JP2001332595A

JP2001332595A - 焦点合わせ制御機構及びこれを用いた検査装置

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Publication number: JP2001332595A
Application number: JP2000155403A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kikuchi; 啓記菊池
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-11-30
Also published as: US20020001403A1; TW504781B; KR20010107760A

Abstract

(57)【要約】【課題】対物レンズの焦点深度を超えるような段差を
有する検査対象物を検査する場合であっても、距離セン
サを用いて、対物レンズの焦点合わせを適切に行えるよ
うにする。【解決手段】検査対象物である半導体ウェハ１００に
形成された各ダイが有する凸パターンや凹パターンの現
実の形状と、距離センサ８が認識する凸パターンや凹パ
ターンの形状（偽の形状）との差分を算出し、その差分
をダイ内の段差による影響を補正するための補正値Ｃ２
として算出する。そして、この補正値Ｃ２により距離セ
ンサ８からの出力を補正して正確な移動目標値を求め、
この移動目標値に応じて検査用ステージ２を駆動して、
紫外光用対物レンズの自動焦点合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察対象を観察す
る際に用いる対物レンズの焦点合わせを行う焦点合わせ
制御機構及びこれを用いて対物レンズの焦点合わせを行
いながら半導体デバイス等の検査対象物の検査を行う検
査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスは、半導体ウェハ上に微
細なデバイスパターンを形成することにより作製され
る。この半導体デバイスの作製工程において、例えば、
パターン上に異物が付着したり寸法異常が生じたりする
と、デバイスパターンの欠陥となる。デバイスパターン
に欠陥が生じた半導体デバイスは、不良デバイスとなる
ので、製造工程における歩留まりを高い水準で安定させ
るためには、このようなデバイスパターンの欠陥を早期
に発見し、その原因を突き止め、製造工程に対して有効
な対策を講じる必要がある。

【０００３】そこで、デバイスパターンに欠陥が生じた
場合には、検査装置を用いてその欠陥を調べ、原因を追
及して、欠陥を生じさせる設備や工程を特定するように
している。ここで、デバイスパターンの欠陥を調べる検
査装置としては、一般に欠陥の生じた部分に照明光を照
射し、その像を対物レンズで拡大して観察する、いわゆ
る光学顕微鏡を用いた装置が使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体デバ
イスのデバイスパターンは微細化される傾向にあり、近
年では線幅０．１８μｍ以下のデザインルールが適用さ
れるようになってきている。このようなデバイスパター
ンの微細化に伴い、これまでは無視できたような微細な
欠陥についても、検査装置で検査する必要が生じてきて
いる。

【０００５】このような微細な欠陥を適切に検査するた
めに、検査装置の照明光として紫外域の波長を有する紫
外光を用いる試みがなされている。検査装置は、短波長
の紫外光を照明光として用いることにより、可視光を照
明光として用いる場合に比べて高い分解能を得ることが
でき、微細な欠陥を適切に検査できるようになる。

【０００６】紫外光を照明光として用いる場合には、紫
外光に対して最適な結像特性を示すように設計されたレ
ンズを対物レンズとして用いる必要がある。この紫外光
用の対物レンズは、焦点深度が極めて短く、例えば、紫
外光の波長が２６６ｎｍの場合、開口数ＮＡが０．９、
結像倍率１００倍の紫外光用対物レンズでは、その焦点
深度は、±０．１６μｍ程度である。

【０００７】以上のような検査装置で欠陥の検査をする
場合には、対物レンズの焦点合わせを行う必要がある
が、このように焦点深度が極めて短い紫外光用の対物レ
ンズの焦点合わせを手作業で正確に行うことは非常に困
難である。また、検査を行う度に対物レンズの焦点合わ
せを手作業で行っていたのでは、検査に長時間かかって
しまい、経済性の観点からも好ましくない。そこで、紫
外光を照明光として用いる検査装置では、手作業によら
ず、自動で対物レンズの焦点合わせを正確且つ高速に行
う高精度な焦点合わせ機構が求められる。

【０００８】対物レンズの焦点合わせを自動で行う焦点
合わせ機構としては、距離測定用の光を対物レンズに入
射させ、検査対象物によって反射される光を検出して、
その位置や光量の変化をもとに対物レンズの焦点合わせ
を行うものが知られている。ここで、距離測定用の光を
出射する光源としては、検査対象物に対する影響やコス
ト等を考慮して、可視或いは近赤外波長のレーザ光を出
射するレーザダイオードを用いることが一般的である。

【０００９】しかしながら、照明光として紫外光を用い
る検査装置に以上のような焦点合わせ機構を適用するこ
とは非常に困難である。すなわち、照明光として紫外光
を用いる検査装置では、上述したように、紫外光に対し
て最適な結像特性を示すように設計されたレンズを対物
レンズとして用いているので、可視或いは近赤外波長の
レーザ光をこの対物レンズに入射させると色収差が生
じ、その焦点面が、紫外光を入射させた場合の焦点面か
ら大きくずれてしまい、適切な対物レンズの焦点合わせ
を行うことができない。また、対物レンズとして、照明
光として用いる紫外光と、距離測定用の光として用いる
可視或いは近赤外波長のレーザ光との双方に対して収差
補正がなされたレンズを用いることも考えられるが、そ
のようなレンズは作製が極めて難しくコストアップにつ
ながること、そのようなレンズは、通常、異種のガラス
材料が接着剤を介して貼り合わされた構造となってお
り、接着剤が紫外光によって劣化しやすいこと等の問題
がある。

【００１０】そこで、紫外光用の対物レンズの焦点合わ
せを行う方法として、対物レンズの近傍に静電容量型セ
ンサ等の距離センサを配設し、この距離センサを用いて
対物レンズと検査対象物の間の距離を測定し、その測定
結果に基づいて対物レンズ或いは検査対象物を移動させ
ることで自動焦点合わせを行う方法が検討されている。

【００１１】ところで、デバイスパターンの種類によっ
ては、１つのダイ（個々のチップとなる部分）の中に、
紫外光用対物レンズの焦点深度を大きく超えるような段
差が生じている場合がある。例えば、「DRAM混載Logic
LSI」においては、ＤＲＡＭ部分がＬｏｇｉｃ部分より
も凸となっており、これらの間の段差は１μｍ以上にも
及んでいる場合がある。これに対して、上記距離センサ
は、通常、直径が約３ｍｍの領域を測定領域とし、この
測定領域内の平均距離を対物レンズと検査対象物との間
の距離として検出する。したがって、「DRAM混載Logic
LSI」が形成された半導体ウェハの検査を行う場合に、
以上のような距離センサを用いて、紫外光用対物レンズ
の自動焦点合わせを行おうとすると、「DRAM混載Logic
LSI」のＤＲＡＭ部分とＬｏｇｉｃ部分との境界部分が
距離センサの測定領域内に入った場合には、距離センサ
が半導体ウェハまでの距離を正確に検出することができ
ず、対物レンズの焦点合わせを適切に行うことができな
い。

【００１２】本発明は、以上のような実情に鑑みて創案
されたものであって、対物レンズの焦点深度を超えるよ
うな段差を有する検査対象物を検査する場合であって
も、距離センサを用いて、対物レンズの焦点合わせを適
切に行うことができる焦点合わせ制御機構及びこれを用
いた検査装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る焦点合わせ
制御機構は、対物レンズを用いて観察対象を観察する際
に対物レンズの焦点合わせを行うものであり、対物レン
ズに対して固定して設けられる距離センサと、観察対象
が有する凸パターン或いは凹パターンの形状を示すデー
タと距離センサの感度の空間分布を示すデータとを記憶
しておく記憶手段と、対物レンズと観察対象との一方或
いは双方を互いに近接離間する方向に相対移動させる移
動手段と、この移動手段の動作を制御する制御手段とを
備えている。そして、この焦点合わせ制御機構は、制御
手段が、記憶手段に記憶された観察対象が有する凸パタ
ーン或いは凹パターンの形状を示すデータと距離センサ
の感度の空間分布を示すデータとを用いて、現実の凸パ
ターン或いは凹パターンの形状と距離センサが認識する
凸パターン或いは凹パターンの形状とのずれ量を補正値
として算出し、この補正値を用いて距離センサからの出
力を補正して移動目標値を求め、この移動目標値に応じ
て移動手段の動作を制御することを特徴としている。

