JP3379855B2 - 異物検査方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ、ＴＦＴ
基板等の半導体基板に対して成膜するスパッタ装置及び
ＣＶＤ装置、パターンを形成するドライエッチング装
置、レジスト塗布装置、露光装置等様々なプロセス処理
装置を用いて半導体、ＴＦＴ等を量産する際、様々なプ
ロセス処理装置において、簡素な構成により、半導体ウ
エハ、ＴＦＴ基板等の繰返しチップが形成された試料上
に付着した異物を検査することができるようにした異物
検査方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記異物検査方法及びその装置に関する
従来技術としては、特開平５−２１８１６３号公報及び
特開平３−４４０５４号公報が知られている。

【０００３】

【発明が解決しよとする課題】しかしながら、照明光学
系および検出光学系を備えた検査ヘッドの構成を簡素化
し、チップ比較処理によって試料上に形成された繰返し
チップパターンの影響を受けることなく、試料上に付着
した異物を高感度で検出するという課題に対しては充分
考慮されていなかった。

【０００４】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
試料上に斜め方向から直線状に集光して照射する照明光
の照明強度を一様にして、隣接したチップから検出され
る回折光の強度を同じようにしてチップ比較処理によっ
て異物を高感度で検査できるようにした異物検査方法及
びその装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光源から照射された光の強度分布に対し
て複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板
により直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状
の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して
集光光学系により繰返しチップが形成された試料上に斜
め方向から前記直線状に集光して照射し、この照射され
た試料上からの散乱反射光を検出光学系で集光してリニ
アイメージセンサで受光して信号に変換し、これら変換
された信号を繰り返すチップ間で比較して不一致により
試料上の異物として検査することを特徴とする異物検査
方法である。また本発明は、光源から照射された光の強
度分布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーデ
ィング補正板により直線状の幅方向にガウス分布で集光
すると共に直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様にな
るように補正して集光光学系により繰返しチップが形成
された試料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射
し、この照射された試料上からの散乱反射光を検出光学
系で集光してリニアイメージセンサで受光して信号に変
換し、これら変換された信号を繰り返すチップ間で比較
して不一致により試料上の異物として検査することを特
徴とする異物検査方法である。また本発明は、光源から
照射された光の強度分布に対して複数の曲線状透過部を
形成したシェーディング補正板により直線状の幅方向に
ほぼ同じ位相分布にして直線状の長手方向に照明強度が
ほぼ一様になるように補正して集光光学系により繰返し
チップが形成された試料上に斜め方向から前記直線状に
集光して照射し、この照射された試料上からの散乱反射
光を検出光学系で集光して少なくとも試料上から発生す
る少なくとも０次回折光を遮光する空間フィルタを通し
て得られる散乱反射光をリニアイメージセンサで受光し
て信号に変換し、この変換された信号を繰り返すチップ
間で比較して不一致により試料上の異物として検査する
ことを特徴とする異物検査方法である。また本発明は、
光源から照射された光の強度分布に対して複数の曲線状
透過部を形成したシェーディング補正板により直線状の
幅方向にガウス分布で集光すると共に直線状の長手方向
に照明強度がほぼ一様になるように補正して集光光学系
により繰返しチップが形成された試料上に斜め方向から
前記直線状に集光して照射し、この照射された試料上か
らの散乱反射光を検出光学系で集光して少なくとも試料
上から発生する少なくとも０次回折光を遮光する空間フ
ィルタを通して得られる散乱反射光をリニアイメージセ
ンサで受光して信号に変換し、この変換された信号を繰
り返すチップ間で比較して不一致により試料上の異物と
して検査することを特徴とする異物検査方法である。

【０００６】また本発明は、光源から照射された光の強
度分布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーデ
ィング補正板により直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布
にして直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるよ
うに補正して集光光学系により繰返しチップが形成され
た試料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する
照明光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの
散乱反射光を集光してリニアイメージセンサで受光して
信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイ
メージセンサから変換された信号を繰り返すチップ間で
比較して不一致により試料上の異物として検査するチッ
プ間比較手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置
である。また本発明は、光源から照射された光の強度分
布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーディン
グ補正板により直線状の幅方向にガウス分布で集光する
と共に直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるよ
うに補正して集光光学系により繰返しチップが形成され
た試料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する
照明光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの
散乱反射光を集光してリニアイメージセンサで受光して
信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイ
メージセンサから変換された信号を繰り返すチップ間で
比較して不一致により試料上の異物として検査するチッ
プ間比較手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置
である。また本発明は、光源から照射された光の強度分
布に対して複数の曲線状透過部を形成したシェーディン
グ補正板により直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にし
て直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように
補正して集光光学系により繰返しチップが形成された試
料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明
光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの散乱
反射光を集光して少なくとも試料上から発生する少なく
とも０次回折光を遮光する空間フィルタを通して得られ
る散乱反射光をリニアイメージセンサで受光して信号に
変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイメージ
センサから変換された信号を繰り返すチップ間で比較し
て不一致により試料上の異物として検査するチップ間比
較手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置であ
る。また本発明は、光源から照射された光の強度分布に
対して複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補
正板により直線状の幅方向にガウス分布で集光すると共
に直線状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように
補正して集光光学系により繰返しチップが形成された試
料上に斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明
光学系と、該照明光学系で照射された試料上からの散乱
反射光を集光して少なくとも試料上から発生する少なく
とも０次回折光を遮光する空間フィルタを通して得られ
る散乱反射光をリニアイメージセンサで受光して信号に
変換する検出光学系と、該検出光学系のリニアイメージ
センサから変換された信号を繰り返すチップ間で比較し
て不一致により試料上の異物として検査するチップ間比
較手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置であ
る。

【０００７】また本発明は、前記異物検査装置におい
て、前記照明光学系のシェーディング補正板における複
数の曲線状透過部の各々を、曲線状の開口で形成したこ
とを特徴とする。

【０００８】

【作用】前記構成により、試料上に斜め方向から直線状
に集光して照射する照明光の照明強度を一様にして、隣
接したチップから検出される回折光の強度を同じように
してチップ比較処理によって異物を高感度で検査するこ
とができる。特に照明光学系におけるシェーディング補
正板として、前記少なくとも直線状方向に周辺部に対し
て中央部の透過面積を減少させた曲線状の透過部分（開
口）を直線状の幅方向に複数有することで、各位相を有
する光束を平均的に通過することになり、結果的に直線
状の幅方向（ｙ軸）上の各点に、ほぼ同じ位相分布の光
束が到達してガウス分布の集光が可能となる。その結
果、直線状の幅方向（ｙ軸）上の各点で最も集光する高
さ（ｚ軸上の位置）が同じとなり（焦点位置が同じとな
り）、正確な直線状の長手方向（ｘ軸方向）についてほ
ぼ一様な照明強度をもったシェーディング補正が可能と
なり、チップ比較処理において検出信号強度の不一致に
よる誤検出を防止して異物を高感度で検査することがで
きる。

【０００９】また、前記シェーディング補正板は安価に
製造することができ、その結果異物検査ヘッド全体につ
いても、大幅な原価低減を図ることができる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明
する。

