JPH06129844A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コントラストの高い、鮮明な明暗パターンを
得ることができる検査装置を提供する。 【構成】 試料に平行光を照射し、その反射光または透
過光を収束し、後側焦点の後方で前記試料面の観測を行
うように構成されるとともに、前記後側焦点またはその
近傍に遮蔽体を設けて観測面に向かう反射光の一部を遮
断するようにした光学系を備え、前記平行光よりは大き
い入射角で前記試料に対して光を照射する光照射手段を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、検査装置に関するも
ので、さらに詳しくは、シュリーレン光学系を改良して
なる検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造に用いられるアズ
グローンウェーハあるいは鏡面ウェーハやガラス基板等
の表面状態（うねり、ディンプル、突起、洗浄不良また
はバフダメージなど）を検出する検査装置として、従
来、シュリーレン光学系を用いた検査装置が知られてい
る。

【０００３】この検査装置で用いられるシュリーレン光
学系は、試料面の凹凸による屈折率変化や反射率変化を
明暗の差として表す代表的な光学系の１つである。この
光学系は、点光源からの光を光学素子（レンズ）によっ
て平行光にし、試料面にその法線方向から照射し、その
反射光または透過光を光学素子（レンズ）によって収束
し、その後側焦点に設置されたナイフエッジ（遮蔽体）
によって拡散光の一部を遮断するように構成されている
ともに、その後方において肉眼やカメラ等によって試料
面の像を観測するようになっている。

【０００４】この光学系によれば、試料面に凹凸がある
と光が拡散されるが、この拡散光のうちナイフエッジに
当たった光は遮断される。その結果、ナイフエッジの後
方で像を観測した場合、ナイフエッジで遮られた拡散光
に対応する部分の像は他の部分の像に比べて暗くなる。
これにより、試料面の状態に対応した明暗パターンが得
られる。その結果、この明暗パターンから試料面の状態
が検出できることになる。

【０００５】一方、前記シュリーレン光学系からナイフ
エッジを取り去って、観測面のピントを光軸方向に僅か
にずらすことにより、比較的コントラストの高い場所を
選んで試料面の状態を観測するようにした検査装置も知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
検査装置にあっては下記のような問題があった。

【０００７】すなわち、前者のシュリーレン光学系を用
いた検査装置では、ナイフエッジ後方で試料面の状態に
応じた明暗パターンは得られるものの、この明暗パター
ンにはナイフエッジによって遮断されなかった拡散光も
多く含まれているため、明暗差が軟調で（コントラスト
が低く）、試料面の状態を精密には検出できないという
不都合があった。

【０００８】一方、後者の検査装置のように観測面を光
軸方向に沿って動かすものでは、拡散光がほとんど遮断
されないことから、シュリーレン光学系を用いた検査装
置に比べてさらにコントラストが低くなり、検査の精密
度がさらに低くなるという不都合があった。

【０００９】また、両者の検査装置とも、光照射手段は
１つしか設けられていないため、試料が粗面である場合
には、拡散反射によって結像レンズに入る光量が著しく
少なくなり、明暗パターンにおける明部（ハイライト）
の明度が極端に低下する結果、コントラストが極めて低
くなり、反射像（透過像）が不鮮明となってしまう。明
暗パターンにおける明部の明度の低下を防ぐためには、
光源のパワーを上げれば良いが、その場合、拡散光の遮
断が不十分なために暗部（シャドウ）の明度も高くなっ
てしまい、結果として、コントラストの改善を図ること
ができない。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みなされ
たもので、コントラストの高い、鮮明な明暗パターンを
得ることができる検査装置を提供することをその目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
試料に平行光を照射し、その反射光または透過光を収束
し、後側焦点の後方で前記試料面の観測を行うように構
成されるとともに、前記後側焦点またはその近傍に遮蔽
体を設けて観測面に向かう反射光の一部を遮断するよう
にした光学系を備え、前記平行光よりは大きい入射角で
前記試料に対して光を照射する光照射手段を設けたもの
である。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の検
査装置における光照射手段を複数設け、その際、これら
複数の光照射手段を入射面が互いに一致しないように配
置したものである。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の検査装置における遮蔽体として開口絞りを
設けたものである。

【００１４】

【作用】この検査装置によれば、光照射手段による光の
照射方向や入射角の変更、あるいは偏光子の挿入や試料
の移動などによって明暗パターンにおける明暗差を強調
することができると同時に、遮蔽体によって無用な反射
光の一部を遮断できるので、コントラストの高い、鮮明
な明暗パターンを得ることができる。

