半導体外観検査装置
【課題】 半導体ウエハあるいはペレット上の欠陥を高速で確実に検出することができる半導体外観検査装置を提供する。
【解決手段】 半導体外観検査装置２ａは、検査対象面１０ａで反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、１００ｎｍ波長帯域内において、透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置１６を備える。透過特性切替装置１６は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタ１４と、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路１５とから構成される。
【解決手段】 半導体外観検査装置２ａは、検査対象面１０ａで反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、１００ｎｍ波長帯域内において、透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置１６を備える。透過特性切替装置１６は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタ１４と、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路１５とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程における半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う半導体外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程において、半導体ウエハあるいはペレット表面には、レジスト樹脂の残留物の付着、異物の付着、あるいは傷など、種々の欠陥が発生することがある。これらの欠陥は、半導体装置の得率および性能に著しい悪影響を及ぼすことが知られている。このため、半導体製造工程においては、上記のような欠陥の有無を調べるために、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行うための半導体外観検査装置が用いられている。半導体外観検査装置としては、例えばカラー画像を利用したものが提案されている（特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体外観検査装置１００の概略構成を示す図１１において、検査ステージ１０１上に載置された検査すべき半導体ウエハ１０２は、照射光学系１０３により斜め上方から光が照射される。照射光学系１０３は、連続または複数の輝線スペクトルを有するハロゲンランプあるいは水銀ランプなどの光源１０４、およびこの光源１０４から照射された光を適宜拡大して半導体ウエハ１０２の検査対象面１０２ａの全面に照射するためのコリメートレンズ１０５から構成されている。ここで、図１１においては、検査対象面１０２ａたる半導体ウエハ１０２の全面に光を照射する如く図示されているが、実際には、半導体ウエハ１０２上に複数形成される各半導体デバイス領域、あるいはその一部の領域が、検査対象面１０２ａとして選択される。したがって、光源１０４およびコリメートレンズ１０５は、検査対象面１０２ａのかかる領域の全面に光を照射する光学系（例えば、ファイバー光学系と顕微鏡光学系）が有利に用いられ、さらに、撮像光学系としても、顕微鏡を介して形成された画像を撮像する撮像光学系が有利に用いられる。
【０００４】
半導体ウエハ１０２からの反射光は、集光レンズ１０６、およびこの集光レンズ１０６の後方光路に設けられ、ハーフミラーによって構成される第１、第２ビームスプリッタ１０７、１０８からなる検出光学系１０９によって３つの光路に分割され、第１〜第３撮像装置１１０〜１１２に入射されて撮像される。これらの撮像装置１１０〜１１２の前面には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の光学フィルタ１１３〜１１５が配されている。第１〜第３撮像装置１１０〜１１２で撮像されたＲＧＢの分光画像は、各々コンピュータ１１６に入力される。
【０００５】
半導体外観検査装置１００で半導体の外観を検査する際には、例えば検査ステージ１０１に欠陥のない標準（良品）の電子回路パターンを有する標準の半導体ウエハを載置し、これを撮像してコンピュータ１１６に良品の電子回路パターンの各分光画像情報を記憶しておき、しかる後、標準の半導体ウエハに代えて、検査ステージ１０１に検査すべき電子回路パターンを有する半導体ウエハ１０２を載置し、標準の半導体ウエハと同一の検査対象面１０２ａを撮像してコンピュータ１１６に検査すべき電子回路パターンの各分光画像情報を記憶する。
【０００６】
上記のような手順で半導体の外観を検査すれば、例えばＲＧＢの波長毎に標準電子回路パターンの画像、および検査すべき電子回路パターンの画像を比較することができる。これにより、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを減算するなどの適当な演算処理を行って、ＲＧＢの分光画像毎に欠陥情報を検出することが可能となる。なお、符号１１７はＣＲＴモニタであり、標準電子回路パターンの画像や、検査すべき電子回路パターンの画像、演算処理後の画像などを、ＲＧＢの分光画像毎に、あるいはこれらを合成したフルカラー画像として適宜表示するものである。
【０００７】
また、特許文献２に記載の半導体外観検査装置も、特許文献１に記載の半導体外観検査装置１００と同様に、カラー撮像装置によって半導体ウエハあるいはペレットの検査対象面を撮像し、このカラー撮像装置から出力されるＲＧＢのカラー信号をデジタル信号に変換して画像メモリに記憶する。そして、記憶されたデジタルカラー信号相互の相関係数を求め、この相関係数に応じて欠陥を検出する。さらに、記憶されたデジタルカラー信号から、基準データによって欠陥を強調するように補正して白黒の画像情報を生成し、この生成した画像情報の濃度を検査することにより欠陥を検出する。
【０００８】
特許文献１および２に記載の半導体外観検査装置によれば、検査すべき半導体ウエハあるいはペレットの電子回路パターンをＲＧＢの色毎に検出し、これを例えばＲ、Ｇ、およびＢの分光色毎に記憶された標準の電子回路パターンと相互に比較することによって、白黒画像によって検査を行う場合に比して検査精度を高めることができる。また、欠陥の種類（例えばレジスト残留物の種類）、欠陥による影響の程度などを検出することもできる。したがって、欠陥の発生原因も推定することができる可能性を秘めた技術であるということができる。
【０００９】
半導体外観検査装置の他の例として、特許文献３に記載のものが提案されている。この装置は、標準電子回路パターンを撮像して演算処理装置に記憶する際、半導体ウエハ上に形成された微細な電子回路パターンの各エリアの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定することができる。
【００１０】
特許文献３に記載の装置では、設定された検査条件に応じて、例えば図１２(ａ)の場合は、半導体ウエハ１５０上に形成された電子回路パターン１５１に対して、欠陥１５２が電子回路パターン１５１の幅方向に渡って存在するため、欠陥１５２が影響を及ぼすものとして検査不合格と認定され、一方、(ｂ)の場合は、電子回路パターン１５１に対して、欠陥１５３が電子回路パターン１５１の長手方向に渡って存在するため、欠陥１５３が影響を及ぼさないものとして検査合格と認定される。このように、電子回路パターンの各エリアの特性に応じて検査条件を設定するので、検査精度をさらに向上させることができる。
【００１１】
半導体外観検査装置のさらに他の例として、特許文献４に記載のものが提案されている。この特許文献４に記載の技術は、特許文献３に記載の技術に加え、同一エリア内において、図１３（ａ）に示す第１の検査条件で設定されたレイヤ２００と、（ｂ）に示す第２の検査条件で設定されたレイヤ２０１とを重ね合わせ、さらに、例えば膨張／収縮などのフィルタ処理を行って、（ｃ）に示す新たなレイヤ２０２を生成し、電子回路パターンのエリアを設定することができるようにしている。これにより、少ない情報で複雑な検査条件の設定が可能となる。
【００１２】
ここで、例えば、特許文献１および２に記載の技術を、エリア毎の電子回路パターン特性に応じた検査条件を設定する特許文献３に記載の技術や、あるいは検査条件を変化させたレイヤ毎の重ね合わせによって検査条件を設定する特許文献４に記載の技術に応用すれば、演算処理する情報量を大きくすることなく、半導体ウエハ上に形成された微細な電子回路パターンの検査をＲＧＢの色毎に行うことができ、さらなる検査精度の向上が期待される。
【特許文献１】特開２０００−１１１４８４号公報
【特許文献２】特開平６−８２３７７号公報
【特許文献３】特開２００４−８５５４３号公報
【特許文献４】特開２００４−１３２９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、半導体ウエハあるいはペレットに発生する欠陥としては、上記したレジスト樹脂の残留物の付着、異物の付着、あるいは傷などに加えて、例えば、金属スパッタ生成膜における膜厚の相違、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の塗布ムラ、アルミパット部におけるエッチング後のメタル層表面の荒れ、スクラッチなどの浅い傷、あるいは酸化膜、アルミ表面の変色、汚れなどのように、これを撮像した白黒画像の濃度変化分としても表れにくいのみならず、ＲＧＢのカラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥がある。
【００１４】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の技術において、撮像装置で得られる画像信号は、固定的に白黒画像信号またはＲＧＢの分光画像信号のみであり、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥の成分スペクトラムに対応するものではないため、この種の欠陥を検出することができない。さらに、半導体ウエハなどのマクロ検査を行わせるための外観検査装置においては、ウエハあるいはペレットに形成されるパターンの特定範囲の領域（例えば、２７ｍｍ×２０ｍｍ程度の観測領域）を顕微鏡で観察し、これを例えば３００ｍｍ径のウエハ全体に亙って検査を行うためには、ステッパによるＸ−Ｙ方向への移動操作に加えて、１つの観測領域で、半値幅が小さく急峻な分光波長域を有する複数の光を繰り替えて撮影するなど、撮影条件を種々変化させて撮影を行う操作の高速性が要求される。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、半導体ウエハあるいはペレット上の欠陥を高速で確実に検出することができる半導体外観検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違の欠陥を検出することができないという従来技術の欠点を補った半導体外観検査装置を提供するものであり、特許文献１における光学フィルタ１１３〜１１５に代えて、波長可変液晶フィルタを用いることを特徴としている。
【００１７】
