説明

光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法

【課題】
本発明は、オートフォーカス動作を行わなくとも、多分割セル方式によるS/N向上を可能とし、高感度の検査を実現できる光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、被検査体に検査光を照射し、該被検査体の表面からの散乱光を受光器に結像し、該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法において、前記受光器は一端が前記散乱光を受光する円形上の受光面を形成し、他端が複数の受光素子に接続された光ファイバーバンドルを有し、該光ファイバーバンドルは前記受光面において扇形状を有する複数のセルに分割され、該セル単位で該受光素子に接続されており、複数の前記セルの出力に基づいて前記検査を行うことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法に係わり、特に被検査体の表面にできる線状の微細欠陥(スクラッチ)の検出に好適な光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
磁気ディスクやICウエハ等の被検査体の表面の微細欠陥を検査する光学式表面欠陥検査装置は全数全面検査に対応できる高速の検査と同時に高感度検査(幅数十nm、深さ数nm程度の微細欠陥検出)が要求される。特に線状の微細欠陥(スクラッチ:Scratch)は製品に与えるダメージが大きくこれを検査することが必須とされている。高感度欠陥検出には一般に、強い強度の微小スポットを表面に照射しこれを表面上で走査して、表面上の欠陥からの散乱光を高感度で検出する方法が採られる。また高速検査するためには走査ピッチを粗くして全体の走査を早く完了させる必要があるが、この場合照射スポットのサイズは少なくとも走査ピッチを充分カバーできることが必要となる。しかしスポットサイズを大きくするとスポット強度が低下し、検出感度が低下するジレンマがある。
【0003】
高感度、かつ高速の表面欠陥検査を行う方法(特許文献1)として、散乱光検出器を被検査体の半径方向に配列したバンドルファイバをn個の小部分に分割した多分割セル構造とし、被検査体表面に照射した微細スポット上の微細視野の像をこの多分割セル上に結像して、1セル当たりのバックグランドノイズ(主に表面粗さにより生じるノイズ)のレベルを1/nとする方法がある。また、特許文献1の方法では、径方向の位置依存性をなくすために、各小部分を径方向に一様に配置している。この場合の欠陥信号は、欠陥の位置に対応したいずれかのセル1ヶ所で検出される。一方、バックグランドノイズはセル面積が全体の1/nになった分だけ小さくなる。この結果欠陥を検出したセル信号のレベルは小さくならずに、ノイズのみが1/nとなり、S/N比がn倍に向上する。また走査ピッチは検出セルn個分の幅まで広げることができるので、検査速度を落とすことはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平2−061542
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、本方式を採った場合、微細視野の像を多分割セル上に結像させるために必要な光学系の解像度が必須となる。例えば被検査物上の1μmを検出器の1セルに対応させる場合、解像度要求から必要な対物レンズの開口数が決まるが、開口数を大きくすると焦点深度が浅くなり、若干の焦点ずれでも検出セル面上での像がぼけてしまい(像が複数セルにまたがってしまい)セル分割した意味がなくなってしまう。この問題点を避けるために、微細な分割セル方式を採用する場合は一般に、オートフォーカス機能により、高速走査中の対物レンズ−被検査面間距離を一定に保っている。
しかしながら、走査速度を極端に早くした場合、オートフォーカス動作が物理的に追従できなくなる。
【0006】
従って、本発明は、オートフォーカス動作を行わなくとも、多分割セル方式によるS/N向上を可能とし、高感度の検査を実現できる光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも下記に示す特徴を有する。
本発明は、被検査体に検査光を照射し、該被検査体の表面からの散乱光を受光器に結像し、該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法において、
前記受光器は、一端が前記散乱光を受光する円形上の受光面を形成し、他端が複数の受光素子に接続された光ファイバーバンドルを有し、該光ファイバーバンドルは、前記受光面において扇形状を有する複数のセルに分割され、該セル単位で該受光素子に接続されており、複数の前記セルの出力に基づいて前記検査を行うことを第1の特徴とする。
【0008】
また、本発明は、前記セルの数は偶数であり、互いに対向する位置に設けられた一対のセルは同一の前記受光素子に接続されていることを第2の特徴とする。
