JP2004354556A - 観察装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】連続的な試料観察の単位時間当たりの処理能力を高める。
【解決手段】試料表面（１０Ａ−ｉ）の観察ポイントの拡大像を生成するための対物レンズと、対物レンズの光軸の垂直方向に試料と対物レンズとを相対移動させる水平移動機構と、対物レンズの光軸方向に試料と対物レンズとを相対移動させる垂直移動機構とを備えた観察装置において、少なくとも対物レンズと試料表面とが対向する範囲内での水平移動機構の駆動中に、予め測定された試料表面の起伏（（ａ），（ｂ））に応じた駆動パターン（ｃ）で垂直移動機構を駆動することを特徴とする。このようにすれば、観察ポイントの移動時におけるウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の移動量は、その起伏の範囲内に抑えることができる。その結果、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力が高まる。
【選択図】 図６
【解決手段】試料表面（１０Ａ−ｉ）の観察ポイントの拡大像を生成するための対物レンズと、対物レンズの光軸の垂直方向に試料と対物レンズとを相対移動させる水平移動機構と、対物レンズの光軸方向に試料と対物レンズとを相対移動させる垂直移動機構とを備えた観察装置において、少なくとも対物レンズと試料表面とが対向する範囲内での水平移動機構の駆動中に、予め測定された試料表面の起伏（（ａ），（ｂ））に応じた駆動パターン（ｃ）で垂直移動機構を駆動することを特徴とする。このようにすれば、観察ポイントの移動時におけるウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の移動量は、その起伏の範囲内に抑えることができる。その結果、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力が高まる。
【選択図】 図６
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料（半導体ウエハなど）の表面の拡大画像を観察するための観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの表面を観察する外観検査装置では、一般に、半導体ウエハの表面の複数の観察ポイントのそれぞれを連続して観察するために、半導体ウエハの載置されたステージを水平方向に相対移動させながら、その対物レンズの生成する各観察ポイントの拡大像をカメラで順次撮像している。
【０００３】
また、同一ロット内の複数の半導体ウエハを連続して観察するときには、キャリアとの間で半導体ウエハを１枚ずつ搬送、また回収するローダが用いられる。近年、一枚の半導体ウエハから製造されるチップ数を増加させるために、半導体ウエハは大口径化される傾向にある。また、その材料費を抑えるために、半導体ウエハは薄化される傾向にある。
【０００４】
しかし、このように大口径化又は薄化された半導体ウエハは、従来の半導体ウエハと比較してその剛性が弱いため、自重による変形（撓みなど）が発生し易く、しかも半導体プロセスを経ることによる変形（反りなど）も発生し易い。
しかも、外観検査装置にて使用される対物レンズは、半導体ウエハ上のパターンの微細化に伴い高倍率化されるが、高倍率の対物レンズは作動距離が短いため、半導体ウエハの表面に近づけなければならない。
【０００５】
外観検査装置では、このような対物レンズの先端が上述したように変形した半導体ウエハの表面に接触することのないよう、半導体ウエハ上で観察ポイントをずらしたり対物レンズの直下から半導体ウエハを退避させたりする前に、対物レンズと半導体ウエハとの間隔を一旦十分な所定距離だけ広げる「回避動作」をする必要がある。
【０００６】
例えば、この回避動作では、ステージを垂直方向に駆動して半導体ウエハを対物レンズから離れる方向に十分な所定距離だけ移動させている。
【特許文献１】
特開２００１−２８９７９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、回避動作終了後にステージを水平方向に相対移動させるので、回避動作の時間だけ処理が遅れる。したがって、外観検査装置の単位時間当たりの処理能力が低下する。
【０００８】
そこで本発明は、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力を高めることのできる観察装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の観察装置は、試料表面の観察ポイントの拡大像を生成するための対物レンズと、前記対物レンズの光軸に直交する方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる水平移動機構と、前記対物レンズの光軸方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる垂直移動機構と、少なくとも前記対物レンズと前記試料表面とが対向する範囲内での前記水平移動機構の駆動中に、予め測定された前記試料表面の起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の観察装置は、請求項１に記載の観察装置において、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記試料表面のうち前記対物レンズの移動経路に対応する部分の起伏に応じて決定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の観察装置は、請求項１又は請求項２に記載の観察装置において、前記試料表面の対向位置に選択的に挿入可能な作動距離の異なる複数種類の前記対物レンズを備え、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記起伏と、前記対向位置に挿入されている対物レンズの種類とに応じて決定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の観察装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の観察装置において、前記試料は、外部の搬送装置のアームにより搬送及び回収される試料であり、前記制御手段は、前記試料の搬送及び／又は回収に当たり、前記起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動することを特徴とする。
請求項５に記載の観察装置は、請求項４に記載の観察装置において、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記搬送及び／又は前記回収の経路と前記試料表面の起伏とに応じて決定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の観察装置は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の観察装置において、前記制御手段は、同一ロット内の複数の半導体ウエハが順次前記試料として観察されるときには、それら半導体ウエハのうち代表する１つから測定された起伏のデータを、他の半導体ウエハの起伏のデータとしても用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の観察装置は、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の観察装置において、前記対物レンズの焦点調節装置と、前記焦点調節装置の一部又は全部を利用して前記試料から前記起伏を測定する測定手段とをさらに備えていることを特徴とする。
請求項８に記載の観察装置は、請求項７に記載の観察装置において、前記測定手段は、前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、前記制御手段は、前記測定手段が測定した高さの分布を前記起伏として用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の観察装置は、請求項７に記載の観察装置において、前記測定手段は、前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、前記制御手段は、前記ポイント以外の相対的な高さについては前記測定の結果に基づく補間演算により求め、前記測定手段が測定した高さと求めた高さとの分布を前記起伏として用いることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４、図５、図６を用いて本発明の第１実施形態を説明する。
【００１７】
本実施形態は、外観検査システム（請求項における観察装置に対応する。）の実施形態である。
図１は、本実施形態の外観検査システム１の構成図である。
図１に示すように、外観検査システム１には、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）１０Ａ−ｉを検査するための外観検査装置（請求項における観察装置に対応する。）１０、ウエハ１０Ａ−ｉを搬送するローダ（請求項における搬送装置に対応する。）２０、複数のウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，・・・を収納するキャリア３０、及び、外観検査システム１の全体を制御するコンピュータ（請求項における制御装置に対応する。）４０などが配置される。
【００１８】
外観検査装置１０には、Ｘステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙ，Ｚステージ１２ｚ，θステージ１２θなどからなるＸＹＺθステージ１２、ウエハ１０Ａ−ｉをＸＹＺθステージ１２上で支持するウエハホルダ１３、対物レンズ１４とカメラ１５と焦点調節ユニット１７などからなる顕微鏡が備えられる。
ＸＹＺθステージ１２とウエハホルダ１３とは制振ユニット１１の上に順に配置され、さらに、その制振ユニット１１の上に不図示の固定部材を介して顕微鏡が配置されている。
【００１９】
外観検査装置１０には、その他、ウエハ１０Ａ−ｉをアライメントするためのセンサ１６、ＸＹＺθステージ１２に接続された位置制御回路１２ａ、カメラ１５に接続された画像処理回路１５ａ、焦点調節ユニット１７に接続された信号処理回路１７ａなども備えられる。
ローダ２０は、この外観検査装置１０において観察済みのウエハ１０Ａ−ｉをウエハホルダ１３から回収してキャリア３０に収納すると共に、そのキャリア３０から観察すべき次のウエハ１０Ａ−（ｉ＋１）を取り出して搬送しウエハホルダ１３の上に載置する。符号２０Ａで示すのは、その回収及び搬送中にウエハ１０を支持するアームである。
【００２０】
コンピュータ４０は、外観検査システム１に専用のコンピュータ、又は外観検査システム１に専用の制御ボードを実装した汎用のコンピュータであり、外観検査装置１０のＸＹＺθステージ１２、カメラ１５、焦点調節ユニット１７、及び、ローダ２０などの各部の駆動制御を、予め登録されたレシピなどに従って行う。
コンピュータ４０には、入力器４０Ａ、表示器４０Ｂ、確認スイッチ４０Ｃなどが接続される。
【００２１】
入力器４０Ａは、外観検査装置１０におけるウエハ１０Ａ−ｉ上の観察ポイント（後述）を観察者が手動で移動させるときなどに操作される。
