JP2005172602A

JP2005172602A - 欠陥検査装置

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Publication number: JP2005172602A
Application number: JP2003412406A
Authority: JP
Inventors: Takeo Omori; 健雄大森
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP4380311B2

Abstract

【課題】ライトガイドファイバから出射した光の強度分布が角度的に不均一であっても、装置を大型化せずに基板を照明する光の強度分布を均一化する。
【解決手段】ライトガイドファイバ２２と、その光出射面２２ｂの変倍像を投影する第１光学系(２３〜２６)と、該第１光学系からの光をコリメートして照明光Ｌ１を生成する第２光学系２７とを介して、照明光Ｌ１により被検基板１１を照明する。ライトガイドファイバの光出射面の直径φ_Lと開口数ＮＡ_Lと、第１光学系の倍率βと、第２光学系の焦点距離ｆとは、予め定めた定数ｋ（ただし０＜ｋ＜１）と、被検基板の直径φ_Wと開口数ＮＡ_Wとに対して、次の条件式(１),(２)を満足する。
φ_L≧ ２・ｆ・ＮＡ_W/β …(１)
ＮＡ_L・ｋ≧ β・φ_W/（２・ｆ） …(２)
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶基板などの欠陥を検査する欠陥検査装置に関する。

半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程では、半導体ウエハや液晶基板（総じて「基板」という）の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査が行われる。自動化された欠陥検査装置では、チルト可能なステージの上に基板を載置し、基板の表面に検査用の照明光を照射し、基板上の繰り返しパターンから発生する光（例えば回折光や正反射光）に基づいて基板の画像を取り込み、この画像の輝度情報に基づいて繰り返しパターンの欠陥を検出する。

検査用の照明光としては、ライトガイドファイバからの光をコリメートしたものが用いられる（例えば特許文献１を参照）。この場合、図５に示す通り、ライトガイドファイバの光出射面５１からコリメート光学系５２までの距離が、コリメート光学系５２の焦点距離ｆ０と等しく保たれる。そして、コリメート光学系５２からの平行光が、検査用の照明光として基板５３に導かれる。
特開２００１−１０８６３７号公報

ところで、ライトガイドファイバから出射した光の強度分布が角度的に不均一で、出射角度の小さい光軸付近ほど強度が高く光軸から離れるにしたがって強度が減少する場合には、その不均一さが基板５３での強度分布に反映されると不都合である。ライトガイドファイバから出射した光のうち光軸付近の光は強度がほぼ均一と見なせるため、上記のコリメート光学系５２の焦点距離ｆ０を長くすることによって、光軸付近の光のみを選択的に照明光として用い、基板５３での強度分布を均一化することが考えられる。しかし、図５から分かるように、コリメート光学系５２の焦点距離ｆ０を長くすると、その分だけ欠陥検査装置も大型化してしまう。このような傾向は、ライトガイドファイバの光出射面５１での開口数が小さいほど顕著である。

本発明の目的は、ライトガイドファイバから出射した光の強度分布が角度的に不均一であっても、装置を大型化せずに基板を照明する光の強度分布を均一化することができる欠陥検査装置を提供することにある。

請求項１に記載の欠陥検査装置は、被検基板に照明光を照射する照明手段と、前記照明光の照射により前記被検基板から発生した光に基づいて、前記被検基板の像を形成する結像手段とを備え、前記照明手段は、ライトガイドファイバと、該ライトガイドファイバの光出射面の変倍像を投影する第１光学系と、該第１光学系からの光をコリメートして前記照明光を生成する第２光学系とを有し、前記ライトガイドファイバの光出射面の直径φ_Lと、該光出射面での開口数ＮＡ_Lと、前記第１光学系の倍率βと、前記第２光学系の焦点距離ｆとは、予め定めた定数ｋ（ただし０＜ｋ＜１）と、前記被検基板の直径φ_Wと、該被検基板での開口数ＮＡ_Wとに対して、次の条件式(１),(２)を満足するものである。

φ_L≧ ２・ｆ・ＮＡ_W/β …(１)
ＮＡ_L・ｋ≧ β・φ_W/（２・ｆ） …(２)
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記第１光学系は、ケプラー型ビームエキスパンダである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の欠陥検査装置において、前記第１光学系は、両側テレセントリックである。

