JP2004085213A - Surface observation device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハや液晶基板等の表面観察に好適な表面観察装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハや液晶基板等(以下、「基板」という)に形成されたパターンを観察するために、複数の対物レンズを取り付けたレボルバを回転させることによって所望の倍率の対物レンズを選択して観察することが可能な顕微鏡が用いられている。斯かる顕微鏡を用いて基板を観察する際には、低倍率で観察しながら基板表面の所望部分(観察したい部分)を選んで視野の中央に配置し、高倍率に切り替えてその部分を観察するという方法が採用されている。
【0003】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、上述の顕微鏡を用いた方法で基板に形成されたパターンを観察する場合、レボルバを回転させて所望の対物レンズを選択する際に、レボルバの停止精度が悪いと観察されるパターンの像がずれてしまうという問題がある。
【0004】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、観察倍率の変更によって光学系に生じる偏芯を検出して補正することができる表面観察装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、
観察対象物の表面を観察倍率を変えて観察するための観察光学手段と、
前記観察対象物を載置して水平方向へ移動可能な載置手段とを有し、
前記載置手段を水平移動させることによって前記観察対象物の表面における所望部分の観察を行う表面観察装置において、
前記載置手段とは独立な位置に基準マークを有し、
前記載置手段は前記基準マークからの光を遮光しない位置へさらに移動可能であり、
前記観察倍率を変える際に生じる前記観察光学手段の偏芯を検出することを特徴とする表面観察装置を提供する。
【0006】
また、請求項2に記載の表面観察装置は、
請求項1に記載の表面観察装置において、
前記観察光学手段における対物レンズの物体面上の視野と、前記基準マークとが光学的に共役となるように、リレー光学手段が配置されていることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1,2は、本発明の実施の形態に係る表面観察装置の概略構成図である。図1に示す本実施の形態に係る表面観察装置において、基板等の観察対象物1はステージ2に載置される。ステージ2は水平方向(xy方向)及び鉛直方向(z方向)へ移動可能であり、このステージ2を移動させることによって観察対象物1をxy方向及びz方向へ移動させることができる。そして、観察対象物1の上方には対物レンズ4と結像光学系9とを備える観察光学系3が配置されている。また、対物レンズ4と結像光学系9との間の光路中には、落射照明用光源7からの光を導くための落射照明光学系8が配置されている。
ここで、対物レンズ4は回転可能なレボルバ6に取り付けられており、該レボルバ6にはさらに対物レンズ5が取り付けられている。これにより観察光学系3は、レボルバ6を回転させて対物レンズ4,5を切り替えることによって、観察倍率を変更することができる。
また、観察光学系3の上方の像面にはCCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)やイメージ管等の撮像素子10が配置されている。
【0008】
以上の構成の下、落射照明用光源7から射出された照明光は、落射照明光学系8と対物レンズ4とを介して観察対象物1に入射する。そして、観察対象物1から発せられた光は、対物レンズ4によって集光されて落射照明光学系8を透過する。落射照明光学系8を透過した光は、結像光学系9によって所定の位置(結像位置)11に結像される。この結像位置11には上述の撮像素子10の撮像面が配置されており、この撮像素子10によって観察対象物1の像を光電変換して観察することができる。
【0009】
尚、目視による観察の場合、光路を分岐または切り換えるためのプリズムと、目視観察のための接眼光学系と、観察光学系3の偏芯の量を計測するための偏芯モニタ系とを設ける構成とする。これにより結像位置11に結像した光を分岐または切り換えし、分岐した光の一方または光路切り換え機構を透過した光を観察者の網膜に接眼光学系を介して結像させることによって目視観察ができ、分岐した光のうちの他方または光路切り換え機構で反射した光を結像位置11と光学的に共役な位置に配置した撮像素子の撮像面に導くことによって観察光学系3の偏芯の量を計測することができる。
【0010】
次に、本発明の実施の形態に係る表面観察装置の特徴的な構成について詳細に説明する。
本実施の形態に係る表面観察装置は、観察対象物1を載置したままステージ2を図1中矢印方向(−x方向)へ移動させて、観察対象物1及びステージ2を観察光学系3の視野から退避させることができる構成となっている。
さらに本実施の形態に係る表面観察装置において、観察光学系3の下方には後述の基準マーク13の像を観察光学系3における対物レンズ4の物体面上の視野16に結像させるためのリレー光学系12が配置されている。また、リレー光学系12を介して、観察光学系3における対物レンズ4の物体面上の視野16と光学的に共役な位置には基準マーク13が配置されている。尚、基準マーク13は撮像素子10の撮像面とも光学的に共役である。そして、基準マーク13の下方には、基準マーク13を照明するための透過照明光学系14と透過照明用光源15が配置されている。