【００１４】この焦点合わせ制御機構により対物レンズ
の焦点合わせを行う際は、先ず、距離センサにより対物
レンズと観察対象との間の距離が測定される。ここで、
観察対象が凸パターン或いは凹パターンを有し、距離セ
ンサの測定領域内にこの凸パターン或いは凹パターンが
ある場合には、距離センサの測定領域内における凸形状
や凹形状に起因して、距離センサが認識する凸パターン
或いは凹パターンの形状が現実の凸パターン或いは凹パ
ターンの形状からずれている場合がある。

【００１５】距離センサからの出力は、制御手段に供給
される。制御手段は、記憶手段に記憶された観察対象が
有する凸パターン或いは凹パターンの形状を示すデータ
と距離センサの感度の空間分布を示すデータとを用い
て、現実の凸パターン或いは凹パターンの形状と距離セ
ンサが認識する凸パターン或いは凹パターンの形状との
ずれ量を補正値として算出する。そして、制御手段は、
算出した補正値を用いて距離センサからの出力を補正し
て、対物レンズと観察対象との一方或いは双方を相対移
動させる移動目標値を求め、この移動目標値に応じて移
動手段の動作を制御する。

【００１６】移動手段は、制御手段の制御に応じて、対
物レンズと観察対象との一方或いは双方を互いに近接離
間する方向に、移動目標値分だけ相対移動させる。これ
により、対物レンズと観察対象との間の距離が制御さ
れ、対物レンズの焦点合わせが行われる。

【００１７】また、本発明に係る検査装置は、検査対象
物に対して対物レンズで集光した照明光を照射して検査
対象物を照明する照明手段と、この照明手段により照明
された検査対象物の画像を撮像する画像撮像手段と、こ
の画像撮像手段により撮像された画像を処理して検査対
象物の状態を検査する検査手段と、対物レンズに対して
固定して設けられる距離センサと、検査対象物が有する
凸パターン或いは凹パターンの形状を示すデータと、距
離センサの感度の空間分布を示すデータとを記憶してお
く記憶手段と、対物レンズと検査対象物との一方或いは
双方を互いに近接離間する方向に相対移動させる移動手
段と、移動手段の動作を制御する制御手段とを備えてい
る。そして、この検査装置は、制御手段が、記憶手段に
記憶された検査対象物が有する凸パターン或いは凹パタ
ーンの形状を示すデータと距離センサの感度の空間分布
を示すデータとを用いて、現実の凸パターン或いは凹パ
ターンの形状と距離センサが認識する凸パターン或いは
凹パターンの形状とのずれ量を補正値として算出し、こ
の補正値を用いて距離センサからの出力を補正して移動
目標値を求め、この移動目標値に応じて移動手段の動作
を制御することを特徴としている。

【００１８】この検査装置により検査対象物の検査を行
う際は、照明手段により、検査対象物に対して対物レン
ズで集光した照明光が照射され、検査対象物が照明され
る。そして、照明光で照明された検査対象物の画像が画
像撮像手段により撮像される。

【００１９】このとき、対物レンズの焦点合わせが行わ
れる。対物レンズの焦点合わせを行う際は、先ず、距離
センサにより対物レンズと検査対象物との間の距離が測
定される。ここで、検査対象物が凸パターン或いは凹パ
ターンを有し、距離センサの測定領域内にこの凸パター
ン或いは凹パターンがある場合には、距離センサの測定
領域内における凸形状や凹形状に起因して、距離センサ
が認識する凸パターン或いは凹パターンの形状が現実の
凸パターン或いは凹パターンの形状からずれている場合
がある。

【００２０】距離センサからの出力は、制御手段に供給
される。制御手段は、記憶手段に記憶された検査対象物
が有する凸パターン或いは凹パターンの形状を示すデー
タと距離センサの感度の空間分布を示すデータとを用い
て、現実の凸パターン或いは凹パターンの形状と距離セ
ンサが認識する凸パターン或いは凹パターンの形状との
ずれ量を補正値として算出する。そして、制御手段は、
算出した補正値を用いて距離センサからの出力を補正し
て、対物レンズと検査対象物との一方或いは双方を相対
移動させる移動目標値を求め、この移動目標値に応じて
移動手段の動作を制御する。

【００２１】移動手段は、制御手段の制御に応じて、対
物レンズと検査対象物との一方或いは双方を互いに近接
離間する方向に、移動目標値分だけ相対移動させる。こ
れにより、対物レンズと検査対象物との間の距離が制御
され、対物レンズの焦点合わせが行われる。

【００２２】対物レンズの焦点合わせが行われた状態
で、画像撮像手段により撮像された検査対象物の画像
は、検査手段に供給される。検査手段は、画像撮像手段
により撮像された検査対象物の画像を処理することで、
検査対象物の状態を検査する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。なお、ここでは、
半導体ウェハ上に形成されたデバイスパターンを検査す
る検査装置に本発明を適用した例について説明するが、
本発明は、ここで挙げる例に限定されるものではなく、
凸パターン或いは凹パターンを有する観察対象に対する
対物レンズの焦点合わせを距離センサを用いて行う場合
に広く適用可能である。

【００２４】本発明を適用した検査装置の全体構成を図
１に模式的に示す。この図１に示す検査装置１は、検査
対象物である半導体ウェハ１００が設置される検査用ス
テージ２を備えている。この検査用ステージ２は、検査
対象物である半導体ウェハ１００を支持すると共に、支
持した半導体ウェハ１００の検査すべき箇所（以下、検
査箇所という。）を所定の検査位置へと移動させる機能
を有している。

【００２５】具体的には、検査用ステージ２は、図２に
示すように、Ｘステージ３と、このＸステージ３上に設
置されたＹステージ４と、このＹステージ４上に設置さ
れたθステージ５と、このθステージ５上に配置された
Ｚステージ６と、このＺステージ６上に配置された吸着
プレート７とを備える。

【００２６】Ｘステージ３及びＹステージ４は、水平方
向に移動するステージであり、Ｘステージ３とＹステー
ジ４とで、互いに直交する方向に移動するようになされ
ている。これらＸステージ３及びＹステージ４は、半導
体ウェハ１００の検査時には、制御用コンピュータ２０
による制御のもとで半導体ウェハ１００を水平方向に移
動操作して、検査箇所を所定の検査位置へと移動させ
る。

【００２７】θステージ５は、いわゆる回転ステージで
あり、半導体ウェハ１００を回転させるためのものであ
る。このθステージ５は、半導体ウェハ１００の検査時
には、制御用コンピュータ２０による制御のもとで半導
体ウェハ１００を面内方向に回転させ、検査箇所の画像
が検査用モニタの画面に対して水平又は垂直となるよう
にする。

【００２８】Ｚステージ６は、鉛直方向に移動するステ
ージであり、半導体ウェハ１００を高さ方向に移動させ
るためのものである。このＺステージ６は、例えばＰＺ
Ｔ（ジルコン酸チタン酸鉛）等を用いて構成されてお
り、０．１μｍ以下の非常に微細な高さ調整を適切に行
えるようになされている。このＺステージ６は、半導体
ウェハ１００の検査時には、制御用コンピュータ２０に
よる制御のもとで半導体ウェハ１００を高さ方向に移動
操作して、検査箇所の高さ位置を高精度に調整する。

【００２９】吸着プレート７は、半導体ウェハ１００を
吸着して固定するためのものである。半導体ウェハ１０
０の検査時には、検査対象物である半導体ウェハ１００
がこの吸着プレート７上に設置され、この吸着プレート
７により吸着されて、固定されることになる。

【００３０】なお、以上のように構成される検査用ステ
ージ２は、外部からの振動や当該検査用ステージ２を移
動操作した際に発生する振動等を抑制するために、除振
台の上に配置されることが望ましい。特に、検査装置１
では、後述するように、紫外光を用いて高分解能での検
査を行うため、僅かな振動でも検査の障害となる場合が
ある。このような振動の影響を抑制して適切な検査を行
うためには、検査用ステージ２を、例えば、振動を検知
してその振動を打ち消す方向に動作するアクティブ除振
台等の上に配置することが非常に有効である。

