JP2005351845A - 基板検査装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板検査装置および方法において、異なる方向に放射される反射光や回折光による被検体の画像を効率よく取得することができ、検査時間の短縮を図ることができるようにする。
【解決手段】 照明部２により被検体１をライン状に照明し、被検体１から異なる角度方向に放射される光を像面上の異なる位置に結像するレンズ４を設け、それらの像を２次元ＣＣＤ５上の異なる位置で同時に撮像できるようにしたＣＣＤカメラ３を設ける。そして、角度幅θの範囲に放射される光の画像データを同時に取得できるようにする。それら画像データを放射方向ごとに読み出して欠陥検査を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板検査装置および方法に関する。例えば、半導体ウエハ、液晶基板などの規則的なパターンが形成された基板の表面欠陥を検査する基板検査装置および方法に関する。

従来、半導体ウエハや液晶基板など、表面に規則的なパターンを有する基板の検査では、被検体にライン状の照明光を照射し、それにより被検体から放射される正反射光、回折光、散乱光などを撮像素子で撮像することが行われている。
例えば、特許文献１には、そのような基板検査装置の一例である表面欠陥検査装置が記載されている。図７（ａ）を参照してこの装置について簡単に説明する。図７（ａ）は、装置の主要部の概略構成を説明するための斜視説明図である。
表面欠陥検査装置６０は、被検体１を保持して１軸方向に移動するステージ６と、ステージ６の移動方向と直交する方向の線状の検査位置Ｌ_０にライン状の照明光を照射する照明手段６１と、この照明光により、被検体１の表面から放射される正反射光、回折光および散乱光などの光を撮像するための結像レンズ６２および撮像手段６３とを備える。撮像手段６３は、検査位置Ｌ_０の長手方向の中心軸回りに回動可能なヒンジ部６５で支持された回動機構６４に固定されている。撮像手段６３の撮像素子は１次元イメージセンサが用いられる。
そして、照明光を検査するパターンに照射したとき、パターンのピッチに応じて発生する回折光を検出して、それが良品の被検体１の回折像と一致しないとき被検体１に欠陥が存在すると判断できるようになっている。
また、特許文献２には、このような基板検査装置において、撮像手段の傾き角度θ_１と輝度値との関係から回折光に対する最も観察に適しているｎ次回折光を判定する判定部を備え、判定部の判定結果に基づいて、傾き角度θ_１を設定する欠陥検出装置が記載されている。
特開平９−６１３６５号公報（第４−６頁、図２、５、６、８） 再公表特許ＷＯ０１／０７１３２３号公報（図１、２）

しかしながら、上記のような従来の基板検査装置には以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、撮像手段６３を撮像すべき回折光の放射方向である角度θ_１に正確に配置することが必要である。しかし、角度θ_１を理論的に求めることができるのは、照明光が単色光または狭い波長域を有する、被検体１の表面のパターン形状が正確に分かっている、表面が単層膜で厚さが均一である、といった条件を満足する場合に限られるので、一般には回折方向が理論的方向からずれて、正しい回折像が得られないことになる。
したがって、実際には、図７（ｂ）に一例を示すように撮像角を変えて受光量の変化を測定し、正反射光に対する輝度のピーク位置を検出して、所望の回折光の回折角を求める必要がある。図７（ｂ）では、１次回折光は、照明光の波長分布に応じて比較的ブロードなピークを形成しており、例えば、その極大値を与える角度を撮像手段６３の配置する角度θ_１とすることが多い。
そのため角度θ_１を求めるためには撮像角を細かく可変して測定を行う必要が生じるので手間がかかるという問題があった。測定を簡略化すると、回折光を正確に検出できなくなるので欠陥の検出精度が悪化することにつながる。
また被検体１上のパターンは複数ある場合が多いので、それに応じて多数の検査画像を撮像する必要があり、さらに１つのパターンでも欠陥の抽出精度を上げるためには複数の撮像条件で画像を取得することが好ましいため、回折光を探査するための測定もそのたびに繰り返す必要が生じる。その結果、検査時間が増大していくという問題があった。
また、特許文献２に記載の技術では、そのような傾き角度θ_１を決定するための判定部を有するものの、検出そのものの手間を省くことはできないという問題があった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであって、異なる方向に放射される反射光や回折光による被検体の画像を効率よく取得することができ、検査時間の短縮を図ることができる基板検査装置および方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、基板検査装置であって、ライン状の照明光を被検体に照射する照明手段と、前記照明光により被検体から放射される光を放射方向に応じて互いに異なる位置に像を形成する結像手段と、該結像手段により形成された像を同時に撮像する撮像手段と、前記照明手段、結像手段、および撮像手段を、被検体に対して相対的に移動させる移動手段と、前記撮像手段により撮像した画像を、前記被検体から放射される光の方向に応じて読み出し可能に記憶する画像記憶部と、該画像記憶部から読み出された画像データにより欠陥検査を行うための画像検査手段とを備えた構成とする。
この発明によれば、照明手段により被検体をライン状に照明し、被検体の検査位置から放射された光を、結像手段により放射方向に応じて異なる位置に結像し、それらの像を撮像手段で同時に撮像して画像記憶部に記憶することができる。そして移動手段により照明手段、結像手段および撮像手段に対して被検体を相対的に移動して検査位置を変え、被検体上を走査することで、被検体表面全体の画像を取得できる。そして、画像記憶部から、角放射方向ごとの画像を読み出し、画像検査手段により欠陥検査を行うことができる。その結果、結像手段のＮＡが許す角度範囲では、撮像手段を移動することなく、その角度範囲内の画像データが同時に取得できる。

