JP4036713B2 - 非破壊検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁場の検出により試料を非破壊検査する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造では、半導体ウェーハ上に複数のダイ（チップ）を形成した後、ウェーハ検査を行う。ウェーハ検査には、非破壊検査装置が用いられる。非破壊検査装置の一例として、走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡などのＳＱＵＩＤ検査装置が知られている。ＳＱＵＩＤ検査装置は、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた磁場の検出により試料を非破壊検査する。例えば、走査型ＳＱＵＩＤ顕微鏡は、試料の表面にレーザスポット光を照射し、それによって誘起された磁場の強度をＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉磁束計）で検出する。磁場強度の分布は、ＳＱＵＩＤ磁束計の出力信号を用いて画像化される。この磁場分布画像を観察することにより、ウェーハを検査できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ＳＱＵＩＤ磁束計などの磁場検出手段を用いる非破壊検査装置の改良を課題とする。より具体的には、磁場検出手段を用いて試料の欠陥を精度良く検出できる非破壊検査装置の提供を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明の非破壊検査装置は、表面および裏面を有する試料を走査して、その試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する。この非破壊検査装置は、（ａ）試料の裏面に対向させて配置された対物レンズと、（ｂ）試料の裏面側に配置され、対物レンズを介して試料にレーザ光を照射する照射手段と、（ｃ）試料上におけるレーザ光の照射位置を移動させて試料を走査する走査手段と、（ｄ）試料の裏面側に配置され、対物レンズと試料との距離を調整してオートフォーカスを行うオートフォーカシング手段と、（ｅ）試料の表面側に配置され、試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段とを備えている。この非破壊検査装置は、減算手段、比較手段及び判定手段も備えている。減算手段は、磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する。比較手段は、差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する。判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第１しきい値以上のとき、当該照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、レーザ光の一つの照射位置に対応する差分データが第２しきい値以下のとき、当該照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。また、この発明は、表面および裏面を有する試料を走査し、試料において同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置にも係る。この非破壊検査装置は、上述した、（ａ）対物レンズ、（ｂ）照射手段、（ｃ）走査手段、（ｄ）オートフォーカシング手段及び（ｅ）磁場検出手段を備え、減算手段、比較手段及び判定手段も備える。減算手段は、第１の上記領域の磁場分布データから第２の上記領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成するとともに、第２領域の磁場分布データから第３の上記領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する。比較手段は、第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較するとともに、第２差分データを第１および第２しきい値と比較する。判定手段は、比較手段による比較の結果に応じて、第２領域における欠陥の有無を判定する。また、判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第２しきい値以下かつ第２差分データが第１しきい値以上のとき、第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定する。また、判定手段は、第１、第２および第３領域の共通の座標において第１差分データが第１しきい値以上かつ第２差分データが第２しきい値以下のとき、第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する。
【０００５】
また、この発明に係る非破壊検査装置は、表面および裏面を有する試料を走査して、その試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、上述した、（ａ）対物レンズ、（ｂ）照射手段、（ｃ）走査手段、（ｄ）オートフォーカシング手段及び（ｅ）磁場検出手段を備え、光減衰器及び減衰制御手段も備える。この非破壊検査装置では、オートフォーカシング手段は、照射手段によって試料に照射され、試料によって反射されたレーザ光を検出する光検出器と、対物レンズを移動させて対物レンズと試料との距離を変えるレンズ移動機構と、光検出器の出力に応じてレンズ移動機構を駆動するコントローラと、を備えている。この非破壊検査装置が備える光減衰器は、照射手段によって試料に照射され、試料によって反射されたレーザ光の強度を減衰させて光検出器に送る。減衰制御手段は、光検出器の入射光量に応じて光減衰器の減衰率をフィードバック制御する。この非破壊検査装置は、磁場検出手段によって取得された磁場分布データに基づいて欠陥を検出する。以上の本発明の各非破壊検査装置では、磁場検出手段が試料の表面側で誘起磁場を検出するとともに、オートフォーカシング手段が試料の裏面側でオートフォーカスを実行する。このため、フォーカスを保ったまま試料を走査することが可能となる。したがって、この非破壊検査装置は、高い精度で試料の欠陥を検出できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。
【０００７】
（実施形態１）
図１は、第１の実施形態に係る非破壊検査装置１の構成を示す概略図である。この非破壊検査装置１は、走査型レーザＳＱＵＩＤ顕微鏡である。装置１は、半導体ウェーハ５の表面５ａに設けられたデバイスパターンの欠陥の有無を非破壊検査する。
【０００８】
図２は、半導体ウェーハ５の表面５ａを示す平面図である。ウェーハ５は、複数のダイ５２を有している。これらのダイ５２は、ウェーハ５の表面５ａ上で２次元的に配列されている。各ダイ５２には、所定の構造が形成されている。この構造は、半導体デバイスパターンである。これらのダイ５２は、すべて同じデバイスパターンを有することを予定されている。非破壊検査装置１は、各ダイ５２のデバイスパターンにおける欠陥の有無を検査する。
【０００９】
再び、図１を参照する。非破壊検査装置１は、ＸＹθステージ１０、イメージング装置１２、イメージング装置コントローラ１３、ＳＱＵＩＤ磁束計１６、コンピュータ１８および表示装置２０を有している。ＸＹθステージ１０、イメージング装置１２およびＳＱＵＩＤ磁束計１６は、イメージング装置コントローラ１３に電気的に接続されている。表示装置２０は、コンピュータ１８に電気的に接続されている。イメージング装置コントローラ１３は、イメージング装置１２とコンピュータ１８の間に電気的に接続されている。ＳＱＵＩＤ磁束計１６とイメージング装置コントローラ１３の間には、プリアンプ１７およびロックインアンプ１９が電気的に接続されている。イメージング装置１２とコンピュータ１８との間には、オートフォーカスコントローラ１４５が電気的に接続されている。
【００１０】
装置１によるウェーハ５の検査の際、ウェーハ５は、ＸＹθステージ１０上に載置される。ＸＹθステージ１０には、チャック８が設置されている。チャック８は、ウェーハ５の表面５ａのエッジ部分を吸着してウェーハ５を保持する。チャック８は環状であり、その中央に開口部を有している。