【００１５】また、遮蔽体として開口絞りを用いれば、
ナイフエッジを用いる場合に比べて無用な反射光をさら
に除去することができるので、明暗パターンにおける明
暗差をより強調することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る検査装置の実施例につい
て説明する。

【００１７】（１）第１実施例 図１には第１実施例の検査装置の光学系１が示されてい
る。この光学系１について説明すれば、この光学系１
は、平板状の試料２の表面（以下試料面と称す）２ａに
その法線方向および斜め方向から光を当て、その試料面
２ａからの反射光を収束し、後側焦点の後方でその反射
像をスクリーン４上に投影して観測するようにしたもの
で、その観測にあたっては、後側焦点に置いた開口絞り
（遮蔽体）３によって、試料面２ａで散乱された光（拡
散光）を遮断するようになっている。

【００１８】以下、この光学系１について詳細に説明す
る。

【００１９】この光学系１は３つの光照射手段Ａ，Ｂ，
Ｃを備えている。この光照射手段Ａ，Ｂ，Ｃの各光源５
ａ，５ｂ，５ｃとしては特に限定はされないがキセノン
ランプやハロゲンランプなどが用いられている。この光
源５ａ，５ｂ，５ｃとして何を用いるかは、検査対称物
（試料２）の性質によって決定することが望ましい。例
えば、鏡面ウェーハなどのように反射率の比較的高いも
のを検査する場合には、ハロゲンランプまたはキセノン
ランプのいずれを用いることとしても良いが、ガラス基
板のように反射率の比較的低いものを検査する場合に
は、輝度の大きいキセノンランプを用いることが望まし
い。

【００２０】各光源５ａ，５ｂ，５ｃには楕円リフレク
タ６ａ，６ｂ，６ｃが付設されている。この場合、各光
源５ａ，５ｂ，５ｃは楕円リフレクタ６ａ，６ｂ，６ｃ
の一方の焦点に設置される。各楕円リフレクタ６ａ，６
ｂ，６ｃの他方の焦点にはピンホール７ａ，７ｂ，７ｃ
が置かれる。その結果、楕円の性質によって楕円リフレ
クタ６ａ，６ｂ，６ｃで反射された光はピンホール７
ａ，７ｂ，７ｃの所で収束される。その結果、この収束
点に点光源を置いたのと同じ状態になる。なお、楕円リ
フレクタ６ａ，６ｂ，６ｃの代わりにパラボラリフレク
タを用いても良い。この場合には、パラボラリフレクタ
を出た光はその光軸に平行に進むので、コリメートレン
ズを別途設け、このコリメートレンズによりピンホール
の所に収束するようにする。

【００２１】また、各ピンホール７ａ，７ｂ，７ｃの近
傍には所望の波長範囲の光だけを透過させる波長選択フ
ィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが設置されている。この
波長選択フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃとしては例え
ば干渉フィルタが用いられる。この波長選択フィルタ１
０ａ，１０ｂ，１０ｃの設置は任意であり、その設置場
所もピンホール７ａ，７ｂ，７ｃの近傍に限定されず、
例えばハーフミラー１１の後ろであっても良い。この波
長選択フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃは光学系１の感
度調節機能を持ち、試料面２ａの凹凸のピークツーバレ
ーが小さい場合には波長の短い領域を選択することが望
ましい。

【００２２】また、光照射手段Ａにおいては、ピンホー
ル７ａと試料２との間に、波長選択フィルタ１０ａを透
過した光を平行光に変えるためのコリメートレンズ８が
設けられている。このコリメートレンズ８はピンホール
７ａが前側焦点にくるような位置に設置される。このコ
リメートレンズ８としては、光のロスを可及的に少なく
するため収差の小さいものを使用することが望ましい。

【００２３】また、光照射手段Ａにおいては、波長選択
フィルタ１０ａとコリメートレンズ８との間にハーフミ
ラー１１が設置されている。このハーフミラー１１は光
路分割のために用いられ、試料面２ａからの反射光の光
路を曲げるために使用される。このハーフミラー１１に
よってスクリーン４の方向へ反射光の光路が曲げられ
る。

【００２４】このハーフミラー１１とスクリーン４との
間には開口絞り３が設けられている。この開口絞り３と
しては特に限定はされないがアイリス絞りが用いられ、
可動調節部を動かすことにより同心状の開口部の直径を
連続的に変化させることができるようになっている。こ
の開口部の直径を変化させることにより、検査の種別
（うねりの検査、ディンプルの検査、傷の検査など）に
適した反射像が得られる。