波長可変液晶フィルタは、液晶セルに印加する電位に応じて、高速に透過光の波長を変化させることができるデバイスである。この波長可変液晶フィルタを用いて上記目的を達成するためには、検査される半導体ウエハあるいはペレット内の特定検査対象領域に連続した分光波長を有する光を照射し、顕微鏡光学系などを介して撮影を行う撮像装置の前に波長可変液晶フィルタを配置して、液晶セルに印加する電位を順次変化させて、撮像装置に任意の波長を有する分光画像を撮像させる。あるいは、検査される半導体ウエハあるいはペレット内の特定検査対象領域に光を照射する光源の前に波長可変液晶フィルタを配置し、液晶セルに印加する電位を順次変化させて、半導体ウエハあるいはペレットに任意の波長を有する透過光を照射して、その分光画像を顕微鏡光学系などを介して撮像装置に撮像させればよい。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の半導体外観検査装置は、半導体の検査対象面に光を照射する光源と、前記検査対象面で反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置と、前記透過特性切替装置からの透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の半導体外観検査装置は、光源と、前記光源と半導体の検査対象面との間に設けられ、前記光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させて前記検査対象面に照射するようにした透過特性切替装置と、前記検査対象面で反射した前記透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、前記波長可変液晶フィルタは、前記設定中心透過波長の異なる複数の波長可変液晶フィルタが組み合わされ、前記複数の波長可変液晶フィルタに、個別に前記検査対象面で反射した反射光、または前記光源からの光を入射させ、前記透過光を出力させるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体外観検査装置によれば、実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成され、半導体の検査対象面で反射した反射光、あるいは光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、１００ｎｍ波長帯域内において、透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置を備えたので、１００ｎｍ波長帯域内において、狭帯域幅の複数の波長の分光画像を順次に撮像することが可能となる。しかも、任意の狭帯域幅の光を透過する透過特性切替手段が波長可変液晶フィルタであり、この切替手段は、複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路によって、高速に複数の狭帯域幅の光を生成することができるから、例えば、顕微鏡光学系を介して、狭い範囲の検査対象面に対して複数の分光画像を生成し、且つこれをウエハの検査対象面の位置を変えながらウエハ全面に亙って撮影を行う場合でも、高速に撮影を行うことができる。したがって、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う際に、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を、半導体ウエハあるいはペレットの欠陥として高速で確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１および図２において、本発明を適用した半導体外観検査装置２ａ、２ｂは、半導体ウエハ１０が載置される検査ステージ１１と、照射光学系１２と、撮像装置１３と、波長可変液晶フィルタ１４および駆動回路１５からなる透過特性切替装置１６と、コンピュータ１７とから構成される。なお、図１の半導体外観検査装置２ａは、撮像装置１３の前に波長可変液晶フィルタ１４を配置した態様を、図２の半導体外観検査装置２ｂは、照射光学系１２の光源１８の前に波長可変液晶フィルタ１４を配置した態様をそれぞれ示す。
【００２３】
照射光学系１２は、連続または複数の輝線スペクトルを有するハロゲンランプあるいは水銀ランプなどの光源１８、および光源１８から照射された光を適宜拡大して半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａの全面に照射するためのコリメートレンズ１９から構成されている。ここで、検査対象面１０ａは、例えば、半導体ウエハ１０上に複数形成される各半導体デバイス領域、あるいはその一部の領域が選択される。したがって、光源１８およびコリメートレンズ１９は、検査対象面１０ａのかかる領域の全面に光を照射する光学系（例えば、ファイバー光学系と顕微鏡光学系）が有利に用いられ、さらに、撮像光学系としても、顕微鏡光学系が有利に用いられる。照明光学系１２は、後述するように波長可変液晶フィルタ１４が１００ｎｍ波長帯域（例えば、Ｒ、Ｇ、あるいはＢの個々の分光帯域）のように限られた波長帯域内の光のみを透過するものを用いるものであれば、これに対応する波長（例えば、Ｒ、Ｇ、あるいはＢの分光帯域）の光のみを発光する光源であってもよい。
【００２４】
図１において、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａで反射した反射光は、波長可変液晶フィルタ１４の前方に設けられた集光レンズ２０により集光され、波長可変液晶フィルタ１４を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。一方、図２において、光源１８から発せられ、波長可変液晶フィルタ１４を透過して、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａで反射した特定の波長光からなる反射光は、集光レンズ２０を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。ここで、半導体ウエハ１０が載置される検査ステージ１１は、載置された半導体ウエハ１０をＸ−Ｙ方向に移動可能に保持するステッパにより形成されており、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａを順次移動させつつ、光照射および撮像するための、例えばファイバー光学系、顕微鏡光学系に対向し得るように構成されている。
【００２５】
撮像装置１３は、撮像素子表面に多色カラーフィルタを配した単板カラーカメラ、あるいは三板カラーカメラ、若しくはかかるカラーフィルタを除去した白黒カメラが用いられる。さらには、波長可変液晶フィルタ１４が紫外線波長、あるいは赤外線波長の分光波長を選択的に透過するように設定されたものであれば、撮像素子表面から多色カラーフィルタを除去すると共に、赤外線カットフィルタ（ＩＲカットフィルタ）をも除去して、特に赤外領域まで撮像可能なものを撮像装置１３として用いてもよい。
【００２６】
駆動回路１５は、詳しくは後述するように、コンピュータ１７の制御の下に、波長可変液晶フィルタ１４に多段の電位を順次切り替えて供給する。コンピュータ１７は、制御および表示機能を有し、撮像装置１３および駆動回路１５に接続している。このコンピュータ１７は、波長可変液晶フィルタ１４に多段の電圧を順次切り替えて供給するように駆動回路１５の動作を制御するとともに、撮像装置１３からの撮像信号を取り込んで、これによって得られた分光画像と、波長可変液晶フィルタ１４に設定された分光波長情報（分光波長情報そのもの、あるいは当該波長を得るために駆動回路１５から供給された電位情報）とを対応させてメモリに記憶する。
【００２７】
波長可変液晶フィルタ１４は、その入射光および出力光が相互にフィルタ面に垂直となるように、光路に対して垂直に配置されており、光源１８および撮像装置１３は、この垂直光路内に配置されている。波長可変液晶フィルタ１４は、例えば、特許第３１０２０１２号、および特開２０００−２６７１２７号公報に記載のものを用いることができる。波長可変液晶フィルタ１４は、例えば図３および図４に示すように、複屈折板としてネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セル（Electrically Controlled Birefringence Cell）３０ａ〜３０ｃを使用するもので、互いに平行な偏光子３１ａ、３１ｂ間に、電界制御複屈折セル３０ａを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる第１平行ニコル液晶セルＣ１と、互いに平行な偏光子３１ｂ、３１ｃ間に、電界制御複屈折セル３０ｂを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる第２平行ニコル液晶セルＣ２とを順に重ね、さらに第２平行ニコル液晶セルＣ２の次に、所望の波長以外の波長の透過光を排除するために、互いに垂直な偏光子３１ｃ、３２間に、電界制御複屈折セル３０ｃを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる垂直ニコル液晶セルＣ３を付加して構成される。なお、平行ニコル液晶セルの枚数は３以上であってもよい。
【００２８】
図３において、電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃの厚さ（セル厚）ｄは同じであり、このセル厚ｄは、その実効光路長が、設定された中心透過波長λ0の整数倍となるように設定されており、例えば、波長可変液晶フィルタ１４が緑帯域（５００〜６００ｎｍ）光の透過特性であるならば、その実効光路長が設定中心透過波長λ0＝５５０ｎｍの整数倍となるようなセル厚ｄが選択される。
【００２９】
各電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃには、個別に電圧源３３ａ〜３３ｃが接続されている。電圧源３３ａ〜３３ｃには、コンピュータ１７の制御の下に、駆動回路１５から駆動電圧が供給される。この構成によれば、第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３に印加する電圧をリオフィルタ（Lyot-filter）の複屈折条件に適合するように調整することで、鋭いピークを有する透過光のスペクトルが得られ、また、これらの電圧の組み合わせを変えることで、透過光のピーク波長（スペクトルの主波長）を変化させることができる。
【００３０】
図４において、電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃのセル厚ｄは順にｄ、２ｄ、１．５ｄの比率となっており、各電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃには、共通の電圧源３４が接続されている。この場合においても、図３の場合と同様に、セル厚ｄは、その実効光路長が、設定中心透過波長λ0の整数倍となるように設定されており、例えば、波長可変液晶フィルタ１４が緑帯域（５００〜６００ｎｍ）光の透過特性であるならば、その実効光路長が設定中心透過波長λ0＝５５０ｎｍの整数倍となるようなセル厚ｄが選択される。この構成によっても、第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３に印加する電圧をリオフィルタ（Lyot-filter）の複屈折条件に適合するように調整することで、鋭いピークを有する透過光のスペクトルが得られ、また、電圧を変えることで透過光のピーク波長（スペクトルの主波長）を変化させることができる。
【００３１】
波長可変液晶フィルタ１４に用いられる液晶セルとしては、ベンド配向または中央にねじれを伴うベンド状の配向、すなわち、光学補償ベンド（Optically Compensated Bend）配向を持つものを用いることが好ましい。このような光学補償ベンド配向を持つ液晶セルは、例えば特開平７−８４２５４号公報に記載されている。
【００３２】
