JPH10213552A

JPH10213552A - 表面欠陥検査方法

Info

Publication number: JPH10213552A
Application number: JP1677097A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Matsuzawa; 聡明松沢
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、被検体上の膜厚むらのみを確実に検
出できる表面欠陥検査方法を提供する。【解決手段】被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が広
くコヒーレンス長が小さい光束の照明光を照射し該被検
体からの第１の画像ＩA と、被検体上の薄膜の厚さに対
して波長幅が狭くコヒーレンス長が大きい光束の照明光
を照射し該被検体からの第２の画像ＩB をそれぞれ撮像
素子９で撮像し、これら第１の画像ＩA と第２の画像Ｉ
B を画像処理部１５に取り込むとともに、これら第１お
よび第２の画像ＩA 、ＩB の間で所定の演算を実行し、
被検体の下地の影響を消去した画像ＩC を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜を形成する半
導体ウェハや液晶ガラス基板などの表面欠陥を検査する
表面欠陥検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハや液晶ガラス基板などの製
造工程において、これら半導体ウェハや液晶ガラス基板
の面に形成される薄膜の欠陥の有無の検査は、重要な工
程のひとつになっている。

【０００３】例えば、液晶ガラス基板では、フォトリソ
グラフィ・プロセスにおいて、基板表面にレジストが塗
布されるが、仮に、この塗布されたレジストに膜厚むら
があると、この工程で形成されるはずのパターンに悪影
響を及ぼすことがあり、このため、従来では、レジスト
塗布後の基板表面を、人間が全数、目視検査することで
対応するようにしている。

【０００４】しかして、従来、このような膜厚むらの検
出に適した表面欠陥検査装置として、特開平７−２７７
０９号公報に開示されるものがある。図９は、このよう
な装置の光学系の概略構成を示すもので、ハロゲンラン
プなどの光源１からの光束を、レンズ２を通して平行光
束として回転ホルダ３の干渉フィルタ３０１を通して拡
散板４に照射する。この場合、干渉フィルタ３０１は、
回転ホルダ３内に複数枚収容されていて、後述する液晶
ガラス基板からなる被検体７の種類によって、透過光の
中心波長と波長幅を選択できるようにしている。

【０００５】そして、拡散板４で強度分布を均一化した
光束の一部をハーフミラー５で反射し、コリメートレン
ズ６で略平行光束にして被検体７面に照射する。一方、
被検体７面で反射した光を再びコリメートレンズ６に入
射し収束光にして、その一部をハーフミラー５を通して
結像レンズ８に入射し、被検体７表面の薄膜による干渉
縞を含んだ像を撮像素子９の撮像面に結像するようにし
ている。

【０００６】このように構成した装置は、検査画面の全
体にわたって等しい照明の入射角と反射角により被検体
７を観察できることを特長としている。つまり、被検体
７表面の薄膜による干渉縞は、膜厚と観察する角度に依
存するが、前者を一定とすることにより、膜厚によって
決まる干渉の明暗を観察できるようになっている。

【０００７】この場合、撮像素子９で撮像される被検体
７表面の検査画面は、図１０に示すように、検査画面１
０１の内で、被検体７表面の膜厚が均一の領域１０２で
は、均一の輝度で撮像され、膜厚が不均一の領域１０３
では、領域１０２と異なる輝度で撮像される。また、回
転ホルダ３の回転により干渉フィルタ３０１を選択し、
膜厚が均一の領域１０２での輝度が最小となるような中
心波長と、膜厚むらの部分の輝度が十分変わるような波
長幅に設定することにより、膜厚のむら部分だけを明る
くするようにしている。

【０００８】そして、このようにして得られた検査画面
の輝度と予め設定された輝度しきい値とを比較し、輝度
しきい値を超える領域を膜厚むらと認識することで表面
欠陥を検査するようになる。

【０００９】ところで、被検体７表面の薄膜による干渉
縞の輝度は、膜厚や観察する角度だけでなく、膜厚の下
地の反射率にも依存するが、上述した従来の表面欠陥検
査装置では、下地の反射率が一定であることを前提とし
ている。

【００１０】一般に、フォトリソグラフィ・プロセスで
は、工程が進むにしたがって下地の構造は複雑になって
いく。この場合、被検体７が液晶ガラス基板ならば、そ
の面積の大部分を占める画素領域は、同じ微細構造（＝
画素）の周期的パターンであるから、それを解像しない
ような倍率に結像レンズ８（ズームレンズ）の焦点距離
を調節して被検体７を撮像することにより、下地の影響
を除去することが可能になる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来技術で
は、撮像素子の空間分解能と撮像倍率を利用して、下地
の反射率分布と膜厚むらを分離しているが、この方法
は、欠陥（膜厚むら）と下地の周期構造のオーダーが顕
著に異なる場合に初めて可能になる。例えば、液晶ガラ
ス基板の場合、画素の大きさは１００μｍのオーダーで
あるのに対し、膜厚むらの大きさは一般に１ｍｍ〜１０
ｍｍと顕著に異なっている。