【0011】
図2は、本発明の実施の形態に係る表面観察装置におけるステージ2を観察光学系3の視野から退避させたときの概略構成図である。
図2において、透過照明用光源15から射出された照明光は、透過照明光学系14を介して基準マーク13へ入射する。そして、基準マーク13を経た光はリレー光学系12によって観察光学系3の視野16に結像された後、観察光学系3へ入射する。そしてこの光は、観察光学系3によって結像位置11に結像される。
【0012】
図3(a)は、基準マーク13の構成を示す図である。基準マーク13は十文字の光透過部を有する遮光部材である。従って、上述の基準マーク13を経た光は、結像位置11に基準マーク13の十文字状の像を結ぶこととなる。
また予め基準マーク13は、観察光学系3を構成する光学素子どうしに偏芯がない場合に、基準マーク13の十文字状の像の中心(以下、「基準マーク13の像中心」という)と結像位置11に配置された撮像素子10の撮像面の中心とが一致するように配置されている。従って、レボルバ6を回転させて対物レンズ4を切り替えた際にレボルバ6の停止精度等に起因して観察光学系3における対物レンズ5に偏芯が生じてしまった場合(図4参照)、基準マーク13の像中心と撮像面の中心とは不一致となる。尚、図4は本実施の形態に係る表面観察装置において、観察光学系3における対物レンズ5に偏芯が生じた場合の基準マーク13の像中心Oと撮像面の中心Pとのずれ量を示す図である。
斯かる構成により、レボルバ6を回転させて対物レンズ4,5を切り替えた際に、基準マーク13の像中心が結像位置11に配置された撮像素子10の撮像面の中心に一致するように、レボルバ6の停止位置、又は対物レンズ4,5のレボルバ6への取り付け位置を調整することによって、観察光学系3における対物レンズの偏芯を補正することができる。
【0013】
ここで、撮像素子10の撮像面における基準マーク13の像中心の座標の算出法を説明する。撮像素子10の撮像面における基準マーク13の像中心の座標は、撮像素子11によって検出された基準マーク13の画像信号を積算することによって求めることができる。
図3(b)は、撮像素子10の撮像面に形成される基準マーク13の像を示す図である。また図3(c),(d)はそれぞれ、撮像素子10によって検出された基準マーク13の画像信号を積算して得られる、像中心Oのy座標を求めるための信号(y方向積算信号),像中心Oのx座標を求めるための信号(x方向積算信号)を示す図である。
【0014】
基準マーク13の像中心Oの座標は、y方向積算信号が所定の閾値を横切る2点a,a’の中点を求めて該中点を像中心Oのy座標、x方向積算信号が所定の閾値を横切る2点b,b’の中点を求めて該中点を像中心Oのx座標とすることによって求めることができる(図3(b),(c),(d)参照)。このようにして撮像面における基準マーク13の像中心Oの座標を求めることができる。
これにより、基準マーク13の像中心と撮像素子11の撮像面の中心とのずれ、即ち対物レンズの偏芯の量を計算することができる。従って、対物レンズを切り替えた後に、基準マーク13の像中心の座標が撮像素子10の撮像面の中心に一致するように、レボルバ6の回転停止位置、又は対物レンズ4,5の取り付け位置を調整することによって、観察光学系3における対物レンズ4,5の偏芯を補正することができる。
【0015】
尚、以上の基準マーク13の像中心の算出法は、上述の十文字状のパターンを有する基準マーク13に限られるものではない。撮像面における受光光量がある部分においてピーク値を有するようなパターンの基準マークであれば、上述の像中心の算出法を適用することができる。例えば、図5(a)に示す円形状の光透過部を有する基準マークにも適用することができる。図5(a)は、円形状の基準マークの構成を示す図である。また図5(b)は、撮像素子10の撮像面に形成される図5(a)に示す円形状の基準マークの像を示す図である。そして図5(c),(d)はそれぞれ、y方向積算信号,x方向積算信号を示す図である。また、前述のパターンの明暗を反転させたパターンでもよい。この場合はマーク中心は光量が極小になる部分となるが、閾値を横切る点の中心をとることで同様に求めることができる。
【0016】
上述のように本実施の形態に係る表面観察装置では、基準マーク13の像中心を撮像素子10の撮像面の中心に一致させるために、上述のレボルバ6の回転停止位置、又は対物レンズ4,5の取り付け位置を調整する構成である。さらに本実施の形態に係る表面観察装置では、レボルバ6を光軸に対して垂直な面内(xy平面内)で平行移動させるための偏心機構を設け、レボルバ6をxy平面内で移動させることによって対物レンズ4,5の偏芯を補正する構成とすることもできる。
また、対物レンズ4,5の偏芯による基準マーク13の像中心と撮像素子10の撮像面の中心とのずれ量は、観察光学系3が無限遠光学系である場合、対物レンズ4,5の偏芯の量と観察光学系3の観察倍率との積と等しくなる(図4参照)。このため、ステージ2を水平移動させるための不図示のステージ駆動部に観察光学系3における対物レンズ4,5の偏芯の量に基づいてオフセットを与え、ステージ2の移動する位置を対物レンズ4,5の偏芯の量に相当する分だけずらすことによって該対物レンズ4,5の偏芯を補正する構成とすることもできる。
【0017】