確認スイッチ４０Ｃは、外観検査装置１０におけるウエハ１０Ａ−ｉ上の観察ポイントを予め登録された次のポイントに移動させるときなどに操作される。
次に、外観検査装置１０の内部を詳細に説明する。
【００２２】
図２は、外観検査装置１０の対物レンズ１４、カメラ１５、焦点調節ユニット１７を説明する図である。
図２に示すように、対物レンズ１４は、ウエハ１０Ａ−ｉの表面において視野に含まれる部分領域Ｅの拡大像を生成するための顕微鏡対物レンズである。
【００２３】
この対物レンズ１４とカメラ１５内の結像光学系１５Ｃとによって生成される拡大像は、カメラ１５内の撮像素子１５Ａによって撮像される。
この撮像素子１５の出力は画像処理回路１５ａ（図１参照）に入力され、γ処理などの画像処理が施された後、コンピュータ４０（図１参照）に入力される。図２に示すように、焦点調節ユニット１７は、焦点調節用の赤外光を対物レンズ１４を介してウエハ１０Ａの表面に照射し、その反射光を対物レンズ１４を介して焦点調節用の２つの受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’で受光するものである。なお、図２において、符号１７Ａは赤外光源、符号１７Ｃはハーフミラー、１７Ｄ，１７Ｅはビームスプリッタである。
【００２４】
それら受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’の出力は、信号処理回路１７ａ（図１参照）に入力される。信号処理回路１７ａでは、それら出力に基づき対物レンズ１４のデフォーカス量を示すデフォーカス信号が生成される。デフォーカス信号は、コンピュータ４０（図１参照）に入力される。
また、図１に示したＸＹＺθステージ１２は、ウエハホルダ１３と共にウエハ１０Ａ−ｉを移動させる機構である。
【００２５】
ＸＹＺθステージ１２のＸステージ１２ｘは、ウエハ１０Ａの主面内の所定のＸ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、Ｙステージ１２ｙは、その主面内のＸ方向と直交するＹ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、Ｚステージ１２ｚは、ウエハ１０Ａの法線方向Ｚ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、θステージ１２θは、ウエハホルダ１３の中心からＺ方向に延びる中心軸の周りにウエハ１０Ａを回転させる機構である。
【００２６】
このようなＸＹＺθステージ１２に接続された位置制御回路１２ａは、コンピュータ４０から入力される制御信号に応じて、Ｘステージ１２ｘ、Ｙステージ１２ｙ、Ｚステージ１２ｚ、θステージ１２θのうち必要なものを必要な駆動量だけ駆動する。
【００２７】
ＸＹＺθステージ１２のうち、Ｘステージ１２ｘ、Ｙステージ１２ｙ、Ｚステージ１２ｚは、コンピュータ４０による観察ポイントや測定ポイント（後述）の移動、対物レンズ１４の焦点調節、対物レンズ１４の直下からのウエハ１０Ａの退避などのために駆動される。θステージ１２θは、アライメントのために駆動される。
【００２８】
次に、外観検査システム１における観察工程について説明する。
図３、図４、図５は、外観検査システム１における観察工程を示す動作フローチャートである。この動作フローチャートは、コンピュータ４０により実行される。
初期状態においてウエハホルダ１３は、図１に示すように、対物レンズ１４の直下から退避した位置に配置されているとする。
【００２９】
この動作フローチャートが開始されると、コンピュータ４０はローダ２０を駆動し、キャリア３０に収納された複数のウエハ１０Ａのうち一枚目のウエハ１０Ａ−１を取り出し、そのウエハホルダ１３上に搬送する（図３ステップＳ１）。なお、この搬送に当たっては、ウエハ１０Ａ−１の裏面がウエハホルダ１３に接触しないよう、アーム２０Ａがウエハ１０Ａ−１をチャック解除するまで、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハホルダ１３をウエハ１０Ａから十分な所定距離だけ遠ざけておく（これは回避動作である。）。
【００３０】
その後、ウエハ１０Ａ−１はアライメントされる（図３ステップＳ２）。
アライメントでは、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙを駆動し、ウエハ１０Ａ−１の外縁部がセンサ１６の略直下に位置する位置にまでウエハ１０Ａ−１を移動させる。その後、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してθステージ１２θを駆動し、ウエハ１０Ａ−１を回転させる。
【００３１】
コンピュータ４０は、このときのセンサ１６の出力に基づきウエハ１０Ａ−１とウエハホルダ１３との中心ずれ量を算出する。
その後、ウエハ１０Ａ−１の外縁部のノッチ方向が所定方向に位置決めされる。
以上のアライメントの結果、コンピュータ４０は、ウエハ１０Ａ−１のＸＹＺθステージ１２上における配置位置や配置方向（位置関係）を認識する（なお、アライメント方法については、例えば、特開２００２−３１３８８７号公報に記載された方法など、各種の方法を適用できる。）。
【００３２】
以後、このウエハ１０Ａ−１のＸ方向又はＹ方向の移動では、この位置関係に基づきＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙの駆動量がそれぞれ補正される（以上の搬送及びアライメント（図３ステップＳ１，Ｓ２）の手順は、後述する他のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・に対する搬送及びアライメントも同様である（図３ステップＳ６，Ｓ７）。）。
【００３３】
続く起伏の測定（図３ステップＳ３）については、図４ステップＳ３１〜Ｓ３５を用いて説明する。
先ず、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ及びＹステージ１２ｙを駆動し、対物レンズ１４の視野（以下、「測定ポイント」という。）をウエハ１０Ａ−１の表面の予め決められたポイント（以下、図６（ａ）に示すポイントＡとする。）に設定する。
【００３４】
その後、コンピュータ４０は、信号処理回路１７ａを介して焦点調節ユニット１７を駆動し、信号処理回路１７ａから出力されるデフォーカス信号が０となるよう位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動する。これにより、対物レンズ１４の焦点調節がなされる（図４ステップＳ３１）。
そして、この状態でのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−ＡがポイントＡに対応づけて記憶される（図４ステップＳ３２）。
【００３５】
その後、測定ポイントが予め決められた次のポイント（以下、図６（ａ）に示すポイントＢとする。）に移動し、対物レンズ１の焦点調節がなされ（図４ステップＳ３４）、また、その状態でのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−ＢがポイントＢに対応づけて記憶される（図３ステップＳ３２）。
【００３６】
その後、コンピュータ４０は同様にして測定ポイントを予め決められた各ポイント（以下、図６に示すポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・とする。）のように順次移動させると共に、それぞれのポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・にてそれぞれ焦点調節を行い（図４ステップＳ３４）、そのときのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−Ｃ，Ｚ−Ｄ，Ｚ−Ｅ，・・・を測定ポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・のそれぞれに対応づけて記憶する（図４ステップＳ３２）。
【００３７】
なお、以上の各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・のウエハ１０Ａ−ｉ上におけるＸ方向及びＹ方向の位置座標は、コンピュータ４０に予め登録されている。
なお、図４ステップＳ３４における測定ポイントの移動開始に当たっては、対物レンズ１４がウエハ１０Ａ−１の表面に接触しないよう、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハ１０Ａ−１を対物レンズ１４から十分な所定距離だけ遠ざける（これが回避動作である。）。
【００３８】
そして、全てのポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・についてのＺ方向の位置座標の記憶が終了すると（図４ステップＳ３３ＹＥＳ）、コンピュータ４０は、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・のウエハ１０Ａ−ｉにおけるＸ方向及びＹ方向の位置座標と、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・に対応づけて記憶されたＺ方向の位置座標Ｚ−Ａ，Ｚ−Ｂ，Ｚ−Ｃ，・・・とに基づいてウエハ１０Ａ−１の表面の起伏を算出し、それを記憶する（図４ステップＳ３５）。
【００３９】
例えば、図６（ａ）に括弧内に示すように、ポイントＡの高さは、ウエハ１０Ａ−１の中心（ポイントＣ）に対応づけられた位置座標Ｚ−Ｃを基準とした、ポイントＡに対応づけられた位置座標Ｚ−Ａ、すなわち「−２」で表される。
同様に、ポイントＢ、Ｄ、Ｅ・・・の高さは、位置座標Ｚ−Ｃを基準として、それぞれ「−１」、「−２」、「−４」、・・・で表される。
【００４０】
また、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、・・・以外の位置の高さについては、ポイントＡ、ポイントＢ、ポイントＣ、ポイントＤ、ポイントＥ、・・・の各高さ、及びＸ方向及びＹ方向の位置座標とから内挿、外挿などの補間演算により求められる。以上取得した高さのウエハ１０Ａ−１上における分布が、キャリア３０内の各ウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，・・・の全てに共通する起伏としてコンピュータ４０に記憶される。
【００４１】
以下、各ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、・・・の高さが、図６（ａ）の括弧内に示すとおりだった場合について説明する。因みに、このときの起伏は、図６（ｂ）に示すような「蓋型」となる。なお、図６（ｂ）は、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線で切断したウエハ１０Ａ−１の断面の模式図（起伏を誇張した図）である。
【００４２】
続くウエハ１０Ａ−１の表面の観察（図３ステップＳ４）については、図５ステップＳ４１〜Ｓ４７を用いて説明する。
先ず、この観察では、コンピュータ４０は、カメラ１５の撮像素子１５Ａを画像処理回路１５ａを介して連続的に駆動すると共に、画像処理回路１５ａからの出力信号に基づき、対物レンズ１４の捉えている視野（以下、「観察ポイント」という。）の画像を表示器４０Ｂに対し連続的に表示する。
【００４３】