さらに、本発明は、前記処理部が、前記一対のセルのうち少なくとも1組の特定の前記一対のセルが他の前記一対のセルに比べ有意な値の前記散乱光を受光したときはスクラッチと判断することを第3の特徴とする。
【0009】
また、本発明は、前記処理部が、複数の前記セル間の前記散乱光の受光レベルに有意な差がないときは点状欠陥または異物が存在すると判断することを第4の特徴とする。
さらに、本発明は、前記照射手段がレーザ光源を有することを第5特徴とする。
また、本発明は、前記被検査体は円板状の磁気ディスクまたはやICウエハであり、前記検査光を前記被検査体面上に二次元的に走査させて、前記検査をすることを第6特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、オートフォーカス動作を行わなくとも、多分割セル方式によるS/N向上を可能とし、高感度の検査を実現できる光学式表面欠陥検査装置または光学式表面欠陥検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】光学式表面欠陥検査装置の一実施形態を示す図である。
【図2】本発明の実施形態の特徴のである検査光学系の構成を示す図である。
【図3】光ファイバーバンドルの受光面と扇形状の複数のセルを説明する図である。
【図4】セルは微細な光ファイバー素線を扇形状に束ねたサブ光ファイバーバンドルで構成されていることを示す図である。
【図5】セルと受光素子との接続関係の第1の実施例を示す図である。
【図6】セルと受光素子との接続関係の第2の実施例を示す図である。
【図7】スクラッチが検出される原理を模式的に示す図である
【発明を実施するための形態】
【0012】
図1は光学式表面欠陥検査装置(以下、単に検査装置という)50の一実施形態を示す図である。検査装置はワークである磁気ディスクやICウエハ等の円板状の被検査体2の表面に検査光を照射し反射光を得る検査光学系1と、検査光学系1を装置に支持するフレーム9と、被検査体2の全面を検査できるように被検査体2を走査する走査部10と、検査光学系1の出力を処理する前処理部4と、走査部10の制御し、前処理部4の出力を入力しデータを処理する処理部12を具備するデータ処理装置11とを有する。
【0013】
まず、本発明の実施形態の特徴のである検査光学系1の構成について図2を用いて説明する。検査光学系1は、被検査体2の表面にレーザ光21を照射するレーザユニット(光源)20と、被検査体2上のスクラッチSからの反射光のうち散乱光31を光ファイバーバンドル41の受光面41mに結像させる散乱光学系30と、光ファイバーバンドル41と光ファイバーバンドル41に連結された複数の受光素子42とを具備する受光器40とを有する。
【0014】
散乱光学系30は、対物レンズ32と、反射光のうち正反射光26をカットするマスク34と、正反射光26がカットされた散乱光31をピンホール35に集束させる結像レンズ33とを有する。
【0015】
受光器40の光ファイバーバンドル41は、図3に示すように、その受光面41mは円形形状を有し、扇形状の複数のセルA1、B1、C1・・に分割されている。各セルは、図4に示すように、微細な光ファイバー素線41fを扇形状に分割したサブ光ファイバーバンドル41A1、41B1・・・を有する。サブ光ファイバーバンドル41A1、41B1等は、バンドル単位で受光素子42A、42B・・・に接続される。受光素子42には光電子増倍管やAPDなどを使用する。
【0016】
本実施形態では、図4に示すように、受光面41mを16のセルA1〜H1およびA2〜H2に分割とする。そして、第1の実施例では、図5に示したように、対向する2つのセル、例えばA1とA2のサブ光ファイバーバンドルの末端を1つの受光素子42Aに接続する。同様にB1とB2を受光素子42B、C1とC2を受光素子42Cというように対向する2つのセルを対応する受光素子42にそれぞれ接続する。第1の実施例では使用する受光素子42は、分割数の半数となる。このような受光器40の構成によって、受光面41mに結像した散乱光31は、セルA1からH1およびA2からH2を介して各々の受光素子42A〜42Hに導かれる。各受光素子42A〜42Hの出力は前処理部4で増幅、A/D変換され、図1のデータ処理装置11に入力される。
勿論、図6の第2の実施例に示すように、各セルA1〜H1およびA2〜H2を各々別の受光素子42A1〜42H1および42A2〜42H2に接続しても良く、この場合、受光面の分割数は奇数でもかまわない。
【0017】
次に、以上説明した検査光学系1の動作とその効果について説明する。
一般的に、被検査体2の表面が全くの平らで鏡面状であった場合、散乱光31はほとんど発生しなく、反射光の多くは正反射光26となる。一方、被検査体2の表面に傷等の欠陥が存在すると散乱光が強く発生する。この散乱光の変化を捉えて欠陥を検出する。また、欠陥のサイズや形状によっても散乱光の強度は変化する。
【0018】
被検査体2の表面の欠陥がスクラッチ状で非常に浅い傷のとき、発生する散乱光は非常に弱く、表面粗さ等にて発生するバックグラウンドノイズである散乱光と区別がつけ難い。すなわちS/Nが低いため検出が難しい。このような浅いスクラッチ状の傷に対して、本実施形態はS/Nを改善でき有効である。以下、図3、図5に示す第1の実施例用いて、受光面41mを偶数(2n)である16のセルに分割した例を説明する。
