面板からの
散乱反射光を受光する受光用の光フアイバを、該
走査線のほぼ全長にわたつてそれと平行なライン
上に複数本配設し、該各光フアイバの光軸が前記
走査線に向くようにして、入射端面を該走査線に
近接させて設けることにより複数の受光区画部を
形成して、レーザビームの被検面板表面における
照射スポツトからの反射光をこれら各受光区画部
に入射させるようになし、これら各光フアイバを
それぞれ各別に光電変換素子に接続して、該各光
電変換素子における受光量に基づいて被検面板の
表面の欠陥位置及びその性質を検出する構成とし
たことをその特徴とするものである。

〔作 用〕

レーザ光源からコヒーレントなレーザビームを
被検面板の表面における所定の長さの走査線上に
照射すると、該被検面板が完全に平滑な状態とな
つているときには、一定の方向に反射する。例え
ばレーザビームを被検面板に対して直角に入射さ
せれば、その反射方向は入射方向と同一となる。
然るに、被検面板の表面に欠陥箇所があると、そ
の欠陥の種類に応じて、反射光は前述の反射方向
以外にも散乱反射することになる。そこで、この
散乱反射は走査線と平行なライン上に設けた複数
の光フアイバに入射されることになり、これら各
光フアイバにおける入射光の光量を光電変換素子
によりその受光量に応じた電気信号に変換し、走
査線と平行なラインを複数の区画に分割すること
により受光区画部を形成し、これら各受光区画部
における散乱反射光の光量の分布をサンプリング
することができるようになる。従つて、この散乱
反射光の光量分布に基づいて所定の分析を行うこ
とによつて、被検面板の表面における欠陥の位置
を正確に検出することができるだけでなく、その
種類や形状，大きさ等の特定を行うことができる
ようになる。即ち、被検面板に対する入射光はコ
ヒーレントなものであるので、例えば被検面板に
傷がある場合においては、一定の方向のみに強い
散乱光が発生する。また、異物等が付着している
場合には、散乱光は特定方向に指向性を持たず、
周辺に向けて散乱することになる。さらに結晶欠
陥やその他欠陥の性質によつては、散乱光の位
置，方向，大きさ，強さ等が相違するために、こ
れら散乱光を走査線方向に複数設けた光フアイバ
で受光させて、この受光量を分析すれば、欠陥の
性質等も極めて高い精度で検出することができる
ようになる。

光フアイバはフレキシブルなものであるので、
その配置に自由度があり、従つて、この光フアイ
バの入射端面を走査線に極めて近接した位置に配
設することができ、また該走査線の両側に配設し
ても、格別装置を大型化することはない。

さらに、このように光フアイバの入射端面を走
査線に近接させるようにすることによつて、迷光
によるノイズの発生を防止することができるよう
になり、表面欠陥の検出精度をさらに向上させる
ことができるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第２図にレーザビームの散乱光を受光する受光
器としての光フアイバ８の配置関係を示す。この
光フアイバ８は、極めて細い素線を集合してなる
ものを使用し、その断面形状は円形，方形等任意
のものとすることができるが、本実施例において
は、断面円形のものを示す。

而して、第２図ａに示したように、光フアイバ
８の入射端面８′を被検面板からのレーザビーム
の反射角とは異なるようにして適当な角度で走査
線ｌに極力接近させて立体角θを大きくとる。し
かも、この光フアイバ８は、第２図ｂに示した如
く、走査線ｌの両側に、ほぼその全長にわたつて
該走査線ｌと平行なライン上に多数配設すること
によつて、この走査線ｌを多数の区画に分割して
複数の受光区画部を形成して、各区画毎に散乱光
の情報を得るようにする。

ここで、光フアイバ８の立体角θに対する受光
特性は、第３図に例示したように、ほぼ25゜程度
までが有効受光範囲であるので、光フアイバ８の
配列に際して隣接するもの同士を極力近接させ
て、可及的に多数配列する方が好ましい。また、
走査線ｌの両側における光フアイバ８の配列を行
うにおいて、走査線ｌの長さ方向への感度偏差を
小さくするための考慮も必要である。ここで、光
フアイバの配列と感度偏差との関係を第４図ａ，
ｂ，ｃに示す。同図ａに示したように、光フアイ
バ端面８′は、直径ｄで、フアイバの光軸は走査
線ｌを指向して板面に対して45゜の角度を有する
ようになつており、この端面８′から走査線ｌま
での距離はｄとなるように配列されているとす
る。このような配列で両側２列の光フアイバのラ
インが走査線ｌの各点に対してなす総合立体角
Σθの概算値を、同図ｂ，ｃに示す。図ｂから明
らかなように、両側の光フアイバ８−１，８−２
が走査線ｌを挟んで正対している場合には、走査
線ｌ方向のΣθの偏差はかなり大きい。ここで、
縦軸は１本の光フアイバの立体角θを１とした比
較値で、平均は2.5である。これに対して、図ｃ
に示したように、両側の光フアイバ８−３，８−
４を所謂千鳥状に配列した場合には、Σθの偏差
は極めて小さくなる。従つて、この図ｃに示した
ように配列するのが好ましい。