【００３１】また、本発明を適用した検査装置１は、検
査用ステージ２上に設置された半導体ウェハ１００を照
明するための照明光を出射する照明光源１１を備えてい
る。検査対象物の検査を光学的に行う検査装置では、そ
の分解能が、検査対象物を照明する照明光の波長に依存
し、照明光の波長が短波長になるほど高い分解能が得ら
れることになる。そこで、この検査装置１では、紫外域
の波長を有する光を出射する紫外光レーザ光源を照明光
源１１として用いるようにしている。具体的には、照明
光源１１は、例えば、ＹＡＧレーザの４倍波として得ら
れる波長が２６６ｎｍの深紫外レーザを出射するように
構成されている。

【００３２】この照明光源１１の動作は、制御用コンピ
ュータ２０により制御されるようになされており、半導
体ウェハ１００の検査時には、制御用コンピュータ２０
により光量制御された深紫外レーザが照明光として照明
光源１１から出射されることになる。この照明光源１１
から出射された照明光（以下、紫外照明光という。）
は、例えば、紫外光用光ファイバ１２を介して、検査用
ステージ２の上方に配設された光学ユニット１３に導か
れることになる。

【００３３】光学ユニット１３は、図３に示すように、
２つのレンズ１４，１５より構成される照明光学系を備
えており、照明光源１１から出射され、紫外光用光ファ
イバ１２によって光学ユニット１３に導かれた紫外照明
光は、先ず、この照明光学系に入射することになる。照
明光学系を透過した紫外照明光の光路上には、ハーフミ
ラー１６が配設されており、このハーフミラー１６によ
り反射された紫外照明光が、紫外光用対物レンズ１７に
入射することになる。

【００３４】紫外光用対物レンズ１７は、紫外光に対し
て最適な結像特性を示すように設計されたレンズであ
り、検査用ステージ２上に設置された半導体ウェハ１０
０と対向するように配設されている。この紫外光用対物
レンズ１７に入射した紫外照明光が、この紫外光用対物
レンズ１７を介して検査用ステージ２上に設置された半
導体ウェハ１００の検査箇所に照射されることにより、
半導体ウェハ１００の検査箇所が照明されることにな
る。

【００３５】紫外照明光により照明された半導体ウェハ
１００の検査箇所の画像は、紫外光用対物レンズ１７に
より拡大されて、紫外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像
されることになる。すなわち、紫外照明光により照明さ
れた半導体ウェハ１００の検査箇所からの反射光が、紫
外光用対物レンズ１７、ハーフミラー１６及び結像レン
ズ１９を介して紫外光用ＣＣＤカメラ１８に入射し、こ
れにより、半導体ウェハ１００の検査箇所の拡大像が紫
外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像されることになる。

【００３６】紫外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像され
た半導体ウェハ１００の検査箇所の画像は、画像処理用
コンピュータ１０へと送られる。この検査装置１では、
紫外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像された半導体ウェ
ハ１００の検査箇所の画像を画像処理用コンピュータ１
０により処理し、解析することで、半導体ウェハ１００
に形成されたデバイスパターン等に生じた欠陥や、線幅
異常等を検査するようにしている。

【００３７】また、この検査装置１においては、光学ユ
ニット１３の紫外光用対物レンズ１７と、検査用ステー
ジ２上に設置された半導体ウェハ１００との間の距離を
測定するための距離センサ８が設けられている。この距
離センサ８としては、例えば、静電容量型センサが用い
られる。静電容量型センサは、検査対象物との間の静電
容量を測定することにより、検査対象物に接触すること
なく、当該センサと検査対象物との間の距離を測定する
ものであり、当該センサと検査対象物との間の距離に応
じた電圧値を出力する。

【００３８】距離センサ８は、紫外光用対物レンズ１７
に対して、相対的な位置関係が固定されて設けられてい
る。例えば、距離センサ８は、図４に示すように、紫外
光用対物レンズ１７に隣接し、その先端部の高さ位置Ｐ
１が、紫外光用対物レンズ１７の半導体ウェハ１００に
対向する面の高さ位置Ｐ２と一致するように、光学ユニ
ット１３に取り付けられている。そして、距離センサ８
と紫外光用対物レンズ１７との間の水平方向における距
離Ｌ１は、例えば２．５ｃｍ程度とされる。

【００３９】検査装置１では、この距離センサ８からの
出力に基づいて、紫外光用対物レンズ１７と半導体ウェ
ハ１００との間の距離を求め、紫外光用対物レンズ１７
の自動焦点合わせを行うようにしている。なお、この距
離センサ８を用いた紫外光用対物レンズ１７の自動焦点
合わせについては、詳細を後述する。

【００４０】この検査装置１において、距離センサ８か
らの出力は、制御用コンピュータ２０に供給されるよう
になされている。制御用コンピュータ２０は、検査装置
１の各部の動作を制御するためのものであり、図５に示
すように、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）２１を備
えている。このＣＰＵ２１には、バス２２を介してメモ
リ２３が接続されており、ＣＰＵ２１は、このメモリ２
３をワークエリアとして利用して、検査装置１の各部の
動作を制御するための処理を行う。

【００４１】具体的には、ＣＰＵ２１は、例えば、ユー
ザインターフェース２４を介して入力されるユーザから
の指示や距離センサ８からの出力、メモリ２５に格納さ
れた情報等に基づいて、検査用ステージ２を駆動制御す
るための制御信号を生成し、この制御信号を検査用ステ
ージ駆動ドライバ２６に供給する。また、ＣＰＵ２１
は、照明光源１１を駆動制御するための制御信号を生成
し、この制御信号を照明光源駆動ドライバ２７に供給す
る。

【００４２】検査用ステージ駆動ドライバ２６は、ＣＰ
Ｕ２１から供給される制御信号に基づいて、検査用ステ
ージ２の動作を制御する。これにより、検査用ステージ
２上に設置された半導体ウェハ１００の検査箇所が所定
の検査位置へと位置決めされることになる。また、検査
用ステージ２上に設置された半導体ウェハ１００と光学
ユニット１３の紫外光用対物レンズ１７との間の距離が
調整され、紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせが
行われることになる。

【００４３】照明光源駆動ドライバ２７は、ＣＰＵ２１
から供給される制御信号に基づいて、照明光源１１を駆
動制御する。これにより、照明光源１１から、光量制御
された紫外照明光が出射されることになる。

【００４４】ここで、以上のように構成される検査装置
１により、半導体ウェハ１００に形成されたデバイスパ
ターンの検査を行う処理の流れについて、図６に示すフ
ローチャートを参照して説明する。なお、ここでは、半
導体ウェハ１００上に同様のデバイスパターンが多数形
成されているものとし、欠陥の検出や分類分けは、欠陥
がある領域の画像（以下、欠陥画像という。）と、欠陥
のない他の領域の画像（以下、参照画像という。）とを
それぞれ撮像し、それらを比較することで行うものとす
る。

【００４５】検査装置１により半導体ウェハ１００に形
成されたデバイスパターンの検査を行う際は、先ず、ス
テップＳ１において、半導体ウェハ１００が検査用ステ
ージ２上に設置される。

【００４６】次に、ステップＳ２において、制御用コン
ピュータ２０による制御のもとで、検査用ステージ２の
Ｘステージ３及びＹステージ４が駆動され、半導体ウェ
ハ１００上の欠陥がある領域（以下、欠陥領域とい
う。）が、検査装置１の所定の検査位置へと位置決めさ
れる。また、制御用コンピュータ２０による制御のもと
で、検査用ステージ２のＺステージ６が駆動され、半導
体ウェハ１００の欠陥領域に対する紫外光用対物レンズ
１７の自動焦点合わせが行われる。なお、この欠陥領域
の位置決めと紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせ
の処理内容については、詳細を後述する。

【００４７】次に、ステップＳ３において、制御用コン
ピュータ２０による制御のもとで照明光源１１が駆動さ
れ、照明光源１１から紫外照明光が出射される。照明光
源１１から出射された紫外照明光は、紫外光用光ファイ
バ１２を介して光学ユニット１３に導かれ、半導体ウェ
ハ１００上の欠陥領域に照射される。そして、紫外照明
光により照明された欠陥領域の画像（欠陥画像）が、紫
外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像される。紫外光用Ｃ
ＣＤカメラ１８により撮像された欠陥画像は、画像処理
用コンピュータ１０へと送られる。

【００４８】次に、ステップＳ４において、制御用コン
ピュータ２０による制御のもとで、検査用ステージ２の
Ｘステージ３及びＹステージ４が駆動され、半導体ウェ
ハ１００上の欠陥がない他の領域（以下、参照領域とい
う。）が、検査装置１の所定の検査位置へと位置決めさ
れる。また、制御用コンピュータ２０による制御のもと
で、検査用ステージ２のＺステージ６が駆動され、半導
体ウェハ１００の参照領域に対する紫外光用対物レンズ
１７の自動焦点合わせが行われる。なお、この参照領域
の位置決めと紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせ
の処理内容は、上述したステップＳ２の処理内容と同様
である。