そして、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙを駆動し、観察ポイントをウエハ１０Ａ−１の表面の予め決められたポイント（以下、図６に示すポイントＡとする。）に一致させる。以下、図６に示すポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑが順に観察される場合について説明する。このようなポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑのウエハ１０Ａ−ｉにおけるＸ方向及びＹ方向の位置座標、及び、ポイント間の移動経路は、コンピュータ４０に予め登録されている。
【００４４】
また、コンピュータ４０は、信号処理回路１７ａを介して焦点調節ユニット１７を駆動し、信号処理回路１７ａから出力されるデフォーカス信号が０となるよう位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、対物レンズ１４の焦点調節を行う（図５ステップＳ４１）。
ここで、図５ステップＳ４１における観察ポイントの設定開始に当たっては、コンピュータ４０は、上述した図４ステップＳ３４と同様の回避動作をする。
【００４５】
その後、所定時間が経過すると（図５ステップＳ４５ＹＥＳ）、観察ポイントが次のポイントＥ（図６参照）に移動し、焦点調節が行われる（図５ステップＳ４７）。
その後、所定時間が経過する毎（図５ステップＳ４５ＹＥＳ）に、コンピュータ４０は観察ポイントをポイントＧ，Ｑ（図６参照）に順次移動させると共にそれぞれのポイントＧ，Ｑにて焦点調節を行う（図５ステップＳ４７）。
【００４６】
ここで、図５ステップＳ４７における観察ポイントの移動開始に当たっては、コンピュータ４０は、回避動作をしない。
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される（ここで、本明細書では、文言「駆動パターン」を、位置座標の変化のパターンの意味で使用している。）。
【００４７】
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて次のように決定される。
【００４８】
例えば、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動し、かつその移動経路が図６（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線であるとき、その移動経路に相当する起伏のパターンは図６（ｂ）に示すとおり、−２→−１→０→−２→−４（蓋型）であるので、ポイントＡにおけるＺ方向の位置座標を０とすると、駆動パターンは、その起伏のパターンを反転したもの、すなわち、図６（ｃ）に示すとおり０→−１→−２→０→＋２（鍋型）というパターンに決定される。
【００４９】
この駆動パターンによれば、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔ΔＺは、図６（ｄ）に示すとおり対物レンズ１４の作動距離ＷＤに保たれる。
なお、このように作動距離ＷＤが保たれる場合、図５ステップＳ４７における焦点調節は原理的には非必須だが、実際には、起伏の測定の測定誤差、ステージの移動誤差、補間演算による誤差などが生起しているので、この焦点調節は必要となる。
【００５０】
因みに、観察ポイントがポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑの何れかに設定されている途中に確認スイッチ４０Ｃが操作されたときには（図５ステップＳ４２ＹＥＳ）、観察ポイントが移動してから所定時間が経過していなくとも、観察ポイントが次のポイントに移動する（図５ステップＳ４７）。
この観察ポイントの移動開始に当たっても、コンピュータ４０は、回避動作をすることはない。
【００５１】
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される。
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて決定される。
【００５２】
その他、観察ポイントがポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑの何れかに設定されている途中に入力器４０Ａが操作されたときには（図５ステップＳ４３ＹＥＳ）、その操作に応じて観察ポイントが移動する（図５ステップＳ４４）。
この観察ポイントの移動開始に当たっても、コンピュータ４０は、回避動作をすることはない。
【００５３】
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される。
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて決定される。
【００５４】
そして、予め登録された全てのポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑへの観察ポイントの移動が終了すると（図５ステップＳ４６ＹＥＳ）、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してウエハホルダ１３及びウエハ１０Ａ−１を対物レンズ１４の直下から退避させ、ローダ２０を駆動してアーム２０Ａでウエハ１０Ａ−１をチャックし、その後、ウエハホルダ１３からウエハ１０Ａ−１を回収し、キャリア３０に再び収納する（図３ステップＳ５）。
【００５５】
この回収に当たっては、ウエハ１０Ａ−１の裏面がウエハホルダ１３に接触しないよう、アーム２０Ａがウエハ１０Ａをチャックした後、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハホルダ１３をウエハ１０Ａから十分な所定距離だけ遠ざける（これは回避動作である。）。
その後、キャリア３０に収納された複数のウエハ１０Ａのうち二枚目のウエハ１０Ａ−２がローダ２０によって取り出され、ウエハホルダ１３上に載置されると（図３ステップＳ６）、一枚目のウエハ１０Ａ−１と同様にアライメント（図３ステップＳ７）、及び観察（図３ステップＳ４，図５ステップＳ４１〜Ｓ４７）が行われ、その後、回収される（図３ステップＳ８）。
【００５６】
同様に、キャリア３０に格納された他のウエハ１０Ａ−３，１０Ａ−４，・・・の搬送（図３ステップＳ６）、アライメント（図３ステップＳ７）、観察（図３ステップＳ４，図５ステップＳ４１〜Ｓ４７）、回収（図３ステップＳ８）が全て終了すると（図３ステップ９ＳＹＥＳ）、コンピュータ４０は、観察工程を終了する。
【００５７】
以上、本実施形態の外観検査システム１では、１枚目のウエハ１０Ａ−１からその起伏が測定される。２枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・については、それらの起伏が１枚目のウエハ１０Ａ−１の起伏と同等とみなされ、特に測定は行われない。キャリア３０内のウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・は同一ロット内のウエハであるから、同等とみなして差し支えない。
【００５８】
そして、ウエハ１０Ａ−ｉの観察では、観察ポイントの移動時に、ウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の位置座標が、それらウエハと対物レンズ１４との間隔がその作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるよう、測定された起伏に応じて変化する。
よって、観察ポイントの移動時におけるウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の移動量は、その起伏の範囲内に抑えられる。
【００５９】
よって、観察ポイントの移動の度に回避動作が行われていた従来と比較すると、起伏を測定する分だけ観察時間が長期化するものの、各ウエハ１０Ａ−ｉの観察時間については、確実に短縮される。
また、１つのキャリア３０に収納されるウエハ数は一般に２５枚であり、多数なので、起伏を測定する時間を含めたとしても、外観検査システム１の単位時間当たりの処理能力は、従来と比較して高まることが予想される。
【００６０】
また、回避動作（特にレボルバの駆動による回避動作）が行われていた従来と比較すると、機構駆動量が低減された分だけ外観検査装置１０の寿命が延長され、その結果、高スループット化する。
【００６１】
（その他）
なお、本実施形態の図５ステップＳ４１では、観察ポイントがポイントＡに設定されるときに回避動作が行われているが、図５ステップＳ４７と同様、回避動作をする代わりに、起伏に応じた駆動パターンでＺステージ１２ｚを駆動してもよい。
【００６２】
因みに、観察ポイントがポイントＡに設定される前には、対物レンズ１４の視野は、ポイントＱ（図４のステップＳ３１〜Ｓ３５における最後の測定ポイント）に位置しているので、この設定では、対物レンズ１４の視野をポイントＱからポイントＡにまで移動させる必要がある。
よって、Ｚステージ１２ｚは、この移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで駆動されればよい。
【００６３】
この駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ポイントＱからポイントＡへの対物レンズ１４の視野の移動経路とに応じて決定される。（第１実施形態の第１の変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第１変形例を説明する。
本変形例では、図４のステップ３１〜３５における起伏の測定時に、ウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標が、対物レンズ１４から十分な所定距離だけ遠ざかるような位置に保たれる。
【００６４】
そして、図４ステップＳ３１，Ｓ３４における焦点調節のする代わりに、信号処理回路１７ａの出力するデフォーカス信号が参照される。
そして、図４ステップＳ３２においては、Ｚ方向の位置座標の代わりに、そのデフォーカス信号が示しているデフォーカス量が記憶される。
このように対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１とのＺ方向の位置関係が保たれた状態では、各ポイントにおけるデフォーカス量が各ポイントの高さを示すことになる。よって、本変形例によっても、ウエハ１０Ａ−１の各ポイントの高さが求まり、したがって、その表面の起伏を求めることができる。
【００６５】
なお、本変形例においては、デフォーカス信号の代わりに、焦点調節用の２つの受光素子１７Ｂ、１７Ｂ’の出力信号をコンピュータ４０が参照し、それらの出力信号に基づいてデフォーカス量を求めることとしてもよい。
例えば、図７に示すように受光素子１７Ｂの出力信号がＳＢ−Ａ、受光素子１７Ｂ’の出力信号がＳＢ’−Ａであるときには、それら出力信号ＳＢ−Ａ、ＳＢ’−Ａ、及び、既知である受光素子１７Ｂの特性カーブＳＢ、受光素子１７Ｂ’の特性カーブＳＢ’に基づいて、デフォーカス量Ｚ−Ａを精度高く求めることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、起伏を求めるに当たり、測定ポイント以外のウエハ１０Ａ−１の各位置の高さが補間演算により求められたが、補間演算を省略し、各測定ポイントの周辺領域の高さは各測定ポイントの高さと等しいとみなし、起伏を階段状に近似してもよい。その場合、観察ポイントの移動時におけるＺステージ１２ｚの駆動パターンも、その起伏に応じて階段状となる。