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の欠陥検査装置において、前記第１光学系は、前記被検基板に共役な視野絞りを含み、前記定数ｋは、前記視野絞りの直径に応じて設定されるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の欠陥検査装置において、前記視野絞りを用い、前記照明光による照明領域の形状を調整する調整手段を備えたものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の欠陥検査装置において、前記ライトガイドファイバは石英ガラス系であり、前記定数ｋは０.６である。
なお、本明細書では、縮小像と拡大像とを総じて「変倍像」という。つまり、本明細書における「変倍像」とは、倍率βを等倍以外の倍率（つまり縮小倍率または拡大倍率）に変更した系による像を意味し、ズーム系による像の意味ではない。

本発明の欠陥検査装置によれば、ライトガイドファイバから出射した光の強度分布が角度的に不均一であっても、装置を大型化せずに基板を照明する光の強度分布を均一化することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の欠陥検査装置１０は、図１に示すように、被検基板である半導体ウエハ１１を支持するステージ１２と、半導体ウエハ１１に照明光Ｌ１を照射する照明系１３と、半導体ウエハ１１からの戻り光Ｌ２に基づいて半導体ウエハ１１の像を形成する結像系１４と、撮像素子１５と、画像処理装置１６とで構成される。欠陥検査装置１０は、半導体回路素子の製造工程において、半導体ウエハ１１の表面（例えば最上層のレジスト膜）に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を自動的に行う装置である。繰り返しパターンとは、周期的に繰り返される線配列形状の回路パターンである。

ステージ１２の説明を行う。ステージ１２は、不図示の搬送系によってウエハカセットまたは現像装置から搬送されてきた半導体ウエハ１１を上面に載置し、例えば真空吸着により固定保持する。また、不図示のチルト機構によって、半導体ウエハ１１の表面を通る軸Ａｘ（紙面と垂直な軸）のまわりに所定の角度範囲内でチルト可能である。ステージ１２をチルト調整することにより、結像系１４に導かれる戻り光Ｌ２の種類（回折光や正反射光や散乱光のうち何れか）を選択したり、ピッチの異なる繰り返しパターンの欠陥検査を行うことができる。

照明系１３の説明を行う。照明系１３は、ランプハウス２１と、ライトガイドファイバ２２と、縮小系(２３〜２６)と、凹面反射鏡２７とで構成された偏心光学系であり、半導体ウエハ１１側に対してテレセントリックである。縮小系(２３〜２６)は、請求項の「第１光学系」に対応する。凹面反射鏡２７は、請求項の「第２光学系」に対応する。
ランプハウス２１の内部には、不図示の光源と楕円鏡が収納されている。光源は、メタルハライドランプや水銀ランプなどの放電光源であり、紫外域から可視域（例えば２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長域）の光を射出する。楕円鏡は、光源からの光を反射して、ライトガイドファイバ２２の光入射面２２ａに集光する。楕円鏡の楕円率は、光入射面２２ａに入射する光の角度範囲が、ライトガイドファイバ２２の開口数ＮＡ_L以上となるように定められている。また、ランプハウス２１の内部には波長選択フィルタも収納され、例えば紫外域の光が選択される。

ライトガイドファイバ２２は、ランプハウス２１から光入射面２２ａを介して入射した光を伝送し、他方の光出射面２２ｂから縮小系(２３〜２６)に向けて光Ｌ３を出射する。光出射面２２ｂは照明系１３の瞳面に相当する。本実施形態では、ライトガイドファイバ２２として石英ガラス系のものを用いる。石英ガラス系は、波長２００ｎｍ付近の深紫外光の伝送に適した特性を有し、その開口数ＮＡ_Lが非常に小さい（０.２程度）。

また、ライトガイドファイバ２２は、数１０μｍ〜数１００μｍの光ファイバ素線を多数束ねたものであり、光ファイバ素線の配列が光入射面２２ａと光出射面２２ｂとでランダムになっている（バンドル型ランダムライトガイドファイバ）。このため、光入射面２２ａに入射する光の強度分布が空間的に不均一であっても、光出射面２２ｂから出射する光Ｌ３の強度分布を空間的に均一化することができる。

