JPH0240541A - 表面検査装置 - 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 本発明は、ガラス、ウェハー等の平面基板表面の欠陥検
査、光ディスク等のグループピットの入った原盤スタン
パ等の欠陥検査等に用いられ、基板上に収束させた光を
走査してその反射光量の増減を検出することにより表面
微小欠陥を検査する表面検査装置に関する。

従来の技術 従来、平らな基板表面上の微小欠陥を検査する装置又は
方法としては、例えば特開昭６１−１３３８４３号公報
等に示されるように光を走査させてその散乱光を検出す
る方法や、特開昭６２−３５２４９号公報、特開昭５７
−９４６３６号公報等に示されるようにレーザビームを
スパイラル状に照射しその反射光量の増減により欠陥を
検出する方法などがある。

発明が解決しようとする問題点 しかし、これらの表面検査方式によると、欠陥の位置及
び大きさは検出できるが、欠陥の高さ（深さ）、凹凸の
種類は判定できない。

この点、特開昭６２−１８８９４８号公報に示されるよ
うにレーザ光を垂直に入射させ、基板からの反射光と散
乱光とを比較することにより欠陥の種類を判別する方式
や、特開昭５８−１７７３７３号公報に示されるように
レーザビームをスパイラル状に走査させ基板からの散乱
光を楕円形に集光する光学系を経て検出する方式によれ
ば、凹凸の種類は判定し得るが、欠陥の高さまでは検出
できないものである。

ここに、半導体におけるウェハーでのレジスト塗布工程
、光ディスク等におけるレジスト塗布工程及び記録剤の
塗布工程においては、たとえ微小な欠陥（例えば、５μ
ｍ以下）であっても、欠陥の高さが一定以上の場合には
塗布剤がこの欠陥によって不均一となり（塗布時に欠陥
存在位置より外周で塗布剤が拡がらない領域ができるこ
とによる）、致命的な欠陥となる。よって、欠陥検査に
おいてその高さを検出することは非常に重要である。

しかるに、従来例によれば、何れの方式であっても、上
述したように欠陥の高さまでは検出できないため、欠陥
が見つけられればそれが微小な欠陥であってもその基板
を不良品として処分するか、或いは人間が顕微鏡により
欠陥の高さを測定して許容し得る欠陥か否かを判断しな
ければならない。

前者によれば歩留まりの低いものとなり、後者によれば
多大な労力と時間とを要することになる。

問題点を解決するための手段 収束した光を照射する光学系と、この光学系による光の
走査を受ける被検査面を持つ被検査体とを設け、前記被
検査面からの反射光の分布を検出し前記光学系と前記被
検査体との距離を一定に保つ手段を設け、前記被検査面
からの反射光を検出し所定の基準値と比較し欠陥の有無
を検出して欠陥信号を発生する検査手段と、検出された
欠陥の位置及び大きさを検出する手段とを設け、かつ、
検出された欠陥を再走査させる手段と、検出された欠陥
を再走査する直前に前記光学系を位置固定させる手段と
、検出された欠陥を再走査した時の前記被検査面からの
反射光の分布の変動の最大値を検出する手段と、検出さ
れた変動の最大値に基づき当該欠陥の高さを算出する手
段とを設ける。