【００１１】まず、第１の実施例について図１〜図５を
参照して説明する。プロセス処理装置としては、代表的
なものとして、ワーク４に対して絶縁膜等の薄膜を成膜
するＣＶＤ装置、ワーク４に対して金属薄膜等を成膜す
るスパッタ装置、成膜された金属薄膜等に対してエッチ
ング処理して回路パターンを形成するエッチング処理装
置がある。図１は、前記プロセス処理装置において、異
物検査装置を搭載した模式図を示したものである。本装
置は、プロセス処理室７、ローダ或いはアンローダ付の
ようなワーク供給用ステーション（供給ステーション
（ローダ）８ａ、回収ステーション（アンローダ））８
ａ，８ｂが１つ或いは複数あり、それに検出ヘッド１ａ
と、走査ステージ１ｂと、ワーク４を搭載して少なくと
も回転Θ方向に回転位置決め（回転補正）するθステー
ジ３（なお、θステージ３は、リニアイメージセンサで
検出される画像信号を電気的に回転補正することができ
るので、必ずしも必要でない。）とを搭載し、これら走
査ステージ１ｂ及びΘステージ３を駆動制御する検査制
御装置１１及びデータ処理部（ＣＰＵ）９を備えた異物
検査装置１を設置して構成したものである。ワーク（ウ
エハ）４を、ワーク供給ステーション８ａ，８ｂからハ
ンドリングするロボット機構５によりバッファチャンバ
６を介してプロセス処理室７へ搬送する前に、異物検査
装置１によりワーク４への異物等の付着状態の計測を行
ない、プロセス処理室７へワーク４を、ハンドリングす
るロボット機構５によりバッファチャンバ６を介してプ
ロセス処理室７へ搬送する。このとき、異物検査装置１
のデータ処理部（ＣＰＵ）９は、異物等の計測結果を算
出してその値が管理規格値Ｍｐを越えている場合には、
プロセス処理室７でのプロセス処理をしないように、プ
ロセス処理装置を制御する制御装置１０へアラーム信号
を送信してハンドリングするロボット機構５を制御して
ワーク供給用ステーション８ａ，８ｂに戻す等の方法を
取ることも可能である。このようにすることで、プロセ
ス処理室７におけるワークの不良の作り込みを少なくで
き、しかもプロセス処理装置としての稼働率も向上させ
ることができる。一方、プロセス処理室７へ搬送された
ワーク４は、プロセス処理室７において成膜処理、また
はエッチング処理が行われる。次に処理されたワーク４
を、ハンドリングするロボット機構５によってワーク供
給用ステーション８ａ，８ｂに戻す際に、プロセス処理
後のワーク４を異物検査装置１によりワーク４への異物
等の付着状態の計測を行ない、その後ワーク４をハンド
リングするロボット機構５によりワーク供給用ステーシ
ョン８ａ，８ｂに収納する。このとき、計測されたワー
ク４への異物等の付着状態の結果は、図２に示すデータ
処理部９のＣＰＵ９ａ等で処理され、データベースとし
てメモリ９ｂ又はハードディスク（図示せず）に保存さ
れる。そしてデータ処理部９のＣＰＵ９ａは、データベ
ースとしてメモリ９ｂ又はハードディスク（図示せず）
に保存されたプロセス処理室７へ供給する前（プロセス
処理前）にワーク上への異物等の付着状態を示す処理前
の異物マップとプロセス処理室７から処理されて排出さ
れたとき（プロセス処理後）にワーク上への異物等の付
着状態を示す処理後の異物マップとの間において異物数
或いは異物検出位置との比較処理を行ない、プロセス処
理室７におけるプロセス処理においてワーク上への異物
等の付着状態を示す処理による増加異物マップ（増加異
物数及びその位置）をモニタ９ｅ或いはプリンタ９ｆに
表示させる。（このように処理後の異物マップから処理
前の異物マップとの差をとることについては、特開平２
−１７０２７９号公報に記載されている。）このように
してプロセス処理装置においてワーク上への付着した異
物の個数、大きさ（例えば大、中、小の３段階）も含め
た異物の分布（マップ）をデータ処理部９のＣＰＵ９ａ
において算出し、メモリ９ｂ又はハードディスク（図示
せず）に格納して得ることができる。

【００１２】なお、検出ヘッド１ａの一実施例として、
特開平５−２１８１６３号公報にも記載されているよう
に、図３（ａ）（ｂ）に示す構成がある。即ち、図３
（ｂ）に拡大して示すように、照明光学系３１は、高輝
度（高強度）のレーザ光を出力する半導体レーザ３２
と、該半導体レーザ３２から出力されたレーザ光のビー
ム径を拡大するビーム径拡大光学系３３と、該ビーム径
拡大光学系３３で拡大されたレーザビームを直線状（ス
リット状）に集光する一軸方向集光レンズ（シリンドリ
カルレンズ）３４と、該一軸方向集光レンズ３４で集光
されたレーザ光を反射してワーク４上に直線状（スリッ
ト状）に照射するミラー３５とを備え、直線状のレーザ
光をワーク４の表面に対して浅い角度で照射するように
構成されている。一軸方向集光レンズ３４で直線状（ス
リット状）に集光させているが、ガルバノミラーなどの
ように走査光学系でレーザ光を直線状（スリット状）に
照射することは可能であるが、走査光学系で高速に走査
する必要があるため、光学系が複雑になる反面、ビーム
径拡大光学系が不要となり、高輝度（高強度）のレーザ
光を出力する半導体レーザを用いることができる。また
検出光学系３６は、照射された直線状のレーザ光によっ
てワーク４の表面から生じる散乱反射光を集光する広視
野（０．４〜０．６等の高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口数）であるテレセントリック光
学系３７、３８と、該テレセントリック光学系３７、３
８の中のほぼフーリエ変換面に配置された可変型空間フ
ィルタ３９と、リニアイメージセンサ４０とを備え、ワ
ーク４の表面に存在する回路パターンのエッジから散乱
反射光或いは繰返し回路パターンの空間周波数を前記可
変型空間フィルタ３９で遮光し、異物からの散乱反射光
をリニアイメージセンサ４０で受光するように構成され
ている。そして、ワーク４上を制御装置１１の制御によ
りワーク４または検出ヘッド１ａを一軸方向（ｘ軸方
向）に走査ステージ１ｂで走査すれば、ワーク４のほぼ
全表面について異物等の付着状態が検査できるように、
検出ヘッド１ａは、図３（ａ）に示すように、前記照明
光学系３１と前記検出光学系３６とを対にした６個の組
を、各々千鳥状に配置して構成している。従って、ワー
ク４または検出ヘッド１ａを相対的に一軸方向（ｘ軸方
向）に一回走査すると、図４（ａ）に示すようにワーク
４の全面に亘って異物等の付着状態を検査することがで
きる。

【００１３】一方、検出ヘッド１ａとして、前記照明光
学系３１と前記検出光学系３６とを対にした３個の組を
配置して構成して、ワーク４または検出ヘッド１ａを相
対的に一軸方向（ｘ軸方向）に一回走査すると、図４
（ｂ）に示すように検査しない領域も存在するが、ワー
ク４上の概ねの領域について異物等の付着状態を検査す
ることができる。これによれば、検出ヘッド１ａを簡素
化でき、高速で検出ヘッド走査を可能にする。また、検
出ヘッド１ａとして、前記照明光学系３１と前記検出光
学系３６とを対にした２個の組を配置して構成して、制
御装置１１からの制御により、ワーク４または検出ヘッ
ド１ａを相対的にｙ軸方向にシフトしながら一軸方向
（ｘ軸方向）に三回走査すると、図４（ｃ）に示すよう
にワーク４の全面に亘って異物等の付着状態を検査する
ことができる。しかし、この場合、ワーク４または検出
ヘッド１ａを相対的にｙ軸方向にシフトしながらｘ軸方
向に三回走査することが必要となり、検出ヘッドの組数
は大幅に減らすことができる反面、走査機構が複雑にな
り、しかも検査時間が多く要することになる。