【００１２】しかし、液晶ガラス基板の場合でも、画素
領域の周辺にある配線部では、１ｍｍオーダーの大きな
パターンになっており、膜厚むらの大きさと変わらない
ことから膜厚むらと分離できないことがある。また、半
導体ウェハの場合も、個々の配線パターンは、０．１μ
ｍ〜１０μｍオーダーの非常に微細なものであるが、単
純な周期構造になっておらず、周期的になるのは、１ｍ
ｍ〜１０ｍｍオーダーのダイ（ｄｉｅ）の単位で、膜厚
むらの大きさと変わらないことから、膜厚むらと分離で
きないことがある。本発明は、上記事情に鑑みてなされ
たもので、被検体上の膜厚むらのみを確実に検出できる
表面欠陥検査方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレン
ス長が小さい光束の照明光を照射し該被検体の第１の画
像ＩA を検出する第１の画像検出工程と、前記被検体上
の薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大
きい光束の照明光を照射し該被検体の第２の画像ＩB を
検出する第２の画像検出工程と、前記第１の画像ＩA と
前記第２の画像ＩB の間で

【００１４】

【数３】を演算し、前記被検体の下地の影響を消去した画像ＩC
を生成する画像生成工程とからなっている。

【００１５】ただし、（ｘ，ｙ）は、検査画面内の座標
である。このようにすれば、互いに同じオーダにある被
検体表面の膜厚むらと下地パターンの反射率分布が分離
可能となり、膜厚むらだけを検出することができる。

【００１６】請求項２記載の発明は、第１の中心波長を
有するとともに、被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅
が広くコヒーレンス長が小さい光束の照明光を照射し該
被検体の第１の画像ＩA を検出する第１の画像検出工程
と、第１の中心波長を有するとともに、被検体上の薄膜
の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大きい光
束の照明光を照射し該被検体の第２の画像ＩB を検出す
る第２の画像検出工程と、第２の中心波長を有するとと
もに、被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒ
ーレンス長が小さい光束の照明光を照射し該被検体の第
３の画像ＩA'を検出する第３の画像検出工程と、第２の
中心波長を有するとともに、被検体上の薄膜の厚さに対
して波長幅が狭くコヒーレンス長が大きい光束の照明光
を照射し該被検体の第４の画像ＩB'を検出する第４の画
像検出工程と、これら第１の画像ＩA 、第２の画像ＩB
、第３の画像ＩA'、第４の画像ＩB'の間で

【００１７】

【数４】を演算し、前記被検体の膜厚むらのない領域を均一輝度
で表示する画像ＩE を生成する画像生成工程とからなっ
ている。

【００１８】このようにすれば、被検体表面の膜厚むら
と下地パターンの反射率および位相跳びの分布が分離可
能となり、膜厚むらだけを検出することができる。請求
項３記載の発明は、請求項２記載において、前記第１の
画像検出工程または前記第３の画像検出工程でカバーす
る波長域が前記第１および第２の中心波長の差以上に大
きい場合、前記第１の画像検出工程または前記第３の画
像検出工程で検出される第１の画像ＩA または第３の画
像ＩA'のいずれか一方、あるいは前記第１および第２の
中心波長の間にある第３の中心波長を有するとともに、
被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレン
ス長が小さい光束の照明光を照射して得られる前記被検
体の画像を用いるようにしている。このようにすれば、
被検体表面からの各画像の検出回数を減らすことができ
るので、被検体表面の欠陥検査を効率よく行うことがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にしたがい説明する。（第１の実施の形態）第１の実施の形態の表面欠陥検査
方法を実現する表面欠陥検査装置の光学系として例えば
図９に示す概略構成と同一のものを用いることができ
る。

【００２０】この場合、回転ホルダ３は、複数の広帯域
と狭帯域の干渉フィルタ３０１を有していて、図示しな
いモータによりホルダ３を回転させ、所望の干渉フィル
タ３０１を選択することで、中心波長と波長幅を設定で
きる波長選択手段より構成している。また、撮像素子９
は、モノクロＣＣＤからなっている。

【００２１】次に、図１は、このような光学系に適用さ
れる制御部および画像処理部の概略構成を示している。
図において、１１はホストコンピュータで、このホスト
コンピュータ１１には、キーボード１２、モニタテレビ
１３、メモリ１４、画像処理装置１５およびシーケンサ
１６を接続している。

【００２２】ここで、キーボード１２は、モニタＴＶ
（テレビ）１３に表示されるメニュー画面にしたがって
欠陥検査に必要なキー操作を行うものである。メモリ１
４は、被検体７の種類毎の検査条件（例えば光学系の設
定と画像処理の条件）や検査データ等を保存するもので
ある。