【００６７】
（第１実施形態の第２の変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第２変形例を説明する。
上述した本実施形態では、外観検査装置１０には対物レンズ１４が１種類しか装着されていないとの前提で説明したが、実際には、作動距離ＷＤの異なる複数種類の対物レンズが装着されている場合もある。
【００６８】
本変形例では、図８に示すように、４００倍の対物レンズ１４（作動距離ＷＤ＝０．５ｍｍ）と、５倍の対物レンズ１４’（作動距離ＷＤ＝５ｍｍ）とが外観検査装置１０のレボルバ１４Ｂ（図１では不図示）に装着されており、かつコンピュータ４０に予め登録されたレシピが、図６のポイントＡの観察（図８（ｂ））は４００倍対物レンズ１４で行い、ポイントＥの観察（図８（ｅ））は５倍対物レンズ１４’で行うよう設定されている場合について説明する。
【００６９】
また、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへの移動されるときの移動経路は、図６（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線とする。
本変形例では、観察ポイントがポイントＡに設定された後、４００倍の対物レンズ１４がセットされ（図８（ａ））、その後、焦点調節される（図８（ｂ））。
また、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動する前にレボルバ１４Ｂが駆動され、５倍の対物レンズ１４’がセットされる（図８（ｃ））。
【００７０】
その後、Ｚステージ１２ｚは何ら駆動されることなく、そのままＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙのうち必要なものが必要なだけ駆動され、観察ポイントがポイントＥに移動し（図８（ｄ））、その後、焦点調節される（図８（ｅ））。
このように、本変形例の外観システムでは、ウエハ１０Ａ−ｉの起伏量よりも十分に大きい作動距離ＷＤの対物レンズ（ここでは、５倍の対物レンズ１４’）が使用される場合、この対物レンズはウエハ１０Ａ−ｉと接触する可能性が無いので、その使用直前における観察ポイントの移動では、その移動前にその対物レンズがセットされると共に、その移動中におけるＺステージ１２ｚの駆動が省略される。
【００７１】
このようにＺステージ１２ｚの駆動回数が低減されれば、単位時間当たりの処理能力はさらに向上する。
（第１実施形態の第３変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第３変形例を説明する。
上述した本実施形態では、観察ポイントの移動中のＺステージ１２ｚの駆動パターンが、「対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターン」に決定されたが、以下のような駆動パターンでもよい。
【００７２】
ここでは、測定された各ポイントの高さが、図９（ａ）の括弧内に示すとおりだった場合について説明する。因みに、このときの起伏は、図９（ｂ）に示すような「鍋型」となる。なお、図９（ｂ）は、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線で切断したウエハ１０Ａ−１の断面の模式図（起伏を誇張した図）である。仮に、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動し、かつその移動経路が図９（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線であるとき、その移動経路に相当する起伏のパターンは図９（ｂ）に示すとおり、２→１→０→２→４（鍋型）であるので、上述した本実施形態に従えば、駆動パターンは、図９（ｃ）に示すように０→１→２→０→−２（蓋型）のパターンとなるが、本変形例では、駆動パターンは、図９（ｃ’）に示すとおり０→−２→−２→−２→−２→−２のパターンとなる。
【００７３】
この駆動パターンによれば、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔ΔＺは、図９（ｄ）に示すとおり一定にはならないものの、確実に対物レンズ１４の作動距離ＷＤ以上が確保される。
このように、観察ポイントの移動先のポイント（ここでは、図９のポイントＥ）がその移動経路の他のポイント（ここでは図９のポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）よりも高い場合は、それら他のポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの高さについては考慮する必要がないので、移動直後にその移動先のポイントで作動距離ＷＤが確保されるようＺステージ１２ｚが駆動され、その後の駆動は、省略される。
【００７４】
このように、Ｚステージ１２ｚの駆動回数が低減されれば、単位時間当たりの処理能力はさらに向上する。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、外観検査システムの実施形態である。ここでは、第１実施形態の外観検査システムとの相違点についてのみ説明する。
【００７５】
本実施形態では、図上述したウエハ１０Ａ−ｉの回収時（図３ステップＳ５，及びＳ８）の回避動作の回避量（Ｚステージ１２ｚの駆動量）が、必要最小限に決定される点に特徴がある。
この必要最小限の回避量は、図４ステップＳ３５においてあらかじめ記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−ｉの回収経路とから決定される。
【００７６】
因みに、このウエハホルダ１３のウエハ１０Ａ−ｉにおける移動経路は、アーム２０Ａの移動経路、つまりウエハ１０Ａ−ｉの回収経路から求まる。
以下、ウエハ１０Ａ−ｉの回収経路が、図１０（ａ）に示すようにポイントＥからポイントＡの方向、又は図１０（ｂ）に示すようにポイントＡからポイントＥの方向であり、かつ、ウエハ１０Ａ−１の中心線上（以下、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線とする。）の起伏が図１１又は図１２に示すようにポイントＡからポイントＥに向けて高さが−２→−１→＋２→＋４のように、徐々に高くなっている場合の回避量の決定方法について具体的に説明する。
【００７７】
回収経路がポイントＥからポイントＡの方向である場合（図１０（ａ））、回収手順は、図１１の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）となる。
回収経路がポイントＡからポイントＥの方向である場合（図１０（ｂ））、回収手順は、図１２の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）となる。
前者の回避量Δ１（図１１（ｄ））は、アーム２０ＡのＺ方向の厚さ分だけでよいのに対し、後者の回避量Δ２（図１２（ｄ））は、アーム２０ＡのＺ方向の厚さ分＋（ポイントＣからポイントＡまでの起伏量）だけ必要となる。
【００７８】
なぜなら、ウエハホルダ１３とウエハ１０Ａ−ｉとの距離は、図１１（ｄ）（ｅ），１２（ｄ）（ｅ）のそれぞれに明らかなように、前者の回避経路によると徐々に遠ざかるのでアーム２０Ａの厚さ分のみ考慮すればよいが、後者の回避経路によると徐々に近づくのでアーム２０Ａの厚さ分だけでなく起伏量を考慮しなければならないからである。
【００７９】
このように回避量が必要最小限となれば、外観検査システム１の単位時間当たりの処理能力は、さらに向上する。
（その他）
なお、本実施形態においては、ウエハ１０Ａ−ｉの回収時における回避動作の回避量を必要最小限に抑えたが、二枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・の搬送時（図３ステップＳ６）における回避動作の回避量についても、同様にして必要最小限に抑えることが可能である。
【００８０】
但し、その場合、少なくとも２枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・のアライメントがその搬送よりも前に行われるよう外観検査システムが構築されている必要がある。
また、本実施形態においては、回収経路、又は搬送経路が予め決められているとの前提で説明したが、回避量が最小に抑えられるような回収経路又は搬送経路をキャリア毎に選択するようコンピュータ４０を構成することもできる。
【００８１】
［その他］
なお、上記各実施形態の外観検査システムにおいては、ローダ２０又は外観検査装置１０内の各回路の一部又は全部の動作を、コンピュータ４０の側に実行させてもよい。
また、コンピュータ４０による一部の動作を、ローダ２０又は外観検査装置１０内の各回路に実行させてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力を高めることのできる観察装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の外観検査システム１の構成図である。
【図２】外観検査装置１０の対物レンズ１４、カメラ１５、焦点調節ユニット１７を説明する図である。
【図３】外観検査システム１における観察工程の全体手順を示す動作フローチャートである。
【図４】外観検査システム１における観察工程の起伏測定の手順を示す動作フローチャートである。
【図５】外観検査システム１における観察工程の観察の手順を示す動作フローチャートである。
【図６】外観検査システム１における観察ポイントの移動を説明する図である。（ａ）は測定されたウエハ１０Ａ−１の起伏、（ｂ）はウエハ１０Ａ−１の断面の模式図、（ｃ）はＺステージ１２ｚの駆動パターン、（ｄ）はウエハ１０Ａ−１と対物レンズ１４との間隔の変化を示す図である。
【図７】受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’の特性カーブＳＢ，ＳＢ’を示す図である。
【図８】第１実施形態の第２変形例を説明する図である。
【図９】第１実施形態の第３変形例を説明する図である。
【図１０】第２実施形態の具体例の２つの回収経路を示す図である。
【図１１】第２実施形態の具体例の一方の回収手順を示す図である。
【図１２】第２実施形態の具体例の他方の回収手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 外観検査システム
１０ 外観検査装置
１０Ａ−ｉ ウエハ
２０ ローダ
２０Ａ アーム
３０ キャリア
１１ 制振ユニット
１２ ステージ
１２ａ 位置制御回路
１２ｘ Ｘステージ
１２ｙ Ｙステージ
１２ｚ Ｚステージ
１２θ θステージ
１３ ウエハホルダ
１４ 対物レンズ
１５ カメラ
１５ａ 画像処理回路
１６ センサ
１７ 焦点調節ユニット
１７ａ 信号処理回路
２０Ａ アーム
４０ コンピュータ
４０Ａ 入力器
４０Ｂ 表示器
４０Ｃ 確認スイッチ
１５Ａ 撮像素子
１５Ｃ 結像光学系
１７Ｂ，１７Ｂ’ 受光素子
１７Ａ 赤外光源
１７Ｃ ハーフミラー
