JP2005274155A

JP2005274155A - 欠陥検査装置

Info

Publication number: JP2005274155A
Application number: JP2004083568A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Matsuzawa; 聡明松沢
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】本発明の目的は、検査時の照明光の中心波長並びに波長幅を、容易に所望の値に設定できる欠陥検査装置を提供することである。
【解決手段】本発明の欠陥検査装置は、光源からの照明光を略平行光束にして被検体を照明する照明手段と、前記照明手段からの平行光束うちの前記被検体からの反射光により、前記被検体の像を結像する結像手段と、前記結像手段により結像された像を撮像する撮像手段と、前記光源と撮像手段との間の光路中に配置されており、前記光路中の光束の中心波長並びに波長幅を夫々独立して選択的に設定する波長選択手段と、前記撮像手段により撮像された画像により前記被検体の欠陥を検出する欠陥検出手段とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検査対象物の欠陥を検出する欠陥検査装置に関している。

従来、半導体基板を製造する際に、前記基板上には、種々の原因により欠陥が形成されてしまう場合がある。例えば、フォトリソグラフィ・プロセスにおいての基板表面に塗布されたレジストの膜厚バラツキや、前記レジストに付着した塵埃は、欠陥の原因になる。前記欠陥には、例えば、エッチング後の基板上のパターンの断線や線幅の減少や、前記パターン内のピンホールなどがある。また、レジストへの配線パターン露光における合焦不良は、現像後のレジストの断面形状の形成不良の欠陥の原因となる。この欠陥は、後工程においての不良の原因となり得る。

このため、前記ウェハや基板等は、欠陥検出並びに欠陥の修正が行われる。なお、前記欠陥を検出するためのものとして、欠陥検査装置が、一般的に用いられている。

例えば、前記従来の欠陥検査装置は、特許文献１並びに２に示されている。この特許文献１に開示される欠陥検査装置を図１１に示して説明し、特許文献２に開示される欠陥検査装置を図１２に示して説明する。

特許文献１に示されている欠陥検査装置は、少なくとも１つの周期パターンを有する前記ウェハや基板等の被検体１０１により正反射した光束を観測し、被検体１０１上の欠陥を検出する装置である。具体的には、この欠陥検査装置は、ランプハウス５を具備している。このランプハウス５は、ハロゲンランプ６と、コンデンサレンズ７と、熱線吸収フィルタ８とを有している。ハロゲンランプ６からの光は、熱線吸収フィルタ８を介してコンデンサレンズ７に入射し、平行光束に変換される。

この欠陥検査装置は、さらに複数の干渉フィルタと、白色光照明用の孔とを有する回転ホルダ９を具備している。この回転ホルダ９は、回転することにより、任意の前記干渉フィルタ又は前記孔を、コンデンサレンズ７を通過した光束の光路上に配置できるように、構成されている。また、前記各干渉フィルタは、所定の波長を中心とした所定の帯域の光束のみを透過できるように構成されている。このため、回転ホルダ９は、干渉フィルタを変更することにより、通過する光束の波長幅を変更できる。なお、本明細書中において、所定の波長幅を有する光束において、前記波長幅の中心の波長を、中心波長と呼ぶ。

また、欠陥検査装置は、集光レンズ１０と、光ファイバー束１１と、拡散板１２と、絞り１３と、コリメートレンズ１４と、ハーフミラー１５とを具備している。光源部からの光束は、ハーフミラー１５を介してコリメートレンズ１４に入射し、平行光束にされて、被検体１０１に照射される。

さらに、この欠陥検査装置は、結像レンズ１６並びにＣＣＤ１７を具備している。結像レンズ１６には、被検体１０１で正反射された光束が、コリメートレンズ１４並びにハーフミラー１５を通り、入射される。結像レンズ１６は、入射した光束により、被検体１０１の像をＣＣＤ１７上に結像させる。ＣＣＤ１７は、結像した被検体１０１の像を撮像する。

この欠陥検査装置は、上述したように被検体１０１に照射された光束の反射光による像をＣＣＤ１７で撮像し、被検体１０１の膜厚バラツキを干渉縞として観察する。また、この欠陥検査装置は、照明系又は撮像系の光軸を傾けることにより、被検体からの回折光による像を撮像することも可能である。

特許文献２の欠陥検査装置は、図１２に示されるように、光源を有する照明部８０２と、照明部８０２により照射された光束を平行光束にするコリメートレンズ８０３とを具備している。照明部８０２とコリメートレンズ８０３とは、被検体１０１の表面の法線に対して入射角度θｉで、被検体１０１を照明する。

さらに、前記欠陥検査装置は、コリメートレンズ８０４と、結像レンズ８０６と、ラインイメージセンサ８０７とを具備している。コリメートレンズ８０４は、被検体１０１の表面の法線に対して、検査角度θｄで被検体１０１により反射、回折、散乱された光を収束させる。結像レンズ８０６は、コリメートレンズ８０４からの光束を、ラインイメージセンサ８０７に結像させる。

この欠陥検査装置は、ラインイメージセンサ８０７の幅方向と直交する方向（図１１中において、矢印ＡＡで示される）に、被検体１０１を前記欠陥検査装置に対して相対的に移動させる。この移動により、前記欠陥検査装置は、被検体１０１全体を撮像し、検査画像を取得する。