なお、ここで、同時に撮像するとは、撮像手段の異なる位置の画素で撮像されるために実質的に同時に撮像できるという意味であり、１回の撮像周期内の各画素の読み出し制御に由来する時間差が生じてもよいことは言うまでもない。したがって、このような撮像手段は、例えばＣＣＤエリアセンサなどの２次元撮像素子により実現される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の基板検査装置において、前記画像記憶部から読み出された画像データにより検査条件を設定するための検査条件解析部を備える構成とする。
この発明によれば、検査条件解析部により、撮像手段で同時に取得された放射方向の異なる光の画像データから、検査条件を設定できるので、適切な検査条件を迅速に設定することができ、検査精度を向上することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の基板検査装置において、少なくとも前記結像手段が、前記照明光の入射方向に対して、光軸方向を可変できるように相対的に回動可能とされた構成とする。
この発明によれば、少なくとも結像手段を照明光の入射方向に対して、相対的に回動させて光軸方向を可変できるので、より広範囲の方向に放射される光を結像することが可能となり、そのような像を撮像手段により撮像できる。
この場合、撮像手段が結像手段とともに回動してもよい。
また、撮像手段を固定して、例えば可動ミラーなどの偏向手段により光路を結像手段の回動に合わせて偏向してもよい。
また、撮像手段を固定する場合、撮像手段の撮像エリアが十分に大きければ、結像手段の回動に応じて撮像面上を移動する像を撮像して、画像データと回動角度を対応させるよう画像処理することにより、偏向手段を省略してもよい。

請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の基板検査装置において、前記結像手段および前記撮像手段が、前記照明光の照射位置の長手方向に移動可能とされた構成とする。
この発明によれば、結像手段および撮像手段を照明光の照射位置の長手方向に移動して画像を取得できるから、被検体上の検査範囲を照射位置長手方向に分割して検査することができる。その結果、１回の検査範囲が照射位置長手方向に短くてよいので、コンパクトな結像手段および撮像手段により検査を行うことができる。

請求項５に記載の発明では、基板検査方法であって、ライン状の照明光を被検体に照射し、前記照明光により被検体から複数の方向に放射される光を同時に撮像しつつ、前記被検体を移動し、撮像された画像を前記被検体から放射される光の放射方向ごとの画像データに分けて、それぞれに画像処理を施すことにより、前記被検体に好適となる検査条件を解析し、その解析結果から検査条件を設定する方法とする。
この発明によれば、被検体から複数の方向に放射される光による画像データを同時に撮像して画像データを取得してから、放射方向ごとの画像データに分けて、それらを画像処理するので、撮像に要する時間を短縮することができる。また、そのような画像データから好適な検査条件を解析して検査条件を設定するので、検査条件の設定を迅速かつ容易に行うことができる。
このような基板検査方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の基板検査装置を用いるのに好適な方法となっている。

本発明の基板検査装置および方法によれば、被検体から放射される光の複数の放射方向の画像を同時に撮像した後、放射方向ごとの複数の画像データとして読み出すことができるので、異なる方向に放射される反射光や回折光による被検体の画像を効率よく取得することができ、検査時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本発明の実施形態に係る基板検査装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の主要部の構成について説明するための斜視説明図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面の光路を模式的に表す模式光路図である。図２において、符号Ｎは被検体１の検査表面の法線を示す。図３は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の制御系の機能ブロック図である。

本実施形態の基板検査装置１００の主要部の構成は、図１に示すように、照明部２（照明手段）、レンズ４（結像手段）、ＣＣＤカメラ３（撮像手段）、ステージ６（移動手段）、および不図示の制御ユニット１１０（図３参照）からなる。なお、符号１は、基板検査装置１００で欠陥検査を行う被検体を示す。被検体１は、例えば半導体ウエハ、液晶基板など表面に規則的なパターンが形成された基板である。

照明部２は、ライン状の略平行光束を放射して、被検体１の表面の所定の検査位置Ｌ上に、適宜幅のライン状の照明光を照射できるようにしたものである。照明光の長手方向、短手方向の幅は、不図示の光規制部材により調整可能とされている。ライン状の長手方向の最大照射幅は、被検体１の最大検査幅にわたって照明可能な幅を有する。
照明部２の光源は、後述するＣＣＤカメラ３で撮像可能であれば、適宜の光源を採用できる。例えば、白色ＬＥＤやそれをフィルタで波長制限した光源などを採用することができる。そして、例えば散乱板やシェーディング補正板などの光源に応じた照度補正手段（不図示）により、照明光は長手方向の照度分布を均一にできるようになっている。
また照明光を平行光束とするために、例えばシリンドリカルレンズなどの適宜の集光光学系を備える。
そして、検査位置Ｌに沿って延びる回動軸を中心として被検体１に対する角度θ_０を可変して回動できる回動機構（不図示）を備えている。