上記のような光学補償ベンド配向を持つ液晶セルの例を示す図５において、液晶セルＣ０は、図３および図４における第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３のうちの１つの詳細を示すものであって、上下に設けた互いに平行な偏光子３１、３１間、若しくは互いに垂直な偏光子３１、３２間に、２つのガラス板４０、４０、透明電極４１、４１、および配向膜４２、４２で挟まれた液晶層４３を設けてなる。
【００３３】
液晶層４３は、液晶分子をベンド配向させることにより、液晶部分の光学特性を簡単化している。このようなベンド配向を実現させるために、液晶層４３は、上下の基板表面における液晶分子を逆向きに傾斜させたものが用いられる。電圧源３３、または３４により、透明電極４１、４１間にある特定の電圧を印加すると、液晶層４３はベンド配向をするか、セル中央部にねじれ配向が存在する配向をとる。このいずれの配向でも電気光学的には殆ど等しいため、液晶層４３の特性は、ベンドセルで代表することができる。このような配向特性を持つ液晶層４３は、電圧の変化に対する液晶の配向変化の応答が速い。このため、この液晶層４３を用いることにより、高速な応答速度を実現することができる。
【００３４】
波長可変液晶フィルタ１４は、液晶の配向応答時間が速く、設定中心透過波長λ0（例えば、赤光透過用波長可変液晶フィルタでは６５０ｎｍ、緑光透過用波長可変液晶フィルタでは５５０ｎｍ、青光透過用波長可変液晶フィルタでは４５０ｎｍ）の整数倍からなるセル厚ｄを有する電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃを備えた複数の平行ニコル液晶セルと垂直ニコル液晶セルとを組み合わせ、各液晶セルに印加する電位を多段に変更することによって、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅の透過光を生成することができ、１００ｎｍ波長帯域内に複数の異なるピークを有する狭帯域幅の透過光を選択的に出力させることができる。
【００３５】
本発明者らの実験によれば、ＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４に対して、電圧源３３、または３４の印加電圧を任意に変化させることにより、例えば、半値幅を１０ｎｍとしたときには１０％程度の透過率を有する透過光が得られ、半値幅を２０ｎｍとしたときには２５％程度の透過率を有する透過光が得られることが確認されている。
【００３６】
さらに、本発明者らの実験によれば、電圧源３３、または３４の印加電圧を変化させ、波長可変液晶フィルタ１４から出力させることにより、ピーク波長を１ｎｍ刻みで変化させた透過光の分光特性を得ることも可能であることが確認されている。
【００３７】
ここで、透過光の半値幅と透過率とは、トレードオフの関係にある。すなわち、半値幅は、波長可変液晶フィルタ１４のセル膜厚が最大のものによって決まると考えられ、膜厚が大きいほど半値幅を小さくすることができ、急峻な分光波長を得ることができるのに対し、膜厚が大きいほど透過率が下がる。この結果、半値幅を小さくしてより狭帯域幅の透過光を得ようとすると透過率が落ち込み、逆に透過率を上げようとすると透過光の半値幅がブロードになる。したがって、透過光の半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下となるように波長可変液晶フィルタ１４のセル膜厚が選択されることが好ましく、さらには、上記透過光の半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／３以下となるようにセル膜厚が選択されることが好ましい。
【００３８】
透過光特性における半値幅と透過率とのトレードオフの関係を考慮して、透過率を２０％程度、半値幅を２０ｎｍ程度とした場合、Ｒ、Ｇ、およびＢの各波長可変液晶フィルタ１４への印加電圧を各々微細に変化させることによって、１０ｎｍ刻み（即ち、４００ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍ、・・・６９０ｎｍ、７００ｎｍ）で、図６に示すような任意の透過光の分光特性を得られることが確認されている。また、波長可変液晶フィルタ１４のλ0を変更することにより、電圧源３３、または３４への印加電圧を変化させて、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い分光透過光をも得ることが可能であると考えられる。なお、図６の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４の分光透過特性を表す。
【００３９】
上記の説明にあっては、波長可変液晶フィルタ１４として、ＲＧＢの各波長可変液晶フィルタ１４を単独で用いる例を挙げたが、図７に示すように、ＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４を組み合わせて、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域、あるいは近紫外および／または近赤外領域を含む幅広い波長帯域で、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を選択的に得ることが可能となる。
【００４０】
図７において、ＲＧＢの波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは、クロスプリズム５０の３面に取り付けられ、駆動回路１５により順次に駆動電圧が供給される。各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂには、コンデンサレンズ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを介して、連続または複数の輝線スペクトルを有する光、例えばハロゲン光源から各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂが順次に入射される。
【００４１】
波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへの駆動電圧の印加と、各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの入射とは同期して行われる。つまり、波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの各液晶セルに複数の電圧が多段に印加されたときに、各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂが入射される。これにより、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の各色成分の狭帯域幅の分光透過光５３が、コンデンサレンズ５４を介して出力される。
【００４２】
この例においては、各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂに入射する各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、連続または複数の輝線スペクトルを有する光、例えばハロゲン光源からの光を用いたが、これら入射光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、各々の帯域からなる分光成分のみを入射させてもよい。さらに、分光透過光５３のうちの各分光帯域（ＲＧＢの分光帯域）以外のサイドピーク光の透過を遮断するためのフィルタを、分光透過光５３の出力と連動して挿入してもよい。
【００４３】
波長可変液晶フィルタ１４を図７に示すような構成とすることにより、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる狭帯域幅の分光透過光を複数連続して得ることができ、さらには、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い波長帯域の分光透過光を連続して得ることもできる。
【００４４】
さらに、図７に示すクロスプリズム５０に代えて、各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂをスライド基板上に配置し、これを自動的にスライドさせて光路内に順次挿入・離脱させてもよく、あるいは回転円板（ターレット円板）に各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを配置し、これを自動的に回転させることによって、光路内に順次挿入・離脱させるような機構を設けてもよい。この場合も、光路内に挿入された波長可変液晶フィルタ１４に複数の駆動電圧を多段に印加することは、前述した図７に示す態様と同様であることはいうまでもない。上記のようなスライドや回転機構を設けることによっても、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の分光透過光を連続して複数得ることができ、さらには、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い波長帯域の分光透過光を連続して得ることもできる。
【００４５】
なお、上記実施形態に、図１２に示す従来技術を加えて、標準電子回路パターンを撮像して演算処理装置にメモリする場合、半導体ウエハ１０上に形成された微細な電子回路パターンの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定してもよい。これにより、電子回路パターンの特性に対して、欠陥の大きさ、方向性などの諸条件を加味した検査条件を設定することができる。
【００４６】
また、同様にして、上記実施形態に、図１３に示す従来技術を加えて、同一エリア内において、取得した複数の分光画像毎に、第１の検査条件で設定されたレイヤ２００と、第２の条件で設定されたレイヤ２０１とを重ね合わせ、さらに、例えば膨張／収縮などのフィルタ処理を行って新たなレイヤ２０２からなるエリア設定を得るようにしてもよい。
【００４７】
以上説明したように、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａの撮像に際して、コンピュータ１７の制御の下に、駆動装置１５を介して波長可変液晶フィルタ１４に多段の電位を順次変更して印加し、波長可変液晶フィルタ１４から順次狭帯域の分光透過光を出力して、撮像装置１３でこの分光透過光の撮像を行えば、理論的には、図８に示す色度図チャートにおける全ての分光波長の透過光による狭帯域幅の分光画像を得ることが可能となる。
【００４８】
このように、半導体外観検査装置２ａ、２ｂにおいて、波長可変液晶フィルタ１４を制御して任意の波長からなる複数の狭帯域幅の分光画像を撮像装置１３で撮像して、これをコンピュータ１７のメモリに記憶することができるから、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥、例えば、金属スパッタ生成膜における膜厚の相違、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の塗布ムラ、アルミパット部におけるエッチング後のメタル層表面の荒れ、スクラッチなどの浅い傷、あるいは酸化膜、アルミ表面の変色、汚れなどの欠陥を確実に検出することができる。
【００４９】
また、標準の半導体ウエハ、および検査すべき半導体ウエハの各々における複数の狭帯域幅の分光画像を、その分光波長情報とともにコンピュータ１７のメモリに記憶し、任意の波長毎に標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを比較することができる。これにより、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを減算するなどの適当な演算処理を行うことで、任意の波長の分光画像毎に欠陥情報を検出することも可能となる。同様に、検査すべき半導体ウエハにおいて異なる波長の分光画像同士を比較して欠陥情報を検出することも可能である。