【００２３】画像処理装置１５は、図９で述べた撮像素
子９、モニタＴＶ１７および画像記憶装置１８を接続し
ていて、ホストコンピュータ１１の制御により撮像素子
９からの被検体７表面の検査画像を取り込むとともに、
画像処理を行って膜厚むらを抽出するもので、膜厚むら
の数、位置、面積などの検出データをホストコンピュー
タ１１に送るようにしている。また、モニタＴＶ１７
は、画像処理装置１５の画像処理により得られた検査画
面や処理画面を表示するものである。画像記憶装置１８
は、必要に応じて、画像処理装置１５の画像処理により
得られた検査画面や処理画面を保存するものである。

【００２４】シーケンサ１６は、光学系制御部１９、ス
テージ制御部２０、搬送制御部２１を接続していて、ホ
ストコンピュータ１１の制御により、これら光学系制御
部１９、ステージ制御部２０、搬送制御部２１の制御を
行うようにしている。また、光学系制御部１９は、複数
の広帯域と狭帯域の干渉フィルタ３０１を有する回転ホ
ルダ３および結像レンズ８のそれぞれの可動機構を制御
するとともに、光源１の光量を制御するものである。ス
テージ制御部２０は、被検体７を真空吸着により支持し
て観察視野内に移動する吸着ステージ（図示せず）の位
置決めなどを制御するものである。搬送制御部２１は、
被検体７を図示しないストッカから１枚ずつ取り出すと
ともに、吸着ステージ上に供給し、検査後の被検体７を
吸着ステージ上からストッカに戻すための被検体７の搬
送を制御するためのものである。

【００２５】次に、このような構成から、まず、操作者
がキーボード１２より被検体７の種類を指定するととも
に、検査開始を指示すると、メモリ１４に予め保存され
ている被検体７の種類毎の検査条件から、該当する被検
体７の検査条件が読み出され、ホストコンピュータ１１
に読み込まれる。すると、ホストコンピュータ１１の指
示がシーケンサ１６に与えられ、まず、光学系制御部１
９により結像レンズ８のの可動機構が制御され光学系の
倍率が設定される。

【００２６】この状態から、図示しないストッカから１
枚の被検体７が取り出され、吸着ステージ上に載置され
る。この場合、吸着ステージは、ステージ制御部２０に
より被検体７の検査する領域を検査画面内に移動され、
位置決めされる。

【００２７】次に、光学系制御部１９により回転ホルダ
３の可動機構が制御され、第１の検査画像を撮像するた
めの第１の干渉フィルタ３０１が選択される。この場
合、選択される第１の干渉フィルタ３０１は、被検体７
上の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長が
十分に小さい光束を照射できるような照明光を透過する
ものである。

【００２８】そして、このような第１の干渉フィルタ３
０１を透過された光源１からの光束は、拡散板４、ハー
フミラー５、コリメートレンズ６を通して被検体７面に
照射され、被検体７面で反射した光がコリメートレンズ
６、ハーフミラー５を通して結像レンズ８に入射され、
撮像素子９の撮像面に結像される。この場合、干渉フィ
ルタ３０１を透過される光源１からの光は、被検体７上
の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長が十
分に小さな照明光なので、このような照明光により被検
体７表面を観察すると、干渉縞は現れない。そして、被
検体７表面の薄膜の反射強度Ｉ2 （一定）が下地の反射
強度Ｉ1 （ｘ，ｙ）に比べて無視できるほど小さけれ
ば、観察される光の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）は、下地の
反射強度Ｉ1 （ｘ，ｙ）にほぼ等しく、ＩA （ｘ，ｙ）≒Ｉ1 （ｘ，ｙ） …（１）となる。つまり、薄膜がレジストの場合、表面反射率は
数％であり、下地の反射率より十分に小さいので、上式
が成立し、これにより、第１の検査画像は、図２（ａ）
に示すように被検体７表面で、下地のパターン３１、３
２のみが観察される。そして、この時の第１の検査画像
は、ホストコンピュータ１１の指示により画像記憶装置
１８に一時記憶される。

【００２９】次に、再び光学系制御部１９により回転ホ
ルダ３の可動機構が制御され、第２の検査画像を撮像す
るための第２の干渉フィルタ３０１が選択される。この
場合、選択される第２の干渉フィルタ３０１は、被検体
７上の薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長
が十分に大きな照明光を透過するものである。

【００３０】そして、このような第２の干渉フィルタ３
０１を透過された光源１からの光束は、拡散板４、ハー
フミラー５、コリメートレンズ６を通して被検体７面に
照射され、被検体７面で反射した光がコリメートレンズ
６、ハーフミラー５を通して結像レンズ８に入射され、
撮像素子９の撮像面に結像される。この場合、干渉フィ
ルタ３０１を透過される光源１からの光は、被検体７上
の薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大
きい照明光なので、被検体７上の薄膜表面と下地からの
反射光が干渉されるようになり、観察される光の強度分
布ＩB （ｘ，ｙ）は、