また、基準マーク13の像を観察光学系3の視野に形成するためのリレー光学系12は、該リレー光学系12と観察光学系3の視野との間に観察対象物1を載置するステージ2を光路内へ挿入するための作動距離が必要である。このため、リレー光学系12の開口数を大きく確保することができない。そこで、リレー光学系12のステージ2側の開口数は、低倍率の対物レンズと略同じ程度の開口数0.1程度とすることが望ましい。この場合、解像限界は可視光で約3.3μm程度となる。より高倍率の対物レンズで観察する場合、基準マーク13の像を形成する光束の開口数は固定されたままであるため、撮像面(結像位置11)で観察される像のエッジはなまって(不明瞭となって)しまうが、上述の基準マーク13の像中心の算出法によって正確に一定して基準マーク13の像中心を検出することができる。
【0018】
また、基準マーク13のパターンの線幅はリレー光学系12の開口数をもとに十分な解像と光量を確保することができるように決定する。例えば、上述のようにリレー光学系の開口数が0.1の場合、解像限界は約3.3μmで、パターンの線幅はこの解像限界の2〜3倍程度の値、即ち6μm〜10μmが望ましい。高倍率の対物レンズは、低倍率の対物レンズに比べてその開口数が一般的に大きくなるため解像度については問題がない。むしろ、線幅が大き過ぎる場合、視野よりもパターンの像が大きくなってしまうため、あまり大きな線幅のパターンでは観察することができなくなってしまう。しかし、線幅が小さ過ぎる場合、低倍率の対物レンズでは十分な光量を得ることができないため、像の検出が困難となる。そこで、前述のように低倍率の対物レンズの解像限界の2〜3倍程度の線幅のパターンを用いることが望ましい。さらに本実施の形態に係る表面観察装置では、より像のエッジの検出精度を高めるために、パターンを複数の線で構成してそのエッジの平均を計算する構成としてもよい。
【0019】
また、上述のように本実施の形態に係る表面観察装置は、ステージ2を水平移動させることによって、観察対象物1及びステージ2を観察光学系3の視野から退避させる構成である。しかし本発明はこれに限られず、観察光学系3と基準マーク13とが相対的に固定されている状態でステージ2に基準マーク13を経た光を遮光しない程度の大きさの開口部を設ける構成とすることもできる。斯かる構成により、対物レンズ4,5の切り替えのためにレボルバ6を回転させた際に、ステージ2を水平移動して前述の開口部を観察光学系3の視野位置に合わせ、上述の方法で対物レンズ4,5の偏芯を補正することができる。
【0020】
尚、本実施の形態では、レボルバ6を回転させて対物レンズ4,5の切り替えを行うことによって観察光学系3の倍率を変更する表面観察装置について述べた。しかし本発明はこれに限られるものでなく、観察光学系3に変倍光学系を備え、該変倍光学系によって変倍する構成の表面観察装置においても同様に適用することができる。この場合、観察光学系3に生じた偏芯を、変倍光学系の偏芯を調整することによって補正する他、平行平板ガラスによる偏心やウエッジプリズムによる光路の偏心を行うことによって補正することができる。
【0021】
以上より、本発明の実施の形態に係る表面観察装置は、観察光学系の観察倍率の変更によって生じる偏芯を検出して補正することができる。これにより、常に被検物体を視野の中心に配置しながら観察を行うことができる。
【0022】
従って、本発明の実施の形態に係る表面観察装置によれば、観察者が目視にて大量の基板(被検物体)をそれぞれ低倍率から高倍率へ倍率を順次細かく切り替えて観察する場合でも、短時間に効率良い観察を行うことができる。
また、本発明の実施の形態に係る表面観察装置によれば、レボルバ等の可動部材はステージ上に載置される基板よりも上方に位置しているが、基板及びステージを観察光学系の視野から退避させた後にレボルバを回転させて倍率を切り替える構成である。このため、レボルバを回転させて倍率を切り替えることによって新たな異物が基板上に落ちてしまうことを防止することができる。
【0023】
また、欠陥検査装置を用いて基板を検査した後に、該欠陥検査装置で検出された基板の異物や欠陥等の目視による確認(いわゆるレビュー作業)がよく行われる。それに本実施の形態に係る表面観察装置を用いることによって、異物や欠陥等を見失ってしまうこと等を防止し、即座に高倍率で観察することが可能となり、効率的な目視観察を行うことができる。
【0024】
また、基板の表面を走査して欠陥を検出するいわゆる自動欠陥検査装置を本実施の形態に係る表面観察装置を用いて構成することによって、像面視野を正確に規定することが可能となるため、基板表面を重複して検査したり検査漏れが生じたりすることを防止できる。従って、基板の走査領域を重複させて像を取り込む必要がなくなるため、検査効率の向上を図った自動欠陥検査装置を実現することができる。
【0025】
【発明の効果】
本発明によれば、観察倍率の変更によって光学系に生じる偏芯を検出して補正することができる表面観察装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る表面観察装置の概略構成図である。
【図2】本発明の実施の形態に係る表面観察装置におけるステージ2を観察光学系3の視野から退避させたときの概略構成図である。
【図3】(a),(b),(c),及び(d)はそれぞれ、本発明の実施の形態に係る表面観察装置における基準マーク13の構成を示す図,撮像素子10の撮像面に形成される基準マーク13の像を示す図,y方向積算信号を示す図,及びx方向積算信号を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る表面観察装置において、観察光学系3における対物レンズ5に偏芯が生じた場合の基準マーク13の像中心Oと撮像面の中心Pとのずれ量を示す図である。