【００１１】
イメージング装置１２は、ウェーハ５をその裏面５ｂ側から撮像するための光学系である。イメージング装置１２は、レーザ光源１２０、コリメータレンズ１２１、光スキャナ１２２、瞳投影レンズ１２３、ビームスプリッタ１２４、ハーフミラー１２５、コンデンサレンズ１２６および光検出器１２７を有する。イメージング装置１２は、顕微鏡結像レンズ１２８および顕微鏡対物レンズ１２９をさらに有する。
【００１２】
イメージング装置１２は、レーザ光によってウェーハ５を走査し、磁場を誘起するとともに、ウェーハ５の反射光学像を取得する。イメージング装置１２は、ウェーハ５の裏面５ｂ側においてＸＹθステージ１０の下方に配置されている。イメージング装置１２から出射するレーザビームは、ウェーハ５の裏面５ｂに照射される。
【００１３】
レーザ光源１２０は、赤外レーザ光を発する発光素子と光変調器を有する。この赤外レーザ光は、ウェーハ５を透過できる波長を有している。レーザ光源１２０は、イメージング装置コントローラ１３を介して、コンピュータ１８に電気的に接続されている。コンピュータ１８が発光命令をコントローラ１３に送ると、コントローラ１３はレーザ駆動信号を生成し、レーザ光源１２０に送る。レーザ光源１２０は、このレーザ駆動信号に応答してレーザ光を発する。光変調器は、このレーザ光をある周波数で変調する。このように、レーザ光源１２０は、変調されたレーザ光を放出する。
【００１４】
コリメータレンズ１２１は、レーザ光源１２０からレーザ光を受光し、平行レーザビームを生成する。このレーザビームは、ビームスプリッタ１２４によって光スキャナ１２２に送られる。
【００１５】
光スキャナ１２２は、このレーザビームを反射して、瞳投影レンズへ送る。この反射角度は可変である。反射角度を連続的に変化させると、レーザビームが掃引される。これが、レーザビームの走査である。光スキャナ１２２は、レーザビームを２次元的に走査するＸＹスキャナである。光スキャナ１２２は、イメージング装置コントローラ１３を介して、コンピュータ１８に電気的に接続されている。コントローラ１３は、コンピュータ１８からスキャナ駆動命令を受け取る。このスキャナ駆動命令は、光スキャナ１２２によるレーザビームの走査方向および走査速度をコントローラ１３に指示する。コントローラ１３は、スキャナ駆動命令に応答してスキャナ駆動信号を生成し、光スキャナ１２２に送る。光スキャナ１２２は、このスキャナ駆動信号に応答して駆動する。この結果、光スキャナ１２２は、コンピュータ１８が指示する走査方向および走査速度でレーザビームを走査する。
【００１６】
光スキャナ１２２とＸＹθステージ１０との間の光路上には、瞳投影レンズ１２３、顕微鏡結像レンズ１２８および顕微鏡対物レンズ１２９が配置されている。光スキャナ１２２からのレーザビームは、瞳投影レンズ１２３を透過して結像レンズ１２８に入射する。このレーザビームは、結像レンズ１２８を透過して対物レンズ１２９に入射する。対物レンズ１２９は、レーザビームをウェーハ５上に投影する。この結果、レーザビームは、ウェーハ５上でスポット光を成す。
【００１７】
レーザビームの一部はウェーハ５によって反射され、対物レンズ１２９、結像レンズ１２８を透過する。この反射レーザ光は、瞳投影レンズ１２３、光スキャナ１２２およびビームスプリッタ１２４を通過してハーフミラー１２５に入射する。反射レーザ光の一部は、ハーフミラー１２５を透過してコンデンサレンズ１２６に入射する。コンデンサレンズ１２６は、反射レーザ光を集光して光検出器１２７に送る。光検出器１２７は、反射レーザ光のパワーに応じた信号を生成し、出力する。この出力信号は、コントローラ１３に送られる。レーザビームでウェーハを走査すれば、光検出器１２７の出力信号は、ウェーハ５の画像情報を表すことになる。コントローラ１３は、光検出器１２７の出力信号に基づいて、ウェーハ５の反射画像データを生成できる。
【００１８】
イメージング装置１２には、Ｚ軸ステージ１３０が取り付けられている。Ｚ軸ステージ１３０は、イメージング装置１２をＺ軸方向に沿って移動させることができる。Ｚ軸方向は、ウェーハ５の主表面（表面５ａおよび裏面５ｂ）と実質的に垂直である。Ｚ軸ステージ１３０の駆動によって、ウェーハ５の撮像距離を調整できる。
【００１９】
ＸＹθステージ１０は、ウェーハ５の主表面と実質的に平行なＸＹ平面内で、ウェーハ５を平行移動および回転させることができる。ＸＹθステージ１０は、ウェーハ５をＸおよびＹ方向に沿って平行移動させることができる。また、ＸＹθステージ１０は、ＸＹ平面に垂直なＺ軸の周りにウェーハ５を回転させることができる。ＸＹθステージ１０は、イメージング装置１２から出射するレーザビームに対してウェーハ５を移動させることができる。したがって、ＸＹθステージ１０の駆動により、ウェーハ５におけるレーザビームの照射位置を変えることができる。
【００２０】
ＸＹθステージ１０は、イメージング装置コントローラ１３を介してコンピュータ１８に電気的に接続されている。コントローラ１３は、コンピュータ１８からステージ駆動命令を受け取る。このステージ駆動命令は、ステージ１０の移動方向、移動量、回転方向および回転量をコントローラ１３に指示する。コントローラ１３は、ステージ駆動命令に応答してステージ駆動信号を生成し、このステージ駆動信号をＸＹθステージ１０に送る。ＸＹθステージ１０は、このステージ駆動信号に応答して駆動する。この結果、ＸＹθステージ１０は、コンピュータ１８が指示する移動方向および移動量でウェーハ５を移動させ、また、コンピュータ１８が指示する回転方向および回転量でウェーハ５を回転させる。
【００２１】
装置１は、オートフォーカス装置を備えている。このオートフォーカス装置は、オートフォーカス用検出系１４ａとフォーカシングアクチュエータ１４ｂから構成されている。オートフォーカス用検出系１４ａおよびフォーカシングアクチュエータ１４ｂは、ウェーハ５へのレーザ光照射のオートフォーカスを共同で実行する。検出系１４ａは、４分割フォトダイオード１４０、シリンダレンズ１４２、コンデンサレンズ１４３、光減衰器１４４およびオートフォーカスコントローラ１４５を有する。オートフォーカスコントローラ１４５以外の素子は、イメージング装置１２内に設置されている。４分割フォトダイオード１４０は、オートフォーカスコントローラ１４５に電気的に接続されている。オートフォーカスコントローラ１４５は、コンピュータ１８に電気的に接続されている。フォーカシングアクチュエータ１４ｂは、対物レンズ１２９に取り付けられている。アクチュエータ１４ｂは、オートフォーカスコントローラ１４５に電気的に接続されている。
【００２２】
ウェーハ５で反射されたレーザ光の一部は、ハーフミラー１２５で反射されて光減衰器１４４に送られる。光減衰器１４４は、反射レーザ光のパワーを減衰させることができる。光減衰器１４４は、反射レーザ光をコンデンサレンズ１４３に送る。コンデンサレンズ１４３は、反射レーザ光を集光してシリンダレンズ１４２に送る。シリンダレンズ１４２は、その母線に直交する平面内で反射レーザ光を収束させ、４分割フォトダイオード１４０に送る。４分割フォトダイオード１４０の出力信号は、オートフォーカスコントローラ１４５に送られる。
【００２３】
ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５の表面（パターン面）５ａに対向するようにウェーハ５の上方に設置されている。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって発生する磁場を検出する。赤外レーザ光がウェーハ５に照射されると、熱起電力または光起電力が発生する。この熱起電力または光起電力は、ウェーハ５内に電流を生じさせる。この電流によって、磁場が誘起される。この磁場は、ウェーハ５の構造を反映する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、この誘起磁場を検出する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６は、検出した磁場の強度に応じた出力電圧信号（計測磁場信号）を生成する。この計測磁場信号は、プリアンプ１７へ送られる。
【００２４】