【００３１】

【数５】となる。ここで、δ（ｘ，ｙ）は、薄膜表面と下地から
の反射光の間の位相差で、膜厚の分布ｈ（ｘ，ｙ）と

【００３２】

【数６】（ｎ：薄膜の屈折率、θ´：薄膜内の光線の屈折角、λ
₀ ：照明光の中心波長）の関係にある。また、薄膜の屈
折率ｎと照明光の中心波長λ₀ は、検査画面内では一定
であり、さらに検査画面全体にわたって等しい照明の入
射角と反射角で被検体７を観察するので、薄膜内の光線
の屈折角θ´も一定である。

【００３３】これにより、第２の検査画像は、図２
（ｂ）に示すように被検体７表面で、下地のパターン３
１、３２とともに膜厚むら３３が観察される。そして、
この時の第２の検査画像は、ホストコンピュータ１１の
指示により画像記憶装置１８に一時記憶される。

【００３４】次に、ホストコンピュータ１１の指示によ
り画像記憶装置１８に一時記憶された第１および第２の
検査画像が読み出され、上記の（１）（２）式を用いて
下式から下地の反射による強度分布Ｉ1 （ｘ，ｙ）が消
去された膜厚の分布ｈ（ｘ，ｙ）のみに依存する量ｃｏ
ｓδ（ｘ，ｙ）が求められる。

【００３５】

【数７】

【００３６】ここで、第１の検査画像と第２の検査画像
の観察時の下地の反射による強度分布Ｉ1 （ｘ，ｙ）が
等しければ、何ら問題ないが、これら観察時の下地の反
射による強度分布Ｉ1 （ｘ，ｙ）が異なると、（４）式
による演算による消去はうまくいかないことがある。

【００３７】そこで、実際は、被検体として、例えば表
面薄膜のない平面鏡を用い、この平面鏡表面について、
上述した第１の検査画像と第２の検査画像を撮像して両
者の光量を測定しておき、この測定結果に基づいて第１
の検査画像の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）と第２の検査画像
の強度分布ＩB （ｘ，ｙ）の間の光量差を補正するよう
にしている。

【００３８】つまり、広帯域の干渉フィルタ３０１によ
る第１の検査画像の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）と狭帯域の
干渉フィルタ３０１による第２の検査画像の強度分布Ｉ
B（ｘ，ｙ）は、光量差が補正され、画像記憶装置１８
に一時記憶された後、ホストコンピュータ１１の指示に
より画像処理部１５にて下式の演算が実行され、

【００３９】

【数８】下地の反射による強度分布Ｉ1 （ｘ，ｙ）が消去された
第３の画像ＩC （ｘ，ｙ）が求められる。この場合の第
３の画像ＩC （ｘ，ｙ）は、図２（ｃ）に示すように上
述した下地のパターン３１、３２が消去され、膜厚むら
３３のみが観察されるようになる。

【００４０】そして、この第３の画像ＩC （ｘ，ｙ）か
ら予め設定されている輝度しきい値より輝度の大きな領
域が抽出され、この抽出された領域の位置および面積な
どのデータがホストコンピュータ１１に送られる。そし
て、これら膜厚むらの位置、面積などのデータは、ホス
トコンピュータ１１により検査条件である検査基準と照
らし合わされ、被検体７の良否が判定され、この判定結
果に基づいて被検体７は、図示しない搬送部により吸着
ステージから良否に分かれた検査済みストッカに送られ
る。

【００４１】従って、このようにすれば広帯域と狭帯域
の２枚の干渉フィルタ３０１を選択して第１および第２
の検査画像を撮像し、これら画像間で（５）式の演算を
実行することにより、互いに同じオーダにある被検体表
面の膜厚むらと下地パターンの反射率分布が分離可能と
なり、膜厚むらだけを検出することができる。また、検
査視野全体を等しい条件で観察できるので、膜厚むらの
部分だけが輝度の異なる単純な検査画像を得ることがで
きる。

【００４２】なお、上述では、干渉フィルタ３０１を有
する回転ホルダを被検体７より光源１側に設置したが、
結像レンズ８の直前に設置してもよい。また、干渉フィ
ルタ３０１の代わりにモノクロメータなどを使用した
り、もともと波長幅の狭いレーザなどの光源を用いて波
長選択を行ってもよい。さらに、２画像間の光量差の補
正は、上述したように画像処理で行う他に、光源１の光
量や干渉フィルタ３０１の透過率、撮像素子９の感度な
ど様々な方法が考えられる。（第２の実施の形態）第１の実施の形態では、回転ホル
ダ３の広帯域の１枚の干渉フィルタ３０１と狭帯域の１
枚の干渉フィルタ３０１を選択して第１および第２の２
枚の検査画像を撮像するようにしたが、この第２の実施
の形態では、第１の中心波長λ1 を持つ広帯域と狭帯域
の２枚の干渉フィルタ３０１と第２の中心波長λ2 を持
つ広帯域と狭帯域の２枚の干渉フィルタ３０１を選択し
て第１乃至第４の４枚の検査画像を撮像することで、被
検体７表面の膜厚むらだけを、下地パターンの反射率や
位相跳びの分布から分離して検出できるようにしてい
る。