【００４９】次に、ステップＳ５において、制御用コン
ピュータ２０による制御のもとで照明光源１１が駆動さ
れ、照明光源１１から紫外照明光が出射される。照明光
源１１から出射された紫外照明光は、紫外光用光ファイ
バ１２を介して光学ユニット１３に導かれ、半導体ウェ
ハ１００上の参照領域に照射される。そして、紫外照明
光により照明された参照領域の画像（参照画像）が、紫
外光用ＣＣＤカメラ１８により撮像される。紫外光用Ｃ
ＣＤカメラ１８により撮像された参照画像は、画像処理
用コンピュータ１０へと送られる。

【００５０】次に、ステップＳ６において、画像処理用
コンピュータ１０により、ステップＳ３において取り込
んだ欠陥画像と、ステップＳ５において取り込んだ参照
画像とが比較され、欠陥画像から欠陥を検出する処理が
行われる。このステップＳ６において、欠陥画像から欠
陥を検出できた場合はステップＳ７に進み、欠陥が検出
できない場合はステップＳ８に進む。

【００５１】ステップＳ７においては、画像処理用コン
ピュータ１０により、ステップＳ６において検出された
欠陥が何であるかを調べて分類分けする処理が行われ
る。このステップＳ７において、欠陥の分類分けができ
た場合はステップＳ９に進み、欠陥の分類分けできない
場合はステップＳ８に進む。

【００５２】ステップＳ９においては、欠陥の分類結果
が保存され、半導体ウェハ１００に形成されたデバイス
パターンの欠陥の検査が終了する。ここで、欠陥の分類
結果は、例えば、画像処理用コンピュータ１０に接続さ
れた記憶装置に格納される。また、画像処理用コンピュ
ータ１０にネットワークを介して接続された他のコンピ
ュータに欠陥の分類結果を転送するようにしてもよい。

【００５３】一方、ステップＳ８においては、欠陥の分
類分けができなかったことを示す情報が保存され、半導
体ウェハ１００に形成されたデバイスパターンの欠陥の
検査が終了する。ここで、欠陥の分類分けができなかっ
たことを示す情報は、例えば、画像処理用コンピュータ
１０に接続された記憶装置に格納される。また、画像処
理用コンピュータ１０にネットワークを介して接続され
た他のコンピュータに欠陥の分類分けができなかったこ
とを示す情報を転送するようにしてもよい。

【００５４】ここで、上述したステップＳ２における欠
陥領域の検査位置への位置決めや紫外光用対物レンズ１
７の自動焦点合わせの処理について更に詳細に説明す
る。なお、上述したステップＳ４においても、以下に説
明する処理と同様の処理が行われる。

【００５５】欠陥領域の検査位置への位置決めや紫外光
用対物レンズ１７の自動焦点合わせを行う際は、先ず、
制御用コンピュータ２０に欠陥位置座標情報が読み込ま
れる。ここで、欠陥位置座標情報は、半導体ウェハ１０
０上における欠陥の位置座標を示す情報であり、他の装
置によって予め半導体ウェハ１００の欠陥が計測される
ことで作成されるものである。そして、この欠陥位置座
標情報は、ユーザ若しくは生産設備全体を管理する上位
のコンピュータ等から検査装置１の制御用コンピュータ
２０に供給され、制御用コンピュータ２０のメモリ２５
に格納される。

【００５６】具体的には、欠陥位置座標情報は、半導体
ウェハ１００上に形成されたパターンのダイサイズを基
準とした座標で記述されており、例えば、図７に示すよ
うに、半導体ウェハ１００の中でのダイの位置座標（Ｘ
＿ｄｉｅ，Ｙ＿ｄｉｅ）と、当該ダイの原点を基準とし
た欠陥の位置座標（Ｘ，Ｙ）とにより表されている。

【００５７】なお、ここで示す例では、半導体ウェハ１
００に形成されたデバイスパターンの欠陥を検査するよ
うにしているため、欠陥の位置座標を示す欠陥位置座標
情報が制御用コンピュータ２０に読み込まれるが、例え
ば、露光装置の性能を評価するために露光パターンの線
幅等を測長する場合には、欠陥位置座標情報に変えて、
測長する露光パターンの位置座標を示す測長位置座標情
報が制御用コンピュータ２０に読み込まれることにな
る。この測長位置座標情報も、欠陥位置座標情報と同様
に、例えば、半導体ウェハ１００上に形成されたパター
ンのダイサイズを基準とした座標で記述される。

【００５８】制御用コンピュータ２０に欠陥位置座標情
報が読み込まれると、次に、制御用コンピュータ２０の
ＣＰＵ２１が、メモリ２５に格納された欠陥位置座標情
報に基づいて検査用ステージ２を駆動制御するための制
御信号を生成し、この制御信号を検査用ステージ駆動ド
ライバ２６に供給する。そして、検査用ステージ駆動ド
ライバ２６がこの制御信号に応じて検査用ステージ２の
Ｘステージ３及びＹステージ４を駆動することにより、
欠陥領域が距離センサ８の測定領域（以下、距離センサ
８の測定視野という。）内に入るように、半導体ウェハ
１００が水平方向に移動操作される。

【００５９】欠陥領域が距離センサ８の測定視野内に入
ったら、次に、制御用コンピュータ２０が、距離センサ
８からの出力に基づいて、検査用ステージ２を駆動制御
するための制御信号を生成し、この制御信号を検査用ス
テージ駆動ドライバ２６に供給する。そして、検査用ス
テージ駆動ドライバ２６がこの制御信号に応じて検査用
ステージ２のＺステージ６を駆動することにより、欠陥
領域と距離センサ８との間の距離がある規定距離となる
ような高さ制御が行われる。

【００６０】ここで、規定距離を設定するにあたって
は、距離センサ８からの出力値のドリフトを補正するた
めの補正値Ｃ３が加算される。すなわち、距離センサ８
として、上述したような静電容量型センサを用いた場合
には、この静電容量型センサからの出力値が、外気温度
の変化等の環境変化に伴ってドリフトすることになる。
したがって、検査装置１内で温度変化が生じた場合に
は、距離センサ８からの出力値に誤差が生じてしまい、
この距離センサ８からの出力値の誤差は、時間の経過と
ともに次第に大きな誤差となってしまう。そこで、上記
規定距離を設定するにあたっては、距離センサ８からの
出力に応じて求められる見かけの目標距離に補正値Ｃ３
を加算した値を規定距離として設定し、距離センサ８か
らの出力値のドリフトを補正するようにしている。

【００６１】欠陥領域と距離センサ８との間の距離があ
る規定距離となるような高さ制御が行われると、次に、
検査用ステージ駆動ドライバ２６により検査用ステージ
２のＸステージ３及びＹステージ４が再度駆動され、欠
陥領域と距離センサ８との間の距離が上記規定距離に保
たれた状態で、欠陥領域が紫外光用対物レンズ１７の視
野内に入るように、半導体ウェハ１００が水平方向に移
動操作される。

【００６２】欠陥領域が紫外光用対物レンズ１７の視野
内に入ったら、次に、制御用コンピュータ２０のＣＰＵ
２１が、ダイの原点を基準とした欠陥の位置座標（Ｘ，
Ｙ）をパラメータとして、ダイ内の段差による影響を補
正するための補正値Ｃ２を算出する。また、制御用コン
ピュータ２０のＣＰＵ２１は、メモリ２５に格納された
補正値テーブルから検査用ステージ２の傾斜等による影
響を補正するための補正値Ｃ１を算出する。ここで、補
正値テーブルは、検査用ステージ２の傾斜等の情報をＸ
Ｙ座標に対応させて予め作成しておき、メモリ２５に格
納したものである。

【００６３】そして、ＣＰＵ２１は、これら補正値Ｃ２
及び補正値Ｃ１に応じた制御信号を生成し、検査用ステ
ージ駆動ドライバ２６に供給する。そして、検査用ステ
ージ駆動ドライバ２６がこの制御信号に応じて検査用ス
テージ２のＺステージ６を再度駆動することにより、欠
陥領域と紫外光用対物レンズ１７との間の距離が調整さ
れ、紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせが行われ
る。