１７Ｄ，１７Ｅ ビームスプリッタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料（半導体ウエハなど）の表面の拡大画像を観察するための観察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの表面を観察する外観検査装置では、一般に、半導体ウエハの表面の複数の観察ポイントのそれぞれを連続して観察するために、半導体ウエハの載置されたステージを水平方向に相対移動させながら、その対物レンズの生成する各観察ポイントの拡大像をカメラで順次撮像している。
【０００３】
また、同一ロット内の複数の半導体ウエハを連続して観察するときには、キャリアとの間で半導体ウエハを１枚ずつ搬送、また回収するローダが用いられる。近年、一枚の半導体ウエハから製造されるチップ数を増加させるために、半導体ウエハは大口径化される傾向にある。また、その材料費を抑えるために、半導体ウエハは薄化される傾向にある。
【０００４】
しかし、このように大口径化又は薄化された半導体ウエハは、従来の半導体ウエハと比較してその剛性が弱いため、自重による変形（撓みなど）が発生し易く、しかも半導体プロセスを経ることによる変形（反りなど）も発生し易い。
しかも、外観検査装置にて使用される対物レンズは、半導体ウエハ上のパターンの微細化に伴い高倍率化されるが、高倍率の対物レンズは作動距離が短いため、半導体ウエハの表面に近づけなければならない。
【０００５】
外観検査装置では、このような対物レンズの先端が上述したように変形した半導体ウエハの表面に接触することのないよう、半導体ウエハ上で観察ポイントをずらしたり対物レンズの直下から半導体ウエハを退避させたりする前に、対物レンズと半導体ウエハとの間隔を一旦十分な所定距離だけ広げる「回避動作」をする必要がある。
【０００６】
例えば、この回避動作では、ステージを垂直方向に駆動して半導体ウエハを対物レンズから離れる方向に十分な所定距離だけ移動させている。
【特許文献１】
特開２００１−２８９７９５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、回避動作終了後にステージを水平方向に相対移動させるので、回避動作の時間だけ処理が遅れる。したがって、外観検査装置の単位時間当たりの処理能力が低下する。
【０００８】
そこで本発明は、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力を高めることのできる観察装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の観察装置は、試料表面の観察ポイントの拡大像を生成するための対物レンズと、前記対物レンズの光軸に直交する方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる水平移動機構と、前記対物レンズの光軸方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる垂直移動機構と、少なくとも前記対物レンズと前記試料表面とが対向する範囲内での前記水平移動機構の駆動中に、予め測定された前記試料表面の起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の観察装置は、請求項１に記載の観察装置において、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記試料表面のうち前記対物レンズの移動経路に対応する部分の起伏に応じて決定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の観察装置は、請求項１又は請求項２に記載の観察装置において、前記試料表面の対向位置に選択的に挿入可能な作動距離の異なる複数種類の前記対物レンズを備え、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記起伏と、前記対向位置に挿入されている対物レンズの種類とに応じて決定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の観察装置は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の観察装置において、前記試料は、外部の搬送装置のアームにより搬送及び回収される試料であり、前記制御手段は、前記試料の搬送及び／又は回収に当たり、前記起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動することを特徴とする。
請求項５に記載の観察装置は、請求項４に記載の観察装置において、前記垂直移動機構の駆動パターンは、前記搬送及び／又は前記回収の経路と前記試料表面の起伏とに応じて決定されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の観察装置は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の観察装置において、前記制御手段は、同一ロット内の複数の半導体ウエハが順次前記試料として観察されるときには、それら半導体ウエハのうち代表する１つから測定された起伏のデータを、他の半導体ウエハの起伏のデータとしても用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の観察装置は、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の観察装置において、前記対物レンズの焦点調節装置と、前記焦点調節装置の一部又は全部を利用して前記試料から前記起伏を測定する測定手段とをさらに備えていることを特徴とする。
請求項８に記載の観察装置は、請求項７に記載の観察装置において、前記測定手段は、前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、前記制御手段は、前記測定手段が測定した高さの分布を前記起伏として用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の観察装置は、請求項７に記載の観察装置において、前記測定手段は、前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、前記制御手段は、前記ポイント以外の相対的な高さについては前記測定の結果に基づく補間演算により求め、前記測定手段が測定した高さと求めた高さとの分布を前記起伏として用いることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４、図５、図６を用いて本発明の第１実施形態を説明する。
【００１７】
本実施形態は、外観検査システム（請求項における観察装置に対応する。）の実施形態である。
図１は、本実施形態の外観検査システム１の構成図である。
図１に示すように、外観検査システム１には、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）１０Ａ−ｉを検査するための外観検査装置（請求項における観察装置に対応する。）１０、ウエハ１０Ａ−ｉを搬送するローダ（請求項における搬送装置に対応する。）２０、複数のウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，・・・を収納するキャリア３０、及び、外観検査システム１の全体を制御するコンピュータ（請求項における制御装置に対応する。）４０などが配置される。
【００１８】
外観検査装置１０には、Ｘステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙ，Ｚステージ１２ｚ，θステージ１２θなどからなるＸＹＺθステージ１２、ウエハ１０Ａ−ｉをＸＹＺθステージ１２上で支持するウエハホルダ１３、対物レンズ１４とカメラ１５と焦点調節ユニット１７などからなる顕微鏡が備えられる。
ＸＹＺθステージ１２とウエハホルダ１３とは制振ユニット１１の上に順に配置され、さらに、その制振ユニット１１の上に不図示の固定部材を介して顕微鏡が配置されている。
【００１９】
外観検査装置１０には、その他、ウエハ１０Ａ−ｉをアライメントするためのセンサ１６、ＸＹＺθステージ１２に接続された位置制御回路１２ａ、カメラ１５に接続された画像処理回路１５ａ、焦点調節ユニット１７に接続された信号処理回路１７ａなども備えられる。
ローダ２０は、この外観検査装置１０において観察済みのウエハ１０Ａ−ｉをウエハホルダ１３から回収してキャリア３０に収納すると共に、そのキャリア３０から観察すべき次のウエハ１０Ａ−（ｉ＋１）を取り出して搬送しウエハホルダ１３の上に載置する。符号２０Ａで示すのは、その回収及び搬送中にウエハ１０を支持するアームである。
【００２０】
コンピュータ４０は、外観検査システム１に専用のコンピュータ、又は外観検査システム１に専用の制御ボードを実装した汎用のコンピュータであり、外観検査装置１０のＸＹＺθステージ１２、カメラ１５、焦点調節ユニット１７、及び、ローダ２０などの各部の駆動制御を、予め登録されたレシピなどに従って行う。
コンピュータ４０には、入力器４０Ａ、表示器４０Ｂ、確認スイッチ４０Ｃなどが接続される。
【００２１】
入力器４０Ａは、外観検査装置１０におけるウエハ１０Ａ−ｉ上の観察ポイント（後述）を観察者が手動で移動させるときなどに操作される。
確認スイッチ４０Ｃは、外観検査装置１０におけるウエハ１０Ａ−ｉ上の観察ポイントを予め登録された次のポイントに移動させるときなどに操作される。
次に、外観検査装置１０の内部を詳細に説明する。
【００２２】
図２は、外観検査装置１０の対物レンズ１４、カメラ１５、焦点調節ユニット１７を説明する図である。
図２に示すように、対物レンズ１４は、ウエハ１０Ａ−ｉの表面において視野に含まれる部分領域Ｅの拡大像を生成するための顕微鏡対物レンズである。
【００２３】
この対物レンズ１４とカメラ１５内の結像光学系１５Ｃとによって生成される拡大像は、カメラ１５内の撮像素子１５Ａによって撮像される。
この撮像素子１５の出力は画像処理回路１５ａ（図１参照）に入力され、γ処理などの画像処理が施された後、コンピュータ４０（図１参照）に入力される。図２に示すように、焦点調節ユニット１７は、焦点調節用の赤外光を対物レンズ１４を介してウエハ１０Ａの表面に照射し、その反射光を対物レンズ１４を介して焦点調節用の２つの受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’で受光するものである。なお、図２において、符号１７Ａは赤外光源、符号１７Ｃはハーフミラー、１７Ｄ，１７Ｅはビームスプリッタである。
【００２４】
それら受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’の出力は、信号処理回路１７ａ（図１参照）に入力される。信号処理回路１７ａでは、それら出力に基づき対物レンズ１４のデフォーカス量を示すデフォーカス信号が生成される。デフォーカス信号は、コンピュータ４０（図１参照）に入力される。
また、図１に示したＸＹＺθステージ１２は、ウエハホルダ１３と共にウエハ１０Ａ−ｉを移動させる機構である。
【００２５】
ＸＹＺθステージ１２のＸステージ１２ｘは、ウエハ１０Ａの主面内の所定のＸ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、Ｙステージ１２ｙは、その主面内のＸ方向と直交するＹ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、Ｚステージ１２ｚは、ウエハ１０Ａの法線方向Ｚ方向にウエハ１０Ａを移動させる機構であり、θステージ１２θは、ウエハホルダ１３の中心からＺ方向に延びる中心軸の周りにウエハ１０Ａを回転させる機構である。