【図5】(a),(b),(c),及び(d)はそれぞれ、円形状の基準マークの構成を示す図,撮像素子10の撮像面に形成される円形状の基準マークの像を示す図,y方向積算信号を示す図,及びx方向積算信号を示す図である。
【符号の説明】
1 観察対象物
2 ステージ
3 観察光学系
4,5 対物レンズ
6 レボルバ
7 落射照明光学系
8 落射照明用光源
9 結像光学系
10 撮像素子
11 結像位置
12 リレー光学系
13 基準マーク
14 透過照明光学系
15 透過照明用光源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface observation device suitable for observing the surface of a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to observe a pattern formed on a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or the like (hereinafter, referred to as a “substrate”), an objective lens having a desired magnification is selected by rotating a revolver provided with a plurality of objective lenses. A microscope that can be observed is used. When observing the substrate using such a microscope, a desired portion of the substrate surface (the portion to be observed) is selected and arranged at the center of the field of view while observing at a low magnification, and the portion is observed at a high magnification. That method is adopted.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when observing the pattern formed on the substrate by the method using the above-mentioned microscope, when rotating the revolver and selecting a desired objective lens, an image of the pattern observed that the stop precision of the revolver is poor is low. There is a problem of shifting.
[0004]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a surface observation apparatus capable of detecting and correcting eccentricity generated in an optical system due to a change in observation magnification.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention
Observation optical means for observing the surface of the observation object by changing the observation magnification,
Mounting means for mounting the observation target and moving in the horizontal direction,
In the surface observation device for observing a desired portion on the surface of the observation target by horizontally moving the placement means,
It has a reference mark at a position independent of the placing means,
The placing means is further movable to a position where light from the reference mark is not blocked,
A surface observation device is provided, which detects an eccentricity of the observation optical unit that occurs when the observation magnification is changed.