さらに、ライトガイドファイバ２２から出射する光Ｌ３の強度は、出射角度の小さい光軸付近ほど強度が高く光軸から離れるにしたがって強度が減少するような分布を有する（図２参照）。図２の角度θ１は、ライトガイドファイバ２２の開口数ＮＡ_L（０.２程度）に応じた角度である。このように、光Ｌ３の強度分布は開口数ＮＡ_Lに応じた角度θ１の近傍では小さくなっているが、光軸付近（角度θ２の範囲内）の光は強度がほぼ均一と見なすことができる。石英ガラス系の場合、均一な強度と見なせる角度θ２の範囲は、開口数ＮＡ_Lに応じた角度θ１の約６０％の範囲である。したがって、その範囲内に含まれる（均一な強度と見なせる）光軸付近の光のみを、選択的に照明光Ｌ１として用いることにする。その範囲とは、開口数ＮＡ_L（０.２程度)×０.６（＝開口数０.１２）に応じた角度０〜θ２の範囲である。この場合、角度０の光量に対して最大で約２０％減となる。

次に、縮小系(２３〜２６)は、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂの縮小像を投影する光学系であり、光出射面２２ｂ側から順に、レンズ２３と視野絞り２４とレンズ２５と開口絞り２６とで構成される。開口絞り２６は、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂと共役である。開口絞り２６の配置面に光出射面２２ｂの縮小像が投影される。視野絞り２４は、半導体ウエハ１１の表面と共役である。

レンズ２３,２５は、互いに焦点距離が異なり、ケプラー型の配置となっている。つまり、図３に示す通り、レンズ２３から視野絞り２４までの距離がレンズ２３の焦点距離ｆ１と等しく、視野絞り２４からレンズ２５までの距離がレンズ２５の焦点距離ｆ２と等しく保たれ、両側テレセントリックである。さらに、焦点距離ｆ１に比べて焦点距離ｆ２の方が短いため、レンズ２３,２５を備えた縮小系(２３〜２６)の倍率βは、縮小倍率となる（β＝ｆ２÷ｆ１）。丁度、ケプラー型ビームエキスパンダを縮小系として配置した形となっている。レンズ２３,２５は、請求項の「２つの集光光学系」に対応する。

次に、凹面反射鏡２７は、縮小系(２３〜２６)からの光Ｌ４をコリメートして半導体ウエハ１１への照明光Ｌ１を生成する光学系であり、曲面の内側が反射面となっている。凹面反射鏡２７は、前側焦点が上記の開口絞り２６と略一致し、後側焦点が半導体ウエハ１１の表面と略一致するように、ステージ１２の斜め上方に配置される。凹面反射鏡２７を反射後の光学系の光軸Ｏ１は、ステージ１２の中心を通り、ステージ１２のチルト軸Ａｘに直交する。ちなみに、開口絞り２６から凹面反射鏡２７までの距離と、凹面反射鏡２７から半導体ウエハ１１の表面までの距離は、各々、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆと等しく保たれる。

そして、本実施形態の欠陥検査装置１０では、さらに、照明系１３のライトガイドファイバ２２の直径φ_Lおよび開口数ＮＡ_Lが、次の条件式(１),(２)を満足するように構成されている。ここで、ｆは凹面反射鏡２７の焦点距離、ＮＡ_Wは半導体ウエハ１１上での照明光の開口数、φ_Wは半導体ウエハ１１上での照明領域の直径、βは縮小系(２３〜２６)の倍率である。

φ_L≧ ２・ｆ・ＮＡ_W/β …(１)
ＮＡ_L・ｋ≧ β・φ_W/（２・ｆ） …(２)
条件式(１)は、半導体ウエハ１１を均一に照明するために必要な、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂの直径φ_Lの大きさを、縮小系(２３〜２６)の倍率βと、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆと、半導体ウエハ１１での開口数ＮＡ_Wとを用いて表したものである。条件式(２)は、半導体ウエハ１１を均一に照明するために必要な、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂでの開口数ＮＡ_Lの大きさを、定数ｋと、縮小系(２３〜２６)の倍率βと、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆと、半導体ウエハ１１の直径φ_Wとを用いて表したものである。