レンズ４は、照明部２により照明された被検体１から複数の方向に放射される正反射光、回折光、散乱光などを放射方向に応じて像面内の異なる位置に結像するための光学素子である。
図２に示すように、レンズ４は、被検体１の照明領域の全長手方向幅を撮像可能範囲とし、そこから角度幅θの範囲に放射される光を結像するＮＡを備える。すなわち、光軸４ａが被検体１から計って角度θ_１方向にあるとき、角度幅θ内にある被検体１から計って角度φ_１、φ_ｍの方向（ただし、φ_１＜θ_１＜φ_ｍ）に放射される光束をすべて撮像することができる。例えば、光束Ｂ_１、Ｂ_ｍと、角度θ_１の方向に放射される光束Ｂ_ｊとを、２次元ＣＣＤ５上でそれぞれ像ｂ_１、ｂ_ｍ、ｂ_ｊとして結像できるようになっている。このとき少なくともある次数の回折光がＣＣＤ面上で撮像できるように設置されている。
レンズ４は、このような結像性能を実現するために、図１では１つの素子として描いているが、例えば、球面、非球面、自由曲面、シリンドリカル面、フレネルレンズ面など適宜の光学面を備えた光学面などを組み合わせたレンズ群で構成されていてもよい。必要ならば、レンズに限らず、パワーを有する他の光学素子、例えば、曲面ミラー、パワーを有するプリズム、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element、回折光学素子）、ホログラム素子などを採用してもよい。また、レンズ４は、図２の紙面に平行な面内と垂直な面内とにおいて異なるパワーを有したレンズとなっている。特にトーリック面を有するレンズや自由曲面を有するレンズで形成するのが収差補正上望ましい。レンズ３Ｂも同様な形状を持つレンズとなっており、レンズ４とレンズ３Ｂとを組み合わせることにより結像光学系３ａ（結像手段）を形成している。

ＣＣＤカメラ３は、レンズ３Ｂとエリアセンサである２次元ＣＣＤ５とを備え、レンズ４の像面の実像をレンズ３Ｂにより２次元ＣＣＤ５上に導いて、被検体１から放射された光を放射方向ごとに分離した状態で撮像し、それぞれを光電変換するものである。
２次元ＣＣＤ５の画素は、（水平走査方向×垂直走査方向）が、（ｎ×ｍ）個となっている（ｎ、ｍは整数）。なお、ＣＣＤ以外にＣＭＯＳなどの２次元の撮像素子を用いることができる。
また、撮像光学系３ａには、図２に示すように、物体側に不要光を規制するための絞り３Ａが設けられている。
２次元ＣＣＤ５は、画像データの読み出しが容易となるように、像の長手方向が２次元ＣＣＤ５の水平走査方向と一致するように配置される。そのため、放射方向が異なる像は像のスキューなどの誤差を除いて、それぞれ２次元ＣＣＤ５の垂直走査方向にわたって分離して撮像されるようになっている。

ＣＣＤカメラ３は、レンズ４と一体となるように構成され、検査位置Ｌに沿って延びる回動軸を中心として被検体１に対する角度θ_１を可変して回動できる回動機構（不図示）を備えている。
すなわち、本実施形態では、照明部２とＣＣＤカメラ３（レンズ４を含む）とがそれぞれ独立に回動できるようになっている。ただし、検査パターンの形状などにより、検査に用いる光の放射方向が狭くてよい場合には、いずれかだけが回動できるようにしてもよい。

ステージ６は、検査位置Ｌを被検体１上の適切な位置に相対的に移動するために、被検体１を移動可能に保持するものである。
被検体１を保持する手段としては、例えば真空吸着機構などが採用できる。また移動させるための機構としては、例えば法線Ｎの方向をＺ軸とするＸＹＺ移動ステージと、Ｚ軸回りに回転する回転ステージとの組合せなどを採用することができる。また必要に応じて、ティルト調整を行うためにＸ軸、Ｙ軸回りの回動ステージを設けてもよい。

制御ユニット１１０の概略構成は、図３に示すように、制御部１５、ステージ移送回転制御部８、光学系制御部９、および角度制御部１０からなる。
制御部１５には、基板検査装置１００を操作するための情報を入力する入力部１７、入力情報や検査結果などを文字、グラフィック、撮像画像などの形で表示する表示部１６、照明部２、ＣＣＤカメラ３、ステージ６、ステージ移送回転制御部８、光学系制御部９、角度制御部１０および設計情報解析部３１が接続され、それぞれに対して制御信号やデータの送受信が可能とされている。制御部１５は、電気回路を組んだハードウェアであってもよく、コンピュータ、特にネットワーク上のホストコンピュータであってもよい。
ステージ移送回転制御部８には制御対象としてステージ６が接続され、光学系制御部９には制御対象としてＣＣＤカメラ３および照明部２が接続され、角度制御部１０には制御対象として、ＣＣＤカメラ３および照明部２に含まれる回動機構（不図示）が接続されている。