この検査画像において、前記欠陥は、被検体１０１により反射された光（反射光）の明暗により観察される。具体的には、膜厚むら等の欠陥は、前記正反射光の明暗となって現れる。また、合焦不良による欠陥は、回折光の明暗となって観察される。このように、前記欠陥は、正反射光並びに回折光の明暗により検出されるため、最も明暗が明瞭な検査角度θｄで被検体１０１を撮像できるように、複数の検査角度θｄで被検体１０１を撮像する。

そして、上述するように撮像された複数の検査画像は、欠陥を有していない被検体を撮像した際の画像である参照画像と比較され、参照画像と検査画像との輝度の異なる部分を欠陥として抽出する。
特開平７−２７７０９号公報特開平９−６１３６５号公報

一般的に、フォトリソグラフィ・プロセスにより、被検体１０１の表面に多層のパターンが形成されるとともに、これらのパターンの上に、レジスト層が形成される。欠陥検査装置は、多層の被検体１０１の上層のレジスト層における欠陥の検査を行う。従来の欠陥検査装置は、上層のレジスト層の欠陥を検出することを目的としているが、下層のパターンやレジスト層が問題視されなかった欠陥が同時に検出されてしまう問題が生ずる。

この時の検査画像に現れる下層の膜厚バラツキ等の欠陥を抑制するため、撮像に用いる狭帯域光の波長幅を広くすることが考えられるが、レジスト層の欠陥化の輝度が低下して撮像しにくくなる問題が生ずる。

このため、被検体の種類や検出する欠陥に応じて、前記照明に用いられる光の中心波長並びに波長幅を適切な値に調整する必要がある。特許文献１並びに２に示されるような従来の欠陥検査装置は、干渉フィルタを交換することにより、波長幅を選択的に変更する。しかしながら、干渉フィルタの通過させる中心波長並びに波長幅は、各干渉フィルタ毎に固定されているため、中心波長並びに波長幅を最適な値に調整することが出来ない。

このため、中心波長並びに波長幅を最適な値に調整するには、中心波長並びに波長幅の異なる多数の干渉フィルタ用意することにより対応可能である。しかしながら、中心波長並びに波長幅を微妙に調節可能に構成するためには、多数の干渉フィルタが必要になり、現実的ではなく、例え干渉フィルタを多数用意しても実質的に微妙な調整は不可能である。

前記課題を鑑みて、本発明の目的は、検査時の照明光の中心波長並びに波長幅を、容易に所望の値に設定し下層の影響を取り除いて欠陥検出の精度を高め得る欠陥検査装置を提供することである。

本発明の欠陥検査装置は、前記課題を解決するために、以下の構成を有している。

本発明は、光源からの照明光を略平行光束にして被検体を照明する照明手段と、前記照明手段からの平行光束うちの前記被検体からの反射光により、前記被検体の像を結像する結像手段と、前記結像手段により結像された像を撮像する撮像手段と、前記光源と撮像手段との間の光路中に配置されており、前記光路中の光束の中心波長並びに波長幅を夫々独立して選択的に設定する波長選択手段と、前記撮像手段により撮像された画像により前記被検体の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備える欠陥検査装置を提供する。

さらに、本発明は、光源からの照明光を略平行光束にして被検体を照明する照明手段と、前記照明手段からの平行光束うちの前記被検体からの反射光により、前記被検体の像を結像する結像手段と、幅方向に沿って配置された撮像素子列を、前記幅方向と直交する長手方向に沿って複数配置し、各撮像部により撮像する撮像手段と、前記光源と撮像手段との間の光路上に配置されており、光路中の光束を、前記長手方向に沿って分光する分光手段と、前記撮像手段により撮像された画像により前記被検体の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えて、前記撮像手段は、指定された波長範囲に対応する撮像素子列による撮像結果を加算して画像を形成する欠陥検査装置を提供する。

本発明は、検査時の照明光の中心波長並びに波長幅を、容易に所望の値に設定し下層の影響を取り除いて欠陥検出の精度を高め得る欠陥検査装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
まず、第１の実施の形態に従った欠陥検査装置１について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施の形態に従った欠陥検査装置１を示す概略的な側面図である。図２は、図１中の欠陥検査装置１の波長選択部を示す概略的な側面図である。図３は、図１中の欠陥検査装置１の制御系を示す概略的なブロック図である。なお、本実施の形態の欠陥検査装置１は、多層の基板である被検体１０１を検査する。なお、被検体１０１は、最上層に、複数の周期パターンを有するレジスト層が形成されている。

欠陥検査装置１は、ステージ２０と、照明部３０と、結像部４０と、波長選択部５０と、撮像部７０と、制御系２００とを具備している。この欠陥検査装置１は、ステージ２０上に配置された被検体１０１に対して、照明部３０により照明光を照射し、結像部４０が被検体１０１からの反射光を集光するとともに結像し、結像部４０による像を撮像部７０が撮像して被検体１０１の欠陥検査を行う。本実施の形態において、照明部３０の光路中には、波長選択部５０が配置されている。以下に、欠陥検査装置１の各構成を詳しく説明する。