定数ｋ(本実施形態では０.６)は、既に説明した石英ガラス系のライトガイドファイバ２２において、光出射面２２ｂから出射した光束と、そのうち均一な強度と見なせる光束の開口の比率（近似的には図２の角度θ１に対する角度θ２の比率）を表している。この定数ｋは、照明系１３の視野絞り２４の直径に応じて設定される。
上記の条件式(１),(２)を満足するためには、必要な検査条件である半導体ウエハ１１の直径φ_Wと半導体ウエハ１１での開口数ＮＡ_Wとの積（φ_W×ＮＡ_W）が、開口絞り２６の位置と、視野絞り２４の位置と、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂと、の各々で維持されるように構成する必要がある。つまり、各々の位置における光束径と開口数との積が、上記の積（φ_W×ＮＡ_W）と等しいか、それ以上の値となるように構成する。

例えば、半導体ウエハ１１の照明領域の直径φ_Wが３００ｍｍ、半導体ウエハ１１での開口数ＮＡ_Wが０.００５とすると、これらの積（φ_W×ＮＡ_W）は１.５となる。そして、この“１.５”を定数として条件式(１),(２)を満足するように、例えば、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂでの光束径（つまり直径φ_L）を１２.５ｍｍ、開口数ＮＡ_L×０.６を０.１２とする。このとき例えば、開口絞り２６の位置では、光束径(絞り径)を９ｍｍ、開口数を０.１６７とし、視野絞り２４の位置では、光束径を１０ｍｍ、開口数を０.１５とすれば、ライトガイドファイバ２２からの光束を「φ_W×ＮＡ_W≧１.５」の関係を保ったまま、半導体ウエハ１１上に照明することができる。

この場合、ライトガイドファイバ２２の直径φ_Lと開口絞り２６の直径φ_S2から、縮小系(２３〜２６)の倍率βは０.７２倍となる。さらに、レンズ２５の焦点距離ｆ２は３０ｍｍ、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆは９００ｍｍ、視野絞り２４の位置から半導体ウエハ１１の位置への投影倍率は３０倍である。
次に、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂから出射した光Ｌ３が、縮小系(２３〜２６)と凹面反射鏡２７とを介して照明光Ｌ１となり、半導体ウエハ１１に照射されるまでの様子を説明する。

ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂから出射した光Ｌ３は、直径φ_L＝１２.５ｍｍ、開口数ＮＡ_L＝０.２であり、この開口数ＮＡ_Lに応じた角度θ１の範囲（図２参照）内で強度分布が不均一になっている。光Ｌ３は、レンズ２３（図３）を介して平行光に変換された後、視野絞り２４に入射する。
このときの光束径は、約１７ｍｍであり、視野絞り２４の直径（１０ｍｍ）よりも大きい。また、レンズ２３から視野絞り２４に入射した光は、ライトガイドファイバ２２から出射した光Ｌ３の射出角度により、図２に示すような強度分布を有する。つまり、中心部の光軸付近ほど強度が高く光軸から離れるほど強度が減少するような強度分布となっている。

しかし、レンズ２３から視野絞り２４に入射したときの光束径（約１７ｍｍ）は、視野絞り２４の直径（１０ｍｍ）よりも大きいため、レンズ２３から視野絞り２４に入射した光のうち中心部の光Ｌ５（光束径１０ｍｍで均一な強度と見なせる光軸付近の光Ｌ５）のみが、選択的に視野絞り２４を通過してレンズ２５に到達する。周辺部(強度の低い部分)の光は、視野絞り２４により遮断される。

視野絞り２４の直径（１０ｍｍ）は、上記した条件式(２)の定数ｋ(＝０.６)を設定するものである。この結果、レンズ２３から射出した光のうち、中心部の光の強度に対して約８０％までの強度の光Ｌ５が視野絞り２４を通過する。光Ｌ５は、ライトガイドファイバ２２の開口数ＮＡ_Lに応じた角度θ１の範囲（図２参照）のうち、約６０％の角度θ２の範囲内で射出した光に相当する。視野絞り２４による選択の結果、光Ｌ５の強度分布は、図４に示す通り、ほぼ均一と見なせるようになる。なお、光Ｌ５は、開口数が０.１５である。