前述の各光フアイバの他端には、それぞれ各別
に光電変換素子に接続し、各光フアイバによつて
受光された散乱光の受光量を電気信号に変換する
ことによつて、走査線の両側において、それと平
行なライン上における反射散乱光の光量の分布に
関する情報を得ることができるように構成されて
いる。

而して、第５図に本発明に係る光学式表面欠陥
検出装置における検出器１０の具体例を示し、同
図ａはその斜視図、ｂは側断面図である。光フア
イバ８は、ホルダ１１に設けた貫通孔９に挿入さ
れ、端面８′が面板８上のビームスポツトによる
走査線に十分接近するように止めねじ１４で調整
固定されている。本実施例においては、片側６本
づつ合計12本の光フアイバ８がホルダ１１，側板
１２に支持され、千鳥状に配列されている。光フ
アイバ８の光軸と面板３との間の角φは、ホルダ
１１と側板１２との止めねじ１３によりある程度
調整することができるようになつている。同図ｂ
中に矢印Ａで示したように、レーザビームが通過
して面板に直角方向に投射されることになる。

第６図は第５図ａの示した検出器１０を用いた
XY走査方式の光学式表面欠陥検出装置１５を示
すもので、基板１６上にＹ軸スライド機構１７を
設け、この機構の上にＸ軸スライド機構１８を設
け、さらにこの機構１８の上に面板第１９を取付
ける。図示はしないが、Ｙ軸スライド機構１７，
Ｘ軸スライド機構１８はそれぞれモータ及びボー
ルねじ等を有し、自動制御により自由にスライド
させることができるようになつている。

被検面板３は面板台１９上に搭載することがで
きるようになつており、基板１６には支持柱２０
を介して上部に光学基板２１が固定され、該光学
基板２１上には、レーザ光源１，第１のミラー２
２，振動ミラー４，投光レンズ２，第２のミラー
２３が配置されており、レーザ光源１から照射さ
れるレーザビームは前述した光学系を介して下方
に偏向されて、面板３上に照射されるが、このと
きに振動ミラー４を振動させることによつてビー
ムスポツトは被検面板３上を所定の長さにおける
直線状に走査されるようになり、走査線ｌが形成
される。このスポツトの走査に同期してＹ軸スラ
イド機構１７が動作し、面板のＸ，Ｙ走査が行わ
れるようになつている。面板３の大きさが、振動
ミラー４の振動による走査範囲を越える場合に
は、面板３を適当数の領域に分割して、各領域毎
に走査を行うようにするが、各領域間の移動は、
前記Ｘ軸スライド機構１８により行うとができ
る。そして、各光フアイバ８の他端には、それぞ
れ各別に光電変換素子２４に接続されており、該
光学変換素子２４によつてそれぞれの光フアイバ
８の受光量が電気信号に変換されるようになつて
いる。

次に、前述のように構成される光学式表面欠陥
検出装置を用いて被検面板３の表面欠陥を検査す
る方法について説明する。

レーザ光源１からコヒーレントなレーザビーム
を振動ミラー４を含む光学系を介して被検面板３
の表面における所定の長さの走査線ｌ上に照射す
る。これと同時にＹ軸スライド機構１７を作動さ
せて、被検面板３をＹ方向に移動させることによ
つて該被検面板３の表面欠陥の検査を行う。

而して、被検面板３が完全に平滑な状態となつ
ているときには、レーザ光源１からのレーザビー
ムは被検面板３に対して直角に入射させているの
で、その反射光の方向は入射方向と同一となり、
散乱光は生じない。