【００２６】
このようなＸＹＺθステージ１２に接続された位置制御回路１２ａは、コンピュータ４０から入力される制御信号に応じて、Ｘステージ１２ｘ、Ｙステージ１２ｙ、Ｚステージ１２ｚ、θステージ１２θのうち必要なものを必要な駆動量だけ駆動する。
【００２７】
ＸＹＺθステージ１２のうち、Ｘステージ１２ｘ、Ｙステージ１２ｙ、Ｚステージ１２ｚは、コンピュータ４０による観察ポイントや測定ポイント（後述）の移動、対物レンズ１４の焦点調節、対物レンズ１４の直下からのウエハ１０Ａの退避などのために駆動される。θステージ１２θは、アライメントのために駆動される。
【００２８】
次に、外観検査システム１における観察工程について説明する。
図３、図４、図５は、外観検査システム１における観察工程を示す動作フローチャートである。この動作フローチャートは、コンピュータ４０により実行される。
初期状態においてウエハホルダ１３は、図１に示すように、対物レンズ１４の直下から退避した位置に配置されているとする。
【００２９】
この動作フローチャートが開始されると、コンピュータ４０はローダ２０を駆動し、キャリア３０に収納された複数のウエハ１０Ａのうち一枚目のウエハ１０Ａ−１を取り出し、そのウエハホルダ１３上に搬送する（図３ステップＳ１）。なお、この搬送に当たっては、ウエハ１０Ａ−１の裏面がウエハホルダ１３に接触しないよう、アーム２０Ａがウエハ１０Ａ−１をチャック解除するまで、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハホルダ１３をウエハ１０Ａから十分な所定距離だけ遠ざけておく（これは回避動作である。）。
【００３０】
その後、ウエハ１０Ａ−１はアライメントされる（図３ステップＳ２）。
アライメントでは、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙを駆動し、ウエハ１０Ａ−１の外縁部がセンサ１６の略直下に位置する位置にまでウエハ１０Ａ−１を移動させる。その後、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してθステージ１２θを駆動し、ウエハ１０Ａ−１を回転させる。
【００３１】
コンピュータ４０は、このときのセンサ１６の出力に基づきウエハ１０Ａ−１とウエハホルダ１３との中心ずれ量を算出する。
その後、ウエハ１０Ａ−１の外縁部のノッチ方向が所定方向に位置決めされる。
以上のアライメントの結果、コンピュータ４０は、ウエハ１０Ａ−１のＸＹＺθステージ１２上における配置位置や配置方向（位置関係）を認識する（なお、アライメント方法については、例えば、特開２００２−３１３８８７号公報に記載された方法など、各種の方法を適用できる。）。
【００３２】
以後、このウエハ１０Ａ−１のＸ方向又はＹ方向の移動では、この位置関係に基づきＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙの駆動量がそれぞれ補正される（以上の搬送及びアライメント（図３ステップＳ１，Ｓ２）の手順は、後述する他のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・に対する搬送及びアライメントも同様である（図３ステップＳ６，Ｓ７）。）。
【００３３】
続く起伏の測定（図３ステップＳ３）については、図４ステップＳ３１〜Ｓ３５を用いて説明する。
先ず、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ及びＹステージ１２ｙを駆動し、対物レンズ１４の視野（以下、「測定ポイント」という。）をウエハ１０Ａ−１の表面の予め決められたポイント（以下、図６（ａ）に示すポイントＡとする。）に設定する。
【００３４】
その後、コンピュータ４０は、信号処理回路１７ａを介して焦点調節ユニット１７を駆動し、信号処理回路１７ａから出力されるデフォーカス信号が０となるよう位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動する。これにより、対物レンズ１４の焦点調節がなされる（図４ステップＳ３１）。
そして、この状態でのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−ＡがポイントＡに対応づけて記憶される（図４ステップＳ３２）。
【００３５】
その後、測定ポイントが予め決められた次のポイント（以下、図６（ａ）に示すポイントＢとする。）に移動し、対物レンズ１の焦点調節がなされ（図４ステップＳ３４）、また、その状態でのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−ＢがポイントＢに対応づけて記憶される（図３ステップＳ３２）。
【００３６】
その後、コンピュータ４０は同様にして測定ポイントを予め決められた各ポイント（以下、図６に示すポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・とする。）のように順次移動させると共に、それぞれのポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・にてそれぞれ焦点調節を行い（図４ステップＳ３４）、そのときのウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標（Ｚステージ１２ｚの位置座標）Ｚ−Ｃ，Ｚ−Ｄ，Ｚ−Ｅ，・・・を測定ポイントＣ，Ｄ，Ｅ，・・・のそれぞれに対応づけて記憶する（図４ステップＳ３２）。
【００３７】
なお、以上の各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・のウエハ１０Ａ−ｉ上におけるＸ方向及びＹ方向の位置座標は、コンピュータ４０に予め登録されている。
なお、図４ステップＳ３４における測定ポイントの移動開始に当たっては、対物レンズ１４がウエハ１０Ａ−１の表面に接触しないよう、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハ１０Ａ−１を対物レンズ１４から十分な所定距離だけ遠ざける（これが回避動作である。）。
【００３８】
そして、全てのポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・についてのＺ方向の位置座標の記憶が終了すると（図４ステップＳ３３ＹＥＳ）、コンピュータ４０は、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・のウエハ１０Ａ−ｉにおけるＸ方向及びＹ方向の位置座標と、各ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，・・・に対応づけて記憶されたＺ方向の位置座標Ｚ−Ａ，Ｚ−Ｂ，Ｚ−Ｃ，・・・とに基づいてウエハ１０Ａ−１の表面の起伏を算出し、それを記憶する（図４ステップＳ３５）。
【００３９】
例えば、図６（ａ）に括弧内に示すように、ポイントＡの高さは、ウエハ１０Ａ−１の中心（ポイントＣ）に対応づけられた位置座標Ｚ−Ｃを基準とした、ポイントＡに対応づけられた位置座標Ｚ−Ａ、すなわち「−２」で表される。
同様に、ポイントＢ、Ｄ、Ｅ・・・の高さは、位置座標Ｚ−Ｃを基準として、それぞれ「−１」、「−２」、「−４」、・・・で表される。
【００４０】
また、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、・・・以外の位置の高さについては、ポイントＡ、ポイントＢ、ポイントＣ、ポイントＤ、ポイントＥ、・・・の各高さ、及びＸ方向及びＹ方向の位置座標とから内挿、外挿などの補間演算により求められる。以上取得した高さのウエハ１０Ａ−１上における分布が、キャリア３０内の各ウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，・・・の全てに共通する起伏としてコンピュータ４０に記憶される。
【００４１】
以下、各ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、・・・の高さが、図６（ａ）の括弧内に示すとおりだった場合について説明する。因みに、このときの起伏は、図６（ｂ）に示すような「蓋型」となる。なお、図６（ｂ）は、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線で切断したウエハ１０Ａ−１の断面の模式図（起伏を誇張した図）である。
【００４２】
続くウエハ１０Ａ−１の表面の観察（図３ステップＳ４）については、図５ステップＳ４１〜Ｓ４７を用いて説明する。
先ず、この観察では、コンピュータ４０は、カメラ１５の撮像素子１５Ａを画像処理回路１５ａを介して連続的に駆動すると共に、画像処理回路１５ａからの出力信号に基づき、対物レンズ１４の捉えている視野（以下、「観察ポイント」という。）の画像を表示器４０Ｂに対し連続的に表示する。
【００４３】
そして、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙを駆動し、観察ポイントをウエハ１０Ａ−１の表面の予め決められたポイント（以下、図６に示すポイントＡとする。）に一致させる。以下、図６に示すポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑが順に観察される場合について説明する。このようなポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑのウエハ１０Ａ−ｉにおけるＸ方向及びＹ方向の位置座標、及び、ポイント間の移動経路は、コンピュータ４０に予め登録されている。
【００４４】
また、コンピュータ４０は、信号処理回路１７ａを介して焦点調節ユニット１７を駆動し、信号処理回路１７ａから出力されるデフォーカス信号が０となるよう位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、対物レンズ１４の焦点調節を行う（図５ステップＳ４１）。
ここで、図５ステップＳ４１における観察ポイントの設定開始に当たっては、コンピュータ４０は、上述した図４ステップＳ３４と同様の回避動作をする。
【００４５】
その後、所定時間が経過すると（図５ステップＳ４５ＹＥＳ）、観察ポイントが次のポイントＥ（図６参照）に移動し、焦点調節が行われる（図５ステップＳ４７）。
その後、所定時間が経過する毎（図５ステップＳ４５ＹＥＳ）に、コンピュータ４０は観察ポイントをポイントＧ，Ｑ（図６参照）に順次移動させると共にそれぞれのポイントＧ，Ｑにて焦点調節を行う（図５ステップＳ４７）。
【００４６】
ここで、図５ステップＳ４７における観察ポイントの移動開始に当たっては、コンピュータ４０は、回避動作をしない。
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される（ここで、本明細書では、文言「駆動パターン」を、位置座標の変化のパターンの意味で使用している。）。
【００４７】
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて次のように決定される。
【００４８】