【００１４】図２には、多数の異物検査装置１及びプロ
セス処理装置の制御装置（プロセスガスの流量、プロセ
スガス圧力、ワーク（ウエハ）の温度、ワークに印加す
る電圧等の情報も入力される。）１０を接続し、異物検
査装置２２ａ及びパターン検査装置２２ｂ等からなる検
査装置２２を接続した走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）２１
ａ、２次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）２１ｂ、走査
形トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）２１ｃ、分光装置（ＳＴ
Ｓ）２１ｄ等で構成された分析装置２１により異物デー
タ解析コンピュータ２０等で構成されるシステム構成の
全体を示したものである。異物データ解析コンピュータ
２０は、メモリ２０ｂを備えたＣＰＵ２０ａと、データ
を入力するキーボード２０ｃ及びマウス２０ｄと、異物
解析結果、並びにアラームを表示しなければならない異
常のプロセス装置名及び異常の着工ロットやウエハを表
示できるディスプレイ装置２０ｅと、異物解析結果、並
びにアラームを表示しなければならない異常のプロセス
装置名及び異常の着工ロットや着工ウエハを出力するプ
リンタ等の出力装置２０ｆと、各プロセス処理装置にお
ける着工ロット単位或いは着工ウエハ単位で異物の発生
状況と推定または確認された異物の発生原因との相関関
係を記憶した外部記憶装置（ハードディスク）２０ｇと
で構成している。そして、異物データ解析コンピュータ
２０には、多数の異物検査装置１およびその検査装置が
設置されたプロセス処理装置の制御装置１０からのデー
タが入力され、更に異物管理値Ｍｐ，Ｍｑを越えた着工
ロットや着工ウエハについて検査装置２２や分析装置２
１で詳細に分析された結果とその推定される不良原因
（入力手段２０ｃで入力される。）とが入力され、各プ
ロセス処理装置における着工ロット単位或いは着工ウエ
ハ単位で異物の発生状況と推定または確認された異物の
発生原因との相関関係が外部記憶装置（ハードディス
ク）２０ｇに記憶される。

【００１５】次に第２の実施例について、図５、図１、
図２を参照して説明する。即ち、図５（ａ）にプロセス
成膜装置にオンマシン異物検査装置（オンマシン異物モ
ニタ）１を搭載した実施例を示す。このプロセス成膜装
置は、ローダ（Ｌ）部１０２、アンローダ（Ｕ／Ｌ）部
１０３、搬送室１０４、反応室１０１で構成され、搬送
室１０４内に搬送アーム機構５、搬送室１０４の上側に
オンマシン異物モニタ用検出ヘッド１ａ’を有する。ロ
ーダ部１０２よりウエハ４を受け取り、搬送アーム機構
５により反応室１０１に搬送する。反応室１０１で処理
されたウエハ４は搬送アーム機構５によりアンローダ室
１０３に戻す。その際、搬送アーム機構５により移動途
中のウエハ４の表面を搬送室１０４上側に搭載されたオ
ンマシン異物モニタ用検出ヘッド１ａ’によりモニタ
（検査）する。この実施例では、処理後のウエハ４の表
面をモニタしているが、処理前或いは処理前後において
ウエハ４の表面をモニタすることも可能である。

【００１６】図５（ｂ）にオンマシン異物モニタ用の検
出ヘッド部１ａ’の断面を示す。搬送室１０４内は、真
空雰囲気であり、その中を搬送アーム機構５の搬送アー
ム５ａで移動中のウエハ４を搬送室１０４上側に搭載し
た検出ヘッド１ａ’によりモニタ（検査）する。この検
出ヘッド１ａ’は、搬送室１０４の上蓋１０５に取り付
けられた真空対応標準フランジ１０６上に取り付けられ
ている。検出ヘッド１ａ’は、照明光学系３１、検出光
学系３６、ウエハ回転検出系（詳細については後述す
る。）１１０で構成され、ウエハ回転検出系１１０によ
りウエハ４の回転を検出してソフト的に（画像処理によ
り）補正し、照明光学系３１で照明されたウエハ４の表
面を検出光学系３６によりモニタ（検査）する。なお、
真空対応標準フランジ１０６における検出ヘッド１ａ’
の照明部１０６ａ、検出部１０６ｂ及び検出部１０６ｃ
は透明部品で構成される。なお、ミラー３５は、真空対
応標準フランジ１０６上に取付けられてもよい。上記実
施例では、真空対応標準フランジ１０６を介してモニタ
（検査）しているが、検出ヘッド本体１ａ’を小形化す
ることによって、搬送室１０４内、即ち真空雰囲気内に
設置することも可能である。

【００１７】次にチップ比較処理をするための実施例に
ついて図６乃至図１８を参照して説明する。ウエハ回転
補正について説明する。即ち、図１、図５に示す異物検
出光学系（検出ヘッド）１ａ、１ａ’の直前に、ウエハ
回転方向検出器１１０（図５に示す。）を設ける。ウエ
ハ回転方向検出器１１０により得られたウエハ回転量
は、ウエハの回転ステージ（Θステージ）３を有する場
合、或いはウエハをハンドリングするロボット機構５の
ハンドが回転機構を有する場合、或いは異物検出光学系
（検出ヘッド）１ａが回転する場合は、それにより機構
的に補正する。回転補正機構がない場合は、電気回路或
いはソフト処理によって回転補正を行う。なお、電気回
路或いはソフト処理による回転補正の場合には、Θステ
ージまたはロボット機構のハンドまたは異物検出光学系
による回転補正機構を必要としないため、機構として簡
素化、及び小形化をはかることができると共にウエハの
寸法に変化にも容易に対応することができる。まず、ウ
エハの回転方向を検出するために、 （１）ウエハのオリフラ方向を検出する。 （２）ウエハの回路パターン方向を検出する。 回折光検出 回路パターン画像検出（特徴抽出） 厳密には、回路パターン方向とオリフラ方向がずれてい
るので、正確に回路パターンの方向を検出する必要があ
る場合には、回路パターンの方向を検出しなければなら
ない。

【００１８】ウエハ４は、ウエハ回転方向検出器１１０
の下を通過、或いは一時静止時にウエハの回転方向を検
出する。 （１）ウエハのオリフラ方向を検出する方法について具
体的に説明する。図６より第１のウエハ回転方向検出器
１１０ａの検出方法について説明する。即ち、数個の発
光点１５２を有する照明系の下をウエハ４がウエハ移動
方向Ｖに沿って通過し、１５３の位置から１５４の位置
に移動する。図にウエハ回転方向検出器１５１の照明系
の発光点１５２から出た照明光のウエハ４上の軌跡１５
５を示す。発光点Ａの場合、照明光がウエハ４に当たり
始める時間Ａｓとウエハ４がはずれる時間Ａｅとを測定
し、これを他の発光点Ｂ〜Ｇについても行う。以上のデ
ータとウエハ４の移動時間によりウエハ４のオリフラ１
５６の方向を求め、ウエハ４の回転ずれ量θ１を計算す
る。またウエハ４の回転方向の検出方法としては、スク
ライブエリア検出、チップ検出、アライメントマーク等
の特殊マーク検出がある。

【００１９】図７より第２のウエハ回転方向検出器１１
０ｂ及び第３のウエハ回転方向検出器１１０ｃの検出方
法について説明する。即ち、第２のウエハ回転方向検出
器１１０ｂは、（ｂ）に示すように、線状に照明する照
明光源１６２と線状に照明されたウエハ４のオリフラエ
ッジも含め輪郭から反射した反射光を検出する線状に配
列されたセンサ１６３とで構成され、該センサ１６３で
検出される反射画像信号に基づいて図６と同様にオリフ
ラエッジ１５６の方向（ウエハ４の回転ずれ量θ２）を
求めることができる。ここで、このように反射光検出の
場合は、オリフラエッジを検出する以外に、ウエハ４の
表面上にある回路パターン（スクライブエリア検出、チ
ップ検出、アライメントマーク等も含む）の像の特徴を
抽出することにより、ウエハの回転ずれ量を計算して検
出することもできる。また第２のウエハ回転方向検出器
１１０ｃは、（ｃ）に示すように、線状に照明する照明
光源１６６とウエハ４のオリフラエッジも含め輪郭で遮
蔽された光を検出する線状のセンサ１６７とで構成さ
れ、該センサ１６７で検出される遮蔽光画像信号に基づ
いて図６と同様にオリフラエッジ１５６の方向を求める
ことができる。

