JP2006250801A - 表面検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短い時間で光量を切り替え、検査の時間を短縮する。
【解決手段】複数の発光ダイオード１０と、前記複数の発光ダイオード１０からの光を被検物体４に照射する照明光学系１０〜１３と、被検物体４からの光を集光して被検物体像を撮像する受光光学系６と、複数の発光ダイオード１０の発光量を制御するための印加電圧を制御するとともに、複数の発光ダイオード１０のうち、点灯させる個数を制御することにより、被検物体４に照射する光の光量を変化させる制御手段１５，１６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶表示パネルなどの表面検査を行うための装置に関する。

半導体ウエハ等の表面欠陥の検査を行うための装置は従来から知られている。このような表面検査装置は、被検物体（半導体ウエハ等）の表面に所定の検査光を照射し、この表面からの反射光、回折光または散乱光を集光光学系を介して集光し、この集光した光をイメージデバイス（撮像素子）に結像させる。この像をイメージデバイスにより光電変換して画像信号を得、この画像信号を処理することによって、被検物体の表面におけるパターンの欠陥、膜厚むら、きずの有無や、被検物体表面への異物の付着等を検査する構成となっている。

被検物体に照射する検査光の光源部には、メタルハライドランプや水銀ランプ等が用いられる。
撮像素子で、適切な光量を受光するためには、被検物体に応じて照射する光の光量を変化させる必要が生じる。この光量の制御は、ランプに対する印加電圧を制御したり、光源から被検物体までの光路中にランプからの光量を減光するたのＮＤフィルタを設けることによって行うことが知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−３２５８０５号公報

従来のＮＤフィルタを用いた光量制御においては、ＮＤフィルタを動かすというメカニカルな動作が介在するために、短時間で光量を切り替える動作ができない。また、ランプの印加電圧を制御して光量制御する場合も、電圧を切り替えてからランプの光量が安定するまでに時間がかかり、やはり短時間で光量を切り替えることができない。したがって、被検物に照射する光量を切り替えるのに時間がかかるため、結果として検査に時間がかかってしまうという問題点があった。

本発明は、短い時間で光量を切り替えることができ、検査の時間を短縮できる表面検査装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、請求項１に係る発明は、
複数の発光ダイオードと、
前記複数の発光ダイオードからの光を被検物体に照射する照明光学系と、
前記被検物体からの光を集光して前記被検物体像を撮像する受光光学系と、
前記複数の発光ダイオードの発光量を制御するための印加電圧を制御するとともに、前記複数の発光ダイオードのうち、点灯させる個数を制御することにより、前記被検物体に照射する光の光量を変化させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記制御手段は、ＰＷＭ制御によって前記印加電圧を制御することを特徴とする。

本発明によれば、短い時間で光量を切り替えることができ、検査の時間を短縮できる。

図１は、本発明の実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。図１（ａ）は、表面検査装置の全体構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の照明装置１の構成を示す図である。

図１（ａ）において、照明装置１から発散して出射された光は、凹面鏡２によって受光される。凹面鏡２に発散照射された光束は、凹面鏡２によって平行光束となって、ステージ３上に載置されたウエハ４の表面に照射される。

ウエハ４の表面からの出射光は、凹面鏡５によって受光される。凹面鏡５の集光位置には、受光用のＣＣＤカメラ（結像光学系も含む）６が配置されている。したがって、凹面鏡５によって反射されて集光された光束から、ＣＣＤカメラ６の結像光学系によってウエハ４の像が結像され、その像がＣＣＤカメラ６のＣＣＤ撮像素子に形成される。ＣＣＤ撮像素子の受光面に形成されたウエハ４の像を光電変換して画像信号を生成し、画像処理装置７に送る。画像処理装置７においては、画像信号からウエハ４の表面の欠陥（膜厚むら、パターンの異常、きず等）の検査を行う。

図１（ｂ）は、照明装置１の構成を示す図である。照明装置１は、発光ダイオード光源装置１０、コリメートレンズ１１、集光レンズ１２、ファイバ１３、コントローラ１５、ＰＷＭ制御装置１６とから構成されている。発光ダイオード光源装置１０は、複数の発光ダイオードを二次元的に並べて構成されている。図２は、発光ダイオード光源装置１０の出射面の構成を示す例である。図２に示すように、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）１０ａが縦方向、横方向に二次元的に並べて配置されている。

発光ダイオード光源装置１０から発せられた光は、コリメートレンズ１１によって平行光とされ、集光レンズ１２に入射される。そして、集光レンズ１２により集光され、集光された光束が、ファイバ１３の端部１３ａに導入される。そして、ファイバ１３に導入された光束は、端部１３ｂより発散して出射し、図１（ａ）の凹面鏡２によって受光される。この凹面鏡２から、ほぼその焦点距離だけ離れた位置にファイバ１３の端部１３ｂが配置されている。このため、ファイバ１３の端部１３ｂから凹面鏡２に発散照射された光束は、凹面鏡２によって平行光束となって、ウエハ４の表面に照射されることになる。