【００６４】ここで、補正値Ｃ２は、検査対象となるダ
イ内に凸パターンや凹パターンが形成されて、紫外光用
対物レンズ１７の焦点深度を超えるような大きな段差が
生じている場合に、この段差による影響を補正するため
の補正値である。すなわち、検査対象となるダイの中に
は、例えば、「DRAM混載Logic LSI」のように、凸パタ
ーンや凹パターンが形成されているものがある。この
「DRAM混載Logic LSI」においては、ＤＲＡＭ部分がＬ
ｏｇｉｃ部分よりも凸となっており、これらの間の段差
が紫外光用対物レンズ１７の焦点深度を大きく超えてい
る場合がある。ここで、距離センサ８の測定視野内に段
差部分が含まれると、距離センサ８からの出力に応じて
求められる見かけの目標距離が、段差部分の影響を受け
て、実際の目標距離から大きくずれて紫外光用対物レン
ズ１７の焦点ずれが発生することになる。そこで、紫外
光用対物レンズ１７の自動焦点合わせを行う際には、検
査対象となるダイ内の各位置における高さに応じた補正
値Ｃ２を算出し、欠陥領域と紫外光用対物レンズ１７と
の間の距離をこの補正値Ｃ２に基づいて調整して、ダイ
内における段差による影響を補正するようにしている。

【００６５】また、補正値Ｃ１は、距離センサ８と紫外
光用対物レンズ１７とが離れた位置にあることに起因す
る検査用ステージ２の傾斜等による影響を補正するため
の補正値である。すなわち、距離センサ８は、上述した
ように紫外光用対物レンズ１７から例えば２．５ｃｍ程
度水平方向に離れた位置に配設されるので、検査用ステ
ージ２のＸステージ３やＹステージ４を駆動する際に傾
きや歪みが生じると、欠陥領域と距離センサ８との間の
距離と、欠陥領域と紫外光用対物レンズ１７との間の距
離とが一致しなくなり、また、そのずれ量もＸステージ
３やＹステージ４の移動量に応じて異なったものとな
る。これにより、紫外光用対物レンズ１７の焦点ずれが
発生する場合がある。そこで、紫外光用対物レンズ１７
の焦点合わせを行う際には、検査用ステージ２の傾斜等
の情報をＸＹ座標に対応させて作成した補正テーブルを
もとに補正値Ｃ１を算出し、欠陥領域と紫外光用対物レ
ンズ１７との間の距離をこの補正値Ｃ１に基づいて調整
して、距離センサ８と紫外光用対物レンズ１７とが離れ
た位置にあることに起因する検査用ステージ２の傾斜等
による影響を補正するようにしている。

【００６６】以上のように、欠陥領域と紫外光用対物レ
ンズ１７との間の距離が調整され、紫外光用対物レンズ
１７の自動焦点合わせが行われると、紫外光用対物レン
ズ１７の焦点が合った状態で、欠陥画像が紫外光用ＣＣ
Ｄカメラ１８により撮像される。そして、この欠陥画像
が画像処理用コンピュータ１０に送られて、画像処理用
コンピュータ１０により欠陥の検出や分類等の処理が適
切に行われることになる。

【００６７】ところで、上述したダイ内の段差による影
響を補正するための補正値Ｃ２を算出するにあたって
は、ダイ内における各座標に対応する補正値Ｃ２を直接
記述した補正データファイルを作成して、例えば制御用
コンピュータ２０のメモリ２５等に格納しておき、必要
に応じてこの補正データファイルから読み出すようにす
ることが考えられる。この場合、「DRAM混載Logic LS
I」においては、ＤＲＡＭ部分とＬｏｇｉｃ部分とで高
さが１μｍ程度非連続的に異なるので、補正データファ
イルもこの局所的な高さの変化を反映して、段差部分で
非連続的に変化するようなデータファイルとなる。

【００６８】ここで、有限個のデータから任意の場所で
の補正値Ｃ２を求めるには、１次補間やスプライン補間
等によって補正値Ｃ２を算出する必要があるが、上述し
たような非連続点が存在する場合には、正確な補間を行
って正しい補正値Ｃ２を算出するには、多数のデータを
予め用意しておく必要がある。例えば、紫外光用対物レ
ンズ１７の視野サイズが約５０μｍ×５０μｍの場合、
この視野サイズ程度の分解能で１０ｍｍ×１０ｍｍ程度
の大きさのダイについて正確な補正値Ｃ２を算出するた
めには、補正データファイルとして１つのダイ当たり２
００×２００＝４００００個のデータが必要となる。

【００６９】しかしながら、このような膨大な量のデー
タを補正データファイルとして予め用意しておくことは
実質的に困難であり、また、このような補正値Ｃ２の算
出の仕方では、デバイスパターンのデザインの変更に対
して柔軟に対応することができないという問題がある。

【００７０】そこで、本発明では、ダイ内のパターン形
状を記述した最小限のデータをもとに補正値Ｃ２を正確
に算出できるようにし、膨大な量のデータを用意する必
要がなく、また、デザインの変更に対して柔軟に対応可
能としながら、ダイ内における段差による影響を適切に
補正して、紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせを
正確に行えるようにしている。

【００７１】以下、このダイ内の段差による影響を補正
するための補正値Ｃ２を算出する方法について、具体的
に説明する。

【００７２】本発明では、検査対象物である半導体ウェ
ハ１００に形成された各ダイが有する凸パターンや凹パ
ターンの現実の形状と、距離センサ８が認識する凸パタ
ーンや凹パターンの形状（偽の形状）との差分を算出
し、その差分を補正値Ｃ２として算出するようにしてい
る。これにより、空間分解能において限界のある距離セ
ンサ８を用いて、高い空間分解能でダイ内の欠陥領域と
の間の距離を測定し、紫外光用対物レンズ１７の自動焦
点合わせを正確に行うことが可能となる。ここで、空間
分解能とは、どれほど離れた領域の距離を分離して測定
できるかを表す能力であり、空間分解能が高い距離セン
サは、例えば、紫外光用対物レンズ１７の視野サイズ程
度の極めて狭い領域毎に距離の測定が可能である。ここ
では、紫外光用対物レンズ１７の視野サイズが約５０μ
ｍ×５０μｍであるのに対して、距離センサ８が直径約
３ｍｍの領域を測定領域（測定視野）とし、空間分解能
に限界がある状態でダイ内の検査箇所との間の距離を測
定する場合を例に説明する。

【００７３】本発明により補正値Ｃ２を算出するにあた
っては、以下の手順で処理を行う。すなわち、手順１と
して、ダイが有する凸パターンや凹パターンの形状（凸
パターンや凹パターンの外径形状及び段差高さ）を表す
関数ｆ（ｘ，ｙ）を用意する。ここで、凸パターンや凹
パターンの外径形状とは、これらのパターンを平面視し
たときに認識されるパターン形状をいう。また、手順２
として、距離センサ８の感度の空間分布を表す関数ｇ
（Ｘ，Ｙ）を用意する。そして、手順３として、ｆ
（ｘ，ｙ）とｇ（Ｘ，Ｙ）との積を、ｇ（Ｘ，Ｙ）の定
義領域で積分することにより、距離センサ８が認識する
凸パターンや凹パターンの偽の形状ｈ（ｘ，ｙ）を算出
する。この処理は、畳み込み積分又はコンボリューショ
ンと呼ばれるものである。次に、手順４として、ｆ
（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）との差分から、ダイ内の段差
による影響を補正するための補正値Ｃ２を算出する。以
上の手順で補正値Ｃ２を算出することにより、最小限の
データをもとに補正値Ｃ２を正確に算出することが可能
となる。以下、各手順について、具体的な例を挙げて詳
細に説明する。

【００７４】手順１先ず、ダイが有する凸パターンや凹パターンの形状を表
す関数ｆ（ｘ，ｙ）について説明する。この関数ｆ
（ｘ，ｙ）を得るために、凸パターンや凹パターンの形
状を定義したデータファイルを予め作成し、例えば、上
述した制御用コンピュータ２０のメモリ２５に格納して
おく。このデータファイルでは、例えば、Ｘ１，Ｙ１，
Ｘ２，Ｙ２が１つの単位とされ、座標（Ｘ１，Ｙ１）で
表される点と座標（Ｘ２，Ｙ２）で表される点とを結ぶ
線を対角線とした矩形領域が凸パターンや凹パターンの
外径形状として定義される。そして、この凸パターンや
凹パターンとその周囲の領域との間の段差がｈとして記
述され、凸パターンや凹パターンが周囲の領域よりもｈ
だけ高い或いはｈだけ低いと定義される。各座標は、凸
パターンや凹パターンが形成されたダイのある一角を原
点（０，０）とする座標系で記述されている。なお、こ
れらの座標系で定義される示される各凸パターンや凹パ
ターンは、互いに重なり合わないものとする。