【００２５】なお、図１においては、光照射手段Ｂ，Ｃ
はその入射面が一致しているかのように描かれている
が、実際には入射面が一致しないように、より好ましく
は入射面同士が直交するように光照射手段Ｂ，Ｃは設置
されているとともに、光照射手段Ｂ，Ｃからの光の入射
角は特に限定はされないが６０°以上となるようにされ
ている。入射面同士が一致し、かつ、光照射手段Ｂ，Ｃ
からの光の入射角が同じ場合には、光照射手段Ｂ，Ｃか
らの光の正反射成分が他方の光照射手段に入り、これが
リフレクタで反射されて再び試料面２ａに照射され、そ
れがノイズとなったり、光照射手段Ｂ，Ｃを構成する光
学素子を熱によって毀損したりする危険性があるからで
ある。また、入射角を大きくすると光照射手段Ｂ，Ｃか
らの光の正反射成分がコリメートレンズ８によって再び
反射して試料面２ａに照射され、それがノイズとなって
しまう危険性があるからである。

【００２６】このように構成された検査装置によれば、
光源５ａ，５ｂ，５ｃから出た光は楕円リフレクタ６
ａ，６ｂ，６ｃによってピンホール７ａ，７ｂ，７ｃの
所で収束されて点光源を構成し、この点光源からの光は
波長選択フィルタ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ等を経て試料
面２ａに照射される。

【００２７】そして、この試料面２ａからの反射光はコ
リメートレンズ８、ハーフミラー１１および開口絞り３
を経てスクリーン４に導かれ、そこで、明暗パターンを
形成する。

【００２８】なお、試料面２ａの他の部分の観測を行う
場合には、テーブル１３の移動（回転移動を含む）ある
いは光学系１の全部または部分的移動によって相対的に
試料２を動かせば良い。この試料２の相対的移動は単に
観測部分を変える意義を持つだけでなく、光照射手段
Ｂ，Ｃによる光の照射方向や入射角を変える意義を持
つ。

【００２９】このように構成された実施例の検査装置は
次のような効果を有する。

【００３０】すなわち、前記検査装置によれば、試料面
２ａにピントを合わせて観測できる上、開口絞り３によ
って拡散光のほとんどが除去できるため、明暗パターン
の鮮明度が著しく向上する。

【００３１】また、この検査装置によれば、光照射手段
Ｂ，Ｃによる光の照射方向や入射角の変更によって明暗
パターンにおける明暗差を強調できるので、コントラス
トの高い、鮮明な明暗パターンを得ることができ、試料
面２ａが粗面の場合にあっても、精密な検査が行えるこ
とになる。

【００３２】（２）第２実施例 図２には第２実施例の検査装置の光学系３０が示されて
いる。この光学系３０は傷の検出に特に有用な光学系で
ある。この光学系３０が第１実施例の光学系１と異なる
点は、試料２に光を照射するため４つの光照射手段Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄを保有していること（但し、図２においては
便宜上光照射手段Ａ，Ｂ，Ｄしか描かれていない）、光
路分割のため２つのハーフミラー１１，２１を保有して
いること、ハーフミラー２１によって光路を曲げられた
反射光を結像レンズ系２４を通じて１次元イメージセン
サ２６で受光していることである。

【００３３】光照射手段Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのうち３つの光
照射手段Ａ，Ｂ，Ｃは光照射手段Ｂ，Ｃの設置場所の点
を除いては第１実施例のそれと同じ構成となっている。
一方、光照射手段Ｄは、光源５ｅ、楕円リフレクタ６
ｅ、ピンホール７ｅおよび波長選択フィルタ１０ｅを保
有する点では光照射手段Ｂ，Ｃと同じ構成となっている
が、ピンホール７ｅと波長選択フィルタ１０ｅとの間に
コリメートレンズ２７およびシリンドリカルレンズ２８
が設けられている点でそれと異なっている。なお、光照
射手段Ｂ，Ｃ，Ｄにおける入射面は特に限定はされない
が互いに１２０°の角度を持つように設定されている。

【００３４】ハーフミラー１１，２１のうちハーフミラ
ー１１後方の結像光学系については第１実施例のそれと
同じ構成となっている。また、ハーフミラー２１後方の
結像レンズ系２４としてはカメラにおけると同様の結像
レンズ系が用いられ、この結像レンズ系２４によって反
射光を１次元イメージセンサ２６へ導くようになってい
る。