【００２０】（２）ウエハの回路パターン方向を検出す
る方法について具体的に説明する。

【００２１】まず、ウエハ上の回路パターンからの回折
光検出によるウエハ回転ずれ量を検出する方法について
説明する。図８に、ウエハ回転方向を検出するために、
ウエハ回転方向検出器１１０ｄによるウエハ４上の回路
パターンからの回折光を検出する方法を示す。レーザ光
源等から構成された照明光源１７１から出射された光を
集光レンズ１７２で集光させてミラー１７３で反射させ
て斜方照明によりウエハ４上の回路パターンを照明し、
その回折光を上方に設けた対物レンズ１７４と検出器１
７５とにより検出する。ここで、検出器１７５は対物レ
ンズ１７４のフーリエ変換面位置に設置し、ウエハ４は
一軸方向移動中でも、一時静止中でもよい。フーリエ変
換面上での検出像を図８（ｂ）（ｃ）に示す。同図
（ｂ）は、ウエハ回転無（ウエハ基準位置）の場合であ
り、ウエハ上の主たる回路パターンまたは繰返し回路パ
ターンからの回折光（０次光）１７７は検出器１７５の
中央（Ｙ軸方向の中心）に結像する。同図（ｃ）は、ウ
エハ回転有の場合であり、ウエハ上の主たる回路パター
ンまたは繰返し回路パターンからの回折光（０次光）１
７８は検出器１７５の中央からΔｄずれて結像する。こ
のずれ量Δｄは、ウエハの回転ずれ量θ３と相関関係に
あり、ずれ量Δｄからウエハの回転ずれ量θ３を求めら
れる。即ち、検出器１７５に接続されたＣＰＵ１７６
は、検出器１７５から検出される回折光に基づく画像信
号からずれ量Δｄを算出し、このずれ量Δｄからウエハ
の回転ずれ量θ３を算出することができる。ここで、照
明光源１７１から出射される光が、ウエハ４の表面上に
斜め方向から集光照射される（投影される）関係で、照
明光源１７１としては点光源ほど、回折光はシャープに
結像するため、ウエハの回転ずれ量の検出精度は高くな
る。また検出器としては、ＴＶカメラ、一次元リニアセ
ンサ、或いはポジションセンサ等を用いることができ
る。

【００２２】次に図９に、ウエハ回転ずれ量を検出する
ために、ウエハ上の回路パターンからの回折光を検出す
る方法として、図８における斜方照明の代わりに、垂直
照明を用いた場合（ウエハ回転方向検出器１１０ｅ）を
示す。即ち、図８における照明光源１７１、集光レンズ
１７２及びミラー１７３の代わりに、照明光源１８１及
びハーフミラー１８２によって構成した。この場合、図
８に比べてユニット本体の小形化が可能なことと、ウエ
ハの回転ずれ角において全角度（３６０度）が検出可能
なことである。即ち、ウエハ４上に形成されている回路
パターンには、主としてＸ方向成分とＹ方向成分とから
成り立っているため、ウエハ回転無（ウエハ基準位置）
の場合には、（ｂ）に示すように十字状の回折光（０次
光）１８３が検出器１７５のＸ，Ｙ軸方向に結像し、ウ
エハ回転有の場合には、（ｃ）に示すように回折光１８
４が検出器１７５のＸ，Ｙ軸方向から角度θ４ずれて結
像される。検出器１７５に接続されたＣＰＵ１７６は、
検出器１７５から検出される十字状の回折光に基づく画
像信号から角度ずれ量θ４を算出し、この角度ずれ量θ
４からウエハの回転ずれ量θ４を算出することができ
る。

【００２３】次に図１０に、ウエハ回転ずれ量を検出す
るために、ウエハ上の回路パターンからの回折光を検出
する方法として、図８における上方に設置した検出器及
びレンズを斜め方向に設置した場合（ウエハ回転方向検
出器１１０ｆ）を示す。即ち、図８における検出器１７
５及びレンズ１７４の代わりに、検出器１９２及びレン
ズ１９３を斜め方向に設置して構成した。そして照明光
源１９５と集光レンズ１９６とで構成される照明光学系
１９４も、検出器１９２とレンズ１９３とで構成される
検出光学系１９１とが対向するように配置されている。
この場合、ウエハ回転無（ウエハ基準位置）の場合に
は、（ｂ）に示すように回折光（０次光）１９７が検出
器１９３の中央（Ｙ軸方向の中心）に結像し、ウエハ回
転有の場合には、（ｃ）に示すように回折光１９８が検
出器１９２の中央（Ｙ軸方向の中心）から偏位Δｄ’と
角度Δθ５とがずれて結像される。この合成されたずれ
量Δｄ’＋Δθ５は、ウエハの回転ずれ量θ５と相関関
係にあり、合成されたずれ量Δｄ’＋Δθ５からウエハ
の回転ずれ量θ５を求められる。即ち、検出器１９３に
接続されたＣＰＵ１７６は、検出器１９２から検出され
る回折光に基づく画像信号から合成されたずれ量Δｄ’
＋Δθ５を算出し、このずれ量Δｄ’＋Δθ５からウエ
ハの回転ずれ量θ５を算出することができる。

【００２４】次に図１１に、ウエハ回転ずれ量を検出す
るために、ウエハ回転方向検出器１１０ｇによるウエハ
上の回路パターン像を用いる方法を示す。即ち、照明光
源２０２と集光レンズ２０３とミラー２０４とハーフミ
ラー２０５とによって構成された上方照明光学系２０１
により、ウエハ４上の繰り返される回路パターンを照明
し、この照明されたウエハ４上の回路パターンの光像
を、対物レンズ２０７と結像レンズ２０８と検出器２０
９とから構成される検出光学系２０６によって検出す
る。検出器２０９がＴＶカメラの場合には、ウエハの一
時静止画像を、また検出器２０９がリニアセンサの場合
にはウエハは一軸走査中で、結像されたウエハ４上の回
路パターンの光像を撮像して検出することができる。同
図（ｂ）には検出画像を示す。検出器２０９に接続され
たＣＰＵ１７６は、同図（ｂ）に示す画像におけるチッ
プ２１０の傾斜角またはスクライブエリア２１１の方向
を検出することによって、ウエハ４の回転ずれ量を算出
することができる。

【００２５】次に回転合わせに関する技術について説明
する。本出願の対象は基本的には半導体であるが、微細
パターンが繰り返し形成された、たとえば、液晶表示素
子及びこの形成過程の基板、その他のパターンが形成さ
れた基板であっても良い。本出願の異物検査装置は、隣
接チップ比較が重要技術である。この隣接チップ比較技
術は、隣接チップの対応点を知り、対応点の検出出力信
号レベルを比較し同じ信号レベルで有れば、いずれのチ
ップにも欠陥や異物は存在しないと判断し、信号レベル
に違いが大きければ、信号レベルの大きい方のチップ上
に欠陥あるいは異物が存在すると判断する。この技術
は、上記説明したように隣接チップ間の対応点を見つけ
る必要がある。この対応点を見つける方法は、もちろん
何であってもかまわないわけである。一例として、全て
のデータ取得後に、チップが配列している方向と考えら
れる方向ｘ，ｙについてデータの相関関数を取り、相関
関数の周期からチップのサイズｐと配列方向θを算出す
ればよい。この方法は、データを格納する記憶装置に大
きな容量が必要になるため、以下の方法も考えられる。
すなわちチップピッチｐを設計データから取り込み、チ
ップ配列の方向をウエハ毎に検出する事で隣接チップ間
の対応点を知ることができる。（図１３） この方法では、チップ配列の方向、すなわちウエハの回
転方向を知ることが必要である。一つの方法として、ウ
エハ４に形成されたオリフラ（オリエンテーションフラ
ット）１５６の向きを測定しても良い。これは、パター
ン形成の際、オリフラの向きを基準にしていることが前
提である。また、別の方法として、ウエハ上に形成され
ているチップの方向θを直接計測しても良い。ところ
が、ウエハ上に形成されたパターンは複雑な場合が多く
パターンの形状からパターンの形成方向を測定すること
は難しい。ここで、図１２にウエハ回転方向検出器１１
０ｅで示すように、形成されたパターン上に光ビームを
照射するとパターンの形状により回折が生じ回折パター
ンが検出できる。多くのウエハ上のパターンは、ｘ及び
ｙ方向を持つ基本パターンの繰り返しで形成されている
場合が多いため、この回折パターンは主に、ｘ及びｙ方
向に射出する、言い換えれば、図１２に示すように、０
次回折光１８４がｘ及びｙ方向に回折する。そこで、検
出像（回折像）１８５から０次回折光１８４の方向を測
定すれば、ウエハ４上のパターンの方向θを正確に知る
ことができる。