【００４３】この場合、第２の実施の形態の表面欠陥検
査方法を実現する光学系および該光学系に適用される制
御部と画像処理部の概略構成は、図９および図１と同様
なので、これら図面を援用するものとする。

【００４４】この場合も、操作者がキーボード１２より
被検体７の種類を指定するとともに、検査開始を指示す
ると、メモリ１４に予め保存されている被検体７の種類
毎の検査条件から、該当する被検体７の検査条件が読み
出され、ホストコンピュータ１１に読み込まれる。する
と、ホストコンピュータ１１の指示がシーケンサ１６に
与えられ、まず、光学系制御部１９により結像レンズ８
のの可動機構が制御され光学系の倍率が設定される。

【００４５】この状態から、図示しないストッカから１
枚の被検体７が取り出され、吸着ステージ上に載置され
る。この場合、吸着ステージは、ステージ制御部２０に
より被検体７の検査する領域を検査画面内に移動され、
位置決めされる。

【００４６】次に、光学系制御部１９により回転ホルダ
３の可動機構が制御され、第１の検査画像を撮像するた
めの第１の干渉フィルタ３０１が選択される。この場
合、選択される第１の干渉フィルタ３０１は、第１の中
心波長λ1 を有するとともに、被検体７上の薄膜の厚さ
に対して波長幅が広くコヒーレンス長が十分に小さい光
束を照射できるような照明光を透過するものである。

【００４７】そして、このような第１の干渉フィルタ３
０１を透過された光源１からの光束は、拡散板４、ハー
フミラー５、コリメートレンズ６を通して被検体７面に
照射され、被検体７面で反射した光がコリメートレンズ
６、ハーフミラー５を通して結像レンズ８に入射され、
撮像素子９の撮像面に結像される。この場合、干渉フィ
ルタ３０１を透過される光源１からの光は、被検体７上
の薄膜の厚さに対して波長幅の広くコヒーレンス長が十
分に小さな照明光なので、このような照明光により被検
体７表面を観察すると、干渉縞は現れない。そして、被
検体７表面の薄膜の反射強度Ｉ2 （一定）が下地の反射
強度Ｉ1 （ｘ，ｙ）に比べて無視できるほど小さけれ
ば、観察される光の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）は、下地の
反射強度Ｉ1 （ｘ，ｙ）にほぼ等しく、上述した（１）
式に示すようになる。つまり、薄膜がレジストの場合、
表面反射率は数％であり、下地の反射率より十分に小さ
いので、上式が成立し、これにより、第１の検査画像
は、図３（ａ）に示すように被検体７表面で、下地のパ
ターン４１、４２のみが観察される。そして、この時の
第１の検査画像は、ホストコンピュータ１１の指示によ
り画像記憶装置１８に一時記憶される。

【００４８】次に、再び光学系制御部１９により回転ホ
ルダ３の可動機構が制御され、第２の検査画像を撮像す
るための第２の干渉フィルタ３０１が選択される。この
場合、選択される第２の干渉フィルタ３０１は、第１の
中心波長λ1 を有するとともに、被検体７上の薄膜の厚
さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が十分に大きな
照明光を透過するものである。

【００４９】そして、このような第２の干渉フィルタ３
０１を透過された光源１からの光束は、拡散板４、ハー
フミラー５、コリメートレンズ６を通して被検体７面に
照射され、被検体７面で反射した光がコリメートレンズ
６、ハーフミラー５を通して結像レンズ８に入射され、
撮像素子９の撮像面に結像される。この場合、干渉フィ
ルタ３０１を透過される光源１からの光は、被検体７上
の薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大
きい照明光なので、被検体７上の薄膜表面と下地からの
反射光が干渉されるようになり、観察される光の強度分
布ＩB （ｘ，ｙ）は、上述した（２）式に示すようにな
る。

【００５０】これにより、第２の検査画像は、図３
（ｂ）に示すように被検体７表面で、下地のパターン４
１、４２とともに膜厚むら４３、４４が観察される。そ
して、この時の第２の検査画像は、ホストコンピュータ
１１の指示により画像記憶装置１８に一時記憶される。