本実施の形態において、ステージ２０は被検体１０１を保持して互いに直交する所定の２つの軸線に沿って移動させ得るように構成されている。なお、本明細書中において、一方の軸線をＸ軸とし、他方の軸線をＹ軸とする。また、本明細書中において、Ｘ並びにＹ軸と直交する軸線を、Ｚ軸とする。従って、Ｚ軸は、ステージ２０に支持された被検体１０１の表面の法線方向と実質的に一致する。また、本欠陥検査装置は、検査対象となる半導体ウェハ基板やＦＰＤ用ガラス基板をステージ２０上に搬送する基板搬送ロボットを備えた図示しない被検体搬送部とが並設されている。この被検体搬送部には、検査前の被検体１０１を格納しているストッカと、検査後の被検体１０１を格納するストッカとを有している。照明部３０は、被検体１０１を照明する照明手段であり、ランプハウス３１と、光ファイバー３５と、拡散板３６と、絞り３７と、ハーフミラー３８と、コリメートレンズ３９とを有している。

ランプハウス３１は、光源として例えば、白色光を放射するハロゲンランプ３２と、熱線吸収フィルタ３３と、コンデンサレンズ３４とを備えている。コンデンサレンズ３４は、ハロゲンランプ３２からの光を平行光束にし、波長選択部５０に入射させる。光ファイバー３５は、入射端３５ａが波長選択部５０に接続されており、出射端３５ｂが拡散板３６に接続されている。
拡散板３６並びに絞り３７は、光源から入射した光束の強度分布を平均化し、通過後の光の断面を最適な大きさに調整する二次光源を構成し、この二次光源の光束をハーフミラー３８に入射させる。

ハーフミラー３８は、拡散板３６並びに絞り３７からの光束を、コリメートレンズ３９に向けて反射するとともに、被検体１０１からの反射光を透過させて、結像部４０に入射させる。

コリメートレンズ３９は、ハーフミラー３８で反射した光束を平行光束に整形して被検体１０１に照射する。本実施の形態において、ハーフミラー３８とコリメートレンズ３９は、被検体１０１に向けて照明した光束を垂直入射させるように、配置されている。また、コリメートレンズ３９の焦点位置は、ハーフミラー３８により反射された光源側と、透過した撮像側とに存在する。このコリメートレンズ３９の光源側の焦点位置は、拡散板３６の位置に設定されており、撮像した側の焦点位置は、結像部４０の位置に設定されている。

結像部４０は、結像レンズを有しており、ハーフミラー３８からの光を集光し、被検体１０１の表面の像を、撮像部７０の撮像面上に結像させる結像手段である。撮像部７０は、結像部４０による像を撮像する撮像手段で、被検体１０１の所定領域の画像を一度に撮像し得ＣＣＤ等のエリアセンサである。

波長選択部５０は、図２中に示されるように、透過波長幅が可変なモノクロメータである。この波長選択部５０は、ランプハウス３１からの光が入射され、入射された光の中心波長並びに波長幅を夫々独立して無段階調整することができる。光ファイバー３５に入射させる。この波長選択部５０は、入射スリット５０ａと、レンズ５０ｂ、５０ｄと、プリズム５０ｃと、出射スリット５０ｅとを有している。ランプハウス３１からの光束は、入射スリット５０ａを介してレンズ５０ｂに入射して平行光束に整形され、この光束をプリズム５０ｃに入射する。

プリズム５０ｃは、入射した光束を分光する分光素子で入射された光束を実線並びに破線で示すように、出射スリット５０ｅの開口の幅方向ｄ１に沿って異なる波長分光する。このプリズム５０ｃで分光した光束は、レンズ５０ｄに入射して、出射スリット５０ｅ上に収束する。出射スリット５０ｅの開口を通過した光束は、光ファイバー３５の入射端３５ａに入射する。この出射スリット５０ｅは、図示しない可動装置により開口の幅を幅方向ｄ１に沿って変更可能に構成されてこの開口の幅を変更することにより、プリズム５０ｃで分光された結果に対し波長幅を任意に設定できる。

また、プリズム５０ｃは、図示しない回転駆動装置により回動され得るように構成されており、図２中においての紙面と直交する軸回りにプリズム５０ｃを回動させることにより、出射スリット５０ｅから出射する光束の中心波長を任意に選択することができる。

続いて、制御系２００について、図３を参照して説明する。

制御系２００は、ステージ制御部２０１と、駆動回路２０２と、光学系制御部２０３と、被検体搬送制御部２０４と、画像インターフェース（画像Ｉ／Ｆ）２０５と、画像処理装置２０６と、モニタ２０７，２１０と、画像記憶装置２０８と、ホストコンピュータ２０９と、キーボード２１１と、メモリ２１２、シーケンサ２１３とを有している。

ステージ制御部２０１は、ステージ２０と接続されており、ステージ２０の駆動を制御する。
駆動回路２０２は、撮像部７０に接続されており、撮像部７０の駆動を制御する。

光学系制御部２０３は、照明部３０、結像部４０、演算選択部５０と接続されており、これらの駆動を制御する。より具体的には、光学系制御部２０３は、照明部３０の照明光の光量、波長選択部５０の波長幅、並びに中心波長を制御する。