【００２６】測定したチップの配列方向θは、取り込ん
だデータ上の隣接チップ間の対応点（図１４に示すａ、
ａ’の座標関係１８７）を知るため（図１２に示す電気
的処理によるウエハ回転補正１８７において回転補正オ
ペレータによるチップピッチｐに対するチップの配列方
向θ回転補正するため）に用い、リニアイメージセンサ
４０で得られる画像データ（図１５にメモリ範囲で示す
画像）を順次メモリ１８９に格納させ、比較手段１９０
は、これら対応点（図１５に示すａとａ’、ｂとｂ’）
を順次比較していくことで上記比較検査（異物等の欠陥
検査）を実現する。この方法は、取り込んだ画像データ
を一時的にメモリ１８９に格納する記憶容量が必要にな
る一方、機構部が不必要で信頼性の高いシステムを実現
できる。また、別の方法として、図１７に示すように、
上記のチップの配列方向θにリニアイメージイメージセ
ンサ（１次元検出器）４０の長手方向が平行になるよう
に検出系３６全体を回転する事で、隣接チップ上の対応
点が必ず検出器４０上にくるようにすることができる。
この方法により対応点を知るために一時的に画像データ
をメモリ１８９に格納する容量を最小にできる。逆に、
この方法は検出器３６全体を回転させる必要があるた
め、回転機構部が必要となる。

【００２７】以上の方法は、ワーク（ウエハ）上にオリ
フラあるいはノッチ等が形成されていないワーク（ウエ
ハ）のチップの配列方法を検出できるという効果があ
る。また、この方法は、ワーク（ウエハ）上のパターン
を直接測定するので、オリフラ等を用いた方法より高精
度の測定と高精度の対応点を取ることが可能となる。以
下、回転検出部１１０の具体的構成を図１２に基づいて
説明する（図９にも同様な構成が示されている。）。回
転検出部１１０ｅは、できる限り点光源に近い光源１８
１、ハーフミラー１８２、結像光学系１７４、２次元の
検出器１７５から構成される。点光源１８１は、ハーフ
ミラー１８２、結像光学系１７４、ウエハ４を介して、
検出器１７５上に結像する。ここで、ワーク（ウエハ）
４は、基本的にはミラーと考えて良い。

【００２８】ここで、結像光学系１７４とワーク（ウエ
ハ）４との間は、無限遠系（テレセントリック光学系）
に構成されていると良い。この部分が無限遠系に構成さ
れている場合、ワーク（ウエハ）４の光軸方向の位置が
多少の変動をしても検出結果に大きな影響を及ぼさない
という効果を持つ。検出器１７５で検出した画像（回折
像）１８５を図１２に示す。多くの半導体パターン及び
液晶表示のディスプレイパターンでは、図に示したよう
なｘ方向とｙ方向の０次回折光１８４が十字状の直線に
検出される。ここで、この回折光１８４の方向がウエハ
４上のチップ配列θの方向に対応する。ここで検出され
た画像１８５から、よく知られたＨｏｕｇｈ変換１８６
によって十字形状を形作る直線の方向が測定できる。こ
こで特徴的なのは、ワーク（ウエハ）４が光軸に対し
て、垂直あるいはほぼ垂直に載置されている場合、通常
２次元であるＨｏｕｇｈ変換を１次元に圧縮できる。次
に２つの直線の（数１）式（数２）式を示す。

【００２９】 ｘｓｉｎθ₁−ｙｃｏｓθ₁＝０ （数１） ｘｃｏｓθ₂＋ｙｓｉｎθ₂＝０ （数２） 但し、θ₂＝（π／２）＋θ₁ この直線のθ₁、θ₂は相互に直交する事がわかっている
ため、実質的に変数は一つである。ここで、光軸中心を
画像の原点として、上記の（数１）式、（数２）式のｘ
及びｙに直線上の座標を代入すればθが算出できる。画
像上の全ての点についてこのθを算出しその際の画像上
の検出出力で重み付けしたヒストグラムを図１８（ａ）
に示すように作成する。このヒストグラムのピークが上
記の直線のθ₁、θ₂になる。これは、直線上の画素では
信号が大きく検出されるためである。

【００３０】ここで、現実的には、θの精度を向上しよ
うとするとヒストグラムの段階を高分解能にする必要が
ある。ところが、ヒストグラムの段階を高分解能にする
と縦軸の値が小さくなり、曲線がなめらかでなくなり、
ピークを算出する時の精度が落ちることになる。そこ
で、これらのトレードオフを解決する方法として、次の
（数３）式に示した重心算出方法が良い。（数３）式
は、θ₁の算出式を示したが、θ₂についても同様に算出
することができる。

【００３１】

【数３】

【００３２】なお、Ｉ(ｘ，ｙ)は、例えば図１２に示す
検出像１８５の０次回折光１８４の強度を表す。この方
法は、回転位置θ₁又はθ₂が存在する範囲（θ₁−δ₀＜
θ＜θ₁＋δ₀又はθ₂−δ₀＜θ＜θ₂＋δ₀）を予め知っ
ている必要があり、存在範囲をより正確に予測できたと
きに検出精度が向上する。従って、事前にオリフラ合わ
せ等により各ワーク（ウエハ）の向き、つまりチップ配
列方向θをある範囲にそろえておく必要がある。また、
１次以上の回折光が存在しない場合は、加算範囲を０度
から９０度にしても理論上は完全な値が算出できる。従
って、１次以上の回折光強度は小さい方が望ましい。演
算時間が問題にならなければ、２次元のＨｏｕｇｈ変換
を用いれば良いのは言うまでもない。

【００３３】また、以上の式ではθを算出してヒストグ
ラムを求めたが、演算時間の短縮と言う観点からは、ｔ
ａｎθ、ｓｉｎθあるいはｃｏｓθを算出してヒストグ
ラムを求めても良い。微細な光軸のずれがあった場合、
θは誤差を持った状態で算出される可能性がある。この
回折光を用いた方式の場合、微細な光軸のずれは具体的
には、ヒストグラムのピークの山割れ現象（図１８
（ｃ）に示す。）となる。これは、図１８（ｂ）に示す
ように、回折パターン１８４の場合、真の直線の方向θ
に対して芯ずれの際に算出される誤差を持った角度が、
＋側と−側に存在するために生じる。従って、上記に示
したように、重心を算出する場合、光軸のずれはキャン
セルされることになる。この意味でも、（数３）式に基
づいて、重心を求める方法は高精度算出が期待できる。

【００３４】以上の１次元のＨｏｕｇｈ変換を用いた方
法は、光軸中心が、検出した画像上に無い場合も適用可
能である。具体的には、画像の外に存在する光軸中心を
画像と同一の座標系で表せばよい。この回折光を用いる
方法では、光軸中心の検出信号出力が極端に大きい場合
が多く画像上の光軸中心の周囲の広い範囲に渡って検出
器の出力が飽和してしまうことが多い。そこで、光軸中
心の適当な範囲をマスクしてしまい、θの算出に使わな
い方が検出精度が向上する場合が多い。このマスクは、
光学系上に設置された遮光板、あるいは、検出した信号
の中心部のデータを用いないと言ったソフト上のｓマス
クであっても良い。実際には、図１２の検出像１８５に
示すように、±１次あるいは±２次の回折パターン１９
２が形成、検出される。ところが、通常は、これらのパ
ターン１９２は、０次回折光１８４より微弱であるた
め、以下に示す方法で無視できる。第一に、しきい値を
用いて２値化する方法、第二に多値のデータを用いる方
法である。検出器が２次元の場合を説明したが、１次元
の検出器を用いても以下のように、回転検出系が実現で
きる。