プリアンプ１７は、この計測磁場信号を増幅し、ロックインアンプ１９へ送る。ロックインアンプ１９は、計測磁場信号のうち特定の周波数成分のみを選択、増幅し、イメージング装置コントローラ１３へ送る。この周波数は、レーザ光源１２０の変調周波数と同じである。
【００２５】
イメージング装置コントローラ１３は、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の分布を画像化することができる。コントローラ１３は、ロックインアンプ１９から計測磁場信号を受け取る。コントローラ１３は、ウェーハ５上におけるレーザ光の照射位置（すなわち、走査位置）をピクセル位置に対応付ける。コントローラ１３は、ウェーハ５上のある位置にレーザ光を照射したときの計測磁場信号レベルを、その照射位置に対応付けられたピクセルの輝度に変換する。これにより、ウェーハ５へのレーザ光照射によって誘起された磁場の画像データが得られる。以下では、この画像を「ＳＱＵＩＤ画像」と呼ぶことにする。ＳＱＵＩＤ画像データは、磁場の分布を示す磁場分布データでもある。ＳＱＵＩＤ画像データは、画像信号の形で処理されることがある。コントローラ１３は、ダイ５２の各々についてＳＱＵＩＤ画像データを算出する。
【００２６】
コントローラ１３は、ウェーハ５の反射光像も取得する。コントローラ１３は、光検出器１２７の出力信号を受け取る。コントローラ１３は、ウェーハ５上のある位置にレーザ光を照射したときの光検出器１２７の出力信号レベルを、その照射位置に対応付けられたピクセルの輝度に変換する。これにより、ウェーハ５の反射光像の画像データが生成される。
【００２７】
コンピュータ１８は、イメージング装置コントローラ１３を介して、ＸＹθステージ１０、レーザ光源１２０、光スキャナ１２２およびＺ軸ステージ１３０の動作を制御する。また、コンピュータ１８は、表示装置２０の表示動作を制御する。
【００２８】
コンピュータ１８は、コントローラ１３からウェーハ５のＳＱＵＩＤ画像データおよび反射光像データを受け取る。コンピュータ１８は、ＳＱＵＩＤ画像データを用いて各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。コンピュータ１８は、ダイ５２内に欠陥が存在すると判定すると、その欠陥の位置を示す画像データを生成する。また、コンピュータ１８は、必要に応じて、ダイ５２の反射画像に欠陥位置を重ねた画像データを生成する。コンピュータ１８は、生成した画像データを表示装置２０に送る。
【００２９】
表示装置２０は、コンピュータ１８から画像データを受け取る。表示装置２０は、この画像データにしたがって画像を画面上に表示する。
【００３０】
図３は、非破壊検査装置１を用いてウェーハ検査を開始するまでの流れを示すフローチャートである。オペレータは、まず、コンピュータ１８に接続された入力装置（図示せず）を操作して、検査モードを選択する（ステップ３１０）。コンピュータ１８は、選択された検査モードに応じて、走査スピードを自動選択する（ステップ３２０）。続いて、光源変調スピード（変調周波数）がコンピュータ１８によって自動選択され、あるいはオペレータによって手動選択される（ステップ３３０）。この後、コンピュータ１８は、オートフォーカス用検出系１４ａの応答周波数および４分割フォトダイオード１４０の出力信号の平均化範囲を自動選択する（ステップ３４０）。以上の工程が終了した後、ウェーハ５の検査が開始される（ステップ３５０）。
【００３１】
以下では、非破壊検査装置１によるウェーハ検査処理を説明する。装置１は、ウェーハの走査、ＳＱＵＩＤ画像およびウェーハ反射光像の取得、欠陥の有無の判定、ならびに結果表示を実行する。ＳＱＵＩＤ画像およびウェーハ反射光像の取得の際には、オートフォーカスが行われる。
【００３２】
非破壊検査装置１は、ウェーハ５上におけるレーザビームの照射位置を移動させて、ウェーハ５上のすべてのダイ５２を走査する。レーザビームの照射位置の移動は、例えば、ステージスキャンと呼ばれる方法によって実行できる。ステージスキャンでは、ＸＹθステージ１０の移動により、ウェーハ５をレーザビームに対して相対的に移動させる。ステージスキャンでは、レーザビームは、光スキャナ１２２によって走査されずに固定される。
【００３３】
ステージスキャンに代えて、レーザスキャンと呼ばれる方法によって照射位置を移動させることもできる。図４は、レーザスキャンによる照射位置の移動を示す概略図である。レーザスキャンでは、行列状に配列された複数の走査領域６１に順次にレーザビームが照射される。これらの走査領域は、同一の形状を有している。走査領域６１の形状および大きさは、ダイ５２の形状および大きさに加え、ＳＱＵＩＤ磁束計１６の感度領域、ＳＱＵＩＤ磁束計１６とウェーハ５との間の距離に応じて決められる。レーザビームの照射位置は、走査ステージ１０の駆動と光スキャナ１２２によるレーザビームの移動（走査）の双方を用いて移動させられる。矢印６０で示されるように、レーザビームの走査は、単一の走査領域内で照射位置を移動させるために使用される。矢印６２で示されるように、ステージ１０の駆動は、一つの走査領域６１から別の走査領域６１へ照射位置を移動させるために使用される。
【００３４】
ウェーハ５へのレーザビームの照射により、磁場が誘起される。この誘起磁場は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される。イメージング装置コントローラ１３は、プリアンプ１７およびロックインアンプ１９によって増幅された計測磁場信号を受け取る。コントローラ１３は、この計測磁場信号を用いて、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを生成する。
【００３５】
レーザビームの一部は、ウェーハ５に進入し、ウェーハ５のデバイスパターンによって反射される。この反射レーザ光は、光検出器１２７によって検出される。レーザビームの照射位置はウェーハ５の全体にわたって移動するから、光検出器１２７の出力信号は、ウェーハ５のデバイスパターン全体の反射光像を示す。イメージング装置コントローラ１３は、光検出器１２７の出力信号に基づいて、ウェーハ５の反射光像データを生成する。
【００３６】
イメージング装置コントローラ１３は、ウェーハ５のＳＱＵＩＤ画像および反射光像を取得する際、オートフォーカスを実行する。この実施形態では、非点収差法によってオートフォーカスを行う。非点収差法は公知なので、簡単に説明するに留める。ウェーハ５のデバイスパターンによって反射されたレーザ光の一部は、ハーフミラー１２５によって反射され、オートフォーカシング用検出系１４ａに入射する。
【００３７】
この反射レーザ光は、光減衰器１４４によって減衰される。光減衰器１４４は、レーザ光源１２０の出力パワーが被検査ウェーハに応じた最適な値に調整された後、４分割フォトダイオード１４０に入射する光量の変化を抑える働きをする。したがって、光減衰器１４４によって、検出系１４ａのダイナミックレンジを広げ、４分割フォトダイオード１４０の性能を活かすことができる。光減衰器１４４の減衰率は、４分割フォトダイオード１４０の総入射光量が一定になるように、オートフォーカスコントローラ１４５によってフィードバック制御される。このフィードバック制御は、４分割フォトダイオード１４０の出力信号に基づいて実行される。
【００３８】
この実施形態では、磁場励起用の光源とオートフォーカス用の光源とが同一なので、ウェーハ５と４分割フォトダイオード１４０の間に光減衰器１４４を配置することが有益である。光減衰器１４４を用いることにより、磁場励起に必要なレーザ光パワーを維持しつつ、４分割フォトダイオード１４０の出力信号がダイナミックレンジから外れないようにレーザ光のパワーを減衰させられる。これにより、レーザ光源１２０の出力パワーを低減することなく、適切なオートフォーカスを実行できる。
【００３９】
光減衰器１４４から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１４３によって収束された後、シリンダレンズ１４２に入射する。シリンダレンズ１４２は、反射レーザ光を回転非対称に収束させる。シリンダレンズ１４２の光軸に沿って反射レーザ光がフォーカスを結ぶ位置は、互いに直交する一対の方向の間で異なる。このため、反射レーザ光は、互いに直交する一対の線として、異なる焦点面に結像する。これら一対の方向を、仮にｘ方向およびｙ方向とする。ｘ方向およびｙ方向は、ともにシリンダレンズ１４２の光軸に対して垂直である。