【００５０】
図９は、上記のようにして任意の波長毎に標準電子回路パターンの画像あるいは検査すべき電子回路パターンの画像を撮像して得られた分光画像を、コンピュータ１７のメモリ内に蓄積した状態を模式的に示す図であり、複数の色味の異なる分光画像（図中ではハッチングの角度で表している。）が、標準電子回路パターンあるいは検査すべき電子回路パターン毎に記憶されている。なお、図中では、一例として、波長４６０ｎｍ〜６６０ｎｍ（２０ｎｍ刻み）における１１枚の分光画像が蓄積された状態を表す。
【００５１】
図１０（ａ）は、上記の複数の波長の分光画像のうちの１つの波長の標準電子回路パターンの画像を表している。また、（ｂ）は、同じ波長の検査すべき電子回路パターンの画像を表している。検査すべき電子回路パターンの画像には、欠陥６０が観測される。この欠陥６０は、ある波長の分光画像では出現しないか、あるいはその出現が目立たないものであり、図１０（ｂ）で示すその波長の分光画像でのみ出現するものである。
【００５２】
コンピュータ１７で（ａ）、（ｂ）に示す分光画像を減算処理すると、（ｃ）に示す差分画像が得られる。コンピュータ１７は、この差分画像を、元の分光画像の分光波長情報を参照して演算処理することにより、欠陥の大きさ、微細な電子回路パターンの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定した場合などに、自動的に検出を行うことができる。さらに、上記の欠陥６０が出現した分光画像の波長に基づいて、欠陥６０の発生原因の推定を行うこともできる。
【００５３】
以下、上記構成を有する半導体外観検査装置２ａ、２ｂの動作について説明する。まず、リファレンスとなる標準の半導体ウエハを検査ステージ１１上に載置し、照射光学系１２の光源１８を点灯させて、連続または複数の輝線スペクトルを有する光を発生させる。
【００５４】
半導体外観検査装置２ａの場合、光源１８からの光は、コリメートレンズ１９で適宜拡大され、標準の半導体ウエハの検査対象面に照射される。検査対象面で反射した反射光は、波長可変液晶フィルタ１４の前方に設けられた集光レンズ２０により集光され、波長可変液晶フィルタ１４を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。一方、半導体外観検査装置２ｂの場合、光源１８からの光は、波長可変液晶フィルタ１４を透過して、コリメートレンズ１９で適宜拡大され、標準の半導体ウエハの検査対象面に照射される。標準の半導体ウエハの検査対象面で反射した特定の波長光からなる反射光は、集光レンズ２０を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。
【００５５】
波長可変液晶フィルタ１４に入射された光は、コンピュータ１７の制御の下に、駆動回路１５を介して、波長可変液晶フィルタ１４の各液晶セルに印加する電位が多段に変更されることによって、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる狭帯域幅の透過光として生成され、１００ｎｍ波長帯域内に複数の異なるピークを有する狭帯域幅の透過光として出力される。撮像装置１３では、波長可変液晶フィルタ１４で出力された複数のピーク波長を有する透過光による複数の波長の分光画像（標準の半導体ウエハの標準電子回路パターンの画像）が撮像される。
【００５６】
ここで、波長可変液晶フィルタ１４として、図７に示す構造のものを用いた場合は、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域、あるいは近紫外および／または近赤外領域を含む幅広い波長帯域で、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を選択的に得ることが可能となり、この透過光による幅広い波長帯域の分光画像を複数得ることができる。
【００５７】
撮像装置１３で撮像された標準の半導体ウエハの標準電子回路パターンの画像は、波長可変液晶フィルタ１４に設定された分光波長情報が対応付けられて、コンピュータ１７のメモリ内に蓄積される。
【００５８】
標準電子回路パターンの画像の取得後、標準の半導体ウエハに代えて、検査すべき半導体ウエハ１０を検査ステージ１１上に載置し、上記と同様の手順にて、検査すべき半導体ウエハ１０の電子回路パターンの画像を撮像装置１３で撮像し、これをコンピュータ１７のメモリに記憶する。
【００５９】
検査すべき電子回路パターンの画像の記憶後、コンピュータ１７では、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とが複数の波長毎に比較され、欠陥の検出が行われる。
【００６０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明を行ったが、本発明はさらに種々の応用が可能である。例えば、波長可変液晶フィルタ１４を介して半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａに狭帯域幅の照射光を照射し、この反射光を撮像装置１３で撮像し（図２）、あるいは、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａに照射光を照射して得た反射光を、波長可変液晶フィルタ１４を介して狭帯域幅の分光画像として撮像装置１３で撮像し（図１）、これにより得た狭帯域幅の分光画像に、例えば、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の特定の膜厚に起因する干渉縞の如き紋様が発生している場合には、上記した狭帯域幅の分光画像に加えて、かかる縞を検出することによって半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａにおける欠陥を検出することも可能である。同様に、上記した狭帯域幅の分光画像に偏光成分が含まれている場合には、この偏光情報に基づいて、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａにおける欠陥を検出することができる。また、検査対象面１０ａにおけるスペクトラムデータ（例えば、ウエハ上のアルミ配線と銅配線のスペクトラムデータ）を予め記憶しておき、得られた画像情報から、このスペクトラムデータを差し引くようなアルゴリズムを設定すれば、ごみなどの異物の検出をさらに容易にすることが可能である。さらに、波長可変液晶フィルタ１４が温度ドリフト特性を有する場合、本発明の半導体外観検査装置２ａ、２ｂ、あるいは波長可変液晶フィルタモジュール内に温度センサを設けておき、この温度センサで検出された温度に基づいて、駆動回路１５に印加する電圧値を変更するように、コンピュータ１７で制御を行うようにしてもよい。
【００６１】
以上詳細に説明したように、本発明の半導体外観検査装置は、固定的な波長の透過特性を有する光学フィルタの使用に代えて、波長可変液晶フィルタを用いることを特徴としている。従って、本発明によれば、その実効光路長が、設定された中心透過波長の整数倍となるような厚みを有する液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルと垂直ニコル液晶セルとを組み合わせ、各液晶セルに印加する電位を多段に変更することによって、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を生成する波長可変液晶フィルタと、波長可変液晶フィルタの各液晶セルに複数の電位を順次切り替えて印加する駆動回路とからなる透過特性切替装置を備えたので、１００ｎｍ波長帯域内において複数の波長の分光画像を順次に撮像することが可能となり、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う際に、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を成分欠陥として確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用した半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図４】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図５】液晶セルの構成例を示す図である。
【図６】透過光の分光透過特性の一例を示すグラフである。
【図７】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図８】色度図チャートを示すグラフである。
【図９】撮像装置で撮像した複数の分光画像をコンピュータのメモリ内に蓄積した状態を模式的に示す説明図である。
【図１０】複数の波長の分光画像のうちの１つの波長の分光画像の例を示す説明図であり、（ａ）は標準電子回路パターンの画像、（ｂ）は検査すべき電子回路パターンの画像、（ｃ）はこれらの画像の差分画像をそれぞれ示す。
【図１１】従来の半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図１２】電子回路パターンの各エリアの特性に応じて検査条件を設定する従来の半導体外観検査技術の例を示す図であり、（ａ）は電子回路パターンに対して欠陥が影響を及ぼすものとして検査不合格と認定される場合、 (ｂ)は電子回路パターンに対して欠陥が影響を及ぼさないものとして検査合格と認定される場合をそれぞれ示す。
【図１３】検査条件を変化させたレイヤ毎の重ね合わせによって検査条件を設定する従来の半導体外観検査技術の例を示す図であり、（ａ）は第１の検査条件で設定されたレイヤ、（ｂ）は第２の検査条件で設定されたレイヤ、（ｃ）は膨張／収縮などのフィルタ処理を行って生成した新たなレイヤをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００６３】
２ａ、２ｂ 半導体外観検査装置
１０ 半導体ウエハ
１３ 撮像装置
１４ 波長可変液晶フィルタ
１５ 駆動回路
１６ 透過特性切替装置
１７ コンピュータ
１８ 光源
３０ａ〜３０ｃ 電界制御複屈折セル
３１ａ〜３１ｃ、３２ 偏光子
３３ａ〜３３ｃ、３４ 電圧源
４３ 液晶層
５０ クロスプリズム
５３ 分光透過光
６０ 欠陥
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程における半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う半導体外観検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程において、半導体ウエハあるいはペレット表面には、レジスト樹脂の残留物の付着、異物の付着、あるいは傷など、種々の欠陥が発生することがある。これらの欠陥は、半導体装置の得率および性能に著しい悪影響を及ぼすことが知られている。このため、半導体製造工程においては、上記のような欠陥の有無を調べるために、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行うための半導体外観検査装置が用いられている。半導体外観検査装置としては、例えばカラー画像を利用したものが提案されている（特許文献１および２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の半導体外観検査装置１００の概略構成を示す図１１において、検査ステージ１０１上に載置された検査すべき半導体ウエハ１０２は、照射光学系１０３により斜め上方から光が照射される。照射光学系１０３は、連続または複数の輝線スペクトルを有するハロゲンランプあるいは水銀ランプなどの光源１０４、およびこの光源１０４から照射された光を適宜拡大して半導体ウエハ１０２の検査対象面１０２ａの全面に照射するためのコリメートレンズ１０５から構成されている。ここで、図１１においては、検査対象面１０２ａたる半導体ウエハ１０２の全面に光を照射する如く図示されているが、実際には、半導体ウエハ１０２上に複数形成される各半導体デバイス領域、あるいはその一部の領域が、検査対象面１０２ａとして選択される。したがって、光源１０４およびコリメートレンズ１０５は、検査対象面１０２ａのかかる領域の全面に光を照射する光学系（例えば、ファイバー光学系と顕微鏡光学系）が有利に用いられ、さらに、撮像光学系としても、顕微鏡を介して形成された画像を撮像する撮像光学系が有利に用いられる。