【００３５】即ち、図１４に示す処理装置でウエハ回転
ずれを補正することができる。この処理装置（補正装
置）は、回転検出光学系１１０ｅ（検出器１７５）、回
転検出算出系１８６、隣接チップ対応点ベクトル算出系
（ａ、ａ’の座標関係）１８７、画像データを記憶する
メモリ１８９、比較手段１９０から構成される。回転検
出算出系１８６では、上記説明した方法によりチップ配
列の方向θが算出される。このθと、設計データから入
力されるチップピッチｐのデータより、隣接チップ対応
ベクトルが算出される。チップ比較手段１９０では、メ
モリ１８９に蓄積されたメモリ情報からリニアイメージ
センサ４０の長手方向に対する隣接チップ対応ベクトル
により対応点（図１５に示すａとａ’、ｂとｂ’）が取
り出され、信号出力が比較されて、不一致による異物信
号１８８が検出される。ここで、視野は、チップピッチ
の２倍より大きい必要がある。また、ワーク（ウエハ）
の許容傾き（異物検査を実施する上で許容できるワーク
の傾きの範囲）をθとすると、メモリ１８９に記憶する
メモリの範囲ｌは、リニアイメージセンサ４０の視野サ
イズにｓｉｎθを乗じた長さの範囲を記録できる容量が
必要になる。

【００３６】次にワーク走査方向比較方式での回転補正
について図１５（ｂ）に基づいて説明する。即ち、比較
する隣接チップが、図１５（ａ）に示すように、リニア
イメージセンサ４０の長手方向の場合について説明して
きたが、比較対象チップは、リニアイメージセンサ４０
の長手方向である必要はなく、以下に説明するように、
リニアイメージセンサ４０の長手方向に直角な方向、す
なわち、ワークの走査方向であっても良い。上記のリニ
アイメージセンサ４０の長手方向の比較と同様に、リニ
アイメージセンサ４０の長手方向に直角な方向に対する
隣接チップ対応ベクトルを算出することにより隣接チッ
プの対応点を求めることができる。メモリのサイズ（メ
モリ範囲ｌ）についても同様の演算により算出できる。
この場合、検出視野がチップサイズに対して十分に大き
な値を持っていない場合であってもチップ比較が実現で
きる反面、ハンドリング機構等によるワークの送り精度
を高くして、走査方向に存在する隣接チップの対応点を
正確に知る必要がある。また、この走査方向比較では、
θが０度に近い場合、照明のムラ、検出レンズのムラな
どの影響がなくなるという効果がある。

【００３７】次に回転合わせ機構による回転補正につい
て図１６及び図１７を用いて説明する。即ち、前記メモ
リを用いた処理装置による回転補正に対して、回転検出
算出系１８６で算出されるチップ配列の方向θ（図１７
に示す。）に基づいて光学系３６全体（照明系３１及び
回転検出光学系１１０も一緒にしても良い。）またはワ
ーク（ウエハ）を回転させることによって、隣接チップ
の対応点の算出を簡便にすることができる。そしてチッ
プ比較手段１９１において、メモリ１８９に蓄積された
メモリ情報から対応点が取り出され、信号出力が比較さ
れて不一致による異物信号１８８が検出される。さらに
この方法の効果として、ワーク（ウエハ）を走査する機
構の精度（送り速度のムラ、光軸方向の振動、走査方向
検出器方向の振動など）が悪い場合でも対応できる点が
ある。また、このように回転合わせ機構を用いることに
より、走査方向とチップ配列方向を垂直にする必要がな
くなる。また、空間フィルター３９を用いる場合、空間
フィルター３９の角度がチップ配列に対して正確に合う
ため、空間フィルター３９の効果を最大限に引き出すこ
とができる。

【００３８】次に０次カット空間フィルター方式＋チッ
プ比較について説明する。即ち、チップ比較方式を用い
る場合、必ずしもｎ次の回折光を遮光する空間フィルタ
ー３９を用いる必要のない場合がある。特に、ウエハ４
上に形成されたチップパターンの最小セルサイズが小さ
くなり、その１次以上の回折光が検出レンズ３７に入ら
ない場合、０次光だけを遮光すればよいことがある。こ
の場合、空間フィルター３９を用いる際に必要なウエハ
４のそりに対する対応、ウエハ４の傾きに対する対応が
不必要になるという利点がある。ウエハ上のチップ配列
方向が図２１に示すように、θの時の回折光及び検出レ
ンズの開口の様子を図１９、図２０に示す。図１９は照
明の入射角度α、検出レンズ３７の見込み角γとし、あ
る球面２８２を想定し、この球面２８２と照明の交点２
８３、検出レンズ３７の見込み角との交線２８４を図２
０に示す。なお、２８３は球面２８２上の入射点、２８
５は球面２８２上の出射点である。ここで、検出レンズ
３７に０次回折光が入射しないようにウエハ４をθ方向
に回転する事によって、ウエハ４上の主なパターンの情
報を消去することができる。これにより、ウエハ４内の
パターン上に付着した異物あるいは欠陥を強調して検出
することができる。このようにして検出した後に、上記
のチップ比較を実施すれば、上記の異物や欠陥を検出で
きる。検出光学系３８がパターンを逃げる条件の式は次
に示す（数４）式で得られるｘ０まで相対的にウエハ４
を回転する。つまり、ｘ０−θだけ相対的にウエハ４を
回転する。

【００３９】 ｓｉｎα・ｓｉｎ（ｘ０）＞ｓｉｎγ （数４） この際の回転角ｘ０の最大値ｘ０（ｍａｘ）は、上記の
（数４）式より次の（数５）式の関係で求められる。 ｓｉｎ（ｘ０（ｍａｘ））＝ｓｉｎγ／ｓｉｎα （数５） 即ち、ウエハ４と検出器４０を含めた検出光学系３６と
の間の相対的な回転ストロークは、上記のｘ０（ｍａ
ｘ）が実現できるように選定されれば十分である。具体
的には、検出光学系３６の対物レンズ３７の開口数（Ｎ
Ａ＝ｓｉｎγ）が０．１程度（焦点距離ｆ＝約７０ｍｍ
（図５（ｂ）に示すように搬送室１０４の外側から透明
な窓１０６を通してワーク（ウエハ）４上の異物を検出
するためには焦点距離ｆとして約５０ｍｍ以上は必要と
なるためである。）、焦点深度が約±６０μｍ（自動焦
点合わせをしないでワーク（ウエハ）４上の異物を検出
するために焦点深度として±４０μｍ〜±３０μｍ程度
が必要となる。）で、αが６０度の場合、ｘ０（ｍａ
ｘ）は約６．６度となり、検出光学系３６の対物レンズ
３７の開口数（ＮＡ＝ｓｉｎγ）が０．０８程度（焦点
距離ｆ＝約９０ｍｍ、焦点深度が約±６０μｍ）で、α
が８５度の場合、ｘ０（ｍａｘ）は約４．６度となり、
ｘ０（ｍａｘ）、即ち相対的な回転ストロークとして５
度から１０度程度の回転許容範囲が実現できれば十分で
ある。ワーク（ウエハ）４がθとして、θ＞ｘ０（ｍａ
ｘ）の条件で搬送されてくるのならば、ワーク（ウエ
ハ）４または検出光学系３６を回転させることが必要で
ないことは明らかである。

【００４０】以上の方法は、検出光学系３６の中に０次
カットフィルター３９を設置する必要がなくなるため、
検出光学系３６の結像性能を落とさずに済むと言う効果
がある。ここでは、上記の０次回折光が遮光できれば良
いわけであるから、ウエハ４の回転角度θが０度になる
ように設定されても良い。この場合、図３及び図２２に
示す０次カットフィルター３９が必要になる。この場合
の０次カットフィルター３９は幅を広めに、具体的に
は、０次回折光が十分に遮光できるように実験的に求め
られるものである。この場合、前述したように、ウエハ
４の回転を検出し、回転補正を実施してチップ配列ベク
トルを算出してチップ比較を実現する方法と、ウエハの
回転検出はせずにチップ比較をしない方法が考えられ
る。しかしながら、チップ比較を実施する方法が、実施
しない方法に対して検出感度等が低くなる。特に、ウエ
ハ４上に形成されたパターンにおいては、角部の丸みの
ように様々な方向成分を有して０次カットフィルター３
９で全てを取り除くことができない。従って、チップ比
較をすることによって０次カットフィルター３９で消去
できないものも除去することができる。