【００４０】
ウェーハ５の表面５ａにレーザ光のフォーカスが合うと４分割フォトダイオード１４０の出力がｘ方向およびｙ方向で等しくなるように、イメージング装置１２の位置をあらかじめ調整しておく。イメージング装置１２の位置は、Ｚ軸ステージ１３０の駆動によって調整できる。オートフォーカスコントローラ１４５は、４分割フォトダイオード１４０の出力信号をｘ方向およびｙ方向間で作動増幅して、ｘ方向およびｙ方向間の出力バランスを求める。ウェーハ５に対するフォーカスがはずれると、ｘ方向およびｙ方向のどちらかで、より大きな出力が検出される。どちらの方向の出力が大きいかに応じて、フォーカスのずれ方向が分かる。コントローラ１４５は、フォーカスのずれが少なくなるようにフォーカシングアクチュエータ１４５を駆動させ、対物レンズ１２９の位置を調整する。このようなオートフォーカスは、ウェーハ５の走査中、継続して実行される。つまり、ウェーハ５のＳＱＵＩＤ画像および反射光像は、常にオートフォーカスが実行された状態で取得される。
【００４１】
オートフォーカスコントローラ１４５は、図３のステップ３２０で設定された走査スピードおよび図３のステップ３３０で設定された光源変調スピード（変調周波数）に応じてオートフォーカス用検出系１４ａの応答周波数を調整し、光検出器１２７の出力信号を平均化する。応答周波数および平均化範囲の設定は、図３のステップ３４０で実行される。
【００４２】
応答周波数の調整および光検出器出力の平均化は、レーザ光源１２０がこの実施形態のように磁場励起用の光源とオートフォーカス用の光源を兼ねている場合に特に有益である。このことを理解するために、反射率の空間的変動が激しい試料にオートフォーカス用のレーザ光を照射し、反射戻り光をフォーカシング検出センサで検出する場合を考える（図５を参照）。この場合、図６（ａ）に示されるように、反射戻り光のレベルがオートフォーカス検出系のダイナミックレンジを超えてしまい、オートフォーカスが働かなくなることがある。また、光源を変調する場合も、変調の周波数によっては、反射戻り光のレベルが検出系のダイナミックレンジを超えてしまい、オートフォーカスが働かなくなる。特に、オートフォーカシング用の光源に磁場励起用の光源を流用する場合は、反射戻り光がダイナミックレンジ内に収まるように光源のパワーを低下させると、ウェーハ画像の取得が困難になる。このような周波数帯域では、光減衰器１４４は追従できないレベルとなるため、後段での対策が必要となり、電気回路系にておこなう。したがって、この平均化処理は、光減衰器１４４の応答速度より高周波の帯域で有効となり、フォーカシングアクチュエータの応答速度に制限される。
【００４３】
そこで、この実施形態のオートフォーカスコントローラ１４５は、光源の変調周波数および走査スピードに応じて検出系の応答周波数を変えるとともに、反射戻り光を平均化してからオートフォーカスのフィードバック制御に使用する。これにより、反射戻り光のレベルがオートフォーカス検出系１４ａのダイナミックレンジに収まるようになる（図６（ｂ））。したがって、常に安定したオートフォーカスが実行される。
【００４４】
図３のステップ３４０では、オートフォーカスコントローラ１４５が、コンピュータ１８から指令を受けて内部回路を切り替えることにより、４分割フォトダイオード１４０の出力信号の平均化範囲を調整する。走査中のある一定範囲において出力信号を鈍らせると、信号の細かな変化を観察できなくなる。この範囲が平均化範囲である。出力信号を平均化する方法としては、時定数の大きいフィルタに信号を通すフィルタ方式のほか、ある時間にわたって信号を積算する方法がある。４分割フォトダイオード１４０の出力信号の平均化により、ウェーハ５の小さな凹凸がオートフォーカスに影響を与えることがなくなる。また、レーザ光源１２０を変調したときに、オートフォーカスがその変調の影響を受けなくなるという利点もある。さらに、４分割フォトダイオード１４０の出力信号のＳ／Ｎが上昇するという利点もある。
【００４５】
コンピュータ１８は、イメージング装置コントローラ１３で生成された各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像に基づいて、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場は、ダイ５２に含まれるデバイスの構造に応じて変化する。また、磁場は良品の場合も不良品の場合も検出されるが、その現われ方が異なる。これは、故障により、回路中を流れる電流の経路がかわってくるためである。このため、ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像を単独で観察しても、欠陥を精度良く検出することは難しい。そこで、コンピュータ１８は、各ダイ５２のＳＱＵＩＤ画像データを、あらかじめ用意された良品ダイのＳＱＵＩＤ画像データと比較することにより、各ダイ５２内の欠陥の有無を判定する。
【００４６】
以下では、図７を参照しながら、欠陥判定処理を詳しく説明する。図７は、欠陥判定処理の説明図である。図７の「計測ＳＱＵＩＤ画像」は、一つのダイ５２の走査によって生成されるＳＱＵＩＤ画像の一例である。符号７１、７２は、ダイ５２中の欠陥を示している。計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。これらの欠陥７１および７２は、同じ走査経路上に位置するものとする。計測ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、計測ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４７】
図７の「良品ＳＱＵＩＤ画像」は、良品ダイに関する計測磁場信号から生成されるＳＱＵＩＤ画像である。良品ＳＱＵＩＤ画像は、ウェーハ検査装置１を用いて良品ダイを事前に検査することにより取得される。良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。この走査経路は、計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線が示す走査経路と同一である。つまり、これらの走査経路は、それぞれ良品ダイおよび被検査ダイの同一座標を通過する。良品ＳＱＵＩＤ画像の下に示されている電圧信号は、その良品ＳＱＵＩＤ画像の画像信号の一部である。この信号部分は、良品ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査によって生成される。したがって、この信号部分の横軸座標（時間情報）は、その破線によって示される走査経路上のレーザビームの照射位置に対応し、また、良品ＳＱＵＩＤ画像においてその破線上のピクセル位置に対応する。
【００４８】
計測ＳＱＵＩＤ画像中の欠陥７１は、良品ダイの同一箇所に比べて高い輝度を有する。つまり、欠陥７１は、プラスの輝度方向を有している。これは、欠陥７１の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より高いことに起因する。このような欠陥をプラス欠陥と呼ぶことにする。一方、欠陥７２は、良品ダイの同一箇所に比べて低い輝度を有する。つまり、欠陥７２は、マイナスの輝度方向を有している。これは、欠陥７２の走査により検出される磁場強度が、良品ダイの同一箇所の走査により検出される磁場強度より低いことに起因する。このような欠陥をマイナス欠陥と呼ぶことにする。このように、欠陥には、ＳＱＵＩＤ磁束計１６によって検出される磁場強度を高くするものと低くするものとがある。
【００４９】
コンピュータ１８は、各ダイ５２の欠陥の有無を検査するために、各ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を良品ＳＱＵＩＤ画像と比較する。具体的には、コンピュータ１８は、計測ＳＱＵＩＤ画像データから良品ＳＱＵＩＤ画像データを減算して、差画像データを生成する。生成された差画像は、図７の右側に「減算ＳＱＵＩＤ画像」として示されている。理想的な差画像では、欠陥のみが表示される。
【００５０】