視野絞り２４からの光Ｌ５は、レンズ２５（図３）を介した後、開口絞り２６位置に縮小像を形成する。このときの光束径は開口絞り２６の直径（９ｍｍ）と同じであり、開口数は０.１６６である。つまり、縮小系(２３〜２６)の倍率β（０.７２倍）に応じて、光束径が小さくなり、開口数が大きくなったことになる。
開口絞り２６に到達した光は、開口絞り２６を通過して（光Ｌ４）、凹面反射鏡２７（図１）に向かう。そして、凹面反射鏡２７を介して平行光に変換された後、検査用の照明光Ｌ１として半導体ウエハ１１に導かれる。照明光Ｌ１による半導体ウエハ１１での強度分布は、光Ｌ４の強度分布（図４参照）を反映した均一なものとなる。

このように、欠陥検査装置１０の照明系１３において、ランプハウス２１からの光は、光学素子(２２〜２７)を介して照明光Ｌ１となり、半導体ウエハ１１の表面全体（直径φ_W＝３００ｍｍ）に均一な強度で照射される。また、照明光Ｌ１の開口数ＮＡ_Wは０.００５である。照明光Ｌ１の光束の主光線の方向は、光軸Ｏ１に略平行な光束である。
既に説明した通り、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂから出射した光Ｌ３は強度分布が均一なため、照明光Ｌ１の開口数ＮＡ_Wに応じた角度範囲内で、照明光Ｌ１の角度的な強度分布も均一となる。つまり、半導体ウエハ１１の表面は、空間的にも角度的にも均一な強度で良好に照明されたことになる。

このようにして照明光Ｌ１が照射されると、半導体ウエハ１１の表面に形成された繰り返しパターンからは、回折光や正反射光や散乱光（戻り光Ｌ２）が発生する。戻り光Ｌ２の強度は、繰り返しパターンの欠陥箇所と正常箇所とで異なる。結像系１４の光軸Ｏ２に沿って進行する戻り光Ｌ２の種類（回折光や正反射光や散乱光のうち何れか）は、ステージ１２のチルト調整により選択できる。チルト調整は、例えば、予め検査レシピに登録された繰り返しパターンのピッチと照明光Ｌ１の波長に基づいて行えばよい。

次に、結像系１４の説明を行う。結像系１４は、凹面反射鏡３１とレンズ３２とで構成された偏心光学系である。凹面反射鏡３１は、上記の凹面反射鏡２７と同様の反射鏡であり、その光軸Ｏ２が、ステージ１２の中心を通り、チルト軸Ａｘに直交するように配置されている。また、凹面反射鏡３１の前側焦点は半導体ウエハ１１の表面と略一致し、レンズ３２の後側焦点は撮像素子１５の撮像面と略一致する。

上記の結像系１４において、半導体ウエハ１１の表面に形成された繰り返しパターンから発生した戻り光Ｌ２は、凹面反射鏡３１の光軸Ｏ２に沿って進行した後、凹面反射鏡３１とレンズ３２を介して集光され、撮像素子１５の撮像面上に到達する。撮像素子１５の撮像面には、戻り光Ｌ２による半導体ウエハ１１の像が形成される。
次に、撮像素子１５と画像処理装置１６の説明を行う。撮像素子１５は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された半導体ウエハ１１の像を撮像して検査用のウエハ画像を生成し、画像処理装置１６に出力する。画像処理装置１６は、撮像素子１５から検査用のウエハ画像を取り込み、ウエハ画像の輝度情報（明暗差）に基づいて、繰り返しパターンの欠陥を検出する。この検出処理は、予め記憶させた良品ウエハの画像（検査基準画像）とのパターンマッチングや、予め学習させた検査基準画像の特徴との相違点の有無を調べることにより行われる。繰り返しパターンの欠陥箇所とは、デフォーカスによる膜厚むら、パターン形状の異常、傷などである。

本実施形態の欠陥検査装置１０では、半導体ウエハ１１の表面に対して、空間的にも角度的にも均一な強度分布の照明光Ｌ１を照射するため、半導体ウエハ１１の表面から発生する戻り光Ｌ２の強度が欠陥か否かを正確に反映したものとなる。したがって、簡単な画像処理によって、半導体ウエハ１１の繰り返しパターンの欠陥箇所を正確に検出することができる。その結果、欠陥検出率が向上し、疑似欠陥の発生を回避でき、効率的な欠陥検査を行える。また、半導体プロセスでの歩留まり向上が図られると同時に、無駄な戻り作業を減少させ、コスト削減が可能となる。