【0019】
前述のように、欠陥の形状が線状のスクラッチであるとき、そのスクラッチの向きと直角の方向に散乱光が分布するという特徴が生まれる。一方、被検査体2の表面粗さ等にて発生する散乱光(バックグラウンドノイズ)にはこのような分布の特徴はない。
【0020】
図7は、スクラッチ欠陥が検出される原理を模式的に示す図である。図7の各上図は受光面42mにおける散乱光の分布を斜線で示し、下図は対応する受光素子42の出力波形を示す。
【0021】
図7(a)は、セルA1、A2が散乱光を強く検出し、受光素子42Aが大きな(有意な)出力を有し、一方、他の検出素子42B、42C等ではほとんど検出されていない例を示す。即ち、セルA1、A2が他のセルに比べ有意な値を持って散乱光を受光した例である。本例でのスクラッチはセルA1、A2がカバーする角度範囲に存在し、かつ隣接するセルB1,B2、C1,C2にはほとんど検出されていないことから、スクラッチはセルA1、A2の中央に存在することが分かる。従って、セルD1、E1の境界線を基点として時計回り方向に対して、スクラッチがセルA1、A2の中央角度約102.5度の付近に存在する。
【0022】
図7(b)は、受光素子42B、42Cがほぼ同じレベルの有意な出力を有し、他の受光素子42A等はほとんど変化がない例を示す。図7(a)の例と同様に考えると、スクラッチは、セルB1,B2とセルC1,C2の境界位置である約145度の位置に存在する。
【0023】
図7(c)は、さらに複雑な例で、受光素子42Fと受光素子42の出力波高値が1:2で有意な値を持ち、隣接する受光素子42Hの出力がほとんど零の場合である。この場合は、散乱光31の強度分布に基づく角度に対する重みがないとすれば、1:2の割合で角度を分配し、スクラッチは約40度の位置に存在する。
【0024】
このように、受光素子の位置で散乱光を強く検出したかによってスクラッチの角度を知ることができる。しかし、図7に示すデータは被検査体2の表面一点におけるデータあり、後述するように被検査体2の表面全体を検査し、隣接データを繋ぎ合わせることで、スクラッチSの角度を含めた長さ等の情報を得ることができる。
以上の本実施形態の検査において、表面粗さ等による散乱光の分布は一様なので、受光面全面のバックグラウンドノイズに対して、分割した各セルのバックグラウンドノイズは分割数分の一になり、例えば16分割の場合はセルのバックグラウンドノイズは1/16である。対向した2つのセルを1つの受光素子に接続している場合は、各受光素子のベースノイズは全体の1/8となり、すなわち、スクラッチに対する受光感度のS/N比を8倍に改善できる。
【0025】
以上の説明ではスクラッチを検査する例を示した。しかしながら、点状欠陥や異物などの場合、スクラッチのように特定のセルの出力が他のセルに比べ強く現れる(有意な値をとる)ことはない。そのような場合は、本実施形態の光学式表面欠陥検査装置50では、一つのセルあるいは光ファイバーバンドル41の一部または全体を一つの検出器と考えれば、その単位で強い出力が現れれば、点状欠陥や異物などと判断し検査を行うことができる。
【0026】
最後に、図2に示すようなドーナツ状の被検査体2を螺旋走査して被検査体表面を全面走査する機構と動作を説明する。ワークテーブル3は、図1に示すように、直線移動テーブル5とθ回転テーブル6とに支持されている。直線移動テーブル5はR方向に直線移動し、θ回転テーブル6はこの直線移動テーブル5の上に設けられている。θ回転テーブル6には回転角度を示す信号を発生するエンコーダ6aが設けられ、直線移動テーブル5にはR方向の移動位置を示すエンコーダ5aが設けられている。各エンコーダ5a,6aの信号はデータ処理装置11(インターフェース14)に走査位置信号として送出される。なお、2aは被検査体2がワークテーブル3に載置されていることを検出するセンサである。3aはドーナツ状にした被検査体2の中心がθ回転テーブル6の回転中心と一致するように被検査体2をセットするためのガイドピンである。8はθ回転テーブル6を駆動するθ方向駆動回路であり、ワークテーブル3の回転方向と回転速度、停止位置等がこの駆動回路を介して制御される。7は直線移動テーブル5をR方向に直線移動させるR方向駆動回路である。これら駆動回路はデータ処理装置11からの制御信号に応じて制御される。
【0027】
このような機構を記憶部13に格納された定速度螺旋走査プログラム13bよって被検査体2を螺旋走査する。具体的には、被検査体2の中心がθ回転テーブル6の回転中心と一致するように被検査体2を載置し、検査光21をドーナツの内側の縁にセットする。その後、ワークテーブル3をθ回転テーブル6で定速に回転させながら、直線移動テーブル5で被検査体2の径(R)方向、例えば図1において左右方向に移動させる。これによって、検査光21を被検査体2の全面に亘って走査できる、即ち検査できる。
走査は螺旋に限らず矩形上に走査させてもよいし、検査光学系1側を走査させてもよい。
【0028】