【００７５】具体的には、例えば図８に示すような「DR
AM混載Logic LSI」について、凸パターンであるＤＲＡ
Ｍ部分の形状を定義したデータファイルは、図９に示す
ような書式で記述され、制御用コンピュータ２０のメモ
リ２５に格納される。なお、図８に示す「DRAM混載Logi
c LSI」において、ＤＲＡＭ部分は斜線で示した領域で
あり、このＤＲＡＭ部分はＬｏｇｉｃ部分よりも１μｍ
程度高くなっているものとする。また、各座標の単位は
「μｍ」である。

【００７６】このようなデータファイルをもとに、
（ｘ，ｙ）が凸パターンや凹パターンの外径形状を示す
矩形領域の中にあるときはｆ（ｘ，ｙ）＝ｈとなり、
（ｘ，ｙ）がそれ以外の領域の中にあるときはｆ（ｘ，
ｙ）＝０となるように、関数ｆ（ｘ，ｙ）を定義する。

【００７７】手順２次に、距離センサ８の感度の空間分布を表す関数ｇ
（Ｘ，Ｙ）について説明する。この関数ｇ（Ｘ，Ｙ）
は、距離センサ８のセンサ領域の中心、すなわち、距離
センサ８として上述した静電容量センサを用いる場合
は、この静電容量センサの半導体ウェハ１００と対向す
る先端面の中心を原点（０，０）とし、距離センサ８が
センサ領域の中心を原点とする（Ｘ，Ｙ）座標の各位置
において距離測定にどの程度の感度を有するかを示す関
数である。例えば、距離センサ８が半径ｒのセンサ領域
の全域において一様な感度を有するとした場合、ｇ
（Ｘ，Ｙ）は下記式１のように定義される。

【００７８】

【数１】

【００７９】ここで、ｇ（Ｘ，Ｙ）は、距離センサ８の
センサ領域の全領域にて積分すると、ｇ（Ｘ，Ｙ）ｄＸ
ｄＹ＝１となるように規格化されている。この式１にて
定義されるｇ（Ｘ，Ｙ）により表される距離センサ８の
感度の空間分布を図形化すると、図１０に示すような形
状となる。

【００８０】また、距離センサ８の感度がセンサ領域内
において一様ではない場合には、その感度の空間分布に
対応した適当な関数を用意する必要がある。ただし、こ
の場合においても、ｇ（Ｘ，Ｙ）を距離センサ８のセン
サ領域の全領域にて積分した値が１となるように、適当
な規格化定数を設定する必要がある。

【００８１】距離センサ８として上述した静電容量セン
サを用いる場合には、距離センサ８がセンサ領域の全域
において一様な感度を有することはありえず、実際に
は、センサ領域のエッジ部分における滲み出し効果によ
り、センサ領域内においてなだらかに変化する感度分布
を有している。このような現実の距離センサ８の感度分
布をシュミレートするためには、距離センサ８の感度の
空間分布を表す関数ｇ（Ｘ，Ｙ）は下記式２のように設
定される。

【００８２】

【数２】

【００８３】この式２において、ａ，ｂ，ｃはセンサ領
域のサイズやセンサ領域のエッジ付近における感度変化
の急峻さ等を表すパラメータであり、現実の距離センサ
８の感度分布に近くなるように設定される。また、式２
において、Ａは規格化のための定数である。この式２に
て定義されるｇ（Ｘ，Ｙ）により表される距離センサ８
の感度の空間分布を図形化すると、図１１に示すような
形状となる。

【００８４】以上のようにして設定される距離センサ８
の感度の空間分布を表す関数ｇ（Ｘ，Ｙ）は、例えば、
上述した制御用コンピュータ２０のメモリ２５に格納さ
れる。

【００８５】手順３次に、距離センサ８が認識する凸パターンや凹パターン
の偽の形状ｈ（ｘ，ｙ）について説明する。この距離セ
ンサ８が認識する凸パターンや凹パターンの偽の形状ｈ
（ｘ，ｙ）は、例えば制御用コンピュータ２０のＣＰＵ
２１によって、手順１において得られた凸パターンや凹
パターンの形状を表す関数ｆ（ｘ，ｙ）と、手順２にお
いて得られた距離センサ８の感度の空間分布を表す関数
ｇ（Ｘ，Ｙ）とのコンボリューションが算出されること
で求められる。

【００８６】すなわち、距離センサ８の空間分解能が十
分に高い場合には、距離センサ８は半導体ウェハ１００
の各ダイに形成された凸パターンや凹パターンの段差を
忠実に反映した値を出力することになるが、実際には距
離センサ８の空間分解能には限界があり、距離センサ８
からの出力は、当該距離センサ８のセンサ領域を仮想的
に微小領域に区切って、その各領域におけるダイとの間
の距離に当該距離センサ８の感度をかけ算し、さらにそ
れらの平均をとった値となる。このような一連の演算処
理はコンボリューションに他ならない。

【００８７】凸パターンや凹パターンの形状を表す関数
ｆ（ｘ，ｙ）と、距離センサ８の感度の空間分布を表す
関数ｇ（Ｘ，Ｙ）とのコンボリューションによって算出
される凸パターンや凹パターンの偽の形状、すなわち、
距離センサ８が認識する凸パターンや凹パターンの形状
ｈ（ｘ，ｙ）は、下記式３のような積分のかたちで表さ
れる。

【００８８】

【数３】

【００８９】また、距離センサ８が認識する凸パターン
や凹パターンの偽の形状ｈ（ｘ，ｙ）は、制御用コンピ
ュータ２０のＣＰＵ２１による演算処理で容易に算出で
きるように、距離センサ８のセンサ領域を間隔ｄの微小
領域に区分して、それぞれの領域についてｆ（ｘ＋Ｘ，
ｙ＋Ｙ）ｇ（Ｘ，Ｙ）を算出し、これらの総和で表すよ
うにしてもよい。この場合、ｈ（ｘ，ｙ）は、下記式４
のように表される。

【００９０】

【数４】

【００９１】以上のように算出された距離センサ８が認
識する偽の形状は、例えば、現実の凸パターンの形状が
図１２に示すような形状である場合、図１３に示すよう
に、凸パターンに対応した部分においてなだらかな凸と
なるような形状となる。ここで、図１２に示す現実の凸
パターンの形状と、図１３に示す距離センサ８が認識す
る凸パターンの偽の形状との関係は、図１４に示すよう
な関係である。

【００９２】手順４次に、ダイ内の目標とする座標（ｘ，ｙ）におけるｆ
（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）とから、ダイ内の段差による
影響を補正するための補正値Ｃ２を算出する方法につい
て説明する。

【００９３】補正値Ｃ２は、下記式５に示すように、ｆ
（ｘ，ｙ）とｈ（ｘ，ｙ）との差分から求められる。

【００９４】

【数５】

【００９５】この式５において、係数Ａは、上述した手
順２において求めた距離センサ８の感度の空間分布を表
す関数ｇ（Ｘ，Ｙ）が、現実の距離センサ８の感度の空
間分布からずれていた場合に、このずれを補正するため
のものである。

【００９６】すなわち、距離センサ８が認識する凸パタ
ーンや凹パターンの偽の形状ｈ（ｘ，ｙ）は、上述した
ように、制御用コンピュータ２０のＣＰＵ２１により、
ｆ（ｘ，ｙ）とｇ（Ｘ，Ｙ）とのコンボリューションが
算出されることで求められるが、このような演算処理に
より求められた距離センサ８が認識する偽の形状ｈ
（ｘ，ｙ）は、図１５に示すように、実測により求めら
れた距離センサ８が認識する偽の形状と異なっている場
合がある。このように、演算処理により求められた距離
センサ８が認識する偽の形状ｈ（ｘ，ｙ）が、実測によ
り求められた距離センサ８が認識する偽の形状と異なる
のは、主に、距離センサ８の感度の空間分布を表す関数
ｇ（Ｘ，Ｙ）が、現実の距離センサ８の感度の空間分布
からずれていることに起因するものである。そこで、演
算処理により求められた距離センサ８が認識する偽の形
状ｈ（ｘ，ｙ）に係数Ａをかけることで、このようなず
れを補正するようにしている。多くの場合、このような
ずれはさほど大きくないので、係数Ａは１に近い数とな
る。