被検体搬送制御部２０４は、前述の被検体搬送部と接続されており、被検体搬送部の駆動を制御する。
画像処理装置２０６は、撮像部７０並びにホストコンピュータ２０９と接続されており、ホストコンピュータ２０９により駆動が制御される。この画像処理装置２０６は、撮像部７０が取得した検査画像を画像処理し、膜厚バラツキや粉塵などの欠陥を抽出する欠陥検出機能を有する。また、画像処理装置２０６は、抽出した欠陥に関する欠陥の種類、数、位置、面積などデータを、ホストコンピュータ２０９に送る。この画像処理装置２０６は、さらに、モニタ２０７と、画像記憶装置２０８とが接続されている。モニタ２０７は、画像処理装置２０６により作成された画像等を表示する画像表示装置である。
画像記憶装置２０８は、前記画像処理装置２０６で画像処理された検査画像得や処理画像を格納するデータ格納装置で、被検体１０１の検査画像、抽出された欠陥画像、欠陥の無い良品の被検体１０１を撮像した参照画像等が格納されている。

ホストコンピュータ２０９は、画像処理装置２０６、モニタ２１０、キーボード２１１、メモリ２１２、及びシーケンサ２１３と接続されている。ホストコンピュータ２０９は、画像処理装置２０６並びにシーケンサ２１３の駆動を制御し、この制御のための必要な設定を、モニタ２１０に制御メニューとして表示する。

キーボード２１１は、前記制御メニューから選択可能な命令及び／又はその他の制御に必要な命令並びに情報を、ホストコンピュータ２０９に対して入力するための入力装置である。

メモリ２１２は、ホストコンピュータ２０９と接続されており、前記制御に必要な制御情報が格納される。前記制御情報とは、例えば、被検体の種類毎の検査条件（光学系の設定、検査面積、画像処理条件、欠陥の良否判定を行う際の合格基準など）、並びに、検査データなどである。この制御情報は、検査前に予め前記記憶部に格納しておくことも可能であるし、検査時にキーボード２１１等により入力し、前記記憶部に格納することも可能である。

シーケンサ２１３は、ステージ制御部２０１、駆動回路２０２、光学系制御部２０３、及び、被検体搬送制御部２０４に接続されており、これらが制御する制御対象の駆動シーケンスを、これらに送る。また、シーケンサ２１３は、ホストコンピュータ２０９からの駆動命令を、これらに送る。

以下に、前記構成の欠陥検査装置１の動作について説明する。欠陥検査装置１により検査を行う際には、まず、操作者が、キーボード２１１により、被検体１０１の種類並びに検査開始を指示する。この指示により、ホストコンピュータ２０９は、メモリ２１２中に予め格納されている検査条件の中から、上記入力された被検体１０１の種類に対応した検査条件を検索し、読み込む。

そして、ホストコンピュータ２０９は、上記検査条件に基づいて、シーケンサ２１３を介して光学系制御部２０３を制御し、照明部３０を設定する。具体的には、ハロゲンランプ３２の光量と、波長選択部５０を通過する光束の中心波長並びに波長幅との設定が行われる。より具体的には、波長選択部５０は、設定された中心波長に応じて、プリズム５０ｃの角度を設定するように回転駆動装置を駆動させる。これとともに、波長選択部５０は、設定された波長幅に応じて、出射スリット５０ｅの開口幅を変化させる。

続いて、ホストコンピュータ２０９は、シーケンサ２１３を介して、被検体搬送制御部２０４並びにステージ制御部２０１に対して駆動命令を出す。この駆動命令を受けた被検体搬送制御部２０４は、前記被検体搬送部を駆動させ、前記ストッカから被検体１０１を１枚取り出し、ステージ２０上に配置させる。

ステージ２０は、被検体１０１を吸着保持した後、被検体１０１を観察視野の中央に来るように位置決めする。

被検体１０１の位置決め後に、ホストコンピュータ２０９は、撮像部７０に、被検体１０１の表面を撮像させる。撮像部７０は、検査画像を取得し、この検査画像を画像処理装置２０６に送る。

画像処理装置２０６は、検査画像を画像処理し、例えば検査画像と参照画像との差から欠陥を抽出する。画像処理装置２０６は、抽出した欠陥の位置、面積等のデータを、ホストコンピュータ２０９に送る。ホストコンピュータ２０９は、欠陥の数、並びに面積等を、被検体１０１の合格基準と照合し、良否判定を行う。検査が終了した際に、被検体１０１は、良否に区分けされ、図示しない検査後の被検体を格納するストッカに搬送される。このようにして、１枚の被検体１０１の検査を終了する。

上述のように本実施の形態の波長選択部５０は、プリズム５０ｃを回動させることにより、連続的に照明光の中心波長を変更できる。従って、本実施の形態の波長選択部５０は、干渉フィルタにより中心波長を変更する場合と異なり、微妙な中心波長の調整を行うことが可能である。これとともに、本実施の形態の波長選択部５０は、干渉フィルタ等の構成要素の数を中心波長の選択数に応じて増やすことなく、微妙な中心波長の調整を行い得る。

また、本実施の形態の波長選択部５０は、出射スリットの開口幅を変更することにより、照明光の波長幅を連続的に変えることが可能である。従って、本実施の形態の波長選択部５０は、干渉フィルタにより波長幅を変更する場合と異なり、微妙な波長幅の調整を行うことが可能である。これとともに、本実施の形態の波長選択部５０は、干渉フィルタ等の構成要素の数を波長幅の選択数に応じて増やすことなく、微妙な波長幅の調整を行い得る。従って、本実施の形態の欠陥検査装置１は、適切に設定された中心波長並びに波長幅の照明光により、下層の欠陥検出を抑制し、対象の層の欠陥をより明確に検出できる。