図７において、差画像の下に示されている電圧信号は、その差画像の画像信号の一部である。この信号部分は、差画像中の破線に沿った走査によって得られる。差画像信号では、欠陥７１が信号の山７１ａ、すなわち信号レベルの上昇として現れる。また、差画像信号では、欠陥７２が信号の谷７２ｂ、すなわち信号レベルの降下として現れる。このように、差画像信号の山は、被検査ダイ５２のプラス欠陥を示す。また、差画像信号の谷は、被検査ダイ５２のマイナス欠陥を示す。
【００５１】
コンピュータ１８は、この差画像信号のレベルを所定のしきい値と比較する。コンピュータ１８は、二つの異なるしきい値を有している。以下では、高い方のしきい値を第１しきい値、低い方のしきい値を第２しきい値と呼ぶことにする。図７では、第１しきい値が破線８１で、第２しきい値が破線８２でそれぞれ示されている。この実施形態では、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。コンピュータ１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。二つのしきい値を用いるのは、プラス欠陥とマイナス欠陥を判別するためである。
【００５２】
図８は、二つのしきい値の算出方法を説明するための図である。第１および第２しきい値は、装置１を用いて、二つの良品ダイのそれぞれについてＳＱＵＩＤ画像データを取得することにより算出される。この算出は、コンピュータ１８が実行する。コンピュータ１８は、これらのＳＱＵＩＤ画像データの一方から他方を減算して差画像データを生成し、その差画像の輝度ヒストグラムを算出する。コンピュータ１８は、輝度ヒストグラムの標準偏差も算出する。第１しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）＋（標準偏差のｋ倍）によって算出される。第２しきい値は、（輝度ヒストグラムのピーク値）−（標準偏差のｋ倍）によって算出される。ここで、ｋは所定の定数である。ｋの値は、ウェーハ検査装置１のオペレータが任意に設定できる。
【００５３】
コンピュータ１８は、より適切な第１および第２しきい値を得るために、マージ機能を有している。マージ機能は、しきい値を設定するためのサンプル数を増やす機能である。マージ機能は、新たに一つ以上のダイについてＳＱＵＩＤ画像を取得し、既存のＳＱＵＩＤ画像との間で減算処理を行い、輝度ヒストグラムのサンプル数を増やす。マージ機能を達成するため、輝度ヒストグラムの算出に用いられたＳＱＵＩＤ画像は、コンピュータ１８内の記憶装置に保存される。
【００５４】
コンピュータ１８は、第１しきい値以上の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にプラス欠陥が存在すると判定する。図７の例では、コンピュータ１８は、山７１ａのうち第１しきい値８１以上の部分をプラス欠陥と判定する。また、コンピュータ１８は、第２しきい値以下の差画像信号レベルを与えるピクセル位置にマイナス欠陥が存在すると判定する。図７の例では、コンピュータ１８は、谷７２ｂのうち第２しきい値８２以下の部分をマイナス欠陥と判定する。差画像信号の横軸座標は、ＳＱＵＩＤ画像のピクセル位置およびダイ５２におけるレーザビームの照射位置に対応している。コンピュータ１８は、欠陥と判定された信号部分の横軸座標から、その欠陥の位置を算出できる。
【００５５】
コンピュータ１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像のデータを生成する。この画像データは、表示装置２０に送られる。これにより、表示装置２０の画面上では、検出された欠陥がウェーハマップ上に表示される。また、装置１のオペレータによってダイ５２が指定されると、コンピュータ１８は、より詳細な結果表示用の画像データを生成する。この画像データも、表示装置２０に送られ、画面に表示される。これにより、指定されたダイ５２内の欠陥位置情報がそのダイ５２の反射画像に重ねて表示される。なお、欠陥は、その種類に応じて異なる表示態様で表示される。例えば、プラス欠陥とマイナス欠陥を違う色で表示してもよい。
【００５６】
以下では、非破壊検査装置１の利点を説明する。装置１は、主に、四つの利点を有している。
【００５７】
第１に、装置１は、高い精度でウェーハ５のデバイスパターンの欠陥を検出できる。これは、装置１が、オートフォーカス装置によってフォーカスを保ちながらウェーハ５を走査するためである。これにより、装置１は、高い分解能でＳＱＵＩＤ画像を取得できる。このため、ウェーハ欠陥の検出精度が高まる。
【００５８】
特に、本実施形態では、取得したＳＱＵＩＤ画像を良品ＳＱＵＩＤ画像と比較することにより欠陥を検出する。この場合、複数のウェーハのＳＱＵＩＤ画像を同じ条件で取得することが重要である。装置１は、オートフォーカスを実行しながらＳＱＵＩＤ画像を取得する。したがって、反りのあるウェーハがある場合や、ＸＹθステージ１０の駆動が均一でない場合にも、オートフォーカスによって同じ撮像条件が作られる。このため、装置１は、信頼性の高い欠陥検出を実行できる。
【００５９】
第２に、装置１は、鮮明なウェーハ反射光像を取得できる。これも、装置１がフォーカスを保ちながらウェーハを走査するためである。装置１は、検出された欠陥の位置を、鮮明なウェーハ反射光像に重ねて表示できる。したがって、欠陥の位置を把握しやすい。
【００６０】
第３に、装置１は、安定したオートフォーカスを実行できる。これは、装置１が、光源１２０の変調周波数および走査のスピードに応じて、検出系１４ａの応答周波数を調整し、信号出力を平均化するからである。
【００６１】
第４に、装置１は、ウェーハ５の欠陥の種類を判別できる。これは、計測ＳＱＵＩＤ画像信号と良品ＳＱＵＩＤ画像信号から得られる差画像信号のレベルを、正負の二つのしきい値と比較するからである。正のしきい値によってプラス欠陥の有無を判定し、負のしきい値によってマイナス欠陥を判定するので、これらの欠陥を判別できる。これら２種類の欠陥の位置は、異なる表示態様で表示される。したがって、装置１のオペレータは、欠陥の種類をその表示態様から確認できる。
【００６２】
（第２実施形態）
以下では、この発明の第２実施形態について説明する。図９は、第２実施形態に係る非破壊検査装置２の構成を示す概略図である。装置２は、第１実施形態の装置１と異なり、磁場励起用のレーザ光源２２０とは別個のオートフォーカス用光源２４７を備えている。
【００６３】
装置２が有するオートフォーカス装置は、オートフォーカス用検出系２４ａとフォーカシングアクチュエータ２４ｂから構成されている。検出系２４ａは、４分割フォトダイオード２４０、シリンダレンズ２４２、偏光ビームスプリッタ２４６、レーザダイオード２４７、コンデンサレンズ２４３、λ／４板（１／４波長板）２４８およびオートフォーカスコントローラ２４５を有する。検出系２４ａは、イメージング装置２２の外部に設置されている。４分割フォトダイオード２４０およびレーザダイオード２４７は、オートフォーカスコントローラ２４５に電気的に接続されている。オートフォーカスコントローラ２４５は、レーザダイオード２４７に駆動電流を供給する。オートフォーカスコントローラ２４５は、コンピュータ１８に電気的に接続されている。フォーカシングアクチュエータ２４ｂは、対物レンズ２２９に取り付けられている。アクチュエータ２４ｂは、オートフォーカスコントローラ２４５に電気的に接続されている。
【００６４】
磁場励起用の光源２２０とオートフォーカス用の光源２４７とが別個なので、検出系２４ａに光減衰器は含まれていない。これは、第１実施形態との相違点である。オートフォーカスコントローラ２４５は、４分割フォトダイオード２４０の総入射光量が一定になるように、レーザダイオード２４７の出力パワーをフィードバック制御する。このフィードバック制御は、４分割フォトダイオード２４０の出力信号に基づいて実行される。
【００６５】
イメージング装置２２は、オートフォーカス検出系を含まない点および対物レンズと結像レンズの間にダイクロイックミラーが配置されている点を除いて、第１実施形態のイメージング装置１２と同様の構成を有している。イメージング装置２２は、ウェーハ５をその裏面５ｂ側から撮像するための光学系である。イメージング装置２２は、レーザ光源２２０、コリメータレンズ２２１、光スキャナ２２２、瞳投影レンズ２２３、ビームスプリッタ２２４、コンデンサレンズ２２６および光検出器２２７を有する。イメージング装置２２は、顕微鏡結像レンズ２２８および顕微鏡対物レンズ２２９をさらに有する。これらの構成要素は、第１実施形態のイメージング装置１２の構成要素と同じなので、重複する説明を省略する。