制御部１５は、メイン制御部５００、画像検査部５０１（画像検査手段）、判定部５０２（画像検査手段）、記憶部５０３（画像記憶部）、および検査条件解析部５０４を備える。
メイン制御部５００は、ステージ移送回転制御部８、光学系制御部９、および角度制御部１０に制御信号を送って基板検査装置１００の全体動作を制御するとともに、制御部１５に対するデータ入出力を制御する。
メイン制御部５００は、全体動作の制御を通じて、照明部２の照明角度、照明条件と、ＣＣＤカメラ３の撮像角度、撮像条件と、ステージ６の位置情報から現在の検査位置の情報とを把握している。そのため、ＣＣＤカメラ３から取得される画像データをこれらの情報と関係づけて把握できるようになっており、ＣＣＤカメラ３から取得される画像データの画素位置情報から、画像データの放射方向角度を算出できる。その結果、画像データを被検体１からの放射方向ごとに読み出し可能となるように振り分けて記憶部５０３に記憶させる制御を行えるようになっている。

画像検査部５０１は、記憶部５０３に記憶された画像データから、放射方向ごとの画像データを読み出して、正常なパターンの画像データと比較し、欠陥を抽出するものである。
判定部５０２は、画像検査部５０１により抽出された欠陥を欠陥辞書などのデータを参照して欠陥の種類を判定し、判定結果を、検査結果として、表示部１６に表示するものである。
なお、表示部１６には、必要に応じて取得した画像や欠陥抽出した画像などが表示できるようになっている。

検査条件解析部５０４は、記憶部５０３に記憶された画像データから、放射方向ごとの画像データを読み出して、被検体１による反射光や被検体１上のパターンにより回折された光束の輝度データを収集し、その放射方向に対する輝度情報を解析し、所定のパターンを検査するための、照明部２、ＣＣＤカメラ３の検査条件を自動的に求めることができるようになっている。

設計情報解析部３１は、被検体１に形成するパターンの位置・形状をＣＡＤ部３２から取得し、基板検査装置１００に必要な検査位置情報と設計上予測される概略の回折光の放射方向を入力するための手段である。これらの情報が、例えば入力部１７から入力されるなど、他の手段により与えられる場合には設けなくてもよい。

ステージ移送回転制御部８は、メイン制御部５００からの制御信号に基づいて、ステージ６の移動量を制御するものである。
光学系制御部９は、メイン制御部５００からの制御信号に基づいて、照明部２、ＣＣＤカメラ３の光学的な条件、例えば、照明光量、フォーカス、露光時間などを制御するものである。照明部２、ＣＣＤカメラ３が自動切替可能なフィルタを備える場合には、その切替動作も制御する。
角度制御部１０は、メイン制御部５００からの制御信号に基づいて、照明部２、レンズ４を含むＣＣＤカメラ３の回動機構を制御し、照明部２の照明光の入射角度θ_０、ＣＣＤカメラ３の撮像角θ_１を可変するものである。

次に、本実施形態の基板検査装置１００による基板検査方法について説明する。
本実施形態の基板検査方法は、ステージ６に被検体１を位置決め・ロードしてから、予備検査工程と本検査工程とを順次行う。
なお、以下では、特に断らない限り、照明部２の照明光の入射角度は、図２の図示左側の被検体１の上面から計り、ＣＣＤカメラ３の撮像角および回折光などの出射角度は図２の図示右側の被検体１の上面から計るものとする。すなわち、入射角度または撮像角・出射角度が鈍角であれば、法線Ｎに対して図２の位置と左右反対側に移動していることを意味する。

予備検査工程は、被検体１の検査すべきパターンに応じて最適の検査条件を求め、リファレンス用の良品画像を取り込む工程である。
まず、メイン制御部５００からステージ移送回転制御部８に制御信号を送り、ステージ６を移動させて被検体１を所定の検査位置に送る。
メイン制御部５００は、入力部１７より入力されるか、設計情報解析部３１により提供されるパターンの情報に基づいて、照明光の入射角度と検査に必要な回折光の概略の放射方向を算出する。例えば、あるパターンでは、照明光の入射角度が角度θ_０のとき、検査に用いる１次回折光が角度θ_１で出射されるという情報が入力されるとする。
その場合、メイン制御部５００は、角度制御部１０に制御信号を送り、照明部２、ＣＣＤカメラ３をそれぞれ角度θ_０、θ_１の位置に移動させる。

次に、メイン制御部５００は、光学系制御部９に制御信号を送り、照明部２およびＣＣＤカメラ３を起動する。そして照明部２の光量、ＣＣＤカメラ３のフォーカス、露光時間などの光学的条件を調整し、適切なフォーカス、コントラストで撮像できるようにする。