【０００４】
半導体ウエハ１０２からの反射光は、集光レンズ１０６、およびこの集光レンズ１０６の後方光路に設けられ、ハーフミラーによって構成される第１、第２ビームスプリッタ１０７、１０８からなる検出光学系１０９によって３つの光路に分割され、第１〜第３撮像装置１１０〜１１２に入射されて撮像される。これらの撮像装置１１０〜１１２の前面には、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の光学フィルタ１１３〜１１５が配されている。第１〜第３撮像装置１１０〜１１２で撮像されたＲＧＢの分光画像は、各々コンピュータ１１６に入力される。
【０００５】
半導体外観検査装置１００で半導体の外観を検査する際には、例えば検査ステージ１０１に欠陥のない標準（良品）の電子回路パターンを有する標準の半導体ウエハを載置し、これを撮像してコンピュータ１１６に良品の電子回路パターンの各分光画像情報を記憶しておき、しかる後、標準の半導体ウエハに代えて、検査ステージ１０１に検査すべき電子回路パターンを有する半導体ウエハ１０２を載置し、標準の半導体ウエハと同一の検査対象面１０２ａを撮像してコンピュータ１１６に検査すべき電子回路パターンの各分光画像情報を記憶する。
【０００６】
上記のような手順で半導体の外観を検査すれば、例えばＲＧＢの波長毎に標準電子回路パターンの画像、および検査すべき電子回路パターンの画像を比較することができる。これにより、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを減算するなどの適当な演算処理を行って、ＲＧＢの分光画像毎に欠陥情報を検出することが可能となる。なお、符号１１７はＣＲＴモニタであり、標準電子回路パターンの画像や、検査すべき電子回路パターンの画像、演算処理後の画像などを、ＲＧＢの分光画像毎に、あるいはこれらを合成したフルカラー画像として適宜表示するものである。
【０００７】
また、特許文献２に記載の半導体外観検査装置も、特許文献１に記載の半導体外観検査装置１００と同様に、カラー撮像装置によって半導体ウエハあるいはペレットの検査対象面を撮像し、このカラー撮像装置から出力されるＲＧＢのカラー信号をデジタル信号に変換して画像メモリに記憶する。そして、記憶されたデジタルカラー信号相互の相関係数を求め、この相関係数に応じて欠陥を検出する。さらに、記憶されたデジタルカラー信号から、基準データによって欠陥を強調するように補正して白黒の画像情報を生成し、この生成した画像情報の濃度を検査することにより欠陥を検出する。
【０００８】
特許文献１および２に記載の半導体外観検査装置によれば、検査すべき半導体ウエハあるいはペレットの電子回路パターンをＲＧＢの色毎に検出し、これを例えばＲ、Ｇ、およびＢの分光色毎に記憶された標準の電子回路パターンと相互に比較することによって、白黒画像によって検査を行う場合に比して検査精度を高めることができる。また、欠陥の種類（例えばレジスト残留物の種類）、欠陥による影響の程度などを検出することもできる。したがって、欠陥の発生原因も推定することができる可能性を秘めた技術であるということができる。
【０００９】
半導体外観検査装置の他の例として、特許文献３に記載のものが提案されている。この装置は、標準電子回路パターンを撮像して演算処理装置に記憶する際、半導体ウエハ上に形成された微細な電子回路パターンの各エリアの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定することができる。
【００１０】
特許文献３に記載の装置では、設定された検査条件に応じて、例えば図１２(ａ)の場合は、半導体ウエハ１５０上に形成された電子回路パターン１５１に対して、欠陥１５２が電子回路パターン１５１の幅方向に渡って存在するため、欠陥１５２が影響を及ぼすものとして検査不合格と認定され、一方、(ｂ)の場合は、電子回路パターン１５１に対して、欠陥１５３が電子回路パターン１５１の長手方向に渡って存在するため、欠陥１５３が影響を及ぼさないものとして検査合格と認定される。このように、電子回路パターンの各エリアの特性に応じて検査条件を設定するので、検査精度をさらに向上させることができる。
【００１１】
半導体外観検査装置のさらに他の例として、特許文献４に記載のものが提案されている。この特許文献４に記載の技術は、特許文献３に記載の技術に加え、同一エリア内において、図１３（ａ）に示す第１の検査条件で設定されたレイヤ２００と、（ｂ）に示す第２の検査条件で設定されたレイヤ２０１とを重ね合わせ、さらに、例えば膨張／収縮などのフィルタ処理を行って、（ｃ）に示す新たなレイヤ２０２を生成し、電子回路パターンのエリアを設定することができるようにしている。これにより、少ない情報で複雑な検査条件の設定が可能となる。
【００１２】
ここで、例えば、特許文献１および２に記載の技術を、エリア毎の電子回路パターン特性に応じた検査条件を設定する特許文献３に記載の技術や、あるいは検査条件を変化させたレイヤ毎の重ね合わせによって検査条件を設定する特許文献４に記載の技術に応用すれば、演算処理する情報量を大きくすることなく、半導体ウエハ上に形成された微細な電子回路パターンの検査をＲＧＢの色毎に行うことができ、さらなる検査精度の向上が期待される。
【特許文献１】特開２０００−１１１４８４号公報
【特許文献２】特開平６−８２３７７号公報
【特許文献３】特開２００４−８５５４３号公報
【特許文献４】特開２００４−１３２９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ここで、半導体ウエハあるいはペレットに発生する欠陥としては、上記したレジスト樹脂の残留物の付着、異物の付着、あるいは傷などに加えて、例えば、金属スパッタ生成膜における膜厚の相違、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の塗布ムラ、アルミパット部におけるエッチング後のメタル層表面の荒れ、スクラッチなどの浅い傷、あるいは酸化膜、アルミ表面の変色、汚れなどのように、これを撮像した白黒画像の濃度変化分としても表れにくいのみならず、ＲＧＢのカラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥がある。
【００１４】
しかしながら、特許文献１〜４に記載の技術において、撮像装置で得られる画像信号は、固定的に白黒画像信号またはＲＧＢの分光画像信号のみであり、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥の成分スペクトラムに対応するものではないため、この種の欠陥を検出することができない。さらに、半導体ウエハなどのマクロ検査を行わせるための外観検査装置においては、ウエハあるいはペレットに形成されるパターンの特定範囲の領域（例えば、２７ｍｍ×２０ｍｍ程度の観測領域）を顕微鏡で観察し、これを例えば３００ｍｍ径のウエハ全体に亙って検査を行うためには、ステッパによるＸ−Ｙ方向への移動操作に加えて、１つの観測領域で、半値幅が小さく急峻な分光波長域を有する複数の光を繰り替えて撮影するなど、撮影条件を種々変化させて撮影を行う操作の高速性が要求される。
【００１５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、半導体ウエハあるいはペレット上の欠陥を高速で確実に検出することができる半導体外観検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違の欠陥を検出することができないという従来技術の欠点を補った半導体外観検査装置を提供するものであり、特許文献１における光学フィルタ１１３〜１１５に代えて、波長可変液晶フィルタを用いることを特徴としている。
【００１７】
波長可変液晶フィルタは、液晶セルに印加する電位に応じて、高速に透過光の波長を変化させることができるデバイスである。この波長可変液晶フィルタを用いて上記目的を達成するためには、検査される半導体ウエハあるいはペレット内の特定検査対象領域に連続した分光波長を有する光を照射し、顕微鏡光学系などを介して撮影を行う撮像装置の前に波長可変液晶フィルタを配置して、液晶セルに印加する電位を順次変化させて、撮像装置に任意の波長を有する分光画像を撮像させる。あるいは、検査される半導体ウエハあるいはペレット内の特定検査対象領域に光を照射する光源の前に波長可変液晶フィルタを配置し、液晶セルに印加する電位を順次変化させて、半導体ウエハあるいはペレットに任意の波長を有する透過光を照射して、その分光画像を顕微鏡光学系などを介して撮像装置に撮像させればよい。
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明の半導体外観検査装置は、半導体の検査対象面に光を照射する光源と、前記検査対象面で反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置と、前記透過特性切替装置からの透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の半導体外観検査装置は、光源と、前記光源と半導体の検査対象面との間に設けられ、前記光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させて前記検査対象面に照射するようにした透過特性切替装置と、前記検査対象面で反射した前記透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、前記波長可変液晶フィルタは、前記設定中心透過波長の異なる複数の波長可変液晶フィルタが組み合わされ、前記複数の波長可変液晶フィルタに、個別に前記検査対象面で反射した反射光、または前記光源からの光を入射させ、前記透過光を出力させるように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体外観検査装置によれば、実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成され、半導体の検査対象面で反射した反射光、あるいは光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、１００ｎｍ波長帯域内において、透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置を備えたので、１００ｎｍ波長帯域内において、狭帯域幅の複数の波長の分光画像を順次に撮像することが可能となる。しかも、任意の狭帯域幅の光を透過する透過特性切替手段が波長可変液晶フィルタであり、この切替手段は、複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路によって、高速に複数の狭帯域幅の光を生成することができるから、例えば、顕微鏡光学系を介して、狭い範囲の検査対象面に対して複数の分光画像を生成し、且つこれをウエハの検査対象面の位置を変えながらウエハ全面に亙って撮影を行う場合でも、高速に撮影を行うことができる。したがって、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う際に、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を、半導体ウエハあるいはペレットの欠陥として高速で確実に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１および図２において、本発明を適用した半導体外観検査装置２ａ、２ｂは、半導体ウエハ１０が載置される検査ステージ１１と、照射光学系１２と、撮像装置１３と、波長可変液晶フィルタ１４および駆動回路１５からなる透過特性切替装置１６と、コンピュータ１７とから構成される。なお、図１の半導体外観検査装置２ａは、撮像装置１３の前に波長可変液晶フィルタ１４を配置した態様を、図２の半導体外観検査装置２ｂは、照射光学系１２の光源１８の前に波長可変液晶フィルタ１４を配置した態様をそれぞれ示す。