また、本実施の形態の撮像部７０は、ＣＣＤ等のエリアイメージセンサである。しかしながら本実施の形態の撮像部７０は、図１１中の従来の欠陥検査装置と同様に、ラインイメージセンサを用いることが可能である。この場合、ステージ２０は、被検体１０１を、前記ラインイメージセンサの撮像領域の長さ方向と、この長さ方向と略直交する方向とに、撮像部７０に対して相対的に移動できるように構成される。この構成により、本実施の形態の欠陥検査装置１は、移動手段であるステージ２０と、撮像手段である撮像部７０とを同期させて駆動させることにより、確実に被検体１０１の全面を撮像可能である。

以下に、第２の実施の形態に従った欠陥検査装置について説明する。本実施の形態の欠陥検査装置は、波長選択部５１の構成のみが、第１の実施の形態の波長選択部５０と異なる。従って、本実施の形態において、第１の実施の形態の欠陥検査装置１と同様な構成要素には、第１の実施の形態の構成要素と同様な参照符号を付し、説明を省略する。

波長選択部５１は、図４中に示されるように、入射スリット５０ａと、凹面回折格子５１ａと、出射スリット５０ｅとを有している。凹面回折格子５１ａは、入射した光束を分光する分光素子である。具体的には、この凹面回折格子５１ａは、入射スリット５０ａからの光束を、分光し、出射スリット５０ｅ上に収束させる。この凹面回折格子５１ａは、プリズム５０ｃと同様に、凹面回折格子５１ａを図示しない回転駆動装置により図示する矢印方向に回転させることにより、出射スリット５０ｅの開口の幅方向ｄ１に沿って異なる波長に分光された任意の中心波長に選択することができる。従って、本実施の形態の波長選択部５１も、第１の実施の形態の波長選択部５０と同様に、中心波長並びに波長幅の夫々を連続的にかつ、独立して設定できる。

以下に、第３の実施の形態に従った欠陥検査装置について説明する。本実施の形態の欠陥検査装置も、波長選択部５２の構成のみが、第１の実施の形態の波長選択部５０と異なる。従って、本実施の形態において、第１の実施の形態の欠陥検査装置１と同様な構成要素には、第１の実施の形態の構成要素と同様な参照符号を付し、説明を省略する。

波長選択部５２は、図５に示されるように、入射スリット５０ａ、レンズ５２ａ、５２ｂ、音響光学素子５２ｃ、及び発振器５２ｄを有している。入射スリット５０ａからの光束は、レンズ５２ａに入射し、レンズ５２ａにより収束され、音響光学素子５２ｃに入射する。
本実施の形態において、発振器５２ｄは、ＲＦ電力を音響光学素子５２ｃに対して出力する発振器である。
音響光学素子５２ｃは、音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）と呼ばれる形式のものであり、発振器５２ｄから入力されるＲＦ電力の周波数に対応した波長の光束だけ、一次光の方向へ回折させ、それ以外の波長帯の光束を０次光の方向へ透過する。音響光学素子５２ｃは、回折させた光束を、レンズ５２ｂに入射させる。

レンズ５２ｂは、入射した光束を収束させ、入射端３５ａに入射させる。
なお、ＡＯＴＦは、一次光の中心波長を任意に選択できるが、波長幅は、一般的に固定値であるとともに、０．１〜１０ナノメートル（ｎｍ）程度ある。従って、波長幅を自由に選択するために、本実施の形態の音響光学素子５２ｃは、以下のように構成されている。

本実施の形態の発振器５２ｄは、複数の発振周波数を出力可能なマルチチャンネルの形式のＲＦ発振器が用いられている。この発振器５２ｄは、図６（ａ）中に示されるように、周波数ｆ１、ｆ２のような複数の発振周波数ｆの駆動信号を、音響光学素子５２ｃに入力する。なお、図６（ａ）は、縦軸に弾圧の振幅ａ、横軸に周波数ｆとした際の、音響光学素子５２ｃに入力される駆動信号を示す図である。

音響光学素子５２ｃは、互いに発振周波数ｆの異なる複数の駆動信号が入力された場合、各発振周波数毎に、前記入射した光束を、一次光方向に回折する。この回折された光束は、音響光学素子５２ｃの固有の波長幅と、入力された発振周波数ｆに対応した中心波長に設定される。例えば、周波数ｆ１、ｆ２の２つの駆動信号が入力された場合、音響光学素子５２ｃは、図６（ｂ）中に示されるように、周波数ｆ１、ｆ２に対応して、中心波長λ１、λ２の光束を回折させる。

なお、各周波数に対応した回折光の波長が近接している場合、一次光のスペクトルは図６（ｂ）中において破線で示されるように合成される。これにより、音響光学素子５２ｃは、固有の波長幅より広い波長幅の一次回折光を形成できる。なお、この合成後の一次回折光の波長幅は、音響光学素子５２ｃに入力する駆動信号の数、並びに入力された駆動信号同士の発振周波数ｆの間隔を調整することにより、任意に設定できる。もちろん、合成する各一次回折光の中心波長を変えることにより、合成後の一次回折光の中心波長も変えられる。即ち、上記構成の波長選択部５２は、レンズ５２ｂを介して入射端３５ａに入射させる光束の中心波長並びに波長幅を任意に選択できる。