検査位置Ｌからは、図２に示すように、検査位置Ｌ上のパターンに応じて回折光が放射される。
そして角度θ_１を中心にして、レンズ４のＮＡに応じた角度幅θ内に入る回折光、散乱光などの光がレンズ４により像面に導かれ、ＣＣＤカメラ３にあるレンズ３Ｂによりそれらの像が２次元ＣＣＤ５上に結像される。すなわち、検査位置Ｌから放射された光束Ｂ_１、Ｂ_ｊ、Ｂ_ｍの像ｂ_１、ｂ_ｊ、ｂ_ｍ（ｊ、ｍは、ｊ＜ｍの整数）が、２次元ＣＣＤ５上の垂直走査方向の異なる画素で受光される。また、これらの像の奥行き方向は、水平走査方向に並んだｎ個の画素で受光される。この様子を図４に模式的に示した。
図４は、２次元ＣＣＤ５上で受光される像と画像データとの関係を示す模式図である。
角度幅θ内の光はすべて、２次元ＣＣＤ５の垂直走査方向では像ｂ_１、ｂ_ｍの間に結像されるから、２次元ＣＣＤ５の垂直走査方向の画素により、角度幅（θ／（ｍ−１））おきの光の像が画像データとして取得される。撮像角のθ_１はこの中心にあるが、これをｊ番目として、以下、θ_１＝φ_ｊと記す。

メイン制御部５００はこれらのデータを角度φ_ｉ（ｉ＝１，…，ｍ）ごとに分けて記憶部５０３に記憶させる。例えば、角度φ_ｉのデータを被検体１の表面の位置座標に対応する２次元配列Ｓ_ｉに格納する。
そして、ステージ６を所定距離移動させて被検体１上で検査位置Ｌを相対的に移動し、上記の動作を繰り返す。
このようにして、被検体１の必要な領域が走査され、２次元配列Ｓ_ｉに、角度φ_ｉに放射される光による被検体１の画像データが格納される。

このようなデータは、従来、ＣＣＤカメラ３を角度φ_１〜φ_ｍの間を角度幅（θ／（ｍ−１））で（ｍ−１）回移動させてそれぞれの位置でラインセンサにより撮像することで取得されていたが、本実施形態によれば、これらが同時に取得されるので、検査時間が格段に短縮される。

なお、角度幅θの範囲外に放射される光による画像データを取得する場合には、メイン制御部５００により角度制御部１０を制御して、ＣＣＤカメラ３の撮像角θ_１を変更して、例えば２次元配列Ｓ_ｉ（ｉ＝ｍ＋１，…，２ｍ）などに格納して画像データを増やしてもよい。

次に、検査条件解析部５０４により、２次元配列Ｓ_ｉを順次読み出して、本検査工程に最適な撮像角を設定するための検査条件を解析する。
検査条件の解析は、放射角度ごとの画像データを用いて検査条件を解析する従来のいかなる方法によって行ってもよいが、一例として、所定位置の１次回折光を最適に撮像する条件を求める場合で説明する。
まず、所定位置に対応する注目画素あるいはその近傍画素のデータを加味して所定位置から所定角度に放射される光の輝度を求める。そして、放射角度に対する輝度分布を求める。図５は、このような輝度分布の例を模式的に表すグラフである。横軸は放射角度、縦軸は輝度である。
被検体１から放射される光には散乱光が含まれ、また照明光が単色光でないために、一般には、輝度分布は複雑な分布となる。まず、正反射光のピークが角度θ_０方向のピークとして同定され、それに隣接するピークが１次回折光と同定される。
例えば、図５に示す例では、幅θ内に観察される１次回折光は、角度φ_１からφ_ｊにかけて、輝度Ｐ_１から増大して段状部を経て輝度Ｐ_ｊに増大し、角度φ_ｊからφ_ｉにかけてピークが増大し、角度φ_ｉで極大値Ｐ_ｉを示し、角度φ_ｍへ向かうにつれて急峻に輝度が減少し、角度φ_ｍで輝度Ｐ_ｍとなる、といった分布を示す。

検査条件解析部５０４は、このような分布を表すデータ列を取り出すと、数値演算処理により輝度の極大値Ｐ_ｉと、極大値をとる放射角度φ_ｉを算出する。そして、角度φ_ｉをこの位置のパターンによる１次回折光の放射角と判定し、本検査工程における撮像角として設定する。
このようにして、パターンに応じた回折光の検査条件を順次判定していく。
以上で、予備検査工程を終了する。

以上の予備検査工程では、検査条件として、回折光の放射方向を求める例で説明したが、照明光の光量や波長などの他の条件を変えて画像データを取得すれば、それらを比較することにより、これらの条件の最適化を図ることができる。

本検査工程では、予備検査工程で得られた検査条件に基づいて画像を取得して記憶部５０３に記憶する。この場合、予備検査工程と同様に、撮像角回りに±（θ／２）の角度範囲の画像データが同時に取得される。それ以上の範囲の画像データが必要な場合は、撮像角を変えて画像データを取得する。
そして、このような画像データを画像検査部５０１に送って、予備検査工程で取得された良品の画像データと比較することにより、欠陥を抽出し、判定部５０２により欠陥の種類、位置情報などを判定する。