【００２３】
照射光学系１２は、連続または複数の輝線スペクトルを有するハロゲンランプあるいは水銀ランプなどの光源１８、および光源１８から照射された光を適宜拡大して半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａの全面に照射するためのコリメートレンズ１９から構成されている。ここで、検査対象面１０ａは、例えば、半導体ウエハ１０上に複数形成される各半導体デバイス領域、あるいはその一部の領域が選択される。したがって、光源１８およびコリメートレンズ１９は、検査対象面１０ａのかかる領域の全面に光を照射する光学系（例えば、ファイバー光学系と顕微鏡光学系）が有利に用いられ、さらに、撮像光学系としても、顕微鏡光学系が有利に用いられる。照明光学系１２は、後述するように波長可変液晶フィルタ１４が１００ｎｍ波長帯域（例えば、Ｒ、Ｇ、あるいはＢの個々の分光帯域）のように限られた波長帯域内の光のみを透過するものを用いるものであれば、これに対応する波長（例えば、Ｒ、Ｇ、あるいはＢの分光帯域）の光のみを発光する光源であってもよい。
【００２４】
図１において、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａで反射した反射光は、波長可変液晶フィルタ１４の前方に設けられた集光レンズ２０により集光され、波長可変液晶フィルタ１４を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。一方、図２において、光源１８から発せられ、波長可変液晶フィルタ１４を透過して、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａで反射した特定の波長光からなる反射光は、集光レンズ２０を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。ここで、半導体ウエハ１０が載置される検査ステージ１１は、載置された半導体ウエハ１０をＸ−Ｙ方向に移動可能に保持するステッパにより形成されており、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａを順次移動させつつ、光照射および撮像するための、例えばファイバー光学系、顕微鏡光学系に対向し得るように構成されている。
【００２５】
撮像装置１３は、撮像素子表面に多色カラーフィルタを配した単板カラーカメラ、あるいは三板カラーカメラ、若しくはかかるカラーフィルタを除去した白黒カメラが用いられる。さらには、波長可変液晶フィルタ１４が紫外線波長、あるいは赤外線波長の分光波長を選択的に透過するように設定されたものであれば、撮像素子表面から多色カラーフィルタを除去すると共に、赤外線カットフィルタ（ＩＲカットフィルタ）をも除去して、特に赤外領域まで撮像可能なものを撮像装置１３として用いてもよい。
【００２６】
駆動回路１５は、詳しくは後述するように、コンピュータ１７の制御の下に、波長可変液晶フィルタ１４に多段の電位を順次切り替えて供給する。コンピュータ１７は、制御および表示機能を有し、撮像装置１３および駆動回路１５に接続している。このコンピュータ１７は、波長可変液晶フィルタ１４に多段の電圧を順次切り替えて供給するように駆動回路１５の動作を制御するとともに、撮像装置１３からの撮像信号を取り込んで、これによって得られた分光画像と、波長可変液晶フィルタ１４に設定された分光波長情報（分光波長情報そのもの、あるいは当該波長を得るために駆動回路１５から供給された電位情報）とを対応させてメモリに記憶する。
【００２７】
波長可変液晶フィルタ１４は、その入射光および出力光が相互にフィルタ面に垂直となるように、光路に対して垂直に配置されており、光源１８および撮像装置１３は、この垂直光路内に配置されている。波長可変液晶フィルタ１４は、例えば、特許第３１０２０１２号、および特開２０００−２６７１２７号公報に記載のものを用いることができる。波長可変液晶フィルタ１４は、例えば図３および図４に示すように、複屈折板としてネマティック液晶を用いた電界制御複屈折セル（Electrically Controlled Birefringence Cell）３０ａ〜３０ｃを使用するもので、互いに平行な偏光子３１ａ、３１ｂ間に、電界制御複屈折セル３０ａを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる第１平行ニコル液晶セルＣ１と、互いに平行な偏光子３１ｂ、３１ｃ間に、電界制御複屈折セル３０ｂを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる第２平行ニコル液晶セルＣ２とを順に重ね、さらに第２平行ニコル液晶セルＣ２の次に、所望の波長以外の波長の透過光を排除するために、互いに垂直な偏光子３１ｃ、３２間に、電界制御複屈折セル３０ｃを光軸と透過軸との角度が４５°になるように配置してなる垂直ニコル液晶セルＣ３を付加して構成される。なお、平行ニコル液晶セルの枚数は３以上であってもよい。
【００２８】
図３において、電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃの厚さ（セル厚）ｄは同じであり、このセル厚ｄは、その実効光路長が、設定された中心透過波長λ0の整数倍となるように設定されており、例えば、波長可変液晶フィルタ１４が緑帯域（５００〜６００ｎｍ）光の透過特性であるならば、その実効光路長が設定中心透過波長λ0＝５５０ｎｍの整数倍となるようなセル厚ｄが選択される。
【００２９】
各電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃには、個別に電圧源３３ａ〜３３ｃが接続されている。電圧源３３ａ〜３３ｃには、コンピュータ１７の制御の下に、駆動回路１５から駆動電圧が供給される。この構成によれば、第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３に印加する電圧をリオフィルタ（Lyot-filter）の複屈折条件に適合するように調整することで、鋭いピークを有する透過光のスペクトルが得られ、また、これらの電圧の組み合わせを変えることで、透過光のピーク波長（スペクトルの主波長）を変化させることができる。
【００３０】
図４において、電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃのセル厚ｄは順にｄ、２ｄ、１．５ｄの比率となっており、各電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃには、共通の電圧源３４が接続されている。この場合においても、図３の場合と同様に、セル厚ｄは、その実効光路長が、設定中心透過波長λ0の整数倍となるように設定されており、例えば、波長可変液晶フィルタ１４が緑帯域（５００〜６００ｎｍ）光の透過特性であるならば、その実効光路長が設定中心透過波長λ0＝５５０ｎｍの整数倍となるようなセル厚ｄが選択される。この構成によっても、第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３に印加する電圧をリオフィルタ（Lyot-filter）の複屈折条件に適合するように調整することで、鋭いピークを有する透過光のスペクトルが得られ、また、電圧を変えることで透過光のピーク波長（スペクトルの主波長）を変化させることができる。
【００３１】
波長可変液晶フィルタ１４に用いられる液晶セルとしては、ベンド配向または中央にねじれを伴うベンド状の配向、すなわち、光学補償ベンド（Optically Compensated Bend）配向を持つものを用いることが好ましい。このような光学補償ベンド配向を持つ液晶セルは、例えば特開平７−８４２５４号公報に記載されている。
【００３２】
上記のような光学補償ベンド配向を持つ液晶セルの例を示す図５において、液晶セルＣ０は、図３および図４における第１、第２平行ニコル液晶セルＣ１、Ｃ２、および垂直ニコル液晶セルＣ３のうちの１つの詳細を示すものであって、上下に設けた互いに平行な偏光子３１、３１間、若しくは互いに垂直な偏光子３１、３２間に、２つのガラス板４０、４０、透明電極４１、４１、および配向膜４２、４２で挟まれた液晶層４３を設けてなる。
【００３３】
液晶層４３は、液晶分子をベンド配向させることにより、液晶部分の光学特性を簡単化している。このようなベンド配向を実現させるために、液晶層４３は、上下の基板表面における液晶分子を逆向きに傾斜させたものが用いられる。電圧源３３、または３４により、透明電極４１、４１間にある特定の電圧を印加すると、液晶層４３はベンド配向をするか、セル中央部にねじれ配向が存在する配向をとる。このいずれの配向でも電気光学的には殆ど等しいため、液晶層４３の特性は、ベンドセルで代表することができる。このような配向特性を持つ液晶層４３は、電圧の変化に対する液晶の配向変化の応答が速い。このため、この液晶層４３を用いることにより、高速な応答速度を実現することができる。
【００３４】
波長可変液晶フィルタ１４は、液晶の配向応答時間が速く、設定中心透過波長λ0（例えば、赤光透過用波長可変液晶フィルタでは６５０ｎｍ、緑光透過用波長可変液晶フィルタでは５５０ｎｍ、青光透過用波長可変液晶フィルタでは４５０ｎｍ）の整数倍からなるセル厚ｄを有する電界制御複屈折セル３０ａ〜３０ｃを備えた複数の平行ニコル液晶セルと垂直ニコル液晶セルとを組み合わせ、各液晶セルに印加する電位を多段に変更することによって、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅の透過光を生成することができ、１００ｎｍ波長帯域内に複数の異なるピークを有する狭帯域幅の透過光を選択的に出力させることができる。
【００３５】
本発明者らの実験によれば、ＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４に対して、電圧源３３、または３４の印加電圧を任意に変化させることにより、例えば、半値幅を１０ｎｍとしたときには１０％程度の透過率を有する透過光が得られ、半値幅を２０ｎｍとしたときには２５％程度の透過率を有する透過光が得られることが確認されている。
【００３６】
さらに、本発明者らの実験によれば、電圧源３３、または３４の印加電圧を変化させ、波長可変液晶フィルタ１４から出力させることにより、ピーク波長を１ｎｍ刻みで変化させた透過光の分光特性を得ることも可能であることが確認されている。
【００３７】