上記構成の波長選択部５２において、発振器５２ｄは、電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator(ＶＣＯ）)に代えることが可能である。このＶＣＯは、入力された電圧（入力電圧）に対応した周波数のＲＦ電力を音響光学素子５２ｃに対して駆動信号として入力する発振器である。従って、このＶＣＯは、入力電圧が連続的に変化された場合、この変化に対応して、音響光学素子５２ｃに入力する駆動信号の周波数を連続的に変化させ得る。例えば、発振器５２ｄは、図６（ｃ）中において三角波により示されるように、入力電圧を連続的に変化された場合、出力する駆動信号の周波数を連続的に変化させ得る。図６（ｃ）は、横軸を時間ｔ、縦軸を電圧Ｖとした際の、ＶＣＯへの入力電圧を示す図である。図６（ｃ）中においては、三角波は、電圧Ｖ１並びにＶ２の間で変化する。

駆動信号の周波数が連続的に変化した場合、音響光学素子５２ｃは、回折させる光束の中心波長を連続的に変更させ得る。言い換えると、音響光学素子５２ｃは、所定範囲内で連続的に変化された周波数の入力に応じて、前記範囲に対応した波長幅の間で、前記中心波長を走査する。

なお、撮像部７０は、所定の画像蓄積時間の間に受光した光束を用いて、像を撮像する。このため、前記画像蓄積時間内に前記中心波長を所定波長幅分走査した場合、撮像部７０は、前記所定波長幅分の光束を用いて画像を撮像できる。従って、この構成の波長選択部５２は、撮像時においての所望の波長幅の光束を選択するために、画像蓄積時間内に中心波長が所望の波長幅分走査するように動作される。例えば、上記三角波で示される入力電圧がＶＣＯに印加される場合、三角波の周期Ｔを前記画像蓄積時間より短く設定することにより、波長選択部５２は、所望の波長幅分の中心波長の走査を、画像蓄積時間内に完了できる。本実施の形態において、周期Ｔは、例えば、約１μsec〜約１００μsecの範囲に設定されるが、撮像部７０の画像蓄積時間に応じて任意に設定できる。このように、発振器５２ｄとしてＶＣＯを用いた場合においても、音響光学素子５２ｃは、回折する光束の波長幅を任意に設定できる。なお、この構成の波長選択部５２においても、中心波長を任意に選定できることはもちろんのことである。

上記構成により、本実施の形態の波長選択部５２も、第１の実施の形態の波長選択部５０と同様に、中心波長並びに波長幅の夫々を連続的にかつ、独立して設定できる。また、音響光学素子５２ｃは、約１０度の有効角開口を有しているため、照明部３０と撮像部７０との光路間において、撮像部７０の直前に配置することも可能であり、配置において限定されることはない。

以下に、第４の実施の形態に従った欠陥検査装置について説明する。本実施の形態の欠陥検査装置は、波長選択部５３の構成のみが、第１の実施の形態の波長選択部５０と異なる。従って、本実施の形態において、第１の実施の形態の欠陥検査装置１と同様な構成要素には、第１の実施の形態の構成要素と同様な参照符号を付し、説明を省略する。

波長選択部５３は、図７中に示されるように、入射スリット５０ａと、レンズ５０ｂ，５０ｄ、ドライバ５３ａと、液晶チューナブルフィルタ（ＬＣＴＦ）５３ｂとを有している。レンズ５０ｂは、入射スリット５０ａからの光束を平行光束にし、ＬＣＴＦ５３ｂに入射させる。ドライバ５３ａは、ＬＣＴＦ５３ｂに、駆動電圧を印加する装置である。

ＬＣＴＦ５３ｂは、クロスニコルの偏光板と、これらの偏光板の間に配置され、透過する偏光のリタデーションを任意に変更可能な液晶フィルタとを有している素子である（逸見登、"VariSpec 液晶チューナブルフィルタ"、光アライアンス、７（１９９５）Ｐ４９〜５２，参照）。前記液晶フィルタは、ドライバ５３ａからの電圧が印加させる。上記構成のＬＣＴＦ５３ｂは、ドライバ５３ａにより液晶フィルタに印加する電圧を変化させることにより、透過光の中心波長を任意に設定できる。また、このＬＣＴＦ５３ｂは、透過光の波長幅を約５〜２０ｎｍの範囲で、複数の値から選択できるように構成されている。ＬＣＴＦ５３ｂを通過した光は、レンズ５０ｄに入射する。

レンズ５０ｄは、ＬＣＴＦ５３ｂからの光束を収束させ、光ファイバー３５の入射端３５ａに入射させる。

このように、本実施の形態の波長選択部５３も、第１の実施の形態の波長選択部５０と同様に、中心波長並びに波長幅の夫々を連続的にかつ、独立して設定できる。

また、ＬＣＴＦ５３ｂは、約１０度乃至約２０度の有効角開口を有しているため、照明部３０と撮像部７０との光路間において、撮像部７０の直前に配置することも可能であり、配置において限定されることはない。

本実施の形態の欠陥検査装置１’は、本命最初の背景技術の図１２で示したラインイメージセンサにより被検体を撮像する形式の欠陥検査装置に、分光部６０とラインイメージセンサ７ａの代わりにエリアイメージセンサを組み合わせた装置である。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態の欠陥検査装置１と同様な構成は、同様な参照符号を付し、説明を省略する。