【００４１】次にシェーディングの補正について説明す
る。本発明では、上述したように、隣接チップ間で信号
出力を比較するため、照明はより均一な強度で照射され
ることが必要となる。即ち、比較する隣接チップ間にお
いて、異物が存在しないときには、リニアイメージセン
サ４０からほぼ同一レベルの信号が検出される必要があ
る。そのためには、斜め方向から直線状に集光照射され
る直線状の光束４１は直線状の長手方向（ｙ軸方向）に
均一な（一様な）照明強度が必要となる。ところが、半
導体レーザ光源等の光源３１から照射されるビームは、
一般的に中心が強く周辺が弱い。結果的に、図２６
（ａ）に示すように、照明強度は、直線状の視野の中央
付近で強く、周囲で弱くなっている。そこで、図３に示
す照明光学系３１の射出位置付近（シリンドリカルレン
ズ３４の前に）にこの強度分布を逆に補正するような補
正板２３１を挿入する。この補正板２３１は、図２４に
示す曲線状のスリット２４１を有する補正板２３１ａで
あってもよく、波長特性を持たない図２５に示すように
中央付近の透過率（同図（ｂ）に示す。）を落としたＮ
Ｄ（Neutral Density）フィルター２３１ｂであっても
よい。しかし、このようなＮＤ（Neutral Density）フ
ィルター２３１ｂは、曲線状（鼓状）のスリット（開
口）２４１を有する補正板２３１ａに比べて非常に高価
となる。そのため、シェーディング補正板２３１として
安価な曲線状（鼓状）のスリット（開口）２４１を有す
る補正板２３１ａを使用する。

【００４２】図２３にシェーディング補正光学系として
シェーディング補正板２３１ａを用いた照明光学系３１
を示す。このシェーディング補正板２３１ａは、光路中
のどこにあっても良いが、調整の容易さ、補正板２３１
ａの製作精度等を考えると光束が大きい位置であるシリ
ンドリカルレンズ３４の前後に挿入するのが良い。な
お、２３２は、半導体レーザ光源３２から出射されたレ
ーザ光の光束を拡大するビーム径拡大光学系（ビームエ
クスパンダー）である。

【００４３】ここで、図２６に照明の照度分布を示す。
同図（ａ）に示すような分布の照明がシェーディング補
正板２３１ａを挿入することによって同図（ｂ）に示す
ように平坦な分布（一様な分布）になる。

【００４４】ところが、図２４に示すシェーディング補
正板２３１ａを用いた場合、集光照射された直線状の光
束の幅方向（ｘ軸方向）の断面は、図２７に示すよう
に、中央付近が弱い光強度分布になる。そのため、照明
の微妙な位置ずれや基板（試料）４のｚ方向（高さ方
向）の変位（焦点位置変動）により、照明強度が極端に
変動することになる。この原因は、照明光の位相分布に
よるものである。この光学系は、シリンドリカルレンズ
３４を用いているため、図２９に示すような等位相面が
形成される。図２９には、この等位相面を補正板２３１
ａ上に示す。この補正板２３１ａを通過した光がシリン
ドリカルレンズ３４によりｙ軸上に直線状に集光され
る。この際、照明光束の等位相面ｍの一部が補正板２３
１ａで遮光されるため、集光面状ではｙ軸状の各点で、
位相分布の異なる光束が通過することになる。この結
果、ｙ軸上の各点で最も集光するｚ軸上の位置が異なり
（焦点位置が異なり）、集光しないｙ軸上のある位置で
は、図２７に示すような中央付近が弱い光強度分布の波
形となる。そのため、照明の微妙な位置ずれや基板（試
料）４のｚ方向（高さ方向）の変位（焦点位置変動）に
より、照明強度が極端に変動することになる。

【００４５】そこで本発明は、図３０に示すような、複
数の曲線状（鼓状）のスリット（開口）２４１’を有す
るシェーディング補正板２３１ｃを用いることで、各位
相を有する光束を平均的に通過させることになり、結果
的に、ｙ軸上の各点に、同じ位相分布の光束が到達でき
るようにしたものである。

【００４６】そこで、図３０に示すような形状のシェー
ディング補正板２３１ｃを用いれば、補正板２３１ｃを
通過する光束の位相が、ｙ軸上の各点でほぼ同じにな
り、図２８に示すようなガウス分布の集光が可能にな
り、照明の微妙な位置ずれや基板（試料）４のｚ方向
（高さ方向）の変位（焦点位置変動）により、照明強度
の変動を防止することができる。

【００４７】ここでは、図３０に示したような２つの曲
線状（鼓状）のスリット（開口）２４１’を有するシェ
ーディング補正板を示したが、本発明においては、上記
説明したように等位相面を有する光束を通過させるのが
目的であるから、２つ以上の複数の曲線状（鼓状）のス
リット（開口）を用いても同じ効果が得られるのは言う
までもない。

【００４８】また上記実施例においては、シェーディン
グ補正板２３１ｃとして、遮光板に複数の線状（鼓状）
のスリット（開口）２４１’を形成した場合を示した
が、透明なガラス板に複数の曲線状（鼓状）のスリット
（開口）以外を遮光する遮光フイルムを付着して形成し
ても安価に製造できることは明らかである。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウエハ、ＴＦＴ
基板等の半導体基板に対して成膜するスパッタ装置及び
ＣＶＤ装置、パターンを形成するエッチング装置、レジ
スト塗布装置、露光装置、洗浄装置等の様々なプロセス
処理装置において、半導体ウエハ、ＴＦＴ基板等の半導
体基板に対して付着した異物を、簡素化された構成によ
り高感度で検査することができる効果を奏する。

【００５０】また本発明によれば、試料上に斜め方向か
ら直線状に集光して照射する照明光の照明強度を一様に
して、隣接したチップから検出される回折光の強度を同
じようにしてチップ比較処理によって異物を高感度で検
査することができる。特に照明光学系におけるシェーデ
ィング補正板として、前記少なくとも直線状方向に周辺
部に対して中央部の透過面積を減少させた曲線状の透過
部分（開口）を直線状の幅方向に複数有することで、各
位相を有する光束を平均的に通過することになり、結果
的に直線状の幅方向（ｙ軸）上の各点に、ほぼ同じ位相
分布の光束が到達してガウス分布の集光が可能となり、
その結果、直線状の幅方向（ｙ軸）上の各点で最も集光
する高さ（ｚ軸上の位置）が同じとなり（焦点位置が同
じとなり）、正確な直線状の長手方向（ｘ軸方向）につ
いてほぼ一様な照明強度をもったシェーディング補正が
可能となり、チップ比較処理において検出信号強度の不
一致による誤検出を防止して異物を高感度で検査するこ
とができる効果を奏する。また、本発明によれば、前記
シェーディング補正板は安価に製造することができ、そ
の結果異物検査ヘッド全体についても、大幅な原価低減
を図ることができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるプロセス処理装置に異物検査装
置を設置した場合の実施例を示した図である。