さらに、本実施形態の欠陥検査装置１０では、必要な検査条件（つまり半導体ウエハ１１の直径φ_Wと半導体ウエハ１１での開口数ＮＡ_W）に対して、上記の条件式(１),(２)を満足するように、照明系１３の光学素子(２２〜２７)を構成したことにより、ライトガイドファイバ２２から出射した光Ｌ３の強度分布が射出角度により不均一（図２参照）であっても、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆを長くせずに、半導体ウエハ１１の強度分布を均一化することができる。

例えば上記例では、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆが９００ｍｍである。これに対し、同じ検査条件（半導体ウエハ１１の直径φ_W＝３００ｍｍ）で、同じ石英ガラス系のライトガイドファイバ２２を用い、図５のコリメート光学系５２の焦点距離ｆ０を長くすることにより強度分布を均一化する場合には、その焦点距離ｆ０が１２５０ｍｍとなる。
この比較からも分かるように、本実施形態の欠陥検査装置１０では、凹面反射鏡２７の焦点距離ｆを長くせずに半導体ウエハ１１の強度分布を均一化することができ、装置の大型化を確実に回避できる。

また、本実施形態の欠陥検査装置１０では、縮小系(２３〜２６)をケプラー型ビームエキスパンダとしたため、半導体ウエハ１１に対してテレセントリックな照明を行うことができる。さらに、縮小系(２３〜２６)に視野絞り２４を配置したので、照明光Ｌ１による半導体ウエハ１１の照明領域を検査領域と同じ大きさに限定することができ、ノイズ光を低減できる。このためＳ/Ｎ比のよい良好な欠陥検査を行える。

さらに、本実施形態の欠陥検査装置１０では、視野絞り２４にチルト機構を設け、視野絞り２４をチルトさせることにより、照明光Ｌ１による照明領域の形状を調整することができる。視野絞り２４のチルト軸はステージ１２のチルト軸Ａｘと平行である。このような視野絞り２４をステージ１２のチルト角に応じて調整することにより、照明光Ｌ１の光束の主光線方向から見たときの半導体ウエハ１１（楕円形状）の短軸の長さが変化しても、照明光Ｌ１による照明領域を同様の楕円形（例えば相似形）に設定できる。その結果、照明領域が半導体ウエハ１１から外れるのを防ぐので、ノイズ光を低減でき、Ｓ/Ｎ比のよい良好な欠陥検査を行える。視野絞り２４をチルトさせる代わりに、絞り形状の異なる複数の視野絞りを予め用意しておき、ステージ１２のチルト角に応じて交換しても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態の欠陥検査装置１０では、石英ガラス系のライトガイドファイバ２２を用いると共に、条件式(２)の定数ｋを０.６に設定したため、装置を大型化せずに、紫外光（例えば波長２００ｎｍ付近の深紫外光）による均一な強度分布の照明が実現する。その結果、繰り返しパターンの微細化などにも対応でき、紫外光による良好な欠陥検査を行うことができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、条件式(２)の定数ｋを０.６としたが、本発明はこれに限定されない。半導体ウエハ１１における強度分布の均一性をさらに高めたい場合には、定数ｋを０.６より小さくすればよい。また逆に、強度分布の均一性よりも照明光Ｌ１の光量を優先したい場合には、定数ｋを０.６より大きくすればよい。何れにしても、定数ｋの調整は、“０＜ｋ＜１”を満足する範囲内で、視野絞り２４の直径を拡大または縮小することにより簡単に行える。

また、上記した実施形態では、石英ガラス系のライトガイドファイバ２２を例に説明したが、本発明は多成分ガラス系のライトガイドファイバにも適用できる。この場合、条件式(２)の定数Ｋは、石英ガラス系と同様の“０.６”でも構わないが、多成分ガラス系のライトガイドファイバから出射する光の強度分布に応じて、“０＜ｋ＜１”を満足する範囲内で、最適な値を設定することが好ましい。

さらに、上記した実施形態では、具体的な数値例として、条件式(１),(２)の“＝”に相当する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂの直径φ_Lを“２・ｆ・ＮＡ_W/β”より大きくしても構わないし、ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂでの開口数ＮＡ_Lと定数ｋとの積を“β・φ_W/（２・ｆ）”より大きくしても構わない。