本実施の形態の欠陥検査装置１’は、図８中に示されるように、ステージ２０と、照明部３０ａと、結像部４０ａと、分光部６０と、撮像部７０ａと、制御系２００とを具備している。

照明部３０ａは、白色光を出力する光源３１ａと、照明部３０ａにより照射された光束を平行光束にするコリメートレンズ３１ｂとを有している。光源３１ａとコリメートレンズ３１ｂとは、被検体１０１の表面の法線に対して入射角度θｉで、被検体１０１を照明する。なお、この照明部３０ａは、被検体１０１の幅方向に沿って延びる線状の領域を照明する。言い換えると、照明部３０ａは、Ｙ軸に沿った線状の領域を照明する。本実施の形態において、この照明部３０ａの照明する領域を、照明領域とする。なお、この線状の照明領域は、撮像部７０ａにより撮像される撮像領域である。撮像部７０ａは、この撮像領域を、順次被検体１０１の長手方向に沿って撮像して被検体１０１全体を撮像する。

結像部４０ａは、コリメートレンズ４１と、結像レンズ４２とを有している。コリメートレンズ４１は、コリメートレンズ３１ｂを介して照射された光束のうち、被検体１０１の表面の法線に対して、検査角度θｄで被検体１０１により反射、回折、散乱された光を、収束させ、結像レンズ４２に入射させる。

結像レンズ４２は、コリメートレンズ４１からの光束を集光し、結像させる。これにより、結像レンズ４２は、前記照明領域の像を結像させる。分光部６０は、結像レンズ４２の結像位置に配置されており、結像レンズ４２からの光束を分光する分光手段である。

以下に、図９を参照して、分光部６０について詳しく説明する。分光部６０は、図９中に示されるように、第１の実施の形態の波長選択部５０の構成と同様に、入射スリット５０ａと、レンズ５０ｂ、５０ｄと、プリズム５０ｃとを有しており、入射スリット５０ａから入射した光束を、波長選択部５０と同様に分光する。なお、分光部６０は、出射スリット５０ｅが省略されている点が、波長選択部５０と異なる。なお、分光部６０は、所定の分光方向ｄ２に沿って、異なる波長が分布するように、分光する。分光された光束は、レンズ５０ｄに入射し、レンズ５０ｄにより収束され、エリアイメージセンサ７０ａに入射する。

エリアイメージセンサ７０ａは、分光方向ｄ２に沿った行方向軸心と、行方向軸心と直交する列方向に画素を配列している２次元のＣＣＤである。列方向は、図１０（ａ）中において、参照符号ｄ３により指摘されている。なお、撮像部７０ａにおいて、列方向に沿って配列されたＣＣＤの各撮像素子の列を撮像素子列と呼ぶ。図１０（ａ）並びに図１０（ｂ）中において撮像素子列は、参照符号７１ａで指摘されており、左右方向に延びている。従って、エリアイメージセンサ７０ａは、列方向に沿ったライン状の撮像素子列７１ａが、分光方向ｄ２に沿って複数配列されて構成されている。本実施の形態において、エリアイメージセンサ７０ａは、図１０（ａ）中に示されるように、例えば１０列の撮像素子列７１ａにより構成されている。上述のように分光部６０を介してエリアイメージセンサ７０ａに入射する光束は、分光方向ｄ２に沿って分光されている。従って、エリアイメージセンサ７０ａの撮像面上には、異なる波長の光束が分光方向ｄ２に沿って分布する。言い換えると、エリアイメージセンサ７０ａは、撮像素子列７１ａの配列方向に沿って、異なる波長の光束を受光する。即ち、撮像素子列７１ａ毎に、受光する光束の波長が異なる。従って、撮像部７０ａは、複数の撮像素子列７１ａにより、前記撮像領域を複数の波長の光束により撮像する。このため、エリアイメージセンサ７０ａは、前記撮像領域を連続的に配列された複数の撮像素子列７１ａで撮像することにより、所定の波長幅内の各波長の光束で撮像された撮像データを取得できる。

撮像部７０ａは、水平転送レジスタ７２ａを介して制御系２００と接続されている。水平転送レジスタ７２ａは、撮像部７０ａにより取得した撮像データ（ＣＣＤの各画素の電荷）を取得し、制御系２００の画像処理装置２０６に転送するユニットである。本実施の形態において、水平転送レジスタ７２ａは、ビニングにより撮像データを読み込む。ビニングとは、ＣＣＤの各画素に蓄積された電荷を、指定した方向に沿った画素分だけ加算して読み込むデータ読み出し方法である。具体的には、水平転送レジスタ７２ａは、図１０（ｂ）中に示されるように、撮像素子列７１ａ毎に、順次撮像データを読み込む。なお、水平転送レジスタ７２ａは、読み込んだ撮像素子列７１ａ毎の撮像データを、加算するか、破棄するかを選択できる。そして、水平転送レジスタ７２ａは、指定された撮像素子列７１ａの撮像データのみ加算し、指定された全ての撮像素子列７１ａの加算後、加算結果のデータ（加算列データ）を制御系２００に送る。なお、本実施の形態において、水平転送レジスタ７２ａは、制御系２００と接続されており、制御系２００の駆動命令に従って制御される。制御系２００は、指定された中心波長並びに波長幅に対応した撮像素子列７１ａのみ加算するように、水平転送レジスタ７２ａを制御する。水平転送レジスタ７２ａは、加算により各撮像素子列７１ａ毎の撮像データにより、指定された中心波長並びに波長幅により撮像したのと同様な撮像データを形成する。このようにして、本実施の形態の欠陥検査装置１’は、加算する撮像素子列７１ａの数並びに位置を選択することにより、取得する検査画像の撮影条件（中心波長並びに波長幅）を任意に選定できる。従って、本実施の欠陥検査装置１’においても、第１の実施の形態と同様に、検査時の照明光の中心波長並びに波長幅を、容易に所望の値に設定できる。従って、欠陥検査装置１’は、適切に設定された中心波長並びに波長幅の照明光により、下層の欠陥検出を抑制し、対象の層の欠陥をより明確に検出できる。