このように本実施形態の基板検査装置１００によれば、予備検査工程および本検査工程において、異なる放射方向の画像を角度θの範囲で同時に取得できるので、検査の効率を格段に向上することができる。
また、予備検査工程では、理論的に予測される回折光の放射方向近傍の画像データを同時に取得でき、それらを検査条件解析部により解析して、検査に適する検査条件、例えば、実際の回折光の放射角度などを自動的に設定できるので、高精度の検査を迅速かつ容易に行うことができる。

次に、本実施形態に係る基板検査装置の変形例について説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る基板検査装置の変形例について説明するための斜視説明図である。
本変形例に係る基板検査装置１２０は、基板検査装置１００のレンズ４に代えてレンズ４０（結像手段）を備え、不図示の移動機構によりレンズ４０およびＣＣＤカメラ３を照明光の照射位置の長手方向に移動可能としたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。

レンズ４０は、レンズ４と同様に、照明部２により照明された被検体１から複数の方向に放射される正反射光、回折光、散乱光などを放射方向に応じて像面内の異なる位置に結像するための光学素子であるが、レンズ４に比べて、検査位置長手方向の画角が狭くなっている点がレンズ４と異なる。
長手方向の画角の大きさは適宜設定することができるが、図６に示す例では、被検体１の最大検査幅の１／２よりわずかに長い幅の像が得られる画角とし、２つの検査位置Ｌ_１、Ｌ_２に分割して全検査幅の画像データを取得できるようにしている。
そのため、本変形例では、まず検査位置Ｌ_１の範囲で被検体１の画像データを取得し、次にレンズ４０およびＣＣＤカメラ３を検査位置Ｌ_２上に移動して、被検体１の画像データを取得することにより、被検体１の全画像データを取得する。検査位置Ｌ_１、Ｌ_２との境界部では、２回の測定により重複して測定される画像データを画像処理により判断して、境界部データの整合をとる処理を行う。

本変形例によれば、上記実施形態に比べて、２倍の走査時間を要するが、角度幅θの範囲の画像をそれぞれ同時に取得するので従来よりも検査時間を短縮できる。
また、レンズ４０を小型化できるので、レンズ４０の製造が容易となり、装置をコンパクトに構成することができるという利点がある。

ここで、上記の基板検査方法において、輝度情報に波長情報を組み合わせて高精度の欠陥判定を行えるようにした変形例について、上記と異なる点を中心に説明する。
図８は、本発明の実施形態に係る基板検査方法の変形例における画像データについて説明するための模式説明図である。図９は、本変形例に用いる検査対象位置での波長に対応する輝度分布のグラフについて説明するための模式説明図である。図１０は、本変形例における欠陥検出の原理について説明するための模式説明図である。

本変形例の基板検査方法では、上記実施形態と同様にステージ６に被検体１を位置決め・ロードしてから予備検査工程と本検査工程とを順次行う。
まず、予備検査工程では、良品と想定される被検体１を用い、上記に説明したように、検査に最適な照明系と撮像系とのそれぞれの配置角度θ_０、θ_１を上記に説明したように決定する。
そして、メイン制御部５００からステージ移送回転制御部８に制御信号を送り、ステージ６を移動させて被検体１を所定の検査開始位置に送る。
また、メイン制御部５００は、角度制御部１０に制御信号を送り、照明部２、ＣＣＤカメラ３およびレンズ４をそれぞれ角度θ_０、θ_１の位置に移動させる。

次に、メイン制御部５００は、光学系制御部９に制御信号を送り、照明部２およびＣＣＤカメラ３を起動する。そして照明部２の光量、ＣＣＤカメラ３のフォーカス、露光時間などの光学的条件を調整し、適切なフォーカス、コントラストで撮像できるようにする。
被検体１に照明を当て、図２に示すように、検査位置Ｌから放射された光束により、像ｂ_１、…、ｂ_ｊ、…、ｂ_ｍ（ｊ、ｍは、ｊ＜ｍの整数）を、２次元ＣＣＤ５上に垂直走査方向の異なる画素に形成する。

ここで、ステージ６を所定距離だけ等速で移動させて、図８に示すように、被検体１の撮像位置Ｌ_１、…、Ｌ_ｋ、…、Ｌ_ｓ（ｋ、ｓは、ｋ＜ｓの整数）で被検体１の全部または一部を撮像する。そして、撮像位置Ｌ_ｉで被検体画像Ｐ_ｉが得られるものとする（ｉは、１≦ｉ≦ｓの整数）。
各被検体画像Ｐ_ｉは、それぞれ、被検体１からの放射方向に応じた像ｂ_Ｊ（１≦Ｊ≦ｍ）からなるので、それらを区別するため、図８に示すように改めて像ｂ_ｉＪと表す。各ｂ_ｉＪは画像データとしては、それぞれｎ個の１次元配列を形成している。
そして、添字ｉを固定した画像データｂ_ｉ１、…、ｂ_ｉｋ、…、ｂ_ｉｓをこの順に抜出して、画像Ｗ_ｉ（１≦ｉ≦ｍ）を構築する。このようにして添字ｉに対応して、それぞれ波長の異なる光で形成された被検体１の画像Ｗ_ｉをｍ個取得することができる。