[0006]
The surface observation device according to
The surface observation device according to claim 1,
A relay optical unit is disposed so that a field of view of the objective lens in the observation optical unit on the object plane and the reference mark are optically conjugate.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 and 2 are schematic configuration diagrams of a surface observation device according to an embodiment of the present invention. In the surface observation device according to the present embodiment shown in FIG. 1, an observation target 1 such as a substrate is placed on a
Here, the objective lens 4 is attached to a
An
[0008]
With the above configuration, the illumination light emitted from the epi-
[0009]
In the case of visual observation, a configuration is provided in which a prism for branching or switching the optical path, an eyepiece optical system for visual observation, and an eccentric monitor system for measuring the amount of eccentricity of the observation
[0010]
Next, a characteristic configuration of the surface observation device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
The surface observation apparatus according to the present embodiment moves the
Further, in the surface observation apparatus according to the present embodiment, a relay for forming an image of a
[0011]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram when the
In FIG. 2, illumination light emitted from a transmitted
[0012]
FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration of the
In addition, the
With such a configuration, when the
[0013]
Here, a method of calculating the coordinates of the image center of the
FIG. 3B is a diagram illustrating an image of the
[0014]
The coordinates of the image center O of the
This makes it possible to calculate the shift between the image center of the
[0015]
The method of calculating the image center of the
[0016]
As described above, in the surface observation device according to the present embodiment, in order to match the image center of the
In addition, when the observation
[0017]
A relay
[0018]
The line width of the pattern of the
[0019]
Further, as described above, the surface observation device according to the present embodiment is configured to retreat the observation target 1 and the
[0020]
In the present embodiment, the surface observation apparatus that changes the magnification of the observation
[0021]
As described above, the surface observation device according to the embodiment of the present invention can detect and correct the eccentricity caused by the change in the observation magnification of the observation optical system. Thus, observation can be performed while always placing the test object at the center of the visual field.
[0022]
Therefore, according to the surface observation device according to the embodiment of the present invention, even when the observer visually observes a large number of substrates (objects to be inspected) by sequentially switching the magnification sequentially from low magnification to high magnification, Efficient observation can be performed in a short time.
Further, according to the surface observation device according to the embodiment of the present invention, the movable member such as the revolver is located above the substrate mounted on the stage. After retreating, the revolver is rotated to switch the magnification. Therefore, it is possible to prevent a new foreign substance from falling on the substrate by switching the magnification by rotating the revolver.
[0023]
Further, after inspecting a substrate using a defect inspection apparatus, a visual check (so-called review operation) of a foreign substance, a defect, or the like of the substrate detected by the defect inspection apparatus is often performed. In addition, by using the surface observation device according to the present embodiment, it is possible to prevent a foreign object, a defect, or the like from being lost, to perform an observation at a high magnification immediately, and to perform an efficient visual observation. it can.
[0024]
In addition, by configuring the so-called automatic defect inspection device that scans the surface of the substrate to detect defects using the surface observation device according to the present embodiment, the image plane visual field can be accurately defined. In addition, it is possible to prevent the inspection of the substrate surface from being duplicated or the omission of the inspection. Therefore, since it is not necessary to capture an image by overlapping the scanning regions of the substrate, an automatic defect inspection apparatus with improved inspection efficiency can be realized.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide a surface observation device that can detect and correct eccentricity that occurs in an optical system due to a change in observation magnification.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a surface observation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram when the
3 (a), (b), (c), and (d) are diagrams each showing a configuration of a
FIG. 4 is a diagram illustrating a shift amount between the image center O of the
5 (a), (b), (c), and (d) are diagrams each showing a configuration of a circular reference mark, and FIGS. FIG. 3 is a diagram illustrating an image, a diagram illustrating a y-direction integrated signal, and a diagram illustrating an x-direction integrated signal.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記観察対象物を載置して水平方向へ移動可能な載置手段とを有し、
前記載置手段を水平移動させることによって前記観察対象物の表面における所望部分の観察を行う表面観察装置において、
前記載置手段とは独立な位置に基準マークを有し、
前記載置手段は前記基準マークからの光を遮光しない位置へさらに移動可能であり、
前記観察倍率を変える際に生じる前記観察光学手段の偏芯を検出することを特徴とする表面観察装置。Observation optical means for observing the surface of the observation object by changing the observation magnification,
Mounting means for mounting the observation target and moving in the horizontal direction,
In the surface observation device for observing a desired portion on the surface of the observation target by horizontally moving the placement means,
It has a reference mark at a position independent of the placing means,
The placing means is further movable to a position where light from the reference mark is not blocked,
A surface observation apparatus for detecting an eccentricity of the observation optical unit generated when the observation magnification is changed.
前記観察光学手段における対物レンズの物体面上の視野と、前記基準マークとが光学的に共役となるように、リレー光学手段が配置されていることを特徴とする表面観察装置。The surface observation device according to claim 1,
A surface observation apparatus, wherein a relay optical unit is arranged so that a field of view of the objective lens in the observation optical unit on an object plane and the reference mark are optically conjugate.
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