ここで、透過光の半値幅と透過率とは、トレードオフの関係にある。すなわち、半値幅は、波長可変液晶フィルタ１４のセル膜厚が最大のものによって決まると考えられ、膜厚が大きいほど半値幅を小さくすることができ、急峻な分光波長を得ることができるのに対し、膜厚が大きいほど透過率が下がる。この結果、半値幅を小さくしてより狭帯域幅の透過光を得ようとすると透過率が落ち込み、逆に透過率を上げようとすると透過光の半値幅がブロードになる。したがって、透過光の半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下となるように波長可変液晶フィルタ１４のセル膜厚が選択されることが好ましく、さらには、上記透過光の半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／３以下となるようにセル膜厚が選択されることが好ましい。
【００３８】
透過光特性における半値幅と透過率とのトレードオフの関係を考慮して、透過率を２０％程度、半値幅を２０ｎｍ程度とした場合、Ｒ、Ｇ、およびＢの各波長可変液晶フィルタ１４への印加電圧を各々微細に変化させることによって、１０ｎｍ刻み（即ち、４００ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍ、・・・６９０ｎｍ、７００ｎｍ）で、図６に示すような任意の透過光の分光特性を得られることが確認されている。また、波長可変液晶フィルタ１４のλ0を変更することにより、電圧源３３、または３４への印加電圧を変化させて、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い分光透過光をも得ることが可能であると考えられる。なお、図６の（ａ）〜（ｃ）は、それぞれＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４の分光透過特性を表す。
【００３９】
上記の説明にあっては、波長可変液晶フィルタ１４として、ＲＧＢの各波長可変液晶フィルタ１４を単独で用いる例を挙げたが、図７に示すように、ＲＧＢの各設定中心透過波長λ0が設定された波長可変液晶フィルタ１４を組み合わせて、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域、あるいは近紫外および／または近赤外領域を含む幅広い波長帯域で、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を選択的に得ることが可能となる。
【００４０】
図７において、ＲＧＢの波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂは、クロスプリズム５０の３面に取り付けられ、駆動回路１５により順次に駆動電圧が供給される。各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂには、コンデンサレンズ５１Ｒ、５１Ｇ、５１Ｂを介して、連続または複数の輝線スペクトルを有する光、例えばハロゲン光源から各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂが順次に入射される。
【００４１】
波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへの駆動電圧の印加と、各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂの入射とは同期して行われる。つまり、波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの各液晶セルに複数の電圧が多段に印加されたときに、各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂが入射される。これにより、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の各色成分の狭帯域幅の分光透過光５３が、コンデンサレンズ５４を介して出力される。
【００４２】
この例においては、各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂに入射する各色光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、連続または複数の輝線スペクトルを有する光、例えばハロゲン光源からの光を用いたが、これら入射光５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂは、各々の帯域からなる分光成分のみを入射させてもよい。さらに、分光透過光５３のうちの各分光帯域（ＲＧＢの分光帯域）以外のサイドピーク光の透過を遮断するためのフィルタを、分光透過光５３の出力と連動して挿入してもよい。
【００４３】
波長可変液晶フィルタ１４を図７に示すような構成とすることにより、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる狭帯域幅の分光透過光を複数連続して得ることができ、さらには、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い波長帯域の分光透過光を連続して得ることもできる。
【００４４】
さらに、図７に示すクロスプリズム５０に代えて、各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂをスライド基板上に配置し、これを自動的にスライドさせて光路内に順次挿入・離脱させてもよく、あるいは回転円板（ターレット円板）に各波長可変液晶フィルタ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂを配置し、これを自動的に回転させることによって、光路内に順次挿入・離脱させるような機構を設けてもよい。この場合も、光路内に挿入された波長可変液晶フィルタ１４に複数の駆動電圧を多段に印加することは、前述した図７に示す態様と同様であることはいうまでもない。上記のようなスライドや回転機構を設けることによっても、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の分光透過光を連続して複数得ることができ、さらには、紫外線領域から赤外線領域までの幅広い波長帯域の分光透過光を連続して得ることもできる。
【００４５】
なお、上記実施形態に、図１２に示す従来技術を加えて、標準電子回路パターンを撮像して演算処理装置にメモリする場合、半導体ウエハ１０上に形成された微細な電子回路パターンの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定してもよい。これにより、電子回路パターンの特性に対して、欠陥の大きさ、方向性などの諸条件を加味した検査条件を設定することができる。
【００４６】
また、同様にして、上記実施形態に、図１３に示す従来技術を加えて、同一エリア内において、取得した複数の分光画像毎に、第１の検査条件で設定されたレイヤ２００と、第２の条件で設定されたレイヤ２０１とを重ね合わせ、さらに、例えば膨張／収縮などのフィルタ処理を行って新たなレイヤ２０２からなるエリア設定を得るようにしてもよい。
【００４７】
以上説明したように、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａの撮像に際して、コンピュータ１７の制御の下に、駆動装置１５を介して波長可変液晶フィルタ１４に多段の電位を順次変更して印加し、波長可変液晶フィルタ１４から順次狭帯域の分光透過光を出力して、撮像装置１３でこの分光透過光の撮像を行えば、理論的には、図８に示す色度図チャートにおける全ての分光波長の透過光による狭帯域幅の分光画像を得ることが可能となる。
【００４８】
このように、半導体外観検査装置２ａ、２ｂにおいて、波長可変液晶フィルタ１４を制御して任意の波長からなる複数の狭帯域幅の分光画像を撮像装置１３で撮像して、これをコンピュータ１７のメモリに記憶することができるから、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を発生する欠陥、例えば、金属スパッタ生成膜における膜厚の相違、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の塗布ムラ、アルミパット部におけるエッチング後のメタル層表面の荒れ、スクラッチなどの浅い傷、あるいは酸化膜、アルミ表面の変色、汚れなどの欠陥を確実に検出することができる。
【００４９】
また、標準の半導体ウエハ、および検査すべき半導体ウエハの各々における複数の狭帯域幅の分光画像を、その分光波長情報とともにコンピュータ１７のメモリに記憶し、任意の波長毎に標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを比較することができる。これにより、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とを減算するなどの適当な演算処理を行うことで、任意の波長の分光画像毎に欠陥情報を検出することも可能となる。同様に、検査すべき半導体ウエハにおいて異なる波長の分光画像同士を比較して欠陥情報を検出することも可能である。
【００５０】
図９は、上記のようにして任意の波長毎に標準電子回路パターンの画像あるいは検査すべき電子回路パターンの画像を撮像して得られた分光画像を、コンピュータ１７のメモリ内に蓄積した状態を模式的に示す図であり、複数の色味の異なる分光画像（図中ではハッチングの角度で表している。）が、標準電子回路パターンあるいは検査すべき電子回路パターン毎に記憶されている。なお、図中では、一例として、波長４６０ｎｍ〜６６０ｎｍ（２０ｎｍ刻み）における１１枚の分光画像が蓄積された状態を表す。
【００５１】
図１０（ａ）は、上記の複数の波長の分光画像のうちの１つの波長の標準電子回路パターンの画像を表している。また、（ｂ）は、同じ波長の検査すべき電子回路パターンの画像を表している。検査すべき電子回路パターンの画像には、欠陥６０が観測される。この欠陥６０は、ある波長の分光画像では出現しないか、あるいはその出現が目立たないものであり、図１０（ｂ）で示すその波長の分光画像でのみ出現するものである。
【００５２】
コンピュータ１７で（ａ）、（ｂ）に示す分光画像を減算処理すると、（ｃ）に示す差分画像が得られる。コンピュータ１７は、この差分画像を、元の分光画像の分光波長情報を参照して演算処理することにより、欠陥の大きさ、微細な電子回路パターンの特性（例えば、線幅、配線方向など）に対し、異物のサイズ、方向などに応じて検査条件を段階的に設定した場合などに、自動的に検出を行うことができる。さらに、上記の欠陥６０が出現した分光画像の波長に基づいて、欠陥６０の発生原因の推定を行うこともできる。
【００５３】
以下、上記構成を有する半導体外観検査装置２ａ、２ｂの動作について説明する。まず、リファレンスとなる標準の半導体ウエハを検査ステージ１１上に載置し、照射光学系１２の光源１８を点灯させて、連続または複数の輝線スペクトルを有する光を発生させる。
【００５４】
半導体外観検査装置２ａの場合、光源１８からの光は、コリメートレンズ１９で適宜拡大され、標準の半導体ウエハの検査対象面に照射される。検査対象面で反射した反射光は、波長可変液晶フィルタ１４の前方に設けられた集光レンズ２０により集光され、波長可変液晶フィルタ１４を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。一方、半導体外観検査装置２ｂの場合、光源１８からの光は、波長可変液晶フィルタ１４を透過して、コリメートレンズ１９で適宜拡大され、標準の半導体ウエハの検査対象面に照射される。標準の半導体ウエハの検査対象面で反射した特定の波長光からなる反射光は、集光レンズ２０を透過して撮像装置１３に入射されて撮像される。
【００５５】
波長可変液晶フィルタ１４に入射された光は、コンピュータ１７の制御の下に、駆動回路１５を介して、波長可変液晶フィルタ１４の各液晶セルに印加する電位が多段に変更されることによって、１００ｎｍ波長帯域内において、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる狭帯域幅の透過光として生成され、１００ｎｍ波長帯域内に複数の異なるピークを有する狭帯域幅の透過光として出力される。撮像装置１３では、波長可変液晶フィルタ１４で出力された複数のピーク波長を有する透過光による複数の波長の分光画像（標準の半導体ウエハの標準電子回路パターンの画像）が撮像される。