【００６６】
結像レンズ２２８と対物レンズ２２９の間の光路上には、ダイクロイックミラー２２５が配置されている。ダイクロイックミラー２２５は、レーザ光源２２０から発するレーザ光を透過させ、レーザダイオード２４７から発するレーザ光を反射する。結像レンズ２２８に入射したレーザビームはダイクロイックミラー２２５を透過して対物レンズ２２９に入射する。対物レンズ２２９は、レーザビームをウェーハ５上に投影する。この結果、レーザビームは、ウェーハ５上でスポット光を成す。
【００６７】
レーザビームの一部はウェーハ５によって反射され、対物レンズ２２９を透過してダイクロイックミラー２２５に入射する。この反射レーザ光は、ダイクロイックミラー２２５を透過し、さらに結像レンズ２２８を透過する。この反射レーザ光は、瞳投影レンズ２２３、光スキャナ２２２およびビームスプリッタ２２４を通過してコンデンサレンズ２２６に入射する。コンデンサレンズ２２６は、反射レーザ光を集光して光検出器２２７に送る。光検出器２２７は、反射レーザ光のパワーに応じた信号を生成し、出力する。この出力信号は、コントローラ１３に送られる。したがって、レーザビームでウェーハ５を走査すれば、コントローラ１３は、ウェーハ５の反射画像データを取得できる。
【００６８】
オートフォーカス用検出系２４ａは、オートフォーカス用のレーザ光（以下、「オートフォーカス光」と呼ぶ）をウェーハ５の裏面５ｂに照射する。このレーザ光は、レーザダイオード２４７から発する。オートフォーカス光とレーザ光源２２０からのレーザ光とは、共通の光軸に沿って対物レンズ２２９を透過し、ウェーハ５に照射される。したがって、レーザダイオード２４７からのオートフォーカス光を用いてフォーカシングを行えば、レーザ光源２２０からのレーザ光もフォーカシングできる。
【００６９】
オートフォーカス光の波長は、１．３μｍである。この波長の光は、ウェーハ５を透過するが、ＯＢＩＣ効果は起こさない。このため、装置２は、ＳＱＵＩＤ磁束計１６による磁場計測に影響を与えることなくオートフォーカスを実行できる。
【００７０】
レーザダイオード２４７がオートフォーカス光を放出すると、そのオートフォーカス光はビームスプリッタ２４６で反射され、コンデンサレンズ２４３を透過して、λ／４板２４８に入射する。λ／４板２４８は、オートフォーカス光の互いに直交する偏波成分に位相差を与える。オートフォーカス光は、λ／４板２４８を透過すると、イメージング装置２２のダイクロイックミラー２２５に入射する。このオートフォーカス光は、ダイクロイックミラー２２５によって反射され、対物レンズ２２９を透過してウェーハ５の裏面５ｂに照射される。
【００７１】
このオートフォーカス光は、ウェーハ５を透過し、デバイスパターンで反射される。この反射されたオートフォーカス光は、対物レンズ２２９を透過し、ダイクロイックミラー２２５で反射され、オートフォーカス検出系２４ａのλ／４板２４８に送られる。λ／４板２４８は、再び、オートフォーカス光の偏波成分に位相差を与える。λ／４板２４８を透過した反射オートフォーカス光は、コンデンサレンズ２４３に入射する。コンデンサレンズ２４３は、反射オートフォーカス光を集光してビームスプリッタ２４６に送る。反射オートフォーカス光は、ビームスプリッタ２４６を透過して、シリンダレンズ２４２に入射する。シリンダレンズ２４２は、その母線に直交する平面内で反射レーザ光を収束させ、４分割フォトダイオード２４０に送る。４分割フォトダイオード２４０の出力信号は、オートフォーカスコントローラ２４５に送られる。
【００７２】
非破壊検査装置２を用いてウェーハ検査を開始するまでの流れは、実施形態１と同じである（図３を参照）。また、装置２は、第１実施形態の装置１と同様の方法により、ウェーハの走査、ＳＱＵＩＤ画像およびウェーハ反射光像の取得、欠陥の有無の判定、ならびに結果表示を実行する。ＳＱＵＩＤ画像およびウェーハ反射光像の取得の際には、オートフォーカスが行われる。オートフォーカスコントローラ２４５は、第１実施形態と同様に、非点収差法によりオートフォーカスを行う。さらに、オートフォーカスコントローラ２４５は、第１実施形態と同様に、レーザダイオード２４７の変調周波数および走査のスピードに応じて、検出系２４ａの応答周波数を調整し、信号出力を平均化する。
【００７３】
この実施形態の非破壊検査装置２は、第１実施形態の非破壊検査装置１と同じ利点を有している。つまり、装置２は、オートフォーカス装置によってフォーカスを保ちながらウェーハ５を走査するため、高い精度でウェーハ５のデバイスパターンの欠陥を検出できる。また、装置２は、鮮明なウェーハ反射光像を取得できる。さらに、装置２は、オートフォーカス用光源２４７の変調周波数および走査のスピードに応じて、検出系２４ａの応答周波数を調整し、信号出力を平均化するので、安定したオートフォーカスを実行できる。さらに、装置２は、計測ＳＱＵＩＤ画像信号と良品ＳＱＵＩＤ画像信号から得られる差画像信号のレベルを、正負の二つのしきい値と比較するので、ウェーハ５の欠陥の種類を判別できる。
【００７４】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００７５】
上記実施形態では、非点収差法を用いてオートフォーカスを行う。しかし、非点収差法の代わりに、他のオートフォーカス法を任意に採用することができる。
【００７６】
上記実施形態では、欠陥の有無を判定するために、ダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像を、あらかじめ取得した良品ダイのＳＱＵＩＤ画像と比較する。しかし、この代わりに、複数のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像同士を比較してもよい。
【００７７】
以下では、図１０および図１１を参照しながら、異なるダイ５２間のＳＱＵＩＤ画像比較による欠陥検査処理を説明する。図１０は、この欠陥検査処理の概略説明図である。図１１は、この欠陥検査処理の詳細説明図である。説明の便宜上、第１実施形態の非破壊検査装置１でこの欠陥検査処理が実行されるものと考える。ただし、この欠陥検査処理は、第２実施形態の非破壊検査装置２にも同様に適用できる。
【００７８】
図１０の左側には、（ｎ−１）番目のダイ５２とｎ番目のダイ５２の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ここで、ｎは２以上の整数である。以下では、（ｎ−１）番目のダイ５２をダイ（ｎ−１）と呼び、ｎ番目のダイ５２をダイ（ｎ）と呼ぶことにする。これらは、例えば、走査経路に沿って隣接して配置されたダイ５２である。符号７３、７４は、ダイ（ｎ−１）中の欠陥を示している。符号７５、７６は、ダイ（ｎ）中の欠陥を示している。欠陥７３および７５は、上述したマイナス欠陥であり、欠陥７４および７６は、上述したプラス欠陥である。各計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線は、走査経路の一つである。各破線によって示される走査経路は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標を通過する。欠陥７３〜７６は、いずれも破線の走査経路上に位置するものとする。
【００７９】
図１０において計測ＳＱＵＩＤ画像の右側に示される電圧信号は、その計測ＳＱＵＩＤ画像中の破線に沿った走査により得られる画像信号である。ダイ（ｎ−１）の画像信号には、欠陥７３が谷７３ｂとして現れ、欠陥７４が山７４ａとして現れる。同様に、ダイ（ｎ）の画像信号には、欠陥７５が谷７５ｂとして現れ、欠陥７６が山７６ａとして現れる。
【００８０】