次に、図９に示すように、各画像Ｗ_ｉから、検査対象とする位置（Ｘ_ａ、Ｙ_ｂ）に対応する画像データｗ_１ａｂ、…、ｗ_ｊａｂ、…、ｗ_ｍａｂを取り出して並べ、被検体グラフデータ６０１を構成する。これらの画像データにより、位置（Ｘ_ａ、Ｙ_ｂ）における特定波長に対応する輝度分布が得られる。すなわち、図９のグラフでは、横軸は添字ｉ（１≦ｉ≦ｍ）に対応した波長情報を表し、縦軸は輝度情報を表している。
被検体グラフデータ６０１は、良品と想定されるデータなので、リファレンスデータすなわち検査基準データとして、例えば配列などの適宜の形式で記憶部５０３に記憶する。
そして必要な検査対象位置すべてに対して被検体グラフデータ６０１を取得する。
以上で予備検査工程を終了する。

次に本検査工程においては、予備検査工程と同様の動作を他の被検体に対して行い、図１０に示すように、予備検査工程で作成した被検体グラフデータ６０１に対応する被検体グラフデータ６０２を取得する。
そして、被検体グラフデータ６０２を画像検査部５０１に送って、判定部５０２により記憶部５０３に記憶された被検体グラフデータ６０１と比較し、良否を判定する。
このように本変形例では、輝度情報だけではなく、被検体内の特定座標位置での波長情報を容易に取り出すことができるので、輝度情報と組み合わせて判定を行うことで、高精度で３次元的な検査を行うことができる。

良否の判定、すなわち欠陥の判定方法は、種々の方法により行うことができるが、例えば、（１）良品との輝度差に閾値を設定する方法、（２）良品と輝度差を積算して閾値を設定する方法、（３）良品との輝度差を波長ごとに統計処理しそれらの分散値に基づいて重みづけられた閾値を設定する方法などが挙げられる。以下、これら方法（１）、（２）、（３）について簡単に説明する。
図１１、１２、１３は、本発明の実施形態に係る基板検査方法に用いることができる欠陥の判定方法について説明するための模式グラフである。

方法（１）の場合、図１１に示すように、被検体グラフデータ６０２、６０１の差分を取ることにより、波長に対する輝度差の分布を示す輝度差グラフデータ６０３を得る。そして、輝度差について、明暗それぞれの側の閾値±Ｔｈを設定し、輝度差の絶対値が｜Ｔｈ｜を超える部分を欠陥と判定する。図１１に示す例では、符号Ｄｅｆ１、Ｄｅｆ２の部分で輝度差の絶対値が｜Ｔｈ｜を超えるので、欠陥ありと判定する。

方法（２）の場合、輝度差の積算値に対して閾値を設定する。すなわち、図１２に示すように、輝度差グラフデータ６０３の曲線が横軸（輝度差０）を囲む面積Ａを求め、図示の例ではＡ＝Ａ_１＋Ａ_２＋Ａ_３＋Ａ_４、面積Ａに対して適宜の閾値Ｔｈｓを設定する。
実際に記憶される輝度差グラフデータ６０３は、例えば、画像Ｗ_ｉの中心波長λ_ｉ、その波長幅Δλ_ｉ、λ_ｉの画像での輝度差Ｉ_ｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）といった離散データで表されるので、（輝度差の絶対値）×（波長幅）の総和として次の式（ａ）のように求めることができる。
Ａ＝｜Ｉ_１｜・Δλ_１＋｜Ｉ_２｜・Δλ_２＋…＋｜Ｉ_ｍ｜・Δλ_ｍ ・・・（ａ）
ただし積算方法はこれに限るものではなく、適宜の数値積分法を用いることができる。

方法（３）の一例について説明する。
まず予備検査工程で複数の良品の被検体グラフデータを求め、良品集団での平均値、分散を波長ごとに求める。波長帯Δλ_ｉに対する平均、分散を、ｍ_ｉ、Ｖ_ｉとする。そして分散Ｖ_ｉから、良品の判定閾値を設定する。例えば、波長帯Δλ_ｉでの判定閾値Ｔｈ_ｉを、Ｔｈ_ｉ＝Ｋ・√（Ｖ_ｉ／ｎ）とする。ｎは良品集団の個数、Ｋは誤判定の危険率を考慮して決める係数であり、例えば、３．５、４などの値とすることができる。この判定閾値は、良品に含まれる波長帯ごとのバラツキを反映している。
本検査工程では、被検体グラフデータからこの輝度平均値ｍ_ｉに対する輝度差を求める。例えば、図１３（ａ）のように、輝度差グラフデータ６０４、６０５、６０６などが得られる。本方法では、これらのデータが、波長帯ごとに判定閾値Ｔｈ_ｉと比較され、各波長帯で、それぞれが±Ｔｈ_ｉの範囲にあれば良品と判定する。
すなわち、図１３（ｂ）に示すように、横軸に輝度差、縦軸に度数をとった輝度差分布６０７を波長帯ごとに作成したとき、符号６０８の領域が不良品の範囲となる。
このように、方法（３）では波長帯ごとの正常範囲のバラツキを重みづけた検査ができるので、誤判定が少ない合理的な検査を行うことができる。