以上のような構成において、コントローラ１５は、発光ダイオード光源装置１０から出射される光量の制御を行う。発光ダイオード光源装置１０を構成している各発光ダイオード１０ａに印加する電圧を制御することにより、各発光ダイオード１０ａの発光量を制御する。さらに、コントローラ１５は、複数の発光ダイオード１０ａの点灯／消灯の制御を行う。消灯は、発光ダイオード１０ａへの印加電圧をゼロにすれば行うことができる。そして、点灯させる発光ダイオード１０ａの個数を変化させる制御を行う。以上のような制御は、ＰＷＭ制御装置１６を介して行う。以上のようにしてコントローラ１５は、各発光ダイオード１０ａの発光量の制御と点灯させる発光ダイオードの数を制御とをすることにより、発光ダイオード光源装置１０から出射される光量を制御する。

図３は、ＰＷＭ制御を説明するための図である。コントローラ１５は、図３（ａ）（ｂ）に示すようなパルス信号をＰＷＭ制御装置１６に送る。ＰＷＭ制御装置１６は、入力されたパルス信号のパルス幅に応じた大きさの電圧出力を発光ダイオード１０ａに対して行う。ＰＷＭ制御装置１６は、複数の発光ダイオード１０ａのそれぞれに並行して電圧出力を行うことができる。

図３（ａ）のパルス信号のパルス幅と比べて、図３（ｂ）のパルス信号のパルス幅は大きい。したがって、図３（ｂ）のパルス信号をＰＷＭ制御装置１６に送る方が発光ダイオード１０ａの発光量は大きくなる。

また、ＰＷＭ制御装置１６に送るパルス信号のパルス幅がゼロ（すなわちパルスがない状態）にすれば、発光ダイオード１０ａを消灯状態にすることができる。 照明装置１の出射光の光路には、出射光量をモニタするためのフォトディテクタ１４が設けられている。フォトディテクタ１４は、受光光量に応じた電気信号をコントローラ１５に出力する。コントローラ１５は、フォトディテクタ１４からの信号に基づいて、実際の出射光量と設定された目標値との差に基づいて、発光ダイオード１０ａの発光量の制御を行い、出射光量が目標値に近づくようにする。

コントローラ１５、操作用ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１７に接続されている。操作者は、操作用ＰＣ１７で照明装置からの出射光量の目標値を設定する。その目標値は、コントローラ１５へ送られる。コントローラ１５は、目標値に基づいて、発光ダイオード１０ａの点灯させる個数と、点灯させる発光ダイオード１０ａの発光量を決定し、その決定に応じたパルス信号をＰＷＭ制御装置１６に送る。点灯させない発光ダイオードに対応するパルス信号は、パルス幅をゼロにし、点灯させる発光ダイオードに対応するパルス信号は、発光量に応じたパルス幅の信号を出力する。最大光量に設定するときは、すべての発光ダイオードを点灯し、各発光ダイオードを最大の光量に設定する。最大光量時の設定に対して、各発光ダイオードの設定光量を段階的に下げることと、点灯させる発光ダイオードの数を段階的に少なくすることにより、最小の光量までの設定が可能である。

以上のように、本実施形態では、光源に複数の発光ダイオードを用いたので、高速に光量の切り換えを行うことができる。光量の切り換えは、発光ダイオードの点灯数の制御と、それぞれの発光ダイオードの光量の制御とによって行うが、どちらの制御による光量の切り換えも従来のランプとＮＤフィルタによる光量切り換えと比べて、高速に行える。

本実施形態では、発光ダイオードの光量制御をＰＷＭ制御で行うので、光量を微細に正確に制御することができ、安定した光量制御を行うことができる。
本実施形態では、発光ダイオードの光量制御に加えて、点灯させる発光ダイオードの数を制御するので、光量制御に広いダイナミックレンジを確保することができる。

本発明の実施形態による表面検査装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態による発光ダイオード光源装置１０の出射面の構成を示す例である。 ＰＷＭ制御を説明するための図である。

符号の説明

１：照明装置、２，５：凹面鏡、３：ステージ、４：ウエハ、６：ＣＣＤカメラ、７：画像処理装置、１０：発光ダイオード光源装置、１１：コリメートレンズ、１２：集光レンズ、１３：ファイバ、１４：フォトディテクタ、１５：コントローラ、１６：ＰＷＭ制御装置、１７：操作用ＰＣ。

Claims (2)

1. 複数の発光ダイオードと、
   前記複数の発光ダイオードからの光を被検物体に照射する照明光学系と、
   前記被検物体からの光を集光して前記被検物体像を撮像する受光光学系と、
   前記複数の発光ダイオードの発光量を制御するための印加電圧を制御するとともに、前記複数の発光ダイオードのうち、点灯させる個数を制御することにより、前記被検物体に照射する光の光量を変化させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする表面検査装置。
2. 請求項１に記載の表面検査装置において、
   前記制御手段は、ＰＷＭ制御によって前記印加電圧を制御することを特徴とする表面検査装置。

Images