例えば、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動し、かつその移動経路が図６（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線であるとき、その移動経路に相当する起伏のパターンは図６（ｂ）に示すとおり、−２→−１→０→−２→−４（蓋型）であるので、ポイントＡにおけるＺ方向の位置座標を０とすると、駆動パターンは、その起伏のパターンを反転したもの、すなわち、図６（ｃ）に示すとおり０→−１→−２→０→＋２（鍋型）というパターンに決定される。
【００４９】
この駆動パターンによれば、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔ΔＺは、図６（ｄ）に示すとおり対物レンズ１４の作動距離ＷＤに保たれる。
なお、このように作動距離ＷＤが保たれる場合、図５ステップＳ４７における焦点調節は原理的には非必須だが、実際には、起伏の測定の測定誤差、ステージの移動誤差、補間演算による誤差などが生起しているので、この焦点調節は必要となる。
【００５０】
因みに、観察ポイントがポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑの何れかに設定されている途中に確認スイッチ４０Ｃが操作されたときには（図５ステップＳ４２ＹＥＳ）、観察ポイントが移動してから所定時間が経過していなくとも、観察ポイントが次のポイントに移動する（図５ステップＳ４７）。
この観察ポイントの移動開始に当たっても、コンピュータ４０は、回避動作をすることはない。
【００５１】
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される。
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて決定される。
【００５２】
その他、観察ポイントがポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑの何れかに設定されている途中に入力器４０Ａが操作されたときには（図５ステップＳ４３ＹＥＳ）、その操作に応じて観察ポイントが移動する（図５ステップＳ４４）。
この観察ポイントの移動開始に当たっても、コンピュータ４０は、回避動作をすることはない。
【００５３】
その代わり、この観察ポイントの移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで、Ｚステージ１２ｚが駆動される。
このＺステージ１２ｚの駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−１における観察ポイントの移動経路とに応じて決定される。
【００５４】
そして、予め登録された全てのポイントＡ，Ｅ，Ｇ，Ｑへの観察ポイントの移動が終了すると（図５ステップＳ４６ＹＥＳ）、コンピュータ４０は、位置制御回路１２ａを介してウエハホルダ１３及びウエハ１０Ａ−１を対物レンズ１４の直下から退避させ、ローダ２０を駆動してアーム２０Ａでウエハ１０Ａ−１をチャックし、その後、ウエハホルダ１３からウエハ１０Ａ−１を回収し、キャリア３０に再び収納する（図３ステップＳ５）。
【００５５】
この回収に当たっては、ウエハ１０Ａ−１の裏面がウエハホルダ１３に接触しないよう、アーム２０Ａがウエハ１０Ａをチャックした後、コンピュータ４０は位置制御回路１２ａを介してＺステージ１２ｚを駆動し、ウエハホルダ１３をウエハ１０Ａから十分な所定距離だけ遠ざける（これは回避動作である。）。
その後、キャリア３０に収納された複数のウエハ１０Ａのうち二枚目のウエハ１０Ａ−２がローダ２０によって取り出され、ウエハホルダ１３上に載置されると（図３ステップＳ６）、一枚目のウエハ１０Ａ−１と同様にアライメント（図３ステップＳ７）、及び観察（図３ステップＳ４，図５ステップＳ４１〜Ｓ４７）が行われ、その後、回収される（図３ステップＳ８）。
【００５６】
同様に、キャリア３０に格納された他のウエハ１０Ａ−３，１０Ａ−４，・・・の搬送（図３ステップＳ６）、アライメント（図３ステップＳ７）、観察（図３ステップＳ４，図５ステップＳ４１〜Ｓ４７）、回収（図３ステップＳ８）が全て終了すると（図３ステップ９ＳＹＥＳ）、コンピュータ４０は、観察工程を終了する。
【００５７】
以上、本実施形態の外観検査システム１では、１枚目のウエハ１０Ａ−１からその起伏が測定される。２枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・については、それらの起伏が１枚目のウエハ１０Ａ−１の起伏と同等とみなされ、特に測定は行われない。キャリア３０内のウエハ１０Ａ−１，１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・は同一ロット内のウエハであるから、同等とみなして差し支えない。
【００５８】
そして、ウエハ１０Ａ−ｉの観察では、観察ポイントの移動時に、ウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の位置座標が、それらウエハと対物レンズ１４との間隔がその作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるよう、測定された起伏に応じて変化する。
よって、観察ポイントの移動時におけるウエハ１０Ａ−ｉのＺ方向の移動量は、その起伏の範囲内に抑えられる。
【００５９】
よって、観察ポイントの移動の度に回避動作が行われていた従来と比較すると、起伏を測定する分だけ観察時間が長期化するものの、各ウエハ１０Ａ−ｉの観察時間については、確実に短縮される。
また、１つのキャリア３０に収納されるウエハ数は一般に２５枚であり、多数なので、起伏を測定する時間を含めたとしても、外観検査システム１の単位時間当たりの処理能力は、従来と比較して高まることが予想される。
【００６０】
また、回避動作（特にレボルバの駆動による回避動作）が行われていた従来と比較すると、機構駆動量が低減された分だけ外観検査装置１０の寿命が延長され、その結果、高スループット化する。
【００６１】
（その他）
なお、本実施形態の図５ステップＳ４１では、観察ポイントがポイントＡに設定されるときに回避動作が行われているが、図５ステップＳ４７と同様、回避動作をする代わりに、起伏に応じた駆動パターンでＺステージ１２ｚを駆動してもよい。
【００６２】
因みに、観察ポイントがポイントＡに設定される前には、対物レンズ１４の視野は、ポイントＱ（図４のステップＳ３１〜Ｓ３５における最後の測定ポイント）に位置しているので、この設定では、対物レンズ１４の視野をポイントＱからポイントＡにまで移動させる必要がある。
よって、Ｚステージ１２ｚは、この移動中、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターンで駆動されればよい。
【００６３】
この駆動パターンは、図４ステップＳ３５にて予め記憶した起伏と、ポイントＱからポイントＡへの対物レンズ１４の視野の移動経路とに応じて決定される。（第１実施形態の第１の変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第１変形例を説明する。
本変形例では、図４のステップ３１〜３５における起伏の測定時に、ウエハ１０Ａ−１のＺ方向の位置座標が、対物レンズ１４から十分な所定距離だけ遠ざかるような位置に保たれる。
【００６４】
そして、図４ステップＳ３１，Ｓ３４における焦点調節のする代わりに、信号処理回路１７ａの出力するデフォーカス信号が参照される。
そして、図４ステップＳ３２においては、Ｚ方向の位置座標の代わりに、そのデフォーカス信号が示しているデフォーカス量が記憶される。
このように対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１とのＺ方向の位置関係が保たれた状態では、各ポイントにおけるデフォーカス量が各ポイントの高さを示すことになる。よって、本変形例によっても、ウエハ１０Ａ−１の各ポイントの高さが求まり、したがって、その表面の起伏を求めることができる。
【００６５】
なお、本変形例においては、デフォーカス信号の代わりに、焦点調節用の２つの受光素子１７Ｂ、１７Ｂ’の出力信号をコンピュータ４０が参照し、それらの出力信号に基づいてデフォーカス量を求めることとしてもよい。
例えば、図７に示すように受光素子１７Ｂの出力信号がＳＢ−Ａ、受光素子１７Ｂ’の出力信号がＳＢ’−Ａであるときには、それら出力信号ＳＢ−Ａ、ＳＢ’−Ａ、及び、既知である受光素子１７Ｂの特性カーブＳＢ、受光素子１７Ｂ’の特性カーブＳＢ’に基づいて、デフォーカス量Ｚ−Ａを精度高く求めることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、起伏を求めるに当たり、測定ポイント以外のウエハ１０Ａ−１の各位置の高さが補間演算により求められたが、補間演算を省略し、各測定ポイントの周辺領域の高さは各測定ポイントの高さと等しいとみなし、起伏を階段状に近似してもよい。その場合、観察ポイントの移動時におけるＺステージ１２ｚの駆動パターンも、その起伏に応じて階段状となる。
【００６７】
（第１実施形態の第２の変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第２変形例を説明する。
上述した本実施形態では、外観検査装置１０には対物レンズ１４が１種類しか装着されていないとの前提で説明したが、実際には、作動距離ＷＤの異なる複数種類の対物レンズが装着されている場合もある。
【００６８】
本変形例では、図８に示すように、４００倍の対物レンズ１４（作動距離ＷＤ＝０．５ｍｍ）と、５倍の対物レンズ１４’（作動距離ＷＤ＝５ｍｍ）とが外観検査装置１０のレボルバ１４Ｂ（図１では不図示）に装着されており、かつコンピュータ４０に予め登録されたレシピが、図６のポイントＡの観察（図８（ｂ））は４００倍対物レンズ１４で行い、ポイントＥの観察（図８（ｅ））は５倍対物レンズ１４’で行うよう設定されている場合について説明する。
【００６９】
また、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへの移動されるときの移動経路は、図６（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線とする。
本変形例では、観察ポイントがポイントＡに設定された後、４００倍の対物レンズ１４がセットされ（図８（ａ））、その後、焦点調節される（図８（ｂ））。
また、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動する前にレボルバ１４Ｂが駆動され、５倍の対物レンズ１４’がセットされる（図８（ｃ））。
【００７０】
その後、Ｚステージ１２ｚは何ら駆動されることなく、そのままＸステージ１２ｘ，Ｙステージ１２ｙのうち必要なものが必要なだけ駆動され、観察ポイントがポイントＥに移動し（図８（ｄ））、その後、焦点調節される（図８（ｅ））。
このように、本変形例の外観システムでは、ウエハ１０Ａ−ｉの起伏量よりも十分に大きい作動距離ＷＤの対物レンズ（ここでは、５倍の対物レンズ１４’）が使用される場合、この対物レンズはウエハ１０Ａ−ｉと接触する可能性が無いので、その使用直前における観察ポイントの移動では、その移動前にその対物レンズがセットされると共に、その移動中におけるＺステージ１２ｚの駆動が省略される。
【００７１】
このようにＺステージ１２ｚの駆動回数が低減されれば、単位時間当たりの処理能力はさらに向上する。
（第１実施形態の第３変形例）
本実施形態の外観検査システム１の第３変形例を説明する。