全面走査した場合の各測定点での散乱光の測定データは前処理部4を経てデジタル値に変換されてデータ処理装置11に転送されて、各エンコーダ5a,6aで規定される各測定点(走査)位置とその点における測定値が記憶部13の測定結果記憶エリア13cに記憶される。記憶部13に格納された欠陥解析プログラム13aによって、位置が認識された各測定点のデータを解析し、スクラッチSを始め異物などの検査を行うことができ、その結果を表示装置15に表示することができる。なお、図1において16はバスである。
【0029】
以上説明した実施形態によれば、オートフォーカス動作を行わなくとも、多分割セル方式によるS/N向上を可能とし、高感度の検査を実現できる光学式表面欠陥検査装置及び光学式表面欠陥検査方法を提供できる。
【符号の説明】
【0030】
1:検査光学系 2:被検査体
3:ワークテーブル 4:前処理部
10:走査部 11:データ処理装置
12:処理部 13:記憶部
14:インターフェース 15:表示装置
20:レーザユニット(光源) 30:散乱光学系
31:散乱光 32:対物レンズ
33:結像レンズ 34:マスク
35:ピンホール 40:受光器
41A1から41H2:サブ光ファイバーバンドル
41m:受光面 41:光ファイバーバンドル
41f:光ファイバー素線
42(42Aから42Hまたは42A1から42H2):受光素子
50:光学式表面欠陥検査装置
A1からH1及びA2からH2:セル
A1bからH1b及びA2bからH2b S:スクラッチ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被検査体に検査光を照射する照射手段と、該被検査体の表面からの散乱光を受光器に結像させる散乱光学系と、該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する処理部とを有する光学式表面欠陥検査装置において、
前記受光器は、一端が前記散乱光を受光する円形上の受光面を形成し、他端が複数の受光素子に接続された光ファイバーバンドルを有し、該光ファイバーバンドルは、前記受光面において扇形状を有する複数のセルに分割され、該セルの単位で該受光素子に接続されていることを特徴とする光学式表面欠陥検査装置。
【請求項2】
前記セルの数は偶数であり、互いに対向する位置に設けられた一対のセルは同一の前記受光素子に接続されていることを特徴とする請求項1の光学式表面欠陥検査装置。
【請求項3】
前記処理部は、前記一対のセルのうち少なくとも1組の特定の前記一対のセルが他の前記一対のセルに比べ有意な値の前記散乱光を受光したときはスクラッチと判断することを特徴とする請求項2に記載の光学式表面欠陥検査装置。
【請求項4】
前記照射手段はレーザ光源を有することを特徴とする請求項1に記載の光学式表面欠陥検査装置。
【請求項5】
前記被検査体は円板状の磁気ディスクまたはやICウエハであり、前記検査光を被検査体面上に二次元的に走査させる走査手段を有することを特徴とする請求項1に記載の光学式表面欠陥検査装置。
【請求項6】
被検査体に検査光を照射し、該被検査体の表面からの散乱光を受光器に結像し、該受光器からの出力に基づいて前記被検査体の表面の欠陥を検査する光学式表面欠陥検査方法において、
前記受光器は、一端が前記散乱光を受光する円形上の受光面を形成し、他端が複数の受光素子に接続された光ファイバーバンドルを有し、該光ファイバーバンドルは、前記受光面において扇形状を有する複数のセルに分割され、該セル単位で該受光素子に接続されており、複数の前記セルの出力に基づいて前記検査を行うことを特徴とする光学式表面欠陥検査方法。
【請求項7】
前記セルの数は偶数であり、互いに対向する位置に設けられた一対のセルは同一の前記受光素子に接続されていることを特徴とする請求項6の光学式表面欠陥検査方法。
【請求項8】
前記処理部は、前記一対のセルのうち少なくとも1組の特定の前記一対のセルが他の前記一対のセルに比べ有意な値の前記散乱光を受光したときはスクラッチと判断することを特徴とする請求項7に記載の光学式表面欠陥検査方法。
【請求項9】
前記処理部は、複数の前記セル間の前記散乱光の受光レベルに有意な差がないときは点状欠陥または異物が存在すると判断することを特徴とする請求項6に記載の光学式表面欠陥検査方法。
【請求項10】
前記被検査体は円板状の磁気ディスクまたはやICウエハであり、前記検査光を前記被検査体面上に二次元的に走査させて、前記検査をすることを特徴とする請求項6に記載の光学式表面欠陥検査方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2012−68141(P2012−68141A)
【公開日】平成24年4月5日(2012.4.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−213731(P2010−213731)
【出願日】平成22年9月24日(2010.9.24)
【出願人】(501387839)株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Fターム(参考)】