作用 まず、収束光を照射する光学系と被検前゛体の被検査面
との距離を合焦状態なる一定状態に保った状態で、被検
査面を光走査し、この被検査面からの反射光を検出しそ
の検出光量と所定の基準値と比較することにより、所定
の大きさ以上の欠陥の有無が検出される。欠陥の存在が
検出されたら、さらにその位置も検出される。これによ
り、欠陥の位置及び大きさが判る。さらに、このような
欠陥が検出された時には、例えば光学系を再走査手段に
よって同一の走査位置に位置させておくことにより当該
欠陥について再走査を行うが、再走査する直前に被検査
体に対し合焦状態の光学系を位置固定してフォーカスロ
ックしてから、当該欠陥を再走査する。この再走査時に
被検査面からの反射光の分布の変動の最大値を検出する
と、フォーカスロック状態にあるため、被検査体の厚み
方向の距離、ここでは欠陥の高さが大きい程、フォーカ
スずれが大きいことに相当し、欠陥部分でその高さに応
じた最大値を示す。よって、検出されたこの変動の最大
値に基づき演算することにより当該欠陥の高さは算出さ
れ、欠陥の高さも検出される。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、従来から知られている表面欠陥検査装置における
光学系となる光ピツクアップ１部分の構成、動作を第２
図及び第３図により説明する。この光ピツクアップ１は
レーザ光源（図示せず）から射出されたレーザ光をコリ
メータレンズ２により平行光束に変換した後、ビームス
プリッタ３を透過させ、さらに、１／４波長板４を通し
対物レンズ５により被検査体６の被検査面６ａ上に収束
光として集光走査される。この被検査面６ａで反射され
た光は再び対物レンズ５を通った後、１／４波長板４を
も再び通ることにより入射光に対し９０°の位相遅れを
持つ光となり、ビームスプリッタ３に再入射する。この
ビームスプリッタ３は入射光に対して９０°位相遅れを
持つ光は反射させるものであり、その反射光の光路上に
は横倍率と縦倍率との異なるシリンドリカルレンズ７が
設けられ、さらに、４つの受光領域（第３図参照）に区
分された４分割フォトダイオード８が設けられている。

このような光ピツクアップ１は対物レンズ５の焦点位置
を常に被検査面６ａに位置させるようなフォーカスサー
ボ機能及び被検査面６ａに生じた欠陥に応じて欠陥信号
を発生させる欠陥信号発生機能（検査手段）を有してい
る。即ち、フォーカスサーボにあっては、対物レンズ５
の焦点位置が被検査面６ａ上に合致しなくなった際には
４分割フォトダイオード８上に生ずる投影光スポットの
形状が変化し、この４分割フォトダイオード８の４つの
受光領域から発生する検出信号の各々のレベルが変化す
ることを利用し、第３図に示すように、４分割フォトダ
イオード８の対角領域同士の検出信号を演算器９，１０
により加算し、さらに演算器１１によりこれらの加算結
果の差をとると、フォーカス誤差信号が出力されるので
（所謂、非点収差法）、これをフォーカス制御回路１２
（第１図参照）を介して対物レンズ５に対するアクチュ
エータ１３にフィードバックさせ、フォーカス誤差信号
がＯとなるようにサーボ制御することにより合焦状態に
維持される。このようなフォーカス制御回路１２が被検
査面６ａからの反射光の分布を検出し光ピツクアップ１
の対物レンズ５と被検査体６との距離を一定に保つ手段
を構成することになる。

また、前記演算器９，１０による信号は演算器１４によ
り加算されて欠陥検出に供される。即ち、この演算器１
４からの信号を第１図に示すように基準電圧発生器１５
からの基準電圧と比較器１６により比較することにより
欠陥の有無が検出される。このようにして、被検査面６
ａからの反射光を検出し所定の基準値と比較し欠陥の有
無を検出して欠陥信号を発生する検査手段が構成されて
いる。即ち、被検査体６の被検査面６ａ上の無欠陥領域
に対物レンズ５の焦点が合致され、その領域にレーザス
ポットが生ずる場合には殆ど正反射され演算器１４で加
算された光信号のレベルは基準電圧よりも大きいため、
比較器１６の出力はＬレベルに保持される。しかし、対
物レンズ５の焦点位置が欠陥領域に達すると、欠陥領域
ではレーザビームが散乱されるため正反射されるビーム
成分が減少し、演算器１４で加算された光信号のレベル
は低下し、基準電圧よりも小さくなる。よって、比較器
１６の出力はＨレベルに変化し、欠陥信号となる。つま
り、光ディスクにおけるピットの有無検出と同様である
。