また、上記した実施形態では、縮小系(２３〜２６)を両側テレセントリックなケプラー型ビームエキスパンダとしたが、本発明はこれに限定されない。ライトガイドファイバ２２の光出射面２２ｂの縮小像を投影できれば、その他の構成を用いても構わない。さらに、視野絞り２４を省略することもできる。開口絞り２６を省略してもよい。
さらに、上記した実施形態では、縮小系(２３〜２６)のうち、焦点距離の異なる２つの集光光学系を、屈折光学系（レンズ２３,２５）により構成したが、本発明はこれに限定されない。縮小系(２３〜２６)の集光光学系を反射光学系により構成してもよい。また、凹面反射鏡２７,３１を屈折光学系で構成してもよい。さらに、欠陥検査装置１０と異なり、固定されたステージに対して照明系と結像系が可動な場合にも適用できる。また、バンドル型ランダムライトガイドファイバ(２２)に限らず、他の構成のライトガイドファイバを用いた場合にも本発明を適用できる。

また、上記した実施形態では、半導体ウエハ１１を被検基板としたが、本発明はこれに限定されない。液晶表示素子の製造工程において、液晶基板（液晶ディスプレイパネル）を被検基板として欠陥検査を行う場合にも本発明を適用できる。また、欠陥検査装置の画像処理装置１６により欠陥検出処理を行う場合に限らず、欠陥検査装置に接続された外部のコンピュータを用いた場合でも、同様の効果を得ることができる。

さらに、上記した実施形態では、ライトガイドファイバ２２から開口絞り２６までの倍率βを縮小倍率としたが、本発明はこれに限定されない。倍率βを拡大倍率とした場合（拡大系）にも、本発明を適用できる。ライトガイドファイバ２２の開口数に対して、照明光の強度分布が被検面の照明領域よりも広い範囲にわたって均一である場合には（例えば照明領域が小さい場合）、ライトガイドファイバ２２から開口絞り２６までの倍率βを照明領域に応じた所定の拡大倍率とすれば、ファイバ端面からの射出光を有効に使用することができる。

本実施形態の欠陥検査装置１０の全体構成を示す図である。ライトガイドファイバ２２から出射した光Ｌ３の角度的な強度分布を説明する図である。縮小系(２３〜２６)を説明する図である。縮小系(２３〜２６)の視野絞り２４を通過した後の光Ｌ５の角度的な強度分布を説明する図である。従来の構成を説明する図である。

符号の説明

１０欠陥検査装置
１１半導体ウエハ
１２ステージ
１３照明系
１４結像系
１５撮像素子
１６画像処理装置
２１ランプハウス
２２ライトガイドファイバ
２３，２５，３２レンズ
２４視野絞り
２６開口絞り
２７，３１凹面反射鏡

Claims

被検基板に照明光を照射する照明手段と、
前記照明光の照射により前記被検基板から発生した光に基づいて、前記被検基板の像を形成する結像手段とを備え、
前記照明手段は、ライトガイドファイバと、該ライトガイドファイバの光出射面の変倍像を投影する第１光学系と、該第１光学系からの光をコリメートして前記照明光を生成する第２光学系とを有し、
前記ライトガイドファイバの光出射面の直径φ_Lと、該光出射面での開口数ＮＡ_Lと、前記第１光学系の倍率βと、前記第２光学系の焦点距離ｆとは、予め定めた定数ｋ（ただし０＜ｋ＜１）と、前記被検基板の直径φ_Wと、該被検基板での開口数ＮＡ_Wとに対して、次の条件式を満足する
φ_L≧ ２・ｆ・ＮＡ_W/β
ＮＡ_L・ｋ≧ β・φ_W/（２・ｆ）
ことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記第１光学系は、ケプラー型ビームエキスパンダである
ことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１に記載の欠陥検査装置において、
前記第１光学系は、両側テレセントリックである
ことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項２または請求項３に記載の欠陥検査装置において、
前記第１光学系は、前記被検基板に共役な視野絞りを含み、
前記定数ｋは、前記視野絞りの直径に応じて設定される
ことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項４に記載の欠陥検査装置において、
前記視野絞りを用い、前記照明光による照明領域の形状を調整する調整手段を備えた
ことを特徴とする欠陥検査装置。
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の欠陥検査装置において、
前記ライトガイドファイバは、石英ガラス系であり、
前記定数ｋは、０.６である
ことを特徴とする欠陥検査装置。