なお、本実施の形態において、分光素子として、プリズム５０ｃが用いられているが、上述の凹面回折格子５１ａのような他の分光素子に代えることも可能である。即ち、本実施の形態の分光素子は、所定の分光方向ｄ２に沿って、分光させ得れば、公知のいかなる分光手段を用いることも可能である。

第１の実施の形態に従った欠陥検査装置を示す概略的な側面図である。図１に示す波長選択部を示す概略的な側面図である。図１に示す制御系を示すブロック図である。第２の実施の形態に従った波長選択部を示す概略的な側面図である。第３の実施の形態に従った波長選択部を示す概略的な側面図である。図６（ａ）は、発振器から出力される駆動信号を示す図であり、図６（ｂ）は、音響光学素子により回折された光束の波長を示す図であり、図６（ｃ）は、電圧制御発振器に入力される入力電圧を示す図である。第３の実施の形態に従った波長選択部を示す概略的な側面図である。第５の実施の形態の欠陥検査装置を示す概略的な斜視図である。図８に示す分光部を示す概略的な側面図である。図１０（ａ）は、撮像部７０ａを示す概略図であり、図１０（ｂ）は、加算時の撮像部７０ａを示す概略図である。従来の欠陥検査装置を示す概略的な側面図である。他の従来の欠陥検査装置を示す概略的な斜視図である。

符号の説明

ｆ、ｆ１、ｆ２…周波数、１…欠陥検査装置、ｄ１…開口の幅方向、ｄ２…分光方向、ｄ３…幅方向軸心、Ｖ１、Ｖ２…電圧、１０…集光レンズ、１０１…被検体、２０…ステージ、２００…制御系、２０１…ステージ制御部、２０２…駆動回路、２０３…光学系制御部、２０４…被検体搬送制御部、２０６…画像処理装置、２０７…モニタ、２０８…画像記憶装置、２０９…ホストコンピュータ、２１０…モニタ、２１１…キーボード、２１２…メモリ、２１３…シーケンサ、３０…照明部、３１…ランプハウス、３２…ハロゲンランプ、３３…熱線吸収フィルタ、３４…コンデンサレンズ、３５…光ファイバー、３５ａ…入射端、３５ｂ…出射端、３６…拡散板、３７…絞り、３８…ハーフミラー、３９…コリメートレンズ、４０、４０ａ…結像部、４１…コリメートレンズ、４２…結像レンズ、４９…Ｐ、５０…波長選択部、５０ａ…入射スリット、５０ｂ、５０ｄ…レンズ、５０ｃ…プリズム、５０ｅ…出射スリット、５１…波長選択部、５１ａ…凹面回折格子、５２…波長選択部、５２ａ、５２ｂ…レンズ、５２ｃ…音響光学素子、５２ｄ…発振器、５３…波長選択部、５３ａ…ドライバ、５３ｂ…ＬＣＴＦ、６…ハロゲンランプ、６０…分光部、７０…撮像部、７０ａ…撮像部、７０ｂ…撮像面、７１ａ…撮像素子列、７２…ポリクロメータ、７２ａ…水平転送レジスタ、θｄ…検査角度、θｉ…入射角度、λ１…中心波長。

Claims

光源からの照明光を略平行光束にして被検体を照明する照明手段と、
前記照明手段からの平行光束うちの前記被検体からの反射光により、前記被検体の像を結像する結像手段と、
前記結像手段により結像された像を撮像する撮像手段と、
前記光源と撮像手段との間の光路中に配置されており、前記光路中の光束の中心波長並びに波長幅を夫々独立して選択的に設定する波長選択手段と、
前記撮像手段により撮像された画像により前記被検体の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を具備する欠陥検査装置。
光源からの照明光を略平行光束にして被検体を照明する照明手段と、
前記照明手段からの平行光束うちの前記被検体からの反射光により、前記被検体の像を結像する結像手段と、
幅方向に沿って配置された撮像素子列を、前記幅方向と直交する長手方向に沿って複数配置し、各撮像部により撮像する撮像手段と、
前記光源と撮像手段との間の光路上に配置されており、光路中の光束を、前記長手方向に沿って分光する分光手段と、
前記撮像手段により撮像された画像により前記被検体の欠陥を検出する欠陥検出手段と、
を具備し、
前記撮像手段は、指定された波長範囲に対応する撮像素子列による撮像結果を加算して、画像を形成する欠陥検査装置。