【００３５】この第２実施例の検査装置によれば、光照
射手段Ｄのシリンドリカルレンズ２８の作用によって試
料面２ａに線状の収束光が集中的に照射される。一方、
その部分からの反射光（この場合の反射光は光照射手段
Ｄによるものだけでなく光照射手段Ａ，Ｂ，Ｃによるも
のも含む）は１次元イメージセンサ２６によって受光さ
れる。そして、その１次元イメージセンサ２６における
受光量変化によって傷の状態が検出される。

【００３６】この第２実施例の検査装置によれば、その
収束光の照射方向や入射角にもよるが、光照射手段Ａ，
Ｂ，Ｃだけの場合に比べて明暗差をより強調することが
できる。

【００３７】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は、かかる実施例に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能であ
ることはいうまでもない。

【００３８】例えば、前記第１および第２実施例の検査
装置では、ハーフミラー１１からの光を直接に開口絞り
３に導いたが、その直前に格子状フィルタを設置するよ
うにしても良い。この格子状フィルタは光を回折する働
きをするので、散乱角の大きい傷などの発見がさらに容
易となる。

【００３９】また、前記第１および第２実施例の検査装
置では、ハーフミラー１１からの光をスクリーン４で観
測するようにしたが、ＣＣＤやカメラあるいは肉眼で観
測するような光学系としても良い。

【００４０】さらに、前記第１および第２実施例の検査
装置では、平板状の試料２を検査する場合を説明した
が、円柱などの試料面検査の場合には光照射手段Ａにシ
リンドリカルレンズを組み込んで、また、球体などの表
面検査の場合には平凸レンズを組み込んで、試料面２ａ
に法線方向から光を照射するようにすれば良い。また、
場合によっては、平板状の試料２のときでもシリンドリ
カルレンズを用い、ある方向の凹凸状態を強調させて観
測するようにすることも可能である。

【００４１】また、前記第１および第２実施例の検査装
置では、開口絞り３としてアイリス絞りを用いたが、固
定的な円形開口部が設けられた開口絞りを設け、この開
口絞りを光軸方向に移動させるようにして使用するよう
にしても良いし、また、開口絞り３の代わりにナイフエ
ッジを設けるようにしても良い。

【００４２】さらに、前記第１および第２実施例の検査
装置では、後側焦点に開口絞り３を設けたが、その設置
位置は後側焦点近傍であっても良い。

【００４３】またさらに、前記第１および第２実施例の
検査装置では、試料面２ａの反射光を観測するような構
成としたが、試料が透過性のものである場合にはその表
面状態や内部状態を観測するため、試料の透過光を観測
するような構成としても良いことは勿論である。

【００４４】また、光学系１，３０に偏光子や検光子を
適宜組み込んで、感度調節や光量調節を行うようにして
も良い。

【００４５】さらに、光照射手段Ａにおける光の入射角
を若干付けるとともに、観察面も少し傾けることによっ
て、ハーフミラーを用いないで反射像あるいは透過像を
観測するようにしても良い。この場合、ピンホール７ａ
に起因する輝点の影響をなくすことができる。

【００４６】また、前記実施例では、光源をハロゲンラ
ンプまたはキセノンランプとしたが、その他の光源を用
いても良い。例えば、光照射手段Ｄの光源にレーザを用
いるようにしても良い。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、試料に平行光を照射
し、その反射光または透過光を収束し、後側焦点の後方
で前記試料面の観測を行うように構成されるとともに、
前記後側焦点またはその近傍に遮蔽体を設けて観測面に
向かう反射光の一部を遮断するようにした光学系を備
え、前記平行光よりは大きい入射角で前記試料に対して
光を照射する光照射手段を設けたので、コントラストの
高い、鮮明な明暗パターンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の検査装置の光学系の概略構成図で
ある。

【図２】第２実施例の検査装置の光学系の概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ 光学系 ２ 試料 ２ａ 試料面 ３ 開口絞り ３０ 光学系

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に平行光を照射し、その反射光また
   は透過光を収束し、後側焦点の後方で前記試料面の観測
   を行うように構成されるとともに、前記後側焦点または
   その近傍に遮蔽体を設けて観測面に向かう反射光の一部
   を遮断するようにした光学系を備え、前記平行光よりは
   大きい入射角で前記試料に対して光を照射する光照射手
   段を設けたことを特徴とする検査装置。
2. 【請求項２】 前記光照射手段が複数設けられ、これら
   複数の光照射手段は入射面が互いに一致しないように配
   置されていることを特徴とする請求項１記載の検査装
   置。
3. 【請求項３】 前記遮蔽体は開口絞りであることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の検査装置。