上述した本実施形態では、観察ポイントの移動中のＺステージ１２ｚの駆動パターンが、「対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔が対物レンズ１４の作動距離ＷＤ程度の短距離に保たれるような駆動パターン」に決定されたが、以下のような駆動パターンでもよい。
【００７２】
ここでは、測定された各ポイントの高さが、図９（ａ）の括弧内に示すとおりだった場合について説明する。因みに、このときの起伏は、図９（ｂ）に示すような「鍋型」となる。なお、図９（ｂ）は、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線で切断したウエハ１０Ａ−１の断面の模式図（起伏を誇張した図）である。仮に、観察ポイントがポイントＡからポイントＥへと移動し、かつその移動経路が図９（ａ）内に点線で示したポイントＡとポイントＥとを結ぶ直線であるとき、その移動経路に相当する起伏のパターンは図９（ｂ）に示すとおり、２→１→０→２→４（鍋型）であるので、上述した本実施形態に従えば、駆動パターンは、図９（ｃ）に示すように０→１→２→０→−２（蓋型）のパターンとなるが、本変形例では、駆動パターンは、図９（ｃ’）に示すとおり０→−２→−２→−２→−２→−２のパターンとなる。
【００７３】
この駆動パターンによれば、対物レンズ１４とウエハ１０Ａ−１との間隔ΔＺは、図９（ｄ）に示すとおり一定にはならないものの、確実に対物レンズ１４の作動距離ＷＤ以上が確保される。
このように、観察ポイントの移動先のポイント（ここでは、図９のポイントＥ）がその移動経路の他のポイント（ここでは図９のポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）よりも高い場合は、それら他のポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの高さについては考慮する必要がないので、移動直後にその移動先のポイントで作動距離ＷＤが確保されるようＺステージ１２ｚが駆動され、その後の駆動は、省略される。
【００７４】
このように、Ｚステージ１２ｚの駆動回数が低減されれば、単位時間当たりの処理能力はさらに向上する。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。
本実施形態は、外観検査システムの実施形態である。ここでは、第１実施形態の外観検査システムとの相違点についてのみ説明する。
【００７５】
本実施形態では、図上述したウエハ１０Ａ−ｉの回収時（図３ステップＳ５，及びＳ８）の回避動作の回避量（Ｚステージ１２ｚの駆動量）が、必要最小限に決定される点に特徴がある。
この必要最小限の回避量は、図４ステップＳ３５においてあらかじめ記憶した起伏と、ウエハ１０Ａ−ｉの回収経路とから決定される。
【００７６】
因みに、このウエハホルダ１３のウエハ１０Ａ−ｉにおける移動経路は、アーム２０Ａの移動経路、つまりウエハ１０Ａ−ｉの回収経路から求まる。
以下、ウエハ１０Ａ−ｉの回収経路が、図１０（ａ）に示すようにポイントＥからポイントＡの方向、又は図１０（ｂ）に示すようにポイントＡからポイントＥの方向であり、かつ、ウエハ１０Ａ−１の中心線上（以下、ポイントＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを通る直線とする。）の起伏が図１１又は図１２に示すようにポイントＡからポイントＥに向けて高さが−２→−１→＋２→＋４のように、徐々に高くなっている場合の回避量の決定方法について具体的に説明する。
【００７７】
回収経路がポイントＥからポイントＡの方向である場合（図１０（ａ））、回収手順は、図１１の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）となる。
回収経路がポイントＡからポイントＥの方向である場合（図１０（ｂ））、回収手順は、図１２の（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）となる。
前者の回避量Δ１（図１１（ｄ））は、アーム２０ＡのＺ方向の厚さ分だけでよいのに対し、後者の回避量Δ２（図１２（ｄ））は、アーム２０ＡのＺ方向の厚さ分＋（ポイントＣからポイントＡまでの起伏量）だけ必要となる。
【００７８】
なぜなら、ウエハホルダ１３とウエハ１０Ａ−ｉとの距離は、図１１（ｄ）（ｅ），１２（ｄ）（ｅ）のそれぞれに明らかなように、前者の回避経路によると徐々に遠ざかるのでアーム２０Ａの厚さ分のみ考慮すればよいが、後者の回避経路によると徐々に近づくのでアーム２０Ａの厚さ分だけでなく起伏量を考慮しなければならないからである。
【００７９】
このように回避量が必要最小限となれば、外観検査システム１の単位時間当たりの処理能力は、さらに向上する。
（その他）
なお、本実施形態においては、ウエハ１０Ａ−ｉの回収時における回避動作の回避量を必要最小限に抑えたが、二枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・の搬送時（図３ステップＳ６）における回避動作の回避量についても、同様にして必要最小限に抑えることが可能である。
【００８０】
但し、その場合、少なくとも２枚目以降のウエハ１０Ａ−２，１０Ａ−３，・・・のアライメントがその搬送よりも前に行われるよう外観検査システムが構築されている必要がある。
また、本実施形態においては、回収経路、又は搬送経路が予め決められているとの前提で説明したが、回避量が最小に抑えられるような回収経路又は搬送経路をキャリア毎に選択するようコンピュータ４０を構成することもできる。
【００８１】
［その他］
なお、上記各実施形態の外観検査システムにおいては、ローダ２０又は外観検査装置１０内の各回路の一部又は全部の動作を、コンピュータ４０の側に実行させてもよい。
また、コンピュータ４０による一部の動作を、ローダ２０又は外観検査装置１０内の各回路に実行させてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、連続的な観察の単位時間当たりの処理能力を高めることのできる観察装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の外観検査システム１の構成図である。
【図２】外観検査装置１０の対物レンズ１４、カメラ１５、焦点調節ユニット１７を説明する図である。
【図３】外観検査システム１における観察工程の全体手順を示す動作フローチャートである。
【図４】外観検査システム１における観察工程の起伏測定の手順を示す動作フローチャートである。
【図５】外観検査システム１における観察工程の観察の手順を示す動作フローチャートである。
【図６】外観検査システム１における観察ポイントの移動を説明する図である。（ａ）は測定されたウエハ１０Ａ−１の起伏、（ｂ）はウエハ１０Ａ−１の断面の模式図、（ｃ）はＺステージ１２ｚの駆動パターン、（ｄ）はウエハ１０Ａ−１と対物レンズ１４との間隔の変化を示す図である。
【図７】受光素子１７Ｂ，１７Ｂ’の特性カーブＳＢ，ＳＢ’を示す図である。
【図８】第１実施形態の第２変形例を説明する図である。
【図９】第１実施形態の第３変形例を説明する図である。
【図１０】第２実施形態の具体例の２つの回収経路を示す図である。
【図１１】第２実施形態の具体例の一方の回収手順を示す図である。
【図１２】第２実施形態の具体例の他方の回収手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 外観検査システム
１０ 外観検査装置
１０Ａ−ｉ ウエハ
２０ ローダ
２０Ａ アーム
３０ キャリア
１１ 制振ユニット
１２ ステージ
１２ａ 位置制御回路
１２ｘ Ｘステージ
１２ｙ Ｙステージ
１２ｚ Ｚステージ
１２θ θステージ
１３ ウエハホルダ
１４ 対物レンズ
１５ カメラ
１５ａ 画像処理回路
１６ センサ
１７ 焦点調節ユニット
１７ａ 信号処理回路
２０Ａ アーム
４０ コンピュータ
４０Ａ 入力器
４０Ｂ 表示器
４０Ｃ 確認スイッチ
１５Ａ 撮像素子
１５Ｃ 結像光学系
１７Ｂ，１７Ｂ’ 受光素子
１７Ａ 赤外光源
１７Ｃ ハーフミラー
１７Ｄ，１７Ｅ ビームスプリッタ
Claims (9)
- 試料表面の観察ポイントの拡大像を生成するための対物レンズと、
前記対物レンズの光軸に直交する方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる水平移動機構と、
前記対物レンズの光軸方向に前記試料と前記対物レンズとを相対移動させる垂直移動機構と、
少なくとも前記対物レンズと前記試料表面とが対向する範囲内での前記水平移動機構の駆動中に、予め測定された前記試料表面の起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動する制御手段と
を備えたことを特徴とする観察装置。 - 請求項１に記載の観察装置において、
前記垂直移動機構の駆動パターンは、
前記試料表面のうち前記対物レンズの移動経路に対応する部分の起伏に応じて決定される
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項１又は請求項２に記載の観察装置において、
前記試料表面の対向位置に選択的に挿入可能な作動距離の異なる複数種類の前記対物レンズを備え、
前記垂直移動機構の駆動パターンは、
前記起伏と、前記対向位置に挿入されている対物レンズの種類とに応じて決定される
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の観察装置において、
前記試料は、外部の搬送装置のアームにより搬送及び回収される試料であり、
前記制御手段は、
前記試料の搬送及び／又は回収に当たり、前記起伏に応じた駆動パターンで前記垂直移動機構を駆動する
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項４に記載の観察装置において、
前記垂直移動機構の駆動パターンは、
前記搬送及び／又は前記回収の経路と前記試料表面の起伏とに応じて決定される
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の観察装置において、
前記制御手段は、
同一ロット内の複数の半導体ウエハが順次前記試料として観察されるときには、それら半導体ウエハのうち代表する１つから測定された起伏のデータを、他の半導体ウエハの起伏のデータとしても用いる
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の観察装置において、
前記対物レンズの焦点調節装置と、
前記焦点調節装置の一部又は全部を利用して前記試料から前記起伏を測定する測定手段と
をさらに備えていることを特徴とする観察装置。 - 請求項７に記載の観察装置において、
前記測定手段は、
前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、
前記制御手段は、
前記測定手段が測定した高さの分布を前記起伏として用いる
ことを特徴とする観察装置。 - 請求項７に記載の観察装置において、
前記測定手段は、
前記試料表面を代表する複数のポイントの相対的な高さを測定するものであり、
前記制御手段は、
前記ポイント以外の相対的な高さについては前記測定の結果に基づく補間演算により求め、前記測定手段が測定した高さと求めた高さとの分布を前記起伏として用いる
ことを特徴とする観察装置。
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