【００５１】そして、この場合も、第１の検査画像の光
の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）と第２の検査画像の光の強度
分布ＩB （ｘ，ｙ）の間の光量差が、予め測定された値
で補正され、さらに画像処理部１５により下式の演算が
実行され、画像ＩF （ｘ，ｙ）が求められる。

【００５２】

【数９】

【００５３】ところで、被検体７の下地パターンが、例
えばＳi とＡl で形成されていて、その上にレジストが
塗布されているような場合、レジストの膜厚が均一であ
っても下地のＳi とＡl の領域では反射光の位相が異な
るため、薄膜表面と下地からの反射光の位相差δ（ｘ，
ｙ）は、

【００５４】

【数１０】となり、膜厚の分布ｈ（ｘ，ｙ）と位相跳びφ（ｘ，
ｙ）に依存する。このため、上述した（６）式の演算に
より求められる画像ＩF （ｘ，ｙ）は、図３（ｃ）に示
すように下地の反射率分布は除去されるが、位相跳びφ
（ｘ，ｙ）が膜厚の分布ｈ（ｘ，ｙ）とともに存在す
る。

【００５５】そこで、この第２の実施の形態では、さら
に光学系制御部１９により回転ホルダ３の可動機構を制
御して、第３の検査画像を撮像するための広帯域の第３
の干渉フィルタ３０１および狭帯域の第４の干渉フィル
タ３０１をそれぞれ選択し、上述したと同様にして被検
体７に対する第３の検査画像の光の強度分布ＩA'（ｘ，
ｙ）と第４の検査画像の光の強度分布ＩB'（ｘ，ｙ）を
求めている。この場合、第３の干渉フィルタ３０１は、
第２の中心波長λ2 を有するとともに、被検体７上の薄
膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長が十分に
小さい光束を照射できるような照明光を透過するもので
あり、また、第４の干渉フィルタ３０１は、第２の中心
波長λ2 を有するとともに、被検体７上の薄膜の厚さに
対して波長幅が狭くコヒーレンス長が十分に大きい光束
を照射できるような照明光を透過するものである。

【００５６】ここで、干渉フィイルタの中心波長を上述
のλ1 と異なるλ2 として、中心波長を２種類用いる理
由を説明する。この場合、薄膜表面と下地からの反射光
が干渉した結果の分光反射率は、図５に示すように表せ
る。同図において、５１、５２は、図３で示す下地の異
なる領域４１、４２に対応している。ここでの両者の位
相は、下地反射の位相跳びの違いにより一致していな
い。しかし、両者の膜厚が等しく、下地の物質の屈折率
が観察に用いる光束の波長帯により急激に変化しないよ
うな場合、干渉縞は、波長に対して同じ周期で変化する
ようになる。これは、位相跳びの波長依存性が小さいか
らである。これにより、上述の（７）式より、薄膜の厚
さｈ0 に対して

【００５７】

【数１１】を満たすような２つの波長λ1 、λ2 を選択すれば、そ
れぞれの下地の領域において、干渉縞の位相が等しくな
る。しかし、薄膜の厚さがｈ0 から外れると、波長λ1
、λ2 で干渉縞の位相は等しくなくなる。

【００５８】この結果、波長λ1 について、上述の
（６）式の処理により下地の反射率に依存しない干渉縞
の位相の画像ＩF （ｘ，ｙ）が求められるので、波長λ
2 についても被検体７に対する第３の検査画像の光の強
度分布ＩA'（ｘ，ｙ）と第４の検査画像の光の強度分布
ＩB'（ｘ，ｙ）について（６）式に準じた下式の演算を
実行すれば、下地の反射率に依存しない干渉縞の位相の
画像ＩG （ｘ，ｙ）を求めることができる。図４（ａ）
は、画像ＩG （ｘ，ｙ）を示している。

【００５９】

【数１２】

【００６０】そして、これら画像ＩF （ｘ，ｙ）と画像
ＩG （ｘ，ｙ）を比較すれば、膜厚のみに依存する検査
画像として、図４（ｂ）に示すように正常な膜厚、ｈ
（ｘ，ｙ）＝ｈ0 の領域４１、４２の輝度は等しいが、
膜厚むらのある領域４３、４４では、輝度が異なった状
態が得られることになる。

【００６１】つまり、第１の波長λ1 を有する広帯域の
干渉フィルタ３０１による第１の検査画像の強度分布Ｉ
A （ｘ，ｙ）と狭帯域の干渉フィルタ３０１による第２
の検査画像の強度分布ＩB （ｘ，ｙ）および第２の波長
λ2 を有する広帯域の干渉フィルタ３０１による第３の
検査画像の強度分布ＩA'（ｘ，ｙ）と狭帯域の干渉フィ
ルタ３０１による第４の検査画像の強度分布ＩB'（ｘ，
ｙ）は、光量差が補正され、画像記憶装置１８に一時記
憶された後、ホストコンピュータ１１の指示により画像
処理部１５にて下式の演算が実行され、