【図２】本発明に係わる全体のシステム構成を示した図
である。

【図３】本発明に係わる検査ユニット（検出ヘッド）の
具体的構成を示す図である。

【図４】本発明に係わる検査ユニット（検出ヘッド）に
おけるチャンネル数と走査の仕方との関係を示した図で
ある。

【図５】本発明に係わるプロセス処理装置に異物検査装
置を設置した場合の図１とは異なる実施例を示した図で
ある。

【図６】本発明に係わるウエハのオリフラを検出してウ
エハ回転方向を検出する実施例を説明するための図であ
る。

【図７】本発明に係わるウエハのオリフラを検出してウ
エハ回転方向を検出する図６と異なる実施例を説明する
ための図である。

【図８】本発明に係わるウエハ上に形成されたチップ格
子を検出してウエハ回転方向を検出する実施例を説明す
るための図である。

【図９】本発明に係わるウエハ上に形成されたチップ格
子を検出してウエハ回転方向を検出する図８と異なる実
施例を説明するための図である。

【図１０】本発明に係わるウエハ上に形成されたチップ
格子を検出してウエハ回転方向を検出する図８及び図９
と異なる実施例を説明するための図である。

【図１１】本発明に係わるウエハ上に形成されたチップ
格子を検出してウエハ回転方向を検出する図８及び図９
及び図１０と異なる実施例を説明するための図である。

【図１２】本発明に係わる検出像からウエハの回転角を
検出する仕方を説明するための図である。

【図１３】本発明に係わるチップ比較において回転補正
オペレータを施すための説明図である。

【図１４】本発明に係わるソフト処理で行うチップ比較
システムを示す図である。

【図１５】図１４の説明図である。

【図１６】本発明に係わる回転機構を用いて行うチップ
比較システムを示す図である。

【図１７】図１６の説明図である。

【図１８】本発明に係わる検出像からウエハの回転角を
検出するための説明図である。

【図１９】照明光とウエハからの回折光と対物レンズの
開口数との関係を示す正面図である。

【図２０】照明光とウエハからの回折光と対物レンズの
開口数との関係を示す平面図である。

【図２１】ウエハのチップ配列方向を示す図である。

【図２２】空間フィルタで０次回折光を遮光する説明図
である。

【図２３】本発明に係わる検査ユニットにおける照明光
学系にシェーディング補正板を挿入した場合を示す図で
ある。

【図２４】シェーディング補正板として、一つの曲線状
（鼓状）の開口を形成したものを示す図である。

【図２５】シェーディング補正板としての、高価なＮＤ
（Neutral Density）フィルターを説明するための図
で、（ａ）は円形形状を、（ｂ）はその透過率を示す図
である。

【図２６】直線状の光束の長手方向（ｙ軸方向）の照明
光の強度分布を示す図で、（ａ）はシェーディング補正
板を挿入しない場合、（ｂ）はシェーディング補正板を
挿入しない場合を示す図である。

【図２７】シェーディング補正板として、一つの曲線状
（鼓状）の開口を形成したものを用いた場合における直
線状の光束の幅方向（ｘ軸方向）の照明光の強度分布を
示す図である。

【図２８】本発明に係わる複数の曲線状（鼓状）の開口
を形成したシェーディング補正板を用いた場合における
直線状の光束の幅方向（ｘ軸方向）の照明光のガウス分
布をした強度分布を示す図である。

【図２９】シェーディング補正板上における等位相面を
示す図である。

【図３０】本発明に係わる複数の曲線状（鼓状）の開口
を形成したシェーディング補正板の一実施例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…異物検査装置、１ａ，１ａ’…検査ユニット（検出
ヘッド） １ｂ…走査ステージ、３…Θステージ、４…ワーク（ウ
エハ） ５…ハンドリング機構（搬送ロボット）、５ａ…搬送ア
ーム ６…バッファチャンバ、７…プロセス処理室 ８ａ，８ｂ…ワーク供給用ステーション（ローダ、アン
ローダ） ９…データ処理部（ＣＰＵ）、１０…制御装置、１１…
検査制御装置 ２０…異物データ解析コンピュータ、２０ｇ…データベ
ース（ハードディスク） ２１…分析装置、２２…検査
装置、３１…照明光学系、３５…ミラー ３６…検出光学系、３９…空間フィルタ ３７…テレセントリック光学系（対物レンズ）、４０…
リニアイメージセンサ ４１…照明された直線状の光束、１０１…反応室、１０
２…ローダ部 １０４…搬送室、１０５…上蓋、１０６…真空対応標準
フランジ １８６…回転検出処理、１８７…回転補正オペレータ、
１８９…メモリ １９０…比較処理手段 ２３１、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ…シェーディン
グ補正板 ２４１、２４１’…開口

フロントページの続き (72)発明者 酒井 恵寿 東京都渋谷区東３丁目16番３号日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 森岡 洋 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平８−240412（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−217243（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−250569（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−14905（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の
   長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集
   光光学系により繰返しチップが形成された試料上に斜め
   方向から前記直線状に集光して照射し、 この照射された試料上からの散乱反射光を検出光学系で
   集光してリニアイメージセンサで受光して信号に変換
   し、 これら変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不
   一致により試料上の異物として検査することを特徴とす
   る異物検査方法。
2. 【請求項２】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にガウス分布で集光すると共に直線
   状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正し
   て集光光学系により繰返しチップが形成された試料上に
   斜め方向から前記直線状に集光して照射し、 この照射された試料上からの散乱反射光を検出光学系で
   集光してリニアイメージセンサで受光して信号に変換
   し、 これら変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不
   一致により試料上の異物として検査することを特徴とす
   る異物検査方法。
3. 【請求項３】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の
   長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集
   光光学系により繰返しチップが形成された試料上に斜め
   方向から前記直線状に集光して照射し、 この照射された試料上からの散乱反射光を検出光学系で
   集光して少なくとも試料上から発生する少なくとも０次
   回折光を遮光する空間フィルタを通して得られる散乱反
   射光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換し、 この変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不一
   致により試料上の異物として検査することを特徴とする
   異物検査方法。
4. 【請求項４】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にガウス分布で集光すると共に直線
   状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正し
   て集光光学系により繰返しチップが形成された試料上に
   斜め方向から前記直線状に集光して照射し、 この照射された試料上からの散乱反射光を検出光学系で
   集光して少なくとも試料上から発生する少なくとも０次
   回折光を遮光する空間フィルタを通して得られる散乱反
   射光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換し、 この変換された信号を繰り返すチップ間で比較して不一
   致により試料上の異物として検査することを特徴とする
   異物検査方法。
5. 【請求項５】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の
   長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集
   光光学系により繰返しチップが形成された試料上に斜め
   方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系と、 該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光を集
   光してリニアイメージセンサで受光して信号に変換する
   検出光学系と、 該検出光学系のリニアイメージセンサから変換された信
   号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の
   異物として検査するチップ間比較手段とを備えたことを
   特徴とする異物検査装置。
6. 【請求項６】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にガウス分布で集光すると共に直線
   状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正し
   て集光光学系により繰返しチップが形成された試料上に
   斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系
   と、 該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光を集
   光してリニアイメージセンサで受光して信号に変換する
   検出光学系と、 該検出光学系のリニアイメージセンサから変換された信
   号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の
   異物として検査するチップ間比較手段とを備えたことを
   特徴とする異物検査装置。
7. 【請求項７】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にほぼ同じ位相分布にして直線状の
   長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正して集
   光光学系により繰返しチップが形成された試料上に斜め
   方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系と、 該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光を集
   光して少なくとも試料上から発生する少なくとも０次回
   折光を遮光する空間フィルタを通して得られる散乱反射
   光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換する検
   出光学系と、 該検出光学系のリニアイメージセンサから変換された信
   号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の
   異物として検査するチップ間比較手段とを備えたことを
   特徴とする異物検査装置。
8. 【請求項８】光源から照射された光の強度分布に対して
   複数の曲線状透過部を形成したシェーディング補正板に
   より直線状の幅方向にガウス分布で集光すると共に直線
   状の長手方向に照明強度がほぼ一様になるように補正し
   て集光光学系により繰返しチップが形成された試料上に
   斜め方向から前記直線状に集光して照射する照明光学系
   と、 該照明光学系で照射された試料上からの散乱反射光を集
   光して少なくとも試料上から発生する少なくとも０次回
   折光を遮光する空間フィルタを通して得られる散乱反射
   光をリニアイメージセンサで受光して信号に変換する検
   出光学系と、 該検出光学系のリニアイメージセンサから変換された信
   号を繰り返すチップ間で比較して不一致により試料上の
   異物として検査するチップ間比較手段とを備えたことを
   特徴とする異物検査装置。
9. 【請求項９】前記照明光学系のシェーディング補正板に
   おける複数の曲線状透過部の各々を、曲線状開口で形成
   したことを特徴とする特徴とする請求項５又は６又は７
   又は８記載の異物検査装置。