このように予備検査工程で判定閾値Ｔｈ_ｉを設定すると、ロットごとの変化に対応して実際の被検体の仕上がり状態に即した欠陥判定を行うことができるので、合理的な検査精度を保つことができるという利点がある。
ただし、例えば被検体の製造工程が安定するなどして、毎回の予備検査工程で略一定した輝度分布、判定閾値が得られるようになったら、それらを固定し以後の予備検査工程内でこれらの算出を行わず、各ロット単位毎等、一定数量毎に平均輝度を求めるように変形してもよい。

なお、上記に説明した方法（１）、（２）、（３）はそれぞれを単独で用いてもよいし、組み合わせて使用してもよい。より望ましい方法として、例えば、最初は、方法（１）または（２）により判定を行い、複数の被検体が検査されたら、方法（３）の検査に移行することでより合理的な判定閾値を用いて判定する、といった組合せが挙げられる。

また、欠陥の判定は、上記のように被検体グラフデータを演算して輝度差を求めることで、自動判定が可能となる利点があるが、例えば図１０に示すような被検体グラフデータ６０１、６０２を表示部１６に表示したり、あるいは輝度差の数値を表示したりして、操作者がそれらの情報を見比べて判定するように変形してもよい。

なお、上記の説明では、結像手段、撮像手段がそれぞれ１つの場合について説明したが、それらを複数備えて、異なる位置で同時に撮像するようにしてもよい。例えば、上記実施形態でレンズ４、ＣＣＤカメラ３を回動して検査角度範囲を広げる代わりに、異なる角度にそれらを複数備えて、検査角度範囲を広げることができる。また、上記変形例の場合、レンズ４０、ＣＣＤカメラ３を複数設け、それぞれを検査位置の長手方向に複数配列して、検査位置全長の測定を同時に行うようにすることができる。
そのようにすれば、検査の効率を一層向上することができるという利点がある。

また、上記の説明では、移動手段により、被検体を移動して検査位置を相対的に移動する例で説明したが、被検体を固定して、照明手段、結像手段、および撮像手段を移動するような移動手段を用いてもよい。

本発明の実施形態に係る基板検査装置の主要部の構成について説明するための斜視説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面の光路を模式的に表す模式光路図である。 本発明の実施形態に係る基板検査装置の制御系の機能ブロック図である。 撮像素子上で受光される像と画像データとの関係を示す模式図である。 放射角度による輝度分布の例を模式的に表すグラフである。 本発明の実施形態に係る基板検査装置の変形例について説明するための斜視説明図である。 従来の基板検査装置の主要部の概略構成を説明するための斜視説明図および撮像角と受光量との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る基板検査方法の変形例における画像データについて説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態に係る基板検査方法の変形例に用いる検査対象位置での波長に対応する輝度分布のグラフについて説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態に係る基板検査方法の変形例における欠陥検出の原理について説明するための模式説明図である。 本発明の実施形態に係る基板検査方法に用いることができる欠陥の判定方法の第１の例について説明するための模式グラフである。 同じく第２の例について説明するための模式グラフである。 同じく第３の例について説明するための模式グラフである。

符号の説明

１ 被検体
２ 照明部（照明手段）
３ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３ａ 撮像光学系
４、４０ レンズ（結像手段）
５ ２次元ＣＣＤ
６ ステージ
９ 光学系制御部
１０ 角度制御部
１５ 制御部
１００、１２０ 基＋板検査装置
１１０ 制御ユニット
５００ メイン制御部
５０１ 画像検査部（画像検査手段）
５０２ 判定部
５０３ 記憶部（画像記憶部）
５０４ 検査条件解析部

Claims (5)

1. ライン状の照明光を被検体に照射する照明手段と、
   前記照明光により被検体から放射される光を放射方向に応じて互いに異なる位置に像を形成する結像手段と、
   該結像手段により形成された像を同時に撮像する撮像手段と、
   前記照明手段、結像手段、および撮像手段を、被検体に対して相対的に移動させる移動手段と、
   前記撮像手段により撮像した画像を、前記被検体から放射される光の方向に応じて読み出し可能に記憶する画像記憶部と、
   該画像記憶部から読み出された画像データにより欠陥検査を行うための画像検査手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
2. 前記画像記憶部から読み出された画像データにより検査条件を設定するための検査条件解析部を備えることを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 少なくとも前記結像手段が、前記照明光の入射方向に対して、光軸方向を可変できるように相対的に回動可能とされたことを特徴とする請求項１または２に記載の基板検査装置。
4. 前記結像手段および前記撮像手段が、前記照明光の照射位置の長手方向に移動可能とされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板検査装置。
5. ライン状の照明光を被検体に照射し、
   前記照明光により被検体から複数の方向に放射される光を同時に撮像しつつ、前記被検体を移動し、
   撮像された画像を前記被検体から放射される光の放射方向ごとの画像データに分けて、それぞれに画像処理を施すことにより、前記被検体に好適となる検査条件を解析し、
   その解析結果から検査条件を設定することを特徴とする基板検査方法。

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