しかして、本実施例では、検出された欠陥の高さをも検
出するために、欠陥を検出する機能の他に、検出した欠
陥上を再走査する直前でフォーカスロックしアクチュエ
ータ１６に流す電流を一定に保つ機能と、このようなフ
ォーカスロック状態で欠陥上を光ピツクアップ１が再走
査した時の差信号、即ち演算器１１からのフォーカス誤
差信号の変動の最大値を検出する機能と、検出された最
大値より欠陥の高さを算出する機能を合せ持つものであ
る。

ここに、対物レンズＮＡ＝０．４５、入射スポット径＝
２μｍ、入射ビーム波長＝８３０ｎｍなる設計の光ピツ
クアップ１を用いた場合、演算器１１から得られる差信
号のピーク値と欠陥の高さとの関係は第４図に示すよう
になったものであり、検出される欠陥の大きさはスポッ
ト径以上、即ち２μｍ以上である。もつとも、さらに微
小欠陥の高さを検査するためには、対物レンズＮＡを大
きくするか、又は波長を短くすればよい。

このような機能を含む本実施例の表面欠陥検査装置の構
成を第１図に示す。まず、検査すべき平坦な被検査面６
ａを備えたガラス原盤、半導体ウェハ等の被検査体１は
ターンテーブル２ｏ上に載置支持されている。このター
ンテーブル２０はターンテーブルモータ２１により回転
駆動されるものである。このターンテーブルモータ２１
の軸上にはエンコーダ２２が設けられ、このエンコーダ
２２からの回転位置信号に基づいてターンテーブルモー
タ２１の回転速度の制御（例えば、ＰＬＬ制御）を行い
、回転ジッタ等の現象を防止するターンテーブルコント
ローラ２３が設けられている。

また、このようなターンテーブル２０上の被検査体６に
対向させて前述した光ピツクアップ１が設けられている
。この光ピツクアップ１は被検査体６の半径方向に沿っ
て一定速度で直線送りする横送りモータ２４及び位置検
出器２５を含む送り装置２６に機械的に連結されている
。この送り装置２６の横送りモータ２４は位置検出器２
５からの位置検出信号等に基づき横送りモータコントロ
ーラ２７により制御される。このようにして被検査体６
はターンテーブル２０とともに回転され、光ピツクアッ
プ１はターンテーブル２０の半径方向に一定速度で横送
りされることにより、被検査体６の被検査面６ａは光ピ
ツクアップ１からのレーザビームによりスパイラル状に
走査されることになる。このようなスパイラル走査によ
り被検査体６の全面の走査が可能である。

これらのコントローラ２３．２７はパーソナルコンピュ
ータ２８により制御される。

また、前記比較器１６から得られる欠陥信号は欠陥処理
回路１７により大きさと位置の算出（半径と角度位置）
が行われれ、結果がパソコン２８に送られる。つまり、
この欠陥処理回路１７が検出された欠陥の位置及び大き
さを検出する手段となる。

一方、前記比較器１６からの欠陥信号は前記横送りモー
タコントローラ２７にも送出されており、欠陥検出と同
時に横送りモータ２４による光ピツクアップ１の横送り
を停止制御するように構成されている。このように欠陥
検出と同時に光ピツクアップｌの横送り（半径方向の送
り）を停止させるこの横送りモータコントローラ２７が
、欠陥再走査手段となる。また、通常状態では光ピツク
アップ１の検出に基づく演算器１１の差信号によりフォ
ーカスサーボを行っているが、欠陥が検出されると、横
送りが停止されている光ピツクアップｌが再び同じ欠陥
上を通過することになるが、欠陥上を通過する直前でフ
ォーカスサーボ制御を停止させ、対物レンズ５の位置を
固定させるためのフォーカスロック回路２９が設けられ
ている。より具体的には、比較器１６からの欠陥信号を
遅延回路３０を通して遅延させてからこのフォーカスロ
ック回路２９に入力させている。即ち、欠陥信号をター
ンテーブル２０の１回転に要する時間よりもわずかに短
い時間だけ遅らせて入力させると、フォーカス制御回路
１２への差信号（フォーカス誤差信号）の入力をカット
するフォーカスロック回路２９により、光ピツクアップ
１が再び欠陥上を通過する直前のタイミングで対物レン
ズ５を固定させることができる。