コンピュータ１８は、すべてのダイ５２に関して、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像とダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を比較する。つまり、ダイ（１）とダイ（２）、ダイ（２）とダイ（３）、…ダイ（Ｎ−１）とダイ（Ｎ）間で、それぞれ計測ＳＱＵＩＤ画像が比較される。ここで、Ｎはダイの総数である。具体的には、コンピュータ１８は、ダイ（ｎ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像からダイ（ｎ）の計測ＳＱＵＩＤ画像を減算して、差画像信号を生成する。差画像信号の一部は、図１０の右側に示されている。差画像信号では、欠陥７４および７５が山７４ａおよび７５ａとして現れ、欠陥７３および７６が谷７３ｂおよび７６ｂとして現れる。このように、この差画像信号の山は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥またはダイ（ｎ）のマイナス欠陥を示す。また、この差画像信号の谷は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥またはダイ（ｎ）のプラス欠陥を示す。差画像信号の横軸座標は、ダイの位置座標に対応する。
【００８１】
コンピュータ１８は、この差画像信号のレベルを第１および第２のしきい値と比較する。上記実施形態と同様に、第１しきい値は正値であり、第２しきい値は負値である。これらのしきい値の算出方法は、図８を参照して上述した通りである。コンピュータ１８は、差画像信号のレベルが第１しきい値以上または第２しきい値以下の場合に、欠陥が検出されたと判定する。第１しきい値以上の一連の信号部分および第２しきい値以下の一連の信号部分が、それぞれ一つの欠陥と認識される。この信号部分の横軸座標は、ダイ（ｎ−１）およびダイ（ｎ）の共通の位置座標に対応する。
【００８２】
差画像信号のうち第１しきい値以上の部分は、ダイ（ｎ−１）のプラス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のマイナス欠陥である可能性を有する。同様に、第２しきい値以下の部分は、ダイ（ｎ−１）のマイナス欠陥である可能性とダイ（ｎ）のプラス欠陥である可能性を有する。欠陥がどちらのダイに含まれるのかを特定するため、コンピュータ１８は、ダイ（ｎ）とダイ（ｎ＋１）間の計測ＳＱＵＩＤ画像の比較結果を利用する。以下では、図１１を参照しながら、欠陥検査処理をさらに詳しく説明する。
【００８３】
図１１の左側には、ダイ（１）〜（６）の計測ＳＱＵＩＤ画像が示されている。ダイ（１）、（２）、（５）および（６）は、欠陥を有さない。ダイ（３）は、マイナス欠陥７７を有している。ダイ（４）は、プラス欠陥７８を有している。図１１の中央には、相隣る番号のダイ間の差画像信号が示されている。図１１において「減算（ｍ−１）−ｍ」（ｍは、２以上Ｎ以下の整数。ここで、Ｎはダイの総数。）は、ダイ（ｍ−１）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号からダイ（ｍ）の計測ＳＱＵＩＤ画像信号を減算することを意味する。
【００８４】
図１１に示されるように、コンピュータ１８は、すべてのｍ値について順次に減算（ｍ−１）−ｍを実行する。その後、すべての差画像信号について、その信号レベルを第１および第２しきい値と比較する。減算２−３による差画像信号には、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７７ａが現れている。コンピュータ１８は、山７７ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ２のプラス欠陥である可能性と、ダイ３のマイナス欠陥である可能性がある。
【００８５】
減算３−４による差画像信号には、減算２−３による差画像信号の山７７ａと同じ位置に、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７７ｂが現れている。コンピュータ１８は、谷７７ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。
【００８６】
減算２−３および減算３−４によって共通に予想されるのは、ダイ（３）のマイナス欠陥だけである。したがって、コンピュータ１８は、ダイ（３）にマイナス欠陥が存在すると判定する。このように、コンピュータ１８は、減算２−３による差画像信号と減算３−４による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（３）中において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。
【００８７】
減算３−４による差画像信号には、第２しきい値８２を下回るピーク値を有する谷７８ｂも現れている。コンピュータ１８は、谷７８ｂのうち第２しきい値８２以下の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（３）のマイナス欠陥である可能性と、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性がある。減算４−５による差画像信号には、減算３−４信号における谷７８ｂと同じ位置に、第１しきい値８１を上回るピーク値を有する山７８ａが現れている。コンピュータ１８は、山７８ａのうち第１しきい値８１以上の部分を欠陥と判定する。この欠陥は、ダイ（４）のプラス欠陥である可能性と、ダイ（５）のマイナス欠陥である可能性がある。減算３−４および減算４−５によって共通に予想されるのは、ダイ（４）のプラス欠陥だけである。したがって、コンピュータ１８は、ダイ（４）中にプラス欠陥が存在すると判定する。ダイ（４）における欠陥の位置座標は、差画像信号における欠陥の横軸座標から特定される。
【００８８】
このように、欠陥コンピュータ１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号と減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号の双方において同一の横軸座標に欠陥が検出されると、ダイ（ｎ）において、その横軸座標に対応する位置座標に欠陥が存在すると判定する。また、欠陥コンピュータ１８は、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号で欠陥が検出され、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ−１）に欠陥が存在すると判定する。さらに、欠陥コンピュータ１８は、減算ｎ−（ｎ＋１）による差画像信号で欠陥が検出され、減算（ｎ−１）−ｎによる差画像信号において同一の横軸座標に欠陥が検出されない場合は、ダイ（ｎ＋１）に欠陥が存在すると判定する。どのダイに欠陥が存在するかが特定されれば、その欠陥が差画像信号において山であるか谷であるかに応じて、その欠陥の種類も特定される。
【００８９】
なお、「二つの差画像信号の同一の横軸座標に欠陥が検出される」とは、横軸座標が完全に一致する場合のほか、所定の許容値だけ横軸座標がずれている場合を含んでいてもよい。この場合、二つの差画像の同一画素にそれぞれ欠陥が検出される場合のほか、二つの差画像の欠陥の位置が数ピクセルずれている場合も、同一の画素に欠陥が存在するとみなされる。所定値以内のずれを許容するのは、欠陥の検出位置の誤差を考慮したものである。
【００９０】
コンピュータ１８は、すべてのダイ５２について欠陥の有無を判定すると、判定結果を示す画像を生成する。表示装置２０は、その生成された画像を画面上に表示する。この画像の生成および表示は、上記実施形態に関して説明した通りである。
【００９１】
【発明の効果】
この発明の非破壊検査装置は、試料の裏面側から磁場励起用レーザ光を照射して試料の表面側から誘起磁場を検出するとともに、試料の裏面側からオートフォーカス光を照射してオートフォーカスを実行する。これにより、フォーカスを保ったまま試料を走査できる。したがって、この発明の非破壊検査装置は、高い精度で試料の欠陥を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】ウェーハ５の表面を示す概略平面図である。
【図３】ウェーハ検査を開始するまでの流れを示すフローチャートである。
【図４】ウェーハ５の走査方法の一例を示す概略平面図である。
【図５】オートフォーカス光の検出の様子を示す概略図である。
【図６】（ａ）はダイナミックレンジを超えた信号光量を示すグラフであり、（ｂ）はダイナミックレンジ内に抑えられた信号光量を示すグラフである。
【図７】被検査ダイおよび良品ダイ間の磁場分布データの比較による欠陥判定処理の説明図である。