【００５６】
ここで、波長可変液晶フィルタ１４として、図７に示す構造のものを用いた場合は、可視光域（４００〜７００ｎｍ）全域、あるいは近紫外および／または近赤外領域を含む幅広い波長帯域で、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を選択的に得ることが可能となり、この透過光による幅広い波長帯域の分光画像を複数得ることができる。
【００５７】
撮像装置１３で撮像された標準の半導体ウエハの標準電子回路パターンの画像は、波長可変液晶フィルタ１４に設定された分光波長情報が対応付けられて、コンピュータ１７のメモリ内に蓄積される。
【００５８】
標準電子回路パターンの画像の取得後、標準の半導体ウエハに代えて、検査すべき半導体ウエハ１０を検査ステージ１１上に載置し、上記と同様の手順にて、検査すべき半導体ウエハ１０の電子回路パターンの画像を撮像装置１３で撮像し、これをコンピュータ１７のメモリに記憶する。
【００５９】
検査すべき電子回路パターンの画像の記憶後、コンピュータ１７では、標準電子回路パターンの画像と検査すべき電子回路パターンの画像とが複数の波長毎に比較され、欠陥の検出が行われる。
【００６０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明を行ったが、本発明はさらに種々の応用が可能である。例えば、波長可変液晶フィルタ１４を介して半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａに狭帯域幅の照射光を照射し、この反射光を撮像装置１３で撮像し（図２）、あるいは、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａに照射光を照射して得た反射光を、波長可変液晶フィルタ１４を介して狭帯域幅の分光画像として撮像装置１３で撮像し（図１）、これにより得た狭帯域幅の分光画像に、例えば、レジスト樹脂あるいはポリイミド樹脂の特定の膜厚に起因する干渉縞の如き紋様が発生している場合には、上記した狭帯域幅の分光画像に加えて、かかる縞を検出することによって半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａにおける欠陥を検出することも可能である。同様に、上記した狭帯域幅の分光画像に偏光成分が含まれている場合には、この偏光情報に基づいて、半導体ウエハ１０の検査対象面１０ａにおける欠陥を検出することができる。また、検査対象面１０ａにおけるスペクトラムデータ（例えば、ウエハ上のアルミ配線と銅配線のスペクトラムデータ）を予め記憶しておき、得られた画像情報から、このスペクトラムデータを差し引くようなアルゴリズムを設定すれば、ごみなどの異物の検出をさらに容易にすることが可能である。さらに、波長可変液晶フィルタ１４が温度ドリフト特性を有する場合、本発明の半導体外観検査装置２ａ、２ｂ、あるいは波長可変液晶フィルタモジュール内に温度センサを設けておき、この温度センサで検出された温度に基づいて、駆動回路１５に印加する電圧値を変更するように、コンピュータ１７で制御を行うようにしてもよい。
【００６１】
以上詳細に説明したように、本発明の半導体外観検査装置は、固定的な波長の透過特性を有する光学フィルタの使用に代えて、波長可変液晶フィルタを用いることを特徴としている。従って、本発明によれば、その実効光路長が、設定された中心透過波長の整数倍となるような厚みを有する液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルと垂直ニコル液晶セルとを組み合わせ、各液晶セルに印加する電位を多段に変更することによって、１００ｎｍ波長帯域内において複数のピークを有し、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下、好ましくは１／３以下からなる複数の狭帯域幅の透過光を生成する波長可変液晶フィルタと、波長可変液晶フィルタの各液晶セルに複数の電位を順次切り替えて印加する駆動回路とからなる透過特性切替装置を備えたので、１００ｎｍ波長帯域内において複数の波長の分光画像を順次に撮像することが可能となり、半導体ウエハあるいはペレットの外観検査を行う際に、白黒画像の濃度変化分としても表れにくく、カラー画像の色彩の差異としても表れにくい極めて微細な色彩の相違を成分欠陥として確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を適用した半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図４】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図５】液晶セルの構成例を示す図である。
【図６】透過光の分光透過特性の一例を示すグラフである。
【図７】波長可変液晶フィルタの構成例を示す図である。
【図８】色度図チャートを示すグラフである。
【図９】撮像装置で撮像した複数の分光画像をコンピュータのメモリ内に蓄積した状態を模式的に示す説明図である。
【図１０】複数の波長の分光画像のうちの１つの波長の分光画像の例を示す説明図であり、（ａ）は標準電子回路パターンの画像、（ｂ）は検査すべき電子回路パターンの画像、（ｃ）はこれらの画像の差分画像をそれぞれ示す。
【図１１】従来の半導体外観検査装置の概略構成を示す図である。
【図１２】電子回路パターンの各エリアの特性に応じて検査条件を設定する従来の半導体外観検査技術の例を示す図であり、（ａ）は電子回路パターンに対して欠陥が影響を及ぼすものとして検査不合格と認定される場合、 (ｂ)は電子回路パターンに対して欠陥が影響を及ぼさないものとして検査合格と認定される場合をそれぞれ示す。
【図１３】検査条件を変化させたレイヤ毎の重ね合わせによって検査条件を設定する従来の半導体外観検査技術の例を示す図であり、（ａ）は第１の検査条件で設定されたレイヤ、（ｂ）は第２の検査条件で設定されたレイヤ、（ｃ）は膨張／収縮などのフィルタ処理を行って生成した新たなレイヤをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００６３】
２ａ、２ｂ 半導体外観検査装置
１０ 半導体ウエハ
１３ 撮像装置
１４ 波長可変液晶フィルタ
１５ 駆動回路
１６ 透過特性切替装置
１７ コンピュータ
１８ 光源
３０ａ〜３０ｃ 電界制御複屈折セル
３１ａ〜３１ｃ、３２ 偏光子
３３ａ〜３３ｃ、３４ 電圧源
４３ 液晶層
５０ クロスプリズム
５３ 分光透過光
６０ 欠陥
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の検査対象面に光を照射する光源と、
前記検査対象面で反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置と、
前記透過特性切替装置からの透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、
前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、
前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、
各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源と半導体の検査対象面との間に設けられ、前記光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させて前記検査対象面に照射するようにした透過特性切替装置と、
前記検査対称面で反射した前記透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、
前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、
前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、
各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項３】
前記波長可変液晶フィルタは、前記設定中心透過波長の異なる複数の波長可変液晶フィルタが組み合わされ、
前記複数の波長可変液晶フィルタに、個別に前記検査対象面で反射した反射光、または前記光源からの光を入射させ、前記透過光を出力させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体外観検査装置。
【請求項１】
半導体の検査対象面に光を照射する光源と、
前記検査対象面で反射した反射光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させるようにした透過特性切替装置と、
前記透過特性切替装置からの透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、
前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、
前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、
各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源と半導体の検査対象面との間に設けられ、前記光源からの光から、少なくともその半値幅が１００ｎｍ波長帯域の１／２以下からなる狭帯域幅のピークを有する透過光を生成するとともに、前記１００ｎｍ波長帯域内において、前記透過光を複数の波長で選択的に出力させて前記検査対象面に照射するようにした透過特性切替装置と、
前記検査対称面で反射した前記透過光を分光画像として撮像する撮像装置と、
前記分光画像を記憶する記憶装置とを備え、
前記透過特性切替装置は、その実効光路長が設定中心透過波長の整数倍からなるように厚みが設定された液晶デバイスを少なくとも１つ有する複数の平行ニコル液晶セルおよび垂直ニコル液晶セルを組み合わせてなる波長可変液晶フィルタと、
各液晶セルに複数の電位を多段に切り替えて印加する駆動回路とから構成されることを特徴とする半導体外観検査装置。
【請求項３】
前記波長可変液晶フィルタは、前記設定中心透過波長の異なる複数の波長可変液晶フィルタが組み合わされ、
前記複数の波長可変液晶フィルタに、個別に前記検査対象面で反射した反射光、または前記光源からの光を入射させ、前記透過光を出力させるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体外観検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１６５３５２（Ｐ２００６−１６５３５２Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５６０５４（Ｐ２００４−３５６０５４）
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【出願人】（５９３１０２３４５）イノテック株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００２１９４５１）東亜ディーケーケー株式会社 (204)
【出願人】（５９３１０２３４５）イノテック株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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