【００９７】また、上記式５において、Ｂは、図１５に
示すように、ある基準座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ）における
現実の凸パターンや凹パターンと、この基準座標位置
（Ｘｓ，Ｙｓ）における距離センサ８が認識する凸パタ
ーンや凹パターンの高さ位置のずれを補正するためのも
のである。なお、図１５においては、高さｈの凸パター
ンの中心位置を基準座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ）としてい
る。

【００９８】紫外光用対物レンズ１７の自動焦点合わせ
を行う場合には、下記式６に示すように、紫外光用対物
レンズ１７の性能によって決まる固定の目標値Ｔｉに、
検査用ステージ２の傾斜等による影響を補正するための
補正値Ｃ１と、半導体ウェハ１００のダイ内における段
差による影響を補正するための補正値Ｃ２と、距離セン
サ８からの出力値のドリフトを補正するための補正値Ｃ
３とが加算された値が、目標距離Ｔとして設定される。

【００９９】

【数６】

【０１００】そして、紫外光用対物レンズ１７と検査対
象物である半導体ウェハ１００との間の現実の距離と、
目標距離Ｔとの差分を移動目標値として求め、この移動
目標値に応じて制御用コンピュータ２０の制御により検
査用ステージ２のＺステージ６を駆動して、紫外光用対
物レンズ１７と半導体ウェハ１００との間の距離を目標
距離Ｔに一致させることで、紫外光用対物レンズ１７の
自動焦点合わせが行われることになる。

【０１０１】ここで、上記補正値Ｃ１と補正値Ｃ２と
は、検査する位置に応じて決まる固定の補正値である
が、上記補正値Ｃ３は、距離センサ８からの出力値のド
リフトを補正するためのものであり、温度変化等の環境
変化に応じて時々刻々と変化する可能性のある値であ
る。したがって、この補正値Ｃ３を正しく設定するため
には、検査する位置に応じて決まる補正値Ｃ１及び補正
値Ｃ２をキャンセルした状態で補正値Ｃ３を設定する必
要がある。そこで、ある基準座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ）を
定義し、その座標位置においては補正値Ｃ１及び補正値
Ｃ２が常に０となるように、補正値Ｃ１及び補正値Ｃ２
を予め定義しておく。そして、その基準座標位置（Ｘ
ｓ，Ｙｓ）における目標距離Ｔを実測し、この目標距離
Ｔと紫外光用対物レンズ１７によって決まる固定の目標
値Ｔｉとの差分から、補正値Ｃ３を算出するようにす
る。これにより、距離センサ８からの出力値のドリフト
成分のみを抽出することができ、補正値Ｃ３を正しく設
定することが可能となる。

【０１０２】上記式５におけるＢは、このような基準座
標位置（Ｘｓ，Ｙｓ）における現実の凸パターンや凹パ
ターンと、この基準座標位置（Ｘｓ，Ｙｓ）における距
離センサ８が認識する凸パターンや凹パターンの高さ位
置のずれを補正するためのものであり、下記式７で表さ
れる。

【０１０３】

【数７】

【０１０４】以上詳細に説明した手順１乃至手順４を経
て、半導体ウェハ１００のダイ内における段差による影
響を補正するための補正値Ｃ２を求めるようにすれば、
ダイ内のパターン形状を記述した最小限のデータをもと
に補正値Ｃ２を正確に算出できるので、膨大な量のデー
タを用意する必要がなく、また、デザインの変更に対し
て柔軟に対応可能としながら、ダイ内における段差によ
る影響を適切に補正して、紫外光用対物レンズ１７の自
動焦点合わせを正確に行うことが可能となる。

【０１０５】なお、以上は、半導体ウェハ１００のダイ
に段差高さが一律な凸パターンや凹パターンが形成され
ていることを想定し、この段差による影響を補正するた
めの補正値Ｃ２を求める方法を例に挙げて説明したが、
検査対象物となるものの中には、高さの異なる段差を有
するものもあり、このような高さの異なる段差を有する
検査対象物の検査を行う際には、上述した手順１におい
て作成するデータファイルとして、図９に示した書式で
記述されたデータファイルに変えて、図１６に示すよう
な書式で記述されるデータファイルを作成し、制御用コ
ンピュータ２０のメモリ２５に格納しておくことが望ま
しい。

【０１０６】この図１６に示すデータファイルでは、例
えば、座標（Ｘ１ａ，Ｙ１ａ）で表される点と座標（Ｘ
２ａ，Ｙ２ａ）で表される点とを結ぶ線を対角線とした
矩形領域［ａ］が、段差を形成する凸パターンや凹パタ
ーンの外径形状であることが示され、この凸パターンや
凹パターンとその周囲の領域との間の段差高さがｈａで
あることが示される。そして、このようなデータファイ
ルをもとに、（ｘ，ｙ）が［ａ］で示される凸パターン
や凹パターンの中にあるときにｆ（ｘ，ｙ）＝ｈａとな
るように、関数ｆ（ｘ，ｙ）を定義する。このようにす
れば、上述した例と同様のシーケンスで、高さの異なる
段差を有する検査対象物の検査を行う際にも、この段差
による影響を補正するための補正値Ｃ２を適切に算出す
ることができる。

【０１０７】また、「DRAM混載Logic LSI」において
は、凸パターンであるＤＲＡＭ部分が２乃至８程度のブ
ロックにまとまって分布しているのが一般的である。こ
の場合、各ブロック内の個々のＤＲＡＭ部分の形状を表
す関数の他に、ブロック単位での形状を表す関数を用意
しておけば、上述した距離センサ８が認識する偽の形状
ｈ（ｘ，ｙ）を算出する際のコンボリューションの計算
量を低減して、処理の迅速化を図ることが可能となる。

【０１０８】すなわち、上述した手順４の補正値Ｃ２の
算出にあたっては、正確な補正値Ｃ２を得るために、凸
パターンや凹パターンの形状を表す関数ｆ（ｘ，ｙ）
は、できるだけ現実の形状を仔細に再現した関数である
ことが望ましいが、上述した手順３のコンボリューショ
ン計算は、多くの場合、大まかなブロック単位で計算を
行えば足りるので、凸パターンや凹パターンの形状を表
す関数ｆ（ｘ，ｙ）は、ブロック単位での形状を表した
大まかな関数でよい。そこで、「DRAM混載LogicLSI」の
ように凸パターンや凹パターンがいくつかのブロックに
まとまって分布している場合には、凸パターンや凹パタ
ーンの形状を表す関数ｆ（ｘ，ｙ）として、ブロック単
位での形状を表した大まかな関数ｆ１（ｘ，ｙ）と、ブ
ロック内の各凸パターンや凹パターンの形状を仔細に再
現した関数ｆ２（ｘ，ｙ）とをそれぞれ用意しておき、
上述した手順３では、下記式８に示すように、ブロック
単位での形状を表した大まかな関数ｆ１（ｘ，ｙ）を用
いてコンボリューション計算を行い、上述した手順４で
は、下記式９に示すように、ブロック内の各凸パターン
や凹パターンの形状を仔細に再現した関数ｆ２（ｘ，
ｙ）を用いて補正値Ｃ２を算出することが望ましい。

【０１０９】

【数８】

【０１１０】

【数９】

【０１１１】以上のように、凸パターンや凹パターンが
いくつかのブロックにまとまって分布している場合に
は、凸パターンや凹パターンの形状を表す関数ｆ（ｘ，
ｙ）を複数用意してこれらを使い分けることにより、計
算量を低減させて処理の迅速化を図りながら、正確な補
正値Ｃ２を算出することが可能となる。

【０１１２】また、以上は、凸パターンや凹パターンが
「DRAM混載Logic LSI」のＤＲＡＭ部分のような矩形パ
ターンであることを想定し、これら凸パターンや凹パタ
ーンを代表する２点の座標データをデータファイルに記
述して、これら２点を結ぶ線を対角線とした矩形領域を
凸パターンや凹パターンの外径形状として定義したが、
凸パターンや凹パターンの外径形状は、例えば、等間隔
に区分けした２次元データの各要素をもって定義するよ
うにしてもよい。このように凸パターンや凹パターンの
外径形状を定義するようにすれば、データファイルのデ
ータ量は増大するものの、矩形パターン以外の凸パター
ンや凹パターンに対しても適切に対応することができ
る。