【００６２】

【数１３】なる画像ＩE （ｘ，ｙ）が求められる。この場合の画像
ＩE （ｘ，ｙ）は、図４（ｂ）に示すように膜厚にむら
のない領域４１、４２の輝度は均一となり、膜厚むらの
ある領域４３、４４だけが、それぞれ異なった輝度で観
察されるようになる。

【００６３】そして、この画像ＩE （ｘ，ｙ）から正常
な膜厚に対して予め設定されている輝度の範囲から外れ
る領域を抽出し、この抽出した領域の位置および面積な
どのデータがホストコンピュータ１１に送られる。そし
て、これら膜厚むらの位置、面積などのデータは、ホス
トコンピュータ１１により検査条件である検査基準と照
らし合わされ、被検体７の良否が判定され、この判定結
果に基づいて被検体７は、図示しない搬送部により吸着
ステージから良否に分かれた検査済みストッカに送られ
る。

【００６４】従って、このようにすれば、第１の中心波
長λ1 を持つ広帯域と狭帯域の２枚の干渉フィルタ３０
１と第２の中心波長λ2 を持つ広帯域と狭帯域の２枚の
干渉フィルタ３０１を選択して第１乃至第４の４枚の検
査画像を撮像し、これら画像間で（１０）式の演算を実
行することにより、被検体７表面の膜厚むらだけを、下
地パターンの反射率や位相跳びの分布から分離して検出
できる。また、検査視野全体を等しい条件で観察できる
ので、膜厚むらの部分だけが輝度の異なる単純な検査画
像を得ることもできる。

【００６５】なお、この第２の実施の形態でも、干渉フ
ィルタ３０１を有する回転ホルダを被検体７より光源１
側に設置したが、結像レンズ８の直前に設置してもよ
い。また、干渉フィルタ３０１の代わりにモノクロメー
タなどを使用したり、もともと波長幅の狭いレーザなど
の光源を用いて波長選択を行ってもよい。（第３の実施の形態）この第３の実施の形態は、広帯域
の干渉フィルタ３０１でカバーする波長域が、２つの中
心波長λ1 、λ2 の差と同等以上に大きい場合、第１の
中心波長λ1を持つ広帯域の干渉フィルタ３０１による
第１の検査画像の光の強度分布ＩA （ｘ，ｙ）と第２の
中心波長λ2 を持つ広帯域の干渉フィルタ３０１による
第３の検査画像の光の強度分布ＩA'（ｘ，ｙ）は、ほぼ
等しいものとなる。

【００６６】このような場合は、第１または第２の中心
波長を持つ広帯域の干渉フィルタ３０１のいずれか一
方、または波長λ1 、λ2 の間にある第３の中心波長を
持つ広帯域の干渉フィルタ３０１による検査画像ＩA''
（ｘ，ｙ）で両者を兼用することができる。この場合の
演算は、下式となって検査画像ＩE （ｘ，ｙ）が求めら
れるようになる。

【００６７】

【数１４】

【００６８】このようにすれば、干渉フィルタ３０１の
切り替え作業を１回省略でき、画像の検出回数を減らす
ことができるので、被検体表面の欠陥検査を効率よく行
うことができる。

【００６９】なお、上述した第１、第２および第３の実
施の形態に用いられる光学系は、図９に示すものに限ら
ず、例えば、図６に示すように図９に示すハーフミラー
５を省略してもよい。この場合、拡散板４を通った光束
は、コリメートレンズ６でほぼ平行光束になって被検体
７面を照射し、被検体７面で反射した光は、再びコリメ
ートレンズ６を通って収束光になり結像レンズ８に入射
し、被検体７表面の薄膜による干渉縞を含んだ像を撮像
素子９の撮像面に結像するようになる。このようにして
も、検査画面の全体にわたって等しい照明の入射角と反
射角で被検体７表面を観察でき、また、ハーフミラー５
を不要にできるので、光量の損失を減少できる利点もあ
る。

【００７０】また、図７に示すようにハーフミラー５に
対向させて２個のコリメートレンズ６と６´を配置し、
これらコリメートレンズ６と６´によりそれぞれ照射手
段と集光手段を実現している。この場合、拡散板４を通
った光束は、コリメートレンズ６でほぼ平行光束になっ
て、ハーフミラー５で反射され、被検体７面を照射し、
被検体７面で反射した光の一部は、ハーフミラー５を透
過し、さらにコリメートレンズ６´を通って収束光にな
り結像レンズ８に入射し、被検体７表面の薄膜による干
渉縞を含んだ像を撮像素子９の撮像面に結像するように
なる。このようにしても検査画面の全体にわたって等し
い照明の入射角と反射角で被検体７表面を観察でき、ま
た、コリメートレンズ６表面で反射した不要な光が結像
レンズ８に入射しないようにできる利点もある。