然るに、被検面板３の表面に欠陥箇所がある
と、その欠陥の種頼に応じて、反射光は前述の反
射方向以外にも散乱反射することになる。ここ
で、この散乱反射は走査線ｌの両側において、そ
れと平行なライン上に設けた各光フアイバ８の入
射端面８′に入射されることになる。そして、前
述した如く、レーザ光源１からの入射光はコヒー
レントなものであり、この走査線ｌを各光フアイ
バ８で複数の区画に分割し、各区画毎の散乱光情
報を光電変換素子２４に入力して、各光フアイバ
８毎の受光量に応じた電気信号に変換することに
より散乱反射光の光量分布に関する情報を得るこ
とができる。従つて、これら各光フアイバ８にお
ける受光量を分析することによつて、被検面板の
表面における欠陥の位置を正確に検出することが
できるだけでなく、その種類や形状，大きさ等の
特定を行うことができるようになる。即ち、例え
ば被検面板３に傷がある場合においては、一定の
方向のみに強い散乱光が発生する。また、異物等
が付着している場合には、散乱光は特定方向に指
向性を持たず、周辺に向けて散乱することにな
る。さらに結晶欠陥やその他欠陥の性質によつて
は、散乱光の位置，方向，大きさ，強さ等が相違
するために、これら散乱光を走査線方向に複数設
けた光フアイバで受光させて、この受光量を分析
すれば、欠陥の性質等も極めて高い精度で検出す
ることができるようになる。

光フアイバ８はフレキシブルなものであるの
で、その配置に自由度があり、従つて、この光フ
アイバ８の入射端面８′を走査線ｌに極めて近接
した位置に配設することができ、また該走査線ｌ
の両側に配設しても、格別装置を大型化すること
はない。

さらに、このように光フアイバ８の入射端面
８′を走査線ｌに近接させるようにすることによ
つて、迷光によるノイズの発生を防止することが
できるようになり、表面欠陥の検出精度をさらに
向上させることができるようになる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明はコヒーレントなレ
ーザビームを所定の走査線上に入射し、その反射
光の散乱光を該走査線の両側において、それと平
行なライン上で、しかも走査線に近接した位置に
それぞれ複数設けた光フアイバにより検出させる
ようにしたので、検出器の構成を小型化、コンパ
クト化することができ、しかも迷光の影響等を防
止することができ、さらに、被検面板の表面にお
ける欠陥の位置を正確に検出することができるだ
けでなく、レーザビームによる被検面板への入射
スポツトからの反射散乱光の分布に関する情報を
分析することによつて、散乱光の位置，方向，大
きさ，強さ等を解析することによつて欠陥の種類
や形状，大きさ等の特定を行うことができるよう
になり、検査精度を著しく向上させることができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは従来のXY走査方式表面欠陥検
出装置の説明図、第２図ａ，ｂは本発明の実施例
を示す光フアイバ配置説明図、第３図は光フアイ
バの受光特性図、第４図ａ，ｂ，ｃは光フアイバ
の配列と感度偏差との関係の説明図、第５図ａ，
ｂは検出器の構成説明図、第６図は光学式表面欠
陥検査装置の全体構成図である。 １……レーザ光源、３……被検面板、４……振
動ミラー、８……光フアイバ、８′……光フアイ
バ端面、１０……検出器、１１……ホルダ、１２
……側板、１３，１４……止めねじ、１５……表
面欠陥検出装置、１７……Ｙ軸スライド機構、１
８……Ｘ軸スライド機構、１９……面板台。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平滑な表面を有する被検面板に、レーザ光源
   からのレーザビームを該被検面板の所定の長さ範
   囲にわたつて直線状に走査するように照射しなが
   ら、前記被検面板を該走査線に対して所定の方向
   に相対移動を行わせて、前記レーザビームの該被
   検面板からの反射光における散乱反射光を検出す
   ることによつて前記被検面板の表面欠陥を検出す
   るための光学式表面欠陥検出器において、前記走
   査線の両側斜上方に、前記被検面板からの散乱反
   射光を受光する受光用の光フアイバを、該走査線
   のほぼ全長にわたつてそれと平行なライン上に複
   数本配設し、該各光フアイバの光軸が前記走査線
   に向くようにして、入射端面を該走査線に近接さ
   せて設けることにより複数の受光区画部を形成し
   て、該各受光区画部に前記レーザビームの前記被
   検面板表面における照射スポツトからの反射光を
   入射させるようになし、該各光フアイバをそれぞ
   れ各別に光電変換素子に接続して、該各光電変換
   素子における受光量に基づいて前記被検面板の表
   面の欠陥位置及びその性質を検出する構成とした
   ことを特徴とする光学式表面欠陥検出器。 ２ 前記走査線の両側における各ラインを構成す
   る光フアイバを千鳥状に配列する構成としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光学式
   表面欠陥検出器。