【０１１３】なお、以上は、本発明を適用した検査装置
１の一例について具体的に説明したが、本発明を適用し
た検査装置１は、以上の例に限定されるものではなく、
必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、上述し
た検査装置１では、紫外光用対物レンズ１７の自動焦点
合わせを行う際に、検査用ステージ２のＺステージ６を
駆動することで、検査対象物である半導体ウェハ１００
を紫外光用対物レンズ１７に対して近接離間する方向に
移動させるようにしているが、紫外光用対物レンズ１７
をアクチュエータに支持させるようにして、紫外光用対
物レンズ１７を検査対象物である半導体ウェハ１００に
近接離間する方向に移動させることで、紫外光用対物レ
ンズ１７の自動焦点合わせを行うようにしてもよい。ま
た、半導体ウェハ１００と紫外光用対物レンズ１７の双
方を移動させて、両者の間の距離を調整することで紫外
光用対物レンズ１７の自動焦点合わせを行うようにして
もよい。

【０１１４】また、以上は、半導体ウェハ１００上に形
成されたデバイスパターンを検査する検査装置１に本発
明を適用した例について説明したが、本発明は、以上の
例に限定されるものではなく、距離センサを用いて対物
レンズの焦点合わせを行うことが想定されるあらゆる装
置に広く適用可能であり、例えば、液晶表示器の状態を
検査する液晶検査装置等にも有効に適用することができ
る。

【０１１５】

【発明の効果】本発明によれば、現実の凸パターン或い
は凹パターンの形状と距離センサが認識する凸パターン
或いは凹パターンの形状とのずれ量が補正値として算出
され、この補正値に応じて距離センサからの出力が補正
されることで移動目標値が定められ、この移動目標値に
応じて対物レンズと検査対象物との一方或いは双方が互
いに近接離間する方向に移動操作されることで対物レン
ズの焦点合わせが行われるので、対物レンズの焦点深度
を超えるような段差を有する検査対象物を検査する場合
であっても、距離センサを用いて、対物レンズの焦点合
わせを適切に行うことができる。また、本発明によれ
ば、数値計算により補正値を算出するようにしているの
で、補正のために必要とされるデータ量を少なくし、ま
た、検査対象物のデザインの変更等に柔軟に適応するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した検査装置の概略構成を示す図
である。

【図２】上記検査装置が備える検査用ステージを示す図
である。

【図３】上記検査装置が備える光学ユニットを示す図で
ある。

【図４】上記検査装置の距離センサが取り付けられた箇
所の近傍を拡大して示す図である。

【図５】上記検査装置が備える制御用コンピュータの一
構成例を示すブロック図である。

【図６】上記検査装置により半導体ウェハの検査を行う
際の処理の流れを示すフローチャートである。

【図７】検査の際に読み込まれる欠陥位置座標情報を説
明するための図である。

【図８】検査対象となるダイの様子を示す模式図であ
る。

【図９】図８に示すダイに対応したデータファイルの一
例を示す図である。

【図１０】距離センサの感度分布を示す図であり、セン
サ領域の全域に亘り一様な感度を有する場合の感度分布
を立体的に図示したものである。

【図１１】距離センサの感度分布を示す図であり、セン
サ領域内において感度に変化がある場合の感度分布を立
体的に図示したものである。

【図１２】現実の凸パターンの一例を示す斜視図であ
る。

【図１３】図１２に示す凸パターンに対して、距離セン
サが認識する偽の形状を示す斜視図である。

【図１４】図１２に示す現実の凸パターンの形状と図１
３に示す距離センサが認識する偽の形状との関係を示す
側面図である。

【図１５】補正値Ｃ２を説明するための図である。

【図１６】凸パターン或いは凹パターンの形状を記述し
たデータファイルの他の例を示す図である。

【符号の説明】

１検査装置、２検査用ステージ、６Ｚステー
ジ、８距離センサ、１０画像処理用コンピュー
タ、１１照明光源、１３光学ユニット、１７
紫外光用対物レンズ、１８紫外光用ＣＣＤカメ
ラ、２０制御用コンピュータ、２１ＣＰＵ、
２３メモリ、２５メモリ、２６検査用ステージ
駆動ドライバ

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA22 AA49 AA51 BB02 CC19 DD06 EE00 EE05 FF04 FF42 FF67 GG04 GG22 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL02 LL05 NN02 NN20 PP02 PP11 PP12 PP13 QQ00 QQ14 QQ17 QQ23 QQ25 QQ26 QQ27 QQ42 RR01 TT02 2H051 AA10 AA15 BB34 4M106 AA01 AA02 BA07 CA38 DB04 DB20 DJ04 DJ05 DJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズを用いて観察対象を観察する
際に上記対物レンズの焦点合わせを行う焦点合わせ制御
機構において、上記対物レンズに対して固定して設けられる距離センサ
と、上記観察対象が有する凸パターン或いは凹パターンの形
状を示すデータと、上記距離センサの感度の空間分布を
示すデータとを記憶しておく記憶手段と、上記対物レンズと上記観察対象との一方或いは双方を互
いに近接離間する方向に相対移動させる移動手段と、上記移動手段の動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記記憶手段に記憶された上記観察対
象が有する凸パターン或いは凹パターンの形状を示すデ
ータと上記距離センサの感度の空間分布を示すデータと
を用いて、現実の凸パターン或いは凹パターンの形状と
上記距離センサが認識する凸パターン或いは凹パターン
の形状とのずれ量を補正値として算出し、この補正値を
用いて上記距離センサからの出力を補正して移動目標値
を求め、この移動目標値に応じて上記移動手段の動作を
制御することを特徴とする焦点合わせ制御機構。
【請求項２】上記観察対象が有する凸パターン或いは
凹パターンの形状を示すデータとして、１つの凸パター
ン或いは凹パターン毎に代表する２点の座標データが上
記記憶手段に記憶されており、上記制御手段は、上記２点を結ぶ線を対角線とする矩形
領域を上記凸パターン或いは凹パターンの現実の外径形
状として認識することを特徴とする請求項１記載の焦点
合わせ制御機構。
【請求項３】上記距離センサとして、静電容量型セン
サを備えることを特徴とする請求項１記載の焦点合わせ
制御機構。
【請求項４】検査対象物に対して対物レンズで集光し
た照明光を照射して上記検査対象物を照明する照明手段
と、上記照明手段により照明された検査対象物の画像を撮像
する画像撮像手段と、上記画像撮像手段により撮像された画像を処理して上記
検査対象物の状態を検査する検査手段と、上記対物レンズに対して固定して設けられる距離センサ
と、上記検査対象物が有する凸パターン或いは凹パターンの
形状を示すデータと、上記距離センサの感度の空間分布を示すデータとを記憶
しておく記憶手段と、上記対物レンズと上記検査対象物との一方或いは双方を
互いに近接離間する方向に相対移動させる移動手段と、上記移動手段の動作を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記記憶手段に記憶された上記検査対
象物が有する凸パターン或いは凹パターンの形状を示す
データと上記距離センサの感度の空間分布を示すデータ
とを用いて、現実の凸パターン或いは凹パターンの形状
と上記距離センサが認識する凸パターン或いは凹パター
ンの形状とのずれ量を補正値として算出し、この補正値
を用いて上記距離センサからの出力を補正して移動目標
値を求め、この移動目標値に応じて上記移動手段の動作
を制御することを特徴とする検査装置。
【請求項５】上記検査対象物が有する凸パターン或い
は凹パターンの形状を示すデータとして、１つの凸パタ
ーン或いは凹パターン毎に代表する２点の座標データが
上記記憶手段に記憶されており、上記制御手段は、上記２点を結ぶ線を対角線とする矩形
領域を上記凸パターン或いは凹パターンの現実の外径形
状として認識することを特徴とする請求項４記載の検査
装置。
【請求項６】上記距離センサとして、静電容量型セン
サを備えることを特徴とする請求項４記載の検査装置。
【請求項７】上記照明手段は、上記検査対象物に対し
て紫外域の波長を有する照明光を照射することを特徴と
する請求項４記載の検査装置。