一方、遅延回路３０による遅延後の欠陥信号はピークホ
ールド回路３１にも入力され、検出された欠陥を再走査
した時の被検査面６ａからの反射光の分布の変動の最大
値を演算器１１から出力される差信号に基づき検出する
動作を開始させる。

具体的には、遅延された欠陥信号によりピークホールド
回路３１をリセットさせピーク値を保持させる。この際
、演算器１１からの信号を例えば波長にして約１〜１０
００μｍを通過させるバンドパスフィルタ３２を通して
ピークホールド回路３１に入力させることにより、差信
号の微小な変動と面振れによる差信号のオフセットとを
除去するようにしている。ピークホールド回路３１によ
り保持されたピーク値はマルチメータ３３により測定さ
れ、その値がパソコン２８に送出される。

このようにフォーカスロック状態での差信号のピーク値
が検出されれば、第４図に示したように、そのピーク値
に基づきパソコン２８で演算することにより、欠陥の高
さを求めることができる。

このピークホールド回路３１により差信号の変動のピー
ク値が検出された後は、フォーカスロックを解除し、再
びフォーカス制御回路１２によるフォーカスサーボ制御
に戻し、かつ、光ピツクアップ１の横送りによるスパイ
ラル状の走査を再開し、欠陥検出を続行する。このよう
な動作の繰返しにより被検査体６の被検査面６ａを全面
的に測定することにより、被検査面６ａ上に存在する欠
陥の大きさ、位置（半径、角度）とともにその高さも判
る。

なお、前記光ピツクアップ１に基づく演算器１４からの
和信号をＡ、この和信号を一方の入力とする比較器１６
からの欠陥信号をＢ、演算器１１からの差信号をＣ１こ
の差信号Ｃのバンドパスフィルタ３２通過後の信号をＤ
、ピークホールド回路３１からの出力をＥとした時、遅
延回路３０による遅延動作を伴うこれらの信号のタイミ
ングチャートは第５図に示すようになる。

発明の効果 本発明は、上述したように欠陥信号を発生する検査手段
、検出された欠陥の位置及び大きさを検出する手段とと
もに、検出欠陥を再走査させる手段と、検出欠陥を再走
査する直前に光学系を位置固定させる手段と、検出され
た欠陥を再走査した時の被検査体の被検査面からの反射
光の分布の変動の最大値を検出する手段と、検出された
変動の最大値に基づき当該欠陥の高さを算出する手段と
を設けたので、欠陥の位置、大きさのみならず、その欠
陥の高さをも測定検出することができ、許容し得る欠陥
か否かの認定等に供することができる。

は欠陥の高さ一差信号のピーク値の関係を示す特性図、
第５図はタイミングチャートである。

■・・・光学系、６・・・被検査体、６ａ・・・被検査
面、１２・・・距離一定保持手段、１６・・・検査手段
、１７・・・位置及び大きさ検出手段、２７・・・再走
査手段、２８・・・算出手段、２９・・・位置固定手段
、３１・・・最大値検出手段 出　願　人　　　株式会社　　　リ　コ　−

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 収束した光を照射する光学系と、この光学系による光の
   走査を受ける被検査面を持つ被検査体と、前記被検査面
   からの反射光の分布を検出し前記光学系と前記被検査体
   との距離を一定に保つ手段と、前記被検査面からの反射
   光を検出し所定の基準値と比較し欠陥の有無を検出して
   欠陥信号を発生する検査手段と、検出された欠陥の位置
   及び大きさを検出する手段と、検出された欠陥を再走査
   させる手段と、検出された欠陥を再走査する直前に前記
   光学系を位置固定させる手段と、検出された欠陥を再走
   査した時の前記被検査面からの反射光の分布の変動の最
   大値を検出する手段と、検出された変動の最大値に基づ
   き当該欠陥の高さを算出する手段とからなることを特徴
   とする表面検査装置。