【００７１】さらに、図８に示すように第１の実施の形
態の光学系は、図９のものにさらに拡散板４´とハーフ
ミラー５´を追加して、広帯域と狭帯域の光源を別個に
設け、それぞれをシャッタ（図示せず）で切り替えるよ
うにしている。このようにすれば、広帯域と狭帯域の光
源の切り替えを速やかにでき、また、広帯域と狭帯域専
用となった光源の光量を調整することで各画面の光量を
揃えることもできる。なお、図９の拡散板４より光源１
側にある部分は、図６〜図８でも同様であるので省略す
る。

【００７２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、互い
に同じオーダーにある被検体表面の膜厚むらと下地パタ
ーンの反射率分布が分離可能となり、膜厚むらだけを検
出することができ、また、検査視野全体を等しい条件で
観察できるので、膜厚むらの部分だけが輝度の異なる単
純な検査画像を得ることができる。

【００７３】さらに、被検体表面の膜厚むらと下地パタ
ーンの反射率および位相跳びの分布が分離可能となり、
膜厚むらだけを検出することができる。また、被検体表
面からの各画像の検出回数を減らすことで、被検体表面
の欠陥検査を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を実現する光学系に
適用される制御部および画像処理部の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態を説明するため観察画面を示
す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態を説明するため観察
画面を示す図。

【図４】第２の実施の形態を説明するため観察画面を示
す図。

【図５】第２の実施の形態を説明するため分光反射率の
例を示す図。

【図６】本発明に用いられる光学系の他の例の概略構成
を示す図。

【図７】本発明に用いられる光学系の他の例の概略構成
を示す図。

【図８】本発明に用いられる光学系の他の例の概略構成
を示す図。

【図９】従来の表面欠陥検査に用いられる光学系の概略
構成を示す図。

【図１０】従来の表面欠陥検査を説明するため観察画面
を示す図。

【符号の説明】

１…光源、２…レンズ、３…回転ホルダ、３０１…干渉フィルタ、４…拡散板、５…ハーフミラー、６…コリメートレンズ、７…被検体、８…結像レンズ、９…撮像素子、１１…ホストコンピュータ、１２…キーボード、１３…モニタテレビ、１４…メモリ、１５…画像処理装置、１６…シーケンサ、１７…モニタＴＶ、１８…画像記憶装置、１９…光学系制御部、２０…ステージ制御部、２１…搬送制御部、３１、３２…下地のパターン、３３…膜厚むら。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が
広くコヒーレンス長が小さい光束の照明光を照射し該被
検体の第１の画像ＩA を検出する第１の画像検出工程
と、前記被検体上の薄膜の厚さに対して波長幅が狭くコヒー
レンス長が大きい光束の照明光を照射し該被検体の第２
の画像ＩB を検出する第２の画像検出工程と、前記第１
の画像ＩA と前記第２の画像ＩB の間で【数１】を演算し、前記被検体の下地の影響を消去した画像ＩC
を生成する画像生成工程とを具備したことを特徴とする
表面欠陥検査方法。
【請求項２】第１の中心波長を有するとともに、被検
体上の薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長
が小さい光束の照明光を照射し該被検体の第１の画像Ｉ
A を検出する第１の画像検出工程と、第１の中心波長を有するとともに、被検体上の薄膜の厚
さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大きい光束の
照明光を照射し該被検体の第２の画像ＩB を検出する第
２の画像検出工程と、第２の中心波長を有するとともに、被検体上の薄膜の厚
さに対して波長幅が広くコヒーレンス長が小さい光束の
照明光を照射し該被検体の第３の画像ＩA'を検出する第
３の画像検出工程と、第２の中心波長を有するとともに、被検体上の薄膜の厚
さに対して波長幅が狭くコヒーレンス長が大きい光束の
照明光を照射し該被検体の第４の画像ＩB'を検出する第
４の画像検出工程と、これら第１の画像ＩA 、第２の画像ＩB 、第３の画像Ｉ
A'、第４の画像ＩB'の間で【数２】を演算し、前記被検体の膜厚むらのない領域を均一輝度
で表示する画像ＩE を生成する画像生成工程とを具備し
たことを特徴とする表面欠陥検査方法。
【請求項３】前記第１の画像検出工程または前記第３の
画像検出工程でカバーする波長域が前記第１および第２
の中心波長の差以上に大きい場合、前記第１の画像検出工程または前記第３の画像検出工程
で検出される第１の画像ＩA または第３の画像ＩA'のい
ずれか一方、あるいは前記第１および第２の中心波長の
間にある第３の中心波長を有するとともに、被検体上の
薄膜の厚さに対して波長幅が広くコヒーレンス長が小さ
い光束の照明光を照射して得られる前記被検体の画像Ｉ
A'' でＩA とＩA'を兼用することを特徴とする請求項２
記載の表面欠陥検査方法。