【図８】第１および第２しきい値の算出方法の説明図である
【図９】この発明の第２実施形態の構成を示す概略図である。
【図１０】異なるダイ間の磁場分布データの比較による欠陥判定処理の概略説明図である。
【図１１】図１０の欠陥判定処理の詳細説明図である。
【符号の説明】
１および２…非破壊検査装置、１０…走査手段としてのＸＹθステージ、１２…照射手段としてのイメージング装置、１３…イメージング装置コントローラ、１４ａ…オートフォーカス用検出系、１４ｂ…レンズ移動機構としてのオートフォーカシングアクチュエータ、１６…ＳＱＵＩＤ磁束計、１８…コンピュータ、２０…表示装置、１２２…走査手段としての光スキャナ、１４５…オートフォーカスコントローラ。

Claims (10)

1. 表面および裏面を有する試料を走査し、前記試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記試料の裏面に対向させて配置された対物レンズと、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズを介して前記試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズと前記試料との距離を調整してオートフォーカスを行うオートフォーカシング手段と、
   前記試料の表面側に配置され、前記試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   前記磁場分布データおよび所定の標準分布データの一方から他方を減算して差分データを生成する減算手段と、
   前記差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第１しきい値以上のとき、当該照射位置に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、前記レーザ光の一つの照射位置に対応する前記差分データが前記第２しきい値以下のとき、当該照射位置に第２の種類の欠陥が存在すると判定する判定手段と、
   を備える非破壊検査装置。
2. 表面および裏面を有する試料を走査し、前記試料において同一の形状を有する複数の領域の各々について、その領域に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記試料の裏面に対向させて配置された対物レンズと、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズを介して前記試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズと前記試料との距離を調整してオートフォーカスを行うオートフォーカシング手段と、
   前記試料の表面側に配置され、前記試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   第１の前記領域の磁場分布データから第２の前記領域の磁場分布データを減算して第１の差分データを生成するとともに、前記第２領域の磁場分布データから第３の前記領域の磁場分布データを減算して第２の差分データを生成する減算手段と、
   前記第１差分データを正の第１しきい値および負の第２しきい値と比較するとともに、前記第２差分データを前記第１および第２しきい値と比較する比較手段と、
   前記比較手段による比較の結果に応じて、前記第２領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第２しきい値以下かつ前記第２差分データが前記第１しきい値以上のとき、前記第２領域中の当該座標に第１の種類の欠陥が存在すると判定し、
   前記第１、第２および第３領域の共通の座標において前記第１差分データが前記第１しきい値以上かつ前記第２差分データが前記第２しきい値以下のとき、前記第２領域中の当該座標に第２の種類の欠陥が存在すると判定する
   非破壊検査装置。
3. 前記判定手段によって判定された欠陥の位置を示す画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段によって生成された画像を画面上に表示する表示装置と、
   をさらに備える請求項１または２記載の非破壊検査装置であって、
   前記画像において前記第１の種類の欠陥は、第１の表示態様で表示され、
   前記画像において前記第２の種類の欠陥は、前記第１表示態様と異なる第２の表示態様で表示される
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。
4. 前記オートフォーカシング手段は、
   前記照射手段によって前記試料に照射され、前記試料によって反射されたレーザ光を検出する光検出器と、
   前記対物レンズを移動させて前記対物レンズと前記試料との距離を変えるレンズ移動機構と、
   前記光検出器の出力に応じて前記レンズ移動機構を駆動するコントローラと、
   を備えている
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。
5. 前記オートフォーカシング手段は、
   前記試料の裏面に光を照射するオートフォーカス光源と、
   前記オートフォーカス光源によって前記試料に照射され、前記試料によって反射された光を検出する光検出器と、
   前記対物レンズを移動させて前記対物レンズと前記試料との距離を変えるレンズ移動機構と、
   前記光検出器および前記レンズ移動機構と電気的に接続され、前記光検出器の出力信号に応じて前記レンズ移動機構を駆動するコントローラと、
   を備えている
   請求項１または２記載の非破壊検査装置。
6. 表面および裏面を有する試料を走査し、前記試料に設けられた所定の構造の欠陥を検出する非破壊検査装置であって、
   前記試料の裏面に対向させて配置された対物レンズと、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズを介して前記試料にレーザ光を照射する照射手段と、
   前記試料上における前記レーザ光の照射位置を移動させて前記試料を走査する走査手段と、
   前記試料の裏面側に配置され、前記対物レンズと前記試料との距離を調整してオートフォーカスを行うオートフォーカシング手段であって、前記照射手段によって前記試料に照射され、前記試料によって反射されたレーザ光を検出する光検出器と、前記対物レンズを移動させて前記対物レンズと前記試料との距離を変えるレンズ移動機構と、前記光検出器の出力に応じて前記レンズ移動機構を駆動するコントローラと、を有する前記オートフォーカシング手段と、
   前記試料の表面側に配置され、前記試料の走査によって発生する磁場を検出し、磁場分布データを取得する磁場検出手段と、
   前記照射手段によって前記試料に照射され、前記試料によって反射されたレーザ光の強度を減衰させて前記光検出器に送る光減衰器と、
   前記光検出器の入射光量に応じて前記光減衰器の減衰率をフィードバック制御する減衰制御手段と、
   を備え、
   前記磁場分布データに基づいて前記欠陥を検出する
   非破壊検査装置。
7. 前記光検出器の出力信号を平均化処理する平均化手段をさらに備え、
   前記コントローラは、前記光検出器の平均化処理された出力信号に応じて前記レンズ移動機構を駆動する
   請求項４〜６の何れか一項記載の非破壊検査装置。
8. 前記走査手段による走査のスピードに応じて、前記光検出器および前記コントローラからなる電気系の応答周波数を調整する手段をさらに備える請求項４〜６の何れか一項記載の非破壊検査装置。
9. 前記照射手段は、前記レーザ光の光源と、この光源を変調するための変調器と、を備えており、
   前記変調器による変調の周波数に応じて、前記光検出器および前記コントローラからなる電気系の応答周波数を調整する手段をさらに備える請求項４〜６の何れか一項記載の非破壊検査装置。
10. 前記照射手段によって前記試料に照射され、前記試料によって反射されたレーザ光の強度を減衰させて前記光検出器に送る光減衰器と、
    前記光検出器の入射光量に応じて前記光減衰器の減衰率をフィードバック制御する減衰制御手段と、
    をさらに備える請求項４